JP2008146886A - 面発光装置及びこれを備えた表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】輝度むら低減することのできる面発光装置及びこれを備えた表示装置を提供する。
【解決手段】面発光装置1は、反射板12上に、複数の光源11、光源像分割シート10、拡散シート13をこの順に備える。光源像分割シート10は、その表面に互いに底角の異なる2種類の断面台形状の突起10a,10bを有し、これらが交互に繰り返し配置されている。光源11から射出した光束は光源像分割シート10にて複数に分割され、複数の光源像14を出現させる。これら光源像14どうしの間隔diが5mm以下となっていることにより、輝度の均一性を確保することができる。
【選択図】図1
【解決手段】面発光装置1は、反射板12上に、複数の光源11、光源像分割シート10、拡散シート13をこの順に備える。光源像分割シート10は、その表面に互いに底角の異なる2種類の断面台形状の突起10a,10bを有し、これらが交互に繰り返し配置されている。光源11から射出した光束は光源像分割シート10にて複数に分割され、複数の光源像14を出現させる。これら光源像14どうしの間隔diが5mm以下となっていることにより、輝度の均一性を確保することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、表示装置における直下型バックライトとして好適な面発光装置及びこれを備えた表示装置に関する。
従来、ワードプロセッサやラップトップ型のパーソナルコンピュータ等の表示装置 として、薄型で見やすいバックライト(面発光装置)を備えた液晶表示装置が用いられている。このような液晶表示装置用のバックライトとしては、軽量化・薄型化の要請から、透明板体(導光板)の側端部に蛍光管のような線状光源を配置し、この導光板の上に光拡散性のシート等を介して液晶表示パネルを設置したエッジライト形式のバックライトが主流となっていた。
しかし、近時の表示装置の大型化に伴い、上述のエッジライト形式のバックライトでは輝度が不十分となることが多いことから、液晶パネルの直下に光源と光拡散性シートを配置した形式の直下型バックライトが用いられるようになっている。
図12は従来の直下型バックライト装置の概略構成を示す斜視図である。このバックライト装置は、蛍光管などの線状の光源101と、光源101の下方に設けられた反射板102と、光源101の上方に設けられた光拡散性を有する拡散板103とを有している。このような構成において、拡散板103はバックライト装置の出光面を形成している。
このようなバックライト装置においては、光源101から射出した光束は拡散板103により拡散されたのち、拡散板103の上方から出射する。ところが、このバックライト装置から出射した光束の輝度は、光源101の直上位置で高く、光源101同士の中間部の上方位置では低くなる。このため、光源の位置によって、発光輝度に差が生じてしまい、輝度むら発生の原因となっていた。
そこで、図13に示すように、光源101と拡散板103との間に、プリズムシート100を設けることによって、輝度分布を均一化する手法が知られている(特許文献1〜3参照)。プリズムシート100は、その表面に断面が三角形状の複数の線状突起(プリズム)100aを有しており、これらの線状突起100aが等間隔で連続的に設けられている。このプリズムシート100の突起により、光源101から照射された光束が分割され、輝度分布が均一化される。
ここで、図14に、光源101からプリズムシート100に照射される光の光路を模式的に示す。光源101からプリズムシート100のほぼ法線方向(光源101から近距離にある位置)に対して入射する光L1は、プリズムシート100の線状突起100aの傾斜面(プリズム面)で全反射し、光源101側に戻されてリサイクルされる。また、プリズムシート100にある角度をもって入射する光L2,L3は、線状突起100aで正面方向(法線方向)に立ち上げられて出射し、それぞれ光源イメージI1、I2を出現させる。更に、光L2,L3が入射した位置よりも光源101から離れた位置で、プリズムシート100に入射する光L4は、プリズムシート100の下面で反射されて光源101側に戻される。従って、断面三角形状のプリズムを等間隔に配列したプリズムシート100を用いることにより、1つの光源101から照射される光束が2つに分割されることとなる。
