JP2007114371A - 光制御シート、面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光を必要な範囲内に効率よく集光でき、製造が容易な光制御シート、面光源装置を提供する。
【解決手段】単位レンズ１４１の頂点と凸部１４２の中央とを、シート面に対する法線方向から見たときに重なる位置に配置する。また、凹部１４３には、反射層１４４を形成する。この反射層１４４は、拡散反射面として印刷により形成する。さらに、凹部１４３の深さは、５μｍ以上６０μｍ以下として、反射層１４４の形成を容易にする。
【選択図】図５

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。

このような光制御シートとしては、直角プリズムを複数並べたシートが知られている。
しかし、直角プリズムを並べたシートでは、不必要に大きな出射角度方向に出射してしまう光が多いという問題があった。
なお、以下の説明において、入射角度、出射角度とは、シート面（光制御シート全体としてみたときのシート面）に対する角度であって、シート面における法線と光の進む方向とが成す角度を示すものとする。
この不必要に大きな出射角度方向に出射してしまう光を防止するために、出射側にレンズを設け、入射側には、出射側のレンズに対応した遮光部を配置した例が、特許文献１〜３に記載されている。

しかし、入射側に設けられる遮光部は、出射側のレンズ位置に対応して正確に位置合わせする必要があり、その形成が困難であるという問題があった。
また、製造が困難であることから、遮光部の位置精度も悪く、必要な光を遮ってしまい、光の利用効率が悪くなる場合があった。
特開平８−９５０３８号公報 特開平１０−２４１４３４号公報 特開２０００−２８４２６８号公報

本発明の課題は、照明光を必要な範囲内に効率よく集光でき、製造が容易な光制御シート、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、直下型の面光源装置に設けられ、光源（１３）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された少なくとも１種類の単位レンズ（１４１）と、入射側に突出した凸部（１４２）と前記凸部に挟まれた領域である凹部（１４３）とが多数順番に並べられた凹凸形状と、を備え、前記単位レンズの頂点と前記凸部の中央とは、シート面に対する法線方向から見たときに重なる位置に配置されており、前記凹部には、反射層（１４４，１４４−２，１４４−３）が形成されていること、を特徴とする光制御シート（１４，１４−２，１４−３）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、前記反射層（１４４，１４４−２，１４４−３）は、光を拡散反射すること、を特徴とする光制御シート（１４，１４−２，１４−３）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、前記凹部（１４３）の前記凸部（１４２）からの深さは、５μｍ以上６０μｍ以下であること、を特徴とする光制御シートである。
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項に記載の光制御シートにおいて、前記単位レンズ（１４１）と前記凸部（１４２）及び前記凹部（１４３）は、一体で成型されていること、を特徴とする光制御シート（１４，１４−２，１４−３）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、前記凹部は、入射側よりも出射側の幅が狭くなっていること、を特徴とする光制御シート（１４−２，１４−３）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、前記凸部（１４２）には、撥水層が形成されていること、を特徴とする光制御シート（１４，１４−２，１４−３）である。
請求項７の発明は、透過型表示部（１１）を背面から照明する面光源装置であって、複数の光源（１３）を並べた光源部（１２，１３）と、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の光制御シート（１４，１４−２，１４−３）と、を備え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）単位レンズの頂点と凸部の中央とは、シート面に対する法線方向から見たときに重なる位置に配置されており、凹部には、反射層が形成されているので、照明光を必要な範囲内に効率よく集光でき、かつ、容易に製造できる。

（２）反射層は、光を拡散反射するので、光の利用効率が高く、また、オーバーコート等が必要なく、生産性を高めることができる。

（３）凹部の凸部からの深さは、５μｍ以上６０μｍ以下であるので、反射層の形成を容易に行うことができる。また、反射層の厚さを容易に厚くできることから、高い反射率の反射層を容易に形成できる。

（４）単位レンズと凸部及び凹部は、一体で成型されているので、生産性がよく、また、耐環境性を高くできる。

（５）凹部は、入射側よりも出射側の幅が狭くなっているので、反射層に近い位置で凸部に入射する光であっても、反射層に当たることなく出射させることができ、光をより効率よく集光できる。

（６）凸部には、撥水層が形成されているので、スキージング等を行わなくとも、凹部のみに反射層を容易に形成できる。

本発明は、照明光を必要な範囲内に効率よく集光でき、製造が容易な光制御シート及び面光源装置にするという目的を、入射側の形状を凹凸形状とし、凹部に反射層を設けることにより実現した。

