JP2006318668A - Planar lighting device and liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、面状照明装置及び液晶表示装置に関し、更に詳しくは、光源からの入射光を拡散出射する拡散層と、この拡散層からの出射光を集光あるいは偏光する輝度向上フィルムとを備えた面状照明装置及び液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a planar illumination device and a liquid crystal display device, and more specifically, includes a diffusion layer that diffuses and emits incident light from a light source, and a brightness enhancement film that condenses or polarizes the emitted light from the diffusion layer. The present invention relates to a planar illumination device and a liquid crystal display device.
液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)は、ブラウン管(CRT:Cathode Ray Tube)と比較して低消費電力、かつ小型化、薄型化が可能であり、現在では携帯電話、デジタルカメラ、PDA(Personal Digital Assistants)等の小型機器から、大型サイズの液晶テレビに至るまで、様々なサイズのものが幅広く使用されている。 Liquid crystal displays (LCDs) have lower power consumption and can be made smaller and thinner than cathode ray tubes (CRTs), and are now mobile phones, digital cameras, and PDAs (Personal Digital Displays). Various sizes are widely used, from small devices such as Assistants) to large-sized LCD TVs.
液晶表示装置(LCD装置)は、透過型、反射型等に分類されるが、特に透過型液晶表示装置は、液晶をガラス板で挟んだ液晶パネルのほか、バックライトユニットを備えている。液晶は、ブラウン管の蛍光材料のようにそれ自身発光することがないため、LCD装置内に光源を設ける必要があるからである。 Liquid crystal display devices (LCD devices) are classified into a transmissive type and a reflective type. In particular, the transmissive liquid crystal display device includes a backlight unit in addition to a liquid crystal panel in which liquid crystal is sandwiched between glass plates. This is because the liquid crystal does not emit light itself like the fluorescent material of the cathode ray tube, and therefore it is necessary to provide a light source in the LCD device.
図12に、この種の液晶表示装置の概略構成を示す。
バックライトユニットには2つのタイプがあり、図12Aに示すように液晶パネル1の直下に複数の線状光源(冷陰極管等の蛍光管)2と反射板3を設けて画面全体を明るくする直下型バックライトユニット4と、図12Bに示すように液晶パネル1の横に光源2を置き、導光板5と反射シート6を併用するエッジライト型バックライトユニット7とがある。
FIG. 12 shows a schematic configuration of this type of liquid crystal display device.
There are two types of backlight units. As shown in FIG. 12A, a plurality of linear light sources (fluorescent tubes such as cold cathode tubes) 2 and a
そして、何れのタイプのバックライトユニット4,7にも、輝度ムラを低減するためのシート状の等方性拡散層8と、液晶パネル1の正面輝度を向上させるための輝度向上フィルムあるいはシート10が用いられる場合があり(下記特許文献1参照)、これらにより液晶パネル1の全面に対して均一に光を照射する面状照明装置9が構成されている。
In any type of
輝度向上フィルム10としては、例えばプリズムシート等のような所定の集光作用のある光学素子は勿論、屈折率の異なる材料層の界面におけるP波偏光成分とS波偏光成分の反射率の相違を利用して所定の偏光分離作用をもたせた光学素子(下記特許文献2,3参照)、更にはこれら2つの作用を同時に行う光学素子が含まれる。
As the
以下の説明では、輝度向上フィルム10として、偏光分離素子を用いた例について説明する。この場合、輝度向上フィルム(偏光分離素子)10は、液晶パネル1と拡散層8との間に配置することができ、拡散層8から拡散出射した光のうち、例えばP波偏光成分の光を透過しS波偏光成分の光を反射する偏光ビームスプリッタとしての機能を有する。
In the following description, an example in which a polarization separation element is used as the
即ち、液晶表示装置において、液晶パネル1は、一対の偏光板11a,11bに挟まれた構造を有している。このような構成の液晶パネル1と拡散層8との間に上述の偏光分離素子10を配置することにより、バックライトから出射した光のうち、液晶パネル1の背面側(光源2側)の偏光板11bと同一の偏光成分(P波偏光成分)の光のみ透過させ、これと直交する偏光成分(S波偏光成分)の光をバックライト側に反射し、再び偏光分離素子10側へ光を向けさせる。これを繰り返すことにより、バックライトからの光を有効に利用できるようになり、輝度特性の向上が図れることになる。
That is, in the liquid crystal display device, the
偏光分離素子10としては、図13に模式的に示すように、断面形状が例えば直角二等辺三角形の溝12a,12bが連続して形成された構造面を有する一対のプリズム基板13a,13bが、誘電体層14を介してそれぞれの山部と谷部とが一致するように対向配置された構成を有している。そして、両プリズム基板13a,13bの界面に対して所定のブリュースタ角で入射する光のP波偏光成分は反射率が0となり、従ってP波偏光成分のみが偏光分離素子10から一定の方向で出射することになる。
As schematically shown in FIG. 13, the
なお、下記特許文献1には、直下型のバックライトユニットを備えた液晶表示装置において、輝度ムラがなく高い正面輝度を得ることを目的として、液晶パネルと対向する側の拡散シート主面に、プリズムの延びる方向が蛍光管の軸線方向と平行になるようにプリズムシートを配置した面状照明装置の構成が開示されている。
In addition, in the following
