JP2005156665A - 光学シート、面光源装置及び透過型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の位置によらず、画面全体に渡り均一な照明をすることができる光学シート、面光源装置及び透過型表示装置を提供する。
【解決手段】透過型表示部１１と光源１３との間に設けられる光学シート１２であって、シート面に対して入射する光源からの入射照明光を全反射させる第１の全反射面１２１ｂを有し、入射角度よりも少ない角度で透過型表示部へ向けて出射させるように光軸を補正する凸形状である第１の単位補正形状１２１と、第１の単位補正形状に隣接し、第１の単位補正形状よりもシート面に沿う方向の幅が広い単位補正形状であって、入射照明光を全反射させる第２の全反射面１２２ｂを有し、入射角度よりも少ない角度で透過型表示部へ向けて出射させるように光軸を補正する凸形状である第２の単位補正形状１２２とを設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶ディスプレイ等のバックライトに用いられる光学シート、バックライトとして使用される面光源装置、及び、それらを用いた透過型表示装置に関するものである。

液晶ディスプレイ等に用いられるバックライトでは、サイドより陰極線管を用いて光を導入したり、背面に陰極線管を並列に配置したりして光を導入していた。
しかし、サイドより光を導入する場合には、使用可能となる陰極線管の数が限られるためにある程度以上に光の強度を上げることができないという問題があった。

また、従来、背面より並列の陰極線管を用いて光を導入する場合には、陰極線管とＬＣＤパネル（透過型表示部）との距離を離し、その間に拡散板を使用することにより、陰極線管が発光する照明光がＬＣＤパネルを均一に照明できるようにしていた。
しかし、背面より光を導入する場合には、陰極線管の間隙部分と直下との光強度のムラが発生したり、これを抑えるために陰極線管とＬＣＤパネルとの間隔を大きく離したりするために、ディスプレイの厚さが厚くなったり、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ことで、光の使用量が低減したりするという問題があった。

これらの問題に対して、例えば、特許文献１や特許文献２のように遮光部分を設けることで均一性を維持する方式が各種提案されている。
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が、例えば、特許文献３に提案されている。

しかし、特許文献１，２に記載の方式では、遮光部分を設けるので、光の利用率が下がってしまうという問題があった。
また、特許文献３に記載の方式は、２方向の拡散制御を行うための構成であり、光軸の補正を行う機能はない。したがって、陰極線管との位置関係によってＬＣＤの場所毎に光軸がばらつくと、画面を観察する位置によっては、画面の位置毎に明るさの斑が発生したりするという問題があった。
特開平０５−１１９７０３号公報 特開平１１−２４２２１９号公報 特開平０６−３４７６１３号公報

本発明の課題は、光源の位置によらず、画面全体に渡り均一な照明をすることができる光学シート、面光源装置及び透過型表示装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、透過型表示部（１１）と光源（１３）との間に設けられる光学シート（１２，２２）であって、シート面に対して入射する前記光源からの入射照明光を全反射させる第１の全反射面（１２１ｂ，２２１ｂ）を有し、前記入射角度よりも少ない角度で前記透過型表示部へ向けて出射させるように光軸を補正する凸形状である第１の単位補正形状（１２１，２２１）と、前記第１の単位補正形状に隣接し、前記第１の単位補正形状よりもシート面に沿う方向の幅が広い単位補正形状であって、前記入射照明光を全反射させる第２の全反射面（１２２ｂ，２２２ｂ）を有し、前記入射角度よりも少ない角度で前記透過型表示部へ向けて出射させるように光軸を補正する凸形状である第２の単位補正形状（１２２，２２２）と、を備える光学シート（１２，２２）である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光学シートにおいて、前記入射照明光が前記第１の単位補正形状（１２１，２２１）から出射するまでに全反射する回数である第１の全反射回数は、前記入射照明光が前記第２の単位補正形状（１２２，２２２）から出射するまでに全反射する回数である第２の全反射回数よりも奇数回多いこと、を特徴とする光学シートである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光学シートにおいて、前記第１の全反射面（１２１ｂ，２２１ｂ）とシート面の垂線とのなす角度と前記第１の全反射回数とを掛け合わせた値は、前記第２の全反射面（１２２ｂ，２２２ｂ）とシート面の垂線とのなす角度と前記第２の全反射回数とを掛け合わせた値と等しいこと、を特徴とする光学シートである。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光学シートにおいて、前記第１の単位補正形状（１２１，２２１）から出射する照明光の出射方向及び出射角度は、前記第２の単位補正形状（１２２，２２２）から出射する照明光に対して出射方向が異なり、出射角度が等しいこと、を特徴とする光学シートである。

