JP2007294411A - Direct backlight device and optic lens sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直下型バックライト装置及び光学レンズシートに関し、さらに詳しくは、液晶テレビに代表される液晶表示装置に用いられる直下型バックライト装置及び光学レンズシートに関する。 The present invention relates to a direct-type backlight device and an optical lens sheet, and more particularly to a direct-type backlight device and an optical lens sheet used in a liquid crystal display device typified by a liquid crystal television.
液晶テレビに代表される液晶表示装置は、液晶パネルを照明するためのバックライト装置を備える。バックライト装置には、サイドライト型と直下型とがあるが、照明面積が大きい大型の液晶表示装置には、高輝度化が可能な直下型バックライト装置が使用される。 A liquid crystal display device typified by a liquid crystal television includes a backlight device for illuminating a liquid crystal panel. There are a sidelight type and a direct type backlight device, but a large type liquid crystal display device having a large illumination area uses a direct type backlight device capable of increasing the brightness.
図25に示すように、従来の直下型バックライト装置100は、ハウジング101と、ハウジング101の内面に敷設された反射フィルム105と、ハウジング101の背面と平行に、開口部102に嵌め込まれた拡散板103と、反射フィルム105と拡散板103との間に、拡散板103と平行に並設された複数の線光源104と、拡散板103上に敷設され、視野角度を制御する光学レンズシート106とを備える。
As shown in FIG. 25, the conventional direct
拡散板103は、硫酸バリウムや酸化チタン等の粒子を含有し、不透明である。拡散板103は、線光源104及び反射フィルム105からの光線を拡散して透過することにより、拡散板103を使用しない場合と比較して、直下型バックライト装置100の正面の輝度分布を均一にする。しかしながら、拡散板103を使用した場合、拡散板内部に入射された光線が、拡散板内部の粒子により反射屈折を繰り返すため、透過光量が減少する。そのため、直下型バックライト装置100の照明効率は低下する。
The
照明効率の低減を防止しつつ、輝度分布を均一にするために、特開平10−283818号公報(特許文献1)、特開2004−006256号公報(特許文献2)で開示された直下型バックライト装置は、横断面が三角形である複数のプリズムレンズが並設されたプリズムシートや、凸面が円筒面である複数のシリンドリカルレンズが並設されたレンチキュラレンズシートを、従来の拡散板103の代替として使用している。プリズムシートやレンチキュラレンズシートは、拡散板103と比較して、入射された光線が反射屈折を繰り返す回数が少ないため、透過光量の減少を防止でき、照明効率を向上できる。
In order to make the luminance distribution uniform while preventing a reduction in illumination efficiency, a direct type back disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-283818 (Patent Document 1) and 2004-006256 (Patent Document 2) is disclosed. The light device replaces the
しかしながら、プリズムシートは、輝度分布の均一化に限界がある。レンチキュラレンズシートも、プリズムシートよりも輝度分布を均一にできるものの、輝度ムラが発生する。特に、互いに並設された線光源(冷陰極管)間の中間地点(図25中のPに相当)における輝度比は、他の位置の輝度比と比較して小さくなる。
本発明の目的は、互いに並設された線光源間の中間地点における輝度比を向上し、均一な輝度分布を得ることができる直下型バックライト装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a direct type backlight device capable of improving a luminance ratio at an intermediate point between line light sources arranged in parallel to each other and obtaining a uniform luminance distribution.
本発明による直下型バックライト装置は、複数の線光源と、光学レンズシートとを備える。複数の線光源は、互いに並設される。光学レンズシートは、基材部と、複数のシリンドリカルレンズとを含む。基材部は、複数の線光源と所定距離離れて配設される。複数のシリンドリカルレンズは、基材部上に形成され、複数の線光源の並設方向と同じ方向に並設される。シリンドリカルレンズの横断面形状は、多角形であり、横断面形状において、互いに隣接する辺の各々がシリンドリカルレンズのレンズエッジ同士を結ぶ仮想線分となす傾斜角の差は、レンズ中央からレンズエッジに向かって徐々に小さくなる。互いに並設された2つの線光源の間隔は2Lであり、線光源の中心軸から光学レンズシートの下面までの高さはHである。横断面形状のうち、レンズエッジを含む辺の傾斜角θ1は、式(1)を満たす。
1.6×arctan(L/H)>θ1>1.2×arctan(L/H) (1)
ここで、基材部は、たとえばシート状やフィルム状である。また、基材部は板状であってもよい。
A direct type backlight device according to the present invention includes a plurality of line light sources and an optical lens sheet. The plurality of line light sources are arranged side by side. The optical lens sheet includes a base material portion and a plurality of cylindrical lenses. The base material portion is disposed at a predetermined distance from the plurality of line light sources. The plurality of cylindrical lenses are formed on the base portion and are arranged in the same direction as the arrangement direction of the plurality of line light sources. The cross-sectional shape of the cylindrical lens is a polygon, and in the cross-sectional shape, the difference in the inclination angle that each of the sides adjacent to each other forms a virtual line segment connecting the lens edges of the cylindrical lens is from the lens center to the lens edge. It gets smaller gradually. The distance between the two line light sources arranged in parallel with each other is 2L, and the height from the central axis of the line light source to the lower surface of the optical lens sheet is H. Of the cross-sectional shape, the inclination angle θ1 of the side including the lens edge satisfies Expression (1).
1.6 × arctan (L / H)>θ1> 1.2 × arctan (L / H) (1)
Here, the base material portion is, for example, a sheet shape or a film shape. The base material portion may be plate-shaped.
