JP2007041172A - 光制御シート、面光源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】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光制御シート、面光源装置を提供する。
【解決手段】出射側に突出した単位レンズ１４１−１が多数並べられたレンチキュラーレンズシート１４−１の入射側に、面積比率が３０％から５０％を占めるように反射部１４２−１を設ける。これにより不要な方向へ出射していた光を光源側に戻して再利用することができ、必要な方向に出射する光を増加できる。したがって、輝度ムラのない照明を、光の利用効率が高い状態で実現でき、均一で明るい照明光を得られる。
【選択図】図４
【解決手段】出射側に突出した単位レンズ１４１−１が多数並べられたレンチキュラーレンズシート１４−１の入射側に、面積比率が３０％から５０％を占めるように反射部１４２−１を設ける。これにより不要な方向へ出射していた光を光源側に戻して再利用することができ、必要な方向に出射する光を増加できる。したがって、輝度ムラのない照明を、光の利用効率が高い状態で実現でき、均一で明るい照明光を得られる。
【選択図】図４
Description
本発明は、液晶表示装置等の照明に用いられる光制御シート、面光源装置に関するものである。
透過型の液晶ディスプレイ等を背面から照明する面光源として各種方式の面光源装置が提案され、実用化されている。面光源装置には、主として、面光源でない光源を面光源に変換する方式によりエッジライト型と直下型とがある。
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（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）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。
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（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）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。
しかし、この方式では、光の利用効率が低下する上、ＬＣＤパネルの構成も複雑となり、コスト増の要因になるという問題があった。
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。
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。
例えば、特許文献１及び２に記載の面光源装置では、遮光部分（ライティングカーテン，遮光ドット層）を設けることで均一性を維持しているが、この手法では、上述のように光の利用率が減少してしまっていた。
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。
特開平０５−１１９７０３号公報
特開平１１−２４２２１９号公報
特開平０６−３４７６１３号公報
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。
本発明の課題は、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光制御シート、面光源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、出射側に多数並べて配置された１種類又は複数種類の凸状の単位レンズ（１４１−１，１４１−２，２４１）と、入射側の面積比率が３０％から５０％を占めるように形成され、入射側に入射する光を反射する反射部（１４２−１，２４２）と、を備える光制御シート（１４−１，１４−２，２４）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、前記反射部（１４２−１，２４２）は、前記単位レンズの並ぶ間の谷部分（Ｖ）からシートの法線方向に沿って入射側に下ろした垂線が通過する位置に形成されていること、を特徴とする光制御シート（１４−１，１４−２，２４）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（１４１−１，１４１−２，２４１）は、長軸がシート面に対して直交する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であること、を特徴とする光制御シート（１４−１，１４−２，２４）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項に記載の光制御シートにおいて、前記単位レンズ（１４１−１，１４１−２，２４１）の長半径は、短半径の１．５倍から３倍の長さであること、を特徴とする光制御シート（１４−１，１４−２，２４）である。
請求項５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（１４１−１，１４１−２，２４１）は、長軸がシート面に対して直交する連続する楕円筒の一部であって、前記反射部（１４２−１，２４２）は、一定の幅を保ったまま前記単位レンズが延在する方向と一致する方向に延在したものが多数並べて形成されていること、を特徴とする光制御シート（１４−１，１４−２，２４）である。
請求項６の発明は、請求項５に記載の光制御シートにおいて、前記反射部（１４２−１，２４２）の幅をＷとし、前記単位レンズ（１４１−１，１４１−２，２４１）の並ぶ間の谷部分（Ｖ）から前記反射部までの距離をＤとし、前記単位レンズを形成する材料の屈折率をｎとしたときに、１．５Ｗ／Ｄ≦ｔａｎ（ｓｉｎ-1（１／ｎ））≦３Ｗ／Ｄの関係を満足すること、を特徴とする光制御シート（１４−１，１４−２，２４）である。
