JP2006108033A - Tandem type surface light source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エッジライト方式の面光源装置に関するものであり、特に、一次光源と導光体とを有するエッジライト方式の面発光ユニットを複数配列することで大面積であっても高い輝度の面発光が可能なタンデム型と呼ばれる面光源装置に関するものである。 The present invention relates to an edge light type surface light source device, and in particular, a surface with high brightness even in a large area by arranging a plurality of edge light type surface light emitting units having a primary light source and a light guide. The present invention relates to a surface light source device called a tandem type capable of emitting light.
本発明のタンデム型面光源装置は、例えば大型の液晶表示装置のバックライトに好適である。 The tandem surface light source device of the present invention is suitable for a backlight of a large liquid crystal display device, for example.
近年、液晶表示装置は、携帯用ノートパソコン等のモニターとして、あるいは液晶テレビやビデオ一体型液晶テレビ等の表示部として、更にはその他の種々の分野で広く使用されてきている。液晶表示装置は、基本的にバックライト部と液晶表示素子部とから構成されている。液晶表示装置の薄型化及びコンパクト化が要望されていることから、この要望を満たすべく、バックライト部としては薄型化の可能なエッジライト方式のものが多用されている。従来、エッジライト方式のバックライトとしては、矩形板状の導光体の少なくとも1つの端面を光入射端面として用いて、該光入射端面に沿って直管型蛍光ランプなどの線状または棒状の一次光源を配置し、該一次光源から発せられた光を導光体の光入射端面に入射させて導光体内部へと導入し、該導光体の2つの主面のうちの一方である光出射面から出射させるものが広く利用されている。 In recent years, liquid crystal display devices have been widely used as monitors for portable notebook computers or the like, as display units for liquid crystal televisions and video-integrated liquid crystal televisions, and in various other fields. The liquid crystal display device basically includes a backlight unit and a liquid crystal display element unit. Since the liquid crystal display device is required to be thin and compact, an edge light type that can be thin is often used as the backlight unit in order to satisfy this demand. Conventionally, as an edge light type backlight, at least one end face of a rectangular plate-shaped light guide is used as a light incident end face, and a linear or rod-like shape such as a straight tube fluorescent lamp is provided along the light incident end face. A primary light source is disposed, light emitted from the primary light source is incident on the light incident end face of the light guide and introduced into the light guide, and is one of the two main surfaces of the light guide. What is emitted from the light exit surface is widely used.
近年、液晶表示装置の表示画面の大型化及び高輝度化が要求されており、この要求を満たすべく、タンデム型と呼ばれる面光源装置が提案されている。タンデム型面光源装置については、例えば特開平11−288611号公報(特許文献1)に記載がある。この特許文献1に記載されているように、タンデム型面光源装置は、一次光源と該一次光源から発せられる光を導光し且つ一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体とを有する導光ブロックを複数用いている。この導光ブロックは、導光体の光入射端面同士が同一の向きになり且つ導光体の光出射面同士によりほぼ連続した全体出射面が形成されるように、密接して互いに平行に配列されている。また、複数の導光ブロックを配列したものの上(即ち全体出射面上)にはプリズムシートが配置されている。プリズムシートは、内側(即ち全体出射面に対向する側)に導光体の光入射端面とほぼ平行に延びた複数のプリズム列を備えており、これにより全体出射面から出射される光の方向を導光体の光入射端面及び光出射面の双方と直交する断面内で全体出射面の法線方向に修正している。また、プリズムシートはその外側に導光体の光入射端面とほぼ垂直に延びた複数のプリズム列を備えており、これにより全体出射面から出射される光の方向を導光体光入射端面と平行な断面内で全体出射面の法線方向に修正している。
ところで、タンデム型の面光源装置においては、導光体の光出射面に沿い且つ光入射端面とほぼ直交する方向の寸法(即ち、光入射端面に入射した光が導光体内を導光せしめられる方向の寸法:各導光ブロックの幅)は、輝度向上のために、例えば100mm以下に縮減される傾向にある。このような比較的短い導光方向長さ(即ち導光長)の導光ブロックを有するタンデム型面光源装置においては、導光体に入射した光を光出射面及びその反対側の裏面による繰り返し内面反射の少ない回数で光出射面から出射させることが要求される。 By the way, in the tandem type surface light source device, the dimension in the direction along the light emitting surface of the light guide and substantially perpendicular to the light incident end surface (that is, the light incident on the light incident end surface is guided through the light guide. The direction dimension (width of each light guide block) tends to be reduced to, for example, 100 mm or less in order to improve luminance. In such a tandem surface light source device having a light guide block with a relatively short light guide direction length (that is, light guide length), light incident on the light guide is repeated by the light exit surface and the back surface on the opposite side. It is required to emit from the light exit surface with a small number of internal reflections.
このため、光出射面から出射する光の角度分布は、導光長の長いものに比べて、そのピークの方向が導光体光出射面に対してより大きな角度をなすようになる。このような全体出射面からの出射光をプリズムシートにより全体出射面法線方向へと方向修正しようとしても、プリズムシートの内側に形成されたプリズム列の一方のプリズム面に入射した光の一部は他方のプリズム面による内面反射を受けるが他の一部は他方のプリズム面による内面反射を受けることなしに該プリズムシートから出射する。このため、発光面を構成するプリズムシート外側面から出射する光の輝度分布において、法線方向に対してかなり傾いた方向にサイドローブが生じて、全体出射面法線方向への集中した光出射がなされず、所要の法線方向及びその近傍方向の輝度の向上が難しくなる。 For this reason, the angle distribution of the light emitted from the light exit surface is such that the direction of the peak forms a larger angle with respect to the light guide light exit surface than that of the light guide having a long length. A part of the light incident on one prism surface of the prism row formed on the inner side of the prism sheet even if the direction of the emitted light from the entire exit surface is corrected in the normal direction of the entire exit surface by the prism sheet Is reflected from the inner surface by the other prism surface, but the other part is emitted from the prism sheet without receiving the inner surface reflection by the other prism surface. For this reason, in the luminance distribution of the light emitted from the outer surface of the prism sheet constituting the light emitting surface, side lobes are generated in a direction significantly inclined with respect to the normal direction, and light emission concentrated in the normal direction of the entire emission surface Therefore, it is difficult to improve the luminance in the required normal direction and the vicinity thereof.
そこで、本発明の目的は、発光面の輝度分布において所要の方向範囲とくに全体出射面法線方向及びその近傍の所要範囲の方向の輝度が高く、表示装置のバックライトとして使用した場合に該表示装置による表示画像の品位を向上させることが可能なタンデム型の面光源装置を提供することを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a display having a high luminance in a required direction range in the luminance distribution of the light emitting surface, particularly in the normal direction of the entire emission surface and in the required range in the vicinity thereof, when used as a backlight of a display device. An object of the present invention is to provide a tandem type surface light source device capable of improving the quality of a display image by the device.
本発明によれば、上記の技術的課題を解決するものとして、
一次光源と該一次光源から発せられる光を導光し且つ前記一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射する光出射面及びその反対側の裏面を有する屈折率ngの板状の導光体とを有する複数の面発光ユニットが、前記光入射端面同士が同一の向きになり且つ前記複数の面発光ユニットの光出射面によりほぼ連続した全体出射面が形成されるようにして互いに平行に配列されているタンデム型面光源装置であって、
前記導光体の裏面上に漏光モジュレータが配置されており、該漏光モジュレータは、屈折率n1(ここで、ng>n1)の複数の第1屈折率領域部と屈折率n2(ここで、n2>n1)の複数の第2屈折率領域部とを有する複合層と、該複合層上に位置し且つ屈折率n3(ここで、n3>n1)の第3屈折率層とを備えており、
前記漏光モジュレータの表面に又は前記漏光モジュレータに隣接して、前記導光体の光入射端面及び光出射面の双方と平行な方向に延在し且つ互いに平行に配列された複数のプリズム列が形成されており、
前記プリズム列のそれぞれは、2つのプリズム面を含んで構成され、該プリズム面のうちの前記一次光源に近い側のプリズム面の傾斜が前記光出射面に対して80〜105°であり且つ前記一次光源から遠い側のプリズム面の傾斜が前記光出射面に対して35〜55°であることを特徴とするタンデム型面光源装置、
が提供される。
According to the present invention, as a solution to the above technical problem,
Refractive index having a primary light source and a light incident end surface for guiding the light emitted from the primary light source and receiving the light emitted from the primary light source, a light emitting surface for emitting the guided light, and a back surface on the opposite side a plurality of surface light emitting units having ng plate-shaped light guides, the light incident end faces are in the same direction, and a substantially continuous whole light emitting surface is formed by the light emitting surfaces of the plurality of surface light emitting units. Tandem surface light source devices arranged in parallel with each other,
A light leakage modulator is disposed on the back surface of the light guide, and the light leakage modulator includes a plurality of first refractive index region portions having a refractive index n1 (here, ng> n1) and a refractive index n2 (here, n2). > N1) a plurality of second refractive index region portions, and a third refractive index layer positioned on the composite layer and having a refractive index n3 (where n3> n1).
A plurality of prism rows extending in a direction parallel to both the light incident end surface and the light emitting surface of the light guide and arranged in parallel to each other are formed on the surface of the light leakage modulator or adjacent to the light leakage modulator. Has been
Each of the prism rows includes two prism surfaces, and the inclination of the prism surface of the prism surface closer to the primary light source is 80 to 105 ° with respect to the light exit surface, and A tandem surface light source device, wherein the inclination of the prism surface far from the primary light source is 35 to 55 ° with respect to the light exit surface;
Is provided.
本発明の一態様においては、前記複数のプリズム列は前記漏光モジュレータの第3屈折率層の表面に形成されている。本発明の一態様においては、前記導光体と前記漏光モジュレータとの間に屈折率n4(ここで、ng>n4>n1)の第4屈折率層が介在している。本発明の一態様においては、前記複数の第1屈折率領域部のそれぞれは空隙からなる。本発明の一態様においては、前記複数のプリズム列のそれぞれは前記2つのプリズム面の間の先端部に平坦部を有する。本発明の一態様においては、前記複数のプリズム列に隣接して光反射素子が配置されている。本発明の一態様においては、前記導光体の光出射面上に偏光分離素子が配置されている。本発明の一態様においては、前記導光体の光出射面上に光拡散素子または集光素子が配置されている。本発明の一態様においては、前記導光体の光出射面には前記導光体の光入射端面とほぼ直交する方向に沿って延在し且つ互いに平行に配列された複数のプリズム列が形成されている。 In one aspect of the present invention, the plurality of prism rows are formed on the surface of the third refractive index layer of the light leakage modulator. In one aspect of the present invention, a fourth refractive index layer having a refractive index n4 (here, ng> n4> n1) is interposed between the light guide and the light leakage modulator. In one aspect of the present invention, each of the plurality of first refractive index region portions is a gap. In one aspect of the present invention, each of the plurality of prism rows has a flat portion at a tip portion between the two prism surfaces. In one aspect of the present invention, a light reflecting element is disposed adjacent to the plurality of prism rows. In one aspect of the present invention, a polarization separation element is disposed on the light exit surface of the light guide. In one aspect of the present invention, a light diffusing element or a condensing element is disposed on the light exit surface of the light guide. In one aspect of the present invention, a plurality of prism rows extending along a direction substantially orthogonal to the light incident end surface of the light guide and arranged in parallel to each other are formed on the light exit surface of the light guide. Has been.
