JP2010135220A - 面光源素子およびこれを用いた画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】一方向に視野角が限定された面光源素子において、高い光の利用効率を実現する。
【解決手段】光源1と、出射部材2と、光制御部材3とを備え、前記出射部材2は少なくとも導光板4を有しており、前記出射部材2の出射面から出射する光について、正面方向からの傾きをα、αにおける輝度をI(α)、I(α)が最大となる角度をα1とした場合に、
I(α2)=I(α1)/10
であるα2が25〜55度の範囲内であり、かつ、前記光制御部材3が、X軸方向の輝度1/2角β1が0〜10度となり、Y軸方向の輝度1/2角γ1が20〜50度となるものであることを特徴とする面光源素子およびこの面光源素子を用いた画像表示装置を用いることによって上記の課題を解決する。
【選択図】図1
【解決手段】光源1と、出射部材2と、光制御部材3とを備え、前記出射部材2は少なくとも導光板4を有しており、前記出射部材2の出射面から出射する光について、正面方向からの傾きをα、αにおける輝度をI(α)、I(α)が最大となる角度をα1とした場合に、
I(α2)=I(α1)/10
であるα2が25〜55度の範囲内であり、かつ、前記光制御部材3が、X軸方向の輝度1/2角β1が0〜10度となり、Y軸方向の輝度1/2角γ1が20〜50度となるものであることを特徴とする面光源素子およびこの面光源素子を用いた画像表示装置を用いることによって上記の課題を解決する。
【選択図】図1
Description
本発明は、面光源素子及びこれを備える液晶表示装置などの画像表示装置、更に該画像表示装置を表示モジュールとして備えるパーソナルコンピュータ、コンピュータ用モニタ、ビデオカメラ、テレビ受信機、カーナビゲーションシステムなどの画像表示装置に関する。
例えば、液晶表示装置に代表される透過型の画像表示装置は、面状に光を発する面光源素子(バックライト)とドット状に画素が配置された透過型表示素子とで構成され、該透過型表示素子の各画素で透過率を変化させ、面光源素子からの透過光量を制御することによって文字や映像を表示する。これらに用いられる面光源素子では、エッジライト方式と直下方式がある。エッジライト方式は、導光板の端面に配置した光源からの光を、導光板によって端面と直交する主面から正面方向に取り出す方式であり、直下方式は、複数の光源を装置の背面に並べ、拡散板に光を入射し、拡散板で光を均一化して入射面と対向する出射面に光を取り出す方式である。
携帯電話やモバイルパソコンに用いられる画像表示装置では、装置の薄さが要求される為、光源を装置の側端に備えることで薄型に対して有利なエッジライト方式が主流である。一方で、テレビやパソコンのモニタでは、画面が大型な為、エッジライト方式だと画面面積に対する周辺部の長さの割合が減少し、十分な輝度を得ることができない。また、導光板が厚くなり、重量が増加する。従って、大型の面光源素子では直下方式が主流となっている。
一般に、画像表示装置は、あらゆる角度から画像が鮮明に視認されるよう、広い視野角をもつことが望ましい。従って、これに用いられる面光源素子も広い視野角が要求される。しかし、使用される環境や用途によっては、限定された視野角が好まれる場合がある。例えば、パーソナルコンピュータ用のモニタや携帯電話の画面では、場合によっては情報の秘匿やプライバシーの問題から使用者以外は表示画像を視認出来ないことが必要とされ、画面の左右方向に限定された視野角が必要となる。また、カーナビゲーションシステム等のモニタをフロントパネルに搭載する場合、安全上車のフロントガラスへの画像の映り込みを防止する為、画面の上下方向に視野角を限定する必要がある。このような場合には、画面の特定方向へは光が行かないよう限定された視野角を有し、また画面の視認性からその方向以外には広い視野角を持った面光源素子が必要である。
このような限定された視野角は、ルーバーフィルムと呼ばれるフィルムを面光源素子に用いることによって得られる(特許文献1参照)。ルーバーフィルムは、面光源素子より上下または左右の特定方向に斜めに出射する光を吸収し、他の角度に出射する光を透過させることによって視野角を限定する。
