JP4559882B2 - 光収束シート、面光源装置、透過型表示装置 - Google Patents
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Description
例えば、直下型では、背面より並列の発光管を用いて光を導入するようになっており、発光管とLCDパネル等との距離を適度に空け、その間に拡散板を用い、さらに、光を収束させるシートを複数組み合わせて使用していた。
しかし、このような従来の方式では、必要とする光学シートの枚数が多い割に収束特性が不十分であり、それを補う為にLCDパネルを改良して、斜め方向からの入射光に対しても画質を落とさない構造としていた。
特に、直下型では、発光管に近接した部分であるか否か(発光管に至近の位置であるか、並列に並んだ発光管の間隙部分に至近の位置であるか)によって光強度(輝度)にムラが発生し易い。これを抑えるために発光管とLDCとの間隔を大きく取ってしまうとディスプレイの厚さが厚くなってしまうという問題があった。また、ムラを抑えるために拡散を強くしたり、透過量を制限したりすると、光の使用量が低減してしまうという問題があった。
また、両面にレンチキュラーレンズを設けたシートを使用する方式も例えば、特許文献3で報告されているが、これは、2方向の拡散制御を行うための構成で、光を収束する機能はない。従って、発光管との位置関係によってLCDの場所毎に光軸がばらつくことにより、画面を観察する位置によって明るさのムラが発生したりするという問題もあった。
請求項1の発明は、直下型の面光源装置に設けられ、光源から出射した光を収束させる光収束シートであって、出射側に凸状の単位レンズ(141,241)を多数並べて形成された出射側レンズ部と、前記単位レンズの表面凸形状に沿って形成され、光を散乱する散乱層(142,242)と、を備え、前記単位レンズは、長軸がシート面に対して直交して連続する楕円筒の一部、又は、長軸がシート面に対して直交する回転楕円体の一部であること、を特徴とする光収束シート(14,24)である。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の光収束シートにおいて、前記散乱層(142,242)は、光拡散粒子が混合されることにより光を散乱すること、を特徴とする光収束シート(14,24)である。
請求項4の発明は、請求項3に記載の光収束シートにおいて、前記散乱層(142,242)に混合される前記光拡散粒子の体積比率をd%、前記光拡散粒子の平均粒径をφmm、前記単位レンズの凸形状の頂点付近における前記散乱層の層厚をtmm、前記単位レンズの並ぶピッチをp、前記単位レンズの凸形状の頂点から谷底部までの高さをhとしたときに、d((t+h+p)/φ)>50%の関係を満足すること、を特徴とする光収束シート(14,24)である。
請求項5の発明は、請求項3又は請求項4に記載の光収束シートにおいて、前記散乱層(142,242)に混合される前記光拡散粒子の体積比率をd%、前記光拡散粒子の平均粒径をφmm、前記単位レンズの凸形状の頂点付近における前記散乱層の層厚をtmmとしたときに、d(t/φ)<50%の関係を満足すること、を特徴とする光収束シート(14,24)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項に記載の光収束シートにおいて、前記単位レンズ(241)は、長軸がシート面に対して直交して連続する楕円筒の一部であり、隣接する前記単位レンズ(241)の間には、所定の幅の平担部(243)が形成されていること、を特徴とする光収束シート(24)である。
請求項8の発明は、請求項7に記載の面光源装置において、前記光収束シート(14,24)は、使用状態における前記透過型表示部(11)の画面の上下方向の光を主に収束すること、を特徴とする面光源装置である。
請求項9の発明は、請求項8に記載の面光源装置において、前記光収束シート(14)が光を主に収束する方向と直交する方向で光を主に収束する第2の光収束シート(15)を有すること、を特徴とする面光源装置である。
(1)出射側に凸状の単位レンズを多数並べて形成された出射側レンズ部と、単位レンズの表面凸形状に沿って形成され光を散乱する散乱層とを備えるので、大きな出射角度で出射する光を散乱させることができ、画面を観察する位置によらずムラのない均一な照明を行うことができる。
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、適宜誇張して示している。
本実施例における透過型表示装置10は、LCDパネル11,反射板12,発光管13,光収束シート14等を備え、LCDパネル11に形成される映像情報を反射板12,発光管13,光収束シート14を備える面光源装置により背面から照明する透過型液晶表示装置である。
発光管13は、バックライトの光源部を形成する冷陰極管の線光源であり、本実施例では、略75mm間隔で等間隔に6本が並列に並べられている。
発光管13の背面には、反射板12を設けており、その設計により画面各部位への入射光照度を均一に近づけるようにしている。
