JP2010015102A

JP2010015102A - 光学部品、照明装置、及び表示装置

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Publication number: JP2010015102A
Application number: JP2008177121A
Authority: JP
Inventors: Michiko Takushima; 道子多久島; Tomomi Sano; 知巳佐野; Jun Yoda; 潤依田
Original assignee: Sumitomo Electric Fine Polymer Inc; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Fine Polymer Inc; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-07
Also published as: JP5297107B2

Abstract

【課題】視野角コントロール機能を有し、且つ、光利用効率の高い光学部品を提供する。
【解決手段】光学部品では、第１のレンズアレイは、一方向に配列された複数の第１のレンズ要素を含んでいる。第２のレンズアレイは、一方向に配列された複数の第２のレンズ要素を含んでいる。遮光部アレイは、一方向に互いに離間して配列された複数の遮光部を有する。複数の第1のレンズ要素は、凸状の入射面を有する。複数の第２のレンズ要素は、凸状の出射面を有する。第1のレンズアレイは、一部の入射光を、複数の遮光部の間で集光して第２のレンズアレイに結合し、一部の入射光の入射方向が複数の第１のレンズ要素の光軸に対して成す角度よりも、その入射方向が光軸に対して成す角度が大きい別の一部の入射光を少なくとも部分的に複数の遮光部の何れかに結合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学部品に関するものであり、特に、視野角コントロールに好適に用いることが可能な光学部品に関するものである。また、本発明は、このような光学部品を用いた照明装置及び表示装置に関するものである。

携帯電話のディスプレイやパソコンディスプレイの覗き見防止、カーナビゲーションのフロントパネルへの映り込み防止のために、視野角コントロール技術を採用した光学部品が液晶ディスプレイ等のディスプレイに用いられている。このような光学部品は、ディスプレイからの光がある視野角の範囲内にのみに発せられるようにするものである。

このような光学部品として、非特許文献１に開示されたルーバーがある。このルーバーは、複数の遮光板を互いの主面を対面させて一方向に配列させたものである。かかるルーバーによれば、ある角度以上で当該ルーバーに入射する光を遮光することができる。
"シンエツVCFにおける視野コントロール技術"、月刊ディスプレイ２００６年5月号、６２頁〜６９頁

しかしながら、非特許文献１に記載のルーバーは、透過させたい角度の光の一部も遮光してしまう。その結果、このルーバーを備えたディスプレイの輝度を明るくするためには、光源の出力を大きくする必要がある。

そこで、本発明では、視野角コントロール機能を有し、且つ、光利用効率の高い光学部品を提供することを目的としている。また、本発明は、このような光学部品を用いた照明装置及び表示装置を提供することを目的としている。

本発明の光学部品は、第１のレンズアレイ、第２のレンズアレイ、及び、遮光部アレイを備えている。第１のレンズアレイは、一方向に配列された複数の第１のレンズ要素を含んでいる。第２のレンズアレイは、一方向に配列された複数の第２のレンズ要素を含んでいる。遮光部アレイは、一方向に互いに離間して配列された複数の遮光部を有する。複数の第1のレンズ要素は、凸状の入射面を有する。複数の第２のレンズ要素は、凸状の出射面を有する。第1のレンズアレイは、一部の入射光を、複数の遮光部の間で集光して第２のレンズアレイに結合し、一部の入射光の入射方向が複数の第１のレンズ要素の光軸に対して成す角度よりも、その入射方向が光軸に対して成す角度が大きい別の一部の入射光を少なくとも部分的に複数の遮光部の何れかに結合する。

本発明の光学部品によれば、入射光のうち、第1のレンズ要素の光軸に対してその入射方向がなす角度が小さい入射光の一部は、第１のレンズアレイによって遮光部の間で集光されて、第２のレンズアレイから出射される。一方、第１のレンズ要素の光軸に対してその入射方向がなす角度が大きい入射光は、遮光部によって遮光される。また、第２のレンズ要素の出射面が凸面であるので、第２のレンズアレイに結合される光は、第２のレンズ要素の光軸に対して小さい角度で出射される。したがって、本光学部品では、出射光が提供する視野角が小さく、また、第２のレンズ要素の光軸に対してその出射方向がなす角度が小さい光の利用効率が高められている。

本発明の光学部品では、複数の第１のレンズ要素の光軸上及び第２のレンズ要素の光軸上に、遮光部が位置しないことが好ましい。また、本発明の光学部品では、隣り合う第１のレンズ要素の境界と隣り合う第２のレンズ要素の境界との間に、遮光部が位置していることが好ましい。また、複数の第１のレンズ要素の光軸と複数の第２のレンズ要素の光軸とが互い一致していることが好ましい。複数の第１のレンズ要素及び複数の第２のレンズ要素としては、シリンドリカルレンズを用いることが可能である。

