JP2005241695A - 湾曲光学シート、光学シートユニット、面光源装置及び透過型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単であって、使用環境の変化の影響を受けることなく、常に均一な照明を行うことにより表示面の明るさを均一にすることができる光学シート、光学シートユニット、面光源装置及び透過型表示装置を提供する。
【解決手段】光源３０，拡散シート２１，レンチキュラーレンズシート２２，液晶表示部１０の順に並べる。拡散シート２１には、液晶表示部１０側へ凸となるように湾曲を与えておく。また、拡散シート２１の剛性は、レンチキュラーレンズシート２２の剛性よりも高く、液晶表示部１０の剛性よりも低くする。
【選択図】図１

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湾曲光学シート、光学シートユニット、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。

液晶表示装置等の透過型表示装置は、背面から照明を行う必要があり、液晶表示部と、液晶表示部の背面側に設けられた面光源装置（バックライト）とを有している。
面光源装置は、光源と、光源からの照明光を液晶表示部の面積に対応した照明範囲に均一に配光させるための一枚又は複数枚の光学シート（以下、複数枚の光学シートの集合体を光学シートユニットと呼ぶ）を有している。
液晶表示装置の薄型化が要求されることから、液晶表示部と光学シート（光学シートユニット）との間隔は、殆どないか、又は、密着させる場合が多い。

しかし、液晶表示部と光学シート（光学シートユニット）との距離がごく僅かになると、温度及び湿度等の使用環境の変化や光源からの熱等により、光学シートが僅かに膨張又は収縮すると、光学シートの平面性が保てなくなり（この場合、通常は反りが発生する）、液晶表示部と光学シート（光学シートユニット）が部分的に接触してしまうおそれがあった。この場合、その接触している部分が、他の部分と比較して照明光の光路が異なったり、光源との距離が変化したりして、表示する内容によっては、照明ムラとなって観察されてしまうという問題があった。
また、液晶表示部と光学シート（光学シートユニット）とをあらかじめ密着させている場合には、上述の場合と同様な理由により、液晶表示部と光学シート（光学シートユニット）が部分的に密着せずに離れてしまうおそれがあり、その場合にも、照明ムラとなるという問題があった。
さらに、上記問題と同様な問題が、光学シートユニット内の複数の光学シート同士の間でも生じる場合があった。

光学シートの反りによる悪影響を防止するために、従来は、光学シート（光学シートユニット）を部分的に円錐状又は円柱状のスペーサーにより支持していた。
また、特許文献１には、バックライトの光学ユニットのそりをねじにより補正する手法が提案されている。
しかし、スペーサーを設けた場合には、その影が、明るさにムラを発生させるという問題があった。
また、特許文献１に記載の手法では、スペーサーを用いる場合と同様に影の影響が生じるばかりか、環境変化に対応することは事実上困難であり、また、構造も複雑になってしまうという問題があった。
特開平６−９５１０５号公報

本発明の課題は、構造が簡単であって、使用環境の変化の影響を受けることなく、常に均一な照明を行うことにより表示面の明るさを均一にすることができる光学シート、光学シートユニット、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（１０）と光源（３０）との間に設けられる光学シートであって、その形状を拘束しない状態において湾曲していること、を特徴とする湾曲光学シート（２１）である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の湾曲光学シートにおいて、シートの形状は略長方形であって、形状を拘束しない状態において、対向する２つの辺を通る仮想平面と前記湾曲により前記仮想平面から最も離れた位置にあるシート面との距離により定義される湾曲量は、対角線長の１／２００以上であること、を特徴とする湾曲光学シートである。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の湾曲光学シート（２１）を含み、複数枚の光学的効果を有した光学シート（２１，２２）を組み合わせて使用する光学シートユニット（２０）であって、前記湾曲光学シートよりも出射側に、前記湾曲光学シートよりも剛性の高い高剛性シートを有すること、を特徴とする光学シートユニットである。
請求項４の発明は、請求項４に記載の光学シートユニットにおいて、前記湾曲光学シート（２１）及び前記高剛性シート以外の光学シート（２２）を前記湾曲光学シートと前記高剛性シートとの間に有し、前記光学シートの剛性は、前記湾曲光学シート及び前記高剛性シートよりも低いこと、を特徴とする光学シートユニットである。

請求項５の発明は、透過型表示部（１０）を背面から照明する面光源装置であって、光源（３０）と、請求項１若しくは請求項２に記載の湾曲光学シート（２１）、又は、請求項３若しくは請求項４に記載の光学シートユニットと、を備える面光源装置（２０，３０）である。

