JP2001305306A - Collimating plate, lighting system and liquid crystal display - Google Patents

Collimating plate, lighting system and liquid crystal display

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JP2001305306A
JP2001305306A JP2001037431A JP2001037431A JP2001305306A JP 2001305306 A JP2001305306 A JP 2001305306A JP 2001037431 A JP2001037431 A JP 2001037431A JP 2001037431 A JP2001037431 A JP 2001037431A JP 2001305306 A JP2001305306 A JP 2001305306A
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JP
Japan
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light
lens substrate
light incident
collimating plate
microlens
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JP2001037431A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Yamaguchi
晃 山口
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a collimating plate having superior collimating performance, a lighting system which emits collimated light having high luminance and high directivity and a liquid crystal display having a wide angle of a visual field. SOLUTION: The collimating plate has a lens substrate, plural microlenses arranged on one face of the lens substrate, circular light incident parts each having its center on the optical axis of the corresponding microlens, a light shielding layer formed on the other face of the lens substrate so as to cover the face except the light incident parts and, optionally, a diffuse reflection layer formed nearer the light incident face than the light shielding layer so as to cover the face except the light incident parts. The refractive index n of the lens substrate, the thickness t of the substrate, the diameter R of the light incident parts and the size Sr of the microlenses satisfy the expression Sr>=2t×tanθ+R (where θ=sin-1(1/n)).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置にお
ける広視野角化の技術分野に属し、詳しくは、液晶表示
における広視野角化を実現する、高いコリメート性能、
または優れた光コリメート性能を有するコリメート板、
このコリメート板を利用する照明装置、およびこの照明
装置を利用する液晶表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention belongs to the technical field of widening the viewing angle in a liquid crystal display device, and more particularly, to high collimation performance for realizing a wide viewing angle in a liquid crystal display.
Or a collimating plate with excellent light collimating performance,
The present invention relates to a lighting device using the collimating plate and a liquid crystal display device using the lighting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ワードプロセッサやコンピュータ
のディスプレイとして、液晶表示装置(LCD)の使用
機会や頻度が大幅に増大している。また、LCDは、超
音波診断装置、CT診断装置、MRI診断装置等の、従
来はCRT(Cathode Ray Tube)が主流であった医療用診
断装置のモニタとしても利用が検討されている。
2. Description of the Related Art In recent years, the use and frequency of a liquid crystal display (LCD) as a display of a word processor or a computer have been greatly increased. In addition, the use of LCDs is being considered as a monitor for medical diagnostic devices such as an ultrasonic diagnostic device, a CT diagnostic device, and an MRI diagnostic device, in which a CRT (Cathode Ray Tube) has conventionally been mainstream.

【0003】LCDは、小型化が容易である、薄い、軽
量である等、非常に多くの利点を有する。その反面、視
野角特性が悪く(視野角が狭く)、すなわち、見る方向
や角度によって画像のコントラストが急激に低下してし
まい、また、階調の反転も生じ、画像の見え方が異な
る。そのため、観察者の位置等によっては、画像を適正
に観察することができないという問題点が有る。
[0003] LCDs have numerous advantages, such as being easy to miniaturize, thin and lightweight. On the other hand, the viewing angle characteristics are poor (the viewing angle is narrow), that is, the contrast of the image is sharply reduced depending on the viewing direction and the angle, and the inversion of the gradation occurs, so that the appearance of the image is different. Therefore, there is a problem that the image cannot be properly observed depending on the position of the observer or the like.

【0004】特に、前述のような医療用の用途では、画
像の濃淡で診断を行うので、コントラスト比の高い画像
が要求される上に、画像の誤った認識や非適正な認識
は、誤診や診断結果の食い違い等の原因となる。そのた
め、特に、複数の医師などの診断者が観察する医療用診
断画像の場合には、広い視野角にわたって、コントラス
ト比の高い表示画像が要求される。さらに、医療用のモ
ニタでは、表示画像は、通常はモノクロ画像であるた
め、視野角に依存する画像コントラストの低下が激し
く、より問題となる。
In particular, in the above-mentioned medical applications, diagnosis is performed based on the density of the image, so that an image having a high contrast ratio is required. This may cause discrepancies in the diagnostic results. Therefore, in particular, in the case of a medical diagnostic image observed by a diagnostician such as a plurality of doctors, a display image having a high contrast ratio over a wide viewing angle is required. Further, in a medical monitor, a display image is usually a monochrome image, and thus the image contrast greatly depends on the viewing angle, which is more problematic.

【0005】LCDを広視野角化する方法として、バッ
クライトとしてコリメート光(平行光)を用い(コリメ
ートバックライト)、さらに、液晶表示パネルを通過し
た画像を担持する光を、光拡散板で拡散させる方法が知
られている(特公平7−7162号公報、特開平6−9
5099号公報等参照)。
As a method for widening the viewing angle of an LCD, collimated light (parallel light) is used as a backlight (collimated backlight), and light carrying an image passing through a liquid crystal display panel is diffused by a light diffusion plate. Known methods are disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-7162,
No. 5099).

【0006】この方法では、高輝度で、かつ指向性の強
い(広がり角の小さい)コリメート光を用いるほど、L
CDの広視野角化を図ることができる。そのため、拡散
光をコリメート光にするコリメート板には、入射した拡
散光を十分に集光できると共に、光源から射出された光
を高効率で利用できることが要求される。
In this method, as the collimated light with high luminance and high directivity (small divergence angle) is used, L
It is possible to increase the viewing angle of a CD. Therefore, the collimating plate that converts the diffused light into the collimated light is required to be able to sufficiently condense the incident diffused light and to be able to use the light emitted from the light source with high efficiency.

【0007】また、コリメート板の所定の光路を通過せ
ず、不適正に射出された光(迷光)は、表示ムラや画像
ボケの原因となる。特に、前述の医療用の用途では、表
示ムラや画像ボケは、誤診の原因にも成りかねないの
で、重要な問題となる。すなわち、LCDに用いられる
光コリメータには、優れたコリメート性能を有すると共
に、迷光が少ないことが強く要求され、従来のコリメー
ト板では、必ずしも十分な性能を得られてはいない。
Also, light (stray light) improperly emitted without passing through a predetermined optical path of the collimating plate causes display unevenness and image blur. In particular, in the above-mentioned medical use, display unevenness and image blurring can be a cause of erroneous diagnosis, and are therefore an important problem. That is, an optical collimator used for an LCD is required to have excellent collimating performance and to have less stray light, and a conventional collimating plate has not always obtained sufficient performance.

【0008】また、広視野角化を目的としてLCDに利
用されるコリメート板には、入射した拡散光を十分に集
光して、指向性が強く、かつ、高輝度なコリメート光が
射出できることが要求され、より優れたコリメート性能
を有するコリメート板の実現が望まれているが、未だに
実現していない。
Further, a collimating plate used for an LCD for the purpose of widening the viewing angle can sufficiently collect incident diffused light and emit collimated light having high directivity and high brightness. There is a demand and it is desired to realize a collimating plate having better collimating performance, but it has not been realized yet.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明の第1の目的
は、高輝度かつ指向性の強いコリメート光を射出できる
優れたコリメート性能を有するコリメート板、およびこ
のコリメート板を用いる、光の利用効率が高く、高輝度
かつ指向性の強いコリメート光を射出できる照明装置、
ならびにこの照明装置を用いる、広い視野角にわたって
コントラストの高い画像を表示できる液晶表示装置を提
供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION A first object of the present invention is to provide a collimating plate having excellent collimating performance capable of emitting collimated light with high luminance and high directivity, and a light use efficiency using the collimating plate. Lighting equipment that can emit collimated light with high brightness, high directivity,
Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device that can display an image with high contrast over a wide viewing angle using the lighting device.

【0010】また、本発明の第2の目的は、上記第1の
目的に加え、迷光が少ないコリメート板、およびこのコ
リメート板を用いる照明装置、ならびにこの照明装置を
用いる、表示ムラや画像ボケがない画像を表示できる液
晶表示装置を提供することにある。
A second object of the present invention is that, in addition to the first object, a collimating plate with less stray light, an illuminating device using the collimating plate, and display unevenness and image blur using the illuminating device. It is an object of the present invention to provide a liquid crystal display device capable of displaying an image having no image.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記第1および第2の目
的を達成するために、本発明の第1の態様は、レンズ基
板と、このレンズ基板の1面に配置される複数のマイク
ロレンズと、このマイクロレンズの光軸上に中心を有
し、前記マイクロレンズと逆面に設定される円形の光入
射部と、この光入射部以外を覆うように前記レンズ基板
の前記マイクロレンズとは逆側に形成される遮光層とを
有し、前記レンズ基板の屈折率をn、前記レンズ基板の
厚さをt、前記光入射部の直径をR、前記マイクロレン
ズのサイズをSrとする時に、下記式[1]を満たすこ
とを特徴とするコリメート板を提供するものである。 Sr≧2t×tanθ+R(但し、θ=sin-1(1/n)) [1]
In order to achieve the above first and second objects, a first aspect of the present invention provides a lens substrate and a plurality of microlenses arranged on one surface of the lens substrate. And a circular light incident portion having a center on the optical axis of the micro lens and set on the opposite surface to the micro lens, and the micro lens of the lens substrate so as to cover other than the light incident portion. A light-shielding layer formed on the opposite side, wherein the refractive index of the lens substrate is n, the thickness of the lens substrate is t, the diameter of the light incident portion is R, and the size of the microlens is Sr. And a collimating plate satisfying the following expression [1]. Sr ≧ 2t × tan θ + R (where θ = sin −1 (1 / n)) [1]

【0012】ここで、このコリメート板においては、前
記マイクロレンズが、光軸方向から見た際に円形であ
り、最密充填で配置されているのが好ましく、あるいは
光軸方向から見た際に六角形であり、六方稠密で配置さ
れているのが好ましい。
Here, in this collimating plate, it is preferable that the microlenses are circular when viewed from the optical axis direction, and are arranged in a close-packed manner, or when viewed from the optical axis direction. It is preferably hexagonal and arranged densely in hexagons.

【0013】また、上記第1および第2の目的を達成す
るために、本発明の第2の態様は、レンズ基板と、この
レンズ基板の1面に配置される複数のマイクロレンズ
と、このマイクロレンズの光軸上に中心を有し、前記マ
イクロレンズと逆面に設定される矩形の光入射部と、こ
の光入射部以外を覆うように前記レンズ基板の前記マイ
クロレンズとは逆側に形成される遮光層とを有し、前記
レンズ基板の屈折率をn、前記レンズ基板の厚さをt、
前記光入射部の一方の一辺の長さをA、前記光入射部の
他方の辺の長さをB、前記長さAの辺方向のマイクロレ
ンズのサイズをSa、前記長さBの辺方向のマイクロレ
ンズのサイズをSbする時に、下記式[2]および
[3]を満たすことを特徴とするコリメート板を提供す
るものである。 Sa≧2t×tanθ+A [2] Sb≧2t×tanθ+B(但し、θ=sin-1(1/n)) [3]
In order to achieve the first and second objects, a second aspect of the present invention provides a lens substrate, a plurality of microlenses arranged on one surface of the lens substrate, and a microlens. A rectangular light incident portion having a center on the optical axis of the lens and set on the opposite surface to the micro lens, and formed on the opposite side of the lens substrate to the micro lens so as to cover other than the light incident portion. Wherein the refractive index of the lens substrate is n, the thickness of the lens substrate is t,
The length of one side of the light incident portion is A, the length of the other side of the light incident portion is B, the size of the micro lens in the side direction of the length A is Sa, and the side direction of the length B is When the size of the microlens is set to Sb, the following formulas [2] and [3] are satisfied. Sa ≧ 2t × tan θ + A [2] Sb ≧ 2t × tan θ + B (where θ = sin −1 (1 / n)) [3]

【0014】ここで、このコリメート板においては、前
記マイクロレンズが、光軸方向から見た際に正方形であ
り、正方稠密で配置されているのが好ましく、もしくは
光軸方向から見た際に長方形であり、長方稠密で配置さ
れているのが好ましい。
Here, in this collimating plate, the microlenses are preferably square when viewed from the optical axis direction, and are arranged in a square dense shape, or rectangular when viewed from the optical axis direction. And it is preferable that they are arranged densely in a rectangular shape.