以上のような本発明のタンデム型面光源装置によれば、導光体の裏面上に漏光モジュレータ及び複数のプリズム列をこの順に配置し、該複数のプリズム列の2つのプリズム面のうちの一次光源に近い側のプリズム面の傾斜を導光体光出射面に対して80〜105°となし且つ一次光源から遠い側のプリズム面の傾斜を導光体光出射面に対して35〜55°となしたことで、発光面の輝度分布において所要の方向とくに全体出射面法線方向の輝度が高く、表示装置のバックライトとして使用した場合に該表示装置による表示画像の品位を向上させることができる。 According to the tandem surface light source device of the present invention as described above, the light leakage modulator and the plurality of prism rows are arranged in this order on the back surface of the light guide, and the primary of the two prism surfaces of the plurality of prism rows. The inclination of the prism surface close to the light source is 80 to 105 ° with respect to the light guide light exit surface, and the inclination of the prism surface far from the primary light source is 35 to 55 ° with respect to the light guide light exit surface. As a result, the luminance distribution on the light emitting surface has a high luminance in a required direction, particularly in the normal direction of the entire exit surface, and when used as a backlight of the display device, the display image quality of the display device can be improved. it can.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明によるタンデム型面光源装置の一つの実施形態を示す模式図であり、(A)はその平面図を示し、(B)はその断面図を示す。また、図2は、本実施形態の部分拡大断面図である。 FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of a tandem surface light source device according to the present invention, in which (A) shows a plan view thereof and (B) shows a sectional view thereof. FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of the present embodiment.
図1に示されているように、本実施形態発明のタンデム型面光源装置は、複数の面発光ユニットU1,U2,U3,U4を備えている。 As shown in FIG. 1, the tandem surface light source device according to the present embodiment includes a plurality of surface light emitting units U1, U2, U3, U4.
図2に示されているように、面発光ユニットU2は、導光体3と漏光モジュレータ8と一次光源1とを有する。導光体3は、一つの側端面を光入射端面31とし、これと略直交する一つの表面を光出射面33とし且つ該光出射面と反対側の表面を裏面34としている。導光体3の光入射端面31に対向して、光源リフレクタ2で覆われた線状の一次光源1が配置されている。導光体3は、全体として矩形板状をなしており、光入射端面31に略直交した2つの主面がそれぞれXY面と略平行な光出射面33及び裏面34とされている。導光体3は4つの側端面を有しており、そのうちYZ面と平行な1対の側端面のうちの一方が光入射端面31とされている。光入射端面31はY方向に延在する一次光源1と対向しており、一次光源1から発せられた光は光入射端面31に入射し導光体3内へと導入される。導光体3の屈折率はngである。
As shown in FIG. 2, the surface light emitting unit U <b> 2 includes a
導光体3の裏面34上に漏光モジュレータ8が配置されている。該漏光モジュレータ8は、屈折率n1(ここで、ng>n1)の複数の第1屈折率領域部81と屈折率n2(ここで、n2>n1)の複数の第2屈折率領域部82とを有する複合層80と、該複合層上に位置し且つ屈折率n3(ここで、n3>n1)の第3屈折率層83とを備えている。漏光モジュレータ8上には互いに平行に配列された複数のプリズム列9が形成されている。本実施形態では、プリズム列9は、漏光モジュレータ8の表面に即ち第3屈折率層83の表面に形成されており、導光体の光入射端面31及び光出射面33の双方と平行なY方向に延在している。各プリズム列9は、2つのプリズム面91,92を含んでいる。本発明においては、第3屈折率層83を表面が平坦な層からなるものとし、該第3屈折率層83の表面上に配置した透光性部材の表面に複数のプリズム列9を形成してもよい。この場合、複数のプリズム列9は漏光モジュレータに隣接して形成されたものとなる。尚、漏光モジュレータ8及びプリズム列9の作用については、後述する。
The
複数のプリズム列9に隣接して光反射素子5が配置されており、即ちプリズム列9の形成された第3屈折率層83に対向して光反射素子5が配置されている。この光反射素子5は、光源リフレクタ2に連なってこれと一体的に形成されたものでもよい。
The
図2に示されているように、導光体3は光入射端面側が厚く且つそれと反対側が薄いクサビ形状をなしている。また、導光体3の光出射面33側であって光入射端面31側の部分には、所定幅及び所定深さの切欠段部35が形成されている。この切欠段部35は、隣接する面発光ユニットU1の導光体並びにそれに付された漏光モジュレータ及びプリズム列の導光体光入射端面と反対側の先端部分Eを受け入れて当該位置に保持する機能を有する。尚、光反射素子5は漏光モジュレータ等の付された導光体の先端部分の側端面にまで延びており、光源リフレクタ2は当該導光体の切欠段部35の底面上にまで延びている。
As shown in FIG. 2, the
他の面発光ユニットU1,U3,U4も上記面発光ユニットU2と同等であり、但し、面発光ユニットU1の導光体3には切欠段部が形成されていない。互いに隣接する面発光ユニット同士は、以上のような一方の面発光ユニットの導光体の切欠段部35に他方の導光体の先端部分Eを載置することで、結合されている。かくして、複数の面発光ユニットU1〜U4の全体により、光入射端面31同士が同一の向き(図2では左向き)になり且つ光出射面33同士によりX方向に関してほぼ連続した全体出射面330が形成されている。全体出射面330はXY面とほぼ平行な一平面上にある。
The other surface light emitting units U1, U3, U4 are also equivalent to the surface light emitting unit U2, except that the
図3は、導光体3の形状を示す模式図である。導光体3の幅に対応するX方向の寸法L1は、例えば10mm〜100mm、好ましくは10mm〜50mm、更に好ましくは10mm〜30mmである。また、導光体3の切欠段部35の幅に対応するX方向の寸法L2は、例えば2mm〜15mm、好ましくは3mm〜10mm、更に好ましくは4mm〜8mmである。寸法L1を100mm以下とすることで、面発光ユニットの発光面積を小さくして、一次光源1から発せられ導光体内に導入された光を高い光度で光出射面から出射させることができ、かくして全体出射面330の輝度を十分に高めることができる。一方、寸法L1を10mm以上とすることで、面発光ユニットの発光面積が過度に小さくならないようにし、一次光源1から発せられ導光体内に導入された光を良好に光出射面から出射させることができる。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the shape of the
導光体3の最大厚さに対応するZ方向の寸法T1は、例えば1mm〜6mm、好ましくは2mm〜4mm、更に好ましくは2.2mm〜3.5mmである。導光体の最小厚さに対応するZ方向の寸法T2は、例えば0.4mm〜1.5mm、好ましくは0.5mm〜1.2mm、更に好ましくは0.7mm〜1.0mmである。導光体3の切欠段部35の高さに対応するZ方向の寸法T3は、例えば0.4mm〜1.5mm、好ましくは0.5mm〜1.2mm、更に好ましくは0.7mm〜1.0mmである。寸法T1を6mm以下とし、寸法T2を1.5mm以下とすることで、面発光ユニットを薄型化することができる。一方、寸法T1を1mm以上とし、寸法T2を0.4mm以上とすることで、導光体を所要の機械的強度に維持することができる。
The dimension T1 in the Z direction corresponding to the maximum thickness of the
尚、導光体3のY方向の寸法は、図示されていないが、一次光源1の長さに対応して適宜設定することができ、例えば200mm〜400mmである。クサビ形状導光体3のクサビ角φは、例えば2°〜10°、好ましくは、3°〜6°、更に好ましくは3.5°〜5°である。クサビ角φを2°〜10°の範囲内とすることで、導光長が比較的短くても光出射面から効率よく光出射させることができる。
In addition, although the dimension of the Y direction of the
さて、図2に示されているように、漏光モジュレータ8は、屈折率n1の低屈折率領域部(第1屈折率領域部)81と屈折率n2(ここで、n2>n1)の高屈折率領域部(第2屈折率領域部)82とからなる複合層80及び屈折率n3(ここで、n3>n1)の光出射制御機能層(第3屈折率層)83からなる。該光出射制御機能層83は、複合層80に密着しており、複合層80への密着面とは反対側の面(即ち、図2では下側の面)に上記プリズム列9が形成されている。図示されているように、複合層80では、低屈折率領域部81と高屈折率領域部82とが導光体3の光入射端面31と直交するX方向に関して交互に配列されており、該低屈折率領域部81及び高屈折率領域部82のそれぞれは一次光源1と平行なY方向に関して一様に延在している。即ち、低屈折率領域部81及び高屈折率領域部82は、それぞれが一次光源1と平行な方向に延びた帯状をなしている。
As shown in FIG. 2, the
低屈折率領域部81及び高屈折率領域部82は、その断面形状が図2のごとく略長方形のものに限定されるものではなく、即ち直方体の交互配列構造に限られるものではない。例えば、図7に示されるように、低屈折率領域部81(または高屈折率領域部82)の高さH1(またはH2)が高屈折率領域部82(または低屈折率領域部81)の高さH2(またはH1)より大きな構造を有するものや、断面が略半円の構造を有するものや、高屈折率領域部82の断面形状が一部または全部に弧曲線を有する構造(弧曲面を有する構造)のもの等が適用可能である。
The low refractive
図4に、複合層80と一次光源1との位置関係の模式的平面図を示す。一次光源1から離れるに従って、低屈折率領域部81の幅(一次光源1と直交するX方向の寸法)は次第に小さくなっており、高屈折率領域部82の幅は次第に大きくなっている。
FIG. 4 shows a schematic plan view of the positional relationship between the
図5及び図6は複合層80の変形例を示す模式的平面図であり、これらの図では一次光源1も示されている。図5の例では、一次光源1と直交するX方向及び平行なY方向の双方に関して低屈折率領域部81及び高屈折率領域部82が交互に配列されており、高屈折率領域部82が格子状をなしている。一次光源1から離れるに従って、一次光源1と平行な方向の低屈折率領域部81の幅(一次光源1と直交するX方向の寸法)は次第に小さくなっており、一次光源1と平行な方向の高屈折率領域部82の幅は次第に大きくなっている。また、一次光源1と平行な方向に中央部から両側部へと進むに従って、一次光源1と直交する方向の低屈折率領域部81の幅(一次光源1と平行なY方向の寸法)は次第に小さくなっており、一次光源1と直交する方向の高屈折率領域部82の幅は次第に大きくなっている。また、図6の例では、低屈折率領域部81及び高屈折率領域部82は、低屈折率領域部81が島部を形成し且つ高屈折率領域部82が海部を形成する海島構造をなしている。低屈折率領域部81の大きさは、一次光源1から離れるに従って、次第に小さくなっている。即ち、一次光源1から離れるに従って、低屈折率領域部81の占める面積割合が低下している。
5 and 6 are schematic plan views showing modified examples of the
複合層80における低屈折率領域部81及び高屈折率領域部82の配列パターンとしては、以上のようなパターンを併用したもの等様々な形態を利用することが可能である。
As the arrangement pattern of the low refractive
次に、以上のような面光源装置における漏光モジュレータ8の機能、特に出射光輝度分布制御機能について説明する。
Next, the function of the
光出射制御機能層83は、導光体3から漏光モジュレータ8へと入射した光の大部分をプリズム列9へと供給する機能を有するものである。導光体3の光入射端面31より入射し導光体内部を伝搬せしめられる光の最大導波モードは、主として低屈折率領域部81と導光体3との屈折率差によって規定される。光線が導光体3から低屈折率領域部81へ向かう時、スネルの法則による全反条件を満たす伝搬モード光すなわちngとn1との関係より決定される全反射臨界角Θ1以上の入射角を持つ全ての光が全反射モードとなり導光体内部を伝搬することができる。これら全反射モード光は、導光体内での伝搬過程において高屈折率領域部82に出会うと、ng>n2>n1である場合、n2とngとの関係により規定される新たな全反射臨界角Θ2(Θ2>Θ1の関係が成立する)よりも小さく且つΘ1より大きな入射角を有する伝搬モード光は、該高屈折率領域部82を介して光出射制御機能層83へと漏れることになる。従って、複合層80における高屈折率領域部82の占有密度(複合層80の単位面積あたりの高屈折率領域部82の占める面積)を複合層80の面内で場所により適宜変化させることで、光出射制御機能層83へ到達できる光の量を所望値に制御することができる。高屈折率領域部82の占有密度を変化させる手段としては、図4〜図6に示したようなパターンを併用したり、その他複雑なパターン変化を用いる方法や、パターン形状を相似形となし且つ高屈折率領域部82の面積を場所的に変化させる方法や、全く同一のパターン形状を用いそれらの配列ピッチ(P)を変化させる方法などの方法を用いることができる。
The light emission control
次に、導光体3の屈折率ngと高屈折率領域部82の屈折率n2との相対的屈折率差を適宜に選択することで、Θ2を所望値に設定することができる。従って、これを用いて出射光分布を制御することも可能である。例えば、ngとn2との差をより小さく設定しΘ2の値をより大きく設計した場合、高屈折率領域部82と導光体3との界面において全反射される光束の割合が減少し、漏光効率が増大して、一次光源1から比較的近いところで導光体3から高屈折率領域部82へとより多くの光を出射させることができる。従って、これらngとn2との差を漏光モジュレータ8内において場所的に変化させることによっても、出射光分布を制御することが可能である。
Next, Θ2 can be set to a desired value by appropriately selecting the relative refractive index difference between the refractive index ng of the
以上のように、本発明による漏光モジュレータを具備した面発光ユニットによれば、上記いくつかの手段により、光出射制御機能層83へ到達する光の量を自由に調整することが可能であり、導光体3のサイズや形状並びに一次光源1の形態及び光出射制御機能層83における光出射効率などが変化した場合においても、これらとは基本的に独立に出射光分布を制御して、より均斉度に優れ且つ再現性の良い面光源となすことが容易である。このような特徴は、導光長が比較的短いタンデム型面光源装置の面発光ユニットにおける輝度均斉度の向上のためには好適である。
As described above, according to the surface emitting unit including the light leakage modulator according to the present invention, the amount of light reaching the light emission control
以上、ng>n2の場合について述べたが、一般に屈折率n2、n3及びngの大小関係により次の3つに場合分け(分類)して光制御性を説明することができる。なお、本発明の面光源装置においては、常にn1<ng、n1<n2、n1<n3の関係が成立する。 The case of ng> n2 has been described above. Generally, the light controllability can be described by dividing (classifying) the following three cases according to the magnitude relationship of the refractive indexes n2, n3, and ng. In the surface light source device of the present invention, the relationships of n1 <ng, n1 <n2, and n1 <n3 are always established.