また、本発明は、照明装置に関するものでもあり、この照明装置は、光源と、光源から出射される光を上述の光学部品に導光する導光板と、を備えている。なお、導光板とは、導光する機能を有する部材であれば、任意の部材を含むものであり、例えば、拡散板を含むものである。

また、本発明は、表示装置にも関するものであり、この表示装置は、上述の照明装置と、
当該照明装置から出射された光を受光して出射する液晶パネルと、を備えるものである。

以上説明したように、本発明によれば、視野角コントロール機能を有し、且つ、光利用効率の高い光学部品が提供される。また、本発明によれば、この光学部品を用いた照明装置及び表示装置が提供される。

以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、一実施形態に係る光学部品を概略的に示す図である。なお、以下では、光学部品の第１のレンズアレイにおける複数の第１のレンズ要素の配列方向をｘ方向ということがある。また、第１のレンズアレイから第２のレンズアレイに向かう方向をｚ方向、ｘ方向及びｚ方向に直交する方向をｙ方向という。図１の（ａ）には、ｙ方向に見た光学部品が示されており、図１の（ｂ）には、ｘ方向に見た光学部品が示されている。

図１に示す光学部品１０は、第１のレンズアレイ１２、第２のレンズアレイ１４、及び、遮光部アレイ１６を備えている。第１のレンズアレイ１２及び第２のレンズアレイ１４は、例えば、シリンドリカルレンズアレイ、即ち、所謂レンチキュラレンズである。光学部品１０では、第１のレンズアレイ１２と第２のレンズアレイ１４との間に遮光部アレイ１６が設けられている。

第１のレンズアレイ１２は、複数の第１のレンズ要素１２ａを含んでいる。複数の第１のレンズ要素１２ａは、一方向、即ちｘ方向に配列されている。第１のレンズ要素１２ａの各々は、凸状の入射面１２ｂを含んでいる。即ち、第１のレンズ要素１２ａは、遮光部アレイ１６と当該第１のレンズ要素１２ａとの境界と反対側に凸状の面を有している。本実施の形態では、第１のレンズ要素１２ａの各々は、シリンドリカルレンズである。

第２のレンズアレイ１４は、複数の第２のレンズ要素１４ａを含んでいる。複数の第２のレンズ要素１４ａも、一方向に配列されている。本実施形態では、複数の第２のレンズ要素１４ａも、ｘ方向に配列されている。即ち、第２のレンズ要素１４ａは、複数の第１のレンズ要素１２ａの配列方向と同方向に配列されている。第２のレンズ要素１４ａの各々は、凸状の出射面１４ｂを含んでいる。即ち、第２のレンズ要素１４ａは、遮光部アレイ１６と当該第２のレンズ要素１４ａとの境界と反対側に凸状の面を有している。本実施の形態では、第２のレンズ要素１４ａの各々も、シリンドリカルレンズである。

遮光部アレイ１６は、複数の遮光部１６ａを有している。本実施形態では、複数の遮光部１６ａはそれぞれ、板状の形状を有している。複数の遮光部１６ａは、一方向に離間して配列されている。本実施形態では、複数の遮光部１６ａは、複数の第１のレンズ要素１２ａの配列方向と同方向に配列されている。また、複数の遮光部１６ａは、その配列方向に交差する面に沿って延びている。本実施形態の遮光部アレイ１６では、隣り合う遮光部１６ａの間の空間１６ｂに、入射光に対して透明な部材、例えば、樹脂が埋め込まれている。

本実施形態では、複数の第１のレンズ要素１２ａの周期、複数の第２のレンズ要素１４ａの周期、及び、複数の遮光部１６ａの周期は、全て同じ周期である。また、隣り合うレンズ要素１２ａの境界と隣り合う第２のレンズ要素１４ａの境界との間に、遮光部１６ａが設けられている。また、隣り合う第１のレンズ要素１２ａの境界の当該第１のレンズ要素１２ａの配列方向における位置と、隣り合う第２のレンズ要素１４ａの境界の同方向における位置とは、互いに一致している。すなわち、第１のレンズ要素１２ａの光軸と第２のレンズ要素１４ａの光軸は一致している。