請求項７の発明は、請求項１から請求項６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）は、電離放射線硬化型の樹脂により形成されており、前記単位レンズの入射側にベース層（２４３）が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８の発明は、請求項７に記載の光制御シートにおいて、前記ベース層（２４３）は、前記単位レンズ（２４１）の高さの１／２以下の厚さであること、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７又は請求項８に記載の光制御シートにおいて、前記ベース層（２４３）は、前記単位レンズ（２４１）の並ぶ間の谷部分が突出するように波打っていること、を特徴とする光制御シート（２４）である。
請求項１０の発明は、請求項９に記載の光制御シートにおいて、前記反射部（２４２）は、前記ベース層（２４３）の突出した部分に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１１の発明は、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の光制御シートにおいて、前記反射部（１４２−１，２４２）は、印刷又は転写により形成されていること、を特徴とする光制御シート（１４−１，１４−２，２４）である。
請求項１２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）、及び、光を出射する側とは反対側に配置された光源反射層（１２）とを備える光源部（１２，１３）と、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の光制御シート（１４−１，１４−２，２４）と、を備え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、前記光制御シートの入射側には、前記光制御シートよりも剛性の高い高剛性シートが一体又は密着して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１４の発明は、請求項１２又は請求項１３に記載の面光源装置において、前記光制御シート（１４−１）と同一又は異なる種類の第２の光制御シート（１４−２）がさらに重ねて配置されており、前記第２の光制御シートは、前記光制御シートによる光の制御方向に対して略直交する方向において光を制御するよう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１５の発明は、請求項１２から請求項１４までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記光制御シートよりも前記光源部側に光拡散効果を有した光拡散シートが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１６の発明は、請求項１２から請求項１５までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記光制御シート、前記高剛性シート、前記第２の光制御シート、前記光拡散シートの中の少なくともひとつには、光拡散作用を付与する光拡散粒子が添加されていること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１の発明は、出射側に多数並べて配置された１種類又は複数種類の凸状の単位レンズ（１４１−１，１４１−２，２４１）と、入射側の面積比率が３０％から５０％を占めるように形成され、入射側に入射する光を反射する反射部（１４２−１，２４２）と、を備える光制御シート（１４−１，１４−２，２４）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、前記反射部（１４２−１，２４２）は、前記単位レンズの並ぶ間の谷部分（Ｖ）からシートの法線方向に沿って入射側に下ろした垂線が通過する位置に形成されていること、を特徴とする光制御シート（１４−１，１４−２，２４）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（１４１−１，１４１−２，２４１）は、長軸がシート面に対して直交する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であること、を特徴とする光制御シート（１４−１，１４−２，２４）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項に記載の光制御シートにおいて、前記単位レンズ（１４１−１，１４１−２，２４１）の長半径は、短半径の１．５倍から３倍の長さであること、を特徴とする光制御シート（１４−１，１４−２，２４）である。
請求項５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（１４１−１，１４１−２，２４１）は、長軸がシート面に対して直交する連続する楕円筒の一部であって、前記反射部（１４２−１，２４２）は、一定の幅を保ったまま前記単位レンズが延在する方向と一致する方向に延在したものが多数並べて形成されていること、を特徴とする光制御シート（１４−１，１４−２，２４）である。
請求項６の発明は、請求項５に記載の光制御シートにおいて、前記反射部（１４２−１，２４２）の幅をＷとし、前記単位レンズ（１４１−１，１４１−２，２４１）の並ぶ間の谷部分（Ｖ）から前記反射部までの距離をＤとし、前記単位レンズを形成する材料の屈折率をｎとしたときに、１．５Ｗ／Ｄ≦ｔａｎ（ｓｉｎ-1（１／ｎ））≦３Ｗ／Ｄの関係を満足すること、を特徴とする光制御シート（１４−１，１４−２，２４）である。