1)n2≧n3≧ng、または、n3≧n2≧ngの場合:
この関係が成立する場合、n1とngとの関係により規定される臨界角Θ1よりも大きな入射角を有する導光体内部の伝搬モード光は、その全てが高屈折率領域部82を介して光出射制御機能層83へ移行する。一方、光出射制御機能層83へ一旦入射した光が一部導光体3へ戻ってくる光に関しては、n3とngとの関係より規定される臨界角Θ3よりも小さな入射角を有する高次モードの光に限定される。そのため、光出射制御機能層83内へ光が定在化する確率が最も高くなり、光機能制御の影響を強く受ける傾向にある。
1) When n2 ≧ n3 ≧ ng or n3 ≧ n2 ≧ ng:
When this relationship is established, the propagation mode light inside the light guide having an incident angle larger than the critical angle Θ1 defined by the relationship between n1 and ng is all transmitted through the high refractive
2)n2≧ng≧n3、または、ng≧n2≧n3の場合:
この関係が成立する場合、臨界角Θ1よりも大きく臨界角Θ3よりも小さな入射角を有する一部の高次伝搬モード光のみが、高屈折率領域部82を介して光出射制御機能層83へ移行する。その他の低次モード光は常に全反射条件を満たすため、1)の場合に比較してより多くの光が一次光源1から遠方へ伝搬する確率が高くなる。一方、光出射制御機能層83へ一旦入射した光が一部導光体3へ戻ってくる光に関しては、全くモード規制は受けず、そのすべてのモード光が導光体3へ戻ってくることができる。そのため、光出射制御機能層83内へ光が定在化する確率は小さく、光機能制御の影響を抑制する効果が若干現れる。
2) When n2 ≧ ng ≧ n3 or ng ≧ n2 ≧ n3:
When this relationship is established, only a part of the high-order propagation mode light having an incident angle larger than the critical angle Θ1 and smaller than the critical angle Θ3 passes to the light emission
3)n3≧ng≧n2、または、ng≧n3≧n2の場合:
この関係が成立する場合、全反射臨界角Θ1よりも大きく、n2とngとの関係により規定される臨界角Θ2よりも小さな全反射角度を有する高次伝搬モード光のみが、高屈折率領域部82を介して光出射制御機能層83へ移行できる。その他の低次伝搬モード光は常に全反射条件を満たすため、1)の場合に比較してより多くの光が一次光源1から遠方へ伝搬する確率が高くなる。一方、光出射制御機能層83へ一旦入射した光が一部導光体3へ戻ってくる光に関しては、n3とn2との関係により規定される臨界角Θ23によってモード規制を受ける。そのため、光出射制御機能層83内へ光が定在化する確率は上記2)よりも高くなり、光機能制御の影響を若干受け易い傾向となる。
3) When n3 ≧ ng ≧ n2 or ng ≧ n3 ≧ n2:
When this relationship is established, only high-order propagation mode light having a total reflection angle larger than the total reflection critical angle Θ1 and smaller than the critical angle Θ2 defined by the relationship between n2 and ng is high refractive index region portion. It is possible to move to the light emission control
以上、屈折率の大小関係に基づくこれら異なる特性は、光出射制御機能層83の光制御機能の種類や特性に応じて使い分けることが好ましい。また、場合によっては、上記の幾つかの屈折率の大小関係を同一の面光源装置にて併用し、これらの関係を漏光モジュレータ8の面内において場所的に使い分けることも可能である。また、上記分類において説明したように、屈折率n2、n3及びngの間の関係に応じて、出射光輝度分布特性や、機能性発現効果への影響が異なってくるので、漏光モジュレータ8の面内でこれら屈折率どうしの関係を変化させることによっても、上記出射光輝度分布特性や機能性発現効果の制御が可能である。
As described above, these different characteristics based on the magnitude relationship of the refractive index are preferably used according to the type and characteristics of the light control function of the light emission
図7は、漏光モジュレータ8の低屈折率領域部81の平均的な厚さH1と、高屈折率領域部82の平均的な幅W2との関係を示すものである。尚、図7は、図2とは上下方向が逆転した状態で描かれている。H1そして/またはH2のサイズが大きすぎると、低屈折率領域部81と高屈折率領域部82との界面での不必要な反射光27が発生したり、散乱等が増大したり、更に材料コストの増大を招く恐れがあり、H1,H2は200ミクロン以下、好ましくは100ミクロン以下が適当である。ただし、これらサイズは、面光源装置が大面積化する場合には、低屈折率領域部81と高屈折率領域部82との配列方向の画面サイズの拡大に伴って、200ミクロン以上に大きく設定する必要性も生じてくる。
FIG. 7 shows the relationship between the average thickness H1 of the low refractive
W2/H1の値が大きい場合には、入射光線は低屈折率領域部81の側面25に衝突する確率が低く、これによる不必要な不規則な反射または透過光27を抑制し、漏光モジュレータの機能の主目的である導光体3から光出射制御機能層83への伝搬光の漏光制御が障害なく忠実に達成される。このことは、後述の付加層11の有無によらない。
When the value of W2 / H1 is large, the incident light beam has a low probability of colliding with the
また、漏光モジュレータ8の低屈折率領域部81と高屈折率領域部82との配列方向に対する高屈折率領域部82への入射光のなす角度のより小さな光(低次モード光)を光出射制御機能層83に積極的に漏光させる必要がある場合は、W2/H1の値はより大きく設定する必要がある。従って、先に説明したように高屈折率領域部82を通過する光のモードに制限を与えるn2とngとの屈折率の関係も、W2/H1の値の設計に大きく関係してくる。例えば、n2/ngの値が1より小さくなると、低次モード光の高屈折率領域部82への漏光モード(26)は大きく制限されるので、W2/H1の値は比較的小さな値、すなわち1から2程度で良い。しかし、n2/ngが1または1より大きな値に設計する必要性が生じた場合は、低次モード光の光出射制御機能層83への漏光がより必要となる場合は、かなり入射角の大きな低次モード光までをも漏光し高屈折率領域部82を通過させる必要があるため、W2/H1の値は2以上に設定しなければならない。不規則な反射光27の割合をできる限り抑制し、漏光制御を忠実に行う目的からは、W2/H1の値は3以上であることが必要で、好ましくは5以上、更に好ましくは8以上である。入射角が90度に近い伝搬モード光を積極的に漏光する必要性がある場合は、低次モードから高次モードへのモード変換機能(例えば楔形状導光体による)を利用するのが好ましい。しかし、W2/H1が必要以上に大きいと、導光体3の出射面積、H1の大きさや面光源としての必要解像度との関係もあるが、漏光部分のパターン寸法が人の目の解像度より大きくなり、輝点として欠陥の如く視認される可能性があるのであまり好ましくない。W2/H1は30以下にとどめることが好ましく、10以下の範囲が更に好ましい。
Further, light having a smaller angle (low-order mode light) formed by incident light to the high refractive
また、一般的には、低屈折率領域部81及び高屈折率領域部82の断面形状は略矩形で良く(特殊な断面形状である必要はない)、またW2/H1が大きい方が好ましい。これは、前述したように低屈折率領域部81と高屈折率領域部82との界面25で不必要な不規則な反射が起こり難いこと、更に、該漏光モジュレータ8を光硬化性樹脂を用いて金型転写賦形で製造する場合に金型作製が容易なこと、また成形時に金型からの成形物の離形性が高まるなどの製造上の利点がいくつかあるからである。
In general, the low-
ただし、ここで述べる略矩形断面形状とは、低屈折率領域部81及び高屈折率領域部82の断面形状が必ずしも完全に矩形状でなくても、例えば低屈折率領域部81及び高屈折率領域部82の互いに接する側端面が若干のテーパ形状を形成しているものも含まれる。これらは、漏光モジュレータ8を金型転写で製造する場合において、金型から成形物を引き剥がすときの離形性を高める手段(抜きテーパ)としてむしろ好ましい。
However, the substantially rectangular cross-sectional shape described here means that the low-refractive
次に、以上のような面光源装置における複数のプリズム列9の機能、特に指向性光反射制御機能について説明する。
Next, the function of the plurality of
複数のプリズム列9の主たる機能は、以上のようにして導光体3から漏光モジュレータ8へと導入され光出射制御機能層83へと入射せしめられた光を全反射して所望方向とくに導光体3の光出射面33の法線方向(Z方向)及びその近傍方向に向けることである。このため、プリズム列9の2つのプリズム面のうちの一次光源1に近い側のプリズム面91の傾斜が光出射面33に対して80〜105°とされており、一次光源1から遠い側のプリズム面92の傾斜が光出射面33に対して35〜55°とされている。
The main functions of the plurality of
光出射制御機能層83へと入射せしめられた光は、光出射制御機能層83の複数のプリズム列9の形成された面へと向かう。これらのプリズム列9は、互いに平行に且つ導光体中の光のXY面内における主たる伝搬方向であるX方向に略垂直となるY方向に延在している。これは、入射光のXY面内における主たる伝搬方向に対して常にプリズム列9の稜線が直交した状態が、最も効率よく導光体光出射面法線方向に光が立ち上がることによる。本実施形態においては、プリズム列9は導光体3の光入射端面31と略平行となるY方向に延在している。
The light incident on the light emission
プリズム列9の各々のプリズム面91,92を適宜設計することで、ピーク出射角度を自由に設定することができる。プリズム列9を構成する一方側の面[一次光源1から遠い側の面](第2プリズム面)92を導光体3の光出射面33に対して35度以上55度以下の傾斜角に設定し、他方側の面[一次光源1に近い側の面](第1プリズム面)91を導光体3の光出射面33に対して80度から105度の傾斜角に設定することで、プリズム列9による内面反射光が導光体3へと再入射し光出射面33から出射する際の出射光のピーク光を光出射面33の略法線の方向に向けると共に、出射光の角度分布を狭く(たとえば、半値全幅15〜25度)することができる。光出射面法線方向の指向性を高めるためには、第2プリズム面92の傾斜角は好ましくは35〜50度とくに好ましくは40〜45度の範囲であり、第1プリズム面91のそれは好ましくは80〜100度とくに好ましくは85〜95度の範囲である。
By appropriately designing the prism surfaces 91 and 92 of the
形成されるプリズム列9のピッチは、加工可能な範囲で適宜選定することができるが、10〜500μmの範囲であることが好ましく、更に好ましくは30〜300μmの範囲である。モアレ防止の目的で、プリズム列9のピッチを部分的に或は連続的に変化させてもよい。面光源装置が大きくなり又は導光体3の厚さに対する長さの割合が大きくなり光出射面での均斉度が低下しがちな場合は、プリズム列9のピッチを部分的あるいは連続して変化させることにより、均斉度の改善効果を高めることもできる。さらに、プリズム面は平面であっても所定の曲率の曲面であってもよく、曲面とした場合には出射光の角度分布を幾分小さく又は大きくすることも可能である。
The pitch of the
プリズム列9の第2プリズム面92の機能は、光線を全反射して導光体3の光出射面33の法線方向に向けることである。
The function of the
以上のようなプリズム列9では、プリズム形状の先端部の光利用効率は低い。よって、プリズム列9の先端部を平坦にしたり、断面多角形や断面曲線状などいかなる形に加工しても、光学的性能にはそれ程影響を与えない。図8に示されるように、プリズム列9の先端部を平坦にして平坦部93となすと、摩擦によるプリズム面の傷つき等が低減されて好ましい。
In the
図9は、本発明によるタンデム型面光源装置の更に別の実施形態の面発光ユニットを示す模式的部分断面図である。この図において、図1〜図8におけると同様の部材には同一の符号が付されている。本実施形態では、漏光モジュレータの複合層80と導光体3との間に、屈折率n4(ここで、n4>n1)の付加層(第4屈折率層)11が介在している。この付加層11が高屈折率領域部82と類似の機能を果たし、n2=n3の場合であっても、高屈折率領域部82に代わって付加層11が類似の役割を果たすことができる。