【0015】また、上記第1の目的を達成するために、
本発明の第3の態様は、レンズ基板と、このレンズ基板
の1面に配置される複数のマイクロレンズと、このレン
ズ基板の前記マイクロレンズと逆面に設定され、前記マ
イクロレンズの光軸を含む光入射部と、前記光入射部以
外を覆うように前記レンズ基板の前記マイクロレンズと
は逆側に形成される遮光層とを有し、前記マイクロレン
ズの形状が、下記式[4]で示される楕円球の一部で、
かつこの楕円球の離心率εが下記式[5]で示され、さ
らにこの楕円球は、光が出射する側から遠い方の焦点が
前記光入射部に一致することを特徴とするコリメート板
を提供するものである。 x2 /a2 +y2 /a2 +z2 /c2 =1 式[4] ε=(c2 −a2 1/2 /c=1/n 式[5] (上記式[4]および[5]において、xおよびyはレ
ンズ基板面方向を、zは光軸方向を、nはマイクロレン
ズを形成する材料の屈折率を、それぞれ示す)
Further, in order to achieve the first object,
According to a third aspect of the present invention, there is provided a lens substrate, a plurality of microlenses arranged on one surface of the lens substrate, and an optical axis of the microlens set on an opposite surface to the microlens of the lens substrate. And a light-shielding layer formed on the lens substrate on a side opposite to the microlenses so as to cover portions other than the light incident portions, and the shape of the microlens is represented by the following formula [4]. Part of the elliptical sphere shown,
The eccentricity ε of the ellipsoidal sphere is represented by the following equation [5], and the ellipsoidal sphere has a collimator plate whose focal point farther from the light emitting side coincides with the light incident part. To provide. x 2 / a 2 + y 2 / a 2 + z 2 / c 2 = 1 Equation [4] ε = (c 2 −a 2 ) 1/2 / c = 1 / n Equation [5] (Equation [4] and In [5], x and y indicate the direction of the lens substrate surface, z indicates the direction of the optical axis, and n indicates the refractive index of the material forming the microlens.

【0016】ここで、このコリメート板においては、前
記マイクロレンズが、光軸方向から見た際に円形であ
り、最密充填で配置されているのが好ましく、あるい
は、光軸方向から見た際に六角形であり、六方稠密で配
置されているのが好ましい。
Here, in this collimating plate, the microlenses are preferably circular when viewed from the optical axis direction, and are arranged in a close-packed manner, or when viewed from the optical axis direction. It is preferably hexagonal and densely arranged in hexagons.

【0017】また、本発明の第1、第2、第3の態様の
上記コリメート板においては、さらに、前記光入射部以
外を覆うように前記遮光層よりも光入射面側に形成され
る拡散反射層を有するのが好ましい。
Further, in the above-mentioned collimating plate according to the first, second and third aspects of the present invention, the diffusion formed on the light incident surface side of the light shielding layer so as to cover portions other than the light incident portion. It is preferable to have a reflective layer.

【0018】また、これらの本発明の各態様のコリメー
ト板においては、前記レンズ基板の屈折率が、1.4〜
2であるのが好ましい。
In the collimating plate according to each of the embodiments of the present invention, the refractive index of the lens substrate is 1.4 to
It is preferably 2.

【0019】また、上記第1および第2の目的を達成す
るために、本発明の第4の態様は、光源と、この光源を
収容する内壁が拡散反射層で覆われたランプハウジング
と、本発明の各態様のコリメート板とを有することを特
徴とする照明装置を提供するものである。
In order to achieve the first and second objects, a fourth aspect of the present invention is directed to a light source, a lamp housing having an inner wall for housing the light source covered with a diffuse reflection layer, and a light source. An object of the present invention is to provide a lighting device having the collimating plate according to each aspect of the invention.

【0020】また、上記第1および第2の目的を達成す
るために、本発明の第5の態様は、本発明の各態様のコ
リメート板と、このコリメート板の前記光入射部毎に配
置される複数の光源とを有することを特徴とする照明装
置を提供するものである。この照明装置においては、前
記光源の発光サイズが,前記光入射部のサイズより小さ
いのが好ましく、前記光源が、LED、または有機EL
素子であるのが好ましい.
In order to achieve the first and second objects, a fifth aspect of the present invention is directed to a collimating plate according to each aspect of the present invention, and the collimating plate is provided for each of the light incident portions. And a plurality of light sources. In this lighting device, it is preferable that the light emission size of the light source is smaller than the size of the light incident portion, and the light source is an LED or an organic EL.
It is preferably an element.

【0021】また、上記第1および第2の目的を達成す
るために、本発明の第6の態様は、液晶表示パネルと、
この液晶表示パネルに光を入射する上記本発明の各態様
の照明装置とを有することを特徴とする液晶表示装置を
提供するものである。この液晶表示装置においては、前
記液晶表示パネルを通過した画像を担持する光を拡散す
る光拡散板を有するのが好ましい。
In order to achieve the first and second objects, a sixth aspect of the present invention provides a liquid crystal display panel comprising:
It is another object of the present invention to provide a liquid crystal display device comprising: the lighting device according to each of the above aspects of the present invention, in which light is incident on the liquid crystal display panel. In this liquid crystal display device, it is preferable that the liquid crystal display device has a light diffusion plate for diffusing light carrying an image passing through the liquid crystal display panel.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明に係るコリメート板、照明
装置および液晶表示装置を添付の図面に示す好適実施例
に基づいて以下に詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A collimating plate, a lighting device and a liquid crystal display device according to the present invention will be described in detail below based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

【0023】図1に、本発明の第6の態様の液晶表示装
置の一実施例を概念的に示す。図1に示される液晶表示
装置(以下、表示装置とする)10は、画像の表示手段
として液晶表示パネル12を利用する、いわゆる液晶デ
ィスプレイ(以下、LCDとする)で、液晶表示パネル
12と、液晶表示パネル12にコリメート光(平行光)
を入射するバックライト部14と、液晶表示パネル12
を通過した画像を担持する光を拡散する光拡散板16と
を有する。
FIG. 1 conceptually shows an embodiment of the liquid crystal display device according to the sixth aspect of the present invention. A liquid crystal display device (hereinafter, referred to as a display device) 10 shown in FIG. 1 is a so-called liquid crystal display (hereinafter, referred to as an LCD) that uses a liquid crystal display panel 12 as an image display means. Collimated light (parallel light) is applied to the liquid crystal display panel 12
Backlight unit 14 for inputting light, and liquid crystal display panel 12
And a light diffusion plate 16 for diffusing light carrying an image passing through the light diffusion plate 16.

【0024】図示例において、液晶表示パネル12に
は、これを駆動するドライバ(図示省略)が接続され
る。さらに、本発明の表示装置10には、画像観察のた
めの開口を有し、バックライト部14、液晶表示パネル
12、光拡散板16および前記ドライバなどの部材を所
定の位置に保持しつつ収納するケーシング等、公知のL
CDが有する各種の部材が、必要に応じて配置される。
In the illustrated example, a driver (not shown) for driving the liquid crystal display panel 12 is connected thereto. Further, the display device 10 of the present invention has an opening for image observation, and accommodates members such as the backlight unit 14, the liquid crystal display panel 12, the light diffusing plate 16, and the driver in a predetermined position. Known L, such as
Various members of the CD are arranged as needed.

【0025】この表示装置10は、透過型のLCDであ
り、この表示装置10においては、通常の透過型のLC
Dと同様に、バックライト部14から射出されたコリメ
ート光(コリメートバックライト)が、表示画像に応じ
て駆動された液晶表示パネル12に入射して、通過する
ことにより、画像を担持する光となり、これが光拡散板
16で拡散されて、画像が表示される。
The display device 10 is a transmissive LCD. In the display device 10, a normal transmissive LC is used.
Similarly to D, the collimated light (collimated backlight) emitted from the backlight unit 14 is incident on the liquid crystal display panel 12 driven according to the display image and passes therethrough to become light carrying an image. The light is diffused by the light diffusion plate 16 to display an image.

【0026】バックライト部14は、液晶表示パネル1
2が表示した画像を観察するためのバックライトとし
て、コリメート光を射出するもので、コリメート板18
と、(ランプ)ハウジング20と、光源22とを有す
る。ここで、このバックライト部14は、本発明の第4
の態様の照明装置であり、従って、コリメート板18
は、本発明のコリメート板である。
The backlight unit 14 includes the liquid crystal display panel 1
2 emits collimated light as a backlight for observing the displayed image.
, A (lamp) housing 20 and a light source 22. Here, the backlight unit 14 is the fourth unit of the present invention.
The lighting device according to the above aspect, therefore, the collimating plate 18
Is a collimating plate of the present invention.

【0027】ハウジング20は、一面が開放する矩形の
筐体である。本発明の第4の態様の照明装置に係るバッ
クライト部14においては、ハウジング20の内壁面に
は、入射した光を拡散することによって光を反射する、
拡散反射層20aが形成されている。このような構成と
することにより、光源22から射出された光をハウジン
グ20の内壁面でほとんど吸収することなく反射して、
コリメート板18に入射できるので、高輝度なコリメー
ト光を射出することができる。拡散反射層20aには特
に限定はなく、アルミナ(Al2O3) や酸化チタン(TiO2)等
の光拡散物質の微粒子を分散した塗料を調製し、ハウジ
ング20の内面に塗布して形成する拡散反射層等、公知
のものが各種利用可能である。
The housing 20 is a rectangular housing that is open on one side. In the backlight unit 14 according to the lighting device of the fourth aspect of the present invention, light is reflected on the inner wall surface of the housing 20 by diffusing incident light.
A diffuse reflection layer 20a is formed. With such a configuration, the light emitted from the light source 22 is reflected by the inner wall surface of the housing 20 without being absorbed, and
Since the light can be incident on the collimating plate 18, high-luminance collimated light can be emitted. There is no particular limitation on the diffusion reflection layer 20a, and a coating material in which fine particles of a light diffusion material such as alumina (Al 2 O 3 ) or titanium oxide (TiO 2 ) are dispersed is prepared and applied to the inner surface of the housing 20 to be formed. Various known materials such as a diffuse reflection layer can be used.

【0028】ハウジング20内には、光源22が収納さ
れる。光源22としては、十分な光量を有するものであ
れば、いわゆる透過型のLCDに用いられる公知のもの
が全て利用可能である。
The light source 22 is housed in the housing 20. As the light source 22, any known light source used for a so-called transmissive LCD can be used as long as it has a sufficient amount of light.

【0029】コリメート板18は、光源22から射出さ
れた光や、ハウジング20の内壁面で反射された光を集
光してコリメート光として射出するもので、ハウジング
20の開口を閉塞するように配置される。
The collimating plate 18 condenses light emitted from the light source 22 and light reflected on the inner wall surface of the housing 20 and emits the light as collimated light. The collimating plate 18 is arranged so as to close the opening of the housing 20. Is done.

【0030】図2(A)および図3に、コリメート板1
8を模式的に示す。両図に示されるように、コリメート
板18は、板状のレンズ基板24の一方の面に、半球形
のマイクロレンズ26aを2次元的に多数配列してなる
マイクロレンズアレイ(以下、レンズアレイとする)2
6を有する。また、レンズ基板24のレンズアレイ26
と逆側の、すなわち他方の面には、各マイクロレンズ2
6aの光軸と中心を一致(on-axis)して円形の光入射部
28が設定され、この光入射部28以外を全面的に覆う
ように、遮光層30が形成されている。さらに、光入射
面には、同様に光入射部28以外を全面的に覆うよう
に、拡散によって光を反射する拡散反射層32が形成さ
れている。
FIGS. 2A and 3 show the collimating plate 1.
8 is schematically shown. As shown in both figures, the collimating plate 18 is a microlens array (hereinafter, referred to as a lens array) in which a large number of hemispherical microlenses 26a are two-dimensionally arranged on one surface of a plate-shaped lens substrate 24. Do) 2
6. The lens array 26 of the lens substrate 24
On the other side, that is, on the other surface, each micro lens 2
A circular light incident part 28 is set so that the center of the optical axis 6a coincides with the center (on-axis), and a light shielding layer 30 is formed so as to entirely cover the part other than the light incident part 28. Further, a diffusion reflection layer 32 that reflects light by diffusion is formed on the light incident surface so as to cover the entire surface except for the light incident portion 28.

