JP2009283365A - 照明装置および表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】正面方向だけでなく、斜め方向から見たときの面内の輝度むらも低減することの可能な照明装置を提供する。
【解決手段】各線状光源10から光学シート13の光入射面に垂直に入射した光が凸部13Aの表面で全反射され反射板11に向かう戻り光を発生させる戻り光発生部分r1が、光学シート13を面10Aの法線方向から見たときに第1の領域R1に占める割合をK1とし、各線状光源10から光学シート13の光入射面に垂直に入射した光が凸部13B,13Cの表面で全反射され反射板11に向かう戻り光を発生させる戻り光発生部分r2が、光学シート13を面10Aの法線方向から見たときに第2の領域R2に占める割合をK2としたとき、K1がK2よりも大きくなっている。
【選択図】図2

Description

本発明は、例えば透過型の液晶パネルを背後から照明する照明装置およびそれを備えた表示装置に関する。
従来から、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、液晶パネルの背後にバックライト(照明装置)を配置し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照明装置としては、軽量化および薄型化の要請から、導光板の側端部に蛍光管のような線状光源を配置し、この導光板の上に液晶パネルを設置したエッジライト型の照明装置が主流となっていた。しかし、テレビジョン用途などの近時の表示装置の大型化に伴い、上述のエッジライト型の照明装置では輝度が不十分となることが多いことから、近年では、液晶パネルの直下に線状光源を配置した直下型の照明装置が用いられるようになっている(特許文献1)。
WO2006/071616
ところで、表示装置の大型化および薄型化に伴って照明装置も大型化および薄型化され、照明装置に使用する線状光源の本数が増加すると共に、線状光源の直上に配置される平板状の光学素子と、線状光源との間隙が狭くなる傾向にある。しかし、線状光源の本数が増加すると、照明装置の消費電力が増大し、テレビジョンの消費電力も増大してしまうので、線状光源の数をなるべく増やさずに、つまり、隣り合う線状光源同士の間隔を広げることにより消費電力の増大量を抑制することが考えられる。ところが、そのようにすると、照明装置の照射光束の面内輝度が、線状光源の直上位置で高くなり、線状光源同士の間の中央部分の直上位置で低くなり、面内に輝度むらが発生してしまうという問題があった。また、線状光源の直上に配置される平板状の光学素子と、線状光源との間隙を狭くした場合にも同様に、面内に輝度むらが発生してしまうという問題があった。
そこで、内部に拡散材(フィラ)を分散して形成された拡散板の光射出側の面内に、同一形状の非球面状の凸部を複数設ける方策が提案されている。これにより、フィラによる拡散効果だけでなく、非球面形状による線状光源の直上の光の拡散効果を得ることができるので、輝度むらを改善することができる。しかし、その効果は限定的であり、隣り合う線状光源同士の間隔を広げたり、線状光源と光学素子との間隔を狭くすることがあまりできない。そこで、さらに、線状光源同士の間の中央部分の直上位置において凸部をプリズム形状とし、線状光源同士の間の中央部分の直上位置の正面輝度を増大させることが考えられる。しかし、そのようにすると、正面から見たときの面内の輝度むらを改善することはできるものの、斜め方向から見たときの面内の輝度むらが悪化してしまうという問題がある。
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、正面方向だけでなく、斜め方向から見たときの面内の輝度むらも低減することの可能な照明装置および表示装置を提供することにある。
本発明の照明装置は、各々の中心軸が互いに平行となると共に一の面内に含まれるように配置された複数の線状光源と、各線状光源と対向配置された反射板と、一の面に関して反射板の反対側に配置された平板状の拡散部材と、各線状光源と前記拡散部材との間に配置された光学部材とを備えたものである。ここで、光学部材は、上記一の面に平行な光入射面と、光射出面とを有している。光射出面には、各線状光源と上記一の面の法線方向に対向する第1の領域に第1の立体構造が設けられており、一の線状光源と上記一の線状光源に隣接する他の線状光源との間の中間領域と上記一の面の法線方向に対向する第2の領域に第2の立体構造が設けられている。そして、各線状光源から光入射面に垂直に入射した光が第1の立体構造によって全反射され反射板に向かう戻り光を発生させる第1の部分が、光学部材を上記一の面の法線方向から見たときに第1の領域に占める割合をK1とし、各線状光源から光入射面に垂直に入射した光が第2の立体構造によって全反射され反射板に向かう戻り光を発生させる第2の部分が、光学部材を上記一の面の法線方向から見たときに第2の領域に占める割合をK2としたとき、K1およびK2が以下の式を満たしている。
K1−K2>0
本発明の表示装置は、画像信号に基づいて駆動されるパネルと、パネルを照明する上記照明装置とを備えたものである。
本発明の照明装置および表示装置では、光学部材において、K1がK2よりも大きくなっている。つまり、各線状光源の直上にあたる第1の領域の方が第1の領域に挟まれた第2の領域よりも光を通しにくくなっているので、第1の領域からの戻り光は、反射シートなどで反射されるなどして、照明装置内を循環したのち、循環光の多くが相対的に光を通し易い第2の領域を通過する。これにより、光学部材に入射した光の光量分布と、光学部材を通過した光の光量分布とを対比すると、第1の領域から第2の領域に光量の移動が生じることとなる。また、第2の領域の方が第1の領域よりも光を通し易くなっていることから、第2の領域では集光性が弱く、拡散性が強いといえる。これにより、第2の領域を通過した光の光量は正面だけでなく、斜め方向にも広く分布している。