FIG. 9 is a schematic partial cross-sectional view showing a surface light emitting unit of still another embodiment of the tandem surface light source device according to the present invention. In this figure, members similar to those in FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals. In the present embodiment, an additional layer (fourth refractive index layer) 11 having a refractive index n4 (here, n4> n1) is interposed between the light leakage
このように、本実施形態の特徴としては、導光体3の裏面34に付加層11を均一塗布などによって形成することで、この付加層11に複合層80の高屈折率領域部82と類似した役割を持たせることができ、また、n2=n3すなわち漏光モジュレータ内部の高屈折率領域部82と光出射制御機能層83とに同一材料を用いることができるなど、本発明の面光源装置を工業的に作製する上での低コスト化に有利となる。
As described above, the feature of the present embodiment is that the
より指向性に優れた漏光モジュレータ8への入射光を得る手段として、高屈折率領域部82(または付加層11)の屈折率n2(またはn4)と導光体屈折率ngとをn2<ng(またはn4<ng)の関係が成り立つように設定することが挙げられる。これにより、高屈折率領域部82へ入射する光線を、すでに説明したように所定の限られた範囲の伝搬モードの光束に制限することができる。
As a means for obtaining incident light to the
ただし、平行平板形の導波路においては、一次光源1から離れるに従い、導光体3の内部に低次モード光の残留蓄積が起こるため、該低次モード光を常に高次モードへ変換する機構を設けることが好ましい。この手段としては、図9にも示すように、導光体3の厚みを一次光源1から遠ざかるに従い徐々に小さくしてゆくこと即ち楔形状とすること、そして/または、光拡散材の混入、導光体3の光出射面への粗面形態、マイクロプリズム、格子形状、切欠き等の付与が考えられる。中でも楔形状の導入は、一次光源1との距離に関して連続的にかつ容易にモード変換制御が可能な有効な手段である。
However, in the parallel plate type waveguide, since the low-order mode light is accumulated in the
さらに、本発明においては、導光体3から出射し、漏光モジュレータ8及びプリズム列9によって狭視野化され高輝度化され導光体3へと導入され、該導光体を通って光出射面33から出射する光を、輝度の低下をできる限り招くことなく、視野範囲を目的に応じて適度に制御するために、図10に示されているように、導光体光出射面33上に光拡散素子6を隣接配置することもできる。また、このように光拡散素子6を配置することによって、品位低下の原因となるぎらつきや輝度斑等を抑止し品位向上を図ることもできる。光拡散素子6は、導光体光出射面からの光が入射する入射面61とその反対側の出射面62とを有する。
Further, in the present invention, the light is emitted from the
光拡散素子6は、導光体3と一体化させて形成してもよいし、光拡散素子6を個別に導光体光出射面33上に載置してもよい。個別に光拡散素子6を配置する方が好ましい。個別に光拡散素子6を載置する場合には、光拡散素子6の導光体光出射面33に隣接する側の面には、導光体光出射面33とのスティッキングを防止するため、凹凸構造を付与することが好ましい。同様に、光拡散素子6の出射面においても、その上に配置される液晶表示素子との間でのスティッキングを考慮する必要があり、光拡散素子6の出射面にも凹凸構造を付与することが好ましい。この凹凸構造は、スティッキング防止の目的のみに付与する場合には、平均傾斜角θaが0.7度以上となるような構造とすることが好ましく、さらに好ましくは1度以上であり、より好ましくは1.5度以上である。
The
ここで、平均傾斜角θaθaは、ISO4287/1−1984に従って、触針式表面粗さ計を用いて粗面形状を測定し、測定方向の座標をxとして、得られた傾斜関数f(x)から次の式(1)および式(2)
ΔaΔa=(1/L)∫0 L|(d/dx)f(x)|dx ・・・ (1)
θaθa=tan-1(ΔaΔa) ・・・ (2)
を用いて求めることができる。ここで、Lは測定長さであり、ΔaΔaは平均傾斜角θaθaの正接である。
Here, the average inclination angle θaθa is measured in accordance with ISO 4287 / 1-1984 using a stylus type surface roughness meter, and the obtained inclination function f (x) is obtained with x in the measurement direction. To the following equations (1) and (2)
ΔaΔa = (1 / L) ∫ 0 L | (d / dx) f (x) | dx (1)
θaθa = tan −1 (ΔaΔa) (2)
Can be obtained using Here, L is the measurement length, and ΔaΔa is a tangent of the average inclination angle θaθa.
本発明においては、輝度特性、視認性および品位等のバランスを考慮して導光体3からの出射光を適度に拡散させる光拡散特性を有する光拡散素子6を使用することが好ましい。すなわち、光拡散素子6の光拡散性が低い場合には、視野角を十分に広げることが困難となり視認性を低下させるとともに、品位改善効果が十分でなくなる傾向にあり、逆に光拡散性が高すぎる場合には漏光モジュレータ8及びプリズム列9による狭視野化の効果が損なわれるとともに、全光線透過率も低くなり輝度が低下する傾向にある。そこで、本発明の光拡散素子6においては、平行光を入射したときの出射光光度分布(XZ面内)の半値全幅が1〜13度の範囲であるものが使用される。光拡散素子6の半値全幅は、好ましくは3〜11度の範囲、さらに好ましくは4〜8.5度の範囲である。なお、本発明において光拡散素子6の出射光光度分布(XZ面内)の半値全幅とは、図11に示すように、光拡散素子6に入射した平行光線が出射時にどの程度拡散して広がるかを示したもので、光拡散素子6を透過し拡散した光の出射光光度分布(XZ面内)におけるピ−ク値に対する半値での広がり角の全幅の角度(ΔθH)をいう。
In the present invention, it is preferable to use the
このような光拡散特性は、光拡散素子6中に光拡散剤を混入したり、光拡散素子6の少なくとも一方の表面に凹凸構造を付与することによって付与することができる。表面に形成する凹凸構造は、光拡散素子6の一方の表面に形成する場合と両方の表面に形成する場合とでは、その程度が異なる。光拡散素子6の一方の表面に凹凸構造を形成する場合には、その平均傾斜角を0.8〜12度の範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは3.5〜7度であり、より好ましくは4〜6.5度である。光拡散素子6の両方の表面に凹凸構造を形成する場合には、一方の表面に形成する凹凸構造の平均傾斜角を0.8〜6度の範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは2〜4度であり、より好ましくは2.5〜4度である。この場合、光拡散素子6の全光線透過率の低下を抑止するためには、光拡散素子6の入射面側の平均傾斜角を出射面側の平均傾斜角よりも大きくすることが好ましい。また、光拡散素子6のヘイズ値としては8〜82%の範囲とすることが、輝度特性向上と視認性改良の観点から好ましく、さらに好ましくは30〜70%の範囲であり、より好ましくは40〜65%の範囲である。
Such light diffusion characteristics can be imparted by mixing a light diffusing agent in the
本発明の面光源装置は、デスクトップ型パソコンのモニター、液晶テレビ等の比較的サイズが大きい表示装置に好適である。このような表示装置に使用する場合、比較的広い視野角が必要であるとともに高い輝度が必要となる。そこで、光拡散素子6としては、広い視野角を得る光拡散性が必要とされ、出射光光度分布(XZ面内)の半値全幅が6〜13度の範囲のものを使用することが好ましく、さらに好ましくは6.5〜11度、より好ましくは7〜9度の範囲である。また、ヘイズ値としては、50〜82%の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは60〜75%、より好ましくは65〜70%の範囲である。さらに、光拡散素子6の表面に凹凸構造を形成する場合には、その平均傾斜角が4.5〜12度の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは5.5〜8.5度、より好ましくは6〜7度の範囲である。
The surface light source device of the present invention is suitable for a display device having a relatively large size such as a monitor of a desktop personal computer or a liquid crystal television. When used in such a display device, a relatively wide viewing angle is required and high luminance is required. Therefore, as the
本発明の面光源装置においては、上記のような光拡散素子6を用いる場合、導光体3からの出射光輝度分布(XZ面内)の半値全幅が19〜26度程度の集光性が比較的弱い導光体3、漏光モジュレータ8及びプリズム列9を使用するとともに、光拡散性の比較的弱い光拡散素子6を使用した方がYZ面での拡散による輝度の低下を抑えられるため、輝度向上の観点からは好ましい場合がある。この場合、光拡散素子6としては、広い視野角を得る光拡散性が必要とされ、出射光光度分布(XZ面内)の半値全幅が1〜8度の範囲のものを使用することが好ましく、さらに好ましくは2〜8度、より好ましくは3〜7度の範囲である。また、ヘイズ値としては、8〜70%の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは30〜65%、より好ましくは40〜60%の範囲である。さらに、光拡散素子6の一方の表面に凹凸構造を形成する場合には、その平均傾斜角が0.8〜7度の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは3〜6.5度、より好ましくは3.5〜6度の範囲である。凹凸構造を両面に形成する場合には、その一方の表面の平均傾斜角が0.8〜4度の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは1〜4度、より好ましくは2〜4度の範囲である。
In the surface light source device of the present invention, when the
本発明においては、光拡散素子6として光拡散性に異方性を有するもの(異方性光拡散素子たとえば異方性光拡散シート)を使用することが、光拡散素子6の全光線透過率を高め、光偏向素子4からの出射光を効率的に拡散でき、輝度を向上させることができるため好ましい。例えば、導光体3の一つの端面に線状の冷陰極管を一次光源1として配置した面発光ユニットを備えた光源装置において、漏光モジュレータ8及びプリズム列9により主としてXZ面において狭視野化を図り、このXZ面内で狭視野化された光をさらに光拡散素子6により拡散させ視野角を広げることができる。しかるに、光拡散素子6として等方性拡散性のものを使用した場合には、光偏向素子により狭視野化されていないYZ面内についても同等に光が拡散されるため、輝度の低下を招くことになる。そこで、図12に示したように、YZ面内よりもXZ面内での光拡散性が高いような異方拡散性を有する光拡散素子6を使用することにより、漏光モジュレータ8及びプリズム列9により狭視野化されたXZ面での光の拡散を強くし、狭視野化されていないYZ面内での光の拡散を弱くすることができ、導光体光出射面33からの出射光を効率的に拡散することができ、輝度の低下を最小限に抑えることができる。
In the present invention, using the
