JP2010040196A - 面光源装置および透過型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要な角度における輝度ピークを低減でき、かつ、透過型表示部における明暗の斑を解消させ、正面輝度も高くすることのできる光制御シートを備える面光源装置および透過型表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】面光源装置１０は、互いに平行に配置された複数の発光管１５ａ（棒状光源）を含む面光源１５と、面光源１５の出光側に設けられるとともに面光源１５に平行に配置されたシート面１３ｓを有する第１光制御シート１３と、第１光制御シート１３の出光側に設けられるとともに第１光制御シート１３に平行に配置されたシート面１４ｓを有する第２光制御シート１４と、面光源１５の出光側とは反対の側に設けられ、光を反射させる反射板１６と、第２光制御シート１４とＬＣＤパネル１７との間に設けられ、ＬＣＤパネル１７の視野角を狭めることなく、ＬＣＤパネル１７の背面に照射される光の輝度を高める偏光分離シート１１と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、単位レンズが複数配列された光制御シートを備える直下型の面光源装置および透過型表示装置に関する。

透過型の液晶ディスプレイ等を背面から照明する面光源として、各種方式の面光源装置が提案され、実用化されている。面光源装置は、光の収束方式により、主としてエッジライト型と直下型とに分類される。例えば直下型では、並列の冷陰極管を用いて透過型表示部の背面へ光を導入するようになっており、面光源、例えば冷陰極管と、透過型表示部、例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）パネルとの間の距離を適切に設定し、その間に、光を拡散する拡散板や、光を収束させる光学シート等を複数組み合わせて使用することで、面光源装置および透過型表示装置が作製されていた。

そのような光学シートの例として、多数の三角プリズムを並べて配置することにより、光を収束するフィルムからなる光学シートが開示されている（特許文献１）。
特開昭６３−３１８００３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている三角プリズムを有するフィルムからなる光学シートでは、光学シートの法線方向に出射する光による第１の輝度ピークの他に、光学シートの法線方向と６０〜８０度をなす方向に出射する光による第２の輝度ピークも存在する。このため、透過型表示部の一部に黒を表示させたい場合、すなわち透過型表示部の一部に光を入射させたくない場合であっても、透過型表示部の法線と６０〜８０度をなす方向から入射してくる光のために、透過型表示部の一部を完全に黒にすることができず、十分なコントラスト比を得ることができないという問題があった。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、不要な角度における輝度ピークを低減でき、かつ、透過型表示部における明暗の斑を解消させ、正面輝度も高くすることのできる光制御シートを備える面光源装置および透過型表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、平行に配置された複数の棒状光源を含む面光源と、面光源の出光側に設けられ、出光側表面に平行に配置された多数の第１単位レンズを有する第１光制御シートと、第１光制御シートの出光側に設けられ、出光側表面に平行に配置された多数の第２単位レンズを有する第２光制御シートと、を備え、第１光制御シートの各第１単位レンズは、棒状光源と平行に延び、各第１単位レンズは、出光側に突出する円弧状の断面形状を有し、各第１単位レンズの断面形状の谷部を通る接線が第１光制御シートのシート面となす角は、６０〜７５度となっており、各第１単位レンズの断面形状は、幅：高さ＝２：１．１〜１．５となっており、第１単位レンズの谷部を通る光の少なくとも一部は、第１単位レンズに全反射した後で第１単位レンズから屈折して外方へ出光し、第２光制御シートの第２単位レンズは、第１光制御シートの第１単位レンズが延びる方向と直交する方向に延び、各第２単位レンズは、出光側に突出する断面形状を有し、第１光制御シートの第１単位レンズから屈折して外方へ出光する光のうち、第２光制御シートの第２単位レンズが延びる方向に平行な方向に関し、第２光制御シートの法線に対して６０度以上の角度を有する光は、その５０％以上が第２単位レンズで全反射して第１光制御シート側へ戻ることを特徴とする面光源装置である。

本発明は、第２光制御シートの各第２単位レンズの断面形状は、幅：高さ＝１．５〜２．５：１となっていることを特徴とする面光源装置である。

本発明は、第２光制御シートの各第２単位レンズの断面形状は、底角が４５度以上となる三角形形状、または谷部を通る接線が第２光制御シートのシート面となす角が４５度以上となる円弧形状を有することを特徴とする面光源装置である。

本発明は、平行に配置された複数の棒状光源を含む面光源と、面光源の出光側に設けられ、出光側表面に平行に配置された多数の第１単位レンズを有する第１光制御シートと、第１光制御シートの出光側に設けられ、入光側表面に平行に配置された多数の第２単位レンズを有する第２光制御シートと、を備え、第１光制御シートの各第１単位レンズは、棒状光源と平行に延び、各第１単位レンズは、出光側に突出する円弧状の断面形状を有し、各第１単位レンズの断面形状の谷部を通る接線が第１光制御シートのシート面となす角は、６０〜７５度となっており、各第１単位レンズの断面形状は、幅：高さ＝２：１．１〜１．５となっており、第１単位レンズの谷部を通る光の少なくとも一部は、第１単位レンズに全反射した後で第１単位レンズから屈折して外方へ出光し、第２光制御シートの第２単位レンズは、第１光制御シートの第１単位レンズが延びる方向と平行する方向に延び、各第２単位レンズは、入光側に突出する断面形状を有し、第１光制御シートの第１単位レンズから屈折して外方へ出光する光のうち、第２光制御シートの第２単位レンズに平行な方向に対して６０度以上の角度を有する光は、その５０％以上が第２単位レンズで全反射して第１光制御シート側へ戻ることを特徴とする面光源装置である。