本発明による直下型バックライト装置では、光学レンズシートを構成するシリンドリカルレンズの傾斜角θ1が式(1)を満たす。このため、傾斜角θ1を有するレンズエッジ近傍の表面は、光学レンズシートの下面のうち、互いに並設された線光源間の中間地点に相当する位置に入射される光線を、正面に出射できる。さらに、凸面(レンズ表面)の横断形状における各辺のうち、互いに隣接する辺の各々がレンズエッジ同士を結ぶ仮想線分となす傾斜角の差は、レンズ中央からレンズエッジに向かって徐々に小さくなる。つまり、中間地点に入射される光線を正面に出射する役割を果たすレンズエッジ近傍では、傾斜角がそれほど変化しない。そのため、凸面のうち、中間地点に入射された光線を正面に出射できる領域が、従来のレンチキュラレンズシートよりも大きくなる。その結果、中間地点に入射された光を正面に出射できる割合が多くなり、中間地点の輝度比を大きくすることができ、輝度分布が均一になる。 In the direct type backlight device according to the present invention, the inclination angle θ1 of the cylindrical lens constituting the optical lens sheet satisfies the formula (1). For this reason, the surface near the lens edge having the inclination angle θ1 can emit light incident on the lower surface of the optical lens sheet to the front surface at a position corresponding to an intermediate point between the line light sources arranged in parallel with each other. Further, among the sides in the transverse shape of the convex surface (lens surface), the difference in the inclination angle between the sides adjacent to each other and the virtual line segment connecting the lens edges gradually decreases from the lens center toward the lens edge. Become. That is, the inclination angle does not change so much in the vicinity of the lens edge that plays a role of emitting light incident on the intermediate point to the front. Therefore, the area | region which can radiate | emit the light ray incident on the intermediate point to the front among convex surfaces becomes larger than the conventional lenticular lens sheet. As a result, the rate at which light incident on the intermediate point can be emitted to the front increases, the luminance ratio at the intermediate point can be increased, and the luminance distribution becomes uniform.
本発明による直下型バックライト装置は、複数の線光源と、光学レンズシートとを備える。複数の線光源は、互いに並設される。光学レンズシートは、基材部と、複数のシリンドリカルレンズとを含む。基材部は、線光源と所定距離離れて配設される。複数のシリンドリカルレンズは、基材部上に形成され、複数の線光源の並設方向と同じ方向に並設される。シリンドリカルレンズの凸面の横断形状は曲線であり、曲線の曲率は、レンズ中央からからレンズエッジに向かって徐々に小さくなる。互いに並設された2つの線光源の間隔は2Lであり、線光源の中心軸から光学レンズシートの下面までの高さはHである。シリンドリカルレンズのレンズエッジにおいて、シリンドリカルレンズの平面と凸面とがなす角度θ1は、式(1)を満たす。
1.6×arctan(L/H)>θ1>1.2×arctan(L/H) (1)
本発明による直下型バックライト装置は、上記の直下型バックライト装置と同様の効果を奏する。すなわち、光学レンズシートにおいて、角度θ1が式(1)を満たす。そのため、レンズエッジ近傍の凸面は、光学レンズシートの下面のうち、互いに並設された線光源間の中間地点に入射される光線を、正面に出射できる。さらに、凸面の横断形状は、レンズ中央からレンズエッジに向かってその曲率が徐々に小さくなる。そのため、中間地点に入射される光線を正面に出射できる領域は、従来のレンチキュラレンズシートよりも大きくなる。その結果、中間地点に入射された光を正面に出射できる割合が多くなり、中間地点の輝度比を大きくすることができ、輝度分布が均一になる。
A direct type backlight device according to the present invention includes a plurality of line light sources and an optical lens sheet. The plurality of line light sources are arranged side by side. The optical lens sheet includes a base material portion and a plurality of cylindrical lenses. The base material portion is disposed at a predetermined distance from the line light source. The plurality of cylindrical lenses are formed on the base portion and are arranged in the same direction as the arrangement direction of the plurality of line light sources. The convex shape of the cylindrical lens has a curved cross-section, and the curvature of the curve gradually decreases from the center of the lens toward the lens edge. The distance between the two line light sources arranged in parallel with each other is 2L, and the height from the central axis of the line light source to the lower surface of the optical lens sheet is H. At the lens edge of the cylindrical lens, an angle θ1 formed by the plane and the convex surface of the cylindrical lens satisfies Expression (1).
1.6 × arctan (L / H)>θ1> 1.2 × arctan (L / H) (1)
The direct type backlight device according to the present invention has the same effects as the direct type backlight device described above. That is, in the optical lens sheet, the angle θ1 satisfies the formula (1). Therefore, the convex surface in the vicinity of the lens edge can emit light incident on an intermediate point between the line light sources arranged in parallel to each other on the lower surface of the optical lens sheet. Furthermore, the curvature of the convex transverse shape gradually decreases from the center of the lens toward the lens edge. Therefore, the region where the light beam incident on the intermediate point can be emitted to the front is larger than that of the conventional lenticular lens sheet. As a result, the rate at which light incident on the intermediate point can be emitted to the front increases, the luminance ratio at the intermediate point can be increased, and the luminance distribution becomes uniform.
本発明による光学レンズシートは、上述の直下型バックライト装置に使用される。好ましくは、基材部は光透過性を有し、板状である。 The optical lens sheet according to the present invention is used in the above-described direct type backlight device. Preferably, the base material portion is light-transmissive and has a plate shape.
