JP2010225307A - Light source with polarization function, homogenizer, light source device using these, and local dimming backlight system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ランダムな偏光を発する発光手段からの光の略全てを一方向に揃えて発生する変更機能付光源と、それと組み合わされて液晶ディスプレイ用バックライト等の光源装置を成すホモジェナイザーと、偏光機能付光源及びホモジェナイザーからなるバックライト等の光源装置と、この光源装置を用いたローカルディミングバックライトシステムに関するものである。 The present invention relates to a light source with a change function that generates substantially all of the light from the light emitting means that emits randomly polarized light in one direction, and a homogenizer that forms a light source device such as a backlight for a liquid crystal display in combination therewith The present invention relates to a light source device such as a backlight including a light source with a polarization function and a homogenizer, and a local dimming backlight system using the light source device.
液晶ディスプレイは、時計、スチルカメラ、ムービィーカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビジョン受像機等の各種電子機器、各種産業機器等に画像表示手段として使用されており、これからも使用量、用途は拡大する一方である。
ところで、液晶ディスプレイには、照明光が不可欠である。なぜならば、液晶表示素子は自らが発光することにより表示をするものではなく、光が透過する部分と透過しない部分とのコントラストにより表示をするものだからである。
Liquid crystal displays are used as image display means in various electronic devices such as watches, still cameras, movie cameras, personal computers, television receivers, and various industrial equipment, and the amount and usage will continue to expand. It is.
By the way, illumination light is indispensable for a liquid crystal display. This is because the liquid crystal display element does not display by itself, but displays by the contrast between the portion through which light is transmitted and the portion through which light is not transmitted.
その照明光を得る方式として一般的なのは、液晶表示素子の背後にバックライトを配置し、このバックライトからの光を表示用照明光として利用する透過型方式である(特許文献1:特開2007−264111号公報)。
そして、液晶ディスプレイは、液晶表示素子の入射側と出射側の両側に互いに偏光の方向が90°異なる偏光子か、または、偏光方向が平行な偏光子が必要であるので、バックライトを有する透過型方式の場合、バックライトの発光手段と液晶表示素子との間に、入射側の偏光手段を成す普通の偏光子を介在させていた(特許文献2:特開2008−197308号公報)。
A general method for obtaining the illumination light is a transmissive type in which a backlight is disposed behind a liquid crystal display element and light from the backlight is used as illumination light for display (Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2007-2007). -264111).
The liquid crystal display requires a polarizer having a polarization direction different from each other by 90 ° on both the incident side and the emission side of the liquid crystal display element, or a polarizer having a parallel polarization direction. In the case of the mold type, an ordinary polarizer constituting a polarization means on the incident side is interposed between the light emitting means of the backlight and the liquid crystal display element (Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 2008-197308).
ところで、地球環境の悪化防止、省資源、炭酸ガス発生量抑制等の要請から、各種電子機器、産業機器等においても低消費電力化が要求されており、当然のことながら、液晶ディスプレイを用いる各種電子機器、例えばテレビジョン受像機もその例外ではない。
しかし、そのテレビジョン受像機等には、大型化の要請があり、その大型化は必然的に消費電力の増大を招くので、徒らに消費電力を増すことなく大型化の要請に応えることが強く要請されている。
By the way, due to requests for prevention of deterioration of the global environment, resource saving, suppression of carbon dioxide generation, etc., various electronic devices, industrial devices, etc. are required to have low power consumption. Electronic devices such as television receivers are no exception.
However, there is a demand for an increase in the size of the television receiver and the like, and the increase in size inevitably leads to an increase in power consumption. It is strongly requested.
ブラウン管型のディスプレイと比較すると液晶ディスプレイの消費電力は顕著に低いが、だからといって液晶ディスプレイの低消費電力化を怠ることは許されない。
ところで、液晶ディスプレイの消費電力の多くを占めるのが、バックライトの消費電力である。そのため、バックライトの発光手段として高い発光効率を有する発光ダイオードを用いる等技術は進んでいるが、最近は更に、ローカルディミングにより低消費電力化する技術の開発も盛んに行われている。
Compared to a cathode ray tube type display, the power consumption of a liquid crystal display is remarkably low, but it cannot be neglected to reduce the power consumption of the liquid crystal display.
By the way, the power consumption of the backlight accounts for most of the power consumption of the liquid crystal display. For this reason, techniques such as using a light emitting diode having high luminous efficiency as the light emitting means of the backlight are advancing. Recently, however, techniques for reducing power consumption by local dimming have been actively developed.
ローカルディミングは、画像に明暗があり、暗の部分はバックライトの光を弱めて無駄な電力消費を減らすというものであり、この技術によれば、統計学的研究からバックライトによる消費電力を約30%に減らせそうである。その点で画期的と言える。 Local dimming means that the image has light and darkness, and the dark part weakens the light of the backlight to reduce wasteful power consumption. According to this technology, the power consumption of the backlight is reduced from statistical studies. It seems to be reduced to 30%. It can be said that it is groundbreaking in that respect.
ところで、従来のバックライトは、液晶表示素子の入射側に一方向に偏光された光のみを通す偏光板乃至偏光フィルムを設けるので、発光手段として用いられる例えば有機発光ダイオード(有機LED)等から発生したランダムに偏光した光のうち、上記一方向に偏光した光のみが照明光として働き、その方向と90°向きの異なる偏光は偏光手段により吸収され照明には全く寄与しない。これは、発光手段の消費電力の略半分が無駄になることに他ならない。 By the way, the conventional backlight is provided with a polarizing plate or a polarizing film that allows only light polarized in one direction to pass on the incident side of the liquid crystal display element, and is generated from, for example, an organic light emitting diode (organic LED) used as a light emitting means. Of the randomly polarized light, only the light polarized in one direction acts as illumination light, and polarized light different from that direction by 90 ° is absorbed by the polarizing means and does not contribute to the illumination at all. This is nothing more than about half of the power consumption of the light emitting means is wasted.
本発明は、このような課題を解決すべく為されたものであり、発光手段から発光されたランダム偏光光の全ての偏光成分を一方向に揃える偏光変換をして出射できる偏光機能付光源を提供し、更に、入射側においては空間的及び角度的に不均一な光を、空間的及び角度的に均一にできるホモジェナイザーを提供し、更に、それ等偏光機能付光源及びホモジェナイザーを組み合わせてローカルディミングに最適な光源装置、例えばバックライトを提供し、更には、上記偏光機能付光源及びホモジェナイザーからなる光源装置を用いたローカルディミングバックライトシステムの提供を可能にすることを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and a light source with a polarization function that can emit light after performing polarization conversion that aligns all polarization components of randomly polarized light emitted from the light emitting means in one direction. And a homogenizer capable of making spatially and angularly non-uniform light uniform on the incident side, and spatially and angularly uniform. An object of the present invention is to provide a light source device that is optimal for local dimming in combination, for example, a backlight, and further to provide a local dimming backlight system using the light source device including the light source with polarization function and a homogenizer. And
請求項1に記載の偏光機能付光源は、焦点距離f0のレンズの前焦点面(光入射側の焦点面)乃至その近傍のそのレンズの光軸を中心として対称な二つの位置の一方に、ランダム偏光の発光手段を、他方に1/4波長フィルムとこのフィルムを経た光を反射するミラーを、それぞれ設け、上記レンズのレンズ面近傍にワイヤーグリッド偏光子を配置したことを特徴とする。
The light source with a polarization function according to
請求項2に記載のホモジェナイザーは、焦点距離f1のレンズとそれの出射側の焦点距離f2のレンズとを、主平面が略平行でレンズ面間距離が略出射側レンズの焦点距離f2になるように配置し、上記2つのレンズ各々の主平面近傍に、入射角に依存しない拡散特性を有する拡散フィルムを配置してなることを特徴とする。
ここで、入射角に依存しない拡散特性とは、入射角が変化しても拡散主光線方向や、拡散プロファイルが殆どトップハットといえる拡散特性を言う。
尚、このような拡散フィルムの具体例が、本願出願人大学により特願2006−2675、特願2004−267170により提案され、特開2007−183498号公報、特開2006−84563号公報により紹介されている。
The homogenizer according to
Here, the diffusion characteristic that does not depend on the incident angle refers to a diffusion characteristic in which the diffusion principal ray direction and the diffusion profile are almost the top hat even if the incident angle changes.
Specific examples of such a diffusion film were proposed by Japanese Patent Application No. 2006-2675 and Japanese Patent Application No. 2004-267170 by the applicant's university, and introduced in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2007-183498 and 2006-84563. ing.
請求項3に記載のホモジェナイザーは、請求項2に記載のホモジェナイザーにおいて、拡散フィルムとして、拡散を一方向のみに限定した拡散フィルム子を、例えば縦方向と横方向のように、略直交積層させるたものを用いることにより、ホモジェナイザーへ入射してくる空間パターンによらずに、ホモジェナイザーの空間出射パターンを正方形や長方形等の四角形のパターンに変換するようにしたことを特徴とする。
尚、本明細書、特許請求の範囲において、「拡散フィルム子」とは、互いに積層されることによって拡散フィルムを構成する個々の拡散フィルム体を言う。
The homogenizer according to
In addition, in this specification and a claim, a "diffusion film element" means the individual diffusion film body which comprises a diffusion film by mutually laminating | stacking.
請求項4に記載のホモジェナイザーは、請求項3に記載のホモジェナイザーにおいて、前記拡散フィルム子として、シリンドリカルレンズを複数集積した微小光学系拡散フィルム子を用いてなることを特徴とする。
尚、微小光学系拡散フィルムとして特開2007−183498号公報に記載された微小光学系拡散フィルムが好適である。
請求項5に記載のホモジェナイザーは、請求項3に記載のホモジェナイザーにおいて、前記フィルム子として、内部屈折率分布拡散フィルム子を用いてなることを特徴とする。
尚、内部屈折率分布拡散フィルムは、特開2006−84563号公報に拡散フィルムとして紹介されたものが好適である。
A homogenizer according to a fourth aspect of the present invention is the homogenizer according to the third aspect, wherein a micro optical diffusion film element in which a plurality of cylindrical lenses are integrated is used as the diffusion film element.
In addition, the micro optical system diffusion film described in JP 2007-183498 A is preferable as the micro optical system diffusion film.
The homogenizer according to
As the internal refractive index distribution diffusion film, those introduced as a diffusion film in JP-A-2006-84563 are suitable.
請求項6に記載のホモジェナイザーは、請求項2に記載のホモジェナイザーにおいて、前記拡散フィルムとして、光軸方向に延びる微小レンズを集積した微小光学系拡散フィルムを用い、その微小光学系の微小レンズの開口パターンをホモジェナイザー出射側の空間パターンとするようにしたことを特徴とする。
尚、微小光学系拡散フィルムは、特開2007−183498号公報で紹介されたものが好適である。
A homogenizer according to
As the micro optical diffusion film, those introduced in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-183498 are suitable.
請求項7に記載のホモジェナイザーは、請求項2、3、4、5又は6に記載のホモジェナイザーにおいて、構成要素である前記各拡散フィルムが偏光を保持する特性をも有することを特徴とする。
尚、このような偏光保持特性を有する拡散フィルムとして、特開2006−84563号公報、特開2007−183498号公報に拡散フィルムとして紹介されたものが好適である。
The homogenizer according to claim 7 is the homogenizer according to
In addition, as a diffusion film having such polarization maintaining properties, those introduced as diffusion films in JP-A-2006-84563 and JP-A-2007-183498 are suitable.
