JP2007003567A - 光制御シート、及び、面光源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】出射側に突出して多数並べて配列した単位レンズ141を設ける。単位レンズ141には、楕円筒部141aと、それよりも出射側の頂部に円筒部141bを設けており、円筒部141bの曲率半径は、40μmから80μmの範囲内とする。これにより、輝度ムラを低減する。
【選択図】図3
Description
例えば、直下型では、背面より並列の冷陰極管を用いて光を導入するようになっており、冷陰極管とLCDパネル等の透過型表示部との距離を適度に空け、その間に拡散板を用い、さらに、光を収束させるシートを複数組み合わせて使用していた。
しかし、このような従来の方式では、必要とする光学シートの枚数が多い割に収束特性が不十分であり、それを補う為にLCDパネルを改良して、斜め方向からの入射光に対しても画質を落とさない構造としていた。
特に、直下型では、冷陰極管に近接した部分であるか否か(冷陰極管に至近の位置であるか、並列に並んだ冷陰極管の間隙部分に至近の位置であるか)によって光強度(輝度)にムラが発生し易い。これを抑えるために冷陰極管とLCDとの間隔を大きく取ってしまうとディスプレイの厚さが厚くなってしまうという問題があった。また、ムラを抑えるために拡散を強くしたり、透過量を制限したりすると、光の使用量が低減してしまうという問題があった。
また、両面にレンチキュラーレンズを設けたシートを使用する方式も例えば、特許文献3で報告されているが、これは、2方向の拡散制御を行うための構成で、光を収束する機能はない。従って、冷陰極管との位置関係によってLCDの場所毎に光軸がばらつくことにより、画面を観察する位置によって明るさのムラ(輝度ムラ)が発生したりするという問題もあった。
さらに、プリズムの斜面で全反射した後、反対面より出射して斜め方向へ向かう光が多くなり収束性が低下したり、斜め方向から観察したときにコントラストの低下を招いたりするという問題があった。
請求項1の発明は、直下型の面光源装置に設けられ、光源から出射した光を均一化、及び/又は、収束させる光制御シートであって、出射側に突出して多数並べて配列した単位レンズ(141,241)を備え、前記単位レンズの頂部の曲率半径は、40μmから80μmの範囲内にある光制御シート(14,24,14−2)である。
請求項2の発明は、請求項1に記載の光制御シートにおいて、前記単位レンズ(141,241)は、長軸がシート面に対して直交して連続する楕円筒の一部、又は、長軸がシート面に対して直交する回転楕円体の一部により形成された急斜面部(141a,241a)を前記頂部(141b,241b)よりも入射側に有していること、を特徴とする光制御シート(14,24,14−2)である。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の光制御シートにおいて、前記単位レンズ(141,241)は、熱可塑性樹脂により形成されていること、を特徴とする光制御シート(14,24,14−2)である。
請求項4の発明は、請求項3に記載の光制御シートにおいて、前記単位レンズ(141,241)は、その配列ピッチが80μmから200μmの範囲内であること、を特徴とする光制御シート(14,24,14−2)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項に記載の光制御シートにおいて、垂直入射光に対しての1/2拡散角は、前記単位レンズ(141,241)による光拡散効果を除いて、20°以内であること、を特徴とする光制御シート(14,24,14−2)である。
請求項6の発明は、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の光制御シートにおいて、前記単位レンズ(241)の表面の少なくとも一部には、微細凸形状(241c)が多数形成されていること、を特徴とする光制御シート(24)である。
請求項7の発明は、請求項6に記載の光制御シートにおいて、前記微細凸形状(241c)の曲率半径は、1μm以上であって、かつ、前記単位レンズ(241)の配列ピッチの1/2以下であること、を特徴とする光制御シート(24)である。
請求項8の発明は、請求項6又は請求項7に記載の光制御シートにおいて、前記微細凸形状(241c)は、少なくとも出射側表面付近に添加された略球体形状及び/又は略回転楕円体形状の粒子により形成されていること、を特徴とする光制御シート(24)である。
請求項9の発明は、請求項8に記載の光制御シートにおいて、前記粒子の屈折率は、前記単位レンズ(241)を形成する材料の屈折率の0.95倍から1.05倍であること、を特徴とする光制御シート(24)である。
請求項10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、複数の光源(13)を並列に並べた光源部と、請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の光制御シート(14)と、を備える面光源装置である。
