JP2010085708A - 光制御シート、面光源装置、透過型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光制御シート15は、単位レンズ151の配列方向に平行であってシート面に垂直な断面での断面形状が、頂点Tを含む領域を形成する第1の面部151a、単位レンズ151の側面を形成する第2の面部151b、第3の面部151cの少なくとも3つの円弧で近似される形態とした。第1の面部151aの曲率半径R1は、10μm以上、かつ、単位レンズ151の配列ピッチPの1/2倍以下とし、第2の面部151bの曲率半径R2及び第3の面部151cの曲率半径R3は、それぞれ配列ピッチPの1/2倍以上、3倍以下とした。
【選択図】図3
Description
例えば、直下型では、並列の冷陰極管を用いて背面から光を導入するようになっており、冷陰極管等の発光管とLCD(Liquid Crystal Display)パネル等の透過型表示部との距離を適度に空け、その間に光を拡散する作用を有する拡散板や、光を収束させる作用を有する光学シート等を複数組み合わせて使用していた。
このような三角プリズムを有するフィルムを用いた面光源装置では、高い正面輝度が得られる。しかし、発光管から発せられた光が、三角プリズムの境界面で全反射する等して光源側に戻され、正面方向から観察した場合に、発光管上に比べて発光管の間隙部分が明るくなり、輝度ムラが生じる場合があるという問題があった。
このような楕円筒レンズを用いた面光源装置では、三角プリズムが多数配列されたフィルムに比べて視野角が広くなるため、その分正面輝度が低くなるという問題があった。また、正面方向から観察した場合には輝度ムラは観察されにくいが、斜め方向から観察した場合に、発光管上が明るく、発光管の間隙部分が暗くなるという発光管の位置に対応した輝度ムラが観察されやすいという問題があった。
請求項1の発明は、直下型の面光源装置に用いられ、出射側に突出した形状である単位レンズ(151,251)が一次元方向に複数配列された光制御シートであって、前記単位レンズは、その配列方向に平行であってシート面に垂直な断面での断面形状が、前記単位レンズの頂点(T)を含む領域を形成する第1の面部(151a,251a)と、前記単位レンズの側面を形成する第2の面部(151b,251b)と、前記頂点を挟んで前記第2の面部に対向する側面を形成する第3の面部(151c,251c)との少なくとも3つの円弧で近似され、前記第1の面部の曲率半径R1は、10μm以上、かつ、前記単位レンズの配列ピッチPの1/2倍以下であり、前記第2の面部の曲率半径R2及び前記第3の面部の曲率半径R3は、0.5×P≦R2≦3.0×P、0.5×P≦R3≦3.0×Pを満たすこと、を特徴とする光制御シート(15,25)である。
請求項2の発明は、請求項1に記載の光制御シートにおいて、前記単位レンズ(151,251)のレンズ高さhは、1.5×h≦P≦2.5×hを満たすこと、を特徴とする光制御シート(15,25)である。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の光制御シートにおいて、前記第1の面部(151a,251a)と前記第2の面部(151b,251b)との境界部分、及び、前記第1の面部と前記第3の面部(151c,251c)との境界部分は、滑らかに繋げられていること、を特徴とする光制御シート(15,25)である。
請求項4の発明は、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の光制御シートにおいて、前記単位レンズは、シート面に直交し、かつ、前記単位レンズの配列方向に平行な断面での断面形状が、非対称な形状であること、を特徴とする光制御シートである。
請求項5の発明は、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の光制御シートにおいて、前記曲率半径R2は、前記曲率半径R3とは異なる曲率半径であること、を特徴とする光制御シートである。
請求項6の発明は、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の光制御シートにおいて、前記単位レンズ(251)の凸形状に沿って形成され、光を拡散する作用を有する拡散層(253)を有すること、を特徴とする光制御シート(25)である。
請求項7の発明は、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の光制御シート(15,25)と、前記光制御シートの背面側に設けられ、光を発する光源部(13)と、を備える面光源装置(12,13,14,15)である。