請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光学シートにおいて、前記第１単位補正形状（１２１，２２１）は、前記第１の全反射面（１２１ｂ，２２１ｂ）の間に設けられた第１の先端部（１２１ａ，２２１ａ）を有し、前記第２の単位補正形状（１２２，２２２）は、前記第２の全反射面（１２２ｂ，２２２ｂ）の間に設けられた第２の先端部（１２２ａ，２２２ａ）を有し、前記第１の先端部と前記第２の先端部は、同じ傾斜角度を有する面により形成され、前記第２の全反射面は、前記第１及び第２の先端部の傾斜角度と等しい緩斜面（２２３）と前記第１の全反射面の傾斜角度と等しい急斜面（２２４）とを組み合わせて形成されていること、を特徴とする光学シートである。

請求項６の発明は、請求項５に記載の光学シートにおいて、前記第１の単位補正形状（１２１，２２１）は、前記第１の単位補正形状と前記第２の単位補正形状（１２２，２２２）との接続部分に前記第１の先端部（１２１ａ，２２１ａ）を形成する緩斜面と等しい傾斜角度の裾部（１２１ｃ，２２１ｃ）を有すること、を特徴とする光学シートである。

請求項７の発明は、透過型表示部を背面から照明する面光源装置であって、光源（１３）と、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の光学シート（１２，２２）と、を備える面光源装置である。

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、前記光源と前記光学シートとの間に、透明又は光拡散性を有する半透明のシート（３４）が設けられていること、を特徴とする面光源装置である。

請求項９の発明は、透過型表示部（１１）と、請求項７又は請求項８に記載の面光源装置（１３，１２，２２）と、を備える透過型表示装置である。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）入射照明光を全反射させる第２の全反射面を有し、入射角度よりも少ない角度で透過型表示部へ向けて出射させるように光軸を補正する凸形状である第２の単位補正形状を備えるので、光源の位置によって偏った入射光が入射する場合であっても、均一な出射をすることができる。

（２）第１の全反射回数は、第２の全反射回数よりも奇数回多いので、出射光の出射方向を２方向に振り分けることができる。

（３）第１の全反射面とシート面の垂線とのなす角度と第１の全反射回数とを掛け合わせた値は、第２の全反射面とシート面の垂線とのなす角度と第２の全反射回数とを掛け合わせた値と等しいので、出射光をシート面の垂線を中心に両方向に均等に出射することができる。

（４）第１の単位補正形状から出射する照明光の出射方向及び出射角度は、第２の単位補正形状から出射する照明光に対して出射方向が異なり、出射角度が等しいので、出射光を均一にすることができる。

（５）第２の全反射面は、第１及び第２の先端部の傾斜角度と等しい緩斜面と第１の全反射面の傾斜角度と等しい急斜面とを組み合わせて形成されているので、光学シートを製造する金型の切削を容易に行うことができる。

（６）第１の単位補正形状は、第１の先端部を形成する緩斜面と等しい傾斜角度の裾部を有するので、金型の製造を容易にすることができるとともに、より多くの光を有効に出射することができる。

光源の位置によらず、画面全体に渡り均一な照明をするという目的を、光学シート表面の形状を改良することにより、製造コストを高くすることなく実現した。

図１は、本発明による透過型表示装置の実施例１を示す図である。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，光学シート１２，陰極線管１３等を備え、ＬＣＤパネル１１に形成される映像情報を光学シート１２及び陰極線管１３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。

ＬＣＤパネル１１は、所謂透過型の液晶表示素子であって、３０インチサイズ、８００×６００ドットの表示を行うことができる。
陰極線管１３は、バックライトの光源部を形成する線光源であり、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。
陰極線管１３の背面には、不図示の反射板を設けており、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、陰極線管１３と光学シート１２との間隔は２５ｍｍである。

光学シート１２は、陰極線管１３とＬＣＤパネル１１との間に設けられ、陰極線管１３が発光した照明光を正規分布に近い照度分布で出射するように光軸の補正を行うシートであり、屈折率が１．５５の実質的に透明な素材により形成されている。
本実施例における透過型表示装置は、上述した構成で、その厚さは、７０ｍｍである。