さて、一対のプリズム基板13a,13bを誘電体層14を介して対向配置させた構成の偏光分離素子10において、入射光のP波偏光成分への変換効率は、プリズム基板の構造面に対する光の入射角に大きく依存する。従って、この偏光分離素子10を用いて面状照明装置あるいは液晶表示装置の輝度特性の向上を図るためには、偏光分離素子10への光の入射角を一定の範囲に制限することが好ましい。
Now, in the
しかしながら、従来の面状照明装置あるいは液晶表示装置においては、偏光分離素子10と光源2との間に配置されている輝度ムラ低減用の拡散層8により、バックライトユニットからの光が等方的に拡散されるため、拡散層8からの出射光が偏光分離素子10に対して拡がりを持って入射し、これが原因で入射光の偏光効率、すなわちP波偏光成分への変換効率が低下して輝度向上効果が小さくなるという問題がある。
However, in the conventional planar illumination device or liquid crystal display device, the light from the backlight unit is isotropic due to the
一方、拡散層8による光の拡散度合いを小さくすると、バックライトユニットからの照射光を十分に拡散することができなくなり、輝度ムラを引き起こして画質を劣化させるという問題がある。
On the other hand, if the degree of diffusion of light by the
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、輝度ムラを抑制しながら、輝度特性の向上を図ることができる面状照明装置及び液晶表示装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a planar illumination device and a liquid crystal display device that can improve luminance characteristics while suppressing luminance unevenness.
以上の課題を解決するに当たり、本発明は、
光源と、この光源からの光を拡散出射する拡散層と、この拡散層からの出射光を集光あるいは偏光する輝度向上フィルムとを備え、上記拡散層には、面内横方向と縦方向とで光の拡散角が異なる異方性拡散層が用いられている。
In solving the above problems, the present invention provides:
A light source, a diffusion layer that diffuses and emits light from the light source, and a brightness enhancement film that condenses or polarizes light emitted from the diffusion layer, and the diffusion layer includes an in-plane lateral direction and a longitudinal direction. An anisotropic diffusion layer having a different light diffusion angle is used.
拡散層は、輝度ムラを低減する機能を有する。輝度ムラの低減効果は、拡散層から出射する光の拡散角が大きいほどよい。ここで、「拡散角」は、輝度がピーク輝度の半分に減衰する角(半値角)の2倍の角度(FWHM:Full Width Half Maximum)をいう。 The diffusion layer has a function of reducing luminance unevenness. The effect of reducing luminance unevenness is better as the diffusion angle of light emitted from the diffusion layer is larger. Here, the “diffusion angle” refers to an angle (FWHM: Full Width Half Maximum) that is twice the angle at which the luminance attenuates to half of the peak luminance (half-value angle).
一方、輝度向上フィルムには、例えばプリズムシート等のような所定の集光作用のある光学素子は勿論、屈折率の異なる材料層の界面におけるブリュースタ(Brewster)の法則を利用したり、複屈折性の有機材料層を数百層積層する等して所定の偏光分離作用をもたせた光学素子、更にはこれらの集光作用と偏光作用とを同時に行う光学素子が含まれる。 On the other hand, the brightness enhancement film uses, for example, Brewster's law at the interface between material layers having different refractive indexes, as well as optical elements having a predetermined light collecting function such as a prism sheet, and birefringence. Optical elements that have a predetermined polarization separation action by stacking several hundreds of organic material layers, and further, an optical element that simultaneously performs the light collecting action and the polarization action.
ここで、輝度向上フィルムは、表面又は裏面に断面三角形状の溝が連続して形成されたプリズム構造を有する構成とすることができる。この場合、当該輝度向上フィルムによる入射光の集光あるいは偏光効率は、プリズム溝の形成方向(延在方向)に対して垂直な面内における入射角に大きく依存する。従って、拡散層から出射する光の拡散角は、当該輝度向上フィルムによる高い集光効率あるいは偏光効率が得られる入射角が得られる範囲に制限するべきである。 Here, the brightness enhancement film may have a prism structure in which grooves having a triangular cross section are continuously formed on the front surface or the back surface. In this case, the concentration or polarization efficiency of incident light by the brightness enhancement film largely depends on the incident angle in a plane perpendicular to the prism groove forming direction (extending direction). Therefore, the diffusion angle of the light emitted from the diffusion layer should be limited to a range in which an incident angle at which high light collection efficiency or polarization efficiency can be obtained by the brightness enhancement film can be obtained.