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[直下型バックライト装置の構成]
図1及び図2を参照して、液晶表示装置50は、直下型バックライト装置10と、直下型バックライト装置10の正面に敷設される液晶パネル20とを備える。
[Configuration of direct type backlight device]
With reference to FIGS. 1 and 2, the liquid
直下型バックライト装置10は、線光源である複数の冷陰極管1と、反射フィルム2と、従来の拡散板の代替として輝度分布を均一化する機能を有する光学レンズシート3と、ハウジング4とを備える。図2には図示されていないが、直下型バックライト装置10にはさらに、輝度向上及び視野角制御を目的として、光学レンズシート3上に、レンチキュラレンズシートや、マイクロレンズアレイ、プリズムシート等の従来の光学レンズシートが敷設される。
The direct
ハウジング4は、正面に開口部6を有する筐体であり、内部に冷陰極管1を収納する。ハウジング4の内面には、反射フィルム2が敷設される。反射フィルム2は、冷陰極管1から出射された光を乱反射させ、開口部6に導く。
The
複数の冷陰極管1は、ハウジング4の背面手前に上下方向(図中y方向)に並設される。冷陰極管1は左右方向(図中x方向)に伸びた線光源であり、たとえば蛍光管である。
The plurality of cold cathode
光学レンズシート3は、開口部6に嵌め込まれ、冷陰極管1と所定距離離れて配設される。光学レンズシート3は、冷陰極管1の並設方向と同じ方向に並設された複数のシリンドリカルレンズ31を備える。光学レンズシート3は、冷陰極管1からの光を直下型バックライト正面に出射し、正面輝度を向上する。光学レンズシート3はさらに、直下型バックライト正面の輝度分布を均一化する。
The
図3を参照して、光学レンズシート3は、基材部32と、基材部32上に形成される複数のシリンドリカルレンズ31とを含む。基材部32は、光透過性を有する。基材部32は、シート状であってもよく、フィルム状であってもよい。また、板状であってもよい。シリンドリカルレンズ31の凸面(表面)310の横断面形状は、多角形である。凸面310の横断形状における各辺S1〜S5のうち、互いに隣接する2つの辺の傾斜角の差は、レンズ中央LCからからレンズエッジLEに向かって徐々に小さくなる。具体的には、各辺S1〜S5の傾斜角θ1〜θ5は、以下の式(A)を満足する。
θ4−θ5>θ3−θ4>θ2−θ3>θ1−θ2 (A)
ここで、傾斜角θは、各辺Sと、レンズエッジLE同士を結ぶ仮想線分PLとがなす角度である。換言すれば、シリンドリカルレンズの平面(つまり、基材部32の表面)320と、凸面310のうち、各辺Sを含む表面とがなす角度である。たとえば、傾斜角θ1は、平面320と、辺S1を含む表面とがなす角度であり、傾斜角θ2は、平面320と、辺S2を含む表面とがなす角度である。
With reference to FIG. 3, the
θ4-θ5>θ3-θ4>θ2-θ3> θ1-θ2 (A)
Here, the inclination angle θ is an angle formed between each side S and a virtual line segment PL connecting the lens edges LE. In other words, it is an angle formed by the plane of the cylindrical lens (that is, the surface of the base material portion 32) 320 and the surface including the sides S of the
図3ではレンズエッジLEからレンズ中央LCまでの辺を5つ(S1〜S5)としたが、辺の数はこれに限られない。レンズエッジLEからレンズ中央LCまでの辺の数がn(S1〜Sn:nは自然数)である場合、各辺Snの傾斜角θnは以下の式(B)を満たす。
θ(n−1)−θn>θ(n−2)−θ(n−1) (B)
要するに、シリンドリカルレンズ31において、レンズ中央LC近傍の傾斜角θはレンズエッジLEに向かうにつれ大きく変化するが、レンズエッジLE近傍の辺(たとえば、図3中のS1、S2)では傾斜角θnがそれほど変化しない。
In FIG. 3, the number of sides from the lens edge LE to the lens center LC is five (S1 to S5), but the number of sides is not limited to this. When the number of sides from the lens edge LE to the lens center LC is n (S1 to Sn: n is a natural number), the inclination angle θn of each side Sn satisfies the following formula (B).
θ (n−1) −θn> θ (n−2) −θ (n−1) (B)
In short, in the
さらに、レンズエッジLEを含む辺S1の傾斜角θ1は、以下の式(1)を満たす。
1.6×arctan(L/H)>θ1>1.2×arctan(L/H) (1)
ここで、Lは、図2に示すとおり、互いに並設される2つの冷陰極管1の間隔の半分の距離である。Hは、図2に示すとおり、冷陰極管1の中心軸Cから光学レンズシート3の底面までの高さである。
Furthermore, the inclination angle θ1 of the side S1 including the lens edge LE satisfies the following expression (1).
1.6 × arctan (L / H)>θ1> 1.2 × arctan (L / H) (1)
Here, as shown in FIG. 2, L is a distance that is half the distance between the two cold-
以上の横断面形状を有するシリンドリカルレンズ31を備えた光学レンズシート3は、従来のレンチキュラレンズシートよりも、均一な輝度分布を得ることができる。より具体的には、凸面310の横断形状における各辺Snのうち、互いに隣接する2つの辺Sn、Sn−1の傾斜角θn、θ(n−1)の差を、レンズ中央LCからからレンズエッジLEに向かって徐々に小さくし、かつ、レンズエッジLEを含む辺S1の傾斜角θ1が式(1)を満たすことにより、光学レンズシート3は、冷陰極管1間の中間地点Pでの輝度比を従来よりも向上できる。その結果、直下型バックライト装置10は、均一な輝度分布を得ることができる。
The
以下、本実施の形態による直下型バックライト装置の作用について、拡散板及び光学レンズシートを使用しないバックライト装置、プリズムシートを使用したバックライト装置及びレンチキュラレンズシートを使用したバックライト装置での輝度分布と比較しながら、説明する。 Hereinafter, with respect to the operation of the direct type backlight device according to the present embodiment, the brightness in the backlight device that does not use the diffusion plate and the optical lens sheet, the backlight device that uses the prism sheet, and the backlight device that uses the lenticular lens sheet This will be explained while comparing with the distribution.