しかしながら、上記のように、光源から射出した光束を漫然と分割するというだけでは、仮に分割数を3つ、4つと増やしたとしても、例えば、光源どうしの間隔や光源とプリズムシートとの間隔によっては、輝度の均一性を確保できず、大きな輝度むらが生じるという問題があった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、輝度むらを低減することのできる面発光装置及びこれを備えた表示装置を提供することにある。
本発明による面発光装置は、複数の光源と、複数の突起を有すると共に、一つの光源から射出した光束を分割して複数の光源像を出現させる光源像分割シートとを備え、光源像どうしの間隔がそれぞれ5mm以下となっている。
本発明による表示装置は、画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、表示パネルの表示面とは反対側に配置され、表示パネルに光を照射する面発光装置とを備え、面発光装置は、複数の光源と、複数の突起を有すると共に、一つの光源から射出した光束を分割して複数の光源像を出現させる光源像分割シートとを有し、光源像どうしの間隔がそれぞれ5mm以下となっている。
ただし、本発明において、「光源像」とは、光源像分割シートから出射する光の輝度分布において、輝度のピークを示す光束を表すものとし、「光源像どうしの間隔」とは、輝度分布において隣り合うピーク(頂点)どうしの面内方向における間隔をいうものとする。
本発明による面発光装置および表示装置では、一つの光源から射出された光束が分割されることにより出現する複数の光源像どうしの間隔がそれぞれ5mm以下となっている。これにより、面発光装置の照射輝度の均一性が確保される。
本発明による面発光装置および表示装置によれば、複数の光源と、複数の突起を有すると共に、一つの光源から射出した光束を分割して複数の光源像を出現させる光源像分割シートとを備え、光源像どうしの間隔がそれぞれ5mm以下となるようにしたので、面発光装置の照射輝度が均一になり、輝度むらを低減することができる。
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。
図1および図2は、本発明の一実施の形態に係る面発光装置(以下、単に面発光装置1とする。)の概略構成を表す斜視図および断面図である。面発光装置1は、反射板12上に、複数の光源11と、光源11から照射された光束を分割して複数の光源像14を出現させる光源像分割シート10と、拡散シート13とがこの順に設けられたものであり、特に、光源像14どうしの間隔が5mm以下となるものである。この面発光装置1は、例えば液晶表示装置の直下型バックライト装置として好適に用いられ、この場合、拡散シート13の上方に液晶表示パネルが配置される。液晶表示パネルとしては、例えば、液晶層を封止した一対の駆動基板と対向基板とから構成され、面発光装置1から照射された光が、画像データに基づき、透過・変調されることにより様々な表示が行われる。
光源11は、光源像分割シート10側に光を照射するものであり、例えば、蛍光管等の線状の光源により構成されている。蛍光管としては、例えば、冷陰極管や熱陰極管等を用いることができる。この光源11は、輝度むらを低減させるために、反射板12の面内方向において、互いにその延在方向が平行となるように等間隔で配置されていることが好ましい。複数の光源11どうしの間隔は、特に限定されない。一般的に、このような線状の光源は、20mm程度の間隔で配置されることが多いが、本実施の形態では、例えば20mm以上と広い間隔で配置することも可能である。なお、蛍光管のような線状光源に限られず、線状に配列されたLED(Light Emitting Diode)や有機EL(EL;Electro Luminescence)素子のような複数の点状光源であっても構わない。
反射板12は、光源11より放出される光等を反射させる機能を有しており、光を効率的に利用するために設けられるものである。反射板12は、例えば、アルミニウム(Al)、発泡PET(ポリエチレンテレフタレート)およびポリカーボネート等により構成され、具体的には、反射シートE60L(きもと(株)製:商品名)及びクリスタルホワイト(日本スカイアルミ(株)製:商品名)等が用いられる。