このため本発明では、拡散層として、上記プリズム溝の形成方向に対して垂直な方向よりもプリズム溝の形成方向に対して平行な方向に大きな光の拡散角を有する異方性拡散層で構成し、拡散層による輝度ムラ抑制機能と、輝度向上フィルムによる輝度向上機能との両立を図るようにしている。 Therefore, in the present invention, the diffusion layer is composed of an anisotropic diffusion layer having a larger light diffusion angle in a direction parallel to the prism groove formation direction than in a direction perpendicular to the prism groove formation direction. In addition, the brightness unevenness suppressing function by the diffusion layer and the brightness improving function by the brightness improving film are made compatible.
上記異方性拡散層は、光学的に透明なシート基材の主面上に形成され、当該主面の横方向と縦方向とで断面の曲率の異なる凸又は凹形状の微小レンズの群で構成することができる。 The anisotropic diffusion layer is a group of convex or concave microlenses formed on the main surface of an optically transparent sheet base material and having different cross-sectional curvatures in the horizontal and vertical directions of the main surface. Can be configured.
異方性拡散層における出射光の拡散角は、適用されるディスプレイ装置の画面サイズ、求められる画面表示輝度、画像コントラスト等によって適宜設定することができる。
好適には、プリズム構造を有する輝度向上フィルムにあっては、プリズム溝の形成方向に対して垂直な方向の拡散角は10度以下とし、当該溝の形成方向に対して平行な方向の拡散角は30度以上とする。前者の拡散角が10度を超えると輝度向上効果が低下し、後者の拡散角が30度を下回ると輝度ムラ低減効果が小さくなるからである。
The diffusion angle of the emitted light in the anisotropic diffusion layer can be appropriately set according to the screen size of the display device to be applied, the required screen display brightness, the image contrast, and the like.
Preferably, in the brightness enhancement film having a prism structure, the diffusion angle in the direction perpendicular to the prism groove formation direction is 10 degrees or less, and the diffusion angle in the direction parallel to the groove formation direction. Is 30 degrees or more. This is because when the former diffusion angle exceeds 10 degrees, the effect of improving the luminance is reduced, and when the latter diffusion angle is less than 30 degrees, the effect of reducing the luminance unevenness is reduced.
光源あるいはバックライトユニットとしては、複数の線状光源を各々平行に配置した直下型、導光板の一端側に線状光源を配置したエッジライト型の何れも適用可能である。これら線状光源は、輝度ムラ低減の観点から、輝度向上フィルムのプリズム溝の形成方向に対して垂直な方向に配列するのが好適である。 As the light source or the backlight unit, either a direct type in which a plurality of linear light sources are arranged in parallel or an edge light type in which a linear light source is arranged on one end side of the light guide plate can be applied. These linear light sources are preferably arranged in a direction perpendicular to the prism groove forming direction of the brightness enhancement film from the viewpoint of reducing brightness unevenness.
以上述べたように、本発明によれば、拡散層からの出射光の拡散度合いに異方性を持たせているので、光源の輝度ムラを低減しながら、輝度向上フィルムによる集光あるいは偏光効率を高めて輝度の向上を図ることが可能となる。 As described above, according to the present invention, since the diffusion degree of the emitted light from the diffusion layer is made anisotropic, the light collection or polarization efficiency by the brightness enhancement film is reduced while reducing the luminance unevenness of the light source. Thus, it is possible to improve the luminance.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態による液晶表示装置20の概略構成図である。本実施の形態の液晶表示装置20は、一対の偏光板11a,11bで挟まれた液晶パネル1と、バックライトユニット4と、輝度向上フィルムとしての偏光分離素子10と、拡散シート(拡散層)18とを備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a liquid