【0031】このコリメート板18は、レンズアレイ2
6側を液晶パネル12に向けてハウジング20に固定さ
れる。ハウジング20から射出された光は、図2(A)
に示されるように、光入射部28からレンズ基板24に
入射、通過して、各マイクロレンズ26aに入射し、屈
折、集光されて、コリメート光として射出される。
The collimating plate 18 is used for the lens array 2
It is fixed to the housing 20 with the 6 side facing the liquid crystal panel 12. The light emitted from the housing 20 is shown in FIG.
As shown in (2), the light enters the lens substrate 24 from the light incident part 28, passes through, enters each micro lens 26a, is refracted and condensed, and is emitted as collimated light.

【0032】また、拡散反射層32を有するので、光入
射部28以外に入射した光は、ほとんど吸収されずに反
射されて、ハウジング20内に戻され、ハウジング20
の拡散反射層20aで反射されて再度コリメート板18
に入射されるので、光の利用効率が高く、高輝度なコリ
メート光を射出できる。さらに、光が拡散反射層32を
通過しても、遮光層30によって遮光されるので、コリ
メート光の指向性低下の原因となる迷光とはならない。
Further, since the light has a diffuse reflection layer 32, light incident on portions other than the light incident portion 28 is reflected without being absorbed, and is returned into the housing 20.
Is reflected by the diffuse reflection layer 20a of the
, The light use efficiency is high, and high-luminance collimated light can be emitted. Further, even if the light passes through the diffuse reflection layer 32, the light is shielded by the light shielding layer 30, so that the light does not become stray light that causes a decrease in directivity of the collimated light.

【0033】このようなコリメート板18において、レ
ンズ基板24およびレンズアレイ26の材料には、特に
限定はなく、ガラス、各種の光学樹脂等、レンズで用い
られている材料が各種利用可能である。なお、レンズ基
板24とレンズアレイ26とは、一体成形でも別体のも
のを組み合わせて固定したものであってもよい。また、
レンズ基板24の屈折率には、特に限定はないが、コリ
メート性能等の点で、1.4〜2であるのが好ましい。
In such a collimating plate 18, the material of the lens substrate 24 and the lens array 26 is not particularly limited, and various materials used for the lens, such as glass and various optical resins, can be used. It should be noted that the lens substrate 24 and the lens array 26 may be integrally formed or fixed by combining separate members. Also,
The refractive index of the lens substrate 24 is not particularly limited, but is preferably 1.4 to 2 in terms of collimating performance and the like.

【0034】なお、本発明(後述する、光入射部が矩形
の態様も含む)においては、マイクロレンズ26aは、
半球形に限定はされず、中心を通過しない平面で球を切
断した形状(球冠の小さい側)や、楕円体(回転楕円
体)を長軸と直交する平面で切断した形状(小さい側)
も、好適に利用可能である。また、本発明(同前)にお
いては、マイクロレンズ26aの光出射面の形状(=レ
ンズ基板24との境界面の形状)、すなわち、光軸方向
から見た際のマイクロレンズ26aの形状は、円形に限
定はされず、矩形や六角形等の各種の形状が利用可能で
ある。
In the present invention (including an embodiment in which the light incident portion is rectangular as described later), the micro lens 26a
The shape is not limited to a hemisphere, but is a shape obtained by cutting a sphere on a plane that does not pass through the center (small side of the crown) or a shape obtained by cutting an ellipsoid (spheroid) on a plane perpendicular to the long axis (small side)
Can also be suitably used. In the present invention (same as above), the shape of the light exit surface of the micro lens 26a (= the shape of the boundary surface with the lens substrate 24), that is, the shape of the micro lens 26a when viewed from the optical axis direction is The shape is not limited to a circle, and various shapes such as a rectangle and a hexagon can be used.

【0035】拡散反射層32および遮光層30にも特に
限定はなく、公知のものが各種利用可能である。一例と
して、拡散反射層32としては前記ハウジング20の内
壁面で例示したものが、遮光層30としては、液晶パネ
ル12のBMに用いられるクロム(Cr)やカーボンブ
ラックを含む塗料等が、それぞれ例示される。
The diffuse reflection layer 32 and the light shielding layer 30 are not particularly limited, and various known ones can be used. As an example, the diffuse reflection layer 32 is exemplified by the inner wall surface of the housing 20, and the light shielding layer 30 is exemplified by a paint containing chrome (Cr) or carbon black used for the BM of the liquid crystal panel 12. Is done.

【0036】拡散反射層32および遮光層30の形成方
法にも特に限定はなく、材料等に応じて、前述の塗料を
調製して塗布して形成する方法、蒸着などの薄膜形成技
術、印刷等、公知の方法で作成すればよい。なお、これ
らの層形成を塗料や薄膜形成で行う場合には、光入射部
28は、公知の方法、例えば、公知の方法で作製された
マスクを用いて形成すればよい。また、マスクは、マイ
クロレンズ26aを利用し、フォトレジスト等を用いた
セルフアライメントで作製してもよい。
The method of forming the diffuse reflection layer 32 and the light-shielding layer 30 is not particularly limited, either. The above-mentioned paint is prepared and applied according to the material or the like, a thin film forming technique such as vapor deposition, printing, or the like. May be created by a known method. In the case where these layers are formed by coating or forming a thin film, the light incident portion 28 may be formed using a known method, for example, a mask manufactured by a known method. In addition, the mask may be manufactured by self-alignment using a photoresist or the like using the microlens 26a.

【0037】拡散反射層32および遮光層30の厚さに
も特に限定はなく、形成材料に応じて、必要な反射性能
や遮光性能を発現できる厚さとすればよい。ここで、両
層をあまり厚くすると、光入射部28に入射できる光の
角度が狭くなってしまい、効率が低下するので、注意を
要する。
The thicknesses of the diffuse reflection layer 32 and the light-shielding layer 30 are not particularly limited, and may be any thickness that can exhibit the necessary reflection performance and light-shielding performance according to the material of the formation. Here, if both layers are too thick, the angle of the light that can be incident on the light incident portion 28 becomes narrow, and the efficiency is reduced.

【0038】図2(A)および(B)に示される例にお
いては、レンズ基板24のレンズアレイ26と逆側の面
は平面で、この面に光入射部28が設定されるが、本発
明はこれに限定はされず、図4に示されるように、レン
ズ基板24のレンズアレイ26と逆側の面に凸部24a
を設けて、この凸部24aの端面を光入射部28として
もよい。このような凸部24aは、公知の成形方法で作
製すればよい。
In the example shown in FIGS. 2A and 2B, the surface of the lens substrate 24 opposite to the lens array 26 is a flat surface, and the light incident portion 28 is set on this surface. Is not limited to this, and as shown in FIG. 4, the convex portion 24a is formed on the surface of the lens substrate 24 opposite to the lens array 26.
And the end face of the convex portion 24a may be used as the light incident portion 28. Such a convex portion 24a may be manufactured by a known molding method.

【0039】ここで、本発明のコリメート板18におい
ては、図2(A)、(B)および図3に示されるよう
に、レンズ基板24の屈折率をn、レンズ基板24の厚
さ(光入射部28面からマイクロレンズ26aまでの長
さ)をt、光入射部28の直径をR、マイクロレンズ2
6aのサイズをSr(図示例においては、マイクロレン
ズ26aが半球形であるので、対応する球の直径)とし
た際に、下記式[1] Sr≧2t×tanθ+R(但し、θ=sin-1(1/n))[1] を満たす。
Here, in the collimator plate 18 of the present invention, as shown in FIGS. 2A, 2B and 3, the refractive index of the lens substrate 24 is n, and the thickness of the lens substrate 24 (light T is the length from the surface of the incident part 28 to the micro lens 26a, R is the diameter of the light incident part 28, and the micro lens 2
When the size of 6a is Sr (in the illustrated example, the diameter of the corresponding sphere because the microlens 26a is hemispherical), the following equation [1] Sr ≧ 2t × tan θ + R (where θ = sin −1) (1 / n)) [1] is satisfied.

【0040】図2(B)に示されるように、ある入射角
φ1 でレンズ基板24に入射した光は、屈折され、光軸
に対して角度θ1 で進行して、マイクロレンズ26aに
入射し、屈折されてコリメート光として出射される。こ
こで、光入射部28は、各マイクロレンズ26aに対応
して、中心を光軸に一致して設定される。従って、図2
(B)中に点線で示されるように、ある光入射部28か
ら入射した光が、対応しないマイクロレンズ26aに入
射すると、これが迷光(洩れ光)となってしまい、コリ
メート性能を低下し、液晶画像の表示ムラや画像ボケを
生じてしまう。
As shown in FIG. 2B, light incident on the lens substrate 24 at a certain incident angle φ 1 is refracted, travels at an angle θ 1 with respect to the optical axis, and enters the micro lens 26a. The light is refracted and emitted as collimated light. Here, the light incident portion 28 is set so that the center coincides with the optical axis corresponding to each micro lens 26a. Therefore, FIG.
As shown by a dotted line in (B), when light incident from a certain light incident part 28 enters an uncorresponding microlens 26a, this becomes stray light (leakage light), which reduces the collimating performance and reduces the liquid crystal. This causes image display unevenness and image blur.

【0041】光の入射角φは90°が最高で、また、こ
の角度で入射した光が最も大きな角度θで進行する。あ
る媒体に90°の入射角で入射した光が進行する角度θ
は、スネルの法則に従って、「θ=sin-1(1/
n)」で算出できる(nは媒体の屈折率)。例えば、レ
ンズ基板24の形成材料がアクリルであれば、屈折率n
は1.49であるので、この角度θは42.16°とな
る。
The maximum incident angle φ of light is 90 °, and light incident at this angle travels at the largest angle θ. Angle θ at which light incident on a medium at an incident angle of 90 ° travels
Is, according to Snell's law, "θ = sin -1 (1 /
n) "(n is the refractive index of the medium). For example, if the material for forming the lens substrate 24 is acrylic, the refractive index n
Is 1.49, the angle θ is 42.16 °.

【0042】すなわち、図3に示されるように、直径R
の光入射部28から入射して、厚さtのレンズ基板24
を進行する光は、対応するマイクロレンズ26aの光軸
に対して、最大で「t×tanθ+R/2」だけ離れて
マイクロレンズアレイ26に入射する。従って、マイク
ロレンズ26aのサイズSrを「2t×tanθ+R」
以上とすれば、光入射部28から入射した光は、必ず、
対応するマイクロレンズ26aに入射する。
That is, as shown in FIG.
Of the lens substrate 24 having a thickness t
Is incident on the microlens array 26 at a maximum of “t tan θ + R / 2” with respect to the optical axis of the corresponding microlens 26a. Therefore, the size Sr of the micro lens 26a is set to “2t × tan θ + R”
In this case, the light incident from the light incident portion 28 must be
The light enters the corresponding micro lens 26a.

【0043】そのため、本発明のコリメート板は、対応
しないマイクロレンズ26aに入射する迷光を無くし、
これに起因するコリメート光の指向性や効率の低下を防
止して、かつ、従来は迷光となっていた成分もコリメー
ト光として射出でき、非常に高いコリメート性能を発揮
することができる。また、光入射面に拡散反射層32を
有することにより、高い光の利用効率で高輝度なコリメ
ート光を射出できるのは、前述の通りである。
Therefore, the collimating plate of the present invention eliminates the stray light incident on the incompatible micro lens 26a,
A decrease in the directivity and efficiency of the collimated light due to this is prevented, and a component that was conventionally stray light can be emitted as collimated light, so that extremely high collimating performance can be exhibited. Also, as described above, the provision of the diffuse reflection layer 32 on the light incident surface allows emission of high-luminance collimated light with high light use efficiency.

【0044】また、マイクロレンズ26aに入射する光
の投影面積は、大きい方が高い効率でコリメート光を射
出できる。そのため、サイズSrは「2t×tanθ+
R」と同一にするのが最も好ましいが、迷光を確実に防
止するためには、若干のマージンが必要である。従っ
て、サイズSrを「2t×tanθ+R」より若干大き
い略同一とすることにより、マイクロレンズ26aを最
大限に利用して、非常に効率よくコリメート光を射出す
ることができ、好ましい。
The larger the projected area of the light incident on the microlens 26a, the more efficiently the collimated light can be emitted. Therefore, the size Sr is “2t × tan θ +
It is most preferable to make the same as "R", but a slight margin is required to reliably prevent stray light. Therefore, by setting the size Sr to be substantially the same, which is slightly larger than “2t × tan θ + R”, it is possible to use the micro lens 26a to the maximum and to emit the collimated light very efficiently, which is preferable.