以下、本光学部品に入射する光の軌跡について詳細に説明する。図２は、一実施形態に係る光学部品に入射する光の軌跡を示す図である。図２では、光学部品１０への入射光のうち、第１のレンズ要素１２ａの光軸Ｚ１に平行に入射する光Ｌ１（入射方向０°の光）の軌跡が実線で示されている。また、光学部品１０への入射光のうち、その入射方向が光軸Ｚ１に対してなす角度が小さい光Ｌ２の軌跡が、破線で示されている。また、光学部品１０への入射光のうち、その入射方向が第１のレンズ要素１２ａの光軸に対してなす角度が大きい光Ｌ３の軌跡が点線で示されている。

図２に示すように、光学部品１０への入射光のうち、その入射方向が光軸Ｚ１に対して成す角度が小さい光Ｌ１及びＬ２は、第１のレンズ要素１２ａによって、空間１６ｂで集光されて、第２のレンズ要素１４ａに結合される。第２のレンズ要素１４ａに至った光は、第２のレンズ要素１４ａの光軸Ｚ２に対してなす角度が小さくなるように出射される。

一方、光学部品１０への入射光のうち、光軸Ｚ１に対してなす角度が光Ｌ１及び光Ｌ２より大きい光Ｌ３は、遮光部１６ａに結合される。したがって、光Ｌ３は、遮光部１６ａによって遮光され、第２のレンズ要素１４ａには結合しない。

このように、光学部品１０は、その入射方向が第１のレンズ要素１２ａの光軸Ｚ１に対して成す角度が小さい入射光を遮光部１６ａで遮光することなく、第２のレンズアレイ１４に結合することができる。また、第２のレンズアレイ１４に入射する光は、その出射方向が光軸Ｚ２に対して成す角度が小さくなるように、出射される。したがって、光学部品１０は、視野角を狭くすることを実現しつつ、遮光部１６ａによる不要な光の損失を低減して、光の利用効率を高めることができる。

図３は、一実施形態に係る光学部品の光の出射角度と透過率の関係を示す図である。図３において、横軸は光の出射角度を示しており、縦軸はある出射角度で出射される光のパワーと当該光の光学部品への入射パワーとの比を示している。図３において実線で示す特性は、レンズアレイを有する光学部品、即ち、本実施形態の光学部品の特性であり、点線で示す特性はレンズアレイが無い従来の光学部品の特性である。

図３に示す本実施形態の光学部品に対する特性は、以下のパラメータの光学部品に対して得られたものである。
第１のレンズ要素の光軸上の厚さ：０．３ｍｍ
第１のレンズ要素及び第２のレンズ要素：シリンドリカルレンズ
第１のレンズ要素の入射面及び第２のレンズ要素の出射面の曲率：０．５ｍｍ
第１のレンズ要素の出射面及び第２のレンズ要素の入射面の形状：平面
第１のレンズ要素及び第２のレンズ要素の周期：０．６ｍｍ
第１のレンズ要素と第２のレンズ要素との間の距離：１．２ｍｍ
第１のレンズ要素の材料：ポリカーボネート（屈折率：１．５９）。
第２のレンズ要素の材料：ポリカーボネート（屈折率：１．５９）
遮光部の厚さ：５０μｍ
遮光部の長さ：１ｍｍ
遮光部の周期：０．６ｍｍ
遮光部の材料：黒に着色したシリコーンゴム
遮光部の間の空間の材料：シリコーンゴム（屈折率：１．４３）

図３から明らかなように、本実施形態における光学部品では、その出射方向が第２のレンズ要素の光軸に対してなす角度が大きい出射光の透過率は小さく、その出射方向が第２のレンズ要素の光軸に対してなす角度が小さい出射光の透過率は大きくなっている。したがって、本光学部品は、従来の光学部品より、出射角度が小さい光の利用効率を高めることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明した。本発明の光学部品では、隣り合う遮光部の間隔、隣り合う第１のレンズ要素の間隔、及び、隣り合う第２のレンズ要素の間隔が、等しいことが好ましい。また、第１のレンズ要素と第２のレンズ要素が、ｚｘ平面内で正のパワーを有することが好ましい。

また、隣り合う第１のレンズ要素の配列方向における境界位置と遮光部の同配列方向における位置とは、一致していることが好ましい。なお、遮光部が第１のレンズ要素の光軸上に位置する形態は、第１のレンズ要素の光軸に対して入射方向がなす角度が小さい光が遮光されてしまうため好ましくないが、隣り合う第１のレンズ要素の配列方向における境界位置と遮光部の同配列方向における位置とは、僅かにずれていてもよい。