一方で、近年、面光源素子に関する正面方向の輝度向上の要求は益々高まっており、また省エネルギーの観点から光を効率的に利用する必要がある。しかし、ルーバーフィルムを用いて視野角を限定する場合、一度斜め方向に広がった光を吸収する為、光の利用効率が低下し、高い正面輝度を得ることはる可能であった。
そこで本発明は、エッジライト方式の面光源素子において、特定方向に視野角を限定して情報の秘匿性や安全性を高め、かつ、光の利用効率が高い面光源素子及び画像表示装置を提供することを目的とする。
X軸と、X軸とに直交するY軸とに平行なX−Y平面の法線の一方を正面方向として、光源と、前記光源からの光を受光するX−Y平面に略垂直な端面である入射面と、X−Y平面に略平行な主面を有する出射部材と、X−Y平面に平行な主面をもつ光制御部材とを備え、前記出射部材と、前記光制御部材とが、正面方向に向ってこの順で配置された面光源素子であって、
前記出射部材は少なくとも導光板を有しており、
前記出射部材の出射面から出射する光について、正面方向からの傾きをα、αにおける輝度をI(α)、I(α)が最大となる角度をα1とした場合に、
I(α2)=I(α1)/10
であるα2が25〜55度の範囲内であり、
かつ、前記光制御部材が、該光制御部材の入射面から略平行光を入射した場合に、前記光制御部材の出射面の、正面方向における輝度をLとし、X軸方向に平行かつY軸に垂直な平面における正面方向となす角度をβ、βにおける輝度をL1(β)、X軸方向に垂直、かつ、Y軸に平行な平面における正面方向となす角度をγ、γにおける輝度をL2(γ)とした場合に、
L1(β1)=L/2
であるβ1が0〜10度となり、
L2(γ1)=L/2
であるγ1が20〜50度となるものであることを特徴とする面光源素子である。
前記出射部材は少なくとも導光板を有しており、
前記出射部材の出射面から出射する光について、正面方向からの傾きをα、αにおける輝度をI(α)、I(α)が最大となる角度をα1とした場合に、
I(α2)=I(α1)/10
であるα2が25〜55度の範囲内であり、
かつ、前記光制御部材が、該光制御部材の入射面から略平行光を入射した場合に、前記光制御部材の出射面の、正面方向における輝度をLとし、X軸方向に平行かつY軸に垂直な平面における正面方向となす角度をβ、βにおける輝度をL1(β)、X軸方向に垂直、かつ、Y軸に平行な平面における正面方向となす角度をγ、γにおける輝度をL2(γ)とした場合に、
L1(β1)=L/2
であるβ1が0〜10度となり、
L2(γ1)=L/2
であるγ1が20〜50度となるものであることを特徴とする面光源素子である。
また、前記光制御部材は、少なくとも一方の主面に複数の凸部を有していてもよく、該複数の凸部は、前記光制御部材の主に光を入射する面に配置されていてもよい。
また、前記出射部材が、導光板の出射面に、前記導光板の出射面からの光を、入射面上の複数の凸部で受光して出射面から略正面方向へ出射する出射光制御部材を備え、
前記凸部が、該凸部の頂部で前記導光板と光学的に密着してなり、該凸部が正面方向を軸として回転対称であって、凸部の底部の幅をP、高さをH、前記導光板と光学的に密着している領域の幅をWとしたとき、
H/P≧1.0
W/P≦0.4
であることを特徴とする上記の面光源素子である。
前記凸部が、該凸部の頂部で前記導光板と光学的に密着してなり、該凸部が正面方向を軸として回転対称であって、凸部の底部の幅をP、高さをH、前記導光板と光学的に密着している領域の幅をWとしたとき、
H/P≧1.0
W/P≦0.4
であることを特徴とする上記の面光源素子である。
また、本発明は、上記いずれかの面光源素子の出射面側に透過型表示素子を配置することを特徴とする画像表示装置である。
本発明によれば、視野角を限定した出射面の上に、光制御部材を用いて特定方向のみに光を拡散させる為、光の損失が発生せず、光の利用効率と正面方向の輝度とが高い面光源素子を得ることが可能である。また、本発明の面光源素子上に透過型表示素子を設けることで、正面輝度が高く、明るい、視野角が特定方向に限定された画像表示装置を得ることができる。
