JP3137676U - Optical diffuser - Google Patents
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Abstract
【課題】 光源から照射される光量を増幅してバックライトモジュールの輝度を高めることのできる光学拡散素子を提供する。
【解決方法】 板体有し、該板体の一方の面の側に複数の光源を設け、該光源から照射される光線を拡散して均一に放射する光学拡散素子であって、
該板体が長、短軸を具える複数の光学微細構造を含み、かつそれぞれの該光学微細構造の長軸が、該光源の延伸する方向と略平行して配列される。
【選択図】 図４
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical diffusing element capable of amplifying the amount of light irradiated from a light source and increasing the luminance of a backlight module.
An optical diffusing element having a plate body, provided with a plurality of light sources on one surface side of the plate body, and diffusing light emitted from the light source uniformly.
The plate includes a plurality of optical microstructures having long and short axes, and the long axes of the respective optical microstructures are arranged substantially parallel to the extending direction of the light source.
[Selection] Figure 4
Description
この考案は光学拡散素子に関し、特にバックライトモジュールに応用され、光源から照射される光線を効率よく分散して、バックライトモジュール全体の木戸を高めることのできる光学拡散素子に関する。 The present invention relates to an optical diffusing element, and more particularly, to an optical diffusing element that can be applied to a backlight module and can efficiently disperse light rays emitted from a light source to increase the door of the entire backlight module.
バックライトモジュールとは、製品の背面において光源となるモジュールを指す。目下情報製品、通信製品、消費性製品などに応用されている。具体的には、例えば液晶表示装置、フィルムスキャナ、スライド映写機などが挙げられる。 The backlight module refers to a module that serves as a light source on the back of the product. Currently applied to information products, communication products, consumer products, etc. Specifically, a liquid crystal display device, a film scanner, a slide projector, etc. are mentioned, for example.
バックライトモジュールは光線が入射する位置の違いからエッジライト方式と直下型方式の二種類に分けられる。エッジライト方式は、通常モバイルタイプのコンピュータなどの節電が求められ、かつ装置がスリムで軽量であることが望まれる製品に用いられる。この軽量でスリムであることを達成するために、通常バックライトモジュールは光源を一方の側に設置し、光源から照射される光線を導光板で表示パネルにガイドする。 Backlight modules are classified into two types, the edge light type and the direct type, depending on the position where the light beam enters. The edge light system is usually used for products that require power saving such as a mobile type computer and that the device is desired to be slim and lightweight. In order to achieve this light weight and slimness, the backlight module usually has a light source installed on one side, and guides the light beam emitted from the light source to the display panel with a light guide plate.
通常直下型方式のバックライトモジュールは、例えばテレビジョンなどの高い輝度を必要とする製品に応用される。図１に開示する従来の直下型方式のバックライトモジュール１は、ハウジング１１を具え、一般にハウジング１１の内面には光を反射する作用を有する反射塗料を塗布するか、もしくは反射シート１２を貼着して光線を反射させる。また、所定の間隔をおいて複数の光源１３を配設する。光源１３の情報には拡散板１４を設け、拡散板１４上に１、もしくは１以上の拡散シート１５と、及び１、もしくは１以上の光増幅シート１６を設けてなり、液晶パネル１７に連結して薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）液晶表示装置を構成する。 Usually, a direct type backlight module is applied to a product that requires high luminance such as a television. A conventional direct-type backlight module 1 disclosed in FIG. 1 includes a housing 11. In general, a reflective paint having a function of reflecting light is applied to the inner surface of the housing 11, or a reflective sheet 12 is attached. And reflect the light. A plurality of light sources 13 are arranged at predetermined intervals. The information of the light source 13 is provided with a diffusion plate 14, and one or more diffusion sheets 15 and one or more light amplification sheets 16 are provided on the diffusion plate 14 and connected to a liquid crystal panel 17. Thus, a thin film transistor (TFT) liquid crystal display device is formed.