【0045】例えば、レンズアレイ26とレンズ基板2
4とが一体成形されたものであり、形成材料がアクリル
(n=1.49)、レンズ基板24の厚さtが300μ
m、光入射部28の直径Rが50μmの場合には、マイ
クロレンズ26aのサイズSrを593.2μm以上と
すればよく、例えば、サイズSrを600μmとするこ
とにより、効率よくコリメート光を射出することができ
る。あるいは、逆に、マイクロレンズ26aのサイズS
rに応じて、レンズ基板24の厚さおよび光入射部28
の直径Rの少なくとも一方を選択あるいは調整してもよ
い。
For example, the lens array 26 and the lens substrate 2
4 are integrally molded, the forming material is acrylic (n = 1.49), and the thickness t of the lens substrate 24 is 300 μm.
m, when the diameter R of the light incident portion 28 is 50 μm, the size Sr of the microlens 26a may be 593.2 μm or more. For example, by setting the size Sr to 600 μm, collimated light is efficiently emitted. be able to. Alternatively, conversely, the size S of the micro lens 26a
r, the thickness of the lens substrate 24 and the light incident portion 28
May be selected or adjusted.

【0046】本態様(光入射部28が円形の態様)にお
いては、図示例のように、マイクロレンズ26aの光出
射面の形状(光軸方向から見た際のマイクロレンズの形
状)を円形として、図2(A)や図5に模式的に示され
るように、マイクロレンズ26aを最高密度でレンズ基
板24の一面に配列するように、すなわち、最密充填す
るようにマイクロレンズ26aを配置するのが好まし
い。これにより、コリメート光を射出できない領域は、
図5中に黒塗りで示すマイクロレンズ26aの間隙のみ
となり、従って、レンズ基板24に対するコリメート光
の出射面積比を最大で90.7%(=π/(2×[3
1/2 ]))にすることができ、より効率の高いコリメー
ト板を得ることができる。
In this embodiment (an embodiment in which the light incident portion 28 is circular), the shape of the light exit surface of the micro lens 26a (the shape of the micro lens when viewed from the optical axis direction) is circular as shown in the illustrated example. As shown schematically in FIG. 2A and FIG. 5, the microlenses 26a are arranged so as to be arranged on one surface of the lens substrate 24 at the highest density, that is, to be closest-packed. Is preferred. As a result, the area where the collimated light cannot be emitted is
Only the gap between the microlenses 26a shown in black in FIG. 5 is present, and therefore, the emission area ratio of the collimated light to the lens substrate 24 is 90.7% (= π / (2 × [3
1/2 ])), and a more efficient collimating plate can be obtained.

【0047】あるいは、本態様においては、前述のよう
に光出射面の形状を六角形として、図6(A)および
(B)に模式的に示されるように、六方稠密(ハニカム
状)でマイクロレンズ26aを配置するのも好ましい。
これにより、コリメート光を射出できない領域は、図6
(B)中に黒塗りで示す、この六角形に内接する円以外
の領域のみとなり、従って、レンズ基板24に対するコ
リメート光の出射面積比を最大で90.7%(=31/2
π/6)にすることができ、より効率の高いコリメート
板を得ることができる。
Alternatively, in this embodiment, as described above, the shape of the light emitting surface is hexagonal, and as shown schematically in FIGS. 6A and 6B, the hexagonal dense (honeycomb-like) micro It is also preferable to dispose the lens 26a.
As a result, the area where the collimated light cannot be emitted is as shown in FIG.
(B), there is only a region other than the circle inscribed in the hexagon shown in black, so that the emission area ratio of the collimated light with respect to the lens substrate 24 is 90.7% at maximum (= 3 1/2).
π / 6), and a more efficient collimating plate can be obtained.

【0048】なお、本態様において、マイクロレンズ2
6aの光出射面の形状が円形である場合には、マイクロ
レンズ26aのサイズSrは、その直径であり、マイク
ロレンズ26aの光出射面の形状が円形以外の場合に
は、マイクロレンズ26aのサイズSrは、光出射面の
形状に内接する円の直径とする。
In this embodiment, the micro lens 2
When the shape of the light emitting surface of the micro lens 26a is circular, the size Sr of the micro lens 26a is its diameter. When the shape of the light emitting surface of the micro lens 26a is other than circular, the size of the micro lens 26a is Sr is the diameter of a circle inscribed in the shape of the light exit surface.

【0049】以上説明した例では、光入射部28は円形
であるが、本発明の第2の態様のコリメート板は、矩形
の光入射部を有するものである。このコリメート板にお
いては、矩形の光入射部の一方の辺の長さをA、矩形の
光入射部の他方の辺の長さをB、マイクロレンズの前記
長さAの辺に対応する方向のサイズをSa、マイクロレ
ンズの前記長さBの辺に対応する方向のサイズをSb、
それ以外は、前記態様と同様とした際に、下記式[2]
および[3] Sa≧2t×tanθ+A [2] Sb≧2t×tanθ+B(但し、θ=sin-1(1/n))[3] を満たす。
In the example described above, the light incident portion 28 is circular, but the collimating plate according to the second embodiment of the present invention has a rectangular light incident portion. In this collimating plate, the length of one side of the rectangular light incidence portion is A, the length of the other side of the rectangular light incidence portion is B, and the length of the side corresponding to the length A of the microlens is The size is Sa, the size in the direction corresponding to the side of the length B of the microlens is Sb,
Otherwise, when the same as the above embodiment, the following formula [2]
And [3] Sa ≧ 2t × tan θ + A [2] Sb ≧ 2t × tan θ + B (where θ = sin −1 (1 / n)) [3]

【0050】この態様においても、矩形の光入射部は、
中心(矩形の対角線の交点)をマイクロレンズの光軸と
一致して設定される。さらに、マイクロレンズのサイズ
SaおよびSbは、光入射部と同じ向き(光軸を中心と
する回転方向の向き)で、かつ、隣合わせる2辺の比が
同一な、マイクロレンズの光出射面の形状に内接する矩
形の各辺の長さとなる。すなわち光入射部が正方形であ
れば、マイクロレンズの光出射面の形状に内接する、光
入射部と同じ向きの正方形の辺の長さとなる。また、光
入射部が長方形であれば、マイクロレンズの光出射面の
形状に内接する、光入射部と同じ向きで、かつ長辺と短
辺の比が光入射部と同一な長方形の辺の長さとなる。
Also in this embodiment, the rectangular light incident portion
The center (the intersection of the diagonal lines of the rectangle) is set to coincide with the optical axis of the microlens. Furthermore, the sizes Sa and Sb of the microlenses are the same as the direction of the light incident portion (the direction of rotation about the optical axis) and the ratio of the two adjacent sides is the same. It is the length of each side of the rectangle inscribed in the shape. That is, if the light incident portion is square, the length of the side of the square inscribed in the shape of the light exit surface of the microlens and in the same direction as the light incident portion is obtained. In addition, if the light incident portion is rectangular, the rectangular side inscribed in the shape of the light exit surface of the microlens in the same direction as the light incident portion and having the same ratio of the long side to the short side as the light incident portion is used. Length.

【0051】前述の態様と同様に、このような本発明の
コリメート板によれば、対応しないマイクロレンズに入
射する迷光を無くし、これに起因するコリメート光の指
向性や効率の低下を防止して、非常に高いコリメート性
能を発揮する。さらに、光入射面に拡散反射層32を有
することにより、良好な効率で高輝度なコリメート光を
射出できる。
As in the above-described embodiment, according to the collimating plate of the present invention, stray light incident on an uncorresponding microlens is eliminated, and a decrease in the directivity and efficiency of the collimated light caused by this is prevented. Demonstrates very high collimation performance. Further, by having the diffuse reflection layer 32 on the light incident surface, high-luminance collimated light can be emitted with good efficiency.

【0052】なお、このコリメート板は、光入射部の形
状が矩形である以外には、基本的に前述の円形の光入射
部を有するコリメート板と同様の構成を有するので、以
下の説明は、異なる点を主に行う。
The collimating plate has basically the same configuration as the above-described collimating plate having the circular light incident portion except that the shape of the light incident portion is rectangular. Mainly do the different things.

【0053】図7に、正方形の光入射部34を有する例
を模式的に示す。この例においては、マイクロレンズ3
6は、球を中心を通過しない面で切断して得られた球冠
形で、光出射面の形状(光軸方向から見た際のマイクロ
レンズの形状)は、光入射部34と同じ向きの正方形で
ある。
FIG. 7 schematically shows an example having a square light incident portion 34. In this example, the micro lens 3
Reference numeral 6 denotes a spherical crown shape obtained by cutting the sphere at a plane that does not pass through the center. The shape of the light emitting surface (the shape of the microlens when viewed from the optical axis direction) is the same as the direction of the light incident part 34. Is a square.

【0054】ここで、このコリメート板においては、光
入射部34の両辺の長さは等しく、A=Bであり、従っ
てマイクロレンズのサイズもSa=Sbである。すなわ
ち、本例においては、式「Sa≧2t×tanθ+A」
を満たせばよい。また、サイズSaを「2t×tanθ
+A」より若干大きい略同一とするのが好ましいのも、
先の態様と同様である。
Here, in this collimating plate, both sides of the light incident portion 34 are equal in length, A = B, and therefore the size of the microlens is also Sa = Sb. That is, in this example, the expression “Sa ≧ 2t × tan θ + A”
Should be satisfied. In addition, the size Sa is set to “2t × tan θ”.
+ A ", which is preferably substantially the same.
This is the same as the previous embodiment.

【0055】この光入射部34が正方形のコリメート板
においては、マイクロレンズ36の光出射面の形状を光
入射部34と同じ向きの正方形として、図8に模式的に
示されるように、正方稠密でマイクロレンズ36を配置
するのが好ましい。これにより、レンズ基板24に対す
るコリメート光の出射面積比を、最大で100%近くに
でき、非常に効率の高いコリメート板を得ることができ
る。
In a collimator plate having a square light incident portion 34, the shape of the light exit surface of the microlens 36 is a square in the same direction as the light incident portion 34, as shown in FIG. It is preferable to dispose the micro lens 36 in the above. Thereby, the emission area ratio of the collimated light to the lens substrate 24 can be made close to 100% at the maximum, and a highly efficient collimating plate can be obtained.

【0056】図9に、長方形の光入射部を有する例を模
式的に示す。この例においては、マイクロレンズ39
は、球を中心を通過しない面で切断して得られた球冠形
で、光出射面の形状(光軸方向から見た際のマイクロレ
ンズの形状)は、長辺と短辺の比ならびに向きが光入射
部38と同一の長方形である。また、例えば、長方形の
長辺の長さをA、同短辺の長さをB(A≠B)、マイク
ロレンズ39の光入射部38の長辺方向のサイズをS
a、同短辺方向のサイズをSbとして、前述の2つの式
を満たす。また、サイズSaおよびSbを「Sa≧2t
×tanθ+A、Sb≧2t×tanθ+B」よりも若
干大きい略同一とするのが好ましいのも、同様である。
FIG. 9 schematically shows an example having a rectangular light incident portion. In this example, the micro lens 39
Is a crown shape obtained by cutting the sphere on a surface that does not pass through the center. The shape of the light emitting surface (the shape of the microlens when viewed from the optical axis direction) is determined by the ratio of the long side to the short side and The direction is the same rectangle as the light incident part 38. Further, for example, the length of the long side of the rectangle is A, the length of the short side is B (A ≠ B), and the size of the light incident portion 38 of the micro lens 39 in the long side direction is S.
a, the size in the short side direction is Sb, and the above two equations are satisfied. Further, the sizes Sa and Sb are set to “Sa ≧ 2t”.
Similarly, it is preferable that they are substantially the same, which is slightly larger than “× tan θ + A, Sb ≧ 2t × tan θ + B”.