本発明は、第２光制御シートの各第２単位レンズの断面形状は、底角が４０度以下となる三角形形状、または谷部を通る接線が第２光制御シートのシート面となす角が４０度以下となる円弧形状を有することを特徴とする面光源装置である。

本発明は、第１光制御シートの各第１単位レンズは、拡散層を有していることを特徴とする面光源装置である。

本発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の面光源装置と、前記面光源装置によりその背面が照射される透過型表示部と、を備えることを特徴とする透過型表示装置面光源装置と、前記面光源装置によりその背面が照射される透過型表示部と、を備えることを特徴とする透過型表示装置である。

本発明によれば、面光源装置は、棒状光源と平行に延び、かつ出光側に突出する断面形状を有する第１単位レンズを有する第１光制御シートと、第１光制御シートの第１単位レンズが延びる方向と直交する方向に延び、かつ出光側に突出する断面形状を有する第２単位レンズを有する第２光制御シートとを備えており、第１光制御シートの第１単位レンズから屈折して外方へ出光する光のうち、第２光制御シートの第２単位レンズに平行な方向に関し、第２光制御シートの法線に対して６０度以上の角度を有する光は、その５０％以上が第２単位レンズで全反射して第１光制御シート側へ戻る。このため、第２光制御シートの法線に対して所定角度以上の角度を有する光は、第２光制御シートから殆ど出光されない。このことにより、正面輝度を向上させるとともに、不要な角度における輝度のピークを低減することができる。
また本発明によれば、面光源装置は、棒状光源と平行に延び、かつ出光側に突出する断面形状を有する第１単位レンズを有する第１光制御シートと、第１光制御シートの第１単位レンズが延びる方向と平行する方向に延び、かつ入光側に突出する断面形状を有する第２単位レンズを有する第２光制御シートとを備えており、第１光制御シートの第１単位レンズから屈折して外方へ出光する光のうち、第２光制御シートの第２単位レンズに平行な方向に関し、第２光制御シートの法線に対して６０度以上の角度を有する光は、その５０％以上が第２単位レンズで全反射して第１光制御シート側へ戻る。このため、第２光制御シートの法線に対して所定角度以上の角度を有する光は、第２光制御シートから殆ど出光されない。このことにより、正面輝度を向上させるとともに、不要な角度における輝度のピークを低減することができる。

第１の実施の形態
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。ここで、図１乃至図７は、本発明の第１の実施の形態における面光源装置および透過型表示装置を示す図である。このうち図１は、本発明の第１の実施の形態における透過型表示装置の詳細を示す図であり、図２は、本発明の第１の実施の形態における透過型表示装置の概略を示す図である。図３は、本発明の第１の実施の形態における光制御シートを示す図であり、図４は、本発明の第１の実施の形態における光制御シートの断面を示す図である。図５および図６は、本発明の第１の実施の形態において、光制御シートにより反射または透過される光を示す図である。図７は、本発明の第１の実施の形態における第２光制御シートの光学特性を示す図である。

はじめに、図１および図２により、本発明の第１の実施の形態における面光源装置および透過型表示装置について説明する。なお図１および図２、並びに後に示す各図は、本発明における面光源装置および透過型表示装置を模式的に示した図であり、各構成要素の大きさ、個数、形状等は、理解を容易にするために適宜誇張されている。

ここで図１は、透過型表示装置を示す斜視図であり、図２は、後述する発光管（棒状光源）の長手方向に対して垂直な平面における透過型表示装置の断面を示す図である。図１および図２に示すように、透過型表示装置２０は、透過型表示部、例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）パネル１７と、ＬＣＤパネル１７に平行に配置され、ＬＣＤパネル１７の背面に光を照射させる面光源装置１０とを備えている。

このうちＬＣＤパネル１７は、透過型の液晶表示素子により形成されており、本実施の形態においては、対角３２インチサイズ（７４０ｍｍ×４２０ｍｍ）、１２８０×７６８ドットの表示を行うことができる。ＬＣＤパネル１７の水平方向は、後述する発光管１５ａの長手方向と平行な方向に一致し、ＬＣＤパネル１７の垂直方向は、後述する発光管１５ａの長手方向と垂直な方向に一致する。