請求項8の発明は、請求項7に記載の面光源装置(12,13,14,15)と、前記面光源装置によって背面から照射される透過型表示部(11)と、を特徴とする透過型表示装置(10)である。
(1)本発明による光制御シートは、出射側に突出した単位レンズが複数配列されており、単位レンズは、その配列方向に平行であってシート面に垂直な断面での断面形状が、頂点を含む領域を形成する第1の面部と、側面を形成する第2の面部と、頂点を挟んで第2の面部に対向する側面を形成する第3の面部との少なくとも3つの円弧で近似され、第1の面部の曲率半径R1は、10μm以上、かつ、単位レンズの配列ピッチPの1/2倍以下であり、第2の面部の曲率半径R2及び第3の面部の曲率半径R3は、0.5×P≦R2≦3.0×P、0.5×P≦R3≦3.0×Pを満たすので、正面輝度を高く維持しながら、輝度ムラを低減することができる。また、視野角範囲外に生じる不要な輝度のピークを低減できる。
なお、図1を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。
また、本明細書中では、板、シート、フィルム等の言葉を使用しているが、これらは、一般的には、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用している。しかし、このような使い分けには、技術的な意味は無いので、特許請求の範囲の記載は、シートという記載で統一して使用した。従って、シート、板、フィルムの文言は、適宜置き換えることができるものとする。例えば、光制御シートは、光制御フィルムとしてもよいし、光制御板としてもよい。
さらに、本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
さらにまた、理解を容易にするため、以下の明細書中では、垂直方向、水平方向とは、特に断りがある場合を除いて、面光源装置又は透過型表示装置の使用状態における垂直方向、水平方向であるとする。
図1は、本実施形態の面光源装置及び透過型表示装置を示す図である。
本実施形態の透過型表示装置10は、LCDパネル11,反射板12,発光管13,乳白板14,光制御シート15等を備え、LCDパネル11に表示される映像を背面から照明して表示する透過型液晶表示装置である。なお、LCDパネル11を背面から照明する面光源装置(バックライト)としては、反射板12,発光管13,乳白板14,光制御シート15等が該当している。
LCDパネル11は、透過型の液晶表示素子により形成された透過型表示部である。本実施形態では、LCDパネル11は、対角32インチ(740mm×420mm)であり、解像度1280×768ドットの表示を行うことができる。また、LCDパネル11は、発光管13の長手方向に沿った方向を水平方向、発光管13が並ぶ方向を垂直方向となるようにして使用されている。
反射板12は、発光管13の光制御シート15とは反対側(背面側)の全面にわたって設けられており、背面側へ進む照明光を拡散反射して光制御シート15方向(出射方向)へ向かわせ、入射光照度を均一に近付ける働きを有している。
乳白板14は、無指向性の光拡散作用を有するシート状の部材であり、発光管13の出射側(LCDパネル11側)に設けられている。本実施形態では、乳白板14は、その厚みが2mmであり、後述する光制御シート15等の厚みよりも厚く、剛性も高く、面光源装置に用いられる各種光学シートを保持する機能を有している。
光制御シート15は、乳白板14の出射側に設けられている。この光制御シート15の形状等の詳細については、後述する。
図3は、光制御シート15を、図2に示す矢印S1−S2断面で切断した断面の一部を拡大した図である。図3に示す断面は、光制御シート15を、シート面に直交し、かつ、単位レンズ151の配列方向(本実施形態では、垂直方向)に平行な断面である。
なお、シート面とは、光制御シート15全体として見たときにおける、光制御シート15の平面方向となる面、すなわち、光制御シート15の入射側(発光管13側)の面に平行な面を示すものであり、以下の説明中、及び、特許請求の範囲においても、同一の定義として用いている。
光制御シート15は、略透明であり、出射側の面に、出射側に突出した形状である単位レンズ151が一次元方向に複数配列されている。本実施形態では、単位レンズ151は、水平方向に延在し、垂直方向に配列されている。
光制御シート15は、その厚さ(シート面の法線方向における光制御シート15の入射側の面から単位レンズ151の頂点Tまでの寸法)t=600μm(0.6mm)である。