[光学レンズシートを使用しない直下型バックライト装置の輝度分布]
図4に示すように、開口部6に、拡散板及び拡散板の代替としての光学レンズシートを使用しない直下型バックライト装置200の正面輝度分布は、図5のとおりである。図5の横軸は、直下型バックライト装置200の正面下辺を原点(0)としたときのy方向の距離を示し、図5の横軸の符号は、図4に付した同じ符号に対応する。図5の縦軸は、輝度比である。輝度比とは、測定した輝度のうち、最大輝度に対する各地点での輝度の比率である。
図5を参照して、直下型バックライト装置200の輝度分布は不均一である。輝度比は、冷陰極管1が配置された地点(LS1〜LS6)で最大となり、冷陰極管1間の中間地点(P1〜P5)で最小となる。輝度比の最大値と最小値との差は80%以上であり、輝度ムラが発生している。
[Brightness distribution of direct type backlight device without using optical lens sheet]
As shown in FIG. 4, the front luminance distribution of the direct
Referring to FIG. 5, the luminance distribution of direct
[プリズムシートを使用した直下型バックライト装置の輝度分布]
図6に示すプリズムシート12を、図7に示すように、ハウジング4の開口部6に嵌め込んだ直下型バックライト装置13の輝度分布を図8に示す。図8を参照して、直下型バックライト装置13では、地点LS1〜LS6で輝度比が最小となり、中間地点P1〜P5と地点LS1〜LS6との間の地点(たとえば、地点LS1と中間地点P1との間の地点)で輝度比が最大となる。このような輝度分布は、プリズムシート12上のプリズムレンズの形状に起因する。以下、この点について説明する。
図9を参照して、地点LSの冷陰極管1からプリズムシート12の下面に入射角θaで入射される光線7a、入射角θbで入射される光線7b、入射角θcで入射される光線7c、入射角0°で入射される光線7dの各々の軌跡を検討する。各入射角は、θa>θb>θcの関係を有する。
[Brightness distribution of direct type backlight device using prism sheet]
FIG. 8 shows the luminance distribution of the direct
Referring to FIG. 9, a
まず、中間地点P(P1〜P5)に入射される光線7aの軌跡について検討する。図10に示すように、入射角θaで入射された光線7aはプリズムシート12の下面で屈折し、プリズムシート内を進み、プリズム表面12a又は12bに入射される。表面12aに入射された光線7aは、法線N0からθa1°ずれた方向に屈折して出射される。また、表面12bに入射された光線7bは、入射角が臨界角を超えるため全反射する。全反射した光線7aは表面12aに入射され、法線N0に対して広角度で外部に出射される。
First, the trajectory of the
要するに、中間地点Pに入射された光線7aは、正面方向(法線N0)からずれた方向に出射される。したがって、中間地点Pの輝度比は低くなる。
In short, the
同様に、図11を参照して、地点Rでは、プリズムシート12の下面に入射角θcで入射された光線7cが、正面方向からずれた方向に出射される。したがって、地点Rの輝度比も小さくなる。
Similarly, with reference to FIG. 11, at point R, a
また、図12を参照して、冷陰極管1の配設位置に相当する地点LS(LS1〜LS6)では、プリズムシート12の下面に入射角0°で入射された光線7dが、プリズム表面12a及び12bで全反射する。つまり、この場合、光線7dは、プリズム表面12a及び12bを透過しない。したがって、地点LSの輝度比は最小となる。
Referring to FIG. 12, at a point LS (LS1 to LS6) corresponding to the position where the cold
一方、図13を参照して、地点Qでは、プリズムシート12に入射された光線7bのうち、表面12aに入射された光線が、法線N0と平行に出射される。プリズムレンズでは、レンズエッジLEからレンズ中央LCまで、表面12aは同じ傾斜角である。そのため、表面12aに入射された光線7bは、全て法線N0と平行に出射される。その結果、地点Qの輝度比が最大となる。
On the other hand, with reference to FIG. 13, at the point Q, among the
以上のように、プリズムシート12では、地点Qで光線7bが法線N0方向に出射されるものの、他の中間地点P、地点LS、地点Rでは、光線7a、7c、7dが法線N0方向に出射されない。要するに、プリズムの表面(12a、12b)は、その傾斜角が一定であるため、特定の入射角の光線のみ、正面に出射し、その他の光線を正面に出射できない。そのため、図8に示すように輝度のピークが顕著に現れ、輝度分布が不均一となる。
As described above, in the
[レンチキュラレンズシートを使用したバックライト装置の輝度分布]
図7に示す直下型バックライト装置13に、プリズムシート12の代わりに、図14に示すように、凸面の横断面形状が円弧である複数のシリンドリカルレンズ141を備えたレンチキュラレンズシート14を嵌め込んだ直下型バックライト装置の輝度分布を図15に示す。
[Brightness distribution of backlight device using lenticular lens sheet]
In place of the
図15を参照して、レンチキュラレンズシート14を使用した場合、プリズムシート12と比較して、輝度分布は均一になる。しかしながら、中間地点P1〜P5での輝度比は、地点LS1〜LS6の輝度比よりも20%程度低く、依然として輝度ムラが生じている。この輝度ムラは、以下の原理により発生しているものと推定される。
Referring to FIG. 15, when the
図16を参照して、シリンドリカルレンズ141の凸面142の横断形状は、曲率が一定の円弧である。レンチキュラレンズシート14の下面144に入射角θaで入射された光線7aが、シリンドリカルレンズ141の凸面142上の地点S100に入射されたとき、光線7aは、法線N0と平行に外部に出射される。このとき、地点S100を含む境界面BP100と平面143とがなす角度(ここでは傾斜角という)をθ100とする。要するに、光線7aは、傾斜角θ100をなす境界面BP100で正面に出射される。
Referring to FIG. 16, the transverse shape of