本発明の照明装置および表示装置によれば、光学部材において、K1がK2よりも大きくなるようにしたので、第1の領域から第2の領域に光量の移動を生じさせ、さらに、第2の領域を通過した光の光量を正面だけでなく、斜め方向にも広く分布させることができる。これにより、正面方向だけでなく、斜め方向から見たときの面内の輝度むらも低減することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る照明装置1の断面構成を表したものである。
この照明装置1は、複数の線状光源10と、反射板11と、拡散板12と、光学シート13(光学部材)と、拡散シート14(拡散部材)とを備えたものである。反射板11は、各線状光源10の背後に、各線状光源10と対向配置されており、拡散板12、光学シート13および拡散シート14は、各線状光源11に関して反射板11の反対側に、各線状光源11側からこの順に配置されると共に各線状光源10と対向配置されている。
複数の線状光源10は、例えば、熱陰極管(HCFL;Hot Cathode Fluorescent Lamp)、冷陰極管(CCFL;Cold Cathode Fluorescent Lamp)、または複数の点状光源(LEDなど)が線状に配置されたものなどからなり、例えば、図1に示したように、各々の中心軸AXが互いに平行または略平行となると共に一の面(10A)内に含まれるように配置されている。なお、図示しないが、複数の線状光源10が格子状に配置されていてもよい。
反射板11は、各線状光源10の中心軸AXを含む面10Aから所定の間隙だけ離れた位置に対向配置されており、線状光源10側に反射面を有している。この反射面は、正反射だけでなく、拡散反射の機能も有していることが好ましい。このような正反射および拡散反射の機能を発現するために、樹脂を白色に着色したものを反射面に用いることが可能であるが、その場合には高い光線反射特性が得られることが好ましい。そのような材料としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂などが挙げられる。
拡散板12は、例えば、比較的厚手の板状の透明樹脂の内部に拡散材(フィラ)を分散して形成された光拡散層を有する厚くて剛性の高い光学シートである。この拡散板12は、他の光学シート(例えば、光学シート13および拡散シート14)を支持する支持体としても機能する。なお、拡散板12は、比較的厚手の板状の透明樹脂の内部に拡散材(フィラ)を分散して形成されたものと、比較的薄手のフィルム状の透明樹脂上に拡散材を含む透明樹脂(バインダ)を塗布して形成されたものとを組み合わせたものであってもよい。
ここで、板状またはフィルム状の透明樹脂には、例えばPET、アクリルおよびポリカーボネートなどの光透過性熱可塑性樹脂が用いられる。上記拡散板12に含まれる光拡散層は、例えば1mm以上5mm以下の厚みを有している。また、光拡散材は、例えば0.5μm以上10μm以下の平均粒子径を有する粒子からなり、上記光拡散層全体の重量に対して0.1重量部以上10重量部以下の範囲で透明樹脂中に分散されている。光拡散材の種類としては、例えば、有機フィラや無機フィラなどが挙げられるが、光拡散材として空洞性粒子を用いてもよい。これにより、この拡散板11は、各線状光源10からの光や光学シート13側からの戻り光を拡散する機能を有している。
なお、光拡散層が1mmより薄くなると、光拡散性が損なわれ、また、拡散板12を筐体(図示せず)で支持する際にシート剛性を確保できなくなる虞がある。また、光拡散層が5mmより厚くなると、拡散板12が光源からの光によって加熱されたときに、その熱を放散することが困難となり、拡散板12が撓む虞がある。光拡散材の平均粒子径が0.5μm以上10μm以下の範囲にあり、光拡散材が光拡散層全体の重量に対して0.1重量部以上10重量部以下の範囲で透明樹脂中に分散されている場合には、光拡散材としての効果が効率よく発現し、後述の光学シート13との組合せで効率よく輝度むらを解消することができる。
拡散シート14は、例えば、比較的薄手のフィルム状の透明樹脂上に光拡散材を含む透明樹脂を塗布して形成された薄い光学シートである。この拡散シート14は、拡散板12および光学シート13を通過した光を拡散する機能を有している。
光学シート13は、例えば、図1、図2(A)に示したように、複数の凸部13A,13B,13Cが拡散シート14側(光射出側)の面に配置された薄い光学シートである。図2(A)は、図1の光学シート13を拡大して表したものであり、図2(B)は、図2(A)の光学シート13の凸部13A,13B,13Cの位置と線状光源10との位置関係を示したものである。なお、凸部13Aが本発明の「第1の凸部」の一具体例に相当し、凸部13B,13Cが本発明の「第2の凸部」の一具体例に相当する。なお、図1には、光学シート13が拡散板12と別体で配置されている場合が例示されているが、拡散板12の表面上に接着剤などで貼り合わされていてもよい。
この光学シート13は、例えば、透光性を有する樹脂材料、例えば1または複数種類の熱可塑性樹脂を用いて一体的に形成されていてもよいし、また、透光性の基材、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)上にエネルギー線(たとえば紫外線)硬化樹脂を転写して形成されていてもよい。
ここで、熱可塑性樹脂としては、光の射出方向を制御するという機能を考慮すると、屈折率1.4以上のものを用いることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、PMMA(ポリメチルメタクリレート樹脂)などのアクリル樹脂、ポリエチレン(PE)およびポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂、MS(メチルメタクリレートとスチレンの共重合体)などの非晶性共重合ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ウレタン系樹脂、天然ゴム系樹脂および人工ゴム系樹脂、およびこれらの複数の組み合わせなどが挙げられる。