請求項8に記載の光源装置は、請求項1に記載の偏光機能付光源と、この偏光機能付光源からの出射光を受ける請求項7に記載のホモジェナイザーと、からなることを特徴とする。
請求項9に記載の光源装置は、請求項8に記載の光源装置において、請求項1に記載の偏光機能付光源が複数あり、その複数の偏光機能付光源からの光が請求項7に記載のホモジェナイザーに入射するようにされたことを特徴とする。
The light source device according to claim 8 comprises the light source with polarization function according to
The light source device according to claim 9 is the light source device according to claim 8, wherein there are a plurality of light sources with polarization function according to
請求項10に記載の偏光機能付光源は、請求項1に記載の偏光機能付光源において、ランダム偏光の発光手段が複数のLED、LD(レーザーダイオード)又はOLED(有機EL)からなることを特徴とする。
請求項11に記載の光源装置は、請求項10に記載の偏光機能付光源が単一か、又は複数と、上記偏光機能付光源からの出射光を受ける請求項7に記載のホモジェナイザーと、からなることを特徴とする。
The light source with polarization function according to
The light source device according to
請求項12に記載のホモジェナイザーは、焦点距離f1のレンズの主平面近傍と、そのレンズの主平面から出射側へその略焦点距離f1離れたところとに、それぞれ入射角に依存しない拡散特性を有する拡散フィルムが配置されていることを特徴とする。
請求項13に記載のホモジェナイザーは、請求項12に記載のホモジェナイザーにおいて、入射角に依存しない拡散特性を有する前記拡散フィルムとして、請求項3、4又は5に記載の拡散フィルムを設置することによって、ホモジェナイザーへ入射してくる空間パターンによらずに、ホモジェナイザーの空間出射パターンを正方形や長方形等のほぼ四角形のパターンに変換するようにしてなることを特徴とする。
The homogenizer according to
The homogenizer according to claim 13 is the homogenizer according to
請求項14に記載のホモジェナイザーは、請求項12に記載のホモジェナイザーにおいて、入射角に依存しない拡散特性を有する前記拡散フィルムとして、請求項6に記載の拡散フィルムを設置することによって、ホモジェナイザーへ入射してくる空間パターンによらずに、ホモジェナイザーの空間出射パターンを微小光学系拡散フィルムの微小レンズの開口パターンに変換することを特徴とする。
請求項15に記載のホモジェナイザーは、請求項12、13又は14に記載のホモジェナイザーにおいて、前記各拡散フィルムが偏光を保持する特性をも有することを特徴とする。
The homogenizer according to
The homogenizer according to claim 15 is the homogenizer according to
請求項16に記載の光源装置は、請求項15に記載のホモジェナイザーと、請求項1又は請求項10に記載の偏光機能付光源からなることを特徴とする。
請求項17に記載の光源装置は、請求項16に記載の光源装置において、偏光機能付光源を複数備えたことを特徴とする。
請求項18に記載のローカルディミングバックライトシステムは、光源装置が、請求項8、9、16又は17に記載の光源装置が、複数アレイ配列されたことを特徴とする。
請求項19に記載のローカルディミングバックライトシステムは、請求項18に記載されたローカルディミングバックライトシステムにおいて、上記ホモジェナイザー出射側の一つの拡散フィルムを複数の偏光機能付光源装置が共有するようにされ、隣接偏光機能付光源装置のホモジェナイザー出射側の共有拡散フィルム上における出射エリアが互いにオーバーラップするようにされたことを特徴とする。
A light source device according to a sixteenth aspect includes the homogenizer according to the fifteenth aspect and the light source with a polarization function according to the first or tenth aspect.
The light source device according to claim 17 is the light source device according to
A local dimming backlight system according to
A local dimming backlight system according to a nineteenth aspect is the local dimming backlight system according to the eighteenth aspect, wherein a plurality of light source devices with a polarization function share a single diffusion film on the emission side of the homogenizer. The exit areas on the shared diffusion film on the homogenizer exit side of the adjacent light source device with polarization function are overlapped with each other.
請求項20に記載の偏光機能付光源は、請求項1又は10に記載の偏光機能付光源において、カラーフィールドシーケンシャル方式によるフルカラー表示が可能になるように設定された特定の発光色を有するようにされたことを特徴とする。
尚、カラーフィールドシーケンシャル方式とは、赤、青、緑というように発光色の異なる光源を複数種設け、この複数種の光源を切り換えて駆動することによりカラーフィルターを使わずにフルカラー表示をするようにした方式であり、例えば特開2006−85156号公報等により紹介されている。
本偏光機能付光源には、発光色が例えば赤のもの、青のもの、緑のものというように複数種(例えば三種類)あり得る。そして、本請求項には複数種、例えば三種類の何れの偏光機能付光源も該当し得る。
The light source with polarization function according to
In the color field sequential method, multiple types of light sources with different emission colors, such as red, blue, and green, are provided, and full color display is performed without using color filters by switching and driving these multiple types of light sources. This method is introduced in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-85156.
The light source with polarization function may have a plurality of types (for example, three types) of emission colors such as red, blue, and green. In addition, a plurality of types, for example, three types of light sources with a polarization function may correspond to the claims.
請求項21に記載の偏光機能付光源装置は、請求項9又は17に記載の偏光機能付光源装置における、複数の偏光機能付光源において、それぞれのほぼ単色光の偏光機能付光源を複数有し、偏光機能付光源単位でカラーフィールドシーケンシャル方式によるフルカラー表示が可能になるように設定された特定の発光色を有するようにされた
ことを特徴とする。
請求項22に記載のローカルディミングバックライトシステムは、請求項18又は19に記載のローカルディミングバックライトシステムにおいて、光源装置として発光色の異なる複数種の変更機能付光源装置を有し、表示手段としてカラーフィルターの無い液晶表示素子を有し、カラーフィールドシーケンシャル方式によるフルカラー表示用機能を有することを特徴とする。
A light source device with a polarization function according to
The local dimming backlight system according to
請求項1に記載の偏光機能付光源によれば、発光手段から出射された光は、先ず、ワイヤーグリッド偏光子を透過した偏光成分についてはそのまま出射し、そのワイヤーグリッド偏光子により反射された偏光成分、即ち、ワイヤーグリッド偏光子を透過した偏光成分と90°方向の異なる偏光成分については、偏光方向と45°長軸方向(遅延軸方向)をずらした1/4波長板により先ず、直線偏光が円偏光となり、ミラーに達し反射して、再度1/4波長板を透過すると、円偏光が最初入射した直線偏光の偏光方向と90°異なる偏光方向の直線偏光となる。依って、上記ワイヤーグリッド偏光子を透過した偏光と同じ方向の偏光になる。その結果、その光も上記ワイヤーグリッド偏光子を透過する。
According to the light source with a polarization function according to
即ち、発光手段からの光は、全てそのワイヤーグリッド偏光子を透過する向きの偏光に偏光変換されて出射される。
従って、発光手段からの光の偏光の向きを統一して出射することができ、一つの方向に偏光された光を使用する機器に対する発光手段の光利用率を従来の2倍程度に高めることができる。
請求項2に記載のホモジェナイザーは、焦点距離f1のレンズとそれの出射側の焦点距離f2のレンズとを、主平面が略平行でレンズ面間距離が略出射側の焦点距離f2になるように配置し、各レンズの主表面近傍に入射角に依存しない拡散特性を有する拡散フィルムを配置したものである。このようなホモジェナイザーによれば、空間的にも角度的にも不均一な入射光は、まず入射角に依存しないトップハット的拡散特性を有する拡散フィルムによって、角度的に均一化される。
That is, all the light from the light emitting means is converted into polarized light that is transmitted through the wire grid polarizer and emitted.
Therefore, the direction of polarization of the light from the light emitting means can be emitted in a unified manner, and the light utilization rate of the light emitting means for a device that uses light polarized in one direction can be increased to about twice that of the prior art. it can.
The homogenizer according to
次に、角度情報を位置情報に変換する焦点距離f1のレンズによって、焦点距離f2のレンズ近傍では、空間的に均一化される。焦点距離f2のレンズ出射側に配置した入射角に依存しない拡散特性を有する拡散フィルムによって角度的に均一化されるため、入射側にて空間的及び角度的に不均一であっても、出射側にて空間的及び角度的に均一にすることができる。
また、請求項2に記載のホモジェナイザーは、入射側の拡散フィルムの拡散特性の角度情報を焦点距離f1のレンズが焦点距離f2のレンズ近傍で位置情報に変換する機能を有している。そこで、入射側の拡散フィルムの拡散特性がほぼ一方向のみに拡散する、入射角無依存のトップハット的拡散特性を有する拡散フィルム子を2枚以上、互いに拡散方向がほぼ直交するように積層すると、ホモジェナイザーの空間的出射パターンは、入射光パターンによらずに、長方形や正方形等の四角形パターンに変換可能となる。
このことは、ローカルディミングバックライトのブロック分割の、パターンのオーバーラップを場所によって均一にする上で重要となる。
というのは、円形のままでは、重なり具合が場所によって異なり、均一照明が困難となるためである。またプロジェクションシステムのランプ光学系のホモジェナイザーとする場合でも、画像表示デバイスは角型であるため(例16:9の長方形)光の利用効率を上げるためにも、角型パターン出力は重要となる。
Next, the lens having the focal length f1 that converts the angle information into the position information is spatially uniform in the vicinity of the lens having the focal length f2. Since it is angularly uniformed by a diffusion film having a diffusion characteristic that does not depend on the incident angle, which is disposed on the lens exit side of the focal length f2, even if spatially and angularly nonuniform on the entrance side, the exit side Can be made spatially and angularly uniform.
Further, the homogenizer according to
This is important in making the pattern overlap of the local dimming backlight block division uniform depending on the location.
This is because the degree of overlap varies depending on the location, and uniform illumination becomes difficult if the shape is circular. Even when a lamp optical system homogenizer of a projection system is used, since the image display device has a square shape (Example 16: rectangle of 9), the square pattern output is important in order to increase the light utilization efficiency. Become.
請求項3に記載のホモジェナイザーは、拡散フィルムとして、拡散を一方向のみに限定した2枚以上の拡散フィルム子を、例えば縦方向と横方向のように、略直交積層させた微小光学系拡散フィルムを用いることにより、ホモジェナイザーへ入射してくる空間パターンによらずに、ホモジェナイザーの空間出射パターンを正方形や長方形等の四角形のパターンに変換するようにして請求項2に記載のホモジェナイザーを構成したものである。
従って、このようなホモジェナイザーによれば、空間出射パターンを正方形や長方形等の四角形のパターンになるので、空間パターンが円形パターンの場合とは異なり、ローカルディミングバックライトのブロック分割の、パターンのオーバーラップを場所によって均一にすることが可能となる。
The homogenizer according to
Therefore, according to such a homogenizer, since the spatial emission pattern is a square pattern such as a square or a rectangle, unlike the case where the spatial pattern is a circular pattern, the pattern of the block division of the local dimming backlight is divided. It is possible to make the overlap uniform from place to place.