次に、図１および図２により面光源装置１０について詳述する。図１および図２に示すように、面光源装置１０は、互いに平行に配置された複数の発光管１５ａ（棒状光源）を含む面光源１５と、面光源１５の出光側に設けられるとともに面光源１５に平行に配置されたシート面１３ｓを有する第１光制御シート１３と、第１光制御シート１３の出光側に設けられるとともに第１光制御シート１３に平行に配置されたシート面１４ｓを有する第２光制御シート１４と、面光源１５の出光側とは反対の側に設けられ、光を反射させる反射板１６と、第２光制御シート１４とＬＣＤパネル１７との間に設けられ、ＬＣＤパネル１７の視野角を狭めることなく、ＬＣＤパネル１７の背面に照射される光の輝度を高める偏光分離シート１１と、を備えている。

このうち、面光源１５の発光管１５ａは、面光源装置１０の光源となる発光体であり、例えば冷陰極管からなっている。図１において、面光源１５は平行に配置された６本の発光管１５ａからなる例を示したが、これに限られることはなく、例えば対角３２インチサイズ（７４０ｍｍ×４２０ｍｍ）、１２８０×７６８ドットのＬＣＤパネル１７を備える透過型表示装置２０においては、面光源１５は平行に配置された８本の発光管１５ａを有していてもよく、この場合、発光管１５ａは略４５ｍｍ間隔で配置されている。

また反射板１６は、上述のように面光源１５の出光側とは反対の側において、面光源１５の発光管１５ａ全体を覆うように設けられており、面光源１５の発光管１５ａから出射される光のうち、面光源１５の出光側とは反対の側に出射された光を拡散反射させて、面光源１５の出光側に向かわせることができる。

さらに偏光分離シート１１は、光制御シート１２から出射される光をその偏光方向により透過または反射させるものである。このため、偏光分離シート１１により、不要な方向に偏光している光を反射させ、光制御シート１２および反射板１６の側に戻して再利用することができ、これによって、ＬＣＤパネル１７の背面に照射される光の輝度を高めることができる。本実施の形態においては、偏光分離シート１１として住友スリーエム株式会社製のＤＢＥＦが使用されている。

また図３および図４に示すように、上記のうち、第１光制御シート１３と第２光制御シート１４とによって光制御シート１２が構成されている。このうち第１光制御シート１３は、第１基材１３ｂと、第１基材１３ｂ上に形成された多数の第１単位レンズ１３ａとを有し、第２光制御シート１４は、第２基材１４ｂと、第２基材１４ｂ上に形成された多数の第２単位レンズ１４ａとを有している。

ところで、図１乃至図３に示すように、第１光制御シート１３の各第１単位レンズ１３ａは、面光源１５の発光管１５ａと平行に延び、各第１単位レンズ１３ａは、第１光制御シート１３の出光側に突出する円弧状の断面形状を有している。なお本実施の形態において、図３に示すように、第１光制御シート１３の各第１単位レンズ１３ａが延びる方向はｙ軸方向となっており、第２光制御シート１４の各第２単位レンズ１４ａが延びる方向はｘ軸方向となっており、第１光制御シート１３のシート面１３ｓおよび第２制御シート１４のシート面１４ｓと垂直の方向はｚ軸方向となっている。

次に、図４（ａ）（ｂ）により、第１光制御シート１３および第２光制御シート１４について詳述する。ここで図４（ａ）は、第１光制御シート１３の各θ_１第１単位レンズ１３ａが延びる方向に垂直な平面（ｘｚ平面）における第１光制御シート１３の断面を示す図である。図４（ａ）に示すように、各第１単位レンズ１３ａの断面形状の谷部を通る接線Ｘ_１が第１光制御シート１３のシート面１３ｓとなす角θ_１は、６０〜７５度、例えば６５度となっており、また、各第１単位レンズ１３ａの断面形状は、幅ａ_１：高さｂ_１＝２：１．１〜１．５、例えば２：１．２となっている。これによって、後述するように、第１光制御シート１３の各第１単位レンズ１３ａの谷部および谷部近傍を通る光の少なくとも一部は、第１単位レンズ１３ａの端部において１回全反射した後に、第１単位レンズ１３ａから屈折して外方へ出光する。

次に、図４（ｂ）により第２光制御シート１４について説明する。第２光制御シート１４の第２単位レンズ１４ａは、第１光制御シート１３の第１単位レンズ１３ａが延びる方向と直交する方向に延び（図３参照）、各第２単位レンズ１４ａは、第２光制御シート１４の出光側に突出する円弧状の断面形状を有している。

ここで図４（ｂ）は、第２光制御シート１４の各第２単位レンズ１４ａが延びる方向に垂直な平面（ｙｚ平面）における第２光制御シート１４の断面を示す図である。図４（ｂ）に示すように、各第２単位レンズ１４ａの断面形状の谷部を通る接線Ｘ_２が第２光制御シート１４のシート面１４ｓとなす角θ_２は、４５度以上、例えば５０度となっており、また、各第２単位レンズ１４ａの断面形状は、幅ａ_２：高さｂ_２＝１．５〜２．５：１、例えば２：１となっている。これによって、後述するように、第１光制御シート１３の第１単位レンズ１３ａから屈折して外方へ出光し第２光制御シート１４に入射される光のうち、第２光制御シート１４の第２単位レンズ１４ａが延びる方向に平行な方向に関し、第２光制御シート１４の法線に対して６０度以上の角度を有する光は、その５０％以上が第２単位レンズ１４ａで全反射して第１光制御シート１３の側へ戻される。