このような光拡散素子6の異方拡散性については、どのような異方性を有する光拡散素子6を使用するかは、上記のようなXZ面とYZ面での異方性のみの要因により決定されるものではなく、漏光モジュレータ8の形状、プリズム列9の形状や配列、面光源装置の用途等に応じて適宜選定することができる。すなわち、図13に示したように、光拡散素子6の出射面法線及び出射面内の任意の方向(P−n方向(n=1,2,・・・))を含む任意の面(ZP−n面(n=1,2,・・・))を想定し、これらの任意の面における出射光光度分布(XZ面内)の半値全幅を相違させることによって異方性を付与することができる。なお、ZP−n面の半値全幅の中で最も大きいものを最大半値全幅、最も小さいものを最小半値全幅とする。同様に、光拡散素子6に異方拡散性を付与する凹凸構造の平均傾斜角についても、ZP−n面と光拡散素子6(XY面)が交差する任意のP-n方向における平均傾斜角を相違させることによって平均傾斜角の異方性を付与することができる。このとき、P−n方向の平均傾斜角の中で最も大きいものを最大平均傾斜角、最も小さいものを最小平均傾斜角とする。
Regarding the anisotropic diffusivity of such a
例えば、導光体3のYZ面と平行な側端面に対向するように線状の冷陰極管を配置し一次光源1とした場合、漏光モジュレータ8及びプリズム列9は主としてXZ面で狭視野化を図りYZ面では殆ど作用しないため、導光体光出射面33からの出射光をXZ面内で効果的に拡散しYZ面内では拡散させないような異方拡散性を有する光拡散素子6を使用することが最適である。従って、光拡散素子6としては、XZ面で最大半値全幅を示し、YZ面で最小半値全幅を示すような異方拡散性を有するものが好ましい。同様に、光拡散素子6に形成する凹凸構造も、Y方向に最大平均傾斜角を有し、X方向に最小平均傾斜角を有するような構造あるいは配置とすることが好ましい。
For example, when a linear cold-cathode tube is disposed so as to face the side end face parallel to the YZ plane of the
このような異方拡散性を有する光拡散素子6においても、輝度特性、視認性および品位等のバランスを考慮して導光体光出射面33からの出射光を適度に拡散させる光拡散特性を有する光拡散素子6を使用することが必要である。すなわち、光拡散素子6の光拡散性が低い場合には、視野角を十分に広げることが困難となり視認性を低下させるとともに、品位改善効果が十分でなくなる傾向にあり、逆に光拡散性が高すぎる場合には漏光モジュレータ8及びプリズム列9による狭視野化の効果が損なわれるとともに、全光線透過率も低くなり輝度が低下する傾向にある。そこで、出射光光度分布(XZ面内)の最大半値全幅が1〜13度の範囲であるものが使用され、好ましくは3〜11度の範囲、さらに好ましくは4〜9度の範囲である。また、最小半値全幅に対する最大半値全幅の比(最大半値全幅/最小半値全幅)が1.1〜20の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは2〜15の範囲、より好ましくは4〜10の範囲である。これは、最大半値全幅/最小半値全幅を1.1以上とすることによって光の利用効率を向上させ輝度を高めることができるためであり、20以下とすることによって強い光拡散性による輝度の低下を抑止することができるためである。
The
光拡散素子6の一方の表面に凹凸構造を形成する場合には、その最大平均傾斜角を0.8〜15度の範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは3.5〜11度であり、より好ましくは4〜9度である。また、最大半値全幅/最小半値全幅と同様の観点から、最小平均傾斜角に対する最大平均傾斜角の比(最大平均傾斜角/最小平均傾斜角)は、1.1〜20の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは2〜15の範囲、より好ましくは4〜10の範囲である。凹凸構造は、光拡散素子6の両方の表面に形成してもよく、この場合、光拡散素子6の全光線透過率の低下を抑止するためには、光拡散素子6の入射面側の平均傾斜角を出射面側の平均傾斜角よりも大きくすることが好ましい。また、光拡散素子6のヘイズ値としては8〜82%の範囲とすることが、輝度特性向上と視認性改良の観点から好ましく、さらに好ましくは30〜70%の範囲であり、より好ましくは40〜65%の範囲である。
In the case of forming a concavo-convex structure on one surface of the
このような異方拡散性を有する光拡散素子6の拡散性付与構造としては、例えば、図14〜図16に示したような凹凸構造が挙げられる。図14に示した凹凸構造は、一軸上に長く延びたレンチキュラーレンズ列等のレンズ列6aを多数略並列して連設した配列構造である。このようなレンズ列の配列ピッチは表示素子として使用される液晶表示素子のピッチおよび光偏向素子4のプリズム列等のレンズ列の配列ピッチに対してモアレの発生しにくいピッチを選定するか、ランダムな配列ピッチとすることが好ましい。通常、レンズ列の配列ピッチは1〜70μmの範囲とすることが好ましく、製造の容易さやモアレの発生を防止する観点から5〜40μmがさらに好ましく、より好ましくは10〜30μmの範囲である。また、レンズ列の長手方向と直交する方向の平均傾斜角は0.8〜15度の範囲とすることが輝度向上と視認性向上の観点から好ましく、さらに好ましくは3.5〜11度、より好ましくは4〜9度の範囲である。
Examples of the diffusibility imparting structure of the
図15に示した凹凸構造は、多数のシリンドリカルレンズ形状体6bを離散的に配列した構造である。シリンドリカルレンズ形状体の配列間隔は、一定の規則的なピッチでもよく、ランダムな配列ピッチであってもよい。通常、シリンドリカルレンズ形状体の配列ピッチは、1〜70μmの範囲とすることが好ましく、製造の容易さやモアレの発生を防止する観点から5〜40μmがさらに好ましく、より好ましくは10〜30μmの範囲である。また、シリンドリカルレンズ形状体の長手方向と直交する方向の平均傾斜角は0.8〜15度とすることが輝度向上と視認性向上の観点から好ましく、さらに好ましくは3.5〜11度、より好ましくは4〜9度の範囲である。このような離散的な配列構造は、光拡散素子6として最大半値全幅を示すことが要求される面と光拡散素子6の出射面との交差する線と、シリンドリカルレンズ形状体の長手方向とが略直交する確率が高くなるように配列することが好ましい。また、光拡散素子6として最小半値全幅を示すことが要求される面と光拡散素子6の出射面との交差する線と、シリンドリカルレンズ形状体の長手方向とが略平行になる確率が高くなるよう配列することが好ましい。
The concavo-convex structure shown in FIG. 15 is a structure in which a large number of cylindrical lens-shaped
図16に示した凹凸構造はヘアライン構造である。ヘアライン6cの延びる方向に直交する方向の平均傾斜角は0.8〜15度とすることが輝度向上と視認性向上の観点から好ましく、さらに好ましくは3.5〜11度、より好ましくは4〜9度の範囲である。ヘアラインの延びる方向は、光拡散素子6として最大半値全幅を示すことが要求される面と光拡散素子6の出射面との交差する線と略直交する方向が好ましい。
The uneven structure shown in FIG. 16 is a hairline structure. The average inclination angle in the direction orthogonal to the direction in which the
このような異方拡散性を付与する凹凸構造が形成された面およびその裏面の少なくとも一方にマット構造を付与することにより、ぎらつきや輝度斑等を抑止することができ品位を向上させることができる。しかし、マット構造の光拡散性が強くなると異方拡散性が損なわれ輝度の低下を招く場合があるため、比較的光拡散性の弱いマット構造を付与することが好ましい。このようなマット構造としては、平均傾斜角度が0.5〜5度の範囲のものが好ましく、さらに好ましくは0.8〜4度、より好ましくは1〜3.5度の範囲である。なお、異方性付与凹凸構造の表面にマット構造を付与した場合のマット構造の平均傾斜角は、凹凸構造に起因する平均傾斜角度を除いたマット構造自体の平均傾斜角をいう。このような平均傾斜角は、凹凸構造の無い部分や凹凸構造の長手方向に平行な方向にて測定することができ、触針粗さ計による計測、光拡散素子6の断面形状を画像解析する方法、原子間力顕微鏡等を用いて測定することができる。
By imparting a mat structure to at least one of the surface on which the uneven structure imparting such anisotropic diffusibility and the back surface thereof are provided, glare, brightness spots, etc. can be suppressed and the quality can be improved. it can. However, if the light diffusibility of the mat structure is increased, the anisotropic diffusibility may be impaired and the luminance may be lowered. Therefore, it is preferable to provide a mat structure having a relatively weak light diffusibility. Such a mat structure preferably has an average inclination angle in the range of 0.5 to 5 degrees, more preferably 0.8 to 4 degrees, and more preferably 1 to 3.5 degrees. The average inclination angle of the mat structure when the mat structure is provided on the surface of the anisotropy imparting concavo-convex structure refers to the average inclination angle of the mat structure itself excluding the average inclination angle caused by the concavo-convex structure. Such an average inclination angle can be measured in a portion having no concavo-convex structure or in a direction parallel to the longitudinal direction of the concavo-convex structure, measured by a stylus roughness meter, and image analysis of the cross-sectional shape of the
本発明においては、漏光モジュレータ8及びプリズム列9を用いて導光体光出射面33からの出射光を法線方向等の特定な方向に出射させ、この出射光を異方拡散性を有する光拡散素子6を用いて所望の方向に出射させることもできる。この場合、光拡散素子6に異方拡散作用と光偏向角作用の両方の機能を付与することもできる。例えば、凹凸構造としてレンチキュラーレンズ列やシリンドリカルレンズ形状体を用いたものでは、その断面形状を非対称形状にすることで、異方拡散作用と光偏向作用の両機能を付与することができる。
In the present invention, the light emitted from the light guide
また、本発明においては、面光源装置としての視野角を調整し、品位を向上させる目的で、光拡散素子6に光拡散材を含有させることもできる。このような光拡散材としては、光拡散素子6を構成する材料と屈折率が異なる透明な微粒子を使用することができ、例えば、シリコーンビーズ、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレ−ト、フッ素化メタクリレ−ト等の単独重合体あるいは共重合体等からなるものが挙げられる。光拡散材としては、光拡散素子6による適度な拡散効果を損なわないように、含有量、粒径、屈折率等を適宜選定する必要がある。例えば、光拡散材の屈折率は、光拡散素子6を構成する材料との屈折率差が小さすぎると拡散効果が小さく、大きすぎると過剰な散乱屈折作用が生じるため、屈折率差が0.01〜0.1の範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは0.03〜0.08、より好ましくは0.03〜0.05の範囲である。また、拡散材の粒径は、大きすぎると散乱が強くなりぎらつきや輝度の低下を引き起こし、小さすぎると着色が発生するため、平均粒径が0.5〜20μmの範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは2〜15μm、より好ましくは2〜10μmの範囲である。
Moreover, in this invention, the light-
本発明においては、上記のような光拡散素子6に代えて、集光素子たとえば集光性フィルムを使用することも可能である。この集光素子は、上記光拡散素子6とは逆に、導光体光出射面33から出射する光の角度分布を狭める(即ち集光させる)機能を有する。集光素子としては、集光効率を高めるための比較的大きな傾斜角成分を持つ凹凸表面構造を有するものが例示される。この集光素子としては、光拡散素子6の場合と同様に、集光性に異方性を有するものを使用することができる。以下、その実施形態を示す。
In the present invention, a light condensing element such as a light condensing film can be used instead of the