請求項4に記載のホモジェナイザーは、請求項3に記載のホモジェナイザーにおいて、拡散フィルムを構成する複数の拡散フィルム子として、シリンドリカルレンズを集積して拡散方向をー方向に限定した微小光学系拡散フィルム子を用いてなり、このようなホモジェナイザーによれば、微小光学系拡散フィルムの出射側の空間パターンは主に四角形(正方形或いは長方形)となるので、空間パターンが円形パターンの場合とは異なり、ローカルディミングバックライトのブロック分割の、パターンのオーバーラップを場所によって均一にすることが可能となる。
The homogenizer according to
請求項5のホモジェナイザーは、拡散フィルムとして、内部屈折率分布がほぼ一方向の分布である構造を有し、拡散方向をほぼー方向に限定した内部屈折率分布拡散フィルム子を2枚以上拡散方向をほぼ直交させて積層した構造を有する内部屈折率分布拡散フィルムを用いて請求項3に記載のホモジェナイザーを構成したものであり、このようなホモジェナイザーによれば、内部屈折率分布拡散フィルムの出射側の空間パターンは主に四角形(正方形或いは長方形)となるので、空間パターンが円形パターンの場合とは異なり、ローカルディミングバックライトのブロック分割の、パターンのオーバーラップを場所によって均一にすることが可能となる。
The homogenizer according to
請求項6のホモジェナイザーは、拡散フィルムとして、例えば特開2007−183498号公報に記載されている微小光学系拡散フィルムを用いて請求項2のホモジェナイザーを構成したものであり、このようなホモジェナイザーによれば、微小光学系の微小レンズの開口パターンが、微小光学系拡散フィルムの二次元拡散特性となるので、この入射側の拡散フィルムの拡散特性の角度情報を焦点距離f1のレンズが焦点距離f2のレンズ近傍で位置情報に変換する機能によって、微小光学系拡散フィルムの微小レンズ開口パターンがこのホモジェナイザー出射側の空間パターンとなる。
上述した請求項3、4及び5に記載のホモジェナイザーによれば、上述したように、空間パターンは、主に四角形(正方形や長方形)となるが、この請求項6のホモジェナイザーによれば、六角形や多角形の組み合わせ等のパターンの自由度と制御性を高めることができる。
The homogenizer of
According to the homogenizers of
従って、請求項3、4及び5に記載のホモジェナイザーによる四角形だけのオーバーラップの場合以上に、請求項6のホモジェナイザーによる方が、ローカルディミングバックライトのブロック分割の、パターンのオーバーラップを場所によって均一にすることをより有効に為し得る。
即ち、例えば、デルタ配列ブロック分割における六角形のオーバーラップ等、さらに均一性を重視するローカルディミングバックライトとして重要となり、微小光学系拡散フィルムの微小レンズ配列を正六角形(蜂の巣状)パターンの最密充填配列にすることも可能なのである。
尚、プロジェクションシステムのランプ光学系のホモジェナイザーとする場合でも、画像表示デバイスは角型(例16:9の長方形)であるため四角形開口微小レンズによる、微小光学系拡散フィルムを用いることにより光の利用効率を上げるためにも、角型パターン出力も重要となる。
Therefore, the pattern overlap of the block division of the local dimming backlight is more improved by the homogenizer of
That is, for example, it becomes important as a local dimming backlight that emphasizes uniformity, such as hexagonal overlap in the delta arrangement block division, and the microlens array of the micro-optical system diffusion film is the closest density of regular hexagon (honeycomb) pattern A packed arrangement is also possible.
Even when the lamp optical system homogenizer of the projection system is used, the image display device is rectangular (eg, a rectangle of Example 16: 9), so that light can be obtained by using a micro-optical system diffusing film with a square aperture micro-lens. In order to increase the use efficiency of the pattern, the square pattern output is also important.
請求項7に記載のホモジェナイザーは、請求項2、3、4、5又は6に記載のホモジェナイザーにおいて、構成要素である前記各拡散フィルムが偏光を保持する特性をも有するが、このような偏光保持特性を有する拡散フィルムとして、特開2006−84563号公報、特開2007−183498号公報に拡散フィルムとして紹介されたものが好適である。
本発明は、偏光機能付光源によりランダム偏光の発光手段から出射された光の殆ど全てを一つの方向に偏光し、偏光を利用して画像表示を行う素子(液晶等)に対して、光の利用効率をアップすることが、目的である。ところが、せっかくランダム偏光を一方向の偏光にそろえる機能を、本発明の偏光機能付光源が実現できても、ホモジェナイザーの拡散フィルムの拡散により、一方向にそろった偏光をランダム偏光に乱してしまったのでは、光の利用効率をアップすることができない。
依って、偏光保持機能を有する請求項7に記載のホモジェナイザーは、光利用効率アップのために必要不可欠なものとなる。
The homogenizer according to claim 7 is the homogenizer according to
The present invention polarizes almost all of the light emitted from the light emitting means of random polarization by the light source with polarization function in one direction and applies light to an element (liquid crystal or the like) for displaying an image using the polarized light. The purpose is to improve utilization efficiency. However, even if the light source with polarization function of the present invention can realize the function of aligning random polarized light into unidirectional polarized light, the polarized light aligned in one direction is disturbed to random polarized light by diffusion of the diffusion film of the homogenizer. If this happens, the light use efficiency cannot be improved.
Therefore, the homogenizer according to claim 7 having a polarization maintaining function is indispensable for improving the light utilization efficiency.
請求項8、請求項9に記載の光源装置によれば、偏光機能付光源によりランダム偏光の発光手段から出射された光の殆ど全てを一つの方向に偏光し、偏光状態を保持しつつホモジェナイザーにより空間的及び角度的に均一にすることができる。
請求項10に記載の偏光機能付光源によれば、発光手段が複数のLED(:発光ダイオード)LD(:レーザーダイオード)、OLED(:有機LED)からなるので、個々のLED、LD、OLEDの特性にバラツキがあっても一つの発光手段の特性が複数のLED、LD、OLEDの特性を平均化した特性になる。
従って、発光手段の特性のバラツキを小さくすることができる。
請求項11に記載の光源装置は、請求項10に記載の偏光機能付光源が単一か、又は複数と、上記偏光機能付光源からの出射光を受ける請求項7に記載のホモジェナイザーとからなり、複数の発光手段により、特性のバラつきの均一化を実現した偏光機能付光源の出力光、およびこれら複数の偏光機能付光源の出力光を、偏光状態を保持しつつ、角度的にも、空間的にも均一化して、出射側光パターンの制御をも可能にする。
According to the light source device of claims 8 and 9, almost all of the light emitted from the randomly polarized light emitting means by the light source with polarization function is polarized in one direction, and the homogenization is performed while maintaining the polarization state. It can be made spatially and angularly uniform by the kneader.
According to the light source with a polarization function according to
Therefore, variation in the characteristics of the light emitting means can be reduced.
The light source device according to
請求項12、13又は14に記載のホモジェナイザーによれば、焦点距離f1のレンズの主平面近傍と、そのレンズ主平面から出射側へその略焦点距離f1離れたところとに、それぞれ入射角に依存しない拡散特性を有する拡散フィルムを配置したので、空間的にも角度的にも不均一な入射光は、まず入射角に依存しないトップハット的拡散特性を有する拡散フィルムによって、角度的に均一化される。
次に、角度情報を位置情報に変換する焦点距離f1のレンズによって、f1離れた後方焦点面では、角度情報が位置情報に変換されるため、この後方焦点面近傍では空間的に均一化されることになる。しかし角度的にはまだ不均一であるので、この後方焦点面に入射角に依存しないトップハット的拡散特性を有する拡散フィルムを設置することにより、角度的にも均一化を実現することができる。依って、入射側にて空間的及び角度的に不均一であっても、出射側にて空間的及び角度的に均一にすることができる。
According to the homogenizer of
Next, since the angle information is converted into the position information in the rear focal plane away from f1 by the lens having the focal length f1 that converts the angle information into the position information, it is spatially uniform in the vicinity of the rear focal plane. It will be. However, since it is still non-uniform in angle, it is possible to achieve uniformity in angle by installing a diffusion film having a top-hat diffusion characteristic that does not depend on the incident angle on the rear focal plane. Therefore, even if it is spatially and angularly nonuniform on the incident side, it can be made spatially and angularly uniform on the outgoing side.
そして、レンズの使用数を低減できるだけでなく、出射側レンズがないので、この複数のホモジェナイザーの出射エリアのオーバーラップが容易となり、ローカルディミングバックライトシステムに適用する場合、重要な機能となる。さらにローカルディミングバックライトシステムに適用する場合、ホモジェナイザー出射側パターン制御は、オーバーラップを均一に行うために重要であるので、このホモジェナイザーに用いる入射角に依存しない拡散特性を有する拡散フィルムとして、請求項3、4、5に記載の拡散フィルムを設置することによって、ホモジェナイザーへ入射してくる空間パターンによらずに、ホモジェナイザーの空間出射パターンを正方形や長方形等のほぼ四角形のパターンに変換するようにし、或いは、請求項6に記載の拡散フィルムを設置することによって、ホモジェナイザーへ入射してくる空間パターンによらずに、ホモジェナイザーの空間出射パターンを微小光学系拡散フィルムの微小レンズの開口パターンに変換することができる。
Not only can the number of lenses used be reduced, but there is no exit-side lens, which makes it easy to overlap the exit areas of these homogenizers, which is an important function when applied to a local dimming backlight system. . Furthermore, when applied to a local dimming backlight system, the homogenizer emission side pattern control is important for uniform overlap, so that the diffusion film having diffusion characteristics independent of the incident angle used for this homogenizer By installing the diffusing film according to
請求項15に記載のホモジェナイザーによれば、請求項12、13又は14に記載のホモジェナイザーにおいて、前記各拡散フィルムが偏光を保持する特性をも有するので、例えば偏光機能付光源等により偏光された光を入力された場合、偏光を保持しつつ入射側にて空間的及び角度的に不均一であっても出射側にて空間的及び角度的に均一になるようにすることができる。
請求項16、17に記載の光源装置は、請求項15に記載のホモジェナイザーと、請求項1又は請求項10に記載の偏光機能付光源とからなるので、ローカルディミング用の光源装置を提供することができる。
According to the homogenizer according to claim 15, in the homogenizer according to
Since the light source device according to
請求項18に記載のローカルディミングバックライトシステムによれば、請求項8、9、16又は17に記載の光源装置を複数アレイ配列にしたので広い面積に対し、偏光保持拡散フィルムを用いた場合には偏光され、且つ空間的及び角度的に均一な光を例えば液晶表示素子等に入射することができ低消費電力化、高性能化されたローカルディミングバックライトシステムを提供できる。
請求項19に記載のローカルディミングバックライトシステムによれば、請求項18に記載されたローカルディミングバックライトシステムにおいて、ホモジェナイザー出射側の一つの拡散フィルムを複数の偏光機能付光源装置が共有するようにされ、隣接偏光機能付光源装置のホモジェナイザー出射側の共有拡散フィルム上における出射エリアが互いにオーバーラップするようにしたので、広い面積に対して均一な光特性の光を出射することができ、延いては良質のローカルディミング特性を得ることができる。
According to the local dimming backlight system according to
According to the local dimming backlight system of claim 19, in the local dimming backlight system of
請求項20に記載の偏光機能付光源によれば、発光手段の発光色として、加法混色でほぼ白色となる色の組み合わせ(例えば赤色、緑色、青色)を時間的に高速に切り換えることにより、フルカラーの1フレームの画像を例えば3倍速または6倍速の赤フィールド、緑フィールド、青フィールドの時間的高速順次表示により表示するカラーフィールドシーケンシャル方式によるカラーフィルターを要しないフルカラー表示を実現することができる。
請求項21に記載の偏光機能付光源装置によれば、請求項9又は17に記載の偏光機能付光源装置における、複数の偏光機能付光源において、それぞれのほぼ単色光の偏光機能付光源を複数有し、偏光機能付光源単位で(例えば、赤色専用偏光機能付光源、緑色専用偏光機能付光源、青色専用偏光機能付光源の3つの偏光機能付光源で)カラーフィールドシーケンシャル方式によるフルカラー表示を実現することができる。
According to the light source with polarization function according to
According to the light source device with a polarization function according to
請求項22に記載のローカルディミングバックライトシステムによれば、液晶ディスプレイで、非常に光の利用効率を低下させているカラーフィルターを無くすことが可能となる。例えば赤色、緑色、青色フィルターでの光に吸収が無くなれば、カラーフィルターが理想的な場合でも、約3倍の光利用効率アップが期待できる。現実的には、カラーフィルター透過率は、選択波長に対しても100%ではないので、約4倍の光利用効率アップが可能である。
依って、請求項20、21の発光色の異なる複数種の偏光機能付光源、または偏光機能付光源装置とカラーフィルターのない液晶表示素子との組み合わせることにより、偏光変換で約2倍、ローカルディミングで約3倍、さらに、カラーフィールドシーケンシャル方式で約4倍の高効率化となり、トータルで約24倍もの光利用効率アップが期待できるため、発明の効果は非常に大きいといえる。
According to the local dimming backlight system of the twenty-second aspect, it is possible to eliminate the color filter that greatly reduces the light use efficiency in the liquid crystal display. For example, if light in red, green, and blue filters is not absorbed, even if the color filter is ideal, it can be expected that the light utilization efficiency is increased by about 3 times. Actually, since the color filter transmittance is not 100% even with respect to the selected wavelength, the light utilization efficiency can be increased by about 4 times.