なお、本実施の形態においては、第１光制御シート１３および第２光制御シート１４の材料として、熱可塑性樹脂が用いられており、具体的には、屈折率１．４９の透明なポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）樹脂が用いられている。ＰＭＭＡ樹脂を押し出しにより成形することで、第１光制御シート１３および第２光制御シート１４が作製されている。

次に、図１乃至図７を参照して、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

図２に示すように、面光源１５の発光管１５ａから出射された光は、直接に光制御シート１２の第１光制御シート１３に入射され、若しくは反射板１６において反射された後に光制御シート１２の第１光制御シート１３に入射される。

図５は、光制御シート１２の第１光制御シート１３および第２光制御シート１４により反射または透過された光の経路を示す図である。第１光制御シート１３に入射された光は、主に、第１光制御シート１３の第１単位レンズ１３ａから屈折して外方へ出光し第２光制御シート１４に入射される光、例えば図５に示されているＹ_１と、第１単位レンズ１３ａの端部において１回全反射された後に、第１単位レンズ１３ａから屈折して外方へ出光し第２光制御シート１４に入射される光、例えば図５に示されているＹ_２に分類される。

上述のように、本実施の形態において、第１光制御シート１３の各第１単位レンズ１３ａの断面形状の谷部を通る接線Ｘ_１が第１光制御シート１３のシート面１３ｓとなす角θ_１は６５度となっており、また、各第１単位レンズ１３ａの断面形状は、幅ａ_１：高さｂ_１＝２：１．２となっている。このため、θ_１がより小さく、かつｂ_１がより小さい場合、例えばθ_１が５０度であり、幅ａ_１：高さｂ_１＝１：１である場合（以下、比較例１の場合）と比較して、第１光制御シート１３の第１単位レンズ１３ａから屈折して外方へ出光し第２光制御シート１４に入射される光（例えばＹ_１）の輝度が、第１光制御シート１３からの光の出射角度（第１光制御シート１３の法線と、第１光制御シート１３から出射される光の方向とがなす角度）によらず略均一となる。このことにより、光の輝度の斑が小さい均一な光を第１光制御シート１３から出射することができる。

その反面、本実施の形態の場合は、上記の比較例１（θ_１＝５０度、幅ａ_１：高さｂ_１＝１：１）の場合と比較して、第１単位レンズ１３ａの端部において１回全反射した後に、第１単位レンズ１３ａから屈折して外方へ出光し第２光制御シート１４に入射される光（例えばＹ_２）が増加する。このような光（Ｙ_２）は第１光制御シート１３からの出射角度が大きい。従って、第１単位レンズ１３ａから出射される光は、出射角度の小さい光が略均一な輝度を有する一方、出射角度の大きい光が、特定の角度範囲において輝度のピークを有することになる。このような出射角度の大きい光は、ＬＣＤパネル１７の視野角の範囲外にあるため、ＬＣＤパネル１７に映像を表示させる上で不要な光である。従って、このような出射角度の大きい光は、ＬＣＤパネル１７に入射させることなく、第２光制御シート１４において第１光制御シート１３の側に戻した後に再利用されることが好ましい。以下、本実施の形態における第２光制御シート１４の作用について説明する。

図６は、第２光制御シート１４に入射された光が、第２単位レンズ１４ａの端部において１回全反射した後、第２単位レンズ１４ａの他の端部において再び全反射した後、第２光制御シート１４の第２基材１４ｂから屈折して第１光制御シート１３の側へ戻る様子を示す図である。ここで図６（ａ）は、第２光制御シート１４において光が反射または屈折される様子をｘｚ平面に投影して示す図であり、同様に図６（ｂ）および図６（ｃ）は、各々、第２光制御シート１４において光が反射および屈折される様子をｙｘ平面およびｙｚ平面に投影して示している。なお図６（ａ）乃至図６（ｃ）において、点Ａは、光が第２光制御シート１４に入射される位置であり、点Ｂは、第２単位レンズ１４ａの端部において光が１回目に全反射する位置を示す。また点Ｃは、第２単位レンズ１４ａの端部において光が２回目に全反射する位置を示し、点Ｄは、第２光制御シート１４の第２基材１４ｂから光が屈折して第１光制御シート１３の側へ戻される位置を示す。以下、第２光制御シート１４に入射された光が、図６に示すように第２光制御シート１４により全反射されて第１光制御シート１３の側へ戻される条件について説明する。

上述のように、各第２単位レンズ１４ａの断面形状の谷部を通る接線Ｘ_２が第２光制御シート１４のシート面１４ｓとなす角θ_２は５０度となっており、また、各第２単位レンズ１４ａの断面形状は、幅（ａ_２）：高さ（ｂ_２）＝２：１となっている。このため、本実施の形態において、第２光制御シート１４は図７に示す光学特性を有している。