拡散シート13は、透光性を有すると共に、光源像14を拡散させる機能を有している。拡散シート13は、板状の比較的厚みの大きいものから、フィルム状の比較的厚みの小さいものまでを広く含む概念であり、これらが単独で用いられてもよいし、複数枚組み合わされて用いられてもよい。拡散シート13は、例えばアクリルやポリカーボネート等により構成され、具体的には、DR−60C(日東樹脂(株)製:商品名)及びNB01(三菱レイヨン(株)製:商品名)等が用いられる。拡散シート13の厚みは、必要とされる拡散性や構成材料によって決定されるものであるが、本実施の形態では、0.3mm以下のものであっても、好適に用いることができる。
光源像分割シート10は、透光性を有する樹脂材料、例えば、ポリカーボネートやPMMA(ポリメチルメタクリレート)、ポリスチレン系の熱可塑性樹脂により構成されている。この光源像分割シート10の表面には、突起、例えば、多角柱等の線状突起(プリズム)が複数設けられている。これらの突起の形状および配置は、図2に示したように、光源11どうしの間隔Wや光源11と光源像分割シート10との間隔H等に基づいて、複数の光源像14を5mm以下の間隔で出現させるように設計されている。例えば、光源11どうしの間隔Wが比較的大きい場合には、互いに異なる形状を有する突起どうしが、周期的な配置で設けられていることが好ましい。一方、光源11どうしの間隔Wが比較的小さい場合には、同一種類の突起を連続的に配置するようにしてもよい。
例えば、2種類の断面台形状の突起10a,10bが、互いにその稜線方向が平行となるように、交互に繰り返し隣接して配置されている。突起10a,10bの稜線方向と光源11の延在方向とは、互いに平行となっている。
ここで、図3に、突起10a,10bの断面拡大図を示す。突起10aおよび突起10bは、それぞれ、その断面形状が2底角の等しい等脚台形となっている。突起10aは、底角がαで、2つの斜面S1,S2を有しており、その上底面が、シート面に平行な面(平坦面)S5となっている。突起10bは、底角がβで、2つの斜面S3,S4を有しており、その上底面が、シート面に平行な面(平坦面)S5となっている。突起10aおよび突起10bのそれぞれの底角α、βは互いに異なっている(α>β)。但し、底角とは、台形の下底面と各斜面S1,S2,S3,S4とのなす角とし、これらの面の傾斜角に等しいものとする。
このような構成により、光源像分割シート10は、5種類の面S1,S2,S3,S4,S5を有している。但し、面の「種類」とは、面の傾斜角および傾斜方向によって規定され、これらのうち少なくとも一方が異なるものをいうものとする。
上記のような構成を有する光源像分割シート10は、例えば、バイト切削により作製した原盤を用いて突起形状を基板に転写することにより形成することができる。この際、図4(A)に示したように、突起10aおよび突起10bと、これらを支持する基材10pとを、熱可塑性樹脂の一体成型(熱プレス)で形成するようにしてもよい。あるいは、図4(B)に示したように、基材10p上に、エネルギー線(例えば紫外線)硬化型樹脂を用いて、突起10a、10bを転写するようにしてもよい。この他にも、例えば、溶融押し出しや射出成型等、様々な転写方法により形成することができる。
なお、光源像分割シート10は、2枚以上積層して設けられるようにしてもよい。また、突起10aおよび突起10bの稜線方向と光源11の延在方向とが一定の角度(例えば45°)をなすように交差して配置されていてもよい。例えば、複数の光源像分割シート10を設ける場合には、各光源像分割シート10における突起の稜線方向を光源11の延在方向と交差させて配置したり、あるいは、光源像分割シート10どうしの突起の稜線方向が互いに異なるように配置することにより、干渉縞(モアレ)の発生を抑制することができる。