Therefore, by combining a plurality of types of light sources with polarization function of different light emission colors according to
本発明は、基本的に、偏光機能付光源として、ワイヤーグリッド偏光子を用いることにより発光手段から出射されたランダム偏光の光をその偏光方向の如何を問わず一つの方向の偏光に偏光変換することのできるものを用いるものである。発光手段としては、例えばLED、有機LED、有機EL、LD等が好適であり、一つの半導体チップ内の一つの半導体素子により一つの発光手段を構成するようにしても良い。
しかし、一つの発光手段を、一つの半導体チップ内の複数の半導体素子、或いは複数の半導体チップにより構成するようにすると、半導体素子の光学的特性のバラツキを平均化することができ、発光手段としての光学特性をより均一化できるという利点がある。
The present invention basically converts a randomly polarized light emitted from a light emitting means into a polarized light in one direction regardless of the polarization direction by using a wire grid polarizer as a light source with a polarization function. The one that can be used is used. As the light emitting means, for example, LED, organic LED, organic EL, LD and the like are suitable, and one light emitting means may be constituted by one semiconductor element in one semiconductor chip.
However, if one light emitting means is constituted by a plurality of semiconductor elements in a single semiconductor chip or a plurality of semiconductor chips, variations in the optical characteristics of the semiconductor elements can be averaged. There is an advantage that the optical characteristics can be made more uniform.
ホモジェナイザーとしては、レンズを2個或いは1個用い、更に拡散フィルム、特に、入射角に依存しない拡散特性を有するものを用いることにより、空間的及び角度的に不均一な光を入射光として受けても、空間的及び角度的に均一な光を出射できるようにしたものを用いる。
尚、前述の入射角に依存しない特性とは、入射角が変化しても拡散主光線方向や、拡散プロファイルが殆どトップハットの如き拡散特性を有する特性を言う。このような拡散フィルムとして、具体的には、本願出願人大学が特願2006−2675、特願2004−267170により提案され、特開2007−183498号公報、特開2006−84563号公報により紹介されている拡散フィルムを用いると良い。この拡散フィルムは入射角に依存しない特性を有するのみならず、偏光を保持するという特性をも有するからである。
As a homogenizer, using two or one lens, and further using a diffusion film, particularly one having diffusion characteristics that do not depend on the incident angle, spatially and angularly nonuniform light is used as incident light. Even if the light is received, it is possible to emit light that is spatially and angularly uniform.
Note that the above-described characteristics that do not depend on the incident angle refer to characteristics in which the diffusion principal ray direction and the diffusion profile have diffusion characteristics such as a top hat even when the incident angle changes. As such a diffusion film, specifically, the University of the Applicant has been proposed by Japanese Patent Application Nos. 2006-2675 and 2004-267170, and introduced by Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2007-183498 and 2006-84563. It is recommended to use a diffusion film. This is because this diffusion film not only has a characteristic that does not depend on the incident angle, but also has a characteristic of maintaining polarized light.
また、本発明はカラーフィールドシーケンシャル方式を採用することができ、それによりより一層低消費電力化を図ることができる。
即ち、本発明によれば、偏光変換機能と偏光保持拡散機能により光の利用効率を、偏光を用いる液晶表示素子において約2倍に高めることができ、更に、ローカルディミング機能により3倍高め、また更に、カラーフィールドシーケンシャル方式の併用により更に4倍高めることができ、トータルで約24倍にすることができる。
In addition, the present invention can employ a color field sequential method, thereby further reducing power consumption.
That is, according to the present invention, the light use efficiency can be increased about twice in the liquid crystal display device using polarized light by the polarization conversion function and the polarization holding diffusion function, and further, the local dimming function can be increased three times. Furthermore, the color field sequential method can be further increased by a factor of 4 and the total can be increased by about 24 times.
以下、本発明の詳細を図示実施例に基づいて説明する。
(実施例1)
図1(A)〜(C)及び図2(A)、(B)は本発明の第1の実施例(:実施例1)の光源装置を示すものであり、図1(A)は断面図、(B)は光拡散を説明するためのレンズの配置を示す構成図、(C)は入射角と光強度の関係図、(D)は出射角と光強度の関係図であり、図2(A)〜(C)は+θ1(A)、光軸方向(B)、−θ1(C)という入射方向の異なる光の光路、拡散を示す図である。
先ず、図1(A)を参照して光源装置の構成を説明する。
Hereinafter, the details of the present invention will be described based on illustrated embodiments.
Example 1
1 (A) to 1 (C) and FIGS. 2 (A) and 2 (B) show the light source device of the first embodiment (Example 1) of the present invention, and FIG. (B) is a block diagram showing the arrangement of lenses for explaining light diffusion, (C) is a diagram showing the relationship between the incident angle and the light intensity, and (D) is a diagram showing the relationship between the emission angle and the light intensity. 2 (A) to (C) are diagrams showing light paths and diffusion of light having different incident directions of + θ1 (A), an optical axis direction (B), and −θ1 (C).
First, the structure of the light source device will be described with reference to FIG.
同図において、2は光源装置であり、偏光機能付光源4とホモジェナイザー6により構成される。
偏光機能付光源4は焦点距離f0のレンズL0と、そのレンズL0の入射側に配置されたランダム偏光の発光手段10及びこの発光手段10の表面に形成されたコリメートレンズ11と、同じく入射側に配置されたミラー12及びこのミラー12上の1/4波長フィルム14と、レンズL0の出射側のレンズ面乃至その近傍に配置されたワイヤーグリッド偏光子16とからなる。
上記発光手段10と、上記ミラー10及び上記1/4波長フィルム14とは、上記レンズL0の光軸を中心として対称であって且つレンズL0の入射側の焦点面上に位置せしめられている。
In the figure,
The
The light emitting means 10, the
従って、発光手段10から出射された光のうちレンズL0に入射した光は、ワイヤーグリッド偏光子16を通過する方向に偏光された成分の光については、その偏光子16をそのまま通過するが、それと90°の角度に偏光された成分の光は全てそのワイヤーグリッド偏光子16によりミラー12に向けて反射される。
そして、ミラー12に向けて反射された光は、そのミラー12に達する前に、偏光方向と45°長軸方向(遅延軸方向)をずらした1/4波長板により先ず、直線偏光が円偏光となり、ミラーに達し反射して、再度1/4波長板を透過すると、円偏光が最初入射した直線偏光の偏光方向と90°異なる偏光方向の直線偏光となる。
その結果、ワイヤーグリッド偏光子16によりミラー12に向けて反射されたところの、そのワイヤーグリッド偏光子16を通過した光と偏光方向が90°異なっていた成分の偏光は、1/4波長フィルム14を往復する過程で90°偏光方向が変えられることにより、ワイヤーグリッド偏光子16を通過した光と偏光方向が同じになってその偏光子16を透過する。
従って、本偏光機能付光源4によれば、発光手段10からレンズL0に向けて出射された光の全てを、一つの偏光方向に揃うように偏光変換してホモジェナイザー6へ出射することができるのである。
Therefore, the light incident on the lens L0 out of the light emitted from the light emitting means 10 passes through the
Then, before the light reflected toward the
As a result, the polarized light of the component reflected by the
Therefore, according to the
依って、発光手段10から出射された光の利用効率を従来の約2倍に高めることができる。
これは、同じ光量の光をホモジェナイザー6へ出射するのに要する発光手段10の消費電力を約2分の1に低減できることに他ならず、光源装置2やこれを用いるバックライトその他の光源装置の消費電力の低減に大きく寄与することになる。
Therefore, the utilization efficiency of the light emitted from the light emitting means 10 can be increased to about twice the conventional efficiency.
This is in addition to the fact that the power consumption of the light emitting means 10 required to emit the same amount of light to the
ホモジェナイザー6は、上記焦点距離がf1のレンズL1の入射側に配置された拡散フィルム18と、焦点距離がf1のレンズL1と、このレンズL1の出射側に配置された焦点距離がf2のレンズL2と、そのレンズL2の出射側に配置された拡散フィルム20により構成されている。
上記拡散フィルム18はレンズL1の主平面近傍に位置するように配置されており、入射角に依存しない拡散特性を有することが要求されるが、更に、偏光を保持する特性に優れていることが望ましい。本実施例では、拡散フィルム18、20として、前述のように、特開2007−183498号公報、特開2006−84563号公報により公開された拡散フィルムを使用しており、この拡散フィルムは入射角に依存しない拡散特性を有するのみならず、偏光を保持する高い偏光保持特性も備えている。
The
The diffusing
上記レンズL1とレンズL2とは、主平面(その直径は共にdである。)が互いに平行で、主平面間距離が出射側のレンズであるレンズL2の焦点距離f2と略同じに設定されている。
但し、レンズL1とL2との焦点距離f1・f2間の関係には種々の種類のバリエーション(変形例)があり得るのであり、本実施例においてはf1=f2になっている。
拡散フィルム20は上記レンズL2の主平面近傍に位置するように配置されており、入射角に依存しない拡散特性を有することが要求されるが、更に、偏光を保持する特性を有することが望ましい。
The lens L1 and the lens L2 have principal planes (both of their diameters are d) that are parallel to each other, and the distance between the principal planes is set to be substantially the same as the focal length f2 of the lens L2 that is a lens on the exit side. Yes.
However, there are various types of variations (modifications) in the relationship between the focal lengths f1 and f2 of the lenses L1 and L2, and in this embodiment, f1 = f2.
The
(基本型)
次に、本実施例の後述する変形例の変形前の基本となる基本型を示す、図1(A)、(B)、(C)、(D)及び図2を参照して、ホモジェナイザー6が空間的にも角度的にも均一化できることを説明する。まず、ホモジェナイザー6の入射側の拡散フィルム18は、入射角無依存のトップハット的拡散特性を有する拡散フィルムである。よって、この拡散フィルムの入射角度範囲を図1(C)に示すように+θ1〜−θ1とすると+θ1〜−θ1の範囲内に入射してきた光は、図1(D)に示すように入射角に依存せず、+θ1〜−θ1の範囲内に均一にトップハット的に拡散する。よってホモジェナイザー6の入射側拡散フィルム18によって角度的均一性が実現する。ホモジェナイザー6のレンズL1は、角度情報を位置情報に変換する働きをする。レンズL2はレンズL2出射側の拡散主光線方向をそろえる働きをする。
(Basic type)
Next, referring to FIG. 1 (A), (B), (C), (D) and FIG. It will be explained that the
本例では、前述のように、レンズL1とレンズL2の焦点距離f1とf2が等しくされているので、二つのレンズL1、L2の光軸に対して±θ1[θ1=tan−1 d/(2f1)]の範囲内の入射角で入射した光のみがレンズL2に入射し、レンズL2の出射光となり得る。
そして、図1(B)においては、上記光軸に対して+θ1の角度でレンズL1に入射した光を実線の矢印、同じく光軸と平行な角度で入射した光を破線の矢印、−θ1の角度で入射した光を一点鎖線で示している。
In this example, since the focal lengths f1 and f2 of the lens L1 and the lens L2 are equal as described above, ± θ1 [θ1 = tan−1 d / () with respect to the optical axes of the two lenses L1 and L2. Only light incident at an incident angle within the range of 2f1)] can enter the lens L2 and become light emitted from the lens L2.
In FIG. 1B, light incident on the lens L1 at an angle of + θ1 with respect to the optical axis is indicated by a solid line arrow, light incident at an angle parallel to the optical axis is indicated by a broken line arrow, and −θ1 Light incident at an angle is indicated by a one-dot chain line.