【0057】この光入射部38が長方形のコリメート板
においては、光出射面の形状を、光入射部38と長辺と
短辺の比が同一、かつ同じ向きの長方形として、図8に
模して、長方稠密でマイクロレンズ39を配置するのが
好ましい。これにより、レンズ基板24に対するコリメ
ート光の出射面積比を、最大で100%近くにでき、非
常に効率の高いコリメート板を得ることができる。
In the collimator plate in which the light incident portion 38 is rectangular, the shape of the light emitting surface is rectangular as shown in FIG. 8 with the same ratio of the long side and the short side as the light incident portion 38 and the same direction. Therefore, it is preferable to dispose the microlenses 39 in a rectangular shape. Thereby, the emission area ratio of the collimated light to the lens substrate 24 can be made close to 100% at the maximum, and a highly efficient collimating plate can be obtained.

【0058】ここで、本発明の表示装置10において
は、コリメート板18の代りに、本発明の第3の態様の
コリメート板も用いることができる。図10(A)に、
本発明の第3の態様のコリメート板19を模式的に示
す。図10(A)に示す本発明の第3の態様のコリメー
ト板19と、図2(A)に示す本発明の第1の態様のコ
リメート板18とは、コリメート板18のマイクロレン
ズアレイ26のマイクロレンズ26aの形状が半球形で
あるのに対し、コリメート板19のマイクロレンズアレ
イ26のマイクロレンズ26bの形状が半楕円球形であ
る点を除いて、同一であるので、同一の構成要素には、
同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
Here, in the display device 10 of the present invention, the collimating plate of the third embodiment of the present invention can be used instead of the collimating plate 18. In FIG. 10A,
FIG. 6 schematically shows a collimating plate 19 according to a third embodiment of the present invention. The collimating plate 19 of the third embodiment of the present invention shown in FIG. 10A and the collimating plate 18 of the first embodiment of the present invention shown in FIG. Except that the shape of the microlenses 26a is hemispherical, whereas the shape of the microlenses 26b of the microlens array 26 of the collimating plate 19 is semispherical, the same components are included. ,
The same reference numerals are given and the detailed description is omitted.

【0059】図10(A)に示されるように、コリメー
ト板19は、コリメート板18と同様に、板状のレンズ
基板24の一面にマイクロレンズ26bを2次元的に多
数配列してなるマイクロレンズアレイ26を有する。図
示例において、マイクロレンズ26bは、楕円球を、1
つの軸の中心において、この軸と直交する平面で切断し
た、半楕円球の形状を有する。このマイクロレンズ26
bの形状については、後に詳述する。
As shown in FIG. 10 (A), the collimating plate 19 is, like the collimating plate 18, a micro-lens 26b two-dimensionally arranged on one surface of a plate-shaped lens substrate 24. It has an array 26. In the illustrated example, the micro lens 26 b
At the center of one axis, it has the shape of a semi-elliptical sphere cut in a plane perpendicular to this axis. This micro lens 26
The shape of b will be described later in detail.

【0060】このコリメート板19は、コリメート板1
8と同様に、レンズアレイ26側を液晶パネル12に向
けてハウジング20に固定される。ハウジング20から
射出された光は、図10(A)に示されるように、光入
射部28からレンズ基板24に入射し、通過して、各マ
イクロレンズ26bに入射し、屈折、集光されて、コリ
メート光として射出される。その作用については、後に
詳述する。
The collimating plate 19 is a collimating plate 1
Similarly to 8, the lens array 26 is fixed to the housing 20 with the liquid crystal panel 12 facing the liquid crystal panel 12. As shown in FIG. 10A, the light emitted from the housing 20 enters the lens substrate 24 from the light incident part 28, passes through, enters the microlenses 26b, and is refracted and condensed. , And are emitted as collimated light. The operation will be described later in detail.

【0061】このようなコリメート板19においては、
コリメート板18と同様に、レンズ基板24とレンズア
レイ26とは、一体成形でも別体のものを組み合わせて
固定したものであってもよいが、コリメート性能等の点
では、両者は同一の屈折率であるのが好ましい。
In such a collimating plate 19,
Similarly to the collimating plate 18, the lens substrate 24 and the lens array 26 may be integrally formed or fixed by combining and separating them. However, in terms of collimating performance and the like, both have the same refractive index. It is preferred that

【0062】図10(A)および(B)に示される例に
おいては、レンズ基板24のレンズアレイ26と逆側の
面は平面で、この面に光入射部28が設定されるが、本
発明はこれに限定はされず、図11に示されるように、
レンズ基板24のレンズアレイ26と逆側の面に凸部2
4aを設けて、この凸部24aの端面を光入射部28と
してもよい。このような凸部24aは、公知の成形方法
で作製すればよい。
In the example shown in FIGS. 10A and 10B, the surface of the lens substrate 24 opposite to the lens array 26 is a flat surface, and the light incident portion 28 is set on this surface. Is not limited to this, as shown in FIG.
The convex portion 2 is formed on the surface of the lens substrate 24 opposite to the lens array 26.
4a may be provided, and the end face of the convex portion 24a may be used as the light incident portion 28. Such a convex portion 24a may be manufactured by a known molding method.

【0063】ここで、本発明のコリメート板19におい
ては、図10(A)および(B)に示されるように、レ
ンズ基板24の基板面方向をx軸およびy軸、マイクロ
レンズ26bの光軸方向(=レンズ基板24の法線方
向)をz軸とした際に、マイクロレンズ26bの形状
が、下記式[4]で示される光軸とz軸とが一致する楕
円球の一部で、かつ、マイクロレンズ26bを形成する
材料の屈折率をnとした際に、この楕円球の離心率ε
が、下記式[5]で示されるものであり、 x2 /a2 +y2 /a2 +z2 /c2 =1 式[4] ε=(c2 −a2 1/2 /c=1/n 式[5] さらに、この楕円球は、光が出射する側から遠い方(光
入射側)の焦点Fが、光入射部28に一致、すなわち、
この焦点Fがレンズ基板24のマイクロレンズ26bと
逆側の面24sに一致する。
Here, in the collimating plate 19 of the present invention, as shown in FIGS. 10A and 10B, the direction of the substrate surface of the lens substrate 24 is the x-axis and the y-axis, and the optical axis of the microlens 26b. When the direction (= normal direction of the lens substrate 24) is the z-axis, the shape of the microlens 26b is a part of an elliptical sphere in which the optical axis and the z-axis represented by the following equation [4] match, Further, assuming that the refractive index of the material forming the microlens 26b is n, the eccentricity ε of this elliptical sphere
Is represented by the following formula [5], and x 2 / a 2 + y 2 / a 2 + z 2 / c 2 = 1 formula [4] ε = (c 2 −a 2 ) 1/2 / c = 1 / n Formula [5] Further, in this elliptical sphere, the focal point F on the far side (light incident side) from the side from which light is emitted coincides with the light incident portion 28, that is,
This focal point F coincides with the surface 24s of the lens substrate 24 on the side opposite to the microlenses 26b.

【0064】周知のように、楕円球(楕円面)の形状
は、一般式、 x2 /a2 +y2 /b2 +z2 /c2 =1 で示される。また、楕円の離心率は、一般式 ε=(a2 −b2 1/2 /a で示される。
As is well known, the shape of an elliptical sphere (elliptical surface) is represented by the general formula: x 2 / a 2 + y 2 / b 2 + z 2 / c 2 = 1. The eccentricity of the ellipse is represented by the general formula ε = (a 2 −b 2 ) 1/2 / a.

【0065】従って、前記楕円球のx−z平面の離心率
εx-z および焦点位置fx-z は、 εx-z =(c2 −a2 1/2 /c fx-z =c×εx-z で示され、同様に、y−z平面の離心率εy-z および焦
点位置fy-z は、 εy-z =(c2 −b2 1/2 /c fy-z =c×εy-z で示される。
Accordingly, the eccentricity ε xz and the focal position f xz of the ellipsoidal sphere on the xz plane are expressed as follows: ε xz = (c 2 −a 2 ) 1/2 / cf xz = c × ε xz Similarly, the eccentricity ε yz and the focal position f yz in the yz plane are represented by ε yz = (c 2 −b 2 ) 1/2 / c f yz = c × ε yz .

【0066】ここで、楕円球形状を有するレンズにおい
ては、離心率εがレンズ形成材料の屈折率nの逆数であ
る場合には、図10(B)に矢印kで示すように、外部
から入射した光軸と平行な光は、光入射側から遠い方の
焦点Fに収束する。従って、図10(B)に矢印mで示
すように、逆にこの焦点Fに入射した拡散光は、レンズ
から、光軸に平行な光すなわちコリメート光として射出
される。
Here, in the case of a lens having an elliptical spherical shape, when the eccentricity ε is the reciprocal of the refractive index n of the lens-forming material, as shown by an arrow k in FIG. The light parallel to the optical axis converges on the focal point F farther from the light incident side. Therefore, as shown by an arrow m in FIG. 10B, the diffused light that has entered the focal point F is emitted from the lens as light parallel to the optical axis, that is, collimated light.

【0067】また、楕円球において、「εx-z
εy-z 」であれば、x−z方向の焦点位置fx-z 、およ
びy−z方向の焦点位置fy-z が一致する。従って、x
軸方向の長さaおよびy軸方向の長さbを等しく、すな
わちa=bとすることにより、すなわち楕円球の形状
を、x軸方向およびy軸方向の径が2a、z軸方向の径
が2cとなる「x2 /a2 +y2 /a2 +z2 /c2
1」とし、さらに、この楕円球の離心率εを「ε=(c
2 −a2 1/2 /c=1/n」とすることにより、レン
ズに入射した光軸と平行な光は、入射側から遠い焦点F
に収束し、逆に、この焦点Fに入射した拡散光は、集光
されてコリメート光として射出される。
In the elliptical sphere, “ε xz =
If “ε yz ”, the focal position f xz in the xz direction matches the focal position f yz in the yz direction. Therefore, x
The length a in the axial direction and the length b in the y-axis direction are equal, that is, a = b, that is, the shape of the elliptical sphere is changed so that the diameters in the x-axis direction and the y-axis direction are 2a and the diameters in the z-axis direction. X 2 / a 2 + y 2 / a 2 + z 2 / c 2 =
1 ”, and the eccentricity ε of the elliptical sphere is set to“ ε = (c
2 −a 2 ) 1/2 / c = 1 / n ”, the light incident on the lens and parallel to the optical axis is focused on the focal point F far from the incident side.
Conversely, the diffused light incident on the focal point F is collected and emitted as collimated light.

【0068】本態様のコリメート板は、上記知見に基づ
くものであり、レンズ基板24の一面に複数配置される
マイクロレンズ26bの形状を、上記条件を満たす楕円
球の一部とし、かつ、光入射部28(マイクロレンズ2
6bと逆側のレンズ基板面24s)を、光が出射する側
から遠い方の焦点Fと一致させることにより、拡散光を
良好に集光して、指向性の強いコリメート光を射出する
ことができる。また、光入射面に拡散反射層32を有す
ることにより、高い光の利用効率で高輝度なコリメート
光を射出でき、かつ、遮光層30を有することにより、
迷光の発生を防げるのは、前述の通りである。
The collimating plate of this embodiment is based on the above findings. The shape of the plurality of microlenses 26b arranged on one surface of the lens substrate 24 is a part of an elliptical sphere satisfying the above conditions, Part 28 (micro lens 2
By making the lens substrate surface 24s) opposite to the side 6b coincide with the focal point F farther from the light emitting side, the diffused light can be condensed well and collimated light with high directivity can be emitted. it can. Further, by having the diffuse reflection layer 32 on the light incident surface, it is possible to emit high-luminance collimated light with high light use efficiency, and by having the light shielding layer 30,
As described above, generation of stray light can be prevented.

【0069】このような本発明のコリメート板は、一例
として、前述の式より導かれる、 a=[(n2 −1)1/2 /n]×c f=c/n を利用して、成形を行えばよい。例えば、レンズアレイ
26(マイクロレンズ26b)とレンズ基板24とが一
体成形されたものであり、その形成材料がアクリル(n
=1.49)であり、マイクロレンズ26bのcが10
0μmである場合には、aが74.1μm、fが67.
1μmとなるように、レンズアレイ26やレンズ基板2
4を成形すればよい。
Such a collimating plate of the present invention uses, for example, a = [(n 2 -1) 1/2 / n] × cf = c / n derived from the above equation. Molding may be performed. For example, the lens array 26 (microlens 26b) and the lens substrate 24 are integrally formed, and the material for forming the same is acrylic (n).
= 1.49), and c of the micro lens 26b is 10
When it is 0 μm, a is 74.1 μm and f is 67.
The lens array 26 and the lens substrate 2 have a thickness of 1 μm.
4 may be formed.