本発明の面光源素子は、視野角が上下、若しくは左右の一方向にのみ限定され、情報の秘匿や、安全性に貢献することができ、光の利用効率が高く、正面方向の輝度が高いため、この出射面側に透過型表示素子を設けることにより、好ましい画像表示装置として利用できる。ここで、画像表示装置とは、面光源素子と透過型表示素子を組み合わせた表示モジュール、更には、この表示モジュールを用いたテレビ、パソコンモニターなどの少なくとも画像表示機能を有する機器のことを言う。
本発明の面光源素子の構成を図1に、出射部材2から出射する光の輝度の角度依存性を図2に示す。出射部材2の出射面における角度特性について、正面方向からの傾きをα、αにおける輝度をI(α)、I(α)が最大となる角度をα1とした場合に、
I(α2)=I(α1)/10
であるα2を25〜55度の範囲内とすることによって、上下と左右の両方向に輝度の角度特性を限定することができる。
I(α2)=I(α1)/10
であるα2を25〜55度の範囲内とすることによって、上下と左右の両方向に輝度の角度特性を限定することができる。
また、光制御部材3の主面の、主として光を入射する面から略平行光を入射した際の、拡散光の角度特性を図3に示す。光制御部材3の主として光を出射する面の、正面方向における輝度をLとし、X軸方向に平行かつY軸に垂直な平面における正面方向となす角度をβ、βにおける輝度をL1(β)とした場合に、
L1(β1)=L/2
であるβ1を0〜10度とし、X軸方向に垂直かつY軸に平行な平面における正面方向となす角度をγ、γにおける輝度をL2(γ)とした場合に、
L2(γ1)=L/2
であるγ1を20〜50度とすることによって、一方向には視野角の限定を保持しつつ、別の方向に視野角を広げることができる。従って、図4に示す通り、一方向には視野角が限定され、また一方向には視認性の良い、明るい面光源素子を得ることが可能である。
ここで、本発明における出射部材2は、光制御部材3より光源1側に設けられる光学素子の総称であり、出光部材2の輝度角度特性が光制御部材3への入射光の角度特性に相当する。
L1(β1)=L/2
であるβ1を0〜10度とし、X軸方向に垂直かつY軸に平行な平面における正面方向となす角度をγ、γにおける輝度をL2(γ)とした場合に、
L2(γ1)=L/2
であるγ1を20〜50度とすることによって、一方向には視野角の限定を保持しつつ、別の方向に視野角を広げることができる。従って、図4に示す通り、一方向には視野角が限定され、また一方向には視認性の良い、明るい面光源素子を得ることが可能である。
ここで、本発明における出射部材2は、光制御部材3より光源1側に設けられる光学素子の総称であり、出光部材2の輝度角度特性が光制御部材3への入射光の角度特性に相当する。
上記の特性を有する光制御部材3は、主面に複数の凸部31を有することが有効である。光制御部材3の少なくとも一方の主面に複数の凸部31を設けることによって、凸部の表面で光を屈折させ、効率的に一方向のみに光を広げることが可能である。また、表面で光を散乱させる為、光の利用効率が高く、明るい面光源素子を得ることができる。さらに、該凸部31が前記光制御部材3の、主に光を入射する面に配置されているのがより好ましい。該凸部31を光制御部材3の、主に光を入射する面に設けることによって、光制御部材3の透過率が向上し、光を効率的に利用することができる。また、一方向のみの拡散性をより向上させることが可能であるために、一方向のみに視認性の高い面光源素子を得ることが可能である。
また本発明は、出射部材2が、導光板4と前記導光板4の出射面からの光を入射面上の複数の凸部51で受光して出射面から略正面方向へ出射する出射光制御部材5とを備え、前記出射光制御部材5の入射面の凸部51が、該凸部51の頂部で前記導光板4と光学的に密着してなる面光源素子である。導光板4と複数の凸部51で導光板4に光学的に密着した出射光制御部材5とを用いることによって、導光板内の光を制御しつつ取り出すことができ、面光源素子の部品点数を削減することや、更に薄型にすることが可能である。
ここで、出射光制御部材の凸部51を回転対称とすることによって、どの光源からの光も同じように正面方向に偏向させることが可能であり、面光源素子で均一な輝度の角度分布を得られることから、外観品位を向上させることが可能である。