光源像14について、図5および図6を参照して説明する。図5に示したように、光源像分割シート10によって、一つの光源11から射出された光束が分割されることにより、シートの上方に、複数の光源像14が出現する。より詳細には、光源11より、5種類の面S1,S2,S3,S4,S5に対して、ある角度をもって入射する光L1,L2,L3,L4,L5が立ち上げられる(シートの上方に射出される)ことにより、一つの光源11に対して、5つの光源像14が形成される。従って、光源像分割シート10に設けられた複数の突起や平坦な面によって構成される面のうち、その種類の数だけ、光源像14が出現することとなる。この光源像14は、あたかも複数の光源が分散して配置されているかのように見做すことのできる「見かけの光源」として機能するものである。
この光源像14どうしの間隔di(i=1,2,3,…)は、それぞれ5mm以下となっている。間隔diは、図6に示したように、光源像14、すなわち光源像分割シート10により分割された光L1,L2,L3,L4,L5が形成する輝度分布Aにおいて、輝度がピークとなる頂点Tどうしの面内方向における距離d1,d2,d3,d4…である。これらd1,d2,d3,d4,…の全てが、5mm以下となっている。より好ましくは、5mm以下で、かつ等間隔となっている。
次に、上記のような構成を有する面発光装置1の作用、効果について説明する。
本実施の形態の面発光装置では、一つの光源11より照射された光束のうち、光源像分割シート10の突起10a,10bを構成する5つの面S1,S2,S3,S4,S5に対して、ある角度をもって入射する光L1,L2,L3,L4,L5は、光源像分割シート10において全反射することなく透過される。これにより、一つの光源11から照射された光束が分割され、5つの光源像14が、光源像分割シート10の上方に出現する。
ここで、図7(A)に、光源像14どうしの間隔di(mm)に対する輝度むら率(%)を測定した結果を示す。ただし、輝度むら率は、図7(B)に示した輝度分布における発光輝度の最大値と最小値との差の平均値に対する割合((最大値−最小値)/平均値)とする。この結果、間隔diが5mm以下の場合、輝度むら率(%)が1%以下となることがわかる。輝度むら率は、1%以下で、人間の視覚によって認識できないレベルとなるため、光源像14どうしの間隔diが5mm以下であることにより、照射輝度の均一性が確保される。従って、輝度むらを低減することができる。
また、光源像14どうしの間隔diが等間隔であることにより、より効果的に照射輝度の均一性を確保することができる。
さらに、拡散シート13の厚みは、0.3mm以下にまで、薄くすることが可能となる。拡散シート13の厚みが小さいと、その分拡散性も小さくなるが、このように拡散機能が低いものであっても、本実施の形態では、十分に輝度の均一性が確保されているため、問題は生じない。また、光源像14どうしの間隔diを十分に小さく設定することにより、拡散シート13を使用しない面発光装置1を作製することも可能である。従来のように、光源から射出する光束を単に分割するという手法では、光源11どうしの間隔W等によって、輝度の均一性を確保できない場合が生じる。このため、拡散シートにおいて、より高い拡散性が必要とされ、厚みの大きな拡散シートを使用しなければならなかった。これに対し、本実施の形態では、比較的厚みの小さな拡散シートを用いた場合でも、十分な輝度の均一性を確保することができるため、装置全体の厚みの増大が抑制され、薄型化やコスト削減に有利となる。
また、光源11どうしの間隔を従来(20mm程度)よりも拡げて配置することが可能となり、これによって光源11の数を減らすことができるため、低消費電力化に有利となる。
なお、光源像分割シート10の突起形状は、バイト等の切削により作製した原盤を用いて形成するため、突起の断面形状が多角形であることにより、突起が曲面形状である場合に比べて、バイトや原盤の作成が容易となり、量産性が向上する。また、光源像の分割(出現)数、すなわち、光源像分割シート10における面の種類の数を増やすことが輝度の均一性を直接的に確保する訳ではないが、光源11どうしの間隔や光源11と光源像分割シート10との間隔が同じであるならば、面の種類が多い程、より多くの光源像14をより狭い間隔で出現させることができるため、その分、光源像14どうしの間隔diを5mm以下に設定しやすくなる。
(変形例)
図8(A)〜図8(H)に、変形例に係る面発光装置の光源像分割シート10の断面構成について示す。本変形例では、光源像分割シート10以外は、上記面発光装置1と同様の構成を有している。