図17は集光素子18の模式的平面図であり、図18及び図19はそれぞれその部分断面図である。集光素子18は、透光性を有するシート状基材18aの一方の表面に多数の微小凸部18bが形成されたものである。
FIG. 17 is a schematic plan view of the condensing
図17に示されているように、微小凸部18bのZ方向に見た形状(平面形状)即ちシート状基材18aの表面への投影形状は楕円形である。即ち、微小凸部18bはXY面内において形状異方性をもっており、そのX方向寸法xはたとえば20〜100μmであり、そのY方向寸法yはたとえば15〜50μmである。また、図19に示される微小凸部18bのZ方向寸法zは、たとえば8〜25μmである。本実施形態では、微小凸部18bの平面形状の中心は微小凸部18bの頂部Oに対応しており、該頂部Oを通るシート状基材18aの法線NLを含む複数の断面のうちの1つであるXZ断面(図18)での微小凸部8bの形状が略半楕円形である。また、頂部Oを通るシート状基材18aの法線NLを含む複数の断面のうちの他の1つであるYZ断面(図19)での微小凸部18bの形状が略半円形である。
As shown in FIG. 17, the shape (planar shape) seen in the Z direction of the
従って、微小凸部18bの平面形状の中心を通り且つシート状基材18aの法線方向を含む複数の断面においてそれぞれ現れる平均傾斜角のうちの最大値と最小値は、それぞれYZ断面内及びXZ断面内にて現れる。これら平均傾斜角の最大値及び/または最小値は、例えば25〜55度、好ましくは30〜50度、更に好ましくは35〜45度である。平均傾斜角の最大値と最小値との差は、要求される集光異方性の程度により適宜設定されるが、たとえば5度以上、好ましくは10度以上、更に好ましくは15度以上とされる。
Therefore, the maximum value and the minimum value of the average inclination angles respectively appearing in a plurality of cross sections that pass through the center of the planar shape of the
微小凸部18bの表面の平均傾斜角θaは、上記のようにして求めることができる。
The average inclination angle θa of the surface of the
また、微小凸部18bの頂部Oと裾部とを通る直線がシート状基材18aの表面となす傾斜角は、XZ断面内ではφxであり(裾部はSx:図18参照)、YZ断面内ではφyである(裾部はSy:図19参照)。本実施形態では、φxが傾斜角の最小値であり、φyが傾斜角の最大値である。これら最大値φx及び/または最小値φyは、例えば35〜60度の範囲内、好ましくは40〜50度の範囲内とされる。このように傾斜角の最大値φx及び/または最小値φyを35〜60度の範囲内とすることで、光の進行方向を法線方向に近づける一層良好な集光作用が得られる。傾斜角の最大値と最小値との差は、要求される集光異方性の程度により適宜設定されるが、たとえば5度以上、好ましくは10度以上、更に好ましくは15度以上とされる。
In addition, an inclination angle formed by a straight line passing through the top portion O and the skirt portion of the minute
多数の微小凸部18bは、その平面形状における短手方向(平均傾斜角の最大値が現れる断面に対応する方向)及び長手方向(平均傾斜角の最小値が現れる断面に対応する方向)がそれぞれ互いに平行になるようにして、シート状基材18aの一方の表面において離散的に配置されている。集光素子18は、平均傾斜角の最小値が現れる断面が線状一次光源1の延在方向と略直交するように配置されている。
A large number of minute
シート状基材18aの表面において微小凸部18bが占有する面積の割合は、要求される集光性の程度に応じて適宜設定されるが、たとえば40〜80%、好ましくは50〜70%である。また、シート状基材18の表面における微小凸部18bの数密度は、たとえば100〜3000個/mm2、好ましくは300〜2000個/mm2、更に好ましくは500〜1000個/mm2である。更に、微小凸部18bは、シート状基材18aの表面(法線NLの方向と直交する面)への投影面積がたとえば200〜4000μm2である。
The ratio of the area occupied by the
微小凸部18bの表面の形状は、集光素子18への入射光の角度分布に対して特定の関係にあるのが好ましい。即ち、微小凸部18bの平均傾斜角の最小値が現れる断面及び最大値が現れる断面のうちの少なくとも一方において、導光体3からの拡散出射光が集光素子18に入射する際の角度分布の半値半幅角度以下の光成分の進行方向が法線NLの方向(Z方向)に近づくような集光作用を受けるようにする。図20は、このような集光作用について説明するための模式図である。ここでは、集光素子18のシート状基材18aの下面(入射面)に入射する光の角度分布における半値半幅角度θh1で入射する光が微小凸部18bの表面から屈折出射する様子が示されている。屈折出射位置での微小凸部18bの表面の傾斜角をαとして、Z方向に対する屈折出射光のなす角度θ3がZ方向に対する集光素子18内の光のなす角θ2より小さいことが、効率の良い集光の条件となる。この条件は、集光素子18の屈折率をnとして、α>sin-1[sin(θh1)/n]である。微小凸部18bの表面において、このような条件を満たす領域の割合が全体の20%以上となるようにすることで、良好な集光作用が得られる。
It is preferable that the shape of the surface of the minute
以上のようにして、光拡散異方性を持つ光拡散素子6または集光異方性を持つ集光素子18を漏光モジュレータ8及びプリズム列9に対して適切な配置にて組み合わせ使用することで、漏光モジュレータ8及びプリズム列9により制御された光分布を所要断面内で適宜選択的に修正して、最終的に所望の視野角特性が得られるようにすることができる。
As described above, the
本発明においては、以上のような集光異方性を持つ集光素子18を使用する代わりに、同様な異方集光機能を発揮するために、導光体3の光出射面33に光入射端面31とほぼ直交する方向に沿って延在し且つ互いに平行に配列された複数のプリズム列を形成してもよい。このプリズム列としては、例えば頂角約100度程度のものをピッチ10〜100μmで配列したものが例示される。
In the present invention, instead of using the condensing
一次光源1はY方向に延在する線状の光源であり、該一次光源1としては例えば蛍光ランプや冷陰極管を用いることができる。なお、本発明においては、一次光源1は線状光源に限定されるものではなく、LED光源、ハロゲンランプ、メタハロランプ等のような点状光源を用いてもよいし、これらの点状光源を複数用い適宜の間隔をもって配置したものを使用することもできる。また、光源リフレクタ2は一次光源1の光をロスを少なく導光体3へ導くものである。その材質としては、例えば表面に金属蒸着反射層を有するプラスチックフィルムを用いることができる。
The primary
このような光源リフレクタ2と同様な反射部材を、導光体3の光入射端面31以外の側端面に付することも可能である。光反射素子5としては、例えば表面に金属蒸着反射層を有するプラスチックシートを用いることができる。本発明においては、光反射素子5として反射シートに代えて、導光体3の裏面34等に金属蒸着等により形成された光反射層等とすることも可能である。尚、一次光源1から発せられ導光体32より導光され漏光モジュレータ8を介してプリズム列9へと到達する光の第2プリズム面92による内面反射が全反射の場合には、光反射素子5は省略してもよい。しかし、その場合であっても、外部から導光体光出射面33へと入射し漏光モジュレータ8を通って第2プリズム面92から出射する光を、光反射素子5により反射してプリズム列9及び漏光モジュレータ8へと再入射させ、発光に利用するのが、光利用効率の向上の点から好ましい。
A reflection member similar to the
本発明の導光体3、光拡散素子6及び集光素子18は、光透過率の高い合成樹脂から構成することができる。このような合成樹脂としては、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂が例示できる。特に、メタクリル樹脂が、光透過率の高さ、耐熱性、力学的特性、成形加工性に優れており、最適である。このようなメタクリル樹脂としては、メタクリル酸メチルを主成分とする樹脂であり、メタクリル酸メチルが80重量%以上であるものが好ましい。導光体3、光拡散素子6及び集光素子18の粗面、ヘアライン、プリズム列、レンチキュラーレンズ列又は微小凸部等の表面構造を形成するに際しては、透明合成樹脂板を所望の表面構造を有する型部材を用いて熱プレスすることで形成してもよいし、スクリーン印刷、押出成形や射出成形等によって成形と同時に形状付与してもよい。また、熱あるいは光硬化性樹脂等を用いて構造面を形成することもできる。更に、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリメタクリルイミド系樹脂等からなる透明フィルムあるいはシート等の透明基材の表面上に、活性エネルギー線硬化型樹脂からなる粗面構造またレンズ列配列構造を表面に形成してもよいし、このようなシートを接着、融着等の方法によって別個の透明基材上に接合一体化させてもよい。活性エネルギー線硬化型樹脂としては、多官能(メタ)アクリル化合物、ビニル化合物、(メタ)アクリル酸エステル類、アリル化合物、(メタ)アクリル酸の金属塩等を使用することができる。
The
導光体3も含み、低屈折率領域部81、高屈折率領域部82、光出射制御機能層83及び付加層11は、前述したように、それら屈折率の相対的な調整が必要な場合がある。特に付加層11は導光体内部の伝搬モードの調整のためには、該導光体の屈折率よりも低い屈折率の材料を用いる必要がある。比較的低屈折率の層を構成する材料は一般にガラス転移温度(Tg)が室温以下のものが多く、耐熱性や屈折率制御等を考えると、比較的Tgの大きな共重合体を採用することが好ましい。
The
有用な比較的低屈折率の材料としては、メチルメタクリレート、フッ化アルキル(メタ)アクリレート、フッ化アルキル−α−フルオロアクリレート、α−フルオロアクリレート、ペンタフルオロフェニルメチルメタクリレート、ペンタフルオロフェニル−α−フルオロアクリレート、ペンタフルオロフェニルメタクリレートのモノマー群より選定される単独重合体、そして/または、該モノマー群より選ばれる屈折率調整の可能な高透明共重合体により構成されるのが好ましい。また、導光体と漏光モジュレータとの間に介在する低屈折率層(付加層)においては、低屈折率無機材料であるフッ化マグネシウムを蒸着して用いる方法もある。一方、上記比較的低屈折率の材料に比べ比較的高屈折率な材料としては、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂等があげられる。導光体として一層高屈折率な材料を選定することで、低屈折率材料の層に対する材料選択の幅も広がる。 Useful relatively low refractive index materials include methyl methacrylate, fluorinated alkyl (meth) acrylate, fluorinated alkyl-α-fluoroacrylate, α-fluoroacrylate, pentafluorophenylmethyl methacrylate, pentafluorophenyl-α-fluoro. It is preferably constituted by a homopolymer selected from a monomer group of acrylate and pentafluorophenyl methacrylate and / or a highly transparent copolymer capable of adjusting the refractive index selected from the monomer group. In addition, in the low refractive index layer (additional layer) interposed between the light guide and the light leakage modulator, there is a method in which magnesium fluoride which is an inorganic material having a low refractive index is vapor deposited. On the other hand, examples of the material having a relatively high refractive index compared to the material having the relatively low refractive index include polycarbonate resin, polyester resin, acrylic resin, polyolefin resin, and the like. By selecting a material having a higher refractive index as the light guide, the range of material selection for the low refractive index material layer can be expanded.