請求項６の発明は、透過型表示部（１０）と、光源及び請求項１若しくは請求項２に記載の湾曲光学シート（２１）、又は、請求項３若しくは請求項４に記載の光学シートユニットを有し前記透過型表示部を背面から照明する面光源装置（２０，３０）と、を備える透過型表示装置（１）である。
請求項７の発明は、請求項６に記載の透過型表示装置において、前記湾曲光学シート（２１）は、湾曲により凸となる側の面が前記透過型表示部（１０）に対向するように配置されていること、を特徴とする透過型表示装置（１）である。
請求項８の発明は、請求項７に記載の透過型表示装置において、前記湾曲光学シート（２１）の剛性は、前記透過型表示部（１０）の剛性より低いこと、を特徴とする透過型表示装置（１）である。
請求項９の発明は、請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の透過型表示装置において、前記湾曲光学シート（２１）は、最も光源側に配置されていること、を特徴とする透過型表示装置（１）である。
請求項１０の発明は、請求項９に記載の透過型表示装置において、前記湾曲光学シート（２１）と前記透過型表示部（１０）との間に光学シート（２２）を有し、前記光学シートの剛性は、前記湾曲光学シート及び前記透過型表示部よりも低いこと、を特徴とす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）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、その形状を拘束しない状態において湾曲している湾曲光学シートであるので、他の剛性の高い部材に対して外周を固定することにより、平面性を向上することができる。よって、使用環境の変化の影響を受けることなく、常に均一な照明を行うことにより表示面の明るさを均一にすることができる。

（２）形状を拘束しない状態において、対向する２つの辺を通る仮想平面と湾曲により仮想平面から最も離れた位置にあるシート面との距離により定義される湾曲量は、対角線長の１／２００以上であるので、平面性を高くする効果をより高めることができる。

（３）湾曲光学シートよりも出射側に、湾曲光学シートよりも剛性の高い高剛性シートを有するので、光学シートユニットの状態において、高い平面性を確保することができる。

（４）湾曲光学シート及び高剛性シート以外の光学シートを湾曲光学シートと高剛性シートとの間に有し、その光学シートの剛性は、湾曲光学シート及び高剛性シートよりも低いので、複数枚の光学シートを組み合わせた光学シートユニットであっても全ての光学シートについて高い平面性を確保することができる。

（５）湾曲光学シートは、湾曲により凸となる側の面が透過型表示部に対向するように配置されているので、簡単な構成であっても、使用環境の変化の影響を受けることなく、常に均一な照明を行うことにより表示面の明るさを均一にすることができる。

（６）湾曲光学シートの剛性は、透過型表示部の剛性より低いので、最も簡単な構成として、湾曲光学シートと透過型表示部だけであっても、使用環境の変化の影響を受けることなく、常に均一な照明を行うことにより表示面の明るさを均一にすることができる。

（７）湾曲光学シートは、最も光源側に配置されているので、全ての光学シートの平面性を向上させることができる。

（８）湾曲光学シートと透過型表示部との間に設けられた光学シートの剛性は、湾曲光学シート及び透過型表示部よりも低いので、より確実に全ての光学シートの平面性を向上させることができる。

使用環境の変化の影響を受けることなく、常に均一な照明を行うことにより表示面の明るさを均一にするという目的を、簡単な構造により実現した。

図１は、本実施例における液晶表示装置１を模式的に示した分解断面図である。
液晶表示装置１は、液晶表示部１０，光学シートユニット２０，光源３０を有した透過型表示装置である。
液晶表示部１０は、観察面とは反対側である裏面側から照明を行う必要がある透過型表示部である。

光学シートユニット２０は、拡散シート２１，レンチキュラーレンズシート２２を有している。
拡散シート２１は、光拡散性を有した透明、又は、半透明の長方形のシートであって、
その形状を拘束しない状態では、中央付近が膨らんだ円筒形状の一部を切り取った形状に近似した形状で湾曲している湾曲光学シートである。
拡散シート２１は、湾曲して凸となっている側の面が液晶表示部１０に対向する向きで、最も光源側に設けられている。
なお、本明細書及び特許請求の範囲の記載では、「湾曲」としたときは、シート等に意図的に付与した形状を指すものとし、「反り」としたときは、本来意図していないが、結果的に残ってしまっている形状を指すものとして、両者を区別して用いる。
レンチキュラーレンズシート２２は、出光面側にレンチキュラーレンズ形状が賦型された光学シートである。レンチキュラーレンズシート２２は、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、実質的に透明な素材により形成され、液晶表示部１０と拡散シート２１との間に設けられている。