図8(A)〜図8(H)に、変形例に係る面発光装置の光源像分割シート10の断面構成について示す。本変形例では、光源像分割シート10以外は、上記面発光装置1と同様の構成を有している。
図8(A)は、互いに底角の異なる2種類の二等辺三角形が交互に繰り返し隣接して配列したものである。図8(B)は、同一形状の五角形が隣接して複数配列したものである。図8(C)は、シート面に垂直な方向に対して互いに対称形をなす2種類の三角形が交互に繰り返し隣接して配列したものである。これにより、面の種類は、図8(A)〜図8(C)のいずれの構成においても4つとなる。
図8(D)〜図8(F)は、それぞれ、図8(A)〜図8(C)に示した突起どうしが間隔を隔てて配列したものである。これにより、図8(D)〜図8(F)では、図8(A)〜図8(C)に比べて、面の種類が一つ増えることとなる。
図8(G)は、台形と五角形とが交互に繰り返し隣接して配列したものである。図8(H)は、互いに底角の異なる台形どうしが交互に繰り返し隣接して配列したものである。これにより、面の種類は、図8(G)で7つ、図8(H)で5つとなる。
ただし、光源像分割シート10に設けられる突起は、上記実施の形態および変形例で挙げた構成に限定される訳ではない。光源11どうしの間隔Wや光源11と光源像分割シート10との間隔に基づいて、光源像14を5mm以下の間隔で出現させるような構成であればよく、その断面形状の底角あるいは頂角、ピッチ、高さ等は、特に限定されない。また、多角柱状に限定されず、曲面を有する円柱状であってもよく、球面形状や非球面形状等のレンズ機能を有していてもよい。さらに、線状のものに限定されず、円錐体や角錐体等の錐体状であってもよい。また、突起は光源像分割シート10の表面側に限らず、裏面側に形成されていてもよく、表裏両面に形成されていてもよい。
次に、本実施の形態に係る実施例について説明する。
(実施例1−1,1−2、比較例1−1〜1−4)
実施例1−1,1−2として、図8(D)に示した変形例に係る光源像分割シート(以下、光源像分割シート20とする。)を用いた面発光装置1を、次のような条件で作製し、輝度分布を測定した。光源像分割シート20には、図9に示した断面構成を有するものを用いた。具体的には、突起20aは、その断面形状が、下辺aeの長さが100μm、∠bae(=∠dea)が54.3°、∠cbd(=∠cdb)が25°の対称5角形状となるようにした。また、突起20bは、その断面形状が、下辺(下底)eaの長さが75μm、上辺(上底)fgの長さが25μm、底角∠fea(=∠gae)が40°の等脚台形状となるようにした。これにより、光源像分割シート20では、7種類の面を有している。
実施例1−1,1−2として、図8(D)に示した変形例に係る光源像分割シート(以下、光源像分割シート20とする。)を用いた面発光装置1を、次のような条件で作製し、輝度分布を測定した。光源像分割シート20には、図9に示した断面構成を有するものを用いた。具体的には、突起20aは、その断面形状が、下辺aeの長さが100μm、∠bae(=∠dea)が54.3°、∠cbd(=∠cdb)が25°の対称5角形状となるようにした。また、突起20bは、その断面形状が、下辺(下底)eaの長さが75μm、上辺(上底)fgの長さが25μm、底角∠fea(=∠gae)が40°の等脚台形状となるようにした。これにより、光源像分割シート20では、7種類の面を有している。
このような光源像分割シート20は、次のようにして形成した。まず、金属製エンボスに上記所定の寸法の形状を彫刻することにより、原盤を作製した。次に、この原盤を用いて、熱可塑性樹脂基板に対して、180℃で10分間、100(kgf/cm2)のプレス条件で、熱プレスを施し、光源像分割シート10を形成した。熱可塑性樹脂としては、厚み200μmのポリカーボネート樹脂シート(FE2000;三菱エンジニアリングプラスチックス(株))を用いた。
なお、光源11および反射板12は、液晶テレビKDL−S19A10(ソニー(株)製)仕様とし、拡散シート13としては、D141Z(ツジデン(株)製)(厚み:0.2mm)を用いた。また、光源11どうしの面内方向における間隔は、33mm、光源11と光源像分割シート10との面内方向に垂直な方向における間隔は、15.5mmとした。また、輝度の測定の際しては、輝度計(RISA−COLOR;有限会社ハイランド製)を用いた。