この図1(B)、図2から明らかなように、入射角+θ1〜−θ1の範囲のレンズL1への入射光ついては、入射角の如何を問わず、入射角が同じものは、入射位置が異なってもレンズL2の主平面上における同じ位置に入射するため、レンズL1によって入射角度情報が、レンズL2主平面上の位置情報に変換されることになる。レンズL1への入射光は、レンズL1入射側の拡散フィルム18によって角度的に均一化されているため、レンズL2主平面上では空間的に均一化されることになる。レンズL1は、レンズL2の前焦点面に設置されているため、レンズL2の出射光の拡散特性は、ほぼ同じ特性となり、±θ1(2θ1)の範囲内に拡散する。このレンズL2の出射拡散光は、空間的に均一化されてはいるが、まだ角度的には均一化されていない。
As is clear from FIGS. 1B and 2, the incident light to the lens L1 in the range of incident angles + θ1 to −θ1 has the same incident angle regardless of the incident angle. Even if they are different from each other, they enter the same position on the main plane of the lens L2, so that the incident angle information is converted into position information on the main plane of the lens L2 by the lens L1. Since the light incident on the lens L1 is angularly uniformized by the
そこで、レンズL2の出射側に、拡散フィルム20を設置する。この拡散フィルム20は、拡散フィルム18と同じ特性を有しており、入射角無依存のトップハット的拡散特性によって、角度的に+θ1〜−θ1の範囲内でばらついた光強度を均一化する。よってホモジェナイザー6の出射側では、角度的にも、空間的にも均一な光を出射できることになる。上記拡散フィルム18、20は拡散しても光の偏光状態を保持できる機能を有しているため、ホモジェナイザー6は、偏光保持機能を有する空間的、角度的ホモジェナイザーである。
本光源装置2によれば、偏光機能付光源4により一方向に偏光された光を、その偏光を保持しながら角度的、空間的に均一な光を出射することができる。
Therefore, the
According to the
(変形例1)
図3(A)〜(C)及び図4は上記実施例のホモジェナイザーのレンズ部の第1の変形例(:変形例1)を示すもので、(A)はその光拡散を説明するためのレンズの配置を示す構成図であり、(B)は入射角と光強度の関係図、(C)は出射角と光強度の関係図であり、図4は+θ1(A)、光軸方向(B)、−θ1(C)という入射角の異なる光の光路、拡散を示す図である。
本変形例(:変形例1)のホモジェナイザーのレンズ部は、図1、図2に示す実施例のホモジェナイザー6とは、出射側のレンズL2の焦点距離f2を、入射側レンズL1の焦点距離f1よりも小さくした点でのみ異なるが、それ以外の点では共通する。レンズL1とレンズL2との主平面間の距離も出射側のレンズL2の焦点距離f2に設定されている。なお、入射側拡散フィルム18の入射角度範囲と出射拡散角度範囲は+θ1〜−θ1の範囲であり、出射側拡散フィルム20の入射角度範囲と出射拡散角度範囲は+θ2〜−θ2の範囲である。図3では、この拡散フィルム18、20は省略してある。
(Modification 1)
FIGS. 3A to 3C and FIG. 4 show a first modified example (modified example 1) of the lens portion of the homogenizer of the above embodiment, and FIG. 3A explains the light diffusion. FIG. 4 is a configuration diagram showing the arrangement of lenses for the above, (B) is a diagram showing the relationship between the incident angle and the light intensity, (C) is a diagram showing the relationship between the exit angle and the light intensity, and FIG. It is a figure which shows the optical path and the spreading | diffusion of the light from which an incident angle differs in the direction (B) and-(theta) 1 (C).
The lens portion of the homogenizer of this modification (Modification 1) is different from the
このように、出射側のレンズL2の焦点距離f2を、入射側レンズL1の焦点距離f1よりも小さくするのは、出射側の拡散角範囲(NA)を拡大するためである。
±θ1の入射角範囲でレンズL1に入射した各角度の光は、レンズL2の主平面よりも出射側に寄った(先側の)平面P上の入射角の位置に集光されるが、その平面Pに達する段階でレンズL2を透過し、そのレンズL2の作用を図1の実施例の場合よりも強く受け、拡散範囲が±θ2(θ2=tan−1[d/(2f2)]に拡がる。尚、tanθ2とtanθ1との間には、tanθ2=f1・tanθ1/f2の関係が成立する。
尚、θ1=tan−1d/(2f1)、d:レンズL1、L2の主平面の直径。
The reason why the focal length f2 of the exit-side lens L2 is made smaller than the focal length f1 of the entrance-side lens L1 is to increase the exit-side diffusion angle range (NA).
Light of each angle incident on the lens L1 in the incident angle range of ± θ1 is collected at the position of the incident angle on the plane P (on the front side) closer to the emission side than the main plane of the lens L2. The lens L2 is transmitted when it reaches the plane P, and the action of the lens L2 is stronger than in the embodiment of FIG. 1, and the diffusion range is ± θ2 (θ2 = tan−1 [d / (2f2)]. Note that a relationship of tan θ2 = f1 · tan θ1 / f2 is established between tan θ2 and tan θ1.
Θ1 = tan−1d / (2f1), d: the diameter of the main plane of the lenses L1 and L2.
従って、図3(B)に示すように、入射角・光強度分布が或る入射角−θa(−θ1<−θa<0°)に偏っていても、出射側の出射角・光強度分布は、図3(C)に示すように、+θ2〜−θ2の範囲で均一になる。
このように、出射側の拡散範囲を増やすには、出射側のレンズL2として焦点距離f2を、入射側のレンズL1の焦点距離f1よりも小さい焦点距離f2(f1>f2)のものを用いればよい。
Therefore, as shown in FIG. 3B, even if the incident angle / light intensity distribution is biased to a certain incident angle −θa (−θ1 <−θa <0 °), the emission angle / light intensity distribution on the output side. Becomes uniform in the range of + θ2 to −θ2 as shown in FIG.
Thus, in order to increase the diffusion range on the exit side, a focal length f2 as the exit side lens L2 and a focal length f2 (f1> f2) smaller than the focal length f1 of the entrance lens L1 can be used. Good.
(変形例2)
図5(A)〜(C)及び図6は上記実施例のホモジェナイザーのレンズ部の第2の変形例(:変形例2)を示すもので、図5(A)はその光拡散を説明するためのレンズの配置を示す構成図であり、(B)は入射角と光強度の関係図、(C)は出射角と光強度の関係図であり、図6(A)〜(C)は−θ3(A)、−(θ3+θ4)/2(B)、−θ4(C)という入射方向の異なる光の光路、拡散を示す図である。
本変形例(:変形例2)ホモジェナイザーは、図1、図2、図3、図4に示す実施例(基本型、変形例1)のホモジェナイザー6のレンズ部とは、第1に、出射側レンズL2として、入射側のレンズL1の径dより相当に大きい径約2d2を有し、そのレンズL1と軸が一致する仮想レンズL2’(焦点距離はf2で本例ではレンズL1の焦点距離f1と等しい。)の例えば上端部であってレンズL1と同程度の領域(径が略d程度)を切り取ってなるものを用いる(仮想レンズL2’のうちレンズL2の部分)点で異なっている。
(Modification 2)
FIGS. 5A to 5C and FIG. 6 show a second modified example (Modified Example 2) of the lens portion of the homogenizer of the above embodiment, and FIG. 5A shows the light diffusion. It is a block diagram which shows arrangement | positioning of the lens for demonstrating, (B) is a related figure of an incident angle and light intensity, (C) is a relational figure of an output angle and light intensity, FIG. ) Is a diagram showing the optical path and diffusion of light having different incident directions of -θ3 (A),-(θ3 + θ4) / 2 (B), and -θ4 (C).
The present modification (Modification 2) is a homogenizer that is different from the lens portion of the
第2に、そして、入射光を基本的にレンズL1へその例えば斜め下から入射し、その出射光がレンズL2に入射されるように入射光の全体的向きがレンズL1の光軸と異なるようにしてなる点で異なっている。
このように変形することにより、変形例2では、出射拡散角度範囲を固定し、入射角度範囲のみを独立に制御することが可能となる。
実線で示す光の入射角は−θ3、破線で示す光の入射角は−(θ3+θ4//2、一点鎖線で示す光の入射角は−θ4であり、レンズL1に対する−θ3〜−θ4の範囲内の入射角の光がレンズL2に入射し、出射光となる。
Secondly, the entire direction of the incident light is different from the optical axis of the lens L1 so that the incident light basically enters the lens L1 from, for example, obliquely below, and the emitted light enters the lens L2. It is different in that it becomes.
By deforming in this way, in
The incident angle of the light indicated by the solid line is −θ3, the incident angle of the light indicated by the broken line is − (θ3 + θ4 / 2, the incident angle of the light indicated by the alternate long and short dash line is −θ4, and a range of −θ3 to −θ4 with respect to the lens L1. The light of the incident angle enters the lens L2 and becomes outgoing light.
ここで、θ3=tan−1d1/f2、θ4=tan−1d2/f2である。図5では θ2=tan−1d/2f2 =θ1=tan−1d/2f1である。尚、d1は上記レンズL1、L2(仮想レンズL2’)の光軸と、−θ3の角度でレンズL1に入射した光が集まるレンズL2の主平面上の位置との距離であり、d2はレンズL1、L2の光軸と、−θ4の角度で入射した光が集まるレンズL2の主平面上の位置との距離である。
この変形例においては、入射側拡散フィルム18の入射角度範囲と出射拡散角度範囲は−θ3〜−θ4の範囲であり、出射側拡散フィルム20の入射角度範囲と出射拡散角度範囲は+θ2〜−θ2の範囲である。図5では、この拡散フィルム18、20は省略してある。このホモジェナオザー6の変形例においてはホモジェナイザー6への入射角・光強度分布が図5(B)に示すように或る角度−θb(−θ3<−θb<−θ4)に偏っていても、空間的にムラがあっても出射側の出射角・光強度分布は、図5(C)に示すように、+θ1〜−θ1の範囲で均一になり、かつ空間的にも均一なものになる。しかもほぼ偏光特性を保持している。
Here, θ3 = tan−1d1 / f2 and θ4 = tan−1d2 / f2. In FIG. 5, θ2 = tan−1d / 2f2 = θ1 = tan−1d / 2f1. Here, d1 is the distance between the optical axes of the lenses L1 and L2 (virtual lens L2 ′) and the position on the main plane of the lens L2 where the light incident on the lens L1 gathers at an angle of −θ3, and d2 is the lens. This is the distance between the optical axes of L1 and L2 and the position on the main plane of the lens L2 where light incident at an angle of −θ4 gathers.
In this modification, the incident angle range and the outgoing diffusion angle range of the incident
(変形例3)
図7(A)〜(C)は上記実施例のホモジェナイザーの第3の変形例(:変形例3)を示すもので、(A)はその光拡散を説明するためのレンズの配置を示す構成図であり、(B)は入射角と光強度の関係図、(C)は出射角と光強度の関係図であり、レンズL1に対して+θ1の入射角で入射した光線を実線で、光軸と平行に入射した光を破線で、−θ1で入射した光を1点鎖線で示した。尚、図7においては、図1等とは異なり、図における斜め上から斜め下向きに入射する角度を−θ、斜め下から斜め上向きに入射する角度を+θとした。
本変形例(:変形例3)のホモジェナイザーのレンズ部は、図1、図2に示す実施例のホモジェナイザー6のレンズ部とは、第1に、出射側レンズL2として、入射側のレンズL1の径dの略2倍程度の径を有する仮想レンズL2’’(焦点距離はf2で本例ではレンズL1の焦点距離f1と等しい。)の例えば下半部のレンズL1と同程度の領域(径が略d程度)を切り取ってなるものを用いる(仮想レンズL2”のうちレンズL2を除いた部分、略上半部は存在させない。)点で異なっている、さらに変形例2との相違点は、レンズL1とレンズL2の光軸が距離aだけずれており、これによって入射角度範囲を固定して出射拡散角度範囲を独立に制御可能になる。それ以外の点では共通する。レンズL1とレンズL2との平行な主平面間の距離も出射側のレンズL2の焦点距離f2に設定されている。
(Modification 3)
FIGS. 7A to 7C show a third modification (modification 3) of the homogenizer of the above-described embodiment. FIG. 7A shows a lens arrangement for explaining the light diffusion. (B) is a diagram showing the relationship between the incident angle and the light intensity, and (C) is a diagram showing the relationship between the exit angle and the light intensity, and the light ray incident at the + θ1 incident angle with respect to the lens L1 is shown by a solid line. The light incident parallel to the optical axis is indicated by a broken line, and the light incident at −θ1 is indicated by a one-dot chain line. In FIG. 7, unlike FIG. 1 and the like, the angle of incidence from diagonally upward to diagonally downward is −θ, and the angle of incidence from diagonally downward to diagonally upward is + θ.