複数の凸部13A,13B,13Cは、線状光源10の面10Aと平行な平面に沿って延在する線状、錐体状、またはワッフル状の立体形状を有している。各凸部13A,13B,13Cが線状の立体形状を有している場合には、当該各凸部13A,13B,13Cの延在方向が線状光源10の延在方向と互いに平行となるように並列配置されていることが好ましいが、線状光源10の延在方向に対して光学特性上許容できる範囲内で交差するように配置されていてもよい。なお、図示しないが、複数の点状光源が格子状に配置されている場合には、2枚の光学シート13を重ねて配置したり、複数の凸部13A,13B,13Cを錐体状、またはワッフル状の立体形状としたりすることが好ましい。
複数の凸部13Aは、各線状光源10と面10Aの法線方向に対向する第1の領域R1内に配置されている。各凸部13Aは、第1の領域R1全体として線状光源10側からの入射光を相対的に通し難い光学特性を発現する立体構造(第1の立体構造)となっている。また、複数の凸部13B,13Cは、一の線状光源10と一の線状光源10に隣接する他の線状光源10との間の中間領域と面10Aの法線方向に対向する第2の領域R2内に配置されている。各凸部13B,13Cは、第2の領域R2全体として線状光源10側からの入射光を相対的に通し易い光学特性を発現する立体構造(第2の立体構造)となっている。さらに、第2の領域R2内において、凸部13Bは相対的に線状光源10寄りに配置されており、凸部13Cは相対的に線状光源10から離れて、つまり互いに隣り合う線状光源10同士のちょうど真ん中およびその近傍に配置されている。
ここで、第1の立体構造の方が第2の立体構造よりも線状光源10側からの入射光を相対的に通し難いというのは、A1,A2(後述)が以下の式(1)を満たしていることとほぼ等価である。
A1−A2>0…(1)
39≦φ1≦69…(2)
39≦φ2≦69…(3)
ここで、φ1は、図2に示したように、凸部13Aに接する接面T1と、面10Aと平行な面T2とのなす角である。φ2は、図2に示したように、凸部13Bまたは凸部13Cに接する接面T3と、面10Aと平行な面T2とのなす角である。A1は、φ1が式(2)を満たす部分が、光学シート13を面10Aの法線方向から見たときに第1の領域R1に占める割合である。A2は、φ2が式(3)を満たす部分が、光学シート13を面10Aの法線方向から見たときに第2の領域R2に占める割合である。
ここで、φ1,φ2が39°未満の場合には、光学シート13の裏面に垂直に入射した光において、凸部13A,13B,13Cの表面を透過する割合が光学シート13で反射されて戻り光となる割合よりも支配的となっている。また、φ1,φ2が69°を超える場合には、光学シート13の裏面に垂直に入射した光が凸部13A,13B,13Cの一の表面において全反射されるものの、その反射光が凸部13A,13B,13Cの他の表面を透過し、その透過光が再度、凸部13A,13B,13Cに入射することが無い。そのため、この場合にも、光学シート13の裏面に垂直に入射した光において、光学シート13を透過する割合が光学シート13で反射されて戻り光となる割合よりも支配的となっている。従って、第1の領域R1(凸部13A)の方が、第2の領域R2(凸部13B,13C)よりも、正面輝度が高く、斜め方向の輝度が低いので、第1の領域R1では第2の領域R2よりも集光性が強く、第2の領域R2では第1の領域R1よりも集光性が弱いと言える。
φ1およびφ2は、凸部13A,13B,13Cの頂部から底部に向かうにつれて連続的または断続的に大きくなっていることが好ましい。例えば、凸部13Aが、図2に示したように、頂部13Dおよびその近傍に凸状の非球面状の曲面S1を有すると共に、それ以外の部分に曲面S1と滑らかに連続する傾斜平面S2を有する三角柱状の立体構造を有している場合には、傾斜平面S2の接面の角度(傾斜平面S2の傾斜角)が上記の式(2)を満たすと共に、曲面S1の接面の角度が少なくとも頂部13Dおよび頂部13Dのごく近傍において上記の式(2)を満たさない程度に小さくなっている。
また、例えば、図2に示したように、凸部13Bが全体として凸状の非球面状の曲面S3を有すると共に、凸部13Cが全体として凸状の非球面状の曲面S4を有している場合には、曲面S3,S4の接面の角度が共に上記の式(3)を満たすと共に凸部13Aの傾斜平面S2の接面の角度よりも緩やかに(小さく)なっており、かつ、曲面S4の接面の角度の方が曲面S3の接面の角度よりも緩やかに(小さく)なっている。
なお、凸部13A,13B,13Cは、上で例示した形状に限定されるものではなく、上記の式(1)〜(3)を満たす範囲内で変形可能なものである。
例えば、凸部13Aは、図2の凸部13B,13Cに示したような非球面状の凸形状となっていてもよいし、頂部に丸みのない三角柱形状(プリズム形状)や、図3(A)に示したような多数の傾斜平面で構成された多角柱形状、図3(B)に示したような球面形状、図3(C)に示したような平坦面13Gを含む形状となっていてもよい。また、図3(C)に示したように、互いに隣り合う凸部13Aの間に平坦面13Hが設けられていてもよい。また、例えば、凸部13B,13Cは、頂部13E,13Fおよびその近傍に凸状の非球面状の曲面を有すると共に、それ以外の部分にその曲面と滑らかに連続する傾斜平面を有する三角柱状や、図3(A)に示したような多数の傾斜平面で構成された多角柱形状、図3(B)に示したような球面形状、図3(C)に示したような平坦面13Gを含む形状となっていてもよい。なお、凸部13Aと、凸部13Bまたは13Cとがそれぞれ凸状の曲面を有している場合には、凸部13Aの曲面の曲率が凸部13Bまたは13Cの曲面の曲率よりも小さくなっていることが好ましく、同様に、凸部13Aと、凸部13Bまたは13Cとがそれぞれ傾斜平面を有している場合には、凸部13Aの傾斜平面の傾斜角が凸部13Bまたは13Cの傾斜平面の傾斜角よりも大きくなっていることが好ましい。また、凸部13Aに傾斜角の大きな傾斜平面を設けた結果、凸部13Aの高さが凸部13Bまたは13Cの高さよりも高くなっていてもよい。また、図3(C)に示したように、互いに隣り合う凸部13Bの間や、互いに隣り合う凸部13Cの間、互いに隣り合う凸部13Bと凸部13Cとの間に平坦面13Hが設けられていてもよい。また、平坦面13Hを凸部13A,13B,13Cの非形成領域に設けるだけでなく、さらに平坦面を凸部13A,13B,13Cの頂部などに設けてもよい。なお、第1の領域R1と、第2の領域R2とがそれぞれ平坦面を有している場合には、第1の領域R1での平坦面が、光学シート13を面10Aの法線方向から見たときに第1の領域R1に占める割合をK3とし、第2の領域R2での平坦面が、光学シート13を面10Aの法線方向から見たときに第2の領域R2に占める割合をK4としたとき、K3およびK4が以下の式(4)を満たすことが好ましい。