前記拡散板、もしくは拡散シートなどの光学拡散素子は、通過する光線を均一に拡散する作用のみを具え、液晶モジュールの明暗領域現象を改善する効果には限りがある。このため、一部のバックライトモジュールは光源１２と拡散板１３との間隔を意識的に長く取っている。これは、それぞれの光源１２から拡散板１３に光線が進入する範囲を拡張し、暗い領域を縮小することを目的とする。但し、係る構造は、その効果に限りがあるのみならず、バックライトモジュールの厚さが増し、液晶モジュールをスリム、軽量化するという商品開発の方向に悖るものである。 The optical diffusing element such as the diffusing plate or the diffusing sheet has only an action of uniformly diffusing the light beam passing therethrough, and has a limited effect for improving the light / dark region phenomenon of the liquid crystal module. For this reason, in some backlight modules, the distance between the light source 12 and the diffusion plate 13 is consciously long. The purpose of this is to expand the range in which the light beam enters from each light source 12 to the diffusion plate 13 and to reduce the dark area. However, such a structure is not only limited in its effect, but also in the direction of product development in which the thickness of the backlight module is increased and the liquid crystal module is slimmed and reduced in weight.
既存の光学拡散素子は二種類の製造形態を有する。一つは、基本材料の表面に拡散陽の微細な構造を形成するものであって、他の一つは微粒子を基本材料の表面に塗布するか、もしくは微粒子を基本材料に混入させるものである。 Existing optical diffusing elements have two types of manufacturing. One is to form a fine diffusion positive structure on the surface of the basic material, and the other is to apply fine particles to the surface of the basic material, or to mix fine particles into the basic material. .
微粒子を塗布する場合は、高い均一性と製造工程における高い歩留まりを達成することが難しく、粒子の塗布できる量も制限を受けるため、拡散率を高めることができない。同時に、他の素子を摩擦で傷つける恐れがある。 When applying fine particles, it is difficult to achieve high uniformity and a high yield in the manufacturing process, and the amount of particles that can be applied is also limited, so that the diffusivity cannot be increased. At the same time, other elements may be damaged by friction.
微粒子を混入させる方法は拡散率を高めることができないが、透過率は比較的低くなる。 Although the method of mixing fine particles cannot increase the diffusivity, the transmittance is relatively low.
上述する基本材料の表面に微細構造を形成する方法には二種類の形態がある。一つは不規則な起伏を有する曇りガラス式の構造であって、他の一つは規則的なレンズアレイ構造である。該曇りガラス式の構造は、比較的早い時期に用いられた光拡散構造であって、拡散率が低く、拡散方向もランダムで、冷陰極管から照射される光線を特定の方向に拡散させることができない。 There are two types of methods for forming a microstructure on the surface of the basic material described above. One is a frosted glass type structure having irregular undulations, and the other is a regular lens array structure. The frosted glass structure is a light diffusing structure used at a relatively early stage, has a low diffusivity, a random diffusing direction, and diffuses light emitted from a cold cathode tube in a specific direction. I can't.
柱状のレンズアレイは、光線の拡散方向を効率よく制御することができる。既存するレンズアレイの設計には、例えば、アメリカ合衆国特許２００３／０１８４９９３Ａ１、日本国特許公開２０００−７５１０２などに開示されるように、連続した円弧形、正弦波形、三角形、方形などが見られる。 The columnar lens array can efficiently control the light diffusion direction. Existing lens array designs include continuous arc shapes, sinusoidal waveforms, triangles, squares, etc., as disclosed, for example, in US 2003/0184993 A1 and Japanese Patent Publication 2000-75102.
アメリカ合衆国特許２００３／０１８４９９３Ａ１は、レンズアレイの微細構造は液晶表示装置の直下型方式のバックライトモジュールに応用して、光線の拡散効果を達成するものである。日本国特許公開２０００−７５１０２は、正弦波形のレンズを集光シートに応用したものである。 In US 2003/0184993 A1, the fine structure of a lens array is applied to a direct-type backlight module of a liquid crystal display device to achieve a light diffusion effect. Japanese Patent Publication No. 2000-75102 applies a sinusoidal lens to a condensing sheet.
図２Ａ、Ｂに開示するように、半円形以上の連続した円弧形状とした場合、最も好ましい光の拡散性が得られる（矢印で入射光線を表した）。正弦波形の柱状微細レンズ１８、もしくはその他波形の柱状レンズは光線を均一に分散する効果が得られない。 As disclosed in FIGS. 2A and 2B, the most preferable light diffusibility is obtained when the arc shape is a semicircular or more continuous arc (an incident light beam is indicated by an arrow). The sinusoidal columnar microlens 18 or other corrugated columnar lens cannot obtain the effect of uniformly dispersing light rays.