そして、バックライトユニット4と、拡散シート18と、偏光分離素子10とにより、液晶パネル1の全面に対して均一に光を照射する面状照明装置21が構成されている。
なお必要に応じて、バックライトユニット4と拡散シート18との間に、光の散乱性の高い乳白色を呈した拡散板を介装してもよい。
The
In addition, you may interpose the diffuser plate which exhibited milky white with a high light scattering property between the
偏光分離素子10は、バックライトユニット4から出射し拡散シート18で拡散された光から、液晶パネル1における表示に有効な直線偏光成分(P波偏光成分)のみ分離し、他の偏光成分(S波偏光成分)は反射する偏光ビームスプリッタとして構成されている。
The polarized
ここで、バックライトユニット4は、同一平面内において互いに平行に並置された複数の線状光源2と、これら複数の線状光源2からの光を液晶パネル1側へ向けさせる反射板3とを含んだ構成の直下型とされているが、図2に示すように、導光板5と、反射シート6と、導光板5の一端側に単一の線状光源2を配置した構成のエッジライト型としてもよい。線状光源2は、蛍光管、特に冷陰極管(CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lamp)が用いられている。
Here, the
偏光分離素子10は、図12に示したように、断面形状が直角二等辺三角形の溝12a,12bが連続して形成された構造面を有する一対のプリズム基板13a,13bが、誘電体層14を介してそれぞれの山部と谷部とが一致するように対向配置された構成を有している。ここで、P波偏光成分は、入射面内で振動する直線偏光成分であり、S波偏光成分は、入射面に垂直に振動する直線偏光成分である。
As shown in FIG. 12, the
プリズム基板13a,13bは、比較的屈折率(n)の高い透明樹脂を射出成形またはプレスすることにより作製される。プリズム基板13a,13bの材料としては、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂など、屈折率が例えば1.5〜1.9程度の透明樹脂が用いられる。
The
誘電体層14は単層でもよいが、比較的高屈折率の材料と比較的低屈折率の材料とが交互に積層された誘電体膜の多層構造とするのが好適である。高屈折率材料としては、Nb2O5(n=2.3)、低屈折率材料としては、SiO2(n=1.5)等がある。
The
そして、プリズム基板13a,13bのうち何れか一方あるいは双方の構造面に上述した多層誘電体膜を成膜した後、これらを紫外線硬化型接着剤で貼り合わせることによってシート状の偏光分離素子10が形成されている。
なお、本実施の形態における偏光分離素子10は、両プリズム基板13a,13bの溝(以下「プリズム溝」ともいう)12a,12bの形成ピッチを約50μm、溝12a,12bの深さを約25μmで構成されているが、勿論これに限られない。
Then, after the multilayer dielectric film described above is formed on one or both of the
In the
上述した構成の偏光分離素子10に入射した光は、誘電体膜の界面において、入射光のうちP波偏光成分を透過し、S波偏光成分を反射する。偏光分離素子10を透過したP波偏光成分の光は、偏光板11b、液晶パネル1及び偏光板11aを介して出射し画像光を形成する。一方、S波偏光成分の光は、入射点及びこれに隣接するプリズム溝の斜面における反射を経てバックライトユニット側に戻され(図13参照)、拡散シート18及び反射板3にて反射されて再び偏光分離素子10へ入射する。そして、この入射光がP波偏光成分の光であれば偏光分離素子10を透過し、S波偏光成分の光であれば再びバックライトユニット側へ反射される。これを繰り返すことにより、バックライトユニット4からの光を有効に利用できるようになる。
The light incident on the
偏光分離素子10による入射光のP波偏光成分の光への偏光効率は、偏光分離素子10に入射する光の入射角、特に、偏光分離素子10を構成するプリズム基板13a,13bの溝(以下「プリズム溝」ともいう)12a,12bの形成方向(延在方向)とは垂直方向の面内における入射角に大きく依存する。このため、バックライトユニット4から偏光分離素子10へ入射する光の入射角は、当該偏光分離素子10による高い偏光効率が得られる範囲に制限するべきである。
The polarization efficiency of the P-wave polarization component of the incident light by the
一方、輝度ムラ低減の観点から、拡散シート18による光の拡散度合いは、高いほど望ましい。特に、線状光源2の配列間隔に対応する明暗の分布をなくすため、線状光源2の軸直方向(軸方向と垂直方向)における光の拡散度合いを大きくすることにより、液晶パネル1に対して均一な面状照明光を照射することが可能となる。
On the other hand, from the viewpoint of reducing luminance unevenness, the degree of light diffusion by the
そこで本実施の形態の面状照明装置21においては、図1に示したように、バックライトユニット4を構成する各々の線状光源2の軸方向が、偏光分離素子10を構成する両プリズム溝12a,12bの形成方向に対して垂直な方向に配列されている。
そして、これらバックライトユニット4と偏光分離素子10との間に配置されている拡散シート18は、プリズム溝12a,12bの形成方向に対して垂直な方向(図1においてY方向)よりも、プリズム溝12a,12bの形成方向に対して平行な方向(図1においてX方向)に大きな光の拡散角を有する異方性拡散層で構成されている。
Therefore, in the
The
拡散シート18を上述した構成の異方性拡散層とすることにより、バックライトユニット4からの入射光は、図1においてX方向(プリズム溝12a,12bに平行な方向)に大きく拡散されて偏光分離素子10へ入射する結果、輝度ムラの低減が図れるようになる。また、図1においてY方向(プリズム溝12a,12bに垂直な方向)への拡散度合いはX方向よりも制限されて偏光分離素子10へ入射する結果、一定以上の偏光効率が確保されて、輝度特性の向上が図れるようになる。