漏光モジュレータに関する高屈折率領域部82、光出射制御機能層83、付加層11の構成材料として、紫外線硬化性樹脂組成物を用いることができる。該紫外線硬化性樹脂組成物としては、分子内にアクリロイル基またはメタクリロイル基を有する重合性化合物、紫外線感応性ラジカル重合開始剤そして/または紫外線吸収剤を主成分とする紫外線硬化性組成物がある。
As a constituent material of the high refractive
分子内に(メタ)アクリロイル基を有する重合性化合物としては、光重合性オリゴマー、多官能(メタ)アクリレート、単官能(メタ)アクリレート等の化合物が挙げられる。 Examples of the polymerizable compound having a (meth) acryloyl group in the molecule include photopolymerizable oligomers, polyfunctional (meth) acrylates, and monofunctional (meth) acrylates.
光重合性オリゴマーとしては、分子内に2つ以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネートと分子内に水酸基と(メタ)アクリロイル基を有する化合物を反応させて得られるウレタンポリ(メタ)アクリレートオリゴマー、分子内に2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物と分子内にカルボキシル基と(メタ)アクリロイル基を有する化合物を反応させて得られるエポキシポリ(メタ)アクリレートオリゴマー等を挙げることかできる。 As the photopolymerizable oligomer, a urethane poly (meth) acrylate oligomer obtained by reacting a polyisocyanate having two or more isocyanate groups in the molecule with a compound having a hydroxyl group and a (meth) acryloyl group in the molecule, And an epoxy poly (meth) acrylate oligomer obtained by reacting an epoxy compound having two or more epoxy groups with a compound having a carboxyl group and a (meth) acryloyl group in the molecule.
具体的には、イソホロンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート等のジイソシアネート化合物とヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクルート、テトラメチロールメタントリ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート等の水酸基合有(メタ)アクリレート化合物とを反応して得られるウレタンポリ(メタ)アクリレートオリゴマー、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、テトラブロモビスフェノールAジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物と(メタ)アクリル酸との反応で得られるエポキシポリ(メタ)アクリレートオリゴマー等を代表として挙げることができる。 Specifically, diisocyanate compounds such as isophorone diisocyanate, tetramethylxylylene diisocyanate, xylylene diisocyanate, tolylene diisocyanate, and hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) aclute, tetramethylol methane tri (meth) acrylate, glycerin Urethane poly (meth) acrylate oligomer, bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol F diglycidyl ether, bisphenol S diglycidyl ether, tetrabromo obtained by reacting with a hydroxyl group-containing (meth) acrylate compound such as di (meth) acrylate Epoxy poly (meth) acrylate obtained by reaction of epoxy compounds such as bisphenol A diglycidyl ether and (meth) acrylic acid Mention may be made of the door oligomers or the like as a representative.
多官能(メタ)アクリレート化合物としては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メ夕)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクルート、ポリブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、2,2−ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシフェニル]−プロパン、2,2−ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシエトキシフェニル]−プロパン、2,2−ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシジエトキシフェニル]−プロパン、2,2−ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシペンタエトキシフェニル]−プロパン、2,2−ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ−3−フェニルフェニル]−プロパン、ビス[4−(メタ)アクリロイルチオフェニル]スルフィド、ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシフェニル]−スルフォン、ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシエトキシフェニル]−スルフォン、ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシジエトキシフェニル]−スルフォン、ビス[4−(メタ)アクロイルオキシペンタエトキシフェニル]−スルフォン、ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ−3−フェニルフェニル]−スルフォン、ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ−3,5−ジメチルフェニル]−スルフォン、ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシフェニル]−スルフィド、ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシエトキシフェニル]−スルフィド、ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシペンタエトキシフェニル]−スルフィド、ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ−3−フェニルフェニル]−スルフィド、ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ−3,5−ジメチルフェニル]−スルフィド、2,2−ビス[4−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ−3,5−ジブロモフェニルプロパン]、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。 Polyfunctional (meth) acrylate compounds include ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, and tripropylene glycol di (meth). Acrylate, polypropylene glycol di (meth) aclute, polybutylene glycol di (meth) acrylate, 1,3-butylene glycol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) Acrylate, 2,2-bis [4- (meth) acryloyloxyphenyl] -propane, 2,2-bis [4- (meth) acryloyloxyethoxyphenyl] -propane, 2,2-bis [4- (meth) ) Acryloyloxydiethoxyphenyl] -propane, 2,2-bis [4- (meth) acryloyloxypentaethoxyphenyl] -propane, 2,2-bis [4- (meth) acryloyloxyethoxy-3-phenylphenyl] -Propane, bis [4- (meth) acryloylthiophenyl] sulfide, bis [4- (meth) acryloyloxyphenyl] -sulfone, bis [4- (meth) acryloyloxyethoxyphenyl] -sulfone, bis [4- ( (Meth) acryloyloxydiethoxyphenyl] -sulfone, bis [4- (meth) acryloyloxypentaethoxyphenyl] -sulfone, bis [4- (meth) acryloyloxyethoxy-3-phenylphenyl] -sulfone, bis [4 -(Meth) acryloyloxy Toxi-3,5-dimethylphenyl] -sulfone, bis [4- (meth) acryloyloxyphenyl] -sulfide, bis [4- (meth) acryloyloxyethoxyphenyl] -sulfide, bis [4- (meth) acryloyloxy Pentaethoxyphenyl] -sulfide, bis [4- (meth) acryloyloxyethoxy-3-phenylphenyl] -sulfide, bis [4- (meth) acryloyloxyethoxy-3,5-dimethylphenyl] -sulfide, 2,2 -Bis [4- (meth) acryloyloxyethoxy-3,5-dibromophenylpropane], trimethylolpropane tri (meth) acrylate, tetramethylolmethanetri (meth) acrylate, tetramethylolmethanetetra (meth) acrylate, dipentaeri A sitolol hexa (meth) acrylate etc. can be mentioned.
単官能(メタ)アクリレート化合物としては、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェニルエチル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、パラクミルフェノールエチレンオキサイト変性(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、n−へキシル(メタ)アクリレート、2−ヒトロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、フォスフォエチル(メタ)アクリレート等を挙げることができる。 Monofunctional (meth) acrylate compounds include phenyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, phenylethyl (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrylate, paracumylphenol ethylene oxide modified (meth) acrylate, isobornyl ( (Meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, dicyclopentenyl (meth) acrylate, dicyclopentanyl (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) ) Acrylate, n-butyl (meth) acrylate, i-butyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, pentyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl ( ) Acrylate, n-hexyl (meth) acrylate, 2-humanoxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 2-hydroxybutyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, Examples thereof include tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate and phosphoethyl (meth) acrylate.
本発明においては、上記のような化合物を単独で使用してもよいし、2種類以上を混合して使用してもよい。 In the present invention, the above compounds may be used alone or in combination of two or more.
以上のような一次光源1、光源リフレクタ2、導光体3、漏光モジュレータ8、プリズム列9および光反射素子5を含んでなる面発光ユニットを複数、並びに光拡散素子6又は集光素子18からなるタンデム型面光源装置の発光面(光拡散素子6の出射面62など)上に、液晶表示素子を配置することにより、本発明のタンデム型面光源装置をバックライトとした液晶表示装置が構成される。液晶表示装置は、液晶表示素子を通して観察者により観察される。
A plurality of surface emitting units including the primary
ところで、典型的な液晶表示素子においては、特定の偏光成分のみが利用され、このためバックライトからの照明光が入射する側に偏光板が配置されている。即ち、面光源装置から液晶表示素子へと入射する光のうちで、表示に有効に利用されるのは、上記偏光板を通過する特定の偏光成分のみである。この特定の偏光成分と直交する方向の偏光成分は、偏光板により吸収され、表示には有効に利用されない。このように、液晶表示装置としての光の利用効率の向上の観点からは、液晶表示素子の偏光板を透過する偏光成分のみを面光源装置から出射させるのが好ましい。 By the way, in a typical liquid crystal display element, only a specific polarization component is used, and for this reason, a polarizing plate is disposed on the side where illumination light from the backlight is incident. That is, of the light incident on the liquid crystal display element from the surface light source device, only a specific polarization component that passes through the polarizing plate is effectively used for display. The polarization component in the direction orthogonal to the specific polarization component is absorbed by the polarizing plate and is not effectively used for display. Thus, from the viewpoint of improving the light use efficiency as the liquid crystal display device, it is preferable to emit only the polarization component that transmits the polarizing plate of the liquid crystal display element from the surface light source device.