【0070】マイクロレンズ26bは、上記条件を満た
すものであれば、図示例のような半楕円球形状に限定は
されず、上記条件を満たす楕円球を、軸の中心位置以外
の場所で同様に切断した形状(その小さい側)も、好適
に利用可能である。さらに、マイクロレンズ26bの光
出射面(レンズ基板24との境界面)の形状、すなわ
ち、光軸方向から見た際のマイクロレンズ26bの形状
も、円形に限定はされず、矩形や六角形等の各種の形状
が利用可能である。
The microlens 26b is not limited to a semi-elliptical spherical shape as shown in the figure as long as the microlens 26b satisfies the above conditions. Cut shapes (smaller sides) are also suitably available. Further, the shape of the light exit surface (boundary surface with the lens substrate 24) of the microlens 26b, that is, the shape of the microlens 26b when viewed from the optical axis direction is not limited to a circle, but may be a rectangle, a hexagon, or the like. Various shapes are available.

【0071】ここで、本発明においては、図10(A)
や図5に示されるように、マイクロレンズ26bの光出
射面の形状を円形として、マイクロレンズ26bを最高
密度でレンズ基板24の一面に配列するように、すなわ
ち、最密充填するようにマイクロレンズ26bを配置す
るのが好ましい。これにより、コリメート光を射出でき
ない領域は、図5中に黒塗りで示すマイクロレンズ26
bの間隙のみとなり、従って、レンズ基板24に対する
コリメート光の出射面積比を最大で90.7%(=π/
(2×[31/2 ]))にすることができ、より効率の高
いコリメート板を得ることができる。
Here, in the present invention, FIG.
As shown in FIG. 5 and FIG. 5, the shape of the light exit surface of the microlens 26b is circular, and the microlenses 26b are arranged on one surface of the lens substrate 24 at the highest density, that is, the microlenses 26b are closely packed. 26b is preferably arranged. As a result, the area where the collimated light cannot be emitted is the micro lens 26 shown in black in FIG.
b, so that the emission area ratio of the collimated light to the lens substrate 24 is 90.7% at maximum (= π / π
(2 × [3 1/2 ])), and a more efficient collimating plate can be obtained.

【0072】あるいは、図12(A)および(B)に模
式的に示されるように、光出射面の形状を六角形とし
て、六方稠密(ハニカム状)でマイクロレンズ26bを
配置するのも好ましい。これにより、コリメート光を射
出できない領域は、図12(B)に黒塗りで示す、この
六角形に内接する円の外側の領域のみとなり、従って、
レンズ基板24に対するコリメート光の出射面積比を最
大で90.7%(=31/2 π/6)にすることができ、
より効率の高いコリメート板を得ることができる。
Alternatively, as schematically shown in FIGS. 12 (A) and 12 (B), it is preferable that the shape of the light emitting surface is hexagonal and the microlenses 26b are arranged in a hexagonal close-packed (honeycomb) shape. As a result, the area where the collimated light cannot be emitted is only the area outside the circle inscribed in the hexagon shown in black in FIG.
The maximum emission area ratio of the collimated light to the lens substrate 24 can be 90.7% (= 31 / 2π / 6),
A more efficient collimating plate can be obtained.

【0073】光入射部28の形状も、図示例の中心をマ
イクロレンズ26bの光軸(z軸)に一致する円形に限
定はされず、マイクロレンズ26bの光出射面の形状に
応じた、各種の形状であってよい。光入射部28の大き
さにも、特に限定はないが、小さい程、コリメート性能
の点で有利であり、逆に大きい程、光の利用効率の点で
有利となる。従って、光入射部28の大きさは、コリメ
ート板の用途や大きさ、マイクロレンズのサイズ、要求
されるコリメート性能やコリメート光の輝度等に応じ
て、適宜、決定すればよい。
The shape of the light incident portion 28 is not limited to a circle whose center in the illustrated example coincides with the optical axis (z-axis) of the microlens 26b. Shape. There is no particular limitation on the size of the light incident portion 28, but a smaller size is advantageous in collimating performance, and a larger size is more advantageous in light use efficiency. Therefore, the size of the light incident portion 28 may be appropriately determined according to the use and size of the collimating plate, the size of the microlens, the required collimating performance, the brightness of the collimated light, and the like.

【0074】前述したように、表示装置10において、
本発明の各態様のコリメート板を利用する本発明の第4
の態様の照明装置にかかるバックライト部14から射出
されたコリメート光(コリメートバックライト)は、液
晶表示パネル12(以下、表示パネル12とする)に入
射する。
As described above, in the display device 10,
The fourth aspect of the present invention utilizing the collimating plate of each aspect of the present invention.
The collimated light (collimated backlight) emitted from the backlight unit 14 according to the illumination device of the above aspect enters the liquid crystal display panel 12 (hereinafter, referred to as the display panel 12).

【0075】本発明の表示装置10において、表示パネ
ル12は、各種のLCDに用いられる公知の液晶表示パ
ネルである。一実施例として、2枚のガラス基板の間に
液晶を充填してなる液晶層を有し、両ガラス基板の液晶
層の逆面に偏光板を配置してなる表示パネルが例示され
る。また、ガラス基板と偏光板の間には、必要に応じ
て、位相補償フィルム等の各種の光学補償フィルム等が
配置されてもよい。
In the display device 10 of the present invention, the display panel 12 is a known liquid crystal display panel used for various LCDs. As an example, a display panel having a liquid crystal layer filled with liquid crystal between two glass substrates and having a polarizing plate disposed on the opposite sides of the liquid crystal layers of both glass substrates is exemplified. Further, between the glass substrate and the polarizing plate, various optical compensation films such as a phase compensation film may be arranged as necessary.

【0076】従って、表示パネル12は、カラーでもモ
ノクロでもよく、液晶の種類、液晶セル、TFT(Thin
Film Transistor) などの駆動手段(スイッチング素
子)、ブラックマトリクス(BM)等にも特に限定はな
い。また、動作モードも、TN(Twisted Nematic) モー
ド、STN(Super TwistedNematic) モード、ECB(El
ectrically Controlled Birefringence) モード、IP
S(In-Plane Switching)モード、MVA(Multidomain V
ertical Alignment)モード等の全ての動作モードが利用
可能である。
Therefore, the display panel 12 may be color or monochrome, and may include a type of liquid crystal, a liquid crystal cell, and a TFT (Thin).
There is no particular limitation on a driving means (switching element) such as a film transistor, a black matrix (BM), or the like. The operation modes are also TN (Twisted Nematic) mode, STN (Super Twisted Nematic) mode, ECB (El
ectrically Controlled Birefringence) mode, IP
S (In-Plane Switching) mode, MVA (Multidomain V
All modes of operation, such as an Alignment mode, are available.

【0077】液晶パネル12に入射、通過した光は、画
像を担持する光となり、光拡散板16で拡散されて、観
察者に観察される。コリメートバックライトを用い、す
なわち、バックライトとしてコリメート光を用い、液晶
パネル12を通過した画像を担持する光を光拡散板16
で拡散することにより、LCDの広視野角化が図れるの
は、前述のとおりである。
Light incident on and passing through the liquid crystal panel 12 becomes light for carrying an image, is diffused by the light diffusion plate 16, and is observed by an observer. A collimated backlight is used, that is, a collimated light is used as a backlight, and light carrying an image passing through the liquid crystal panel 12 is transmitted to the light diffusing plate 16.
As described above, it is possible to widen the viewing angle of the LCD by diffusing the light.

【0078】本発明の表示装置10において、光拡散板
16には特に限定はなく、公知の光拡散板(光拡散シー
ト)が各種利用可能でり、例えば、特開平5−3332
02号公報に開示される、透明支持体と光拡散層との間
に透明電子導電層を有する光拡散板; 同7−5306
号公報に開示される、透明支持体と光拡散層との間に側
鎖にカチオン性第四級アンモニウム塩基を有するイオン
導電性樹脂の架橋体の層を有する光拡散板; 等が例示
される。
In the display device 10 of the present invention, the light diffusing plate 16 is not particularly limited, and various known light diffusing plates (light diffusing sheets) can be used.
JP-A-7-5306 discloses a light diffusion plate having a transparent electron conductive layer between the transparent support and the light diffusion layer
And a light diffusion plate having a layer of a cross-linked body of an ion conductive resin having a cationic quaternary ammonium base in a side chain between a transparent support and a light diffusion layer disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-15064. .

【0079】図示例の表示装置10においては、好まし
い態様として、図13に模式的に示される光拡散板16
が用いられる。この光拡散板16は、板状のレンズ基板
40の一方の面に、半球形のマイクロレンズ42aを2
次元的に多数配列したマイクロレンズアレイ42が形成
され、レンズ基板40のレンズアレイ42と逆側の他方
の面には、各マイクロレンズ42aの光軸上に設定され
る光出射部44以外を全面的に覆うように遮光層46が
形成され、さらに遮光層46より観察面側に同様に反射
防止(AR)層48が形成されている。図2(A)、
(B)および図13より明らかなように、この光拡散板
16は、拡散反射層32に換えて、反射防止層48を形
成した以外は、基本的に、前述のコリメート板18と同
様の構成を有するものである。
In the display device 10 of the illustrated example, as a preferred embodiment, the light diffusing plate 16 schematically shown in FIG.
Is used. The light diffusing plate 16 includes two hemispherical microlenses 42 a on one surface of a plate-shaped lens substrate 40.
A plurality of dimensionally arranged microlens arrays 42 are formed, and the other surface of the lens substrate 40 opposite to the lens array 42 is provided with the entire surface except for the light emitting portion 44 set on the optical axis of each microlens 42a. A light-shielding layer 46 is formed so as to cover the surface, and an anti-reflection (AR) layer 48 is similarly formed on the observation surface side of the light-shielding layer 46. FIG. 2 (A),
As is apparent from FIG. 13B and FIG. 13, the light diffusing plate 16 has basically the same configuration as the above-described collimating plate 18 except that an anti-reflection layer 48 is formed in place of the diffusion reflecting layer 32. It has.

【0080】光拡散板16は、レンズアレイ42側を液
晶パネル12に向けて配置される。光拡散板16におい
ては、前述のコリメート板18の作用とは逆に、液晶パ
ネル12を通過した、画像を担持する光(コリメート
光)は、マイクロレンズ42aに入射して、屈折される
ことによって拡散され、光射出部44から拡散光として
射出される。一方、光射出部44以外に入射した光(迷
光)は、遮光層46で遮光されるので、観察の妨害には
ならない。また、好ましい態様として、観察面側に反射
防止層48が形成されているので、良好な画像の観察が
可能である。なお、反射防止層48には特に限定はな
く、公知のものが各種利用可能である。
The light diffusing plate 16 is arranged with the lens array 42 side facing the liquid crystal panel 12. In the light diffusion plate 16, the light carrying the image (collimated light), which has passed through the liquid crystal panel 12, is incident on the microlens 42 a and is refracted, contrary to the operation of the collimator plate 18. The light is diffused and emitted from the light emitting section 44 as diffused light. On the other hand, the light (stray light) incident on portions other than the light emitting portion 44 is shielded by the light shielding layer 46, and thus does not hinder observation. In a preferred embodiment, since the antireflection layer 48 is formed on the observation surface side, good image observation is possible. The antireflection layer 48 is not particularly limited, and various known ones can be used.

【0081】また、図示例の光拡散板16以外の好まし
い例として、半球形のマイクロレンズ42aに変えて、
光透過性の球体(ビーズ)を用い、ビーズの一部が透明
な支持シートに接触するようにして、多数のビーズを一
層、支持シートに固定してなる光拡散板も例示される。
As a preferred example other than the light diffusion plate 16 in the illustrated example, instead of the hemispherical micro lens 42a,
There is also exemplified a light diffusion plate in which a number of beads are fixed to the support sheet by using light-transmitting spheres (beads) such that a part of the beads is in contact with the transparent support sheet.