本実施形態の単位レンズ151は、第1の面部151a,第2の面部151b,第3の面部151cという3つの曲面を有しており、配列ピッチP=100μm、レンズ高さ(シート面の法線方向における単位レンズ151の頂点Tから単位レンズ151間の谷部の底までの寸法)h=50μmである。
第1の面部151aは、単位レンズ151の頂点Tを含む領域を形成する部分(頂部)である。第1の面部151aの曲率半径R1は、本実施形態では、20μmである。第2の面部151b及び第3の面部151cは、単位レンズの側面を形成する部分であり、第3の面部151cは、頂点Tを挟んで第2の面部151bに対向する側面を形成している。
第2の面部151bの曲率半径R2と、第3の面部151cの曲率半径R3とは、ともに第1の面部151aの曲率半径R1よりも大きい。また、本実施形態では、第2の面部151bの曲率半径R2と、第3の面部151cの曲率半径R3とは、その値が等しく、R2=R3=100μmである。
本実施形態の光制御シート15の厚み方向における、単位レンズ151の頂点Tから直線Lまでの寸法dは、88μmである。また、単位レンズ151の頂点Tから直線Lへ下ろした垂線と直線Lとの交点を点O4としたとき、中心O2と点O4との距離W1と、中心O3と点O4との距離W2とは等しく、W1=W2=43.5μmである。
仮に、P>2.5×hとなる場合、単位レンズ151による光の集光作用が弱まり、十分に正面輝度を上昇させることができない。また、P<1.5×hとなる場合、成形が困難になるという点に加えて、光制御シート15の表裏の表面積の差が大きくなり、湿度や温度の変化によって歪みやすくなる等、耐環境性が低下するという問題が生じる。
このような理由から、単位レンズ151の配列ピッチPは、レンズ高さhに対して上記の関係を満たすことが好ましい。
本実施形態では、配列ピッチP=100μmであり、レンズ高さhの2倍の大きさ(P/h=0.5)であり、上述の好ましい範囲内である。
曲率半径R1が10μm未満の場合、成形が困難となるという問題がある。また、曲率半径R1が配列ピッチPの1/2倍を超えると、光制御シート15の輝度分布が緩やかになりすぎ、正面方向での輝度が低下する。このような理由から、第1の面部151aの曲率半径R1は、上記の範囲内であることが好ましい。
本実施形態では、曲率半径R1=20μmであり、上述の好ましい範囲内である。
これは、曲率半径R2,R3が、それぞれ、R2<0.5×P、R3<0.5×Pであるとき、すなわち、配列ピッチPの1/2倍未満の大きさである場合には、光制御シート15の輝度分布が緩やかとなり、正面輝度が低下するからである。
また、曲率半径R2,R3が、それぞれ、R2>3.0×P、R3>3.0×Pであるとき、すなわち、配列ピッチPの3倍より大きい場合には、単位レンズの第2の面部151b及び第3の面部151cが平面に近い形状となり、輝度分布が急峻に変化し、視野角が狭くなるからである。
本実施形態では、R2=100μm、R3=100μm、配列ピッチP=100μmであり、R2=R3=Pとなり、0.5×P≦R2≦3.0×P、0.5×P≦R3≦3.0×Pを満たしている。
比較例1,2の光制御シートは、単位レンズの断面形状が本実施形態の光制御シート15と異なる点以外は、本実施形態の光制御シート15と略同様の形態である。また、比較例1,2の面光源装置及び透過型表示装置は、本実施形態の光制御シート15ではなく、それぞれ比較例1,2の光制御シートを用いている点以外は、本実施形態と略同様の形態である。
比較例1の光制御シートの単位レンズは、略三角柱形状であり、シート面に直交し、単位レンズの配列方向に平行な断面での断面形状が略三角形状である。また、比較例2の光制御シートの単位レンズは、略楕円筒の一部の形状であり、上記断面での断面形状が略楕円形状の一部である。
これは、比較例1の光制御シートの発光管13に対応する領域(発光管13上)に在る単位レンズに入射した光が、単位レンズの界面で反射する等して発光管13側に戻される等して、比較例1の光制御シートの発光管13間に対応する領域から出射することにより、発光管13に対応する領域に比べて、発光管13間に対応する領域から出射する光量が増えるためである。
また、比較例1では、視野角範囲外に生じる不要な輝度のピークが発生していた。