請求項７の発明は、請求項１から請求項６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）は、電離放射線硬化型の樹脂により形成されており、前記単位レンズの入射側にベース層（２４３）が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８の発明は、請求項７に記載の光制御シートにおいて、前記ベース層（２４３）は、前記単位レンズ（２４１）の高さの１／２以下の厚さであること、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７又は請求項８に記載の光制御シートにおいて、前記ベース層（２４３）は、前記単位レンズ（２４１）の並ぶ間の谷部分が突出するように波打っていること、を特徴とする光制御シート（２４）である。
請求項１０の発明は、請求項９に記載の光制御シートにおいて、前記反射部（２４２）は、前記ベース層（２４３）の突出した部分に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１１の発明は、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の光制御シートにおいて、前記反射部（１４２−１，２４２）は、印刷又は転写により形成されていること、を特徴とする光制御シート（１４−１，１４−２，２４）である。
請求項１２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）、及び、光を出射する側とは反対側に配置された光源反射層（１２）とを備える光源部（１２，１３）と、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の光制御シート（１４−１，１４−２，２４）と、を備え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、前記光制御シートの入射側には、前記光制御シートよりも剛性の高い高剛性シートが一体又は密着して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１４の発明は、請求項１２又は請求項１３に記載の面光源装置において、前記光制御シート（１４−１）と同一又は異なる種類の第２の光制御シート（１４−２）がさらに重ねて配置されており、前記第２の光制御シートは、前記光制御シートによる光の制御方向に対して略直交する方向において光を制御するよう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１５の発明は、請求項１２から請求項１４までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記光制御シートよりも前記光源部側に光拡散効果を有した光拡散シートが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１６の発明は、請求項１２から請求項１５までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記光制御シート、前記高剛性シート、前記第２の光制御シート、前記光拡散シートの中の少なくともひとつには、光拡散作用を付与する光拡散粒子が添加されていること、を特徴とする面光源装置である。
本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）入射側の面積比率が３０％から５０％を占めるように形成され、入射側に入射する光を反射する反射部を備えるので、輝度ムラを解消し、均一で明るい照明を行える。
（２）反射部は、単位レンズの並ぶ間の谷部分からシートの法線方向に沿って入射側に下ろした垂線が通過する位置に形成されているので、不要な方向へ出射していた光を光源側に戻して再利用することができ、必要な方向に出射する光を増加できる。
（３）単位レンズは、長軸がシート面に対して直交する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であるので、光の収束効果を高めることができる。
（４）単位レンズの長半径は、短半径の１．５倍から３倍の長さであるので、光の利用効率を下げることなく、均一な照明を行うために最適な拡散シートとすることができる。
（５）反射部は、一定の幅を保ったまま単位レンズが延在する方向と一致する方向に延在したものが多数並べて形成されているので、反射部の形成を容易に行うことができるとともに、不要な方向へ出射していた光を光源側に戻して再利用することができ、必要な方向に出射する光を増加できる。
（６）１．５Ｗ／Ｄ≦ｔａｎ（ｓｉｎ−１（１／ｎ））≦３Ｗ／Ｄの関係を満足するので、透過光が単位レンズの中央部に偏ることによる収束性の悪化を起こさず、また、透過光が隣接する単位レンズに多く入射することによる収束性の悪化も起こさず、良好な収束性を発揮できる。
（７）単位レンズは、電離放射線硬化型の樹脂により形成されており、単位レンズの入射側にベース層が形成されているので、反射部を形成しやすい入射側の形状とすることができる。
（８）ベース層は、単位レンズの高さの１／２以下の厚さであるので、ベース層が単位レンズの収縮に合わせて容易に変形できる。
（９）ベース層は、単位レンズの並ぶ間の谷部分が突出するように波打っているので、反射部の形成を容易に行える。
（１０）反射部は、ベース層の突出した部分に形成されているので、反射部の形成を容易に行える。
（１１）反射部は、印刷又は転写により形成されているので、反射部の形成を簡単かつ確実に行える。
（１２）光源反射層を備えるので、光の再利用率を高めることができ、効率のよい面光源とできる。
（１３）光制御シートの入射側には、光制御シートよりも剛性の高い高剛性シートが一体又は密着して設けられているので、光制御シートの剛性が低くても、平面度の高い面光源とできる。
（１４）第２の光制御シートは、光制御シートによる光の制御方向に対して略直交する方向において光を制御するように配置されているので、直交する２方向において光を制御できる。また、光を無駄なく利用することができるので、得られる照明光の輝度も上昇させることができる。
（１５）光制御シートよりも光源部側に光拡散効果を有した光拡散シートが配置されているので、光源部に起因する輝度ムラを低減できる。