上記のような構成条件において、実施例1−1として、光源像分割シート20から出射した後、拡散シート13に入射する前の光の輝度分布を図10に示し、実施例1−2として、拡散シート13から出射した後の光の輝度分布を図11に示す。
また、実施例1−1の比較例として、光源像分割シート20を備えていないこと以外は実施例1−1と同様の構成条件を有する面発光装置(比較例1−1)と、断面形状が、下辺100μm、底角43°の二等辺三角形となる線状突起を連続的に複数配列させた光源像分割シートを用いたこと以外は、実施例1−1と同様の構成条件を有する面発光装置(比較例1−2)とを作製し、それぞれ、拡散シート13に入射する前の光の輝度分布を測定した。結果を、実施例1−1と共に図10に示す。
さらに、実施例1−2の比較例として、光源像分割シート20を備えていないこと以外は実施例1−2と同様の構成条件を有する面発光装置(比較例1−3)と、断面形状が、下辺100μm、底角45°の二等辺三角形となる線状突起を連続的に複数配列させた光源像分割シートを用いたこと以外は、実施例1−2と同様の構成条件を有する面発光装置(比較例1−4)とを作製し、それぞれ、拡散シート13から出射した後の光の輝度分布を測定した。結果を、実施例1−2と共に図10に示す。
図10の結果より、輝度分布における輝度ピークどうしの間隔が、実施例1では4.7mm、比較例1−1では光源11の間隔そのままの33mm、比較例1−2では16.5mmであった。すなわち、光源像分割シート20を用いた実施例1−1では、光源像14どうしの間隔が5mm以下となっており、比較例1−1,1−2の輝度分布に比べて、輝度がきめ細やかに均一化され、輝度むらが低減されていることがわかる。
図11の結果より、拡散シート13から出射した光の輝度分布は、光源像分割シート20を有する実施例1−2の面発光装置において、比較例1−3,1−4に比べて、輝度むらのない発光となっていることがわかる。従って、光源像14どうしの間隔を5mm以下とし、さらに拡散シート13を用いることにより、輝度むらのない良好な面発光装置を実現できることがわかる。
以上、本発明の実施の形態および実施例について説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上述の光源像分割シート10において、突起が形成されていない面側にシボ加工等の粗面化加工を施すことで、取り扱い時における傷つき等を防止することができ、光学特性の劣化を緩和することができる。また、液晶表示装置用のバックライト装置として用いる場合に限られない。また、拡散性シートとして、ドットパターンが設けられた拡散板を用いることで、適切な組み合わせにより、装置の薄型化を図ることができる。
1…面発光装置、10…光源像分割シート、11…光源、12…反射板、13…拡散シート、14…光源像、10a,10b,20a,20b…突起。
Claims (6)
- 複数の光源と、
複数の突起を有すると共に、一つの光源から射出した光束を分割して複数の光源像を出現させる光源像分割シートとを備え、
前記光源像どうしの間隔がそれぞれ5mm以下となっている
ことを特徴とする面発光装置。 - 前記光源像どうしの間隔がそれぞれ等しい
ことを特徴とする請求項1記載の面発光装置。 - 前記光源像分割シートの前記光源とは反対側に、前記光源像を拡散させる拡散シートが設けられている
ことを特徴とする請求項1記載の面発光装置。 - 前記光源を間にして、前記光源像分割シートと対向配置された反射板を備えた
ことを特徴とする請求項1記載の面発光装置。 - 前記光源が線状光源である
ことを特徴とする請求項1記載の面発光装置。 - 画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、
前記表示パネルの表示面とは反対側に配置され、前記表示パネルに光を照射する面発光装置とを備え、
前記面発光装置は、
複数の光源と、
複数の突起を有すると共に、一つの光源から射出した光束を分割して複数の光源像を出現させる光源像分割シートとを有し、
前記光源像どうしの間隔がそれぞれ5mm以下となっている
ことを特徴とする表示装置。
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