また、比較例2では、正面方向から観察した場合には、発光管13に対応する部分が明るく、発光管13間に対応する部分が暗くなるような管ムラと呼ばれる輝度ムラが多少生じているものの、さほど目立つものではなかった。しかし、斜め方向(観察面(シート面)の法線方向に対して角度をなす方向)から観察した場合には、発光管13に対応する位置は明るく、発光管13間に対応する位置が暗くなるという発光管13の位置に対応した輝度ムラ(所謂、管ムラ)が発生していた。これは、正面方向から観察した場合には、比較例2の単位レンズの頂部の曲面の形状により光が拡散されるので、輝度ムラ低減効果が多少は得られるが、斜め方向から観察した場合には、斜め方向における拡散作用が小さく光軸の補正効果が不十分であるため、管ムラが生じやすくなるためである。
単位レンズ151の頂部を形成する第1の面部151aが曲面であるので、頂部が2つの平面からなる角部となっている比較例1に比べて、第1の面部151aから出射する光の輝度分布は緩やかになり、輝度ムラを低減できる。
また、第1の面部151aの曲率半径R1は、10μm以上、配列ピッチPの1/2倍以下の範囲内であるので、拡散効果を発揮して輝度ムラを低減することができ、かつ、容易に製造できる。
また、単位レンズ151の側面である第2の面部151b,第3の面部151cは曲面であるので、第2の面部151b及び第3の面部151cから出射する光の輝度分布が緩やかになり、発光管13に対応する部分が暗く、発光管13間に対応する部分が明るくなるといった比較例1で生じやすい輝度ムラの発生を低減することができる。
さらに、単位レンズ151の側面である第2の面部151b,第3の面部151cが曲面であるので、比較例1では発生しやすい、視野角範囲外に生じる不要な輝度のピークを低減することができる。
また、本実施形態の光制御シート15は、熱可塑性樹脂を用いて押し出し成形によって作製可能であるので、製造が容易である。
第2実施形態の面光源装置及び透過型表示装置は、第1実施形態の光制御シート15に変えて第2実施形態の光制御シート25を備えた点以外は、第1実施形態の面光源装置及び透過型表示装置10と略同様の形態である。また、第2実施形態の光制御シート25は、第1実施形態の光制御シート15と略同様の形態であるが、光を拡散する作用を有する光拡散層252を有している点が異なる。
よって、第1実施形態と略同様の機能を果たす部分は、同一の符号、又は、末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
図4は、第2実施形態の光制御シート25の断面の拡大図である。
第2実施形態の光制御シート25は、出射側に突出した形状である単位レンズ251が垂直方向に複数配列されており、PC樹脂を用いて形成されている。
第2実施形態の単位レンズ251の観察面側(LCDパネル11側)の表層内側部分には、拡散材を含有する光拡散層252が単位レンズ251の表面凸形状に沿って形成されている。
光拡散層252は、ベースとなる樹脂が単位レンズ251と同一の樹脂(本実施形態では、PC樹脂)であり、拡散材として、樹脂製の微小ビーズを含有している。本実施形態の光拡散層252は、単位レンズ251の頂点T付近での厚さt2が、約20μmであり、拡散材として、MS架橋ビーズ(屈折率1.58、粒径3μm)を含有している。
なお、光拡散層252は、図4では、単位レンズ251の形状に沿って略均一な厚みt2で形成されているように示したが、これに限らず、例えば、単位レンズ251の頂部付近が薄く、谷部付近が厚く形成されている形態としてもよいし、単位レンズ251の頂部付近が厚く、単位レンズ251間の谷部付近が薄く形成されている形態としてもよい。
また、光拡散層252に含有される拡散材として、樹脂製の微小ビーズを用いる例を示したが、これに限らず、例えば、ガラスビーズ等を用いてもよい。
しかし、本実施形態によれば、単位レンズ251の表面凸形状に沿って光拡散層252を設けたので、上述のような光は、光拡散層252を通過する距離が長くなり、多く拡散される。この拡散作用によって、光拡散層252を設けない場合にはシート面に対して大きな出射角度で出射していた光の一部は、小さな出射角度に修正されて出射し、他の一部の光は、発光管13側に戻され再利用される。従って、光制御シート25のシート面に対して大きな出射角度で出射する光を低減できる。また、一部の光が再利用されること等により、輝度ムラの低減効果を高めることができる。
一方、光拡散層252を設けていない場合に光制御シート25からシート面に対して小さな出射角度で出射する光は、光拡散層252を通過する距離が小さいので、拡散作用を受ける光の割合が小さく、大部分の光が小さい出射角度で出射できる。