The lens part of the homogenizer of this modification (Modification 3) is the same as the lens part of the
本変形例(:変形例3)においては、±θ1(θ1=tan−1d/2・f1)の入射角範囲の入射光が上記レンズL2に入射され、そして、θ6〜θ5の範囲の出射角度を有する光を出射する。
尚、θ5=tan−1[(a/f2)−tanθ1]、θ6=tan−1[(a/f2)+tanθ1]、a:レンズL1の光軸と上記仮想レンズL2”の光軸との間隔
この変形例においては、入射側拡散フィルム18の入射角度範囲と出射拡散角度範囲は−θ1〜−θ1の範囲であり、出射側拡散フィルム20の入射角度範囲と出射拡散角度範囲はθ5〜θ6の範囲である。図7では、この拡散フィルム18、20は省略してある。このホモジェナイザー6の変形例においてはホモジェナイザー6へのレンズL1に対する入射光の入射角・光強度分布が図7(B)に示すように或る角度例えば−θb(0>−θb>−θ1)に偏っていても、空間的にムラがあっても、出射側の出射角・光強度分布は、図7(C)に示すように、θ6〜θ5の範囲で均一になり、かつ空間的にも均一なものになる。しかもほぼ偏光特性を保持している。
In the present modification (Modification 3), incident light in an incident angle range of ± θ1 (θ1 = tan-1d / 2 · f1) is incident on the lens L2, and an emission angle in a range of θ6 to θ5. The light having
Θ5 = tan−1 [(a / f2) −tan θ1], θ6 = tan−1 [(a / f2) + tan θ1], a: the distance between the optical axis of the lens L1 and the optical axis of the virtual lens L2 ″ In this modification, the incident angle range and the outgoing diffusion angle range of the incident
このように、図1、図2に示した実施例のホモジェナイザーには種々の変形例があり得る。
これらの変形により、基本型のホモジェナイザー6の入射角度範囲と出射拡散角度範囲の制御において、変形例1では、入射角度範囲と出射拡散角度範囲の大きさの独立制御、変形例2では出射拡散角度範囲を固定して入射角度範囲の方向の独立制御、変形例3では入射角度範囲を固定して、出射拡散角度範囲の方向の独立制御を可能としている。よって基本型、変形例1、変形例2、変形例3の原理を組み合わせると、入射角度範囲と出射拡散角度範囲の自由な制御が可能となる。
As described above, the homogenizer of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 can have various modifications.
With these modifications, in the control of the incident angle range and the outgoing diffusion angle range of the
(実施例2)
図8は本発明の第2の実施例(:実施例2)の光源装置2aを示す断面図である。
本実施例の光源装置2aは、第1の実施例の光源装置2とは、ホモジェナイザー6aには、ホモジェナイザー6で用いられているレンズL2を用いず、レンズL1の焦点距離f1の位置にそのレンズL1の主平面と平行に拡散フィルム20を配置した点で異なるが、それ以外の点では、共通する。
拡散フィルム20(及び拡散フィルム18)は、例えば、特開2007−183498号公報、特開2006−84563号公報により公開された拡散フィルム、即ち、角度的、空間的に均一で偏光を保持するものを用いると良いこと、第1の実施例の場合と同様である。
(Example 2)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the
The
The diffusion film 20 (and the diffusion film 18) is, for example, a diffusion film disclosed by Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-183498 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-84563, that is, a film that is uniform in angle and space and maintains polarized light. It is good to use the same as in the case of the first embodiment.
この光源装置2aによっても、レンズL1により入射角が+θ1〜−θ1の範囲の入射光が、拡散フィルム20のその入射光の入射角に応じた位置に入射し、その拡散フィルム20により拡散されるので、出射光の出射角度・光強度分布の均一性は高い。空間的にも均一となっている。ただし、拡散フィルム20の入射角度範囲と出射拡散角度範囲は、レンズL2を省略した分大きな角度が必要となる。この角度は+θ7〜−θ7(θ7=tan−1d/f1)である。
Also with this
(実施例3)
図9は本発明の第3の実施例(:実施例3)の光源装置2bを示す斜視図である。
本実施例(:実施例3)は、第2の実施例(:実施例2)の光源装置(図8参照、請求項z11のホモジェナイザーを有する。)2aにおいて、焦点距離f1離間して配置された拡散フィルム18と20に代えて、特開2007−183498号公報により紹介されている拡散フィルムの原理と構造を有する直交2層積層微小シリンドリカルレンズ拡散フィルム18a、18aを設置することにより、ホモジェナイザー出射パターンを、ホモジェナイザー入射パターンによらずに、四角形パターンとして出力できるようにしたものである。
Example 3
FIG. 9 is a perspective view showing a light source device 2b of a third embodiment (Example 3) of the present invention.
The present embodiment (: embodiment 3) is separated from the focal length f1 in the light source device (see FIG. 8, having the homogenizer of claim z11) 2a of the second embodiment (: embodiment 2). In place of the arranged
図9において、10は発光手段、11はこの発光手段10の表面に設けられたコリメートレンズ、12はミラー、14は1/4波長板、L0は焦点距離f0のレンズ、16はワイヤーグリッド偏光子、18aは上記拡散フィルム、より具体的には、直交2層積層微小シリンドリカルレンズ拡散フィルムである。
この拡散フィルム18aの断面構造はその隅角部を拡大した部分に示される。
この拡散フィルム18aは、シリンドリカル素子が連設された拡散フィルム子40、50をそれ等シリンドリカル素子の向きが互いに直交する向きで積層したものであり、42、42、・・・及び44、44、・・・は拡散フィルム子40両面のシリンドリカルレンズ素子で、入射側のシリンドリカル素子42、42、・・・の焦点距離f3と、出射側のシリンドリカル素子44、44、・・・の焦点距離f4とは同じ(f3=f4)であり、シリンドリカル素子が形成された両面間の距離もf3(=f4)である。
In FIG. 9, 10 is a light emitting means, 11 is a collimating lens provided on the surface of the light emitting means 10, 12 is a mirror, 14 is a quarter wavelength plate, L0 is a lens with a focal length f0, and 16 is a wire grid polarizer. , 18a is the diffusion film, more specifically, an orthogonal two-layer laminated micro cylindrical lens diffusion film.
The cross-sectional structure of the
The
52、52、・・・及び54、54、・・・は拡散フィルム子50両面のシリンドリカルレンズ素子で、入射側のシリンドリカル素子52、52、・・・の焦点距離f5と、出射側のシリンドリカル素子54、54、・・・の焦点距離f6とは同じ(f5=f6)であり、シリンドリカル素子が形成された両面間の距離もf5(=f6)である。
20aは直交2層積層微小シリンドリカルレンズ拡散フィルムで、拡散フィルム18aと同じ構造を有するので、断面構造の図示は省略する。但し、焦点距離については、必ずしも同じではないが、焦点距離f3・f4間、f5・f6間の関係は拡散フィルム20aについても成立する。
52, 52,... And 54, 54,... Are cylindrical lens elements on both sides of the
即ち、拡散フィルム20aの入射側拡散フィルム子(上記拡散フィルム18aの拡散フィルム子40に相当する拡散フィルム子)の入射側シリンドリカル素子の焦点距離f7と出射側シリンドリカル素子の焦点距離f8とは同じ(f7=f8)であり、その焦点距離f7(=f8)はシリンドリカル素子が形成された両面間の間隔と等しい。
また、出射側シリンドリカル素子連設体(上記拡散フィルム18の拡散フィルム子50に相当する拡散フィルム子)の入射側シリンドリカル素子の焦点距離f9と出射側シリンドリカル素子の焦点距離f10とは同じ(f9=f10)であり、その焦点距離f9(=f10)はシリンドリカル素子が形成された両面間の間隔と等しい。
That is, the focal length f7 of the incident side cylindrical element and the focal length f8 of the emission side cylindrical element of the incident side diffusion film element (a diffusion film element corresponding to the
In addition, the focal length f9 of the incident-side cylindrical element and the focal length f10 of the emitting-side cylindrical element of the output-side cylindrical element connecting body (a diffusion film element corresponding to the
(実施例4)
図10は本発明の第4の実施例(:実施例4)を示す斜視図である。本実施例(:実施例3)は、第2の実施例(:実施例2)の光源装置(図8参照、請求項z11のホモジェナイザーを有する。)2aにおいて、焦点距離f1離間して配置された拡散フィルム18と20に代えて、特開2006−84563号公報により紹介されている拡散フィルムの原理と構造を直交2層積層内部屈折率分布拡散フィルム18b、20bを設置することにより、ホモジェナイザー出射パターンを、ホモジェナイザー入射パターンによらずに、四角形パターンとして出力できるようにしたものである。
尚、本実施例は、図9に示した実施例とは、拡散フィルム18a、20aを拡散フィルム18b、18bに置換している点でのみ異なるが、それ以外の点では共通し、共通点については既に説明済みなので省略し、構成の具体的説明は、異なる点のみについて行う。
Example 4
FIG. 10 is a perspective view showing a fourth embodiment (Example 4) of the present invention. The present embodiment (: embodiment 3) is separated from the focal length f1 in the light source device (see FIG. 8, having the homogenizer of claim z11) 2a of the second embodiment (: embodiment 2). Instead of the
The present embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 9 only in that the
60は直交2層積層内部屈折率分布拡散フィルム18bの上下方向拡散用拡散フィルム子で、屈折率n1(例えばn1=1.55程度)の略水平方向に延びるレイヤー64と屈折率n2(例えばn2=1.51程度)の略水平方向に延びるレイヤー66とを上下方向に沿って交互に配設したものであり、各レイヤー64・66間の間隔は2〜4μmであり、レイヤー境界部の屈折率はグラディエントインデックスである。
62は直交2層積層内部屈折率分布拡散フィルム18bの左右方向拡散用拡散フィルム子で、屈折率n3(n3=n1)の略縦方向に延びるレイヤー68と屈折率n4(n4=n2)の略縦方向に延びるレイヤー70とを左右方向に沿って交互に配設したものであり、各レイヤー68・70間の間隔は2〜4μmであり、レイヤー境界部はグラディエントインデックスである。
直交2層積層内部屈折率分布拡散フィルム20bの構成は、拡散フィルム18bの構成と全く同じであるので、断面構造の図示、説明は省略する。
62 is a diffusion film element for diffusing in the left-right direction of the orthogonal two-layer laminated internal refractive index
Since the configuration of the orthogonal two-layer laminated internal refractive index
(実施例5)
図11は本発明の第5の実施例(:実施例5)を示す斜視図である。本実施例(:実施例5)は、図8に示す本発明の第2の実施例(:実施例2)の光源装置2aにおいて、焦点距離f1離間して配置された拡散フィルム18、20のうちの入射側の拡散フィルム18についてはそれに代えて、特開2007−183498号公報により紹介されている拡散フィルムの原理と構造を六角形開口微小レンズ最密充填アレイ(蜂の巣型レンズアレイ)拡散フィルム18cを設置することにより、ホモジェナイザー出射パターンを、ホモジェナイザー入射パターンによらずに、六角形パターンとして出力できるようにしている。
また、出射側の拡散フィルム20については、それに代えて、ホモジェナイザー出力側の拡散特性が四角形の2次元拡散特性になるように設計された拡散フィルム20cを用いている。
(Example 5)
FIG. 11 is a perspective view showing a fifth embodiment (embodiment 5) of the present invention. In this embodiment (: Embodiment 5), in the
Further, instead of the
これ等拡散フィルム18c及び20cの構成を説明すると、次の通りである。先ず、拡散フィルム18cは、六角形開口の微小レンズ72を多数個72、72、・・・蜂の巣状に配置した微小レンズアレイ構造を有する。各微小レンズ72の入射側部分の焦点距離をf3、出射側部分の焦点距離をf4とした場合、入射側部分と出射側部分との距離は例えばf4であり、例えばf3=f4である。
次に、拡散フィルム20は、四角形開口微小レンズ74を多数74、74、・・・縦横に配設した微小レンズアレイ構造を有する。各微小レンズ74の入射側部分の焦点距離をf5、出射側部分の焦点距離をf6とした場合、入射側部分と出射側部分との距離は例えばf6であり、例えばf6=f5である。
The structure of these
Next, the
(実施例6)
図12は本発明に係るカラー[R(red)、G(green)、B(blue)三原色]対応の1ブロック分の光源装置の一例(:実施例6)2aを示す斜視図である。
1ブロックの光源装置には、発光手段として、赤色光を発生するランダム偏光の発光手段10r、緑色光を発生するランダム偏光の発光手段10g、青色光を発生するランダム偏光の発光手段10bを有し、各発光手段10r、10g、10bに対応して、ミラー12及び1/4波長フィルム14の組み合わせが配置されている。但し、図12には一つの組み合わせが現れる。
Example 6
FIG. 12 is a perspective view showing an example (Example 6) 2a of the light source device for one block corresponding to the colors [R (red), G (green), B (blue) three primary colors] according to the present invention.