そこで、本発明においては、図21に示されるように、光拡散素子6上に偏光分離素子12を配置して(または光拡散素子6の下に偏光分離素子12を配置して)、それらの上に配置される液晶表示素子LCの入射側偏光板の透過偏光方向と同一方向の偏光成分を透過させ、且つこれと直交する方向の偏光成分を反射させて、再び導光体3へと導くのが好ましい。これによれば、偏光分離素子12により反射された偏光成分は、光拡散素子6、導光体3、漏光モジュレータ8及びプリズム列9更には反射素子5のそれぞれの内部又はこれらの境界での透過または反射の際に偏光方向が変換せしめられ、かくして再び導光体光出射面33から偏光分離素子12へと向かう時には、一部の光が偏光分離素子12を透過する偏光成分へと変換せしめられている。このような作用を繰り返すことで、偏光分離素子12から液晶表素子LCへと向かう所要の偏光成分光量が、偏光分離素子を配置しない場合に比べて増加する。かくして、液晶表示装置の輝度が向上し、画像表示性能が向上する。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 21, the
偏光分離素子12は、導光体3からの光の一方(透過偏光面)の偏光成分を透過して、図21において上方に出光させ、他方(反射偏光面)の偏光成分を光拡散素子6側に反射するものであり、透過偏光面と液晶表示素子LCの入射側偏光板の透過方向とが一致するように設置される。
The
このような偏光分離素子12としては、複屈折性を有するシ−トとそうでないシートとを所定厚みで交互に複数枚積層し、かつその積層の際の各シートの方向性を、隣接するシ−ト間の屈折率差が透過偏光面において小さく且つ反射偏光面において大きくなるようにしたものを用いることが好ましい。また、偏光分離素子12としては、コレステリック液晶層を積層したフィルムと1/4波長板とを組み合わせたものも好ましい。この場合は、コレステリック液晶層で、ある方向の円偏光は透過し逆方向の円偏光は反射する。このとき、コレステリック液晶層上に1/4波長板を配置することで直線偏光を取り出すことができる。この直線偏光の方向を透過偏光面として、この方向が液晶表示素子LCの入射側偏光板の透過方向と一致するように設置する。
As such a
偏光分離素子12の偏光分離能を向上させるためには、偏光分離素子12に入射する光の輝度分布をその法線方向に集中させることが必要である。入射する光の方向を偏光分離素子12の法線方向に対して25°以下とすることが、偏光分離素子12の透過偏光面に対する透過率および反射偏光面に対する反射率を高めることから好ましい。この偏光分離素子12の法線方向に対する入射光の方向は、より好ましくは20°以下であり、さらに好ましくは15°以下である。
In order to improve the polarization separation ability of the
このため、偏光分離素子12へ入射する光の輝度分布における半値全幅が、導光体3の光入射端面31に垂直な方向と光出射面33の法線方向とを含むXZ面(導光体中を光が進行する主たる方向と平行な方向)において50°以下となるようにすることが必要であり、好ましくは45°以下、さらに好ましくは40°以下である。一方、この半値全幅を小さくし過ぎると、液晶表示装置としての視野角が狭くなり過ぎるため、偏光分離素子12へ入射する光の輝度分布におけるXZ面における半値全幅は20°以上とすることが好ましく、より好ましくは25°以上、特に好ましくは30°以上である。本発明においては、偏光分離素子12へ入射する光の輝度分布における半値全幅を上記のようにするために、光拡散素子6からの出射光のXZ面における輝度分布の半値全幅を上記の範囲となるようにすればよい。なお、本発明において輝度分布の半値全幅とは、輝度分布におけるピーク値に対する半値での広がり角の全幅の角度をいう。
For this reason, the full width at half maximum in the luminance distribution of the light incident on the
一般に、図2に示したように、導光体光入射端面31に略平行なY方向に延びる多数のプリズム列9を使用した面光源装置においては、導光体光出射面33から出射する光の輝度分布は方向によって異なる。通常は、XZ面においては導光体3からの出射光の輝度分布が狭くなっているが、プリズム列9と平行な方向と光出射面33の法線方向とを含むYZ面(導光体3の光入射端面31と平行な面、即ち導光体3中を光が進行するXY面内の主たる方向であるX方向に垂直な方向)においては、導光体3からの出射光の輝度分布は広い。このため、YZ面における偏光分離素子12への入射光の輝度分布の半値全幅は80°以下とすることが好ましく、より好ましくは70°以下、特に好ましくは60°以下である。一方、この半値全幅を小さくし過ぎると、液晶表示装置としての視野角が狭くなり過ぎるため、上記半値全幅は40°以上とすることが好ましく、より好ましくは45°以上、特に好ましくは50°以上である。本発明においては、偏光分離素子12へ入射する光の輝度分布における半値全幅を上記のようにするために、光拡散素子6からの出射光のYZ面における輝度分布の半値全幅を上記の範囲となるようにすればよい。
In general, as shown in FIG. 2, in a surface light source device using a large number of
この偏光分離素子12を使用する場合には、とくに、図8に示されるように2つのプリズム面91,92の間の先端部に平坦部93を形成しておき、偏光分離素子12により反射され導光体3内へと導かれた光の一部を平坦部93から出射させ、光反射素子5により反射させて、漏光モジュレータ8及び導光体3へと効率的に再入射させるのが好ましい。これにより、一次光源1から発せられた光の利用効率が一層高められる。
When this
尚、本発明においては、偏光分離素子12を複数の面発光ユニットU1〜U4と光拡散素子6との間に配置してもよい。この場合には、偏光分離素子12に入射する光の輝度分布をその法線方向に集中させることがより容易になる。
In the present invention, the
図22は、本発明によるタンデム型面光源装置の他の実施形態を示す模式的部分断面図である。本図において、上記図1〜図21におけると同様の部分には同一の符号が付されている。 FIG. 22 is a schematic partial sectional view showing another embodiment of the tandem surface light source device according to the present invention. In this figure, the same reference numerals are given to the same parts as in FIGS.
本実施形態では、全ての面発光ユニットU1,U2,U3等は、上記実施形態の面発光ユニットU1と同様に、導光体3に切欠段部が形成されていないものである。互いに隣接する面発光ユニット同士は、以上のような一方の面発光ユニットの導光体3の光入射端面31近傍の端部に他方の導光体の先端部分Eを載置することで、結合されている。この実施形態でも、複数の面発光ユニットの全体において、光入射端面31同士が同一の向き(図2では左向き)になっている。但し、本実施形態では、各面発光ユニットの光出射面33は、互いに平行ではあるが僅かな段違い形態にて配置されている。本発明では、このような厳密には同一平面上にはない段違い形態の配列の光出射面33の全体により形成される全体出射面330についても、X方向に関してほぼ連続した全体出射面であるものとする。本実施形態においては、全体出射面330から出射する光の分布とくに分布ピークの方向は、上記段違い形態に起因して、上記実施形態のものとは僅かな差異を有する。この光の分布とくに分布ピークの方向は、漏光モジュレータ8の表面に又は該漏光モジュレータに隣接して形成されるプリズム列の形状を適宜設定することで、所望の方向にすることができる。
In the present embodiment, all of the surface light emitting units U1, U2, U3, etc. are those in which notch step portions are not formed in the
本実施形態は、上記実施形態と同様な機能を有する。更に、本実施形態によれば、全ての面発光ユニットの形状が同一であるので、面光源装置を構成する部品の種類を低減することが可能である。 This embodiment has the same function as the above embodiment. Furthermore, according to this embodiment, since the shape of all the surface light-emitting units is the same, it is possible to reduce the types of components constituting the surface light source device.
以下、実施例によって本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described by way of examples.
[実施例1]
図22に関し説明した面光源装置(面発光ユニットの数は4個)を作製した。各面発光ユニットを構成する導光体3としては、屈折率ngが1.49で、図3に示す寸法が次のものを使用した:
T1=3.5mm
T2=0.7mm
L1=30mm
尚、図示されていないY方向寸法は、350mmであった。
[Example 1]
The surface light source device (the number of surface emitting units is 4) described with reference to FIG. As the
T1 = 3.5mm
T2 = 0.7mm
L1 = 30mm
In addition, the Y direction dimension which is not illustrated was 350 mm.
漏光モジュレータ8として、低屈折率領域部(空気)81の屈折率n1が1.0で、高屈折率領域部82の屈折率n2が1.50で、光出射制御機能層83の屈折率n3が1.50のものを使用した。光出射制御機能層83の表面に形成したプリズム列9のピッチは50μmで、一次光源1に近い側のプリズム面91の傾斜が光出射面33に対して85°で、一次光源1から遠い側のプリズム面92の傾斜が光出射面33に対して45°のものを使用した。
As the
各面発光ユニットの一次光源1を点灯して、全体出射面330の光度分布を測定した。測定結果を図23に示す。これによれば、分布ピークの角度が約−5度(符号は光出射面法線に対して一次光源の側への傾きを負とする)で、半値全幅が19度であり、指向性に優れ非常に高い法線輝度が得られることが分かる。
The primary
[実施例2]
漏光モジュレータ8の光出射制御機能層83の表面に形成したプリズム列9の一次光源1に近い側のプリズム面91の傾斜を光出射面33に対して90°とし、更に、プリズム列9の先端部を切除して図8に示すように平坦にし、該プリズム列の高さを20μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして、面光源装置を作製した。
[Example 2]
The inclination of the
各面発光ユニットの一次光源1を点灯して、全体出射面330の光度分布を測定した。測定結果を図24に示す。これによれば、分布ピークの角度が約−5度(符号は光出射面法線に対して一次光源の側への傾きを負とする)で、半値全幅が20度であり、指向性に優れ非常に高い法線輝度が得られることが分かる。
The primary
[比較例]
漏光モジュレータ8の光出射制御機能層83の表面に形成したプリズム列9の一次光源1に近い側のプリズム面91の傾斜を光出射面33に対して65°とし、一次光源1から遠い側のプリズム面92の傾斜が光出射面33に対して34°のものを使用したこと以外は、実施例1と同様にして、面光源装置を作製した。
[Comparative example]
The inclination of the
各面発光ユニットの一次光源1を点灯して、全体出射面330の光度分布を測定した。測定結果を図25に示す。これによれば、分布ピークの角度が約15度(符号は光出射面法線に対して一次光源の側への傾きを負とする)で、半値全幅が32度であり、分布が広く指向性が低く更に低い法線輝度しか得られないことが分かる。
The primary
U1,U2,U3,U4 面発光ユニット
1 一次光源
2 光源リフレクタ
3 導光体
31 光入射端面
33 光出射面
330 全体出射面
34 裏面
35 切欠段部
E 導光体先端部分
5 光反射素子
6 光拡散素子
61 入射面
62 出射面
6a レンズ列
6b シリンドリカルレンズ形状体
6c ヘアライン
8 漏光モジュレータ
80 複合層
81 低屈折率領域部(第1屈折率領域部)
82 高屈折率領域部(第2屈折率領域部)
83 光出射制御機能層(第3屈折率層)
9 プリズム列
91 第1プリズム面
92 第2プリズム面
93 平坦部
11 付加層(第4屈折率層)
12 偏光分離素子
LC 液晶表示素子
18 集光素子
18a シート状基材
18b 微小凸部
O 頂部
NL シート状基材の法線
Sx,Sy 裾部
U1, U2, U3, U4 Surface
82 High refractive index region (second refractive index region)
83 Light emission control functional layer (third refractive index layer)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記導光体の裏面上に漏光モジュレータが配置されており、該漏光モジュレータは、屈折率n1(ここで、ng>n1)の複数の第1屈折率領域部と屈折率n2(ここで、n2>n1)の複数の第2屈折率領域部とを有する複合層と、該複合層上に位置し且つ屈折率n3(ここで、n3>n1)の第3屈折率層とを備えており、
前記漏光モジュレータの表面に又は前記漏光モジュレータに隣接して、前記導光体の光入射端面及び光出射面の双方と平行な方向に延在し且つ互いに平行に配列された複数のプリズム列が形成されており、
前記プリズム列のそれぞれは、2つのプリズム面を含んで構成され、該プリズム面のうちの前記一次光源に近い側のプリズム面の傾斜が前記光出射面に対して80〜105°であり且つ前記一次光源から遠い側のプリズム面の傾斜が前記光出射面に対して35〜55°であることを特徴とするタンデム型面光源装置。 Refractive index having a primary light source and a light incident end surface for guiding the light emitted from the primary light source and receiving the light emitted from the primary light source, a light emitting surface for emitting the guided light, and a back surface on the opposite side a plurality of surface light emitting units having ng plate-shaped light guides, the light incident end faces are in the same direction, and a substantially continuous whole light emitting surface is formed by the light emitting surfaces of the plurality of surface light emitting units. Tandem surface light source devices arranged in parallel with each other,
A light leakage modulator is disposed on the back surface of the light guide, and the light leakage modulator includes a plurality of first refractive index region portions having a refractive index n1 (here, ng> n1) and a refractive index n2 (here, n2). > N1) a plurality of second refractive index region portions, and a third refractive index layer positioned on the composite layer and having a refractive index n3 (where n3> n1).
A plurality of prism rows extending in a direction parallel to both the light incident end surface and the light emitting surface of the light guide and arranged in parallel to each other are formed on the surface of the light leakage modulator or adjacent to the light leakage modulator. Has been
Each of the prism rows includes two prism surfaces, and the inclination of the prism surface of the prism surface closer to the primary light source is 80 to 105 ° with respect to the light exit surface, and A tandem type surface light source device, wherein the inclination of the prism surface far from the primary light source is 35 to 55 ° with respect to the light exit surface.
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