（１６）光制御シート、高剛性シート、第２の光制御シート、光拡散シートの中の少なくともひとつには、光拡散作用を付与する光拡散粒子が添加されているので、照度ムラ及び輝度ムラを低減し、また、モアレを低減できる。
（１）入射側の面積比率が３０％から５０％を占めるように形成され、入射側に入射する光を反射する反射部を備えるので、輝度ムラを解消し、均一で明るい照明を行える。
（２）反射部は、単位レンズの並ぶ間の谷部分からシートの法線方向に沿って入射側に下ろした垂線が通過する位置に形成されているので、不要な方向へ出射していた光を光源側に戻して再利用することができ、必要な方向に出射する光を増加できる。
（３）単位レンズは、長軸がシート面に対して直交する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であるので、光の収束効果を高めることができる。
（４）単位レンズの長半径は、短半径の１．５倍から３倍の長さであるので、光の利用効率を下げることなく、均一な照明を行うために最適な拡散シートとすることができる。
（５）反射部は、一定の幅を保ったまま単位レンズが延在する方向と一致する方向に延在したものが多数並べて形成されているので、反射部の形成を容易に行うことができるとともに、不要な方向へ出射していた光を光源側に戻して再利用することができ、必要な方向に出射する光を増加できる。
（６）１．５Ｗ／Ｄ≦ｔａｎ（ｓｉｎ−１（１／ｎ））≦３Ｗ／Ｄの関係を満足するので、透過光が単位レンズの中央部に偏ることによる収束性の悪化を起こさず、また、透過光が隣接する単位レンズに多く入射することによる収束性の悪化も起こさず、良好な収束性を発揮できる。
（７）単位レンズは、電離放射線硬化型の樹脂により形成されており、単位レンズの入射側にベース層が形成されているので、反射部を形成しやすい入射側の形状とすることができる。
（８）ベース層は、単位レンズの高さの１／２以下の厚さであるので、ベース層が単位レンズの収縮に合わせて容易に変形できる。
（９）ベース層は、単位レンズの並ぶ間の谷部分が突出するように波打っているので、反射部の形成を容易に行える。
（１０）反射部は、ベース層の突出した部分に形成されているので、反射部の形成を容易に行える。
（１１）反射部は、印刷又は転写により形成されているので、反射部の形成を簡単かつ確実に行える。
（１２）光源反射層を備えるので、光の再利用率を高めることができ、効率のよい面光源とできる。
（１３）光制御シートの入射側には、光制御シートよりも剛性の高い高剛性シートが一体又は密着して設けられているので、光制御シートの剛性が低くても、平面度の高い面光源とできる。
（１４）第２の光制御シートは、光制御シートによる光の制御方向に対して略直交する方向において光を制御するように配置されているので、直交する２方向において光を制御できる。また、光を無駄なく利用することができるので、得られる照明光の輝度も上昇させることができる。
（１５）光制御シートよりも光源部側に光拡散効果を有した光拡散シートが配置されているので、光源部に起因する輝度ムラを低減できる。
（１６）光制御シート、高剛性シート、第２の光制御シート、光拡散シートの中の少なくともひとつには、光拡散作用を付与する光拡散粒子が添加されているので、照度ムラ及び輝度ムラを低減し、また、モアレを低減できる。
本発明は、ムラのない均一な照明をするという目的を、光学シートの枚数を増加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。
実施例１における透過型表示装置１０は、ＬＣＤパネル１１と、反射板１２，発光管１３，レンチキュラーレンズシート１４−１，レンチキュラーレンズシート１４−２，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背面から照明して表示する透過型液晶表示装置である。なお、ＬＣＤパネル１１を背面から照明する面光源装置としては、反射板１２，発光管１３，レンチキュラーレンズシート１４−１，レンチキュラーレンズシート１４−２，反射型偏光性シート１５が該当している。
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。
実施例１における透過型表示装置１０は、ＬＣＤパネル１１と、反射板１２，発光管１３，レンチキュラーレンズシート１４−１，レンチキュラーレンズシート１４−２，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背面から照明して表示する透過型液晶表示装置である。なお、ＬＣＤパネル１１を背面から照明する面光源装置としては、反射板１２，発光管１３，レンチキュラーレンズシート１４−１，レンチキュラーレンズシート１４−２，反射型偏光性シート１５が該当している。
ＬＣＤパネル１１は、いわゆる透過型の液晶表示素子により形成されており、３０インチサイズ、８００×６００ドットの表示を行うことができる。
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のレンチキュラーレンズシート１４−１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レンチキュラーレンズシート１４−１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源反射層である。
反射型偏光性シート１５は、ＬＣＤパネル１１とレンチキュラーレンズシート１４−２との間に配置され、視野角を狭めることなく輝度を上昇させる偏光分離シートである。本実施例では、ＤＢＥＦ（住友スリーエム株式会社製）を使用している。
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のレンチキュラーレンズシート１４−１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レンチキュラーレンズシート１４−１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源反射層である。