The light source device of one block has, as light emitting means, a randomly polarized light emitting means 10r that generates red light, a randomly polarized light emitting means 10g that generates green light, and a random polarized light emitting means 10b that generates blue light. A combination of the
更に、各発光手段10r、10g、10bに対応して、レンズL0r、L0g、L0bが設けられ、そのレンズL0r、L0g、L0bの背後に一つのワイヤーグリッド偏光子16が配置されている。このワイヤーグリッド偏光子はレンズL0r、L0g、L0bのレンズの背後のみあればよいので、図12ではレンズL1の面積のワイヤーグリッド偏光子16を設置してあるが、小面積のレンズL0r、L0g、L0bの面積の3枚のワイヤーグリッド偏光子をそれぞれレンズL0r、L0g、L0bの背後に設置しても良い。ワイヤーグリッド偏光子が高価な場合に有効である。図12のワイヤーグリッド偏光子16の後に拡散フィルム18が設置されており、この拡散フィルムの正面に一つのレンズL1が配置され、その出射側にそのレンズL1の焦点距離f1の距離を置いて拡散フィルム20が配置されている。この例では、レンズL2が無いが、しかし、レンズL2があるタイプにも本実施例6を適用できる。この場合、レンズL1・L2間の距離はレンズL2の焦点距離f2にする。
Further, lenses L0r, L0g, and L0b are provided corresponding to the
各発光手段10r、10g、10bと、ミラー12、12、12及び1/4波長フィルム14、14、14と、レンズL0r、L0g、L0bとの関係は、図1、図2に示した第1の実施例の発光手段10と、ミラー12及び1/4波長フィルム14、レンズL0との関係と同じなるようにされている。なお1/4波長フィルム14は、赤色用、緑色用、青色用のそれぞれの主波長を中心した帯域で専用のアクロマティック1/4波長フィルムとして設計されたものを用いる方がより望ましい。
The relationship between each light emitting
従って、ランダム偏光の発光手段10rから発生した赤い光に着目すると、その赤い光のワイヤーグリッド偏光子16を通る偏光成分は当然にそのままその偏光子16を透過する。
それに対して、その偏光成分と直角の方向の偏光成分はワイヤーグリッド偏光子16により反射され、レンズL0rによりミラー12へ向かうがその手前にて偏光方向と45°長軸方向(遅延軸方向)をずらした1/4波長板により先ず、直線偏光が円偏光となり、ミラーに達し反射して、再度1/4波長板を透過すると、円偏光が最初入射した直線偏光の偏光方向と90°異なる偏光方向の直線偏光となる。従って、偏光方向がワイヤーグリッド偏光子16を通る方向の偏光成分になり、ワイヤーグリッド偏光子16を透過する。
Accordingly, when attention is paid to the red light generated from the randomly polarized
On the other hand, the polarization component in the direction perpendicular to the polarization component is reflected by the
従って、レンズL0rに入射した赤い光は、その偏光の方向の如何を問わず全て偏光方向がワイヤーグリッド偏光子16を透過する方向に統一されてその偏光子16から出射され、拡散フィルム18及びレンズL1を経て例えば拡散フィルム20に達する。この拡散フィルム18、20は、例えば、特開2007−183498号公報、特開2006−84563号公報により公開された拡散フィルム、即ち、入射角無依存のトップハット的均一拡散特性を有し、かつ拡散するにもかかわらす偏光状態をほぼ保持できる特性をも有している拡散フィルムを用いると良いこと、第1の実施例の場合と同様である。
このようなことは、ランダム偏光の発光手段10g、10bから発生した緑の光、青い光についても全く同じである。
Accordingly, the red light incident on the lens L0r is emitted from the
This is exactly the same for green light and blue light generated from the randomly polarized light emitting means 10g, 10b.
(実施例7)
図13は複数の光源装置を一つの出射側拡散フィルムを共有する態様で配置したローカルディミング用バックライトの一例(第7の実施例:実施例7)を示すものである。
2a、2a、・・・は1ブロック分の光源装置(の出射側拡散フィルムを除く部分)、20はその出射側の一つの拡散フィルム(実施例1で用いたものが好適である。)であり、全光源装置2a、2a、・・・により共有されている。
各光源装置2a、2a、・・・は、基本的には上記拡散フィルム20の異なるエリアを照射エリアとするが、隣接エリア同士が部分的にオーバーラップするように、アレイ状に配置されている。オーバーラップの重なり具合をどこでも同じにして均一にするには、各光源装置の出射側のパターンを図に示すように四角形にしなければならない。この機能を実現するのが実施例3、実施例4及び実施例5の六角形開口微小レンズアレイ拡散フィルムを、四角形開口微小レンズアレイ拡散フィルムとした場合である。
(Example 7)
FIG. 13 shows an example (seventh example: example 7) of a backlight for local dimming in which a plurality of light source devices are arranged in a mode of sharing one emission side diffusion film.
2a, 2a,... Are light sources for one block (excluding the exit side diffusion film), and 20 is one exit film on the exit side (the one used in Example 1 is preferred). Yes, shared by all
Each of the
オーバーラップさせる目的は、各ブロックの照明の不均一性を隣接する周りのブロックとの重なりで均一化させ、さらにブロックのエリアの端の部分を目立たせないためである。図13の斜線部のエリアが、光源装置2a’の照射エリアであり、この斜線部エリア22a’の中の中心1/4の面積の長方形部が光源装置2a’の担当エリアである。よってこの場合、隣接する8ブロックからの照明がオーバーラップしあう構成となっている。
The purpose of overlapping is to make the non-uniformity of illumination of each block uniform by overlapping with neighboring blocks, and to make the end portion of the block area inconspicuous. A hatched area in FIG. 13 is an irradiation area of the
(実施例8)
図14はローカルディミング用バックライトの別の例(:実施例8)を示す斜視図である。本実施例は、第5の実施例(:実施例5)に示された複数の光源装置(図14においては光源装置21とそれを中心とする6個の光源装置22、23、24、25、26、27が図示されている。)をその一つの出射側拡散フィルム20dを共有するようにデルタ配列してなる。
(Example 8)
FIG. 14 is a perspective view showing another example (Example 8) of a backlight for local dimming. In the present embodiment, a plurality of light source devices (in FIG. 14, the
図15は複数の光源装置からなる本発明に係るバックライト28を用いたそれぞれローカルディミングシステムの一例を示す回路ブロック図である。
2a、2a、・・・は互いに独立して発光手段10r、10g、10b(或いは10)が制御を受ける光源装置で、一つの出射側拡散フィルム20を共有しており、これ等によりバックライト28が構成される。
30はそのバックライトから照明光を受ける液晶表示素子、32はその液晶表示素子30を駆動する駆動回路、34は液晶表示素子30へ駆動回路32越しに画像信号を供給する画像回路、36はローカルディミング回路で、画像回路34の出力が像信号を分析し、その分析結果により各光源装置2a、2a、・・・の発光手段を独立して制御し、各発光手段が最小限必要な強さの光を発光するようにして無駄な電力消費を回避することができる。
FIG. 15 is a circuit block diagram showing an example of a local dimming system using the
2a, 2a,... Are light source devices that are controlled by the
30 is a liquid crystal display element that receives illumination light from the backlight, 32 is a drive circuit that drives the liquid
このようなローカルディミングシステムによれば、元来、発光手段から出力された光の一方向の偏光成分のみならず、それと90°方向の異なる偏光成分をも液晶表示素子の照明に利用するので、従来のランダム偏光発光手段からの光のうち一方向の偏光成分のみを偏光子により受け入れて液晶表示素子の照明に利用するローカルディミング技術に比較して光の利用効率を略2倍に高めることができる。
そして、そのことは、光源に必要な消費電力を略半減できることを意味し、液晶表示素子を用いる電子機器その他の消費電力の低減に大きく寄与する。
According to such a local dimming system, since not only the polarized light component in one direction of light output from the light emitting means but also the polarized light component different from the 90 ° direction is used for illumination of the liquid crystal display element. Compared with the local dimming technology in which only a polarized light component in one direction out of the light from the conventional randomly polarized light emitting means is received by the polarizer and used for illumination of the liquid crystal display element, the light use efficiency can be increased approximately twice. it can.
This means that the power consumption required for the light source can be substantially halved, and greatly contributes to the reduction of power consumption of electronic devices using liquid crystal display elements.
上記システムにより、偏光変換による約2倍の光利用効率アップとローカルディミングによる約3倍の高効率化が期待できるわけであるが、液晶パネルで、光利用効率を著しく低下させているカラーフィルターを取り除くカラーフィールドシーケンシャル技術を併用すれば、さらに約4倍もの高効率化が期待できる。これを実現する方式としては、発光手段が、半導体の赤色、緑色、青色のマルチ発光チップ(LED,LD等)、マルチOLEDである場合や、光源装置が赤色、緑色、青色のマルチである場合には、1フレームの3倍速で赤色、緑色、青色の各フィールド点灯を実現すればよいので、本発明に容易に適用可能である。具体的には、図12に示す実施例6の装置で赤色、緑色、青色の光源装置ユニットを高速順次点灯すれば実現できる。 The above system can be expected to increase the light utilization efficiency by about 2 times by polarization conversion and increase the efficiency by about 3 times by local dimming. If the color field sequential technology to be removed is used in combination, the efficiency can be further increased by about 4 times. As a method for realizing this, when the light emitting means is a semiconductor red, green, blue multi-light emitting chip (LED, LD, etc.) or multi-OLED, or when the light source device is a red, green, blue multi Since it is only necessary to realize red, green, and blue field lighting at 3 times the speed of one frame, it can be easily applied to the present invention. Specifically, this can be realized by sequentially lighting red, green, and blue light source device units at a high speed in the apparatus of the sixth embodiment shown in FIG.