出射光制御部材の凸部51の回転中心軸を含む断面図を図5に示す。出射光制御部材の凸部51の幅をP、高さをH、導光板と光学的に密着している領域の幅をWとして、凸部51のそれぞれの関係を記載している。
導光板4から凸部51に入射した光が、導光板4と密着していない凸部51の領域によって全反射され、正面方向に偏向される原理を図6に示す。凸部51の導光板4と光学的に密着している部分の幅Wと、凸部1の幅Pの比W/Pが小さく、かつ、凸部の高さHと、凸部の幅Pの比H/Pが大きいと、斜め方向に偏向された光であっても再び凸部内で全反射され、正面方向に偏向される為に、より視野角を限定し、正面方向の輝度も高めることが可能である。従って、
H/P≧1.0
W/P≦0.4
の場合に、光を効果的に正面方向に偏向させ、光制御部材3の入射面において、光束の角度分布を狭いものとすることができる。
H/P≧1.0
W/P≦0.4
の場合に、光を効果的に正面方向に偏向させ、光制御部材3の入射面において、光束の角度分布を狭いものとすることができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
図7に、本発明の実施形態に係る面光源素子の一例の概略断面図を示す。この面光源素子は、導出光部材2の端面に光源1が設けられ、該出光部材2は、導光板4から出射された光の角度を制御しつつ取り出す出射光制御部材5と、出射光制御部材5から出射された光を制御する光制御部材3とからなっている。光源1から導光板4内へ入射した光は、導光板4内を、全反射を繰り返して伝搬していく。この伝搬する光が、出射光制御部材の凸部51と光学的に密着した部分から出射光制御部材5へと順次取り出されていく。導光板4上に配置された出射光制御部材5の凸部51に入射した光は、該凸部51の導光板4と光学的に密着していない部分で全反射され正面方向に偏向させる。出射光制御部材5から出射した光は、光制御部材3によって一方向に対し優先的に拡散される。光源の周囲には、導光板の端面と反対方向に進む光を反射し、導光板4の端面から光を入射する反射部材が設けられていても良い。
図7に、本発明の実施形態に係る面光源素子の一例の概略断面図を示す。この面光源素子は、導出光部材2の端面に光源1が設けられ、該出光部材2は、導光板4から出射された光の角度を制御しつつ取り出す出射光制御部材5と、出射光制御部材5から出射された光を制御する光制御部材3とからなっている。光源1から導光板4内へ入射した光は、導光板4内を、全反射を繰り返して伝搬していく。この伝搬する光が、出射光制御部材の凸部51と光学的に密着した部分から出射光制御部材5へと順次取り出されていく。導光板4上に配置された出射光制御部材5の凸部51に入射した光は、該凸部51の導光板4と光学的に密着していない部分で全反射され正面方向に偏向させる。出射光制御部材5から出射した光は、光制御部材3によって一方向に対し優先的に拡散される。光源の周囲には、導光板の端面と反対方向に進む光を反射し、導光板4の端面から光を入射する反射部材が設けられていても良い。
本発明の面光源素子に用いる導光板の材料としては、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂(PC)、ポリスチレン樹脂(PS)、シクロオレフィンポリマー等の透明性に優れた樹脂、又はガラスを所定の形状に加工したものを用いることができる。中でもPMMAを用いるのが軽量性、透明性の点で好ましく、またPCを用いるのが、耐久性の点で好ましい。導光板の加工方法としては、押し出し板若しくはキャスト板から切り出す方法、又は加熱プレス、射出成形等の溶融成形法等が好適に用いられるが、これに限定されるものではない。
また、導光板4と出射光制御部材5とを光学的に密着させるには、導光板4と出射光制御部材5との間に固定層を設けても良い。固定層としては、接着剤、粘着材、粘接着材、光硬化性樹脂などが挙げられるが、取り扱い性や生産性の面から光硬化性の粘接着材が好適に用いられる。粘着材には、例えばゴム系やアクリル系、ビニルアルキルエーテル系やシリコーン系、ポリスチレン系やポリウレタン系、ポリエーテル系やポリアミド系、スチレン系等の適宜なポリマーをベースポリマーとするものが挙げられる。中でも、アクリル酸ないしメタクリル酸のアルキルエステルを主体とするポリマーをベースポリマーとするアクリル系粘着材が透明性や耐候性、耐熱性の点で優れる為、好適に用いられる。また、接着剤はそれに例えば、シリカやアルミナ、チタニアやジルコニア、酸化錫や酸化インジウム、酸化カドミウムや酸化ノンモン等の導電性のある無機系粒子や、架橋または未架橋ポリマー等の有機系粒子等の適宜な透明粒子を1種または2種以上含有させて光拡散型のものとすることもできる。