光源３０は、複数の線光源を並列に並べた照明光の発生源であり、本実施例では、線光源として陰極線管を用いている。
光学シートユニット２０及び光源３０が組み合わせられることにより、液晶表示部１０を照明する面光源装置（バックライト装置）が形成されている。

液晶表示装置１として組み立てられた状態において、拡散シート２１及びレンチキュラーレンズシート２２は、不図示の固定部材により、外縁部を液晶表示部１０に対して固定されている。ここで、先にも述べたように、拡散シート２１は、湾曲により凸となっている側が液晶表示部１０側（出射側）となるように配置されている。
また、液晶表示部１０，拡散シート２１，レンチキュラーレンズシート２２の剛性は、液晶表示部１０の剛性が最も高く、次いで拡散シート２１の剛性が高く、レンチキュラーレンズシート２２の剛性が最も低くなっている。
したがって、拡散シート２１の外縁部を固定することにより、拡散シート２１及びレンチキュラーレンズシート２２を液晶表示部１０に対して密着させることができる。

（比較例と対比する具体的実施例）
上記実施例の具体的な形態として、３０インチサイズの液晶表示装置１を作製した。
光源３０には、６筒の陰極線管を配置し、各陰極線管の間隔は、約７５ｍｍである。また、陰極線管と拡散シート２１との間隔は、２５ｍｍとしている。
拡散シート２１は、板厚が０．５ｍｍであって、長方形を形成する長辺側が曲がり、短辺側は略直線のままとなるように、一方向において湾曲しており、その湾曲量が５ｍｍとなっている。
図２は、拡散シート２１の形状を拘束しない自由状態を示した断面図である。
本明細書及び特許請求の範囲において、湾曲量とは、図２に示した対向する２つの辺２１ａ，２１ｂを通る仮想平面Ａと、拡散シート２１の湾曲により仮想平面Ａから最も離れた位置にあるシート面との距離Ｘを指すものとする。
本実施例では、対角線長が３０インチ≒７６２ｍｍであり、湾曲量（５ｍｍ）は、対角線長の約１／１５２．４となっている。

ここで、本実施例における板厚０．５ｍｍ，対角線長が３０インチ≒７６２ｍｍの拡散シート２１について、湾曲量の異なる個体を実験用に作製し、湾曲量がどの程度が適当であるのかを調べた結果を図３に示す。
図３において、「湾曲量／対角長」の欄は、湾曲量を対角線長の７６２ｍｍで割った値であり、カッコ内は分数表示である。「ムラ」の欄は、拡散シートが液晶表示部１０から浮くことにより生じるムラの派生の有無を示しており、×印がムラの発生したことを示している。「画面の凸」の欄は、液晶表示部１０が拡散シートの湾曲によって押されて中央付近が凸となっているか否かを示しており、×印は液晶表示部１０が凸となってしまったことを示している。
この図３の結果からわかるように、湾曲量としては、できれば、対角線長の１／２００以上は必要であるということが言える。また、本実施例の液晶表示部１０を使用する場合には、対角線長の１／５０程度が上限であると言える。
この湾曲した拡散シート２１を配置することにより、拡散シート２１及びレンチキュラーレンズシート２２は、液晶表示部１０と同様の反り（液晶表示部１０に反りが存在していなければ、平面）となる。本実施例では、液晶表示装置１として組み立てられた状態においてのこる反り量（湾曲量と同様にして得られる値）は、液晶表示部１０の剛性により支持されることで０．５ｍｍ以内となっている。

（比較例）
上記実施例と対比するために、以下の比較例を作製して検討した。
光源には、６筒の陰極線管を配置し、各陰極線管の間隔は約７５ｍｍである。また、陰極線管と拡散シートとの間隔は、２５ｍｍとし、実施例と同様にしている。
ただし、各陰極線管の中間位置には、スペーサーを使用し、さらに最も光源側には、板厚２ｍｍの拡散板を追加（拡散シート２１に相当するシートに加えて更に追加）して使用している。
この比較例では、拡散シートと陰極線管との位置関係は維持できているが、厚いシートが必要である上、スペーサーの影が僅かではあるが映像に反映されてしまっている。

本実施例によれば、厚板やスペーサーを用いることなく光学シートと陰極線管との位置関係を維持することができ、それにより構成が単純となると共に構成部材、重量の削減となり、コスト低減も図ることができる。

（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。
（１）本実施例において、最も光源側に拡散シートを配置し、拡散シートと液晶表示部との間にレンチキュラーレンズシートを配置した例を示したが、これに限らず、例えば、最も光源側にレンチキュラーレンズシートを配置してもよいし、その他、どのような光学シートの組み合わせであってもよい。