このカラーフィールドシーケンシャル方式に使用可能な液晶パネル(液晶表示素子)は、高速応答可能な液晶モードが適している。近年液晶の高速化技術はかなり進んできており、なかでもネマティック液晶モードとしてはOCB(Optically Compensated Bend)方式、さらに高速応答液晶として、強誘電性液晶(FLC)があげられる。これらの液晶モードでは既に、3倍速、6倍速のカラーフィールドシーケンシャル方式は実現しており、技術的問題は無い。よって、本発明の光源装置およびバックライトシステムと組み合わせるカラーフィールドシーケンシャル方式では、偏光変換で約2倍、ローカルディミングで約3倍、そしてカラーフィールドシーケンシャル方式で約4倍の高効率化となり、トータルで約24倍の光利用効率アップが期待できる。
そして、そのことは、光源に必要な消費電力を非常に低減できることを意味し、液晶表示素子を用いる電子機器その他の消費電力の低減に大きく寄与する。
A liquid crystal mode (liquid crystal display element) that can be used in this color field sequential method is suitable for a liquid crystal mode capable of high-speed response. In recent years, the speed-up technology of liquid crystals has advanced considerably, and among them, the nematic liquid crystal mode includes an OCB (Optically Compensated Bend) method, and the fast response liquid crystal includes a ferroelectric liquid crystal (FLC). In these liquid crystal modes, 3 × speed and 6 × speed color field sequential systems have already been realized and there is no technical problem. Therefore, the color field sequential method combined with the light source device and the backlight system of the present invention increases the efficiency by about 2 times in polarization conversion, about 3 times in local dimming, and about 4 times in the color field sequential method. About 24 times higher light utilization efficiency can be expected.
This means that the power consumption required for the light source can be greatly reduced, and greatly contributes to the reduction of power consumption of electronic devices using liquid crystal display elements.
本発明は、ランダムな偏光を発する発光手段からの光の略全てを一方向に揃えて発生する光源と、それと組み合わされて液晶ディスプレイ用のバックライト等の光源装置を成す偏光保持ホモジェナイザーと、偏光機能付光源及び偏光保持ホモジェナイザーからなる光源装置と、この光源装置を用いたローカルディミングバックライトシステムに広く産業上の利用可能性がある。 The present invention relates to a light source that generates substantially all of light from a light emitting means that emits randomly polarized light in one direction, and a polarization maintaining homogenizer that is combined with the light source device to form a light source device such as a backlight for a liquid crystal display. There is a wide industrial applicability to a light source device including a light source with a polarization function and a polarization maintaining homogenizer and a local dimming backlight system using the light source device.
2、2a・・・光源装置、4・・・偏光機能付光源、6・・・ホモジェナイザー、
10、10r、10g、10b・・・発光手段(有機LED)、12・・・ミラー、
14・・・1/4波長フィルム、16・・・ワイヤーグリッド偏光子、
18、18a、18c、20、20a、20b、20c・・・拡散フィルム、
28・・・バックライト(光源装置)、
30・・・液晶表示素子、32・・・駆動回路、34・・・画像回路、
36・・・ローカルディミング回路、40、50、60、62・・・拡散フィルム子。
2, 2a ... light source device, 4 ... light source with polarization function, 6 ... homogenizer,
10, 10r, 10g, 10b ... light emitting means (organic LED), 12 ... mirror,
14 ... 1/4 wavelength film, 16 ... wire grid polarizer,
18, 18a, 18c, 20, 20a, 20b, 20c ... diffusion film,
28 ... Backlight (light source device),
30 ... Liquid crystal display element, 32 ... Drive circuit, 34 ... Image circuit,
36: Local dimming circuit, 40, 50, 60, 62 ... Diffusion film element.
Claims (22)
上記レンズのレンズ面近傍にワイヤーグリッド偏光子を配置した
ことを特徴とする偏光機能付光源。 Randomly polarized light emitting means is arranged at one of two positions symmetrical about the optical axis of the front focal plane (focal plane on the light incident side) of the lens at the focal length f0 or in the vicinity thereof, and 1/4 on the other side. Provide a wavelength film and a mirror that reflects the light passing through this film,
A light source with a polarization function, wherein a wire grid polarizer is disposed in the vicinity of the lens surface of the lens.
上記2つのレンズ各々の主平面近傍に、入射角に依存しない拡散特性を有する拡散フィルムを配置してなる
ことを特徴とするホモジェナイザー。 A lens having a focal length f1 and a lens having a focal length f2 on the exit side thereof are arranged so that the principal plane is substantially parallel and the distance between the lens surfaces is substantially the focal length f2 on the exit side;
A homogenizer comprising a diffusion film having a diffusion characteristic independent of an incident angle in the vicinity of a main plane of each of the two lenses.
拡散フィルムとして、拡散を一方向のみに限定した複数の拡散フィルム子を、拡散方向が互いに直交するように積層したものを用いることにより、ホモジェナイザーへ入射してくる空間パターンによらずに、ホモジェナイザーの空間出射パターンを正方形や長方形等の四角形のパターンに変換するようにした
ことを特徴とするホモジェナイザー。 The homogenizer according to claim 2,
As a diffusion film, by using a plurality of diffusion film elements in which diffusion is limited to only one direction, laminated so that the diffusion directions are orthogonal to each other, regardless of the spatial pattern incident on the homogenizer, A homogenizer characterized by converting the spatial emission pattern of the homogenizer into a square pattern such as a square or rectangle.
前記拡散フィルム子として、シリンドリカルレンズを複数集積した微小光学系拡散フィルム子を用いてなることを特徴とする。 The homogenizer according to claim 3,
As the diffusion film element, a micro optical system diffusion film element in which a plurality of cylindrical lenses are integrated is used.
前記フィルム子として、内部屈折率分布拡散フィルム子を用いてなる
ことを特徴とするホモジェナイザー。 The homogenizer according to claim 3,
A homogenizer characterized by using an internal refractive index distribution diffusion film child as the film child.
前記拡散フィルムとして、光軸方向に延びる微小レンズを集積した微小光学系拡散フィルムを用い、その微小光学系の微小レンズの開口パターンをホモジェナイザー出射側の空間パターンとするようにした
ことを特徴とするホモジェナイザー。 The homogenizer according to claim 2,
As the diffusion film, a micro optical system diffusion film in which micro lenses extending in the optical axis direction are integrated, and the aperture pattern of the micro lens of the micro optical system is used as a spatial pattern on the homogenizer emission side. Homogenizer.
前記各拡散フィルムが偏光を保持する特性をも有する
ことを特徴とするホモジェナイザー。 The homogenizer according to claim 2, 3, 4, 5 or 6,
The homogenizer characterized in that each of the diffusion films also has a property of maintaining polarized light.
上記偏光機能付光源からの出射光を受ける請求項7に記載のホモジェナイザーと、
からなる光源装置。 A light source with polarization function according to claim 1;
The homogenizer according to claim 7 that receives light emitted from the light source with polarization function,
A light source device comprising:
請求項1に記載の偏光機能付光源が複数あり、その複数の偏光機能付光源からの光が請求項7に記載のホモジェナイザーに入射するようにされた
ことを特徴とする光源装置。 The light source device according to claim 8,
A light source device comprising: a plurality of light sources with polarization function according to claim 1, wherein light from the plurality of light sources with polarization function is incident on the homogenizer according to claim 7.
ランダム偏光の発光手段が複数のLED、LD(レーザーダイオード)又は、OLED(有機EL)からなる
ことを特徴とする偏光機能付光源。 The light source with polarization function according to claim 1,
A light source with a polarization function, wherein the randomly polarized light emitting means comprises a plurality of LEDs, LDs (laser diodes) or OLEDs (organic EL).
上記偏光機能付光源からの出射光を受ける請求項7に記載のホモジェナイザーと、
からなることを特徴とする光源装置。 One or more light sources with polarization function according to claim 10;
The homogenizer according to claim 7 that receives light emitted from the light source with polarization function,
A light source device comprising:
ことを特徴とするホモジェナイザー。 A diffusion film having diffusion characteristics that do not depend on the incident angle is disposed in the vicinity of the main plane of the lens having the focal length f1 and at a position that is approximately the focal length f1 away from the main plane of the lens to the exit side. A featured homogenizer.
前記それぞれ入射角に依存しない拡散特性を有する拡散フィルムとして、請求項3、4又は5に記載の拡散フィルムを設置することによって、ホモジェナイザーへ入射してくる空間パターンによらずに、ホモジェナイザーの空間出射パターンを正方形や長方形等のほぼ四角形のパターンに変換するようにしてなる
ことを特徴とするホモジェナイザー。 The homogenizer of claim 12,
By installing the diffusing film according to claim 3, 4 or 5 as the diffusing film which does not depend on the incident angle, the homogenizer can be used regardless of the spatial pattern incident on the homogenizer. A homogenizer characterized by converting the space emission pattern of a nizer into a substantially square pattern such as a square or rectangle.
前記それぞれ入射角に依存しない拡散特性を有する拡散フィルムとして、請求項6に記載の拡散フィルムを設置することによって、ホモジェナイザーへ入射してくる空間パターンによらずに、ホモジェナイザーの空間出射パターンを微小光学系拡散フィルムの微小レンズの開口パターンに変換することを特徴とするホモジェナイザー。 The homogenizer of claim 12,
By installing the diffusing film according to claim 6 as the diffusing film that does not depend on each incident angle, the spatial emission of the homogenizer is not dependent on the spatial pattern incident on the homogenizer. A homogenizer that converts a pattern into an aperture pattern of a micro lens of a micro optical diffusion film.
前記各拡散フィルムが偏光を保持する特性をも有する
ことを特徴とするホモジェナイザー。 The homogenizer according to claim 12, 13 or 14,
The homogenizer characterized in that each of the diffusion films also has a property of maintaining polarized light.
請求項1又は請求項10に記載の偏光機能付光源と、
からなることを特徴とする光源装置。 The homogenizer of claim 15;
A light source with a polarization function according to claim 1 or 10,
A light source device comprising:
偏光機能付光源を複数備えた
ことを特徴とする光源装置。 The light source device according to claim 16, wherein
A light source device comprising a plurality of light sources with a polarization function.
ことを特徴とするローカルディミングバックライトシステム。 A local dimming backlight system, wherein a plurality of light source devices according to claim 8, 9, 16, or 17 are arranged in an array.
ホモジェナイザー出射側の一つの拡散フィルムを複数の偏光機能付光源装置が共有するようにされ、
隣接偏光機能付光源装置のホモジェナイザー出射側の共有拡散フィルム上における出射エリアが互いにオーバーラップするようにされた
ことを特徴とするローカルディミングバックライトシステム。 The local dimming backlight system according to claim 18,
A plurality of light source devices with a polarizing function are shared by one diffusion film on the homogenizer emission side,
A local dimming backlight system characterized in that the exit areas on the shared diffusion film on the homogenizer exit side of the light source device with an adjacent polarization function overlap each other.
カラーフィールドシーケンシャル方式によるフルカラー表示が可能になるように設定された特定の発光色を有するようにされた
ことを特徴とする偏光機能付光源。 The light source with polarization function according to claim 1 or 10,
A light source with a polarization function, characterized by having a specific emission color set so that full color display by a color field sequential method is possible.
ことを特徴とする偏光機能付光源装置。 The light source device with polarization function according to claim 9 or 17, wherein the plurality of light sources with polarization function each have a plurality of light sources with polarization function of substantially monochromatic light, and full color by a color field sequential method for each light source with polarization function. A light source device with a polarization function, characterized in that it has a specific emission color set so that display is possible.
光源装置として発光色の異なる複数種の偏光機能付光源装置を有し、
表示手段としてカラーフィルターの無い液晶表示素子を有し、
カラーフィールドシーケンシャル方式によるフルカラー表示用機能を有する
ことを特徴とするローカルディミングバックライトシステム。 The local dimming backlight system according to claim 18 or 19,
As a light source device, it has a plurality of types of light source devices with polarization function having different emission colors,
It has a liquid crystal display element without a color filter as a display means,
A local dimming backlight system characterized by a full-color display function using a color field sequential method.
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