請求項11の発明は、請求項10に記載の面光源装置において、前記光制御シート(14)は、前記光源部に最も近い位置に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12の発明は、請求項10又は請求項11に記載の面光源装置において、前記光制御シート(14)よりも観察側に前記光制御シートと同一又は異なる種類の光学シート(14−2,15)が少なくとも1枚さらに配置されていること、を特徴とする面光源装置である。
請求項13の発明は、請求項12に記載の面光源装置において、前記光制御シート(14)よりも観察側に設けられた前記光学シートの内の一枚は、偏光分離シート(15)であること、を特徴とする面光源装置である。
(1)単位レンズの頂部の曲率半径は、40μmから80μmの範囲内にあるので、画面を観察する位置によらずムラのない均一な照明を行うことができる。また、レンズが欠損及び変形し難く、耐久性を高めることができる。
(2)単位レンズは、長軸がシート面に対して直交して連続する楕円筒の一部、又は、長軸がシート面に対して直交する回転楕円体の一部により形成された急斜面部を頂部よりも入射側に有しているので、斜め方向からの光を有効に収束させると共に、急斜面で全反射した光が、反対面から斜め方向へ抜けにくくして、斜め方向へ出光する光を低減できる。
(3)単位レンズは、熱可塑性樹脂により形成されているので、押出し成型により生産性よく、低コストに量産できる。
(4)単位レンズは、その配列ピッチが80μmから200μmの範囲内であるので、画素とのモアレの発生が無く、押出し成型で設計形状を成型できる。
(5)垂直入射光に対しての1/2拡散角は、単位レンズによる光拡散効果を除いて、20°以内であるので、レンズによる収束効果を損なう事がない。
(6)単位レンズの表面の少なくとも一部には、微細凸形状が多数形成されているので、水平垂直の両方向に対して光を収束することができる。
(7)微細凸形状の曲率半径は、1μm以上であって、かつ、単位レンズの配列ピッチの1/2以下であるので、干渉による不要な色付きが発生することなく収束効果を得ることができる。また、単位レンズの形状を崩すことなく微細凸形状を形成できる。
(8)微細凸形状は、少なくとも出射側表面付近に添加された略球体形状及び/又は略回転楕円体形状の粒子により形成されているので、微細凸形状を容易に形成できる。
(9)粒子の屈折率は、単位レンズを形成する材料の屈折率の0.95倍から1.05倍であるので、内部拡散による拡散角が大きくならず、収束効果を損なわない。
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。
実施例1における透過型表示装置10は、LCDパネル11,反射板12,発光管13,光制御シート14,反射型偏光性シート15等を備え、LCDパネル11に形成される映像情報を反射板12,発光管13,光制御シート14,反射型偏光性シート15を備える面光源装置により背面から照明する透過型液晶表示装置である。
発光管13は、バックライトの光源部を形成する線光源の冷陰極管であり、本実施例では、略75mm間隔で等間隔に6本が並列に並べられている。発光管13の背面には、反射板12が設けられている。
反射板12は、発光管13の光制御シート14とは反対側(背面側)の全面にわたって設けられており、背面側へ進む照明光を拡散反射して光制御シート14方向(出射方向)へ向かわせ、入射光照度を均一に近付ける働きを持つ。
光制御シート14は、発光管13から出射した光の輝度ムラを低減させて均一化するレンチキュラーレンズシートであり、出射側(観察側)に光を収束して出射する単位レンズ141が形成されている。単位レンズ141は、連続する楕円筒の一部と、円筒の一部とを組み合わせた形状となっており、光制御シート14の出射側表面は、この単位レンズ141が平行に多数並べて配置されてレンチキュラーレンズ面となっている。単位レンズ141の並ぶ方向は、発光管13の並ぶ方向と一致している(図1参照)。
本実施例の光制御シート14は、屈折率1.49の透明なPMMA(アクリル樹脂)により形成されている。なお、光制御シート14は、PMMAに限らず、光透過性の有る熱可塑性樹脂を用いることが、押出し成型により生産性よく、低コストに量産するために望ましい。これは、熱可塑性樹脂に架橋ビーズを添加して押出し成型すると、熱可塑性樹脂が収縮し、ビーズが隆起してマット形状を形成でき、また、押出し成型なので、生産性が良いからである。
単位レンズ141は、図3に示した断面において、長半径が160μm、短半径が70μmの急斜面部である楕円筒部141aと、楕円筒部141aよりも出射側の頂部に曲率半径60μmの円筒部141bとを有している。なお、円筒部141bの幅は、40μmである。単位レンズ141は、楕円筒部141aの楕円の長軸が光制御シート14のシート面に対して直交し、ピッチ120μmとなるように配置されている。また、光制御シート14の厚さは、0.7mmである。