図２は、光学シート１２を示す図である。図２（ａ）は、光学シート１２の全体を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）中に示したＡ−Ａ’部分の断面図である。
本実施形態における光学シート１２は、第１の単位補正形状１２１，第２の単位補正形状１２２，レンチキュラーレンズ部１２３を有している。
図３は、第１の単位補正形状１２１及び第２の単位補正形状１２２の断面形状を拡大した図である。
第１の単位補正形状１２１は、第１の先端部１２１ａ，第１の全反射面１２１ｂ，裾部１２１ｃを有している。

第１の先端部１２１ａは、第１の全反射面１２１ｂの間に２つの面により形成された凸形状の部分である。本実施例の第１の先端部１２１ａを形成する面が光学シート１２のシート面の垂線となす角度（以下、単に面角度と呼ぶ）は、１８度である。
第１の全反射面１２１ｂは、光学シート１２のシート面に対して入射する照明光を全反射させる部分である。本実施例における第１の全反射面１２１ｂの面角度は、６度である。
裾部１２１ｃは、第１の単位補正形状１２１と第２の単位補正形状１２２との接続部分に設けられており、その面角度は、第１の先端部の面角度と等しい１８度である。裾部１２１ｃを設けた目的としては、金型の先端幅をできるだけ大きく確保し、金型の製作時に金型が変形してしまうことを防止する目的と、光の利用効率を少しでも高くする目的である。
ここで、裾部１２１ｃの面角度を第１の先端部の面角度と等しくした理由は、同一の切削工具（バイト）によって加工を行うことができるようにするためであり、本実施例では、先に裾部１２１ｃを切削し、その後、全体を切削している。
第１の単位補正形状１２１は、光学シート１２のシート面に対して入射する陰極線管１３からの照明光を第１の全反射面１２１ｂにより全反射させ、入射角度よりも少ない角度で透過型表示部へ向けて出射させるように光軸を補正する。

第２の単位補正形状１２２は、第１の単位補正形状１２２ｂに隣接し、第１の単位補正形状１２２ｂよりもシート面に沿う方向の幅が広い凸形状からなる単位補正形状であり、第２の先端部１２２ａ，第２の全反射面１２２ｂを有している。
第２の先端部１２２ａは、第１の先端部１２１ａを２つ並べた形状をしている。このようにすることにより、第１の先端部１２１ａと同様な作用をする第２の先端部１２２ａを、第１の先端部１２１ａとの高さを揃えながら、第１の先端部１２１ａよりも幅の広い領域に作成することができる。
第２の全反射面１２２ｂは、光学シート１２のシート面に対して入射する照明光を全反射させる部分である。本実施例における第２の全反射面１２２ｂの面角度は、１２度である。

ここで、第１の単位補正形状１２１及び第２の単位補正形状１２２の作用を説明する。
一例として、光学シート１２にある角度を有して入射した照明光（入射照明光）の大部分が第１の単位補正形状１２１に入射して、第１の全反射面１２１ｂによって全反射を２回（第１の全反射回数＝２）した後に出射する場合を想定する。この照明光が、第２の単位補正形状１２２に入射すると、第２の単位補正形状１２２の幅が第１の単位補正形状１２１の幅よりも広いので、第２の全反射面１２２ｂでは、照明光の大部分において、全反射する回数（第２の全反射回数）が１回となる。このように、第１の単位補正形状１２１に入射するか第２の単位補正形状１２２に入射するかにより、全反射する回数が奇数回だけ異なり、出射する方向も２つに分かれる。よって、斜めから入射する照明光であっても、左右に振り分けられて、極端に一方向に偏った出射をすることがなくなる。

また、全反射回数の多い第１の全反射面１２１ｂの面角度は、全反射回数の少ない第２の全反射面１２２ｂの面角度よりも小さくなっている。先に示したように、本実施例では、主に２回全反射する第１の全反射面１２１ｂの面角度は、６度であり、主に１回全反射する第２の全反射面１２２ｂの面角度は、１２度であるから、いずれの全反射面で反射しても、出射するときの出射角度は、略等しくなる。
すなわち、第１の全反射面１２１ｂとシート面の垂線とのなす角度（本実施例では、面角度＝６度）と第１の全反射回数（本実施例では、２回）とを掛け合わせた値（６×２＝１２）は、第２の全反射面１２２ｂとシート面の垂線とのなす角度（本実施例では、面角度＝１２度）と第２の全反射回数（本実施例では、１回）とを掛け合わせた値（１２×１＝１２）と等しくなっている。これにより、全反射回数が異なっていても、出射する照明光は、向きのみが異なり、出射角度は等しくなる。