【0082】ここで、本発明においては、図1に示す表
示装置10において、本発明の各態様のコリメート板1
8や19を利用する本発明の第4の態様の照明装置に係
るバックライト部14の代りに、本発明の第5の態様の
照明装置に係るバックライト部15aおよび15bをも
用いることができる。
Here, in the present invention, in the display device 10 shown in FIG.
Instead of the backlight unit 14 according to the lighting device of the fourth aspect of the present invention using 8 or 19, the backlight units 15a and 15b according to the lighting device of the fifth aspect of the present invention can also be used. .

【0083】図14および15に、本発明の第5の態様
の照明装置に係るバックライト部15aおよび15bを
模式的に示す。図14および15に示す本発明の第5の
態様の照明装置に係るバックライト部15aおよび15
bは、それぞれ、図2(A)に示す本発明の第1および
第2の態様のコリメート板18および図10(A)に示
す第3の態様のコリメート板19から拡散反射層32を
除いたコリメート板18aおよび19aにおいて、遮光
層30で囲まれた凹部からなる光入射部28を形成する
開口部29毎に、点光源などの凹状開口部29のサイズ
より小さい光源23を配置したものである。このため、
本態様のバックライト部15aおよび15bに用いられ
るコリメート板18aおよび19aは、それぞれ図2
(A)に示すコリメート板18および図10(A)に示
すコリメート板19と、拡散反射層32を有していない
点を除いて、同一の構成を有しているので、同一の構成
要素には、同一の番号を付し、その説明を省略する。
FIGS. 14 and 15 schematically show backlight units 15a and 15b according to a lighting device of a fifth embodiment of the present invention. Backlight parts 15a and 15 according to a lighting device according to a fifth embodiment of the present invention shown in FIGS.
b, the diffuse reflection layer 32 is removed from the collimator plate 18 of the first and second embodiments of the present invention shown in FIG. 2A and the collimator plate 19 of the third embodiment shown in FIG. 10A, respectively. In the collimator plates 18a and 19a, a light source 23 smaller than the size of the concave opening 29, such as a point light source, is disposed for each opening 29 forming a light incident portion 28 formed of a concave portion surrounded by the light shielding layer 30. . For this reason,
The collimating plates 18a and 19a used for the backlight portions 15a and 15b of this embodiment are respectively shown in FIG.
The collimator plate 18 shown in FIG. 10A and the collimator plate 19 shown in FIG. 10A have the same configuration except that they do not have the diffuse reflection layer 32. Have the same reference numerals and their description is omitted.

【0084】光源23としては、凹状開口部29のサイ
ズより小さく、凹状開口部29に挿入することができる
ものがよい。また、光源23の発光サイズは、開口部2
9(光入射部28)のサイズより小さくてもよい。この
ような光源23としては、LED、有機EL素子などを
挙げることができる。こうすることにより、光源23か
らの射出光(光源光)をコリメート板18aや19a の
レンズ基板24の光入射部28のみに、効率良く入射さ
せることができ、さらにより高い利用効率でコリメート
光を発生させ、出射させることができる。
The light source 23 is preferably smaller than the size of the concave opening 29 and can be inserted into the concave opening 29. The light emission size of the light source 23 is
9 (light incident portion 28). Examples of such a light source 23 include an LED and an organic EL element. By doing so, the emitted light (light source light) from the light source 23 can be efficiently incident only on the light incident portion 28 of the lens substrate 24 of the collimating plates 18a and 19a, and the collimated light can be further efficiently used. Can be generated and emitted.

【0085】この場合には、光源23からの射出光は、
開口部29から漏れることが少ないため、またはほとん
どないので、図1に示すバックライト部14のように、
光源23からの射出光が漏れないようにして、光源光の
利用効率をあげるために、コリメート板18aや19a
のレンズ基板24側にハウジングを取り付ける必要はな
いが、複数の凹状開口部29に対応して小光源23を配
置させるためのプレート(図示せず)をコリメート板1
8aや19aのレンズ基板24側に取り付けても良い。
こうすることで、さらにより高い利用効率でコリメート
光を発生させ、出射させることができる。この時、図示
しないプレートの光源23側の面は拡散反射面としても
良い。
In this case, the light emitted from the light source 23 is
Since there is little or no leakage from the opening 29, like the backlight unit 14 shown in FIG.
In order to prevent the light emitted from the light source 23 from leaking and to increase the utilization efficiency of the light source light, the collimator plates 18a and 19a
It is not necessary to attach the housing to the lens substrate 24 side, but a plate (not shown) for disposing the small light source 23 corresponding to the plurality of concave openings 29 is provided on the collimating plate 1.
8a or 19a may be attached to the lens substrate 24 side.
By doing so, it is possible to generate and emit collimated light with even higher utilization efficiency. At this time, the surface of the plate (not shown) on the light source 23 side may be a diffuse reflection surface.

【0086】ところで、上述したように、本態様のバッ
クライト部15aおよび15bに用いられるコリメート
板18aおよび19aにおいて、開口部29毎に光源2
3を配置するのは効率向上のためであり、これらの光源
23の発光サイズは、開口部29の開口サイズより小さ
い方が効率がよい。これは、光源23からの発光光がほ
とんどレンズアレイ26に入射するためである。このた
め、図示例のように、光源23の発光サイズが開口部2
9の開口サイズより小さくて、光源23を開口部29内
に配置する場合には、コリメート板18aおよび19a
のように拡散反射層は設けなくてよい。なお、コリメー
ト板の拡散反射層は、コリメート性能にはあまり関係が
ないので、拡散反射層を設けなくてもコリメート性能を
損なうことはない。
As described above, in the collimator plates 18a and 19a used for the backlight portions 15a and 15b of this embodiment, the light source 2 is provided for each opening 29.
The arrangement of 3 is for the purpose of improving the efficiency. The light emitting size of the light source 23 is preferably smaller than the opening size of the opening 29 for the efficiency. This is because most of the light emitted from the light source 23 enters the lens array 26. Therefore, as shown in the illustrated example, the light emission size of the light source
9, the collimator plates 18a and 19a
It is not necessary to provide a diffuse reflection layer as in the above. In addition, since the diffuse reflection layer of the collimator plate has little relation to the collimation performance, the collimation performance is not impaired even if the diffusion reflection layer is not provided.

【0087】なお、本態様のバックライト部15aおよ
び15bにおいて、小光源23として、その発光サイズ
がコリメート板の開口部29の開口サイズより大きい光
源を用いる場合には、拡散反射層の効果が認められるの
で、拡散反射層のないコリメート板18aおよび19a
の代りに、拡散反射層32を持つ図2(A)に示すコリ
メート板18および図10(A)に示すコリメート板1
9を用いるのがよい。特に、図1に示すように、ランプ
ハウジングと組み合せる場合には、拡散反射層のあるコ
リメート板18および19は、光の利用効率の向上、す
なわち高輝度化にとって好ましい形態となる。
In the backlight portions 15a and 15b of the present embodiment, when the light source whose light emission size is larger than the opening size of the opening 29 of the collimating plate is used as the small light source 23, the effect of the diffuse reflection layer is recognized. So that the collimator plates 18a and 19a without the diffuse reflection layer
Instead of the collimating plate 18 shown in FIG. 2A and the collimating plate 1 shown in FIG.
9 is preferably used. In particular, as shown in FIG. 1, when combined with a lamp housing, the collimator plates 18 and 19 having a diffuse reflection layer are in a preferred form for improving light use efficiency, that is, for achieving higher luminance.

【0088】なお、図4に示す本発明の第1および第2
の態様のコリメート板18および図11に示す第3の態
様のコリメート板19においても、またはこれらから拡
散反射層32を除いたコリメート板(図示せず)におい
ても、遮光層30および拡散反射層32、または遮光層
30のみで囲まれたレンズ基板24の凸部24aに形成
される光入射部28に近接して、光源23好ましくは、
光入射部28のサイズに等しい、またはより小さい光源
23を配置することにより、図14および15に示すバ
ックライト部15aおよび15bと同様に、さらにより
高い利用効率でコリメート光を発生させ、出射させるこ
とができる。この時には、光源23は、指向性の高い光
を射出する光源が特に好ましく、複数の小光源23を配
置するための図示しないプレートやハウジングをコリメ
ート板18や19のレンズ基板24側に取り付けるのが
良い。この場合にも、光源23の発光サイズが、コリメ
ータ板の光入射部28のサイズより小さい場合には、拡
散反射層のないコリメータ板を用いてよいが、大きい場
合やプレートやハウジングを付ける場合には、拡散反射
層のないコリメータ板(18および19)を用いること
もできる。
The first and second embodiments of the present invention shown in FIG.
In the collimator plate 18 of the third embodiment and the collimator plate 19 of the third embodiment shown in FIG. 11, or in a collimator plate (not shown) in which the diffuse reflection layer 32 is removed therefrom, the light shielding layer 30 and the diffuse reflection layer 32 Or a light source 23, preferably in the vicinity of a light incident part 28 formed on a convex part 24a of the lens substrate 24 surrounded by only the light shielding layer 30;
By arranging the light source 23 having a size equal to or smaller than the size of the light incident portion 28, the collimated light is generated and emitted with even higher utilization efficiency as in the backlight portions 15a and 15b shown in FIGS. be able to. At this time, the light source 23 is particularly preferably a light source that emits light having high directivity, and a plate or housing (not shown) for arranging the plurality of small light sources 23 is attached to the collimator plates 18 and 19 on the lens substrate 24 side. good. Also in this case, when the light emission size of the light source 23 is smaller than the size of the light incident portion 28 of the collimator plate, a collimator plate without a diffuse reflection layer may be used. Can use collimator plates (18 and 19) without a diffuse reflection layer.

【0089】以上、本発明のコリメート板、照明装置お
よび液晶表示装置について、種々の実施例を挙げて、詳
細に説明したが、本発明は上記実施例には限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や
変更を行ってもよいのは、もちろんである。
Although the collimating plate, the lighting device and the liquid crystal display device of the present invention have been described in detail with reference to various embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments.
Of course, various improvements and changes may be made without departing from the spirit of the present invention.

【0090】[0090]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
第1および第2の態様のコリメート板は、迷光が少な
く、高輝度かつ指向性の強いコリメート光を射出でき
る、優れたコリメート性能を有するコリメート板であ
る。また、このコリメート板を用いる本発明の照明装置
は、光の利用効率が高く、高輝度かつ指向性の強いコリ
メート光を射出できる。さらに、この照明装置を用いる
本発明の液晶表示装置は、表示ムラや画像ボケがなく、
かつ、広い視野角にわたってコントラストの高い画像を
表示できる。
As described in detail above, the collimating plates according to the first and second embodiments of the present invention have excellent collimating performance that can emit collimated light with high luminance and high directivity with little stray light. Is a collimating plate having Further, the lighting device of the present invention using this collimating plate has high light use efficiency, and can emit collimated light with high luminance and high directivity. Furthermore, the liquid crystal display device of the present invention using this lighting device has no display unevenness or image blur,
In addition, a high-contrast image can be displayed over a wide viewing angle.

【0091】以上、詳細に説明したように、本発明の第
3の態様のコリメート板は、高輝度で、かつ指向性の強
いコリメート光を射出できる、優れたコリメート性能を
有するコリメート板である。また、このコリメート板を
用いる本発明の照明装置は、光の利用効率が高く、高輝
度かつ指向性の強いコリメート光を射出できる。さら
に、この照明装置を用いる本発明の液晶表示装置は、表
示ムラや画像ボケがなく、かつ、広い視野角にわたって
コントラストの高い画像を表示できる。
As described in detail above, the collimating plate according to the third embodiment of the present invention is a collimating plate having high collimating performance and capable of emitting collimated light with high luminance and high directivity. Further, the lighting device of the present invention using this collimating plate has high light use efficiency, and can emit collimated light with high luminance and high directivity. Further, the liquid crystal display device of the present invention using this lighting device can display a high-contrast image over a wide viewing angle without display unevenness or image blur.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の液晶表示装置の一実施例の概念的断
面図である。
FIG. 1 is a conceptual sectional view of one embodiment of a liquid crystal display device of the present invention.

【図2】 (A)は、本発明のコリメート板の一実施例
の概念的断面図で、(B)は、本発明のコリメート板を
説明するための概念的断面図である。
FIG. 2A is a conceptual cross-sectional view of an embodiment of the collimator plate of the present invention, and FIG. 2B is a conceptual cross-sectional view for explaining the collimator plate of the present invention.