K4−K3>0…(4)
ただし、式(2),(3)は、光学部材に一般的に用いられる、屈折率1.5〜1.6程度の材料を光学シート13に用いた場合に好適に当てはまるものである。そのため、一般的でない材料を光学シート13に用いた場合には、上記の式(2),(3)の上限および下限の値が若干ずれるので、材料に応じて上限および下限の値を微調整することが必要となる。
また、上記式(1)〜(3)は、光学シート13の光入射面に入射する光が一般的に有している種々のプロファイルに対して適用可能なものである。従って、光学シート13の光入射面に入射する光が、光入射面に垂直に入射する成分の輝度が光入射面に斜めに入射する成分の輝度よりも高いプロファイルを持っている場合や、光入射面に垂直に入射する成分の輝度が光入射面に斜めに入射する成分の輝度とほぼ等しいプロファイルを持っている場合(典型的にはランバート光となっている場合)などにおいても、上記式(1)〜(3)は成立する。
また、第2の領域R2内を線状光源10からの距離に応じて複数のセクションに分割した場合に、φ2が式(3)を満たす部分が、光学シート13を面10Aの法線方向から見たときに、分割した複数のセクションに占める各々の割合が、線状光源10から遠ざかるにつれて徐々にまたは断続的に大きくなることが好ましい。また、第1の領域R1内を線状光源10からの距離に応じて複数のセクションに分割した場合に、φ1が式(2)を満たす部分が、光学シート13を面10Aの法線方向から見たときに、分割した複数のセクションに占める各々の割合が、線状光源10から遠ざかるにつれて徐々にまたは断続的に大きくなることが好ましい。
ところで、凸部13A,13B,13Cは、図4(A),(B)に示したように、各線状光源10から光学シート13の光入射面に垂直に入射した光が凸部13Aの表面で全反射され反射板11に向かう戻り光を発生させる戻り光発生部分r1(第1の部分)が、光学シート13を面10Aの法線方向から見たときに第1の領域R1に占める割合をK1とし、各線状光源10から光学シート13の光入射面に垂直に入射した光が凸部13B,13Cの表面で全反射され反射板11に向かう戻り光を発生させる戻り光発生部分r2(第2の部分)が、光学シート13を面10Aの法線方向から見たときに第2の領域R2に占める割合をK2としたとき、K1およびK2は少なくとも以下の式(5)を満たしており、以下の式(6)〜(10)を満たしていることが好ましい。また、K1およびK2が式(5)〜(10)を満たす場合に、K2=0となっていることが好ましい。
K1−K2>0…(5)
K1−K2≧0.03…(6)
K1−K2≧0.06…(7)
K1−K2≧0.12…(8)
K1−K2≧0.15…(9)
K1−K2≧0.18…(10)
なお、図4(A)は、光学シート13を上面から見たときの戻り光発生部分r1,r2の分布の一例を模式的に表したものであり、図4(B)は、光学シート13の側面図であり、図4(A)に示した戻り光発生部分r1,r2の分布と、凸部13A,13B,13Cとの関係を示したものである。
図5は、以下の式(11)によって求められるムラ率と、P/Hとの関係を表したものである。ここで、Pは、一の線状光源10の中心軸AXと一の線状光源10に隣接する他の線状光源10の中心軸AXとの距離である(図2参照)。Hは、光学シート13のうち線状光源10側(面10A側)の面と面10Aとの距離である(図2参照)。なお、図5のムラ率は拡散シート14からの射出光を実測することにより求められたものである。図5中の破線はムラ率3%のところに引かれている。ムラ率3%というのは、人が表示ムラを視認することができない(または表示ムラが気にならない)上限であり、表示品質における指針の一つとなっている。
ムラ率(%)=((最大輝度−最小輝度)/平均輝度)×100…(11)
図5から、K1およびK2が式(6)を満たす場合には、P/Hを最大で3.4まで大きくすることができる。そして、K1およびK2が式(7)を満たす場合にはP/Hを最大で4.0まで、K1およびK2が式(8)を満たす場合にはP/Hを最大で4.7まで、K1およびK2が式(9)を満たす場合にはP/Hを最大で5.3まで、K1およびK2が式(10)を満たす場合にはP/Hを最大で5.9まで大きくすることができる。
次に、本実施の形態の照明装置1の作用および効果について説明する。
本実施の形態の照明装置1では、各線状光源10から射出された光は、拡散板12に直接、または反射板11などで反射されたのち入射し、拡散板12で拡散される。その拡散光は、光学シート13の裏面に入射し、上面に形成された凸部13A,13B,13Cの形状に応じて集光されたり、拡散されたりしたのち、拡散シート14で拡散され、拡散シート14上に配置された被照射物(図示せず)を照明する。
ところで、一般に、プリズムシートは、様々な方向からの入射光に対して、特定方向の光を正面方向(入射面と垂直な方向)に立ち上げ、入射面に垂直に近い角度で入射した光を全反射し光源側に戻すように作用する。このように作用するプリズムシートの個々のプリズムの底角は通常、40度以上58度以下となっていることから、このような範囲内の傾斜角を備えた光学シートは、上記したプリズムシートと同様、強い集光作用を有するだけでなく、多くの光を戻す作用、つまり光を通しにくくする作用も有している。従って、強い集光作用を有する立体構造は、戻り光を発生させる立体構造でもある。