以上のとおり、レンチキュラレンズシート14でも、中間地点Pに入射される光線7aを正面に出射できる。しかしながら、凸面142のうち、光線7aを正面に出射できる領域が少ない。凸面142の横断形状は曲率が一定の円弧であるため、円弧上の任意の地点Sを含む境界面BPの傾斜角θは、レンズエッジLEからレンズ中央LCに向かって、急速に小さくなる。つまり、レンズエッジLE近傍においても、傾斜角θの変動が大きい。その結果、図16に示すとおり、地点S100からレンズ中央LC方向に若干ずれた地点S101に光線7aが入射されたとき、傾斜角θ101は傾斜角θ100よりも小さくなる。そのため、光線7aは法線N0から所定の角度ずれて出射される。
As described above, the
要するに、光線7aは、地点S100及びその近傍の領域でのみ正面に出射され、それ以外の領域に入射されれば、正面に出射されない。その結果、中間地点Pでの輝度比が小さくなる。
なお、中間地点Pでの輝度比は、冷陰極管1の間隔2Lが大きいほど、又は高さHが低いほど、小さくなる。要するに、光線7aの入射角θaが大きくなるほど、中間地点Pでの輝度比は小さくなり、輝度ムラが顕著になる。
In short, the
The luminance ratio at the intermediate point P decreases as the
[本発明の光学レンズシートを使用したバックライト装置の輝度分布]
本実施の形態による光学レンズシート3を備えた直下型バックライト装置10は、上記レンチキュラレンズシート14の欠点を改善したものである。
図3で示したとおり、シリンドリカルレンズ31の凸面310の横断形状において、レンズエッジLEを含む辺S1の傾斜角θ1は、以下の式(1)を満たす。
1.6×arctan(L/H)>θ1>1.2×arctan(L/H) (1)
傾斜角θ1が式(1)を満たすため、中間地点Pに入射された光線7aを正面に出射できる。以下、この点について説明する。
[Luminance Distribution of Backlight Device Using Optical Lens Sheet of the Present Invention]
The direct
As shown in FIG. 3, in the transverse shape of the
1.6 × arctan (L / H)>θ1> 1.2 × arctan (L / H) (1)
Since the inclination angle θ1 satisfies the expression (1), the
図17を参照して、光学レンズシート3の下面に入射角θaで入射された光線7aは、屈折角α2で光学レンズシート3内に出射される。光学レンズシート3内を進んだ光線7aは、凸面310の横断形状における辺S1に入射角α3で入射され、屈折角α4で外部に出射される。
Referring to FIG. 17, a
光学レンズシート3の屈折率をnsとしたとき、スネルの法則より以下の式(2)及び(3)の関係が成り立つ。
sinθa=ns×sinα2 (2)
ns×sinα3=sinα4 (3)
When the refractive index of the
sin θa = ns × sin α2 (2)
ns × sin α3 = sin α4 (3)
ここで、光線7aを正面に出射するには、以下の式(4)を満たす必要がある。
α2+α3=α4=θ1 (4)
一般的な光学レンズシートの屈折率nsは1.45〜1.65であるため、式(2)〜式(4)より、傾斜角θ1が以下の式(5)を満たせば、光線7aは正面に出射される。
1.6×θa>θ1>1.2×θa (5)
Here, in order to emit the
α2 + α3 = α4 = θ1 (4)
Since the refractive index ns of a general optical lens sheet is 1.45 to 1.65, if the inclination angle θ1 satisfies the following expression (5) from the expressions (2) to (4), the
1.6 × θa>θ1> 1.2 × θa (5)
ここで、光線7aは、中間地点Pに入射される光線であるため、角度θaは式(6)で示される。
θa=arctan(L/H) (6)
Here, since the
θa = arctan (L / H) (6)
式(5)及び(6)より、傾斜角θ1が式(1)を満たせば、光線7aを正面に出射できる。なお、傾斜角θ1が式(1)の範囲外となれば、光線7aが正面からずれた角度で出射されるため、中間地点Pでの輝度比が低下する。具体的には、地点LSの輝度比と中間地点Pの輝度比との差が10%を超える。
From Expressions (5) and (6), if the tilt angle θ1 satisfies Expression (1), the
さらに、図3に示すとおり、凸面310の横断形状における各辺Snのうち、互いに隣接する2つの辺の傾斜角の差は、レンズ中央LCからレンズエッジLEに向かって徐々に小さくなる。つまり、光線7aをコリメートする役割を果たすレンズエッジLE近傍の辺(たとえば、S1、S2)では傾斜角θnがそれほど変化しない。これにより、凸面310のうち、光線7aを正面に出射できる領域が、レンチキュラレンズシート14のシリンドリカルレンズ141よりも大きくなる。その結果、光線7aを正面に出射できる割合がレンチキュラレンズシート14よりも多くなる。
以上の作用を踏まえて、直下型バックライト10における光線7a〜7dの軌跡を検討する。
Furthermore, as shown in FIG. 3, the difference between the inclination angles of two sides adjacent to each other among the sides Sn in the transverse shape of the
Based on the above actions, the trajectories of the
図18〜図21は、シリンドリカルレンズ31の横断面形状が8角形の場合の光線7a〜7dの軌跡を示す模式図である。なお、これらの図では、一例として、シリンドリカルレンズ31の横断面形状を8角形としたが、横断面形状を8角形と異なる他の多角形とした場合でも、同様の結果が得られる。
図18を参照して、光学レンズシート3に入射された光線7aのうち、傾斜角θ1の辺S1に相当する表面に入射された光線が、正面に出射される。つまり、光線7aの一部が正面に出射される。図19を参照して、光学レンズシート3に入射された光線7bのうち、辺S2に相当する表面に入射された光線が、正面に出射される。したがって、光線7bの一部が正面にコリメートされる。同様に、図20及び図21を参照して、光線7cのうち辺S3に相当する表面に入射された光線が正面に出射され、光線7dのうち辺S4に相当する表面に入射された光線が正面に出射される。