反射型偏光性シート１５は、ＬＣＤパネル１１とレンチキュラーレンズシート１４−２との間に配置され、視野角を狭めることなく輝度を上昇させる偏光分離シートである。本実施例では、ＤＢＥＦ（住友スリーエム株式会社製）を使用している。
図２は、レンチキュラーレンズシート１４−１を示す斜視図である。図２（ａ）は、出射側が見える状態の斜視図であり、図２（ｂ）は、入射側が見える状態の斜視図である。
レンチキュラーレンズシート１４−１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光制御シートであり、出射側に光を収束して出射する単位レンズ１４１−１が形成されている。単位レンズ１４１−１は、連続する楕円筒の一部の形状となっており、レンチキュラーレンズシート１４−１の出射側表面は、この単位レンズ１４１−１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１４１−１の並ぶ方向は、スクリーンの垂直方向となっている（図１参照）。
レンチキュラーレンズシート１４−１の入射側には、反射部１４２−１が設けられている。
反射部１４２−１は、一定の幅（Ｗ：図３参照）を保ったまま単位レンズ１４１−１が延在する方向と一致する方向に延在したものが多数並べてストライプ状に形成されている。
本実施例のレンチキュラーレンズシート１４−１は、屈折率１．４９の透明なＰＭＭＡ（アクリル樹脂）を用いた押し出し成型により形成されている。なお、レンチキュラーレンズシート１４−１は、ＰＭＭＡに限らず、光透過性の有る他の熱可塑性樹脂を適宜選択して使用してもよいし、紫外線硬化樹脂を用いた紫外線成型と呼ばれる方法により作製してもよい。
レンチキュラーレンズシート１４−１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光制御シートであり、出射側に光を収束して出射する単位レンズ１４１−１が形成されている。単位レンズ１４１−１は、連続する楕円筒の一部の形状となっており、レンチキュラーレンズシート１４−１の出射側表面は、この単位レンズ１４１−１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１４１−１の並ぶ方向は、スクリーンの垂直方向となっている（図１参照）。
レンチキュラーレンズシート１４−１の入射側には、反射部１４２−１が設けられている。
反射部１４２−１は、一定の幅（Ｗ：図３参照）を保ったまま単位レンズ１４１−１が延在する方向と一致する方向に延在したものが多数並べてストライプ状に形成されている。
本実施例のレンチキュラーレンズシート１４−１は、屈折率１．４９の透明なＰＭＭＡ（アクリル樹脂）を用いた押し出し成型により形成されている。なお、レンチキュラーレンズシート１４−１は、ＰＭＭＡに限らず、光透過性の有る他の熱可塑性樹脂を適宜選択して使用してもよいし、紫外線硬化樹脂を用いた紫外線成型と呼ばれる方法により作製してもよい。
図３は、レンチキュラーレンズシート１４−１を図２中に矢印で示したＳ１−Ｓ２断面で切断した断面図である。
単位レンズ１４１−１は、図３に示した断面において、長半径が０．１５ｍｍ、短半径が０．０７ｍｍの楕円となっており、その長軸がレンチキュラーレンズシート１４−１のシート面（光収束シート１４−１全体としてみたときのシート面であって本実施例では、入射面に平行な面）に対して直交し、ピッチ０．１ｍｍとなるように配置されている。また、レンチキュラーレンズシート１４−１の厚さは、０．０８ｍｍである。
反射部１４２−１は、単位レンズ１４１−１の並ぶ間の谷部分Ｖからシートの法線方向に沿って入射側に下ろした垂線が通過する位置に幅Ｗ＝０．０４ｍｍで形成されている。また、隣り合う反射部１４２−１の間の光を透過する部分の幅は、０．０６ｍｍである。したがって、反射部１４２−１は、レンチキュラーレンズシート１４−１の入射側の面積の略４０％に形成されている。
単位レンズ１４１−１は、図３に示した断面において、長半径が０．１５ｍｍ、短半径が０．０７ｍｍの楕円となっており、その長軸がレンチキュラーレンズシート１４−１のシート面（光収束シート１４−１全体としてみたときのシート面であって本実施例では、入射面に平行な面）に対して直交し、ピッチ０．１ｍｍとなるように配置されている。また、レンチキュラーレンズシート１４−１の厚さは、０．０８ｍｍである。
反射部１４２−１は、単位レンズ１４１−１の並ぶ間の谷部分Ｖからシートの法線方向に沿って入射側に下ろした垂線が通過する位置に幅Ｗ＝０．０４ｍｍで形成されている。また、隣り合う反射部１４２−１の間の光を透過する部分の幅は、０．０６ｍｍである。したがって、反射部１４２−１は、レンチキュラーレンズシート１４−１の入射側の面積の略４０％に形成されている。
図４は、実施例１のレンチキュラーレンズシート１４−１に入射する光の進み方を説明する図である。
レンチキュラーレンズシート１４−１の単位レンズ１４１−１は、発光管１３の真上付近では、略垂直に入射する光を全反射して光源側に戻す作用を有しており（図４中の光線Ｅ０参照）、発光管１３の真上付近が明るくなることを抑えている。また、単位レンズ１４１−１の谷部分付近に到達する光線Ｃ０，Ｄ０のような光については、シート面に対する法線方向に近い角度で出射させる。これらの作用により、レンチキュラーレンズシート１４−１の単位レンズ１４１−１は、照明光を収束して出射している。
レンチキュラーレンズシート１４−１の単位レンズ１４１−１は、発光管１３の真上付近では、略垂直に入射する光を全反射して光源側に戻す作用を有しており（図４中の光線Ｅ０参照）、発光管１３の真上付近が明るくなることを抑えている。また、単位レンズ１４１−１の谷部分付近に到達する光線Ｃ０，Ｄ０のような光については、シート面に対する法線方向に近い角度で出射させる。これらの作用により、レンチキュラーレンズシート１４−１の単位レンズ１４１−１は、照明光を収束して出射している。