よって、上述する各種光学拡散素子の構造は、従来のバックライトモジュールにおける明暗領域が明らかに出現するという問題を解消することが難しく、さらなる改良の余地を残す。
光源から照射される光量を増幅してバックライトモジュールの輝度を高めることのできる光学拡散素子を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide an optical diffusing element that can increase the luminance of a backlight module by amplifying the amount of light emitted from a light source.
そこで、本考案者は従来の技術に見られる欠点にかんがみ鋭意研究を重ねた結果、板体有し、該板体の一方の面の側に複数の光源を設け、該光源から照射される光線を拡散して均一に放射する光学拡散素子であって、該板体が長、短軸を具える複数の光学微細構造を含み、かつそれぞれの該光学微細構造の長軸が、該光源の延伸する方向と略平行して配列される光学拡散素子の構造によって課題を解決できる点に着眼し、係る知見に基づいて本考案を完成させた。 Therefore, as a result of intensive research in view of the drawbacks found in the prior art, the present inventor has a plate body, a plurality of light sources are provided on one side of the plate body, and light rays emitted from the light source are provided. An optical diffusing element that diffuses and uniformly emits light, wherein the plate body includes a plurality of optical microstructures having long and short axes, and the major axis of each of the optical microstructures is an extension of the light source. The present invention has been completed on the basis of the knowledge that the problem can be solved by the structure of the optical diffusing element arranged substantially parallel to the direction in which the light is directed.
以下、この考案について具体的に説明する。
請求項１に記載する光学拡散素子は、板体有し、該板体の一方の面の側に複数の光源を設け、該光源から照射される光線を拡散して均一に放射する光学拡散素子であって、
該板体が長、短軸を具える複数の光学微細構造を含み、かつそれぞれの該光学微細構造の長軸が、該光源の延伸する方向と略平行して配列される。
Hereinafter, this device will be specifically described.
The optical diffusing element according to claim 1 has a plate body, a plurality of light sources are provided on one surface side of the plate body, and the light diffused from the light source is diffused and uniformly emitted. Because
The plate includes a plurality of optical microstructures having long and short axes, and the long axes of the respective optical microstructures are arranged substantially parallel to the extending direction of the light source.
請求項２に記載する光学拡散素子は、板体を有し、該板体が長、短軸を具える複数の光学微細構造を含み、かつそれぞれの該光学微細構造の短軸が、該光源の延伸する方向と略直行して配列される。 The optical diffusing element according to claim 2 has a plate, the plate includes a plurality of optical microstructures having a long axis and a short axis, and the short axis of each of the optical microstructures includes the light source. Are arranged substantially perpendicular to the extending direction.
請求項３に記載する光学拡散素子は、請求項１、もしくは請求項２における板体が、入射面と該入射面に対向する放射面とを具え、複数の光源を該入射面の下方に設け、該光学微細構造を該放射面上に設け、かつ該光源上の該光源に対応する位置に該光学微細構造を密集して配列する。 According to a third aspect of the present invention, in the optical diffusing element according to the first or second aspect, the plate body according to the first or second aspect includes an incident surface and a radiation surface opposite to the incident surface, and a plurality of light sources are provided below the incident surface. The optical microstructures are provided on the radiation surface, and the optical microstructures are densely arranged at positions on the light source corresponding to the light sources.
請求項４に記載する光学拡散素子は、請求３における光学微細構造が該放射面において楕円形を呈する。 In an optical diffusing element according to a fourth aspect, the optical microstructure in the third aspect has an elliptical shape on the radiation surface.
請求項５に記載する光学拡散素子は、請求項１、もしくは請求項２における光学微細構造が楕円形の半球状か、菱型の柱状か、直方体の柱状である。 An optical diffusing element according to a fifth aspect has an optical fine structure according to the first or second aspect that is an elliptical hemispherical shape, a rhomboid columnar shape, or a rectangular parallelepiped columnar shape.