固定層を設ける場合は、前記出射光制御部材の凸部51の先端が埋まる場合がある。この場合には、図8に示すように、固定層の表面を導光板4の出射面とし、固定層に埋まった幅をWとすれば良い。また導光板4の屈折率をn1、前記凸部51の屈折率をn2、固定層の屈折率n3とした場合には、
n1≦n3≦n2
であることが好ましい。屈折率が上の関係を満たすことによって、導光板4内を伝搬する光を効率よく凸部51に取り込むことが可能であり、より光の利用効率を高めることが可能である。
n1≦n3≦n2
であることが好ましい。屈折率が上の関係を満たすことによって、導光板4内を伝搬する光を効率よく凸部51に取り込むことが可能であり、より光の利用効率を高めることが可能である。
更に、導光板4の表面改質や、出射光制御部材の凸部51を形成する材料に自己粘着性を持たせることで、導光板4と出射光制御部材5とを固定層を介さずに光学的に密着させても良い。この場合、凸部の先端に幅Wの平坦部を設けることが好適である。この平坦部が密着することによって、光学的に密着部の幅を高い精度で得ることが可能である。
また、出射光制御部材5の表面形状は、スタンパまたは雌金型などを用いて、熱プレス法、紫外線硬化による2P(Photo Polymerization)法、熱硬化によるキャスト法、射出成形等によって透明な基材上に形成することができる。透明な基材としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー等の樹脂又はガラスが用いられる。本発明においては、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂を用いた透明な基材上に光硬化性樹脂で形状を転写することが好適に用いられる。
基材に転写する際に用いる光硬化性樹脂は、作製した出射光制御部材5の光学性能を決定するものであり、所望の性能に応じて適宜選択することが好ましい。光硬化性樹脂の成分としては、ラジカル重合が可能なモノマー或いはオリゴマーを単独、又は2種以上組み合わせて用いるが、通常2種以上を用いるのが好ましく、出射光制御部材5に要求される機械的強度、耐衝撃性、耐熱性、表面硬度等を付与することができる。成分の具体例としては、脂肪族、脂環族、芳香族系のモノマー、又はポリアルコールとアクリル酸、又はメタクリル酸との縮合反応得られるエステル型(メタ)アクリレートや、分子内に2個以上のイソシアネート基を有するイソシアネート化合物とヒドロキシル基又はチオール基を含有する(メタ)アクリレートとのウレタン化反応で得られるウレタンポリ(メタ)アクリレートや分子内に少なくとも2個のエポキシ基を有する化合物と、アクリル酸又はメタクリル酸とのグリシジル基開環反応で得られるエポキシポリ(メタ)アクリレートや、飽和又は不飽和多価カルボン酸、多価アルコール及び(メタ)アクリル酸との縮合反応で得られるポリエステル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリロイル官能性モノマー若しくはオリゴマーや、スチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン、ジビニルベンゼン等のビニル化合物や、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ジアリルフタレート、ジアリルビフェニレート等の(メタ)アリル化合物が挙げられる。これら単量体は、1種を単独で用いても良いし、2種以上を混合しても良い。
出射光制御部材5の作製に用いるスタンパは、例えばガラス基板上にネガ型或いはポジ型の感光性樹脂をコーティングし、この感光性樹脂を、フォトマスクを介して露光するか、又はレーザー描画装置により露光し、現像後、電鋳を行うことにより作製することが出来、又切削によって作製することもできる。