しかし、レンチキュラーレンズシートを面光源装置に使用した場合の光の進み方を検討した結果、単位レンズの谷部分付近に入射（例えば、図４中の光線Ａ０）して全反射した光がレンズ頂部から出射した場合に大きな出射角度となり収束性を低下させていた（図４中の光線Ａ２参照）。
また、楕円形状の断面形状を有した単位レンズの場合には、単位レンズの頂点周辺の傾斜の殆ど無い部分へ斜めからの光が入射した場合（例えば、図４中の光線Ｂ０）には十分な補正ができなかった（図４中の光線Ｂ２参照）。
また、楕円形状の断面形状を有した単位レンズの場合には、単位レンズの頂点周辺の傾斜の殆ど無い部分へ斜めからの光が入射した場合（例えば、図４中の光線Ｂ０）には十分な補正ができなかった（図４中の光線Ｂ２参照）。
そこで、本実施例では、このような不要な光が出射されてしまうことを防止するため、斜め方向からの光（入射角度の大きな光）が単位レンズ頂点付近の平坦な部分に到達したり、単位レンズの谷部分付近に入射して全反射したりしないように入光面側に反射部１４２−１を設けている。
ただし、反射部の幅Ｗが広くなりすぎると光制御シート１４−１の透過率が極端に低下し、光の利用効率が劣化してしまう。
また、単位レンズの谷部分Ｖと反射部１４２−１との距離Ｄが広すぎると、隣接する単位レンズへ反射部１４２−１を通らなかった光が到達してしまい、収束性が損なわれてしまう。
ただし、反射部の幅Ｗが広くなりすぎると光制御シート１４−１の透過率が極端に低下し、光の利用効率が劣化してしまう。
また、単位レンズの谷部分Ｖと反射部１４２−１との距離Ｄが広すぎると、隣接する単位レンズへ反射部１４２−１を通らなかった光が到達してしまい、収束性が損なわれてしまう。
よって、本発明では、単位レンズ１４１−１の反対側の光源側に単位レンズ１４１−１の谷部分に合わせて適宜距離Ｄと幅Ｗを設定して反射部１４２−１を設け、光の収束性をより向上させている。
具体的には、反射部１４２−１は、入射側の面積比率が３０％から５０％を占めるように形成することが、光の利用効率を低下させずに輝度ムラを解消するために望ましい。なお、反射部１４２−１の形成は、反射材を印刷することにより行った。
また、単位レンズ１４１−１を形成する材料の屈折率をｎとすると、
１．５Ｗ／Ｄ≦ｔａｎ（ｓｉｎ-1（１／ｎ））≦３Ｗ／Ｄ ・・・式（１）
を満足すると、単位レンズの略全体で光を収束させ、かつ、隣の単位レンズへ到達する光を少なくできる。
なお、上記式（１）において、距離Ｄは、反射部１４２−１の最も単位レンズ１４１−１に近い位置のレンズシート面と平行な面（本実施例では、光制御シート１４−１の入射面）から単位レンズの谷部分Ｖまでの距離である。
本実施例では、Ｗ＝０．０４ｍｍ，Ｄ＝０．０２ｍｍ，ｎ＝１．５０であるから、上記式（１）を満足している。
具体的には、反射部１４２−１は、入射側の面積比率が３０％から５０％を占めるように形成することが、光の利用効率を低下させずに輝度ムラを解消するために望ましい。なお、反射部１４２−１の形成は、反射材を印刷することにより行った。
また、単位レンズ１４１−１を形成する材料の屈折率をｎとすると、
１．５Ｗ／Ｄ≦ｔａｎ（ｓｉｎ-1（１／ｎ））≦３Ｗ／Ｄ ・・・式（１）
を満足すると、単位レンズの略全体で光を収束させ、かつ、隣の単位レンズへ到達する光を少なくできる。
なお、上記式（１）において、距離Ｄは、反射部１４２−１の最も単位レンズ１４１−１に近い位置のレンズシート面と平行な面（本実施例では、光制御シート１４−１の入射面）から単位レンズの谷部分Ｖまでの距離である。
本実施例では、Ｗ＝０．０４ｍｍ，Ｄ＝０．０２ｍｍ，ｎ＝１．５０であるから、上記式（１）を満足している。
図５は、本実施例のレンチキュラーレンズシート１４−１に入射角０度、４０度、８０度で入射する光線の進み方を計算したシミュレーション結果である。なお、図５では、反射部１４２−１に到達する光については示していない。
図６は、図５に示したシミュレーション結果から得られた出射光の角度分布を入射角度毎に示した図である。
反射部１４２−１を設けたことにより、レンチキュラーレンズシート１４−１から大きな出射角度で出射する光がなくなっていることが分かる。
図６は、図５に示したシミュレーション結果から得られた出射光の角度分布を入射角度毎に示した図である。
反射部１４２−１を設けたことにより、レンチキュラーレンズシート１４−１から大きな出射角度で出射する光がなくなっていることが分かる。
図１に戻って、レンチキュラーレンズシート１４−２は、出射面に形成された単位レンズ１４１−２の形状がレンチキュラーレンズシート１４−１と同一形状のシートであり、レンチキュラーレンズシート１４−１の単位レンズ１４１−１の並ぶ方向に対して単位レンズ１４１−２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。レンチキュラーレンズシート１４−２をレンチキュラーレンズシート１４−１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、水平方向の輝度ムラの低減効果を得ている。なお、本実施例では、レンチキュラーレンズシート１４−２としてレンチキュラーレンズシート１４−１と同一形状のシートを配置したが、これに限らず、レンチキュラーレンズシート１４−１とは形状、材質等が全く異なるシートを配置してもよい。
ここで、本実施例の効果を確認するため、比較例として出射側に頂角９０度のプリズム形状が多数並べて配置された輝度上昇フィルム（ＢＥＦ：住友スリーエム株式会社製）を２枚直交させて配置した面光源装置と比較した。
図７は、本実施例と比較例の輝度分布を示す図である。図７中において、曲線Ｆは、本実施例の面光源装置の輝度分布を示し、曲線Ｇは、比較例の輝度分布を示している。なお、図７中には、光制御シート１４１−１，１４１−２を省略した場合の輝度分布も曲線Ｈとして併せて示した。
本実施例の面光源装置では、拡散半値角が略３０度となり、高い収束性を有しながら、輝度ムラのない均一な照明光を出射している。
一方、比較例では、拡散半値角が略４０度であり、拡散角６０度以上の部分において輝度の不自然な上昇があり、輝度ムラが大きかった。