18 to 21 are schematic diagrams showing the trajectories of the
Referring to FIG. 18, among the
以上より、光学レンズシート3を使用した場合、各光線7a〜7dの一部がそれぞれ正面に出射される。光学レンズシート3への入射角が大きい光線ほど、正面に出射しにくいが、光学レンズシート3のシリンドリカルレンズ31では、光線7aを正面に出射できる傾斜角θ1をレンズエッジLEに有し、かつ、レンズエッジLE近傍の辺では傾斜角がそれほど変化しないように設定されている。これにより、正面に出射できる光線7aの割合を増加させることができ、中間地点Pの輝度比を、他の地点の輝度比と同程度になるまで高めることができる。
As described above, when the
直下型バックライト装置10の輝度分布を図22に示す。図22は、光学レンズシート3の一例として、レンズエッジLEからレンズ中央LCまでの凸面310の横断形状のうち、レンズ頂点LCからレンズエッジLEまでの部分が4つの辺(S1〜S4)で構成されたシリンドリカルレンズ31を備えたものを使用した場合の輝度分布である。なお、輝度分布の調査に用いた光学レンズシートのシリンドリカルレンズにおいて、辺S1の傾斜角θ1は60°、辺S2の傾斜角θ2は50°、辺S3の傾斜各θ3は30°、辺S4の傾斜角θ4は5°であり、式(B)を満たした。また、線光源間距離2Lは36mmであり、高さHは18mmであったため、式(1)を満たした。
図22を参照して、レンチキュラレンズシート14を用いた直下型バックライト装置と比較して、輝度分布がより均一化されており、輝度比の最大値と最小値との差が10%未満となっている。
The luminance distribution of the direct
Referring to FIG. 22, the luminance distribution is more uniform than the direct type backlight device using the
[光学レンズシートの他の形態]
図23に図3に示す光学レンズシート3と異なる他の構成の光学レンズシート40を示す。図23を参照して、光学レンズシート40は、基材部42と、基材部42上に形成される複数のシリンドリカルレンズ41とを含む。基材部42は、光透過性を有する。基材部42は、シート状であってもよく、フィルム状であってもよい。また、板状であってもよい。複数のシリンドリカルレンズ41は、冷陰極管1の並設方向と同じ方向に並設される。
[Other forms of optical lens sheet]
FIG. 23 shows an
シリンドリカルレンズ41の凸面410の横断形状は弓状の曲線である。以下の式(7)で定義される曲率CUは、レンズ中央LCからレンズエッジLEに向かって徐々に小さくなる。
CU=1/Rc (7)
ここで、Rcは凸面410の横断形状である曲線上の任意の点Aにおける曲率半径である。
The transverse shape of the
CU = 1 / Rc (7)
Here, Rc is the radius of curvature at an arbitrary point A on the curve which is the transverse shape of the
このことは、以下の事項と同義である。図24を参照して、レンズエッジLEとレンズ中央LCとの間の曲線410aを、シリンドリカルレンズ41の平面411の横断形状(つまり直線)411aと平行な方向に等分割する。各分点A1〜Anにおける凸面と、平面411と平行な面とがなす角度をθ1〜θnとしたとき、角度θ1〜θnは、上述の式(B)を満たす。要するに、図3の凸面310の横断形状における辺Snの数を無限大とした場合、図23に示す凸面410となる。
This is synonymous with the following matters. Referring to FIG. 24, a
さらに、上述の角度θ1、つまり、レンズエッジLEにおける凸面410と平面411とがなす角度は、式(1)を満たす。
Furthermore, the angle θ1 described above, that is, the angle formed by the
以上の構成により、光学レンズシート40は、光学レンズシート3と同じ効果を奏する。すなわち、中間地点Pに入射される光線7aを正面に出射できる角度θ1を有し、かつ、凸面410では、レンズ中央LCからレンズエッジLEに向かって曲率が徐々に小さくなる。換言すれば、レンズエッジLE近傍の角度θnの変化はそれほど大きくなく、レンズ中央LCに向かうにつれ、角度θnの変化も大きくなる。このため、レンチキュラレンズシートと比較して、光線7aを正面に出射できる領域を大きくすることができ、中間地点Pの輝度比を、他の地点の輝度比と同程度になるまで高めることができる。
With the above configuration, the
[製造方法]
図3に示す光学レンズシート3の製造方法について説明する。
初めに、光学レンズシート3を用いる直下型バックライト装置10に並設される冷陰極管1の間隔2Lと、冷陰極管1の中心軸Cから光学レンズシート3の下面までの高さHを決定する。
[Production method]
A method for manufacturing the
First, the
間隔2L及び高さHを決定した後、決定された間隔2L、高さH及び式(1)に基づいて、傾斜角θ1を決定する。
After determining the
傾斜角θ1を決定した後、決定された傾斜角θ1に基づいて、シリンドリカルレンズ31の凸面310の横断形状において、互いに隣接する2つの辺Sn、Sn−1の傾斜角θn、θ(n−1)の差が、レンズ中央LCからレンズエッジLEに向かって徐々に小さくなるように、シリンドリカルレンズ31のレンズ形状を決定する。
After determining the inclination angle θ1, based on the determined inclination angle θ1, in the transverse shape of the
レンズ形状を決定後、シリンドリカルレンズ31の横断面形状と同じ横断面形状の溝を有するロール版を作製する。作製されたロール版を用いて、複数のシリンドリカルレンズ31を備えた光学レンズシート3を製造する。