また、第１のレンズ要素の形状と第２のレンズ要素の形状は同じ形状であってもよく、互いに異なっていてもよい。遮光部のｚ方向の長さは、第１のレンズアレイから第２のレンズアレイまでの距離と等しくてもよく、また、当該距離より短くてもよい。ただし、第１のレンズ要素の光軸に対してその入射方向が大きい角度をなして入射する光を効率良く遮光するために、遮光部のｚ方向の長さは、第１のレンズアレイから第２のレンズアレイまでの距離の約１／２は必要である。

遮光部は、入射光の波長（例えば４００〜７００ｎｍ）において透過率０%であることが好ましいが、約１０%の透過率を有していても、本光学部品の所望の効果が得られる。

また、複数の遮光部の周期は、複数の第１のレンズ要素の周期及び複数の第２のレンズ要素の周期のＮ倍（Ｎは１以上の整数）であってもよい。図４は、別の実施形態に係る光学部品を概略的に示す図である。図４に示す光学部品１０Ａでは、遮光部アレイ１６の一部において、隣りあう二つの遮光部１６ａの周期（間隔）が、複数の第１のレンズ要素１２ａの周期及び複数の第２のレンズ要素１４ａの周期の二倍になっている。かかる光学部品１０Ａでは、第１のレンズ要素１２ａの光軸Ｚ１に対してその入射方向がなす角度が大きい光Ｌが、周期が２倍となっている空間１６ｂを通過し、第２のレンズ要素の光軸Ｚ２に対して大きい角度をなして出射されるが、その量は無視できる程度である。

また、複数の遮光部の周期は、一部において、複数の第１のレンズ要素の周期及び複数の第２のレンズ要素の周期と異なっていてもよい。図５は、別の実施の形態に係る光学部品を概略的に示す図である。図５に示す光学部品１０Ｂでは、一つの遮光部１６ａがその遮光部１６ａと隣り合う別の二つの遮光部１６ａのうち一方の遮光部側へ偏位している。かかる光学部品１０Ｂでは、第１のレンズ要素１２ａの光軸Ｚ１に対してその入射方向がなす角度が小さい光Ｌの一部が遮光部１６ａによって遮光されるが、その量は無視できる程度である。

また、複数の第２のレンズ要素の配列方向が、複数の第１のレンズ要素の配列方向及び複数の遮光部の配列方向と異なっていてもよい。図６は、別の実施形態に係る光学部品を概略的に示す図である。図６に示す光学部品１０Ｃでは、複数の第２のレンズ要素１４ａの配列方向が、複数の第１のレンズ要素１２ａの配列方向及び複数の遮光部１６ａの配列方向に対して傾斜している。かかる光学部品１０Ｃであっても、第１のレンズ要素１２ａの光軸に対して小さい角度で入射する光Ｌ１を第２のレンズアレイに結合することができる。一方、第１のレンズ要素１２ａの光軸に対して大きい角度で入射する光Ｌ３を遮光部１６ａによって遮光することができる。

また、遮光部が第１のレンズ要素の光軸に対して傾斜していてもよい。図７は、別の実施の形態に係る光学部品を概略的に示す図である。図７に示す光学部品１０Ｄでは、第１のレンズ要素１２ａの光軸Ｚ１に対して遮光部１６ａが傾斜している。この傾斜角度は２°程度までは許容し得る。かかる光学部品１０Ｄにおいても、光軸Ｚ１に対してその入射方向がなす角度が小さい光Ｌ１の大部分を第２のレンズアレイ１４に結合することができる。一方、光軸Ｚ１に対してその入射方向がなす角度が大きい光Ｌ３の大部分を遮光部１６ａによって遮光することができる。

また、隣り合う第２のレンズ要素の境界位置と隣り合う第１のレンズ要素の境界位置とは、その配列方向において一致していなくてもよい。図８は、別の実施形態に係る光学部品を概略的に示す図である。図８に示す光学部品１０Ｅでは、隣り合う第１のレンズ要素１２ａのその配列方向ｘにおける境界位置と、遮光部１６ａの方向ｘにおける位置とが一致している。一方、隣り合う第１のレンズ要素１２ａのその配列方向ｘにおける境界位置と、隣り合う第２のレンズ要素１４ａのその配列方向ｘにおける境界位置とは、一致していない。かかる光学部品１０Ｅであっても、両境界位置のずれが僅かであれば、第１のレンズ要素１２ａの光軸Ｚ１に対してその入射方向がなす角度が小さい光Ｌ１の大部分を第２のレンズアレイ１４から出射することができ、一方、第１のレンズ要素１２ａの光軸Ｚ１に対して入射方向がなす角度が大きい光Ｌ３の大部分を遮光部１６ａによって遮光することができる。一方、第１のレンズ要素１２ａの光軸上に、隣り合う第２のレンズ要素１４ａの境界位置が存在すると、第２のレンズアレイからの出射光の出射角度が大きくなるので、かかる形態は好ましくない。