【図3】 本発明のコリメート板を説明するための概念
的斜視図である。
FIG. 3 is a conceptual perspective view for explaining a collimating plate of the present invention.

【図4】 本発明のコリメート板の別の実施例の概念的
断面図である。
FIG. 4 is a conceptual cross-sectional view of another embodiment of the collimating plate of the present invention.

【図5】 本発明のコリメート板に用いられるマイクロ
レンズアレイの一実施例の平面模式図である。
FIG. 5 is a schematic plan view of one embodiment of a microlens array used for the collimator plate of the present invention.

【図6】 (A)は、本発明のコリメート板に用いられ
るマイクロレンズアレイの別の実施例の概略斜視図で、
(B)は、その平面模式図である。
FIG. 6A is a schematic perspective view of another embodiment of the microlens array used for the collimating plate of the present invention,
(B) is a schematic plan view thereof.

【図7】 本発明のコリメート板の第2の態様の一実施
例を説明するための概念的斜視図である。
FIG. 7 is a conceptual perspective view for explaining an example of the second embodiment of the collimating plate of the present invention.

【図8】 図7に示されるコリメート板に用いられるマ
イクロレンズアレイの一実施例の概略斜視図である。
FIG. 8 is a schematic perspective view of one embodiment of a microlens array used for the collimator plate shown in FIG.

【図9】 本発明のコリメート板の第2の態様の別の実
施例を説明するための概念的斜視図である。
FIG. 9 is a conceptual perspective view for explaining another example of the second embodiment of the collimating plate of the present invention.

【図10】 (A)は、本発明の第3の態様のコリメー
ト板の一実施例の概念的断面図で、(B)は、本発明の
コリメート板を説明するための概念的斜視図である。
FIG. 10A is a conceptual cross-sectional view of one embodiment of the collimating plate according to the third aspect of the present invention, and FIG. 10B is a conceptual perspective view for explaining the collimating plate of the present invention. is there.

【図11】 本発明のコリメート板の別の実施例の概念
図である。
FIG. 11 is a conceptual diagram of another embodiment of the collimating plate of the present invention.

【図12】 (A)は、本発明のコリメート板に用いら
れるマイクロレンズアレイの別の例の概略斜視図、
(B)は、その平面を模式的に示す図である。
FIG. 12A is a schematic perspective view of another example of the microlens array used for the collimator plate of the present invention,
(B) is a figure which shows the plane typically.

【図13】 図1に示される液晶表示装置の光拡散板の
一実施例の概念的断面図である。
13 is a conceptual cross-sectional view of one embodiment of a light diffusion plate of the liquid crystal display device shown in FIG.

【図14】 本発明の別の態様の照明装置の一実施例の
概念的断面図である。
FIG. 14 is a conceptual cross-sectional view of one embodiment of a lighting device according to another aspect of the present invention.

【図15】 本発明の別の態様の照明装置の別の実施例
の概念的断面図である。
FIG. 15 is a conceptual cross-sectional view of another embodiment of a lighting device according to another aspect of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 液晶表示装置 12 (液晶)表示パネル 14,15 バックライト部 16 光拡散板 18,19 コリメート板 20 ハウジング 20a,32 拡散反射層 22,23 光源 24,40 レンズ基板 24a 凸部 26 (マイクロ)レンズアレイ 26a,26b,36,39 マイクロレンズ 28,34,38 光入射部 29 開口部 30,46 遮光層 48 反射防止層 Reference Signs List 10 liquid crystal display device 12 (liquid crystal) display panel 14, 15 backlight unit 16 light diffusion plate 18, 19 collimation plate 20 housing 20a, 32 diffuse reflection layer 22, 23 light source 24, 40 lens substrate 24a convex portion 26 (micro) lens Array 26a, 26b, 36, 39 Microlens 28, 34, 38 Light incident part 29 Opening 30, 46 Light shielding layer 48 Antireflection layer

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レンズ基板と、このレンズ基板の1面に配
置される複数のマイクロレンズと、このマイクロレンズ
の光軸上に中心を有し、前記マイクロレンズと逆面に設
定される円形の光入射部と、この光入射部以外を覆うよ
うに前記レンズ基板の前記マイクロレンズとは逆側に形
成される遮光層とを有し、 前記レンズ基板の屈折率をn、前記レンズ基板の厚さを
t、前記光入射部の直径をR、前記マイクロレンズのサ
イズをSrとする時に、下記式[1]を満たすことを特
徴とするコリメート板。 Sr≧2t×tanθ+R(但し、θ=sin-1(1/n)) [1]
1. A lens substrate, a plurality of microlenses disposed on one surface of the lens substrate, and a circular shape having a center on an optical axis of the microlens and set on a surface opposite to the microlens. A light incident portion, and a light shielding layer formed on the lens substrate on a side opposite to the microlenses so as to cover portions other than the light incident portion, wherein the refractive index of the lens substrate is n, and the thickness of the lens substrate is n. A collimator plate that satisfies the following formula [1], where t is t, the diameter of the light incident portion is R, and the size of the microlens is Sr. Sr ≧ 2t × tan θ + R (where θ = sin −1 (1 / n)) [1]
【請求項2】前記マイクロレンズが、光軸方向から見た
際に円形であり、最密充填で配置されている、あるい
は、光軸方向から見た際に六角形であり、六方稠密で配
置されている請求項1に記載のコリメート板。
2. The microlenses are circular when viewed from the optical axis direction and are arranged in a close-packed manner, or are hexagonal when viewed from the optical axis direction and are arranged in a hexagonal close-packed manner. The collimating plate according to claim 1, wherein
【請求項3】レンズ基板と、このレンズ基板の1面に配
置される複数のマイクロレンズと、このマイクロレンズ
の光軸上に中心を有し、前記マイクロレンズと逆面に設
定される矩形の光入射部と、この光入射部以外を覆うよ
うに前記レンズ基板の前記マイクロレンズとは逆側に形
成される遮光層とを有し、 前記レンズ基板の屈折率をn、前記レンズ基板の厚さを
t、前記光入射部の一方の一辺の長さをA、前記光入射
部の他方の辺の長さをB、前記長さAの辺方向のマイク
ロレンズのサイズをSa、前記長さBの辺方向のマイク
ロレンズのサイズをSbする時に、下記式[2]および
[3]を満たすことを特徴とするコリメート板。 Sa≧2t×tanθ+A [2] Sb≧2t×tanθ+B(但し、θ=sin-1(1/n)) [3]
3. A lens substrate, a plurality of microlenses disposed on one surface of the lens substrate, and a rectangular shape having a center on the optical axis of the microlens and set on a surface opposite to the microlens. A light incident portion, and a light shielding layer formed on the lens substrate on a side opposite to the microlenses so as to cover portions other than the light incident portion, wherein the refractive index of the lens substrate is n, and the thickness of the lens substrate is n. T, the length of one side of the light incident portion is A, the length of the other side of the light incident portion is B, the size of the micro lens in the side direction of the length A is Sa, and the length is A collimating plate characterized by satisfying the following expressions [2] and [3] when the size of the micro lens in the side direction of B is Sb. Sa ≧ 2t × tan θ + A [2] Sb ≧ 2t × tan θ + B (where θ = sin −1 (1 / n)) [3]
【請求項4】前記マイクロレンズが、光軸方向から見た
際に正方形であり、正方稠密で配置されている、もしく
は、光軸方向から見た際に長方形であり、長方稠密で配
置されている請求項3に記載のコリメート板。
4. The microlenses are square when viewed from the optical axis direction and are arranged in a square-dense manner, or are microscopic when viewed from the optical axis direction and are arranged in a rectangular and densely-spaced manner. The collimating plate according to claim 3, wherein
【請求項5】レンズ基板と、このレンズ基板の1面に配
置される複数のマイクロレンズと、このレンズ基板の前
記マイクロレンズと逆面に設定され、前記マイクロレン
ズの光軸を含む光入射部と、前記光入射部以外を覆うよ
うに前記レンズ基板の前記マイクロレンズとは逆側に形
成される遮光層とを有し、 前記マイクロレンズの形状が、下記式[4]で示される
楕円球の一部で、かつこの楕円球の離心率εが下記式
[5]で示され、さらにこの楕円球は、光が出射する側
から遠い方の焦点が前記光入射部に一致することを特徴
とするコリメート板。 x2 /a2 +y2 /a2 +z2 /c2 =1 式[4] ε=(c2 −a2 1/2 /c=1/n 式[5] (上記式[4]および[5]において、xおよびyはレ
ンズ基板面方向を、zは光軸方向を、nはマイクロレン
ズを形成する材料の屈折率を、それぞれ示す)
5. A lens substrate, a plurality of microlenses disposed on one surface of the lens substrate, and a light incident portion which is set on the surface of the lens substrate opposite to the microlens and includes an optical axis of the microlens. And a light-shielding layer formed on the lens substrate on a side opposite to the microlenses so as to cover portions other than the light incident portion, and the shape of the microlenses is an elliptical sphere represented by the following formula [4]. And the eccentricity ε of the ellipsoidal sphere is represented by the following equation [5], and the ellipsoidal sphere is characterized in that the focal point farther from the side from which light is emitted coincides with the light incident part. Collimating plate. x 2 / a 2 + y 2 / a 2 + z 2 / c 2 = 1 Equation [4] ε = (c 2 −a 2 ) 1/2 / c = 1 / n Equation [5] (Equation [4] and In [5], x and y indicate the direction of the lens substrate surface, z indicates the direction of the optical axis, and n indicates the refractive index of the material forming the microlens.
【請求項6】前記マイクロレンズが、光軸方向から見た
際に円形であり、最密充填で配置されている、あるい
は、光軸方向から見た際に六角形であり、六方稠密で配
置されている、請求項5に記載のコリメート板。
6. The microlenses are circular when viewed from the optical axis direction and are arranged in a close-packed manner, or are hexagonal when viewed from the optical axis direction and are arranged in a hexagonal close-packed manner. The collimating plate according to claim 5, wherein:
【請求項7】請求項1〜6のいずれかに記載のコリメー
ト板であって、 さらに、前記光入射部以外を覆うように前記遮光層より
も光入射面側に形成される拡散反射層とを有することを
特徴とするコリメート板。
7. The collimating plate according to claim 1, further comprising: a diffuse reflection layer formed on a light incident surface side of the light shielding layer so as to cover a portion other than the light incident portion. A collimating plate comprising:
【請求項8】前記レンズ基板の屈折率が、1.4〜2で
ある請求項1〜7のいずれかに記載のコリメート板。
8. The collimating plate according to claim 1, wherein said lens substrate has a refractive index of 1.4 to 2.
【請求項9】光源と、この光源を収容する内壁が拡散反
射層で覆われたランプハウジングと、請求項1〜8のい
ずれかに記載のコリメート板とを有することを特徴とす
る照明装置。
9. An illuminating device comprising: a light source; a lamp housing in which an inner wall for accommodating the light source is covered with a diffuse reflection layer; and the collimating plate according to claim 1.
【請求項10】請求項1〜8のいずれかに記載のコリメ
ート板と、このコリメート板の前記光入射部毎に配置さ
れる複数の光源とを有することを特徴とする照明装置。
10. An illuminating device comprising: the collimating plate according to claim 1; and a plurality of light sources arranged for each light incident portion of the collimating plate.
【請求項11】前記光源の発光サイズが,前記光入射部
のサイズより小さい請求項10に記載の照明装置。
11. The lighting device according to claim 10, wherein a light emission size of the light source is smaller than a size of the light incident part.
【請求項12】前記光源が,LED、または有機EL素
子である請求項10または11に記載の照明装置。
12. The lighting device according to claim 10, wherein the light source is an LED or an organic EL element.
【請求項13】液晶表示パネルと、この液晶表示パネル
に光を入射する請求項9〜12のいずれかに記載の照明
装置とを有することを特徴とする液晶表示装置。
13. A liquid crystal display device comprising: a liquid crystal display panel; and the illuminating device according to claim 9, wherein light is incident on the liquid crystal display panel.
【請求項14】請求項13に記載の液晶表示装置であっ
て、さらに、前記液晶表示パネルを通過した画像を担持
する光を拡散する光拡散板を有することを特徴とする液
晶表示装置。
14. The liquid crystal display device according to claim 13, further comprising a light diffusing plate for diffusing light carrying an image passing through said liquid crystal display panel.
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