出射光制御部材5の好適な厚さは、0.05mm〜3mmで、特に、0.1mmから0.5mmのフィルム状であることで装置の薄型化、軽量化、密着性低下につながる応力の低減等の効果が得られ好ましい。0.05mmを下回ると導光板との固定時の皺や物理的強度の低下から好ましくない。一方、3mmを超えると装置が重量化する為好ましくない。
出射光制御部材5の光出射面には、表面凹凸を直接転写しても良いし、光透過性微粒子を混合させた拡散材液を塗工することによって拡散層を設けても良い。拡散層により視野角特性が滑らかになり、良好な品位を得ることができる。
単位凸部1の大きさであるPは、10μm以上、300μm以下であることが望ましい。更に望ましくは、15μm以上、200μm以下である。10μmより小さいと回折現象により着色が発生し、画面の品位を低下させる。また300μmより大きいと凸部自身が視認される為、画面の品位を低下させる。
光制御部材3の形態としては、光制御部材3の主面に凸31を形成する、内部に光を散乱させる微粒子を分散させる、光制御部材3の主面に周期的な屈折率分布を持たせる等が挙げられる。光制御部材3の主面に凸部31を持たせる場合の一例を図9に示す。前記凸部31を形成する場合には、例えば楕円のような、凸部の形状をX軸に垂直な断面とY軸に垂直な断面とで異なる形状にすることによって、X軸方向とY軸方向とで異なる拡散性を得ることが可能である。また、ランダムな幅、間隔を有して形成された一方向の溝であっても良い。前記凸部31は、切削加工やリソグラフィーによって作製した金型から転写によって形成することが可能である。光制御部材3の内部に光を散乱させる微粒子を分散させる場合は、図10に示す通り、楕円状の微粒子を一方向に配向させて分散させることによって、X軸方向とY軸方向とで異なる拡散性を得ることができる。この場合、例えば楕円状の微粒子を分散させた後に延伸することによって、一方向へ微粒子を配向させることができる。また、光制御部材3に屈折率分布を設ける場合は、例えば図11に示す通り1次元方向に分布させることによってX軸方向とY軸方向とで異なる光の拡散性を得ることが可能である。この場合、屈折率の異なる樹脂を多層押出し等で分布させることで得ることが可能である。
光制御部材3に用いる材料としては、光学部材に一般的に用いられる材料であれば好適に用いることができ、例えば、PET樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー等の樹脂又はガラスが挙げられる。また、光制御部材3に凸部31を設ける場合、その形状は、スタンパまたは雌金型等を用いて、熱プレス法、紫外線硬化による2P法、熱硬化によるキャスト法、射出成形、押出し成形等によって形成することができる。2P法によって凸部2を形成する場合、基材に転写する際に用いる光硬化性樹脂は、作製した光制御部材3の光学性能を決定するものであり、所望の性能に応じて適宜選択することができる。
光制御部材3の好適な厚さは、0.05mm〜3mmで、特に、0.1mmから0.5mmのフィルム状であることで装置の薄型化、軽量化、密着性低下につながる応力の低減等の効果が得られ好ましい。0.05mmを下回ると物理的強度の低下から皺や弛みが発生し好ましくない。一方、3mmを超えると装置が重くなるため好ましくない。
また、出射部材2と光制御部材3とは透明な接着剤で接着され、または一体化されていても良い。出射部材2と光制御部材3とを接着する場合で、かつ、光制御部材の凸部31を光制御部材3の主に光を入射する面に設ける場合、接着部の屈折率n4、該光制御部材の凸部31の屈折率n5を、
n4<n5
とすることによって、光を効率的に拡散させることができ、好ましい。
n4<n5
とすることによって、光を効率的に拡散させることができ、好ましい。