図１は、本発明による面光源装置を含む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（Liquid Crystal Display）パネル１１，反射板１２，発光管１３，光制御シート１４，乳白板１６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，光制御シート１４，乳白板１６が該当している。

ＬＣＤパネル１１は、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。ＬＣＤパネル１１は、発光管１３の長手方向に沿った方向が、水平方向として使用され、発光管１３が並ぶ方向が、垂直方向として使用される。
発光管１３は、面光源装置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。
乳白板１６は、無指向性の光拡散特性を有した拡散板であり、光制御シート１４の光源側に配置されている。

図２は、光制御シート１４を示す斜視図である。
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とともに必要な出射角度範囲内に出射光を集光するレンズシートであり、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の形状となっており、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（Polymethyl Methacrylate：アクリル樹脂）を用いた押し出し成型により一体成型されている。
光制御シート１４の成型に押し出し法を用いて両面の賦型を同時に行うことにより、生産性をよくできる。また、光制御シート１４の入射側と出射側とが同じ材料により形成されているので、吸水率や線膨張係数が等しくなる。よって、温度及び湿度の変化があったとしても、入射側と出射側が略同様な挙動をして、片面のみに大きな変形や反り等が発生することがなく、耐環境性を高めることができる。
なお、光制御シート１４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。また、光制御シート１４は、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、光制御シート１４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。なお、図３は、図中の上方が出射側となっている。
単位レンズ１４１は、図３に示した断面において、長半径が４００μｍ、短半径が２００μｍの楕円筒の一部形状がピッチ３００μｍで並べられており、その長軸が光制御シート１４のシート面に対して直交している。
光制御シート１４の入射側には、凸部１４２，凹部１４３，反射層１４４が設けられている。
凸部１４２は、その中心がシート面に対する法線方向から見たときに単位レンズ１４１の頂点と重なる位置に幅１５０μｍで配置されている。
凹部１４３は、凸部１４２に挟まれた部分に凸部１４２からの深さＤ＝５０μｍとなるように設けられており、その幅は、１５０μｍである。
また、光制御シート１４の厚さは、３００μｍである。

ここで、凹部１４３の凸部１４２からの深さＤは、５μｍ≦Ｄ≦６０μｍの範囲であることが望ましい。深さＤの下限値（５μｍ）は、後述の反射層１４４を形成することができる限界値から決められた値である。また、深さＤの上限値（６０μｍ）は、凸部１４２の入射面から入射した必要な光を遮ってしまい、視野角を狭くすること、及び、インキの乾燥が悪くなり、生産性が悪くなることを鑑みて決められた値である。

反射層１４４は、凹部１４３内に形成されており、照明光を拡散反射する拡散反射面となっている。本実施例の反射層１４４は、顔料として酸化チタンを使用した白色インキを凹部１４３内にのみ残し、凸部１４２の表面に残さないようにして形成されている。上記白インキを使用すると、反射しない光は、拡散透過するので光の利用効率を高くできる。
この反射層１４４を白色インキ等の拡散反射面とせずに、アルミニウムや銀等を用いた反射面としてしまうと、幾分かの光は吸収してしまい、光の利用効率がよくない。また、これらの金属を使用すると、酸化によって黒化や反射率低下の現象が起こることがあり、これを防ぐためオーバーコート層等を設ける必要があり、コストアップに繋がってしまう。よって、この反射層１４４は、白色インキ等の拡散反射面とすることが望ましい。

反射層１４４の形成時に、白色インキを凹部１４３内にのみ残し、凸部１４２の表面に残さないようにするには、光制御シート１４の入射側全面に白色インキを塗布した後、スキージング（ワイピング）を行うとよい。
図４は、反射層１４４の形成方法の他の例を示す図である。
図４に示した反射層１４４の形成方法は、スキージングを行わない方法である。まず、反射層１４４を形成する前の光制御シート１４の形状のみのシートを成型する（図４（ａ））。次に、凸部１４２のシート面に平行な面（最も突出した面）にのみ、インクをはじく撥水層１４５を印刷により設ける。この撥水層１４５の形成（塗り分け）は、凸部１４２が突出していることから簡単に行える（図４（ｂ））。最後に、シートの入射側全面を反射層用のインキに浸し、そのまま引き上げることにより、撥水層１４５の形成された部分はインキが乗らず、凹部１４３にのみインキが残る。撥水性を発現するには、フッ素樹脂系のインキを使うとよい。
なお、撥水層１４５として必要な撥水特性としては、水の接触角度６０度以上の撥水性を示すことが望ましい。ここで、水の接触角度の評価方法は、ＪＩＳ Ｒ３２５７の基板ガラス表面のぬれ性試験方法に記載の静滴法により行った。