上記のことを踏まえると、集光作用の弱い(あるいは拡散性の強い)立体構造は、光を通し易く、戻り光を発生させにくい立体構造でもあるといえる。そのため、相対的に集光作用の強い立体構造と、相対的に集光作用の弱い(あるいは拡散性の強い)立体構造とが混在する光学シートを光源の直上に設けると共に、光源の直下に反射板を設けた場合には、相対的に集光作用の強い立体構造で反射され反射板に向かう戻り光は、反射板などで反射されるなどして、照明装置内を循環したのち、循環光の多くが相対的に光を通し易い部分、つまり、相対的に集光作用の弱い(あるいは拡散性の強い)立体構造を通過する。
これを本実施の形態に当てはめると、各線状光源10の直上にあたる第1の領域R1の方が第1の領域R1に挟まれた第2の領域R2よりも光を通し難くなっている(つまり、式(1)〜(3)と、式(5)とを満たしている)ので、図6に示したように、第1の領域R1への入射光L1のうち第1の領域R1で反射され第1の領域R1から反射板11に向かう戻り光L2が、反射板11などで反射されるなどして、照明装置1内を循環したのち、循環光L3の多くが相対的に光を通し易い第2の領域R2を通過する。また、線状光源10から直接に第2の領域R2に入射する入射光L4の多くも第2の領域R2を通過する。その結果、光学シート13に入射した光の光量分布と、光学シート13を通過した光の光量分布とを対比すると、第1の領域R1から第2の領域R2に光量の移動が生じることとなる。
また、第2の領域R2の方が第1の領域R1よりも光を通し易くなっているので、第2の領域R2では集光性が弱いか(または集光性がない)、または拡散性が強いといえる。これにより、図6に示したように、第2の領域R2を通過した光L5の光量は正面だけでなく、斜め方向にも広く分布しているので、光L5の正面方向の光量だけでなく、斜め方向の光量も大きくすることができる。一方、第1の領域R1では、集光性が強いので、第1の領域R1を通過した光L6の光量は、光L5よりも正面方向に、より指向して分布している。これにより、光L6の斜め方向の光量が小さくなるので、光L6の斜め方向の光量と、光L5の斜め方向の光量との差を小さくすることができる。その結果、斜め方向から見たときの面内の輝度むらを低減することができる。
ただし、第1の領域R1は各線状光源10の直上に位置していることから、各線状光源10から射出された光のうちもともと光量の多い部分が第1の領域R1における集光作用によって集光される。その結果、光学シート13を正面方向から見ると、第1の領域R1に対応する部分が光学シート13を設けていない場合よりも明るくなってしまう。しかし、本実施の形態では、光学シート13の直上に拡散シート14が配置されているので、正面方向の光量と斜め方向の光量とが拡散シート14によって平均化され、結果的に正面方向および斜め方向の双方の輝度むらを低減することができる。
なお、図6には、光L5の正面方向の輝度が光L6の正面方向の輝度よりも小さく、光L5の斜め方向の輝度が光L6の斜め方向の輝度よりも大きくなっている様子が模式的に表されているが、このようなプロファイルを持った光L5,L6が拡散シート14で拡散されることにより、拡散シート14からの射出光が、正面方向の輝度と斜め方向の輝度がおおよそ等しい拡散光(典型的にはランバート光)となる。その結果、正面方向だけでなく斜め方向から見たときの面内の輝度むらも低減することができる。
例えば、図7に示したように、各中心軸AXを通る線をX軸、X軸と直交する線をY軸、一の線状光源10の中心軸AXをX軸の原点とし、この原点を通る線M1と原点からP/2だけ離れたところ(線状光源10間の中心)を通る線M2との間を5つのセクション(X1〜X5)に等間隔に分割し、それぞれのセクションに含まれる光学シート13の凸部の形状を図8に示した形状としたときを実施例1とする。そして、上記した各セクションに含まれる光学シート13の凸部の形状を図9に示した形状としたときを比較例1とする。つまり、比較例1の凸部の配置は、線状光源10との位置関係において、実施例1の凸部の配置と逆となっている。
具体的には、実施例1では、相対的に集光作用の強い凸部が線状光源10上に形成され、相対的に集光作用の弱い(あるいは拡散性の強い)凸部が線状光源10間上に形成されている。他方、比較例1では、相対的に集光作用の弱い(あるいは拡散性の強い)凸部が線状光源10間上に形成され、相対的に集光作用の強い凸部が線状光源10上に形成されている。なお、P/2≦x≦Pにおいては、0≦x≦P/2における形状を反転させた凸部が配置されており、各凸部は線状光源10に対応して周期的に配置されているものとする。そのときのシミュレーション結果を図10〜図13に示した。なお、図10は実施例1の光学シートを用いたときと無くしたときの正面方向の面内輝度分布を、図11は実施例1の光学シートを用いたときと無くしたときの斜め方向の面内輝度分布を、図12は比較例1の光学シートを用いたときと無くしたときの正面方向の面内輝度分布、図13は比較例1の光学シートを用いたときと無くしたときの斜め方向の面内輝度分布をそれぞれ示したものである。
図12〜図13から、比較例1の光学シートを用いた場合には、比較例1の光学シートを用いない場合と比べて、正面方向および斜め方向の双方において輝度むらが大きくなっている(つまり、輝度むらが改善していない)ことがわかる。一方、図10〜図11から、実施例1の光学シートを用いた場合には、実施例1の光学シートを用いない場合と比べて、正面方向および斜め方向の双方において輝度むらが小さくなっていることがわかる。従って、実施例1のように、光量の多い線状光源10上において、相対的に集光作用の強い凸部によって集光すると共に、光量の少ない線状光源10間において相対的に集光作用の弱い(あるいは拡散性の強い)凸部によって拡散することによって、正面方向および斜め方向ともに面内の輝度むらを低減することができる。
また、本実施の形態において、第1の領域R1と、第2の領域R2とがそれぞれ平坦面を有している場合に、式(4)を満たしているときには、第1の領域R1および第2の領域R2に形成された凸部の形状および大きさが互いに同じであったとしても、式(1)または式(5)を満たすこととなる。従って、このような場合であっても、正面方向および斜め方向ともに面内の輝度むらを低減することができる。