After determining the lens shape, a roll plate having a groove having the same cross-sectional shape as that of the
上述の製造方法では、ロール版を用いて製造するとしたが、レンズ形状を決定した後、ロール版を用いず、他の方法により光学レンズシート3を製造してもよい。たとえば、板状の光学レンズシート3を製造する場合、シリンドリカルレンズ31に対応する複数の溝を有する平版(平らな金型)を用いてもよい。この場合、平版の溝を熱可塑性樹脂や電離放射線硬化樹脂等で満たし、その上に基材部32となる基板を敷設する。熱可塑性樹脂又は電離放射線硬化樹脂が硬化してシリンドリカルレンズ31になり、光学レンズシート3が製造される。なお、電離放射線硬化樹脂とは、紫外線や電子線等の電離放射線により硬化する樹脂である。
In the manufacturing method described above, the roll plate is used for manufacturing, but after determining the lens shape, the
図23に示した光学レンズシート40も、光学レンズシート3と同様の方法により製造できる。すなわち、間隔2L及び高さHを決定し、決定された間隔2L、高さH及び式(1)に角度θ1を決定する。角度θ1を決定後、シリンドリカルレンズ41の凸面410の横断形状(曲線)の曲率が、レンズ中央LCからレンズエッジLEに向かって徐々に小さくなるように、シリンドリカルレンズ41のレンズ形状を決定する。
The
以上の製造方法により、上述の光学レンズシート3及び40を製造できる。
The above-described
なお、一般的に、中間地点Pに入射される光線7aの入射角θaが15°〜50°となるように、間隔2L及び高さHが設定されるが、本実施の形態による光学レンズシートでは、入射角θaが上述の範囲を超えるものであっても、上述の効果を得ることができる。
In general, the
冷陰極管1の間隔2Lは、好ましくは、10μm〜500μmである。10μm未満の場合、シリンドリカルレンズの形成が困難となり、500μmを超えれば、輝度分布の均一化の効果が低減する。ただし、上記範囲外であっても、本発明の効果をある程度得ることができる。
The
本実施の形態では、図1及び図2において、複数の冷陰極管1は、ハウジング4の背面手前に上下方向(図1中y方向)に並設されるとしたが、冷陰極管1を左右方向(図1中x方向)に並設してもよい。
また、本実施の形態における光学レンズシート3上のシリンドリカルレンズ31は、そのレンズエッジLEが隣接する他のシリンドリカルレンズ13のレンズエッジLEと接していてもよいし、レンズエッジLE同士が接触せず、所定の間隔を有していても良い。光学レンズシート40についても同様である。
In the present embodiment, in FIG. 1 and FIG. 2, the plurality of
Further, the
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。 While the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.
1 冷陰極管
3、40 光学レンズシート
10 バックライト装置
31、41 シリンドリカルレンズ
32、42 基材部
310 表面
320 平面
410 凸面
410a 曲線
411 平面
LE レンズエッジ
LC レンズ中央
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記複数の線光源と所定距離離れて配設される基材部と、前記基材部上に形成され前記複数の線光源の並設方向に並設された複数のシリンドリカルレンズとを含む光学レンズシートとを備え、
前記シリンドリカルレンズの横断面形状は多角形であり、前記横断面形状において、互いに隣接する辺の各々が前記シリンドリカルレンズのレンズエッジ同士を結ぶ仮想線分となす傾斜角の差は、レンズ中央からレンズエッジに向かって徐々に小さくなり、
前記互いに並設された2つの線光源の間隔は2Lであり、前記線光源の中心軸から前記光学レンズシートの下面までの高さはHであり、
前記横断面形状のうち、レンズエッジを含む辺の傾斜角θ1は、式(1)を満たすことを特徴とする直下型バックライト装置。
1.6×arctan(L/H)>θ1>1.2×arctan(L/H) (1) A plurality of line light sources arranged in parallel with each other;
An optical lens comprising: a base part disposed at a predetermined distance from the plurality of line light sources; and a plurality of cylindrical lenses formed on the base part and arranged in parallel in the direction in which the plurality of line light sources are arranged. With seats,
The cylindrical lens has a polygonal cross-sectional shape, and in the cross-sectional shape, a difference in inclination angle between each of adjacent sides and a virtual line segment connecting the lens edges of the cylindrical lens is determined from the lens center. Gradually getting smaller towards the edge,
The interval between the two line light sources arranged in parallel with each other is 2L, and the height from the central axis of the line light source to the lower surface of the optical lens sheet is H,
The direct-type backlight device characterized in that, among the cross-sectional shapes, the inclination angle θ1 of the side including the lens edge satisfies the formula (1).