ここで、図７について説明する。図７における水平方向の軸φは、第２光制御シートの第２単位レンズが延びる方向に垂直な方向に関し、第２光制御シート１４に入射される光が第２光制御シート１４のシート面１４ｓとなす角度を示す軸であり、この角度は、図６（ｃ）においてφで示す角度に相当する。また図７における鉛直方向の軸ηは、第２光制御シートの第２単位レンズが延びる方向に平行な方向に関し、第２光制御シート１４に入射される光が第２光制御シート１４の法線となす角度を示す軸であり、この角度は、図６（ａ）においてηで示す角度に相当する。

図７において斜線で示されている領域２１ａは、第２光制御シート１４に入射される光に関して、角度φと角度ηとの関係がこの斜線で示されている領域２１ａの範囲内である場合に、第２光制御シート１４に入射される光が第２光制御シート１４により全反射されて、第１光制御シート１３の側に戻されることを意味している。同様に、図７においてドットで示されている領域２１ｂは、第２光制御シート１４に入射される光に関して、角度φと角度ηとの関係がこの斜線で示されている領域の範囲内である場合に、第２光制御シート１４に入射される光が第２光制御シート１４を透過して偏光分離シート１１の側へ出射されることを意味している。

上述のように、各第２単位レンズ１４ａの断面形状の谷部を通る接線Ｘ_２が第２光制御シートのシート面となす角θ_２は５０度となっており、また、各第２単位レンズ１４ａの断面形状は、幅（ａ_２）：高さ（ｂ_２）＝２：１となっている。これによって、第１光制御シート１３の第１単位レンズ１３ａから屈折して外方へ出光し第２光制御シート１４に入射される光のうち、角度φと角度ηとの関係が斜線で示されている領域の範囲内である場合、例えば図６に示されている光の場合は、第２光制御シート１４の第２単位レンズ１４ａにより全反射されて、第１光制御シート１３の側に戻ることになる。具体的には、図７に示すように、角度ηが６０度以上である光は、その５０％以上が第２光制御シート１４の第２単位レンズ１４ａにより全反射されて第１光制御シート１３の側へ戻される。これによって、第１単位レンズ１３ａから出射される光のうち、出射角度が大きくＬＣＤパネル１７の視野角の範囲外にある光を第２光制御シート１４で全反射させた後、反射板１６により再び反射させて再利用することができる。

このように本実施の形態によれば、光制御シート１２の第１光制御シート１３は、面光源１５の出光側に設けられ、面光源１５の出光側表面１５aに平行に配置された多数の第１単位レンズ１３ａを有し、第１光制御シート１３の各第１単位レンズ１３ａは、面光源１５の発光管１５ａと平行に延び、各第１単位レンズ１３ａは、第１光制御シート１３の出光側に突出する円弧状の断面形状を有し、各第１単位レンズ１３ａの断面形状の谷部を通る接線が第１光制御シート１３のシート面となす角は、６５度、例えばとなっており、各第１単位レンズ１３ａの断面形状は、幅：高さ＝２：１．２となっている。このため、第１光制御シート１３の第１単位レンズ１３ａから屈折して外方へ出光し第２光制御シート１４に入射される光（例えば図５に示すＹ_１）の輝度が、第１光制御シート１３からの光の出射角度（第１光制御シート１３の法線と、第１光制御シート１３から出射される光の方向とがなす角度）によらず略均一となる。これによって、光の輝度の斑が小さい均一な光を第１光制御シート１３から出射することができる。

また本実施の形態によれば、光制御シート１２の第２光制御シート１４は、第１光制御シート１３の出光側に設けられ、出光側表面に平行に配置された多数の第２単位レンズ１４aを有し、第２光制御シート１４の各第２単位レンズ１４ａは、第１光制御シート１３の第１単位レンズ１３ａが延びる方向と直交する方向に延び、各第２単位レンズ１４ａは、第２光制御シート１４の出光側に突出する円弧状の断面形状を有し、各第２単位レンズ１４ａの断面形状の谷部を通る接線が第２光制御シート１４のシート面となす角は、４５度以上、例えば５０度となっており、各第２単位レンズ１４ａの断面形状は、幅：高さ＝２：１となっている。このため、第１光制御シート１３の第１単位レンズ１３ａから屈折して外方へ出光し第２光制御シート１４に入射される光のうち、第２光制御シート１４の第２単位レンズ１４ａが延びる方向に平行な方向に関し、第２光制御シート１４の法線に対して６０度以上の角度を有する光は、その５０％以上が第２単位レンズ１４ａで全反射して第１光制御シート１３の側へ戻される。このことにより、第１単位レンズ１３ａから出射される光のうち、出射角度が大きくＬＣＤパネル１７の視野角の範囲外にある光を第２光制御シート１４で反射させた後、反射板１６により再び反射させて再利用することができる。