請求項６に記載する光学拡散素子は、請求項１、もしくは請求項２における板体が、入射面と該入射面に対向する放射面とを具え、複数の光源を該入射面の下方に設け、該光学微細構造を該放射面上に設け、かつ該光源と該光学拡散素子との間に第１液晶パネルを設け、該光学拡散素子の上方に第２液晶パネルを設けて、画像表示の立体的な表現を行うように構成する。 According to a sixth aspect of the present invention, in the optical diffusing element according to the first or second aspect, the plate body according to the first or second aspect includes an incident surface and a radiation surface opposite to the incident surface, and a plurality of light sources are provided below the incident surface. The optical fine structure is provided on the radiation surface, and a first liquid crystal panel is provided between the light source and the optical diffusion element, and a second liquid crystal panel is provided above the optical diffusion element to display an image. It is configured to perform a three-dimensional expression.
請求項７に記載する光学拡散素子は、 請求項３か、請求項４か、もしくは請求項７のいずれかにおける光学微細構造が、さらに該入射面に設けられる。 In an optical diffusing element according to a seventh aspect, the optical fine structure according to the third aspect, the fourth aspect, or the seventh aspect is further provided on the incident surface.
この考案による光学拡散素子は、光源から照射される光量を増幅してバックライトモジュールの輝度を高めることができるため、バックライトモジュールにおける明暗領域が明らかに出現するという問題を改善し、バックライトモジュールの輝度を高めるという利点を有する。 The optical diffusing element according to the present invention can increase the luminance of the backlight module by amplifying the amount of light emitted from the light source, thus improving the problem that the bright and dark areas appear clearly in the backlight module. Has the advantage of increasing the brightness.
図３に、この考案による光学拡散素子を開示する。図面によれば、光学拡散素子２は、板体２１を有し、板体２１には入射面２１１と、入射面２１１に対向する放射面２１２を具える。複数の光源３は板体２１の入射面２１１の下方に設けられ、光源３から照射される光線は光学拡散素子２によって、均一に放射される。 FIG. 3 discloses an optical diffusing element according to the present invention. According to the drawing, the optical diffusion element 2 has a plate body 21, and the plate body 21 includes an incident surface 211 and a radiation surface 212 facing the incident surface 211. The plurality of light sources 3 are provided below the incident surface 211 of the plate 21, and the light rays emitted from the light sources 3 are uniformly emitted by the optical diffusion element 2.
この考案のポイントについて説明する。板体２１には、長、短軸の複数の光学微細構造２２が放射面２１上に形成される。それぞれの光学微細構造２２は楕円形を呈する。 The point of this device will be described. A plurality of long and short optical microstructures 22 are formed on the radiation surface 21 in the plate body 21. Each optical microstructure 22 has an elliptical shape.
図５に開示する光学微細構造２２は楕円の半球状を呈する構造体であって、長軸２２１と短軸２２２を具える。長軸２２１の方向は光源３の延伸方向３１とほぼ平行して配列される。 The optical microstructure 22 disclosed in FIG. 5 is an elliptical hemispherical structure and includes a major axis 221 and a minor axis 222. The direction of the long axis 221 is arranged substantially parallel to the extending direction 31 of the light source 3.
全体を使用する場合、短軸２２２の曲率は長軸２２１の曲率より大きいため、長軸２２１の方向の拡散効果は短軸２２２の方向より劣る。図５に開示するように、それぞれの光学微細構造の長軸２２１の方向は、光源３の延伸方向とほぼ平行して配列される。このため、光源３から照射する光線Ｐ１（光量１００％と仮定する）が光学微細構造２２に進入する場合、長軸２２１を通過すると比較的低い拡散効果が得られ（長軸放射光量Ｐ２の光量が４０%であるとして）、短軸２２を通過すると比較的高い拡散効果が得られる（短軸放射光量Ｐ３の光量が６０%となる）。即ち、光源３の延伸方向３１の得られる放射光線の光量は比較的低く、それぞれの光源３の間に向かう放射光線の光量は比較的高く、それぞれの光源の間の光量を増幅させることができ、これを以ってそれぞれの光源の間の明暗領域を消去して、バックライトモジュール全体の輝度を高める。 When using the whole, the curvature of the minor axis 222 is larger than the curvature of the major axis 221, so the diffusion effect in the direction of the major axis 221 is inferior to the direction of the minor axis 222. As disclosed in FIG. 5, the direction of the major axis 221 of each optical microstructure is arranged substantially parallel to the extending direction of the light source 3. For this reason, when the light beam P1 irradiated from the light source 3 (assuming that the light amount is 100%) enters the optical fine structure 22, a relatively low diffusion effect is obtained when passing through the long axis 221 (the light amount of the long axis radiation light amount P2). Is 40%), a relatively high diffusion effect is obtained when passing through the short axis 22 (the light quantity of the short-axis radiation light quantity P3 is 60%). That is, the light quantity of the radiated light beam obtained in the extending direction 31 of the light source 3 is relatively low, the light quantity of the radiated light beam directed between the respective light sources 3 is relatively high, and the light quantity between the respective light sources can be amplified. As a result, the bright and dark areas between the respective light sources are erased to increase the brightness of the entire backlight module.