また、発光管13とLCDパネル11との間には、光収束シート14が設けられている。光収束シート14を設けることにより、発光管13に至近の位置であるか否かによる画面上における輝度のムラは、殆ど解消された状態で収束され、LCDパネル11へ到達することとなる。
光収束シート14は、発光管13から出射した光を収束して出射するシートであり、出射側に凸形状となっている単位レンズ141が多数並べられて出射側レンズ部が形成されている。また、単位レンズ141の表面形状に沿った特定の範囲には、光を散乱させる作用を有した散乱層142が形成されている。
本実施例における光収束シート14に形成された出射側レンズ部は、連続する楕円筒の一部を平行に多数並べて配置したレンチキュラーレンズである。出射側レンズ部の並ぶ方向は、発光管13の並ぶ方向と一致している(図1参照)。
出射側レンズ部の単位レンズ141は、図3に示した断面において、長半径が0.6mm、短半径が0.1mmの楕円となっており、その長軸が光収束シート14のシート面に対して直交し、ピッチp=0.1mmとなるように配置されている。また、光収束シート14の厚さは、2mmである。
単位レンズ141の観察側の表層内側部分には、散乱層142が単位レンズ141の凸形状に沿って形成されている。散乱層142は、単位レンズ141の頂部付近の層厚t=0.03mm,単位レンズ141の頂部から単位レンズ141の谷底部分までの高さh=0.08mmとなっている。なお、散乱層142の層厚tは、単位レンズ141の並ぶピッチp(本実施例ではp=0.1mm)の1/10以上あることが望ましい。なお、この理由については、後述する。散乱層142の内部には、平均粒径φ=100nm(0.1μm)の酸化チタンが光拡散粒子として混合されており、その混合割合を示す体積比率d=0.1%となっている。
図5は、光収束シート14に対して発光管側から入射角度25°で入射する光の進み方を示す図である。
図6は、光収束シート14に対して発光管側から入射角度60°で入射する光の進み方を示す図である。
なお、図4,5,6には、散乱層142の散乱作用については、反映させていない。
一方、散乱層142がない場合に小さな出射角度で出射する光については、散乱層142を通過する距離が短いので、散乱させられる割合が少なく、その大部分が小さい出射角度で出射することができる。
d((t+h+p)/φ)>50%・・・式(1)
この式(1)は、散乱層142が設けられていない場合に、大きな出射角度で出射することの多い単位レンズ141の表面形状に沿って進む光が、少なくとも50%より高い確率で光拡散粒子に衝突して散乱されることを意味している。なお、大きな出射角度で出射してしまう光を減らすという観点からは、式(1)の左辺は、50%よりも大きくするとよく、この左辺の値が大きければ大きいほど望ましいともいえる。しかし、例えば、光拡散粒子の体積比率を高くしすぎてしまい、散乱層を通過する殆どの光が必ず拡散してしまうようにしてしまうと、本来小さな出射角度で出射する光についてもその多くが拡散してしまい、結果として単なる拡散板を光収束シート14の出射側に配置したものと変わらなくなってしまう。
d(t/φ)<50%・・・式(2)
この式(2)は、散乱層142が設けられていない場合に、小さな出射角度で出射することの多い入射角度0°の光が光拡散粒子に衝突して散乱される確率を50%よりも小さな確率とすることを意味している。
(式(1)について)
d((t+h+p)/φ)>50%
0.1×((0.03+0.08+0.1)/0.0001)>50%
210%>50%
(式(2)について)
d(t/φ)<50%・・・式(2)
0.1×(0.03/0.0001)<50%
30%<50%
曲線Aは、光拡散シートの場合を示し、曲線Bは、光収束シート14の場合を示し、曲線Cは、比較例の場合を示し、曲線Dは、光収束シート14と同一形状であって散乱層と同じような散乱効果をシート全体に設けたシートの例を示している。なお、比較例には、出射側に頂角90度のプリズム形状を多数配置した光収束効果を有する光学シートであるBEF(住友スリーエム株式会社製)を用意した。
曲線Bの実施例1の場合には、上述のように、式(1),式(2)の双方を満足していることから、大きな出射角度で出射してしまう光もなく半値角35°に光を収束させることができると共に、発光管13による輝度ムラも確認されなかった。また、曲線Dの散乱効果をシート全体に設けたシートと比較すると、正面輝度が5%程上昇している。
曲線Cの比較例の光学シートを本実施例の光収束シート14の代わりに単独で使用した場合には、半値角が40°であり、60°以上の出射角度で出射する無駄な光が確認された。
実施例2は、実施例1における光収束シート14の形状を改良した光収束シート24を用いている他は、実施例1と同様な透過型表示装置である。したがって、前述した実施例1と同様の機能を果たす部分の重複する説明を適宜省略する。
光収束シート24は、発光管13から出射した光を収束して出射するシートであり、出射側に凸形状となっている単位レンズ241が多数並べられて出射側レンズ部が形成されている。また、単位レンズ241の表面形状に沿った特定の範囲には、光を散乱させる作用を有した散乱層242が形成されている。