なお、本実施の形態において、面光源装置１０は、光制御シート１２の出光側とＬＣＤパネル１７との間に偏光分離シート１１を備えている例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、光制御シート１２の出光側とＬＣＤパネル１７との間に、偏光分離シート１１の代わりに、出射側に微細凸形状が形成された、光拡散作用を有する拡散シート（図示せず）を備えていてもよい。この場合、拡散シートとしては、透明基材フィルムの表面に拡散材が被覆されたもの、または拡散材が基材に練り込まれたものなどを使用することができる。

また、本実施の形態において、第２光制御シート１４の各第２単位レンズ１４ａの断面形状は、谷部を通る接線が第２光制御シートのシート面となす角が４５度以上となる円弧形状を有する例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、第２光制御シート１４の各第２単位レンズ１４ａの断面形状は、底角が４５度以上となる三角形形状を有していてもよい。

さらに、本実施の形態において、第１光制御シート１３の各第１単位レンズ１３ａの断面形状がそれぞれ同一である例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、第１光制御シート１３の各第１単位レンズ１３ａがそれぞれ異なる断面形状を有していてもよい。同様に、本実施の形態において、第２光制御シート１４の各第２単位レンズ１４ａの断面形状がそれぞれ同一である例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、第２光制御シート１４の各第２単位レンズ１４ａがそれぞれ異なる断面形状を有していてもよい。

第２の実施の形態
次に、図８乃至図１０を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。ここで、図８は、本発明の第２の実施の形態における光制御シートを示す図であり、図９は、本発明の第２の実施の形態における光制御シートの断面を示す図である。図１０は、本発明の第２の実施の形態において、光制御シートにより反射または透過される光を示す図である。

図８乃至図１０に示す第２の実施の形態は、第２光制御シート１４の配置および第２光制御シート１４の各第２単位レンズ１４ａの断面形状が異なるのみであり、他の構成は、図１乃至図７に示す第１の実施の形態と略同一である。図８乃至図１０に示す第２の実施の形態において、図１乃至図７に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

面光源装置１０は、互いに平行に配置された複数の発光管１５ａ（棒状光源）を含む面光源１５と、面光源１５の出光側に設けられるとともに面光源１５に平行に配置されたシート面１３ｓを有する第１光制御シート１３と、第１光制御シート１３の出光側に設けられるとともに第１光制御シート１３に平行に配置されたシート面１４ｓを有する第２光制御シート１４と、面光源１５の出光側とは反対の側に設けられ、光を反射させる反射板１６と、第２光制御シート１４とＬＣＤパネル１７との間に設けられ、ＬＣＤパネル１７の視野角を狭めることなく、ＬＣＤパネル１７の背面に照射される光の輝度を高める偏光分離シート１１と、を備えている。このうち第２光制御シート１４以外の構成は第１の実施の形態の場合と同一であるので、第２光制御シート１４以外の構成についての詳細な説明は省略する。

次に、図８および図９により第２光制御シート１４について説明する。第２光制御シート１４の第２単位レンズ１４ａは、第１光制御シート１３の第１単位レンズ１３ａが延びる方向と平行する方向に延び（図８参照）、各第２単位レンズ１４ａは、第２光制御シート１４の入光側に突出する円弧状の断面形状を有している。なお本実施の形態において、図８に示すように、第１光制御シート１３の各第１単位レンズ１３ａおよび第２光制御シート１４の各第２単位レンズ１４ａが延びる方向はｙ軸方向となっており、第１光制御シート１３のシート面１３ｓおよび第２制御シート１４のシート面１４ｓと垂直の方向はｚ軸方向となっている。

ここで図９は、第２光制御シート１４の各第２単位レンズ１４ａが延びる方向に垂直な平面（ｘｚ平面）における第２光制御シート１４の断面を示す図である。図９に示すように、各第２単位レンズ１４ａの断面形状の谷部を通る接線Ｘ_３が第２光制御シート１４のシート面１４ｓとなす角θ_３は、４０度以下、例えば３５度となっており、また、各第２単位レンズ１４ａの断面形状は、幅ａ_３：高さｂ_３＝１．５〜２．５：１、例えば２：１となっている。これによって、後述するように、第１光制御シート１３の第１単位レンズ１３ａから屈折して外方へ出光し第２光制御シート１４に入射される光のうち、第２光制御シート１４の第２単位レンズ１４ａが延びる方向に平行な方向に関し、第２光制御シート１４の法線に対して６０度以上の角度を有する光は、その５０％以上が第２単位レンズ１４ａで全反射して第１光制御シート１３の側へ戻される。

次に、図８乃至図１０を参照して、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

第１の実施の形態の場合と同様に、第１光制御シート１３の各第１単位レンズ１３ａの断面形状の谷部を通る接線Ｘ_１が第１光制御シート１３のシート面１３ｓとなす角θ_１は６５度となっており、また、各第１単位レンズ１３ａの断面形状は、幅ａ_１：高さｂ_１＝２：１．２となっている（図４参照）。このため、第１の実施の形態において示した比較例１（θ_１＝５０度、幅ａ_１：高さｂ_１＝１：１）の場合と比較して、第１光制御シート１３の第１単位レンズ１３ａから屈折して外方へ出光し第２光制御シート１４に入射される光の輝度が、第１光制御シート１３からの光の出射角度によらず略均一となり、このことにより、光の輝度の斑が小さい均一な光を第１光制御シート１３から出射することができる。しかしながら、その反面、上記の比較例１の場合と比較して、第１単位レンズ１３ａの端部において１回全反射した後に、第１単位レンズ１３ａから屈折して外方へ出光し第２光制御シート１４に入射される、第１光制御シート１３からの出射角度が大きい光が増加する。従って、本実施の形態においても、この出射角度の大きい光を、ＬＣＤパネル１７に入射させることなく、第２光制御シート１４において第１光制御シート１３の側に戻すことが好ましい。以下、本実施の形態における第２光制御シート１４の作用について説明する。