図６に第２の実施の形態を開示する。上述する実施の形態と同様に、板体２２の放射面２１２上には複数の光学微細構造２２を設ける。但し、光学微細構造２２を散乱させて配列する。それぞれの光学微細構造は楕円形で半球状の構造体であって、長軸２２１と短軸２２２とを有する。長軸２２１の方向は光源３の延伸方向３１と略平行して配列され、光源３上方には、光源３に対応する位置に光学微細構造２２が密集して配列される。 FIG. 6 discloses a second embodiment. Similar to the embodiment described above, a plurality of optical microstructures 22 are provided on the radiation surface 212 of the plate 22. However, the optical microstructures 22 are scattered and arranged. Each optical microstructure is an elliptical and hemispherical structure having a major axis 221 and a minor axis 222. The direction of the long axis 221 is arranged substantially parallel to the extending direction 31 of the light source 3, and the optical microstructures 22 are densely arranged above the light source 3 at positions corresponding to the light source 3.
図７に第３の実施の形態を開示する。図示するように、それぞれの光学微細構造２２は、直方体で柱状を呈する構造体であってもよい。また菱型の柱状であってもよい。 FIG. 7 discloses a third embodiment. As shown in the drawing, each optical microstructure 22 may be a rectangular parallelepiped columnar structure. Moreover, a rhombus-shaped column shape may be sufficient.
図８に第４の実施の形態を開示する。同様に板体２１の放射面２１２上に複数の光学微罪構造２２を散乱させて配列する。それぞれの光学微罪構造は長軸２２１と短軸２２２を具え、該短軸２２２の方向は光源３の延伸方向３１とほぼ直交した状態で配列される。 FIG. 8 discloses a fourth embodiment. Similarly, a plurality of optical fine structures 22 are scattered and arranged on the radiation surface 212 of the plate body 21. Each optical fine structure has a major axis 221 and a minor axis 222, and the direction of the minor axis 222 is arranged in a state substantially orthogonal to the extending direction 31 of the light source 3.
図９に第５の実施の形態を開示する。同様に板体２１の放射面２１２上に複数の光学微細構造２２を設ける。さらに、板体２１の放射面２１１上には複数の光学微細構造を設けるとともに、それぞれの光学微細構造は放射面２１１の表面に凹入する。 FIG. 9 discloses a fifth embodiment. Similarly, a plurality of optical microstructures 22 are provided on the radiation surface 212 of the plate body 21. Further, a plurality of optical microstructures are provided on the radiation surface 211 of the plate 21, and each optical microstructure is recessed into the surface of the radiation surface 211.
図１０に、この考案における光学拡散素子を応用したバックライトモジュールの構造を開示する。光源３と光学拡散素子２との間には液晶表示パネル４を設ける。光学拡散素子２の情報には第２液晶パネル５を儲け、立体的な画像表現を達成する３Ｄ立体表示装置を構成する。光学拡散素子２の放射面２１２上に複数の光学微細構造２２を設ける。係る構造によって従来の技術による３Ｄ立体表示装置に発生するモアレ効果によって、視覚上、明暗の波紋が起きるという欠点を改善することができる。 FIG. 10 discloses the structure of a backlight module to which the optical diffusing element according to the present invention is applied. A liquid crystal display panel 4 is provided between the light source 3 and the optical diffusion element 2. The information of the optical diffusing element 2 is provided with a second liquid crystal panel 5 to constitute a 3D stereoscopic display device that achieves stereoscopic image expression. A plurality of optical microstructures 22 are provided on the radiation surface 212 of the optical diffusion element 2. With such a structure, it is possible to remedy the drawback that bright and dark ripples occur visually due to the moire effect generated in the 3D stereoscopic display device according to the prior art.