By making the
拡散シート18の構成を図3に示す。Aは拡散シート18の平面図、Bは要部断面図、Cは他の構成例を示す要部断面図である。
拡散シート18は、シート基材18Sと、このシート基材18Sの主面上に形成され当該主面の横方向と縦方向とで断面の曲率の異なる微小レンズ18Lの群で構成されている。
The configuration of the
The
シート基材18Sは光学的透明性のある材料、例えば、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなど)、ポリエチレン、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、シリコーン樹脂等で形成されている。
The
また後述するように、拡散シート18をエネルギーを吸収して硬化する樹脂を用いて形成する場合には、紫外線硬化型アクリレート系樹脂、紫外線硬化型エポキシ系樹脂、紫外線硬化型フッ素系樹脂、アモルファスフッ素樹脂等のほか、熱硬化型のエポキシ系樹脂やイソシアネート系樹脂など、屈折率が1.3〜1.6程度の透明樹脂を用いることができる。
As will be described later, when the
微小レンズ18Lは、シート基材18Sの主面(上面又は下面)上に敷き詰められ、図3Bに示すように凸状レンズ(18L1)で構成されているが、図3Cに示すように凹レンズ(18L2)で構成されてもよい。
微小レンズ18Lの断面形状は、X−X方向断面における曲率半径よりも、Y−Y方向断面における曲率半径の方が大きく形成されている。つまり、微小レンズ18Lは、Y−Y方向断面よりもX−X方向断面の方が曲率が強くなっている。
The
The cross-sectional shape of the
微小レンズ18Lの大きさは特に限定されないが、本実施の形態では、レンズ底面の楕円形状について長径が20μm以上200μm以下、長径/短径が3以上6以下とされている。また、微小レンズ18Lの配列は、図示の例に限られず、X方向又はY方向にランダム性があってもよい。
Although the size of the
上記構成の異方性拡散層あるいは異方性拡散シート18の製造方法としては、例えば、転写ロールの回転に連動させて、バイトの切り込み量を連続的に変化させて当該転写ロール表面を研削して、転写ロールの円周方向と軸方向とで断面の曲率の異なる凹形状の微小レンズ型を複数形成する工程と、転写ロール表面にエネルギーを吸収して硬化する樹脂を塗布・充填する工程と、上記樹脂にエネルギーを付与して硬化させ微小レンズ18Lの群を形成する工程とを経て製造することができる。
あるいは、プレス面の縦方向と横方向とで断面の曲率の異なる凸形状の微小レンズ型を複数形成したプレス型を用いて、シート基材18Sをプレス加工する方法も適用可能である。
As a method for producing the anisotropic diffusion layer or the
Alternatively, a method of pressing the
以上のように構成される異方性拡散シート18は、図1に示したように、微小レンズ18Lの長径方向が、偏光分離素子10を構成するプリズム溝12a,12bと直交する方向であって、バックライトユニット4を構成する各線状光源2の軸方向と平行となる方向に配向されている。なお、図において線状光源2、プリズム溝12a,12b、微小レンズ18Lの各々は、理解容易のためにやや誇張して示しており、大きさ(寸法)等に相関関係はない。
In the
この構成により、バックライトユニット4から出射し拡散シート18を透過した光は、微小レンズ18Lの長径方向(面内横方向)よりも、微小レンズ18Lの短径方向(面内縦方向)の方が、光の拡散度合いが強い状態で偏光分離素子10へ入射する。つまり、図4に示すように、微小レンズ18Lから出射する光は、その光軸Lに関して、偏光分離素子10のプリズム溝12a,12bの形成方向に垂直な方向の拡散角Dyよりも、プリズム溝12a,12bの形成方向に平行な方向の拡散角Dxの方が大きい状態で偏光分離素子10へ入射する。
With this configuration, the light emitted from the
従って、本実施の形態によれば、バックライトユニット4から照射される光が図1においてX方向に十分に拡散されて液晶パネル1へ照射されるので、輝度ムラが十分に低減された高品質の画像光を液晶パネル1の正面側にて形成できるようになる。
Therefore, according to the present embodiment, the light irradiated from the
また、本実施の形態によれば、バックライトユニット4から照射される光が図1においてY方向における拡散角が小さく制限されて偏光分離素子10へ入射されるので、当該偏光分離素子10によるP波偏光成分への光の偏光効率を高い水準で得ることができ、輝度特性に優れた高品質の画像光を液晶パネル1の正面側にて形成できるようになる。
Further, according to the present embodiment, the light irradiated from the
異方性拡散シート18から出射される光の拡散角Dy,Dxは、例えば、微小レンズ18Lの横断面(Y−Y断面)及び縦断面(X−X断面)の各々の曲率の大きさで調整することができる。即ち、微小レンズ18Lの各部の断面の曲率が強くなれば(曲率半径が小さくなれば)拡散角は大きくなり、断面の曲率が弱くなれば(曲率半径が大きくなれば)拡散角は小さくなる。
本実施の形態では、拡散角Dyが10度以下、拡散角Dxが30度以上となるように、微小レンズ18Lが構成されている。
The diffusion angles Dy and Dx of the light emitted from the
In the present embodiment, the
一方、図2に示したように、エッジライト型のバックライトユニット7を有する液晶表示装置20及び面状照明装置21においても、上述した構成の異方性拡散シート18を用いることによって、同様な作用効果を得ることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 2, also in the liquid
この場合、導光板5の一端に沿って配置される線状光源2は、偏光分離素子10のプリズム溝12a,12bの形成方向に対して垂直な方向であって、異方性拡散シート18の微小レンズ18の長径方向と平行な方向に配列される。
In this case, the linear
これにより、導光板5の光源2側の端部とこれに対向する側の端部との間(図2においてX方向)に生じる明暗の輝度ムラが異方性拡散シート18によって低減されるとともに、偏光分離素子10による輝度特性の向上が図れるようになる。