図１０は、光制御シート１２の第１光制御シート１３および第２光制御シート１４により反射または透過された光の経路をｘｚ平面に投影して示す図である。図１０においては、第１光制御シート１３から大きな出射角度で出射された光が、第２光制御シート１４の第２単位レンズ１４ａの端部で屈折された後、第２光制御シート１４のシート面１４ｓ、すなわち第２光制御シート１４の出光側の面で全反射されて第１光制御シート１３の側へ戻される様子が示されている。

この場合、上述のように、第２光制御シート１４の第２単位レンズ１４ａは、第１光制御シート１３の第１単位レンズ１３ａが延びる方向と平行する方向に延び、各第２単位レンズ１４ａは、第２光制御シート１４の入光側に突出する円弧状の断面形状を有している。また、第２光制御シート１４の各第２単位レンズ１４ａの断面形状の谷部を通る接線Ｘ_３が第２光制御シート１４のシート面１４ｓとなす角θ_３は、４０度以下、例えば３５度となっており、さらに、各第２単位レンズ１４ａの断面形状は、例えば幅ａ_３：高さｂ_３＝３：１となっている。このため、第１光制御シート１３の第１単位レンズ１３ａから屈折して外方へ出光し第２光制御シート１４に入射される光のうち、第２光制御シート１４の第２単位レンズ１４ａが延びる方向に平行な方向に関し、第２光制御シート１４の法線に対して６０度以上の角度を有する光は、その５０％以上が第２単位レンズ１４ａで全反射して第１光制御シート側１３へ戻される。このことにより、第１単位レンズ１３ａから出射される光のうち、出射角度が大きくＬＣＤパネル１７の視野角の範囲外にある光を第２光制御シート１４で反射させた後、反射板１６により再び反射させて再利用することができる。

このように本実施の形態によれば、光制御シート１２の第１光制御シート１３は、面光源１５の出光側に設けられ、面光源１５の出光側表面１５aに平行に配置された多数の第１単位レンズ１３ａを有し、第１光制御シート１３の各第１単位レンズ１３ａは、面光源１５の発光管１５ａと平行に延び、各第１単位レンズ１３ａは、出光側に突出する円弧状の断面形状を有し、各第１単位レンズ１３ａの断面形状の谷部を通る接線が第１光制御シート１３のシート面となす角は、６５度、例えばとなっており、各第１単位レンズ１３ａの断面形状は、幅：高さ＝２：１．２となっている。このため、第１光制御シート１３の第１単位レンズ１３ａから屈折して外方へ出光し第２光制御シート１４に入射される光の輝度が、第１光制御シート１３からの光の出射角度によらず略均一となる。これによって、光の輝度の斑が小さい均一な光を第１光制御シート１３から出射することができる。

また本実施の形態によれば、光制御シート１２の第２光制御シート１４は、第１光制御シート１３の出光側に設けられ、出光側表面に平行に配置された多数の第２単位レンズ１４aを有し、第２光制御シート１４の各第２単位レンズ１４ａは、第１光制御シート１３の第１単位レンズ１３ａが延びる方向と平行する方向に延び、各第２単位レンズ１４ａは、第２光制御シート１４の入光側に突出する円弧状の断面形状を有し、各第２単位レンズ１４ａの断面形状の谷部を通る接線が第２光制御シート１４のシート面となす角は、４０度以下、例えば３５度となっており、各第２単位レンズ１４ａの断面形状は、幅：高さ＝３：１となっている。このため、第１光制御シート１３の第１単位レンズ１３ａから屈折して外方へ出光し第２光制御シート１４に入射される光のうち、第２光制御シート１４の第２単位レンズ１４ａが延びる方向に平行な方向に関し、第２光制御シート１４の法線に対して６０度以上の角度を有する光は、その５０％以上が第２単位レンズ１４ａで全反射して第１光制御シート側１３へ戻される。このことにより、第１単位レンズ１３ａから出射される光のうち、出射角度が大きくＬＣＤパネル１７の視野角の範囲外にある光を第２光制御シート１４で反射させた後、反射板１６により再び反射させて再利用することができる。

なお、本実施の形態において、第２光制御シート１４の各第２単位レンズ１４ａの断面形状は、谷部を通る接線が第２光制御シートのシート面となす角が４０度以下となる円弧形状を有する例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、第２光制御シート１４の各第２単位レンズ１４ａの断面形状は、底角が４０度以下となる三角形形状を有していてもよい。