図７は、本実施例と比較例の輝度分布を示す図である。図７中において、曲線Ｆは、本実施例の面光源装置の輝度分布を示し、曲線Ｇは、比較例の輝度分布を示している。なお、図７中には、光制御シート１４１−１，１４１−２を省略した場合の輝度分布も曲線Ｈとして併せて示した。
本実施例の面光源装置では、拡散半値角が略３０度となり、高い収束性を有しながら、輝度ムラのない均一な照明光を出射している。
一方、比較例では、拡散半値角が略４０度であり、拡散角６０度以上の部分において輝度の不自然な上昇があり、輝度ムラが大きかった。
本実施例によれば、反射部１４２−１を設けたことにより、不要な方向へ出射していた光を光源側に戻して再利用することができ、必要な方向に出射する光を増加できる。したがって、輝度ムラのない照明を、光の利用効率が高い状態で実現でき、均一で明るい照明光を得られる。
図８は、実施例２のレンチキュラーレンズシート２４を示す断面図である。
実施例２は、実施例１のレンチキュラーレンズシート１４−１，１４−２それぞれに代えてレンチキュラーレンズシート２４を直交させて２枚用いた例であり、他の部分については、実施例１と同一形態をしている。
レンチキュラーレンズシート２４は、単位レンズ２４１，反射部２４２，ベース層２４３を有している。
単位レンズ２４１は、実施例１の単位レンズ１４１−１，１４１−２と同一形状をしているが、屈折率１．５の紫外線硬化樹脂により形成されている点のみが、実施例１と異なっている。
実施例２は、実施例１のレンチキュラーレンズシート１４−１，１４−２それぞれに代えてレンチキュラーレンズシート２４を直交させて２枚用いた例であり、他の部分については、実施例１と同一形態をしている。
レンチキュラーレンズシート２４は、単位レンズ２４１，反射部２４２，ベース層２４３を有している。
単位レンズ２４１は、実施例１の単位レンズ１４１−１，１４１−２と同一形状をしているが、屈折率１．５の紫外線硬化樹脂により形成されている点のみが、実施例１と異なっている。
ベース層２４３は、単位レンズ２４１を形成するときの基礎となる透明なフィルム状の部材により形成されており、本実施例では、厚さ０．０２ｍｍのＰＥＴ（poly ethylene terephthalate）により形成されている。単位レンズ２４１を形成するときには、このベース層２４３上に紫外線硬化樹脂を塗布して単位レンズ形状を形成した金型に押し当てて、紫外線を照射する。紫外線硬化樹脂は、紫外線を照射されることにより硬化するが、その際に僅かに収縮する。このときの収縮量は、樹脂の量が多い部分ほど多く、単位レンズ２４１の頂点に近い位置の収縮量の方が、単位レンズ２４１の間の谷部分に近い位置の収縮量よりも多い。したがって、ベース層２４３は、単位レンズ２４１の間の谷部分に近い位置が突出して波打つ形状となる。なお、レンチキュラーレンズシート２４の厚さ（単位レンズ２４１の頂点からベース層２４３の突出頂点までの距離）は、実施例１のレンチキュラーレンズシート１４−１，１４−２と同じ０．０８ｍｍとなっている。
反射部２４２は、ベース層２４３が光源側に突出した位置に幅Ｗ＝０．０４ｍｍで形成されている。また、隣り合う反射部２４２の間の光を透過する部分の幅は、０．０６ｍｍである。したがって、反射部２４２は、レンチキュラーレンズシート２４の入射側の面積の略４０％に形成されている。
反射部２４２の形成は、反射材を転写することにより形成するが、そのときに、反射部２４２を形成する部分が突出しているので、不要な位置に誤って転写されてしまうことが防止できる。したがって、反射部２４２の形成を容易に行える。
ベース層２４３を波打つ形状とするためには、ベース層２４３の厚さを、単位レンズ２４１の高さの１／２以下の厚さとすることが望ましい。
反射部２４２の形成は、反射材を転写することにより形成するが、そのときに、反射部２４２を形成する部分が突出しているので、不要な位置に誤って転写されてしまうことが防止できる。したがって、反射部２４２の形成を容易に行える。
ベース層２４３を波打つ形状とするためには、ベース層２４３の厚さを、単位レンズ２４１の高さの１／２以下の厚さとすることが望ましい。
図９は、レンチキュラーレンズシート２４の入射側の形状をより誇張して示した断面図である。
本実施例のように、入射側の形状が平面ではない場合には、シート面に対する法線方向において、単位レンズの谷部分Ｖとの距離が最も近くなる位置Ｐから単位レンズの谷部分Ｖまでの距離を、先に示した式（１）中の距離Ｄとして、式（１）を満たすようにするとよい。
本実施例によれば、レンチキュラーレンズシート２４の製造をより簡単に行うことができる。
本実施例のように、入射側の形状が平面ではない場合には、シート面に対する法線方向において、単位レンズの谷部分Ｖとの距離が最も近くなる位置Ｐから単位レンズの谷部分Ｖまでの距離を、先に示した式（１）中の距離Ｄとして、式（１）を満たすようにするとよい。
本実施例によれば、レンチキュラーレンズシート２４の製造をより簡単に行うことができる。
（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）各実施例において、レンチキュラーレンズシート１４−１，１４−２，２４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）シートを光制御シートとしてもよい。
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、レンチキュラーレンズシート１４−１，１４−２，２４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）シートを光制御シートとしてもよい。
（２）各実施例において、レンチキュラーレンズシート１４−１，１４−２，２４は、１種類の単位レンズが出射側に並べられている例を示したが、これに限らず、例えば、複数種類の単位レンズを組み合わせて出射側に配置してもよい。
（３）各実施例において、レンチキュラーレンズシート１４−１，１４−２，２４、反射型偏光性シート１５等を組み合わせて面光源装置とした例を示したが、これに限らず、例えば、反射型偏光性シート１５を省略してもよいし、これら以外の各種光学シートを追加して組み合わせて面光源装置を形成してもよい。