図４は、本実施例における照明光の進み方を示す図である。
第１の単位補正形状１２１に入射する照明光Ｌ１は、２回全反射して出射しているのに対して、第２の単位補正形状１２２に入射する照明光Ｌ２は、１回全反射して出射している。このように、同じ角度で入射する照明光が、２回全反射するものと、１回全反射するものとに分けられることにより、偏った方向からの照明光（非対称な照明光）であっても、略正規分布に従った対象に出射する照明光とすることができる。

図５は、光学シート１２の作用を示すための実験結果を示す図であり、入射角度毎の出射角度を示す図である。
図５に示した実験結果は、光学シート１２に対して、一方向から平行光線を入射させて、その入射角度を０度〜８０度まで１０度毎に変化させたときの出射角度を示している。光学シート１２を設けていないとすると、入射角度毎にその角度位置に出射角度が集中したグラフとなるが、図５に示すように光学シート１２の作用により、中心付近にピークを有した形で全体的に出射していることがわかる。

図６は、図５の結果を全て合わせて（合計して）示した図である。したがって、図６は、入射角度を０度〜８０度まで１０度毎に変化させた９本の平行光線を光学シート１２に同時に入射させたときの出射光の分布に相当する。
図６から判るように、プラス方向（図中の右半分）のみから平行光線を入射させたにもかかわらず、出射する光は、０度付近を中心とした正規分布に近い出射特性を有している。

本実施例によれば、第１の単位補正形状１２１及び第２の単位補正形状１２２を有する光学シート１２としたので、偏った方向から入射する光であっても、正規分布に近い出射特性をもって出射させることができる。

図７は、実施例２における光学シート２２を図３と同様にして示した図である。
実施例２は、実施例１の第２の単位補正形状１２２の形状を改良して第２の単位補正形状２２２とした例であるので、前述した実施例１と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
第１の単位補正形状２２１は、第１の先端部２２１ａ，第１の全反射面２２１ｂ，裾部２２１ｃを実施例１と同様に有している。

本実施例における第２の単位補正形状２２２の第２の全反射面２２２ｂは、第１及び第２の先端部２２１ａ，２２２ａの面角度と等しい緩斜面２２３と、第１の全反射面２２１ｂの面角度と等しい急斜面２２４とを組み合わせて形成されている。具体的には、緩斜面２２３の面角度は１８度であり、急斜面２２４の面角度は６度である。本実施例では、緩斜面２２３と急斜面２２４が交互に３組並べられて一つの第２の全反射面２２２ｂが形成されている。この第２の全反射面２２２ｂは、２つの面角度を有しているが、全体としてみると、１８度と６度の平均として１２度の面角度としてみることができ、実際の全反射の作用においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

本実施例では、第２の全反射面２２２ｂを緩斜面２２３と急斜面２２４とを組み合わせて形成したので、光学シート２２の面角度は、６度，１８度の２種類だけとなる。したがって、光学シート２２を成型する金型を切削するときに必要なバイトも、この２種類に対応して用意すればよく、金型の切削工程を簡略化することができ、高精度の金型を安価に製造することができる。よって、光学シート２２も高精度に作製できるとともに、単価も安くすることができる。

実施例３の透過型表示装置３０は、実施例１又は２において光学シート１２，２２と陰極線管１３との間に、透明、又は、光拡散性を有した半透明のシートを追加した形態である。
図８は、実施例１又は実施例２に示した透過型表示装置に、上述のシート３４を追加した形態を示す図である。
シート３４は、上述のように透明、又は光拡散性を有した半透明のシートである。
図９は、実施例３における陰極線管１３付近を拡大した図である。
このような面光源装置においては、光源である陰極線管１３と光学シート１２，２２との距離を一定に保つため、円錐状又は円柱状のスペーサー１４が所々に設けられる場合があるが、その影が、明るさにむらを発生させるような場合に、シート３４を新たに追加することにより、この影の影響を軽減することができる。
ただし、シート３４の光拡散性を強くしすぎると、照明光が暗くなりすぎるので、ごく僅かな拡散性を有するシートとするか、拡散性を付与していない透明なシートとするとよい。
なお、このシートは、透明であっても、適度な厚みがあると、照明光が拡がる効果を有しており、その結果、上述の影を薄くすることができる。
本実施例によれば、光源と光学シートとの間に、新たにシート３４を設けたので、スペーサー等の影を目立たなくすることができる。
（変形例）