本実施例における光収束シート24に形成された出射側レンズ部は、連続する楕円筒の一部を平行に多数並べて配置したレンチキュラーレンズである。出射側レンズ部の並ぶ方向は、発光管13の並ぶ方向と一致している。
単位レンズ241の観察側の表層内側部分には、散乱層242が単位レンズ241の凸形状に沿って形成されている。散乱層242は、単位レンズ241の頂部付近の層厚t=0.03mm,単位レンズ241の頂部から平担部243までの高さh=0.08mmである。散乱層242の内部には、平均粒径φ=100nm(0.1μm)の酸化チタンが光拡散粒子として混合されており、その混合割合を示す体積比率d=0.07%となっている。
(式(1)について)
d((t+h+p)/φ)>50%
0.07×((0.03+0.08+0.12)/0.0001)>50%
161%>50%
(式(2)について)
d(t/φ)<50%・・・式(2)
0.07×(0.03/0.0001)<50%
21%<50%
実施例2によれば、実施例1よりもさらに光を収束させることができる。
以上説明した実施例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、それらも本発明の均等の範囲内である。
(1)各実施例において、光収束シートを単独で使用する例を示したが、これに限らず、例えば、光収束シートが光を制御する主な方向と直交する方向において光を制御する第2の光収束シートを追加してもよい。図9は、光収束シート14が光を制御する主な方向と直交する方向において光を制御する第2の光収束シート15を追加した変形例を示す図である。なお、この図9に示した例では、第2の光収束シート15は、散乱層を持たない従来からあるレンチキュラーレンズシートとしているが、光収束シート14と同様な散乱層を有した第2の光収束シートを直交して配置してもよい。このようにすることにより、垂直、水平の両方向において光を収束することができるので、より光を有効に利用することができ、輝度の高い照明光を得ることができる。
11 LCDパネル
12 反射板
13 発光管
14,24 光収束シート
141,241 単位レンズ
142,242 散乱層
Claims (10)
- 直下型の面光源装置に設けられ、光源から出射した光を収束させる光収束シートであって、
出射側に凸状の単位レンズを多数並べて形成された出射側レンズ部と、
前記単位レンズの表面凸形状に沿って形成され、光を散乱する散乱層と、
を備え、
前記単位レンズは、長軸がシート面に対して直交して連続する楕円筒の一部、又は、長軸がシート面に対して直交する回転楕円体の一部であること、
を特徴とする光収束シート。 - 請求項1に記載の光収束シートにおいて、
前記散乱層の厚さは、レンズピッチの1/10以上かつレンズピッチ以下であること、
を特徴とする光収束シート。 - 請求項1又は請求項2に記載の光収束シートにおいて、
前記散乱層は、光拡散粒子が混合されることにより光を散乱すること、
を特徴とする光収束シート。 - 請求項3に記載の光収束シートにおいて、
前記散乱層に混合される前記光拡散粒子の体積比率をd%、前記光拡散粒子の平均粒径をφmm、前記単位レンズの凸形状の頂点付近における前記散乱層の層厚をtmm、前記単位レンズの並ぶピッチをp、前記単位レンズの凸形状の頂点から谷底部までの高さをhとしたときに、
d((t+h+p)/φ)>50%
の関係を満足すること、
を特徴とする光収束シート。 - 請求項3又は請求項4に記載の光収束シートにおいて、
前記散乱層に混合される前記光拡散粒子の体積比率をd%、前記光拡散粒子の平均粒径をφmm、前記単位レンズの凸形状の頂点付近における前記散乱層の層厚をtmmとしたときに、
d(t/φ)<50%
の関係を満足すること、
を特徴とする光収束シート。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の光収束シートにおいて、
前記単位レンズは、長軸がシート面に対して直交して連続する楕円筒の一部であり、隣接する前記単位レンズの間には、所定の幅の平担部が形成されていること、
を特徴とする光収束シート。 - 透過型表示部を背面から照明する面光源装置であって、
複数の光源を並列に並べた光源部と、
請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の光収束シートと、
を備える面光源装置。 - 請求項7に記載の面光源装置において、
前記光収束シートは、使用状態における前記透過型表示部の画面の上下方向の光を主に収束すること、
を特徴とする面光源装置。 - 請求項8に記載の面光源装置において、
前記光収束シートが光を主に収束する方向と直交する方向で光を主に収束する第2の光収束シートを有すること、
を特徴とする面光源装置。 - 透過型表示部と、
請求項7から請求項9までのいずれか1項に記載の面光源装置と、
を備える透過型表示装置。
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