この考案による光学拡散素子は、従来の技術に比して、次に掲げる長所を具える。
１、光学微細構造が長、短軸を具えることによって、異なる拡散効果が得られ、光源から照射される光線を効率よく分配することができる。
２、それぞれの光学微細構造の長軸方向が光源の延伸方向とほぼ平行して配列されるか、もしくは短い字句方向が光源の延伸方向と略直交して配列されるため、それぞれの光源から照射される光線が短軸を通過することによって好ましい拡散効果が得られ、それぞれの光源間の光量を増幅し、これを以ってそれぞれの光源間の明暗領域を消去し、バックライトモジュールの輝度を高めることができる。
３、この考案による光学拡散素子を３Ｄ立体表示装置に応用した場合、該光学拡散素子を第１、第２液晶パネルの間に設けることによって、従来の３Ｄ立体表示に発生するモアレ効果によって、視覚上、明暗の波紋が起きるという欠点を改善することができる。
The optical diffusing element according to the present invention has the following advantages over the prior art.
1. Since the optical fine structure has a long axis and a short axis, different diffusion effects can be obtained, and light rays emitted from the light source can be efficiently distributed.
2. Since the major axis direction of each optical microstructure is arranged substantially parallel to the extending direction of the light source, or the short lexical direction is arranged substantially orthogonal to the extending direction of the light source, irradiation from each light source The light beam that passes through the minor axis has a favorable diffusion effect, amplifies the amount of light between each light source, thereby erasing the bright and dark areas between each light source, and increasing the brightness of the backlight module. Can be increased.
3. When the optical diffusing element according to the present invention is applied to a 3D stereoscopic display device, by providing the optical diffusing element between the first and second liquid crystal panels, the moiré effect generated in the conventional 3D stereoscopic display can In addition, the disadvantage that bright and dark ripples occur can be improved.
以上はこの考案の好ましい実施の形態であって、この考案の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなしえる修正、もしくは変更であって、この考案の精神の下においてなされ、この考案に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの考案の実用新案登録請求の範囲に含まれるものとする。 The above is a preferred embodiment of the present invention, and does not limit the scope of implementation of the present invention. Accordingly, any modifications or changes that can be made by those skilled in the art, which are made in the spirit of the present invention and have an equivalent effect on the present invention, are all included in the scope of the utility model registration claim of the present invention. Shall be.
Ｐ１ 光線
Ｐ２ 長軸放射光量
Ｐ３ 短軸放射光量
１ 直下型バックライトモジュール
１１ ハウジング
１２ 反射シート
１３ 光源
１４ 拡散板
１５ 拡散シート
１６ 光増幅シート
１７ 液晶表示パネル
１８ 柱状微細レンズ
２ 光学拡散素子
２１ 板体
２１１ 入射面
２１２ 放射面
２２ 光学微細構造
２２１ 長軸
２２２ 短軸
３ 光源
３１ 延伸方向
４ 第１液晶パネル
５ 第２液晶パネル
P1 Ray P2 Long axis radiant light quantity P3 Short axis radiant light quantity 1 Direct type backlight module 11 Housing 12 Reflective sheet 13 Light source 14 Diffusion plate 15 Diffusion sheet 16 Light amplification sheet 17 Liquid crystal display panel 18 Columnar microlens 2 Optical diffusion element 21 Plate body 211 incident surface 212 radiation surface 22 optical fine structure 221 major axis 222 minor axis 3 light source 31 stretching direction 4 first liquid crystal panel 5 second liquid crystal panel
Claims (7)
該板体が長、短軸を具える複数の光学微細構造を含み、かつそれぞれの該光学微細構造の長軸が、該光源の延伸する方向と略平行して配列されることを特徴とする光学拡散素子。 An optical diffusing element that has a plate, has a plurality of light sources on one surface side of the plate, and diffuses and uniformly radiates light rays emitted from the light source,
The plate includes a plurality of optical microstructures having long and short axes, and the major axes of the optical microstructures are arranged substantially in parallel with the extending direction of the light source. Optical diffusing element.
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