光制御シート14の作用については、後述する。
光制御シート14の発光管13に近い位置に入射する光の多くは、光制御シート14に小さい入射角度で入射する(例えば、図4中の光線A)。一方、光制御シート14の発光管13から遠い位置(発光管13の間隙部分に近い位置)に入射する光の多くは、光制御シート14に大きな入射角度で入射する(例えば、図4中の光線B)。したがって、光線Aのように光制御シート14に小さい入射角度で入射する光がそのまま出射することを抑制し、その一方で、光線Bのように光制御シート14に大きな入射角度で入射する光の光軸を補正して入射角度よりも小さな出射角度で出射させることができれば、発光管13に近接した部分であるか否かによる輝度ムラを防ぐことができる。
一方、本実施例における光制御シート14では、光線Aのように光制御シート14に小さい入射角度α1で入射する光については、楕円筒部141aで全反射した後、円筒部141bにより再度全反射して発光管13側へ戻して再利用する。
また、光線Bのように光制御シート14に大きな入射角度β1で入射する光については、楕円筒部141aから出射するときに光軸が補正されて、入射角度β1よりも小さな出射角度β2で出射する。
さらに、単位レンズは、その配列ピッチが80μmから200μmの範囲内とすることが、画素とのモアレの発生が無く、押出し成型で設計形状を成型するために望ましい。ピッチが80μm以下であると、設計形状どおりに押出し成型する事が困難となり、200μm以上ではモアレの発生が顕著になるからである。
さらにまた、光制御シートに垂直に入射する光に対しての1/2拡散角は、単位レンズによる光拡散効果を除いて、20°以内であることが、レンズによる収束効果を損なわないようにするために望ましい。
その上、円筒部141bの両側の急斜面部を凸曲面である楕円筒部141aとすることにより、光を収束すると共に輝度分布のムラを低減できる。
本実施例の透過型表示装置10からLCDパネル11を除いた面光源装置では、無指向性の乳白板とマットフィルム、輝度向上フィルムBEF(住友スリーエム株式会社製)、DBEFを用いた従来の面光源装置に対して同程度の輝度向上が可能となり、輝度ムラも回避でき、シート枚数の削減が可能となった。
また、本実施例の面光源装置では、振動試験を行なっても欠損や変形は確認できなかった。
これに対して、光制御シート14の代わりに出光側の頂角90°の輝度向上フィルムBEF(住友スリーエム株式会社製)を用いた比較例では、半値角は約40°で出射角度60°以上の部分で不自然な輝度の上昇があった。
また、BEFを用いた比較例では、振動試験を行なった際に頂部に欠損が確認された。
実施例2の光制御シート24は、新たに微小凸部241cを設けた以外は、実施例1の透過型表示装置10に含まれる光制御シート14と同一の形態をしている。したがって、光制御シート24についてのみ説明を行うものとし、前述した実施例1と同様の機能を果たす部分には、末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
さらに、単位レンズ241の表面には、多数の微細凸部241cが楕円筒部241a及び円筒部241bの表面から突出するように形成されている。
この微細凸部241cは、φ10μmの球体形状をした屈折率1.49のアクリル架橋ビーズを単位レンズ241と同じPMMA中に20重量部添加した樹脂を用いて2層押出し成型により形成した。
微細凸部241cの曲率半径は、1μm以上であって、かつ、単位レンズ241の配列ピッチの1/2以下とすることが望ましい。1μmに満たない曲率半径では、レンズ効果を得ることができず、干渉による不要な色付きが発生するからであり、また、単位レンズの配列ピッチの1/2を超える曲率半径では、単位レンズの形状そのものか変わってしまうことになり、製造も困難となるからである。
微細凸部の曲率半径の違いにより輝度ムラ、及び、着色がどの様に現れるかを単位レンズピッチが100μmのレンチキュラーレンズシートを用いて調べた。その結果を以下の表1に示す。
また、微細凸部241cを形成するために用いる粒子(本実施例では、架橋ビーズ)の屈折率は、単位レンズ241を形成する材料の屈折率の0.95倍から1.05倍とすることが、内部拡散による拡散角が大きくならず、収束効果を損なわないために望ましい。
図5に示した単位レンズ241の延在する方向に直交する断面(垂直方向)においては、微細凸部241cを設けることによる、単位レンズ241から出射する光に対する影響は小さい。
ただし、単位レンズ241の出射表面付近に拡散要素が形成されているので、大きな出射角度で出射する光を選択的に拡散するという作用があり、図5に示した単位レンズ241の延在する方向に直交する断面(垂直方向)においても、収束効果が向上する。
微細凸部241cの形状は、球面の一部であるから、単位レンズ241の延在する方向に平行な断面(水平方向)も含む全方向について光を収束する効果を有している。したがって、より正面輝度を高めることができる。