ところで、一般に、面内の輝度むらが発生するのは、P/Hを大きくしたときである。P/Hが大きくなるケースは二つあり、一つは線状光源10と拡散板12との距離を狭くして薄型化したときであり、もう一つは線状光源10の数を減らして省灯化したときである。本実施の形態の表示装置は、これら二つのケースのうち省灯化に適している。本実施の形態では、光学シート13におけるK1の位置が線状光源10との関係で、線状光源10の配列方向にずれると、輝度ムラが発生し得る。しかし、省灯化により線状光源10同士の間隔を広げる(一般的にはP≧30mm)場合には、K1の位置ずれによって発生する輝度ムラの影響が小さく、輝度ムラ低減の効果が減殺される虞がほとんどない。従って、本実施の形態では、輝度ムラを悪化させることなく、効果的に省灯化することが可能である。
次に、本実施の形態の光学シート13の形成方法の一例について説明する。
光学シート13に限らず、シート状の光学素子を形成する際に、熱可塑性樹脂を用いて一体的に形成する場合や、基材上に紫外線硬化樹脂を転写して形成する場合などには、転写用の原盤(金型)をあらかじめ作成しておくことが必要となる。原盤は、例えば金属ロールの表面を、転写したい形状を有する刃物で切削することにより作成可能である。この際、光学シート13に転写する凸部の形状が、図2に示したように複数種類ある場合には、その種類の数だけ刃物を用意しておかなければならず、製造コストの上昇を招く。
そこで、図14(A),(B)に示したように、頂部付近での接面の角度が40度以下、底部付近での接面の角度が40度以上となっている刃物2を用意し、図15に示したように、切削する場所に応じて刃物2の原盤3に対する切削深さを変えることが好ましい。そのようにして形成した原盤3を利用して、図16に示したように、基材13−1上に、切削深さに対応した高さおよび形状を有する凸部13−2,13−3,13−4を形成した場合には、各領域(A10,A11,A12)における、戻り光が発生する部分の占める割合(K10,K11,K12)を異ならせることが可能となる。このように、単一の刃物2を用いて原盤3を作成するだけで、光学シート13を作成することができるので、製造コストの上昇を抑えることができる。また、この場合には、凸部の高さが場所によって異なっているので、光学シート13が、凸部側に配置された他の光学素子と張り付くのを防止することもできる。
また、例えば、頂部付近での接面の角度が40度以下、底部付近での接面の角度が40度以上となっている刃物2を用意し、図17に示したように、刃物2の原盤3に対する切削幅(ピッチ)を変えるようにしてもよい。そのようにして形成した原盤3を利用して、図18に示したように、基材13−1上に、切削幅に対応したピッチを有する複数の凸部13−5を形成した場合にも、各領域(A13,A14)における、戻り光が発生する部分の占める割合(K13,K14)を異ならせることが可能となる。このように、単一の刃物2を用いて原盤3を作成するだけで、光学シート13を作成することができるので、製造コストの上昇を抑えることができる。
[変形例]
上記実施の形態では、光学シート13と線状光源10との間に拡散板12を配置していたが、図19の照明装置4に示したように、拡散板12を光学シート13の上に配置してもよい。ただし、このようにした場合には、光学シート13の直下に線状光源10が配置されることとなるので、光学シート13の線状光源10に対する位置決め精度を高める工夫を施しておくことが好ましい。また、図20の照明装置5に示したように、拡散板12と同様の機能を有する基材の光射出側の表面に、光学シート13の凸部と同様の特徴を有する凸部を備えた光学シート15を線状光源10の直上に設け、その上に拡散シート14を設けるようにしてもよい。この光学シート15は、例えば溶融押し出し法や射出成型法などの方法を用いて一括に形成されたものであってもよいし、例えば、拡散板12の表面に、光学シート13に拡散剤を含めたものを張り合わせることにより形成されたものであってもよい。
また、図21、図22、図23に示したように、線状光源10上に配置された各種光学素子(例えば、拡散板12、光学シート13、拡散シート14、光学シート15など)を包み込む可撓性フィルム16を設けるようにしてもよい。このようにした場合には、線状光源10上の各種光学シートが温度変化に応じて伸縮する量が互いに異なるときであっても、それぞれの光学シートにしわを発生させることなく、各種光学素子を照明装置1,4,5の筐体(図示せず)に保持させることができる。ここで、図22に示したように、拡散板12の裏面(線状光源10側の面)と可撓性フィルム16との間に光学シート13を配置した場合には、反りやたわみを防止するために光学シート13の剛性を強くする必要がないので、光学シート13を拡散板12の上面に設けた場合(上記第1の実施の形態の場合)と同程度に光学シート13を薄くすることができる。これにより、光学シート13を拡散板12の直下に設けた場合であっても、照明装置4を薄型化することが可能となる。さらに、図24に示したように、可撓性フィルム16に光学シート13の凸部と同様の特徴を有する凸部を設けるようにしてもよい。これにより、照明装置4をさらに薄型化することが可能となる。また、可撓性フィルム16のうち線状光源10からの光が入射する光入射領域や、可撓性フィルム16のうち線状光源10からの光が光学シート13などを透過して外部に射出する光射出領域に、拡散機能を持たせたり、立体形状を設けたりしてもよい。
[適用例]
次に、上記実施の形態の照明装置1を表示装置に適用した場合について説明する。なお、以下では、照明装置1の適用例について説明するが、照明装置1の代わりに、他の照明装置4,5を用いることはもちろん可能である。
図25は、本適用例にかかる表示装置6の断面構成を表したものである。この表示装置6は、表示パネル7と、表示パネル7の背後に、拡散シート14を表示パネル側に向けて配置された照明装置1とを備えており、表示パネル7の表面が観察者(図示せず)側に向けられている。