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。
例えば、各実施例において、光学シート１２，２２の出射側の面には、レンチキュラーレンズ部１２３を設けた例を示したが、これに限らず、例えば、出射側の面には、平面、球面、楕円面、プリズム面、マット面等、必要に応じてその表面形状を変更してもよい。特に、マット面にすると、拡散が一方向でなくなるため、よりよい光学特性を得ることができる。

本発明による透過型表示装置の実施例１を示す図である。 光学シート１２を示す図である。 第１の単位補正形状１２１及び第２の単位補正形状１２２の断面形状を拡大した図である。 本実施例における照明光の進み方を示す図である。 光学シート１２の作用を示すための実験結果を示す図であり、入射角度毎の出射角度を示す図である。 図５の結果を全て合わせて示した図である。 実施例２における光学シート２２を図３と同様にして示した図である。 実施例１又は実施例２に示した透過型表示装置に、上述のシート３４を追加した形態を示す図である。 実施例３における陰極線管１３付近を拡大した図である。

符号の説明

１０ 透過型表示装置
１１ ＬＣＤパネル
１２，２２ 光学シート
１３ 陰極線管
１４ スペーサー
３４ シート
１２１，２２１ 第１の単位補正形状
１２１ａ，２２１ａ 第１の先端部
１２１ｂ，２２１ｂ 第１の全反射面
１２１ｃ，２２１ｃ 裾部
１２２，２２２ 第２の単位補正形状
１２２ａ，２２２ａ 第２の先端部
１２２ｂ，２２２ｂ 第２の全反射面

Claims (9)

1. 透過型表示部と光源との間に設けられる光学シートであって、
   シート面に対して入射する前記光源からの入射照明光を全反射させる第１の全反射面を有し、前記入射角度よりも少ない角度で前記透過型表示部へ向けて出射させるように光軸を補正する凸形状である第１の単位補正形状と、
   前記第１の単位補正形状に隣接し、前記第１の単位補正形状よりもシート面に沿う方向の幅が広い単位補正形状であって、前記入射照明光を全反射させる第２の全反射面を有し、前記入射角度よりも少ない角度で前記透過型表示部へ向けて出射させるように光軸を補正する凸形状である第２の単位補正形状と、
   を備える光学シート。
2. 請求項１に記載の光学シートにおいて、
   前記入射照明光が前記第１の単位補正形状から出射するまでに全反射する回数である第１の全反射回数は、前記入射照明光が前記第２の単位補正形状から出射するまでに全反射する回数である第２の全反射回数よりも奇数回多いこと、
   を特徴とする光学シート。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光学シートにおいて、
   前記第１の全反射面とシート面の垂線とのなす角度と前記第１の全反射回数とを掛け合わせた値は、前記第２の全反射面とシート面の垂線とのなす角度と前記第２の全反射回数とを掛け合わせた値と等しいこと、
   を特徴とする光学シート。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光学シートにおいて、
   前記第１の単位補正形状から出射する照明光の出射方向及び出射角度は、前記第２の単位補正形状から出射する照明光に対して出射方向が異なり、出射角度が等しいこと、
   を特徴とする光学シート。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光学シートにおいて、
   前記第１単位補正形状は、前記第１の全反射面の間に設けられた第１の先端部を有し、
   前記第２の単位補正形状は、前記第２の全反射面の間に設けられた第２の先端部を有し、
   前記第１の先端部と前記第２の先端部は、同じ傾斜角度を有する面により形成され、
   前記第２の全反射面は、前記第１及び第２の先端部の傾斜角度と等しい緩斜面と前記第１の全反射面の傾斜角度と等しい急斜面とを組み合わせて形成されていること、
   を特徴とする光学シート。
6. 請求項５に記載の光学シートにおいて、
   前記第１の単位補正形状は、前記第１の単位補正形状と前記第２の単位補正形状との接続部分に前記第１の先端部を形成する緩斜面と等しい傾斜角度の裾部を有すること、
   を特徴とする光学シート。
7. 透過型表示部を背面から照明する面光源装置であって、
   光源と、
   請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の光学シートと、
   を備える面光源装置。
8. 請求項７に記載の面光源装置において、
   前記光源と前記光学シートとの間に、透明又は光拡散性を有する半透明のシートが設けられていること、
   を特徴とする面光源装置。
9. 透過型表示部と、
   請求項７又は請求項８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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