As a result, brightness unevenness in brightness between the end of the
(第2の実施の形態)
図6は本発明の第2の実施の形態による液晶表示装置20Aを示している。なお、図において上述の第1の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a liquid crystal display device 20A according to the second embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施の形態の液晶表示装置20Aは、輝度向上フィルムとして図示する形態のプリズムシート10Aが用いられている。そして、直下型のバックライトユニット4、拡散シート18及びプリズムシート10Aにより、面状照明装置21Aが構成されている。
In the liquid crystal display device 20A of the present embodiment, the prism sheet 10A shown in the figure is used as a brightness enhancement film. And the
プリズムシート10Aは、液晶パネル1に対向する表面側に、断面三角形状の溝(プリズム溝)12Aが連続して形成されたプリズム構造を有しており、バックライトユニット4から照射され拡散シート18を透過した光を集光する作用を行う。
なお、プリズムシート10Aは、拡散シート18側の裏面に上述したプリズム構造を有していてもよい。また、バックライトユニットは図示する直下型のものに限らず、図2に示したようにエッジライト型バックライトユニット7を用いてもよい。
The prism sheet 10A has a prism structure in which grooves having a triangular cross section (prism grooves) 12A are continuously formed on the front surface facing the
The prism sheet 10A may have the prism structure described above on the back surface on the
拡散シート18は、図3を参照して説明した異方性拡散層で形成されており、プリズム溝12Aの形成方向に対して垂直な方向(Y方向)よりも、プリズム溝12Aの形成方向に対して平行な方向(X方向)に大きな光の拡散角でもって、バックライトユニット4からの照明光を出射する。また、バックライトユニット4を構成する各々の線状光源2は、その軸方向がプリズムシート10Aのプリズム溝の形成方向に対して垂直な方向に配列されている。
The
以上のように構成される本実施の形態の液晶表示装置20A及び面状照明装置21Aによれば、バックライトユニット4から照射される光が図5においてX方向に十分に拡散されて液晶パネル1へ照射されるので、輝度ムラが十分に低減された高品質の画像光を液晶パネル1の正面側にて形成できるようになる。
According to the liquid crystal display device 20A and the
また、本実施の形態によれば、バックライトユニット4から照射される光が図5においてY方向における拡散角が小さく制限されてプリズムシート10Aへ入射されるので、当該プリズムシート10Aによる光の集光効率を高い水準で得ることができ、輝度特性に優れた高品質の画像光を液晶パネル1の正面側にて形成できるようになる。
Further, according to the present embodiment, the light emitted from the
以下、本発明の実施例について説明する。
本実施例では、上述した構成の異方性拡散シート18を備えた面状照明装置21の輝度特性及び輝度分布特性を測定するとともに、等方的な拡散シート8(図11参照)を備えた従来構造の面状照明装置の輝度特性及び輝度分布特性と比較した。
Examples of the present invention will be described below.
In this example, the luminance characteristics and luminance distribution characteristics of the
図5は、輝度特性及び輝度分布特性の測定原理図である。バックライトユニット7はエッジライト型であり、導光板5に、拡散シート18(8)、偏光分離素子10、偏光板11bを順に配置して、偏光板11bから出射する光を輝度計25にて測定した。
FIG. 5 is a measurement principle diagram of luminance characteristics and luminance distribution characteristics. The
ここで、光源2は中心輝度が2600cd/m2 の冷陰極管(CCFL)タイプで、輝度計25で測定される中心輝度ピーク値(0°)を測定輝度値とした。また、輝度分布特性の測定では、バックライトユニット7(導光板5)の光照射面を3×3に9分割し、図6に示すように、A〜Iの各分割エリアの中心輝度ピーク値を輝度計25にて測定した。
Here, the
なお、輝度計25は、トプコン社製「BM−9」を用いた。また、バックライトユニット7、偏光分離素子10及び偏光板11bは、実施例及び比較例ともに同一の構成とし、拡散シート18,8のみ異ならせた。
また、本実験に用いた輝度向上フィルム10は、図1を参照して説明した偏光分離素子(以下「輝度向上フィルムA」という)を主としたが、輝度特性の評価には他に、輝度向上フィルムBとして複屈折性の有機材料層を数百層積層した構造の偏光分離素子(住友スリーエム社製「DBEF(商品名)」)と、輝度向上フィルムCとして集光性のあるプリズムシート(住友スリーエム社製「BEF2(商品名)」)とを用いた。
The
The
(輝度特性評価)
本実施例の拡散シート18の拡散角分布を図8A,Bに示す。図8Aは、輝度向上フィルムAのプリズム溝の形成方向と垂直な方向の拡散角分布を示し、図8Bは、当該プリズム溝の形成方向と平行な方向の拡散角分布を示している。図から明らかなように、拡散シート18は、プリズム溝に平行方向と垂直方向とで拡散角分布に異方性を有しており、平行方向が垂直方向よりも広い拡散角分布を有している。
(Luminance characteristics evaluation)
8A and 8B show the diffusion angle distribution of the
他方、比較例1及び比較例2による拡散シート8の拡散角分布を図9A及び図9Bにそれぞれ示す。図9A,Bにおいて、実線は輝度向上フィルムAのプリズム溝の形成方向と垂直な方向の拡散角分布、破線は当該プリズム溝の形成方向と平行な方向の拡散角分布をそれぞれ示しており、両方向の拡散角分布は互いに略一致していることから、等方性の拡散シートであるといえる。