以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)各実施形態において、単位レンズ151,251は、第2の面部151b,251bと第3の面部151c,251cの曲率半径が等しく(R2=R3)、シート面に直交し、配列方向に平行な断面形状が対称な形状である例を示したが、これに限らず、例えば、第2の面部151b,251bと第3の面部151c,251cの曲率半径が等しいが、中心O2,O3が厚み方向において同一平面上にはなく、断面形状が非対称な形状であってもよいし、第2の面部151b,251bと第3の面部151c,251cの曲率半径が異なり、断面形状が非対称な形状であってもよい。
このように、単位レンズを、断面形状が非対称な形状とすると、第2の面部と第3の面部とでは、出射光の輝度分布がシート面の法線方向に対して異なるので、シート面の法線方向に対して異なる視野角特性を用いて、出射光を制御することができる。
また、どちらか一方又は両方の境界部分が、滑らかに繋げられておらず、境界が明確であり、境界部分に谷や角等が形成されている形状としてもよい。
このような光制御シートとすることにより、モアレやニュートンリングの低減効果が得られる。
また、各実施形態において、光制御シート15,25は、1枚のみ用いられる例を示したが、これに限らず、例えば、2枚以上組み合わせて用いてもよい。その場合、例えば、それぞれの単位レンズの配列方向が直交するように配置する等してもよい。また、光制御シート15と光制御シート25とを組み合わせて用いてもよい。
上述のように、本発明による光制御シートは、所望する視野角や輝度に応じて、適宜単位レンズの配列方向を変えて用いてもよいし、適宜組み合わせて用いてもよい。
なお、各実施形態及び各変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は、以上説明した各実施形態によって限定されることはない。
11 LCDパネル
12 反射板
13 発光管
14 乳白板
15,25 光制御シート
151,251 単位レンズ
151a,251a 第1の面部
151b,251b 第2の面部
151c,251c 第3の面部
Claims (8)
- 直下型の面光源装置に用いられ、出射側に突出した形状である単位レンズが一次元方向に複数配列された光制御シートであって、
前記単位レンズは、その配列方向に平行であってシート面に垂直な断面での断面形状が、前記単位レンズの頂点を含む領域を形成する第1の面部と、前記単位レンズの側面を形成する第2の面部と、前記頂点を挟んで前記第2の面部に対向する側面を形成する第3の面部との少なくとも3つの円弧で近似され、
前記第1の面部の曲率半径R1は、10μm以上、かつ、前記単位レンズの配列ピッチPの1/2倍以下であり、
前記第2の面部の曲率半径R2及び前記第3の面部の曲率半径R3は、
0.5×P≦R2≦3.0×P
0.5×P≦R3≦3.0×P
を満たすこと、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項1に記載の光制御シートにおいて、
前記単位レンズのレンズ高さhは、
1.5×h≦P≦2.5×h
を満たすこと、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項1又は請求項2に記載の光制御シートにおいて、
前記第1の面部と前記第2の面部との境界部分、及び、前記第1の面部と前記第3の面部との境界部分は、滑らかに繋げられていること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の光制御シートにおいて、
前記単位レンズは、シート面に直交し、かつ、前記単位レンズの配列方向に平行な断面での断面形状が、非対称な形状であること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の光制御シートにおいて、
前記曲率半径R2は、前記曲率半径R3とは異なる曲率半径であること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の光制御シートにおいて、
前記単位レンズの凸形状に沿って形成され、光を拡散する作用を有する拡散層を有すること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の光制御シートと、
前記光制御シートの背面側に設けられ、光を発する光源部と、
を備える面光源装置。 - 請求項7に記載の面光源装置と、
前記面光源装置によって背面から照射される透過型表示部と、
を特徴とする透過型表示装置。
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