（２）本実施例において、液晶表示部１０を最も剛性の高い部材とし、この液晶表示部１０に拡散シート２１を押し当てるように支持することによって、各光学シートの平面性を保ち、常に均一な照明を行うことができるようにした例を示したが、これに限らず、例えば、湾曲光学シートよりも出射側に、湾曲光学シートよりも剛性の高い高剛性シートを配置し、光学シートユニット又は面光源装置として平面性を確保するようにしてもよい。なお、この場合、湾曲光学シートと高剛性シートとの間には、湾曲光学シート及び高剛性シートよりも剛性の低い光学シートを設けることができ、多数枚の光学シートを組み合わせた場合にも適用することができる。

（３）本実施例において、拡散シート２１は、長方形のシートである例を示したが、これに限らず、例えば、角に面取りや角アールが設けられていてもよいし、長方形以外の形状であってもよい。

（４）本実施例において、拡散シート２１は、長辺側が曲がっている例を示したが、これに限らず、例えば、短辺側が曲がっていてもよいし、球面等のように両軸方向で曲がっていてもよい。

（５）本実施例において、拡散シート２１は、単一の層からなる例を示したが、これに限らず、例えば、複数の層を有した湾曲光学シートとしてもよい。この場合において、湾曲光学シートを形成する複数の層は、出射側の層が入射側の層よりも吸水膨張率が高くなるようにするとよい。そうすることにより、湿度変化の影響を受けて吸水膨張したとしても、出射側の層がより多く膨張するので、出射側が凸となる状態を保つことができる。
また、複数の層を有した構成とする場合に、出射側の層が入射側の層よりも熱膨張率が高くなるようにしてもよく、この場合、吸水膨張率と同様な理由からよい結果が得られる。

本実施例における液晶表示装置１を模式的に示した分解断面図である。 拡散シート２１の形状を拘束しない自由状態を示した断面図である。 ムラ及び画面の凸に及ぼす湾曲量の変化の影響を示した図である。

符号の説明

１ 液晶表示装置
１０ 液晶表示部
２０ 光学シートユニット
２１ 拡散シート
２２ レンチキュラーレンズシート
３０ 光源

Claims (10)

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、
   その形状を拘束しない状態において湾曲していること、
   を特徴とする湾曲光学シート。
2. 請求項１に記載の湾曲光学シートにおいて、
   シートの形状は略長方形であって、
   形状を拘束しない状態において、対向する２つの辺を通る仮想平面と前記湾曲により前記仮想平面から最も離れた位置にあるシート面との距離により定義される湾曲量は、対角線長の１／２００以上であること、
   を特徴とする湾曲光学シート。
3. 請求項１又は請求項２に記載の湾曲光学シートを含み、複数枚の光学的効果を有した光学シートを組み合わせて使用する光学シートユニットであって、
   前記湾曲光学シートよりも出射側に、前記湾曲光学シートよりも剛性の高い高剛性シートを有すること、
   を特徴とする光学シートユニット。
4. 請求項４に記載の光学シートユニットにおいて、
   前記湾曲光学シート及び前記高剛性シート以外の光学シートを前記湾曲光学シートと前記高剛性シートとの間に有し、
   前記光学シートの剛性は、前記湾曲光学シート及び前記高剛性シートよりも低いこと、
   を特徴とする光学シートユニット。
5. 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若しくは請求項２に記載の湾曲光学シート、又は、請求項３若しくは請求項４に記載の光学シートユニットと、
   を備える面光源装置。
6. 透過型表示部と、
   光源及び請求項１若しくは請求項２に記載の湾曲光学シート、又は、請求項３若しくは請求項４に記載の光学シートユニットを有し前記透過型表示部を背面から照明する面光源装置と、
   を備える透過型表示装置。
7. 請求項６に記載の透過型表示装置において、
   前記湾曲光学シートは、湾曲により凸となる側の面が前記透過型表示部に対向するように配置されていること、
   を特徴とする透過型表示装置。
8. 請求項７に記載の透過型表示装置において、
   前記湾曲光学シートの剛性は、前記透過型表示部の剛性より低いこと、
   を特徴とする透過型表示装置。
9. 請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の透過型表示装置において、
   前記湾曲光学シートは、最も光源側に配置されていること、
   を特徴とする透過型表示装置。
10. 請求項９に記載の透過型表示装置において、
    前記湾曲光学シートと前記透過型表示部との間に光学シートを有し、
    前記光学シートの剛性は、前記湾曲光学シート及び前記透過型表示部よりも低いこと、
    を特徴とする透過型表示装置。
    

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