表示パネル7は、図示しないが、観察側の透明基板と照明装置1側の透明基板との間に液晶層を有する積層構造となっている。具体的には、観察側から順に、偏光板、透明基板、カラーフィルタ、透明電極、配向膜、液晶層、配向膜、透明画素電極、透明基板および偏光板を有している。
偏光板は、光学シャッタの一種であり、ある一定の振動方向の光(偏光)のみを通過させる。これら偏光板はそれぞれ、偏光軸が互いに90度異なるように配置されており、これにより照明装置1からの射出光が、液晶層を介して透過し、あるいは遮断されるようになっている。透明基板は、可視光に対して透明な基板、例えば板ガラスからなる。なお、照明装置1側の透明基板には、透明画素電極に電気的に接続された駆動素子としてのTFT(Thin Film Transistor;薄膜トランジスタ)および配線などを含むアクティブ型の駆動回路が形成されている。カラーフィルタは、照明装置1からの射出光を例えば、赤(R)、緑(G)および青(B)の三原色にそれぞれ色分離するためのカラーフィルタを配列して構成されている。透明電極は、例えばITO(Indium Tin Oxide;酸化インジウムスズ)からなり、共通の対向電極として機能する。配向膜は、例えばポリイミドなどの高分子材料からなり、液晶に対して配向処理を行う。液晶層は、例えば、VA(Vertical Alignment)モード、TN(Twisted Nematic)モードまたはSTN(Super Twisted Nematic)モードの液晶からなり、駆動回路からの印加電圧により、照明装置1からの射出光を各画素ごとに透過または遮断する機能を有する。透明画素電極は、例えばITOからなり、各画素ごとの電極として機能する。
次に、本適用例にかかる表示装置6における作用について説明する。照明装置1内の各線状光源10から射出された光は所望の正面輝度、面内輝度分布および視野角などを有する光に調整されたのち、表示パネル7の裏面を照明する。表示パネル7の裏面を照明した光は、表示パネル7で変調され、画像光として表示パネル7の表面から観察者側に射出される。
ところで、本適用例にかかる表示装置6では、照明装置1において式(1)または式(5)を満たしているので、表示パネル7の裏面を照明する照明光の輝度むらの視野角依存性が低くなっている。これにより、観察者が表示装置6を斜めから眺めた場合であっても、面内の輝度むらを観察者にあまり感じさせないようにすることができる。
以上、実施の形態、変形例および適用例を挙げて本発明を説明したが、本発明は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、上記実施の形態等では、表示装置1,4,5において、光学シート13,15の光射出側には、拡散機能を有する光学素子しか配置されていなかったが、他の機能を有する光学素子を配置してもよい。例えば、線状光源10の直上に光学シート13を配置した場合には、光学シート13,15の光射出側にプリズムシートを配置することが好ましい。光学シート13の線状光源10に対する位置ずれが生じた場合であっても、プリズムシートでの戻り光が照明装置4内を循環するリサイクル効果によって、位置ずれに起因する表示装置4の光学特性の低下を緩和することができる。
本発明の一実施の形態に係る照明装置の一例の断面構成図である。 図1の光学シートの一例の断面構成図である。 図1の光学シートの凸部の各種形状の断面構成図である。 戻り光発生部分について説明するための概念図である。 ムラ率と、P/Hとの関係を表した関係図である 図1の光学シートの光学作用の一例について説明するための概念図である。 図1の光学シートの凸部の配置について説明するための概念図である。 実施例に係る光学シートのセクションごとの凸部の断面構成図である。 比較例に係る光学シートのセクションごとの凸部の断面構成図である。 実施例の正面方向の面内輝度分布を表す分布図である。 実施例の斜め方向の面内輝度分布を表す分布図である。 比較例の正面方向の面内輝度分布を表す分布図である。 比較例の斜め方向の面内輝度分布を表す分布図である。 原盤を切削する刃物の先端形状の一例を表す断面構成図である。 原盤の切削方法の一例について説明するための概念図である。 図15の切削方法により形成された原盤を用いて作成した光学シートの断面構成図である。 原盤の切削方法の他の例について説明するための概念図である。 図17の切削方法により形成された原盤を用いて作成した光学シートの断面構成図である。 図1の照明装置の一変形例の断面構成図である。 図1の照明装置の他の変形例の断面構成図である。 図1の照明装置のその他の変形例の断面構成図である。 図1の照明装置のその他の変形例の断面構成図である。 図1の照明装置のその他の変形例の断面構成図である。 図1の照明装置のその他の変形例の断面構成図である。 図1の照明装置の一適用例に係る表示装置の断面構成図である。
符号の説明
1,4,5…照明装置、2…刃物、3…原盤、6…表示装置、7…表示パネル、10…線状光源、10A,T2…面、11…反射板、12…拡散板、13,15…光学シート、13−1…基材、13−2,13−3,13−4,13−5,13A,13B,13C…凸部、13D,13E,13F…頂部、13G,13H…平坦面、16…可撓性フィルム、AX…中心軸、r1,r2…戻り光発生部分、L1〜L6…光、R1…第1の領域、R2…第2の領域、S1,S3,S4…曲面、S2…傾斜平面、T1,T3…接面。

Claims (28)

  1. 各々の中心軸が互いに平行となると共に一の面内に含まれるように配置された複数の線状光源と、
    前記各線状光源と対向配置された反射板と、
    前記一の面に関して前記反射板の反対側に配置された平板状の拡散部材と、
    前記各線状光源と前記拡散部材との間に配置された光学部材と
    を備え、
    前記光学部材は、
    前記一の面に平行な光入射面と、
    前記各線状光源と前記一の面の法線方向に対向する第1の領域に第1の立体構造を有すると共に、一の線状光源と前記一の線状光源に隣接する他の線状光源との間の中間領域と前記一の面の法線方向に対向する第2の領域に第2の立体構造を有する光射出面と