このように、スキージングを行ったり、撥水層１４５を設けたりすることにより、反射層１４４の形成を容易に行える。また、凹部１４３の深さに応じて反射層１４４の厚さを調整できるので、簡単に反射層１４４の厚さを厚くでき、反射層１４４の反射率を簡単に高くできる。反射層の反射率は、その層厚に依存し、反射層１４４を印刷により形成する場合に、高い反射率を確保するためには、数回〜数十回の印刷を繰返す必要があり、現実的ではない。しかし、本実施例のように、凹部１４３内に反射層１４４を形成することにより、簡単に高い反射率を確保できる。

図５は、光制御シート１４に入射する光の進み方を説明する図である。
光線Ａ及び光線Ｂのように、凸部１４２に入射する光は、小さな出射角度（シート面に対する法線方向に近い方向）で出射する。
また、光線Ｃのように反射層１４４に到達する光は、反射層１４４により反射されて光源側に戻されて再利用される。
なお、光線Ｄのように凸部１４２に入射した後、反射層１４４の側面に当たる光は、不必要な方向へ反射されてしまうおそれがある。この現象は、反射層１４４の厚さを厚くすると発生する。この光線Ｄのような光により悪影響がある場合には、凹部の幅寸法を、入射側の幅よりも出射側の幅が狭くなるようにするとよい。
図６は、入射側の幅よりも出射側の幅を狭くした凹部を持つ光制御シートの例を示す図である。
図６（ａ）に示す例は、断面形状が楕円筒を略半分にした形状となっている凹部に反射層１４４−２が形成されている光制御シート１４−２である。
図６（ｂ）に示す例は、断面形状が略台形形状となっている凹部に反射層１４４−３が形成されている光制御シート１４−３である。
図６に示すように、凹部の幅寸法を、入射側の幅よりも出射側の幅が狭くなるようにすることにより、反射層１４４−２，反射層１４４−３の間近で斜めに入射する光線Ｅ，光線Ｆのような光線であっても、反射層１４４−２，反射層１４４−３の側面に当たることなく出射できる。

（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、線光源を並列に並べた面光源装置を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、点光源を用いる面光源装置であってもよい。

（２）本実施例において、光制御シートは、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、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）本実施例において、光制御シートを上下方向で光の制御を行うことができるように１枚配置した例を示したが、これに限らず、例えば、上下方向で光の制御を行う光制御シートと同様な光制御シートを左右方向の制御を行うことができるようにもう１枚さらに配置してもよい。

本発明による面光源装置を含む透過型表示装置の実施例１を示す図である。 光制御シート１４を示す斜視図である。 光制御シート１４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。 反射層１４４の形成方法の他の例を示す図である。 光制御シート１４に入射する光の進み方を説明する図である。 入射側の幅よりも出射側の幅を狭くした凹部を持つ光制御シートの例を示す図である。

符号の説明

１０ 透過型表示装置
１１ ＬＣＤパネル
１２ 反射板
１３ 発光管
１４ 光制御シート
１４１ 単位レンズ
１４２ 凸部
１４３ 凹部
１４４ 反射層
１６ 乳白板

Claims (7)

1. 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された少なくとも１種類の単位レンズと、
   入射側に突出した凸部と前記凸部に挟まれた領域である凹部とが多数順番に並べられた凹凸形状と、
   を備え、
   前記単位レンズの頂点と前記凸部の中央とは、シート面に対する法線方向から見たときに重なる位置に配置されており、
   前記凹部には、反射層が形成されていること、
   を特徴とする光制御シート。
2. 請求項１に記載の光制御シートにおいて、
   前記反射層は、光を拡散反射すること、
   を特徴とする光制御シート。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光制御シートにおいて、
   前記凹部の前記凸部からの深さは、５μｍ以上６０μｍ以下であること、
   を特徴とする光制御シート。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光制御シートにおいて、
   前記単位レンズと前記凸部及び前記凹部は、一体で成型されていること、
   を特徴とする光制御シート。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光制御シートにおいて、
   前記凹部は、入射側よりも出射側の幅が狭くなっていること、
   を特徴とする光制御シート。
6. 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、
   前記凸部には、撥水層が形成されていること、
   を特徴とする光制御シート。
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、
   複数の光源を並べた光源部と、
   請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の光制御シートと、
   を備える面光源装置。
   

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