実施例3の透過型表示装置30は、実施例1における透過型表示装置10に光制御シート14−2を追加した形態である。したがって、光制御シート14−2についてのみ説明を行うものとし、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。
光制御シート14−2は、光制御シート14と同一形状のシートであり、光制御シート14の単位レンズ141の並ぶ方向に対して光制御シート14−2の並ぶ方向が直交するように配置されているシートである。光制御シート14−2を光制御シート14に対して直交して配置することにより、光の収束方向を直交する2方向にできるとともに、輝度ムラの低減効果をより高めている。なお、本実施例では、光制御シート14−2として光制御シート14と同一形状のシートを配置したが、これに限らず、全く異なるシートを配置してもよい。
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
(1)各実施例において、光制御シート14は、同一断面形状が一方向に延在する単位レンズ形状を多数並べたレンチキュラーレンズシートである例を示したが、これに限らず、例えば、単位レンズ形状を2次元方向に配列したレンズアレイ(いわゆる蝿の目レンズ)シートであってもよい。
11 LCDパネル
12 反射板
13 発光管
14,24 光制御シート
141,241 単位レンズ
141a,241a 楕円筒部
141b,241b 円筒部
241c 微細凸部
14−2 光制御シート
15 反射型偏光性シート
Claims (13)
- 直下型の面光源装置に設けられ、光源から出射した光を均一化、及び/又は、収束させる光制御シートであって、
出射側に突出して多数並べて配列した単位レンズを備え、
前記単位レンズの頂部の曲率半径は、40μmから80μmの範囲内にある光制御シート。 - 請求項1に記載の光制御シートにおいて、
前記単位レンズは、長軸がシート面に対して直交して連続する楕円筒の一部、又は、長軸がシート面に対して直交する回転楕円体の一部により形成された急斜面部を前記頂部よりも入射側に有していること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項1又は請求項2に記載の光制御シートにおいて、
前記単位レンズは、熱可塑性樹脂により形成されていること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項3に記載の光制御シートにおいて、
前記単位レンズは、その配列ピッチが80μmから200μmの範囲内であること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の光制御シートにおいて、
垂直入射光に対しての1/2拡散角は、前記単位レンズによる光拡散効果を除いて、20°以内であること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の光制御シートにおいて、
前記単位レンズの表面の少なくとも一部には、微細凸形状が多数形成されていること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項6に記載の光制御シートにおいて、
前記微細凸形状の曲率半径は、1μm以上であって、かつ、前記単位レンズの配列ピッチの1/2以下であること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項6又は請求項7に記載の光制御シートにおいて、
前記微細凸形状は、少なくとも出射側表面付近に添加された略球体形状及び/又は略回転楕円体形状の粒子により形成されていること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項8に記載の光制御シートにおいて、
前記粒子の屈折率は、前記単位レンズを形成する材料の屈折率の0.95倍から1.05倍であること、
を特徴とする光制御シート。 - 透過型表示部を背面から照明する面光源装置であって、
複数の光源を並列に並べた光源部と、
請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の光制御シートと、
を備える面光源装置。 - 請求項10に記載の面光源装置において、
前記光制御シートは、前記光源部に最も近い位置に設けられていること、
を特徴とする面光源装置。 - 請求項10又は請求項11に記載の面光源装置において、
前記光制御シートよりも観察側に前記光制御シートと同一又は異なる種類の光学シートが少なくとも1枚さらに配置されていること、
を特徴とする面光源装置。 - 請求項12に記載の面光源装置において、
前記光制御シートよりも観察側に設けられた前記光学シートの内の一枚は、偏光分離シートであること、
を特徴とする面光源装置。
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