以下、上述した光学部品を用いた表示装置について説明する。図９は、一実施形態に係る表示装置を概略的に示す図である。図９に示す表示装置２０は、照明装置２２と、液晶パネル２４と、を備えている。照明装置２２は、光学部品１０、導光板２６、光源２８、及び、反射板３０を有している。なお、照明装置２２は、反射板３０を有していなくてもよい。この表示装置２０では、導光板２６の端面に入射する光が、光学部品１０に入射する。光学部品１０に入射する光の一部が液晶パネル２４の背面に入射して当該液晶パネル２４の表面から出射される。この表示装置２０は、光学部品１０を備えているので、その視野角は小さい。また、表示装置２０は、光学部品１０を備えているので、光の利用効率に優れている。

図１０は、別の実施形態に係る表示装置を概略的に示す図である。図１０に示す表示装置２０Ａは、照明装置２２Ａ、及び、液晶パネル２４を備えている。照明装置２２Ａは、光学部品１０、光源２８、及び、拡散板３２を有している。表示装置２０Ａでは、光源からの光が拡散板３２によって拡散されて光学部品１０に入射する。光学部品１０に入射する光の一部が液晶パネル２４の背面に入射して当該液晶パネル２４の表面から出射される。表示装置２０Ａも、表示装置２０と同様に、光学部品１０を備えているので、その視野角は小さいものとなる。また、表示装置２０Ａも、光の利用効率に優れている。なお、表示装置２０及び２０Ａは、光学部品１０に代えて、光学部品１０Ａ〜１０Ｅの何れかを用いてもよい。

一実施形態に係る光学部品を概略的に示す図である。一実施形態に係る光学部品に入射する光の軌跡を示す図である。一実施形態に係る光学部品の光の出射角度と透過率の関係を示す図である。別の実施形態に係る光学部品を概略的に示す図である。別の実施形態に係る光学部品を概略的に示す図である。別の実施形態に係る光学部品を概略的に示す図である。別の実施形態に係る光学部品を概略的に示す図である。別の実施形態に係る光学部品を概略的に示す図である。一実施形態に係る表示装置を概略的に示す図である。別の実施形態に係る表示装置を概略的に示す図である。

符号の説明

１０…光学部品、１２…第１のレンズアレイ、１２ａ…第１のレンズ要素、１２ｂ…入射面、１４…第２のレンズアレイ、１４ａ…第２のレンズ要素、１４ｂ…出射面、１６…遮光部アレイ、１６ａ…遮光部、１６ｂ…空間、２０，２０Ａ…表示装置、２４…液晶パネル、２６…導光板、２８…光源、３０…反射板、３２…拡散板。

Claims

一方向に配列された複数の第１のレンズ要素を有する第１のレンズアレイと、
一方向に配列された複数の第２のレンズ要素を有する第２のレンズアレイと、
一方向に互いに離間して配列された複数の遮光部を有する遮光部アレイと、
を備え、
前記複数の第1のレンズ要素は、凸状の入射面を有し、
前記複数の第２のレンズ要素は、凸状の出射面を有し、
前記第1のレンズアレイは、一部の入射光を、前記複数の遮光部の間で集光して前記第２のレンズアレイに結合し、前記一部の入射光の入射方向が前記複数の第１のレンズ要素の光軸に対して成す角度よりも、その入射方向が前記光軸に対して成す角度が大きい別の一部の入射光を少なくとも部分的に前記複数の遮光部の何れかに結合する、
光学部品。
前記複数の第１のレンズ要素の光軸上及び前記複数の第２のレンズの光軸上に、前記遮光部が位置しない、請求項１に記載の光学部品。
隣り合う前記第１のレンズ要素の境界と隣り合う前記第２のレンズ要素の境界との間に、前記遮光部が位置している、請求項２に記載の光学部品。
前記複数の第１のレンズ要素の光軸と前記複数の第２のレンズ要素の光軸とが互い一致している、請求項１〜３の何れか一項に記載の光学部品。
前記複数の第１のレンズ要素及び前記複数の第２のレンズ要素は、シリンドリカルレンズである、請求項１〜４の何れか一項に記載の光学部品。
請求項１〜５の何れか一項に記載の光学部品と、
光源と、
前記光源から出射される光を前記光学部品に導光する導光板と、
を備える照明装置。
請求項６に記載の照明装置と、
前記照明装置から出射された光を受光して、出射する液晶パネルと、
を有する表示装置。