On the other hand, the diffusion angle distribution of the
表1に、輝度向上フィルムAに関して、プリズム溝の方向別の実施例及び比較例1,2についての拡散角を示す。本実施例の拡散シート18は、プリズム溝に垂直方向の拡散角(図4のDy)が9.5°、プリズム溝の平行方向の拡散角(図4のDx)が33°であり、比較例1,2の拡散シート18は、何れの方向にも19.5°及び38°の拡散角をそれぞれ有している。実施例及び比較例1,2の輝度特性の測定結果を表2に示す。
In Table 1, regarding the brightness enhancement film A, the diffusion angles for the examples according to the direction of the prism grooves and the comparative examples 1 and 2 are shown. The
表2から明らかなように、比較例1,2と比較して、本実施例の面状照明装置が最も大きなピーク輝度が得られている。また、プリズム溝に対して垂直方向の拡散角が小さいほど、輝度向上フィルムA,Cによる偏光効率あるいは集光効率が高く、輝度特性が向上することがわかる。 As is clear from Table 2, the planar illumination device of this example has the highest peak luminance as compared with Comparative Examples 1 and 2. It can also be seen that the smaller the diffusion angle in the direction perpendicular to the prism grooves, the higher the polarization efficiency or the light collection efficiency by the brightness enhancement films A and C, and the brightness characteristics are improved.
(輝度分布特性)
本実施例の輝度分布特性の評価には輝度向上フィルムAを用い、比較例1,2のほか、表3に示す拡散角(5°、10°)をもつ等方性の拡散シートを備えた比較例3,4をも加えて評価した。測定結果を図10に示す。
(Luminance distribution characteristics)
The brightness enhancement film A was used for evaluation of the brightness distribution characteristics of this example, and in addition to Comparative Examples 1 and 2, an isotropic diffusion sheet having diffusion angles (5 °, 10 °) shown in Table 3 was provided. Comparative examples 3 and 4 were also added for evaluation. The measurement results are shown in FIG.
ここで、図10Aは本実施例の輝度分布特性を示し、図10B〜Eは比較例1〜4の輝度分布特性を示している。光源2は分割エリアA,B及びCが臨む側の端部に配置され、その中心エリアである分割エリアBの輝度に対する他の分割エリアの比をとって輝度ムラの程度を示している。
Here, FIG. 10A shows the luminance distribution characteristics of this example, and FIGS. 10B to 10E show the luminance distribution characteristics of Comparative Examples 1 to 4. The
図10から明らかなように、分割エリア間におけるピーク輝度の最大値と最小値との差が当該最大値の20%以下となるのは、プリズム溝に平行な方向の拡散角が30°以上である場合に限られている(実施例、比較例2)。つまり、プリズム溝に平行な方向の拡散角が大きくなるほど、輝度ムラの低減効果が大きくなる。 As is apparent from FIG. 10, the difference between the maximum value and the minimum value of the peak luminance between the divided areas is 20% or less of the maximum value when the diffusion angle in the direction parallel to the prism groove is 30 ° or more. Limited to certain cases (Example, Comparative Example 2). That is, as the diffusion angle in the direction parallel to the prism grooves increases, the effect of reducing luminance unevenness increases.
輝度向上フィルムAを用いて行った輝度特性と輝度分布特性に関する上記測定結果を表4に一覧にして示す。表4においてピーク輝度が1100cd/m2 以上の輝度特性が得られているサンプルと、輝度ムラが20%以下に低減されているサンプルには○を付し、それら以外のサンプルについて×を付している。 Table 4 shows a list of the measurement results regarding the luminance characteristics and luminance distribution characteristics performed using the luminance enhancement film A. In Table 4, a sample having a luminance characteristic with a peak luminance of 1100 cd / m 2 or more and a sample having a luminance unevenness reduced to 20% or less are marked with ◯, and other samples are marked with X. ing.