1.6 × arctan (L / H)>θ1> 1.2 × arctan (L / H) (1)
前記複数の線光源と所定距離離れて配設される基材部と、前記基材部上に形成され前記複数の線光源の並設方向に並設された複数のシリンドリカルレンズとを含む光学レンズシートとを備え、
前記シリンドリカルレンズの凸面の横断形状は曲線であり、前記曲線の曲率は、レンズ中央からレンズエッジに向かって徐々に小さくなり、
前記互いに並設された2つの線光源の間隔は2Lであり、前記線光源の中心軸から前記光学レンズシートの下面までの高さはHであり、
前記シリンドリカルレンズのレンズエッジにおいて、前記シリンドリカルレンズの平面と前記凸面とがなす角度θ1は、式(1)を満たすことを特徴とする直下型バックライト装置。
1.6×arctan(L/H)>θ1>1.2×arctan(L/H) (1) A plurality of line light sources arranged in parallel with each other;
An optical lens comprising: a base part disposed at a predetermined distance from the plurality of line light sources; and a plurality of cylindrical lenses formed on the base part and arranged in parallel in the direction in which the plurality of line light sources are arranged. With seats,
The cylindrical lens has a convex cross-sectional shape that is a curve, and the curvature of the curve gradually decreases from the center of the lens toward the lens edge.
The interval between the two line light sources arranged in parallel with each other is 2L, and the height from the central axis of the line light source to the lower surface of the optical lens sheet is H,
The direct-type backlight device characterized in that, at the lens edge of the cylindrical lens, an angle θ1 formed by the plane of the cylindrical lens and the convex surface satisfies Expression (1).
1.6 × arctan (L / H)>θ1> 1.2 × arctan (L / H) (1)
前記基材部は、光透過性を有し、板状であることを特徴とする直下型バックライト装置。 The direct type backlight device according to claim 1 or 2,
The direct-type backlight device according to claim 1, wherein the base material portion is light-transmissive and has a plate shape.
前記複数の線光源と所定距離離れて配設される基材部と、
前記基材部上に形成され、前記複数の線光源の並設方向と同じ方向に並設された複数のシリンドリカルレンズとを備え、
前記シリンドリカルレンズの横断面形状は、多角形であり、前記横断面形状において、互いに隣接する辺の各々が前記シリンドリカルレンズのレンズエッジ同士を結ぶ仮想線分となす傾斜角の差は、レンズ中央からレンズエッジに向かって徐々に小さくなり、
前記互いに並設された2つの線光源の間隔は2Lであり、前記線光源の中心軸から前記光学レンズシートの下面までの高さはHであり、
前記横断面形状のうち、レンズエッジを含む辺の傾斜角θ1は、式(1)を満たすことを特徴とする光学レンズシート。
1.6×arctan(L/H)>θ1>1.2×arctan(L/H) (1) An optical lens sheet used in a direct type backlight device having a plurality of line light sources arranged in parallel with each other,
A base material portion disposed at a predetermined distance from the plurality of line light sources;
A plurality of cylindrical lenses formed on the base material portion and arranged in the same direction as the arrangement direction of the plurality of line light sources;
A cross-sectional shape of the cylindrical lens is a polygon, and in the cross-sectional shape, a difference in inclination angle between each of adjacent sides and a virtual line segment connecting the lens edges of the cylindrical lens is from the center of the lens. It becomes gradually smaller toward the lens edge,
The interval between the two line light sources arranged in parallel with each other is 2L, and the height from the central axis of the line light source to the lower surface of the optical lens sheet is H,
Of the cross-sectional shape, the inclination angle θ1 of the side including the lens edge satisfies the formula (1).
1.6 × arctan (L / H)>θ1> 1.2 × arctan (L / H) (1)
前記複数の線光源と所定距離離れて配設される基材部と、
前記基材部上に形成され前記複数の線光源の並設方向と同じ方向に並設された複数のシリンドリカルレンズとを備え、
前記シリンドリカルレンズの凸面の横断形状は曲線であり、前記曲線の曲率は、レンズ中央からレンズエッジに向かって徐々に小さくなり、
前記互いに並設された2つの線光源の間隔は2Lであり、前記線光源の中心軸から前記光学レンズシートの下面までの高さはHであり、
前記シリンドリカルレンズのレンズエッジにおいて、前記シリンドリカルレンズの平面と前記凸面とがなす角度θ1は、式(1)を満たすことを特徴とする光学レンズシート。
1.6×arctan(L/H)>θ1>1.2×arctan(L/H) (1) An optical lens sheet used in a direct type backlight device having a plurality of line light sources arranged in parallel with each other,
A base material portion disposed at a predetermined distance from the plurality of line light sources;
A plurality of cylindrical lenses formed on the base portion and arranged in the same direction as the parallel direction of the plurality of line light sources,
The cylindrical lens has a convex cross-sectional shape that is a curve, and the curvature of the curve gradually decreases from the center of the lens toward the lens edge.
The interval between the two line light sources arranged in parallel with each other is 2L, and the height from the central axis of the line light source to the lower surface of the optical lens sheet is H,
An optical lens sheet, wherein an angle θ1 formed by a plane of the cylindrical lens and the convex surface at the lens edge of the cylindrical lens satisfies the formula (1).
1.6 × arctan (L / H)>θ1> 1.2 × arctan (L / H) (1)
前記基材部は、光透過性を有し、板状であることを特徴とする光学レンズシート。 The optical lens sheet according to claim 4 or 5, wherein
The said base-material part has a light transmittance, and is a plate shape, The optical lens sheet characterized by the above-mentioned.
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