また、本発明に用いる光源1としては、冷陰極管、熱陰極管等の線状光源、LED等の点状光源が挙げられる。線状光源の場合には、導光板4の片方の端面又は対向する両端面に1本又は複数本配置しても良い。線状光源の本数が多くなると、導光板4への入射光量が増加し、高輝度化を図ることができる。また点状光源の場合には、1個又は複数個用いても良い。この場合、点状光源を配置する導光板側面の中心に対して点状光源を対称に配置することが好ましい。この配置により面内の分布を対称にすることができ、外観品位を向上させることが可能である。点状光源を複数個用いる場合、点状光源の間隔は均等になるように配置することが望ましい。これにより点状光源の近傍と点状光源間の均一性を高めることができる。
以下、実施例によって、より具体的に本発明の効果を説明する。
実施例では、図7に示すような構成の面光源素子の正面輝度と、輝度の角度特性を測定し、効果を確認した。導光板4として、寸法が67mm×53mmで厚み0.6mmの平板状PMMAを用い、出射面及びその対向する面は平坦面とした。出射光制御部材5としては、基材として厚み0.1mmのPMMAフィルムを用い、H/Pが1.2、W/Pが0.3の凸部51を、スタンパに光硬化性樹脂を塗布したものを紫外線硬化することで基材に転写して作製した。導光板4の屈折率は1.49であり、硬化後の光硬化性樹脂の屈折率は1.53であった。硬化後、該出射光制御部材5を導光板4の出射面に固定層6を介して貼り合わせた。導光板4の端面側に光源1としてLED7個を、発光中心間の距離を9.5mmとして配置した。光制御部材3としては、Luminit社製Light Shaping Diffuser(LSD)を用い、出射光制御部材5の出射面側に配置した。ここで光制御部材3のβ1およびγ1はそれぞれ3度および32度であった。
光制御部材3を備える場合と備えない場合のそれぞれについて、面光源素子の中央部を発光面に対して400mmの距離から輝度計(株式会社トプコン製BM−7)を用いて、輝度計の測定視野0.2度で、発光面の法線からの角度を変えながら、上下方向と左右方向について輝度角度特性を測定した。光制御部材3を備えない場合の測定結果から、出射光制御部材5の表面における輝度角度分布は、α2が32度であった。
比較例1として、図12に示すような構成で測定を行った。導光板4として、寸法が67mm×53mmで厚み0.6mmの導光板4に、拡散シート7、プリズムシート8、拡散シート7、ルーバーフィルム9(株式会社アスデック製 プライバシーフィルター)を備えた面光源素子である。この場合、一度広がった光がルーバーフィルム9で吸収されてしまう為に、光の利用効率が低く、左右方向にも視野角が限定された面光源素子となる。
比較例2として、出射光制御部材5として厚み0.6mmの平板状PMMAを用い、H/Pが0.7、W/Pが0.3の凸部51を有するものを用いた他は、実施例と同様にして測定を行った。この場合、出射光制御部材5の出射面において、輝度角度分布がα2で最大75度と広がってしまっているために、上下の斜め方向にも明るく、情報の秘匿性や安全性を得ることができない。
面光源素子の輝度角度特性について、実施例の測定結果を図13に、比較例1および2の測定結果をそれぞれ図14および15に示す。実施例では、光を吸収させることなく視野角を一方向にのみ限定している為、光の利用効率が高く、左右方向に十分広い視野角を持ち、かつ、明るい面光源素子が得られていることがわかる。
1:光源、2:出射部材、3:光制御部材、31:光制御部材の凸部
4:導光板、5:出射光制御部材、51:出射光制御部材の凸部
6:固定層、7:拡散シート、8:プリズムシート、9:ルーバーフィルム
10:凸部1に入射して、正面方向に偏向される光
α:出射面1における正面方向からの傾き
α1:I(α)が最大になる正面方向からの角度
α2:I(α)がI1(α1)/10となる正面方向からの角度
β:光制御部材の、X軸方向に平行かつY軸に垂直な平面における正面方向となす角度
β1:光制御部材に略平行光を入射した場合に、L1(β)がL/2となる角度
γ:光制御部材の、X軸方向に垂直かつY軸に平行な平面における正面方向となす角度
γ1:光制御部材に略平行光を入射した場合に、L2(γ)がL/2となる角度
I(α):出射面1における、角度αの輝度
I(α1):I(α)の最大値
I(α2):角度α2における輝度(=I1(α1)/10)
L:光制御部材に略平行光を入射した場合に、正面方向における輝度
L1(β):光制御部材に略平行光を入射した場合の角度βにおける輝度