表4から明らかなように、輝度特性及び輝度分布特性の双方について優れた評価が得られるのは本発明の実施例のみである。また、これらの例から、プリズム溝に垂直な方向の拡散角が10°以下で、かつ、プリズム溝に平行な方向の拡散角が30°以上の異方性拡散シート18を用いることによって、輝度特性の向上と輝度ムラの低減という2つの効果を同時に得ることができる。
As is apparent from Table 4, only the example of the present invention can obtain an excellent evaluation for both the luminance characteristic and the luminance distribution characteristic. Further, from these examples, by using the
以上、本発明の実施の形態及び実施例について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, the present invention is of course not limited thereto, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
例えば以上の実施の形態では、本発明に係る異方性拡散層18をシート状に単独形成したが、これに代えて、当該拡散層18を偏光分離素子10に一体形成してもよい。この場合、当該拡散層は、図11に示すように、偏光分離素子10を構成する光源2側のプリズム基板13b側の下面側に、縦方向と横方向(X,Y方向)とで断面の曲率の異なる凸又は凹形状の微小レンズ18Lの群を形成することによって構成できる。
For example, in the above embodiment, the
また、以上の実施の形態では、バックライトユニットの光源に蛍光管等の線状光源を用いたが、これに代えて、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の点状光源を線状あるいは面状に複数配列したバックライトユニットも、本発明は適用可能である。 In the above embodiment, a linear light source such as a fluorescent tube is used as the light source of the backlight unit. Instead, a point light source such as a light emitting diode (LED) is linear or The present invention can also be applied to a plurality of backlight units arranged in a planar shape.
1…液晶パネル、2…線状光源(蛍光管)、3…反射板、4…直下型バックライトユニット、5…導光板、6…反射シート、7…エッジライト型バックライトユニット、10…偏光分離素子、10A…プリズムシート、11a,11b…偏光板、12a,12b,12A…溝(プリズム溝)、13a,13b…プリズム基板、14…誘電体層、18…異方性拡散層、異方性拡散シート、18L…微小レンズ、18S…シート基材、20,20A…液晶表示装置、21,21A…面状照明装置、Dy…プリズム溝の形成方向に垂直な方向の光の拡散角、Dx…プリズム溝の形成方向に平行な方向の光の拡散角。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
この光源からの光を拡散出射する拡散層と、
この拡散層からの出射光を集光あるいは偏光する輝度向上フィルムとを備えた面状照明装置において、
前記拡散層は、面内横方向と縦方向とで光の拡散角が異なる異方性拡散層である
ことを特徴とする面状照明装置。 A light source;
A diffusion layer that diffuses and emits light from the light source;
In a planar illumination device provided with a brightness enhancement film that condenses or polarizes light emitted from this diffusion layer,
The planar illuminating device, wherein the diffusion layer is an anisotropic diffusion layer having different light diffusion angles in an in-plane lateral direction and a longitudinal direction.
ことを特徴とする請求項1に記載の面状照明装置。 The diffusion layer is formed of a group of convex or concave microlenses having different cross-sectional curvatures in the horizontal direction and the vertical direction of the main surface on the main surface of the optically transparent sheet base material. The surface illumination device according to claim 1.
前記拡散層は、前記光源からの光を、前記プリズムの溝の形成方向に対して垂直な方向よりも、当該溝の形成方向に対して平行な方向へ大きな拡散角で出射する
ことを特徴とする請求項1に記載の面状照明装置。 The brightness enhancement film has a prism structure in which grooves having a triangular cross section are continuously formed on the front surface or the back surface,
The diffusion layer emits light from the light source at a larger diffusion angle in a direction parallel to the groove forming direction than in a direction perpendicular to the prism groove forming direction. The planar illumination device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項3に記載の面状照明装置。 In the brightness enhancement film, the first and second prism substrates having a structure surface in which grooves having a triangular cross section are continuously formed are arranged such that the crests and troughs coincide with each other through the dielectric layer. 4. The planar illumination device according to claim 3, wherein the planar illumination device is a polarization separation element that is opposed to each other and selectively transmits predetermined polarization of light from the light source and selectively reflects other polarization. 5. .
ことを特徴とする請求項3に記載の面状照明装置。 The diffusion layer has a diffusion angle in a direction perpendicular to the groove formation direction of the prism of 10 degrees or less and a diffusion angle in a direction parallel to the groove formation direction of 30 degrees or more. The planar lighting device according to claim 3.
ことを特徴とする請求項3に記載の面状照明装置。 The light source includes a plurality of linear light sources arranged in parallel to each other, and the axial direction of the linear light sources is arranged in a direction perpendicular to the groove forming direction of the prism. The planar illumination device according to claim 3.
ことを特徴とする請求項3に記載の面状照明装置。 The light source includes a light guide plate and a linear light source disposed on one end side of the light guide plate and arranged in an axial direction in a direction perpendicular to a groove forming direction of the prism. The planar illumination device according to claim 3.
バックライトユニットと、
このバックライトユニットからの光を拡散出射する拡散層と、
この拡散層からの出射光を集光あるいは偏光する輝度向上フィルムとを備えた液晶表示装置において、
前記拡散層は、面内横方向と縦方向とで光の拡散角が異なる異方性拡散層である
ことを特徴とする液晶表示装置。
LCD panel,
A backlight unit;
A diffusion layer for diffusing and emitting light from the backlight unit;
In a liquid crystal display device comprising a brightness enhancement film that condenses or polarizes light emitted from the diffusion layer,
The liquid crystal display device, wherein the diffusion layer is an anisotropic diffusion layer having different light diffusion angles in an in-plane horizontal direction and a vertical direction.
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