（４）各実施例において、レンチキュラーレンズシート１４−１，１４−２，２４は、十分な剛性を有していることから、これを支持する部材を別途設けていない例を示したが、これに限らず、例えば、光制御シートの剛性が不十分な場合、これらの光制御シートの入射側に、光制御シートよりも剛性の高い高剛性シートを一体又は密着して設けてもよい。
（５）各実施例において、レンチキュラーレンズシート１４−１，２４は、発光管１３の直近に配置されており、レンチキュラーレンズシート１４−１，２４と発光管１３との間には、その他の光学シートを配置していない例を示したが、これに限らず、例えば、レンチキュラーレンズシート１４−１，２４と発光管１３との間に光拡散効果を有した光拡散シートをさらに配置して、輝度ムラを解消する効果をより高くしてもよい。
（６）各実施例において、面光源装置に使用される各種光学シートの中の少なくともひとつに、光拡散作用を付与する光拡散粒子を添加して拡散特性を調節してもよい。
１０ 透過型表示装置
１１ ＬＣＤパネル
１２ 反射板
１３ 発光管
１４−１，１４−２，２４ レンチキュラーレンズシート
１５ 反射型偏光性シート
１４１−１，１４１−２，２４１ 単位レンズ
１４２−１，２４２ 反射部
２４３ ベース層
１１ ＬＣＤパネル
１２ 反射板
１３ 発光管
１４−１，１４−２，２４ レンチキュラーレンズシート
１５ 反射型偏光性シート
１４１−１，１４１−２，２４１ 単位レンズ
１４２−１，２４２ 反射部
２４３ ベース層
Claims (16)
- 出射側に多数並べて配置された１種類又は複数種類の凸状の単位レンズと、
入射側の面積比率が３０％から５０％を占めるように形成され、入射側に入射する光を反射する反射部と、
を備える光制御シート。 - 請求項１に記載の光制御シートにおいて、
前記反射部は、前記単位レンズの並ぶ間の谷部分からシートの法線方向に沿って入射側に下ろした垂線が通過する位置に形成されていること、
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、長軸がシート面に対して直交する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３までのいずれか１項に記載の光制御シートにおいて、
前記単位レンズの長半径は、短半径の１．５倍から３倍の長さであること、
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、長軸がシート面に対して直交する連続する楕円筒の一部であって、
前記反射部は、一定の幅を保ったまま前記単位レンズが延在する方向と一致する方向に延在したものが多数並べて形成されていること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項５に記載の光制御シートにおいて、
前記反射部の幅をＷとし、前記単位レンズの並ぶ間の谷部分から前記反射部までの距離をＤとし、前記単位レンズを形成する材料の屈折率をｎとしたときに、
１．５Ｗ／Ｄ≦ｔａｎ（ｓｉｎ-1（１／ｎ））≦３Ｗ／Ｄ
の関係を満足すること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の光制御シートにおいて、
前記単位レンズは、電離放射線硬化型の樹脂により形成されており、
前記単位レンズの入射側にベース層が形成されていること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項７に記載の光制御シートにおいて、
前記ベース層は、前記単位レンズの高さの１／２以下の厚さであること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項７又は請求項８に記載の光制御シートにおいて、
前記ベース層は、前記単位レンズの並ぶ間の谷部分が突出するように波打っていること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項９に記載の光制御シートにおいて、
前記反射部は、前記ベース層の突出した部分に形成されていること、
を特徴とする光制御シート。 - 請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の光制御シートにおいて、
前記反射部は、印刷又は転写により形成されていること、
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、及び、光を出射する側とは反対側に配置された光源反射層とを備える光源部と、
請求項１から請求項１１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１２に記載の面光源装置において、
前記光制御シートの入射側には、前記光制御シートよりも剛性の高い高剛性シートが一体又は密着して設けられていること、
を特徴とする面光源装置。 - 請求項１２又は請求項１３に記載の面光源装置において、
前記光制御シートと同一又は異なる種類の第２の光制御シートがさらに重ねて配置されており、
前記第２の光制御シートは、前記光制御シートによる光の制御方向に対して略直交する方向において光を制御するよう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から請求項１４までのいずれか１項に記載の面光源装置において、
前記光制御シートよりも前記光源部側に光拡散効果を有した光拡散シートが配置されていること、
を特徴とする面光源装置。 - 請求項１２から請求項１５までのいずれか１項に記載の面光源装置において、
前記光制御シート、前記高剛性シート、前記第２の光制御シート、前記光拡散シートの中の少なくともひとつには、光拡散作用を付与する光拡散粒子が添加されていること、
を特徴とする面光源装置。
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