L2(γ):光制御部材に略平行光を入射した場合の角度γにおける輝度
P:凸部の幅
H:凸部の高さ
W:凸部が、導光板と光学的に密着している部分の幅
4:導光板、5:出射光制御部材、51:出射光制御部材の凸部
6:固定層、7:拡散シート、8:プリズムシート、9:ルーバーフィルム
10:凸部1に入射して、正面方向に偏向される光
α:出射面1における正面方向からの傾き
α1:I(α)が最大になる正面方向からの角度
α2:I(α)がI1(α1)/10となる正面方向からの角度
β:光制御部材の、X軸方向に平行かつY軸に垂直な平面における正面方向となす角度
β1:光制御部材に略平行光を入射した場合に、L1(β)がL/2となる角度
γ:光制御部材の、X軸方向に垂直かつY軸に平行な平面における正面方向となす角度
γ1:光制御部材に略平行光を入射した場合に、L2(γ)がL/2となる角度
I(α):出射面1における、角度αの輝度
I(α1):I(α)の最大値
I(α2):角度α2における輝度(=I1(α1)/10)
L:光制御部材に略平行光を入射した場合に、正面方向における輝度
L1(β):光制御部材に略平行光を入射した場合の角度βにおける輝度
L2(γ):光制御部材に略平行光を入射した場合の角度γにおける輝度
P:凸部の幅
H:凸部の高さ
W:凸部が、導光板と光学的に密着している部分の幅
Claims (5)
- X軸と、X軸とに直交するY軸とに平行なX−Y平面の法線の一方を正面方向として、
光源と、
前記光源からの光を受光するX−Y平面に略垂直な端面である入射面と、X−Y平面に略平行な主面を有する出射部材と、X−Y平面に平行な主面をもつ光制御部材とを備え、前記出射部材と、前記光制御部材とが、正面方向に向かってこの順で配置された面光源素子であって、
前記出射部材は少なくとも導光板を有しており、
前記出射部材の出射面から出射する光について、正面方向からの傾きをα、αにおける輝度をI(α)、I(α)が最大となる角度をα1とした場合に、
I(α2)=I(α1)/10
であるα2が25〜55度の範囲内であり、
かつ、
前記光制御部材が、
該光制御部材の入射面から略平行光を入射した場合に、前記光制御部材の出射面の、正面方向における輝度をLとし、
X軸方向に平行かつY軸に垂直な平面における正面方向となす角度をβ、βにおける輝度をL1(β)、X軸方向に垂直、かつ、Y軸に平行な平面における正面方向となす角度をγ、γにおける輝度をL2(γ)とした場合に、
L1(β1)=L/2
であるβ1が0〜10度となり、
L2(γ1)=L/2
であるγ1が20〜50度となるものであることを特徴とする面光源素子。 - 前記光制御部材が、少なくとも一方の主面に複数の凸部を有することを特徴とする請求項1に記載の面光源素子。
- 前記光制御部材の主面に設けられる複数の凸部は、前記光制御部材の、主に光を入射する面に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の面光源素子。
- 前記出射部材が、導光板の出射面に、前記導光板の出射面からの光を、入射面上の複数の凸部で受光して出射面から略正面方向へ出射する出射光制御部材を備え、
前記凸部が、該凸部の頂部で前記導光板の出射面と光学的に密着してなり、
該凸部が正面方向を軸とする回転対称であって、
凸部の底部の幅をP、高さをH、前記導光板と光学的に密着している領域の幅をWとしたとき、
H/P≧1.0
W/P≦0.4
であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の面光源素子。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の面光源素子の出射面側に透過型表示素子を配置することを特徴とする画像表示装置。
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JP2008311214A JP2010135220A (ja) | 2008-12-05 | 2008-12-05 | 面光源素子およびこれを用いた画像表示装置 |
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