図１は、本発明の第１の実施の形態における透過型表示装置の詳細を示す図。 図２は、本発明の第１の実施の形態における透過型表示装置の概略を示す図。 図３は、本発明の第１の実施の形態における光制御シートを示す図。 図４は、本発明の第１の実施の形態における光制御シートの断面を示す図。 図５は、本発明の第１の実施の形態において、光制御シートにより反射または透過される光を示す図。 図６は、本発明の第１の実施の形態において、光制御シートにより反射または透過される光を示す図。 図７は、本発明の第１の実施の形態における第２光制御シートの光学特性を示す図。 図８は、本発明の第２の実施の形態における光制御シートを示す図。 図９は、本発明の第２の実施の形態における光制御シートの断面を示す図。 図１０は、本発明の第２の実施の形態において、光制御シートにより反射または透過される光を示す図。

符号の説明

１０ 面光源装置
１１ 偏光分離シート
１２ 光制御シート
１３ 第１光制御シート
１３ａ 第１単位レンズ
１３ｂ 第１基材
１３ｓ シート面
１４ 第２光制御シート
１４ａ 第２単位レンズ
１４ｂ 第２基材
１４ｓ シート面
１５ 面光源
１５ａ 発光管
１５ｂ 面光源の出光側表面
１６ 反射板
１７ ＬＣＤパネル
２０ 透過型表示装置
２１ａ 斜線領域
２１ｂ ドット領域

Claims (7)

1. 平行に配置された複数の棒状光源を含む面光源と、
   面光源の出光側に設けられ、出光側表面に平行に配置された多数の第１単位レンズを有する第１光制御シートと、
   第１光制御シートの出光側に設けられ、出光側表面に平行に配置された多数の第２単位レンズを有する第２光制御シートと、を備え、
   第１光制御シートの各第１単位レンズは、棒状光源と平行に延び、各第１単位レンズは、出光側に突出する円弧状の断面形状を有し、各第１単位レンズの断面形状の谷部を通る接線が第１光制御シートのシート面となす角は、６０〜７５度となっており、各第１単位レンズの断面形状は、幅：高さ＝２：１．１〜１．５となっており、第１単位レンズの谷部を通る光の少なくとも一部は、第１単位レンズに全反射した後で第１単位レンズから屈折して外方へ出光し、
   第２光制御シートの第２単位レンズは、第１光制御シートの第１単位レンズが延びる方向と直交する方向に延び、各第２単位レンズは、出光側に突出する断面形状を有し、第１光制御シートの第１単位レンズから屈折して外方へ出光する光のうち、第２光制御シートの第２単位レンズが延びる方向に平行な方向に関し、第２光制御シートの法線に対して６０度以上の角度を有する光は、その５０％以上が第２単位レンズで全反射して第１光制御シート側へ戻ることを特徴とする面光源装置。
2. 第２光制御シートの各第２単位レンズの断面形状は、幅：高さ＝１．５〜２．５：１となっていることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
3. 第２光制御シートの各第２単位レンズの断面形状は、底角が４５度以上となる三角形形状、または谷部を通る接線が第２光制御シートのシート面となす角が４５度以上となる円弧形状を有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の面光源装置。
4. 平行に配置された複数の棒状光源を含む面光源と、
   面光源の出光側に設けられ、出光側表面に平行に配置された多数の第１単位レンズを有する第１光制御シートと、
   第１光制御シートの出光側に設けられ、入光側表面に平行に配置された多数の第２単位レンズを有する第２光制御シートと、を備え、
   第１光制御シートの各第１単位レンズは、棒状光源と平行に延び、各第１単位レンズは、出光側に突出する円弧状の断面形状を有し、各第１単位レンズの断面形状の谷部を通る接線が第１光制御シートのシート面となす角は、６０〜７５度となっており、各第１単位レンズの断面形状は、幅：高さ＝２：１．１〜１．５となっており、第１単位レンズの谷部を通る光の少なくとも一部は、第１単位レンズに全反射した後で第１単位レンズから屈折して外方へ出光し、
   第２光制御シートの第２単位レンズは、第１光制御シートの第１単位レンズが延びる方向と平行する方向に延び、各第２単位レンズは、入光側に突出する断面形状を有し、第１光制御シートの第１単位レンズから屈折して外方へ出光する光のうち、第２光制御シートの第２単位レンズに平行な方向に対して６０度以上の角度を有する光は、その５０％以上が第２単位レンズで全反射して第１光制御シート側へ戻ることを特徴とする面光源装置。
5. 第２光制御シートの各第２単位レンズの断面形状は、底角が４０度以下となる三角形形状、または谷部を通る接線が第２光制御シートのシート面となす角が４０度以下となる円弧形状を有することを特徴とする請求項４に記載の面光源装置。
6. 第１光制御シートの各第１単位レンズは、拡散層を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の面光源装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の面光源装置と、
   前記面光源装置によりその背面が照射される透過型表示部と、を備えることを特徴とする透過型表示装置。

Images