    を有し、
    前記各線状光源から前記光入射面に垂直に入射した光が前記第1の立体構造によって全反射され前記反射板に向かう戻り光を発生させる第1の部分が、前記光学部材を前記一の面の法線方向から見たときに前記第1の領域に占める割合をK1とし、前記各線状光源から前記光入射面に垂直に入射した光が前記第2の立体構造によって全反射され前記反射板に向かう戻り光を発生させる第2の部分が、前記光学部材を前記一の面の法線方向から見たときに前記第2の領域に占める割合をK2としたとき、K1およびK2は以下の式を満たす照明装置。
    K1−K2>0
  2. 前記第1の立体構造に接する接線と前記一の面とのなす角をφ1、前記第2の立体構造に接する接線と前記一の面とのなす角をφ2とすると、φ1およびφ2は、前記第1の部分および前記第2の部分において以下の式を満たす請求項1に記載の照明装置。
    39≦φ1≦69
    39≦φ2≦69
  3. K1およびK2は以下の式を満たす請求項1に記載の照明装置。
    K1−K2≧0.03
  4. K1およびK2は以下の式を満たす請求項1に記載の照明装置。
    K1−K2≧0.06
  5. K1およびK2は以下の式を満たす請求項1に記載の照明装置。
    K1−K2≧0.12
  6. K1およびK2は以下の式を満たす請求項1に記載の照明装置。
    K1−K2≧0.15
  7. K1およびK2は以下の式を満たす請求項1に記載の照明装置。
    K1−K2≧0.18
  8. K2がゼロとなっている請求項1に記載の照明装置。
  9. 前記線状光源同士の間隔が30mm以上となっている請求項1に記載の照明装置。
  10. 前記第1の立体構造は線状または錐体状の複数の第1の凸部を有し、
    前記第2の立体構造は線状または錐体状の複数の第2の凸部を有する請求項1に記載の照明装置。
  11. 前記第1の凸部に接する接線と前記一の面とのなす角をφ1、前記第2の凸部に接する接線と前記一の面とのなす角をφ2とすると、φ1およびφ2は、前記凸部の頂部から底部に向かうにつれて連続的または断続的に大きくなっている請求項1に記載の照明装置。
  12. 前記第1の凸部および前記第2の凸部は傾斜平面を有する請求項10に記載の照明装置。
  13. 前記第1の凸部および前記第2の凸部は非球面を有する請求項10に記載の照明装置。
  14. 前記第1の凸部は傾斜平面を有し、
    前記第2の凸部は非球面を有する請求項10に記載の照明装置。
  15. 前記第1の凸部および前記第2の凸部は、頂部およびその近傍に凸状の曲面を有すると共に、それ以外の部分に前記曲面と滑らかに連続する傾斜平面を有する請求項10に記載の照明装置。
  16. 前記第1の凸部の曲面の曲率が前記第2の凸部の曲面の曲率よりも小さくなっている請求項15に記載の照明装置。
  17. 前記第1の凸部の高さが前記第2の凸部の高さよりも高くなっている請求項10に記載の照明装置。
  18. 前記第1の立体構造および前記第2の立体構造は、前記一の面と平行な1または複数の平坦面を有し、
    前記第1の立体構造の平坦面が、前記光学部材を前記一の面の法線方向から見たときに前記第1の領域に占める割合をK3とし、前記第2の立体構造の平坦面が、前記光学部材を前記一の面の法線方向から見たときに前記第2の領域に占める割合をK4としたとき、K3およびK4は以下の式を満たす請求項10に記載の照明装置。
    K4−K3>0
  19. 前記平坦面は前記第1の凸部および前記第2の凸部の非形成領域に形成されている請求項18に記載の照明装置。
  20. 前記平坦面は前記第2の凸部の頂部にも形成されている請求項19に記載の照明装置。
  21. 前記拡散部材は拡散板である請求項1に記載の照明装置。
  22. 前記光学部材と前記各線状光源との間に拡散板を備える請求項1に記載の照明装置。
  23. 前記拡散部材は拡散シートである請求項22に記載の照明装置。
  24. 前記拡散部材および前記光学部材は互いに一体に形成されている請求項1に記載の照明装置。
  25. 前記拡散部材および前記光学部材を包み込む可撓性フィルムを備える請求項1に記載の照明装置。
  26. 前記可撓性フィルムは前記線状光源からの光が入射する光入射領域に拡散機能を有する請求項25に記載の照明装置。
  27. 前記可撓性フィルムは、前記線状光源からの光が入射する光入射領域の表面に立体形状を有する請求項25に記載の照明装置。
  28. 画像信号に基づいて駆動されるパネルと、
    前記パネルを照明する照明装置と
    を備え、
    前記照明装置は、
    各々の中心軸が互いに平行となると共に一の面内に含まれるように配置された複数の線状光源と、
    前記各線状光源と対向配置された反射板と、
    前記一の面に関して前記反射板の反対側に配置された平板状の拡散部材と、
    前記各線状光源と前記拡散部材との間に配置された光学部材と
    を有し、
    前記光学部材は、
    前記一の面に平行な光入射面と、
    前記各線状光源と前記一の面の法線方向に対向する第1の領域に第1の立体構造を有すると共に、一の線状光源と前記一の線状光源に隣接する他の線状光源との間の中間領域と前記一の面の法線方向に対向する第2の領域に第2の立体構造を有する光射出面と
    を有し、
    前記各線状光源から前記光入射面に垂直に入射した光が前記第1の立体構造によって全反射され前記反射板に向かう戻り光を発生させる第1の部分が、前記光学部材を前記一の面の法線方向から見たときに前記第1の領域に占める割合をK1とし、前記各線状光源から前記光入射面に垂直に入射した光が前記第2の立体構造によって全反射され前記反射板に向かう戻り光を発生させる第2の部分が、前記光学部材を前記一の面の法線方向から見たときに前記第2の領域に占める割合をK2としたとき、K1およびK2は以下の式を満たす表示装置。
    K1−K2>0
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