JP2011028033A - 光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より安定して輝度ムラを抑制可能な光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置を提供する。
【解決手段】光拡散板（光制御板）４０は、第１の面４０ａから入射した光が第２の面４０ｂから出射可能な光制御板である。第２の面には、第１の方向に延在すると共に、第１の方向に直交する第２の方向に並列配置された複数の凸状部４１がされている。凸状部の第１の方向に直交する断面において、凸状部の第２の方向に対する両端をとおる軸をｘ軸とし、ｘ軸上において両端の中心をとおりｘ軸に直交する軸をｚ軸としたとき、上記断面における凸状部の輪郭形状ｚ（ｘ）は、０．９５×ｚ₀（ｘ）≦ｚ（ｘ）≦１．０５×ｚ₀（ｘ）を満たしている。ただし、ｚ₀（ｘ）は次式で表される。

（ただし、ｗ_aは凸状部のｘ軸方向の長さ、ｈ_a＝０．５２５ｗ_a、ｋ_a＝−０．４）
【選択図】図２

Description

本発明は、光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置に関するものである。

液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、液晶表示部のバックライトを出力する光
源の一例として直下型面光源装置が使用されている。典型的な面光源装置として、光拡散
板といった光制御板の背面側に複数の光源を並べたものが利用されている。このような面
光源装置では、配置する光源数を増やすことにより発光面を容易に高輝度化できる反面、
輝度均斉度が低いという問題点がある。特に、光源の真上付近での輝度が高くなるために
発生する周期的輝度ムラが問題であるが、面光源装置の薄型化、或いは低消費電力化のた
めの光源数削減化によって上記周期的輝度ムラがより大きな問題となってきている。

そこで、輝度均斉度確保のために、例えば、特許文献１では、光制御板の一例としての
光拡散板に光源との距離に対応して光量補正パターンを形成している。同様に、特許文献
２では、光拡散板の光源側面の光源真上付近の一部に断面鋸歯状のプリズムを設けること
で、光量の多い光源真上付近の光を散らしている。

特開平６−２７３７６０号公報 特開２００４−１２７６８０号公報

しかし、特許文献１の光量補正パターン及び特許文献２の断面鋸歯状プリズムのように
、光源位置との距離に依存関係を持たせたバックライト構成では、光拡散板といった光制
御板の位置ずれや、熱による変形などによって、輝度均斉度が悪化してしまう。

そこで、本発明は、より安定して輝度ムラを抑制可能な光制御板、面光源装置及びその
面光源装置を利用した透過型画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光制御板は、第１の面から入射した光が第１の面と反対側に位置する第２
の面から出射可能な光制御板であって、第１の方向に延在すると共に、第１の方向に直交
する第２の方向に並列配置された複数の凸状部が第２の面に形成されており、凸状部の第
１の方向に直交する断面において、その凸状部の第２の方向に対する両端をとおる軸をｘ
軸とし、ｘ軸上において上記両端の中心をとおりｘ軸に直交する軸をｚ軸としたとき、上
記断面における凸状部の輪郭形状が、下記式（１）を満たすｚ（ｘ）で表されることを特
徴とする。

ただし、上記式（１）において、

（式(２)中、ｗ_aは凸状部のｘ軸方向の長さ、ｈ_a＝０．５２５ｗ_a、ｋ_a＝−０．４）

この構成では、凸状部が上記ｚ（ｘ）で表される断面形状を有することから、本発明の光制御板から出射される光の輝度ムラをより安定して低減できる。

本発明に係る面光源装置は、本発明に係る光制御板と、互いに離間して配置されており、光制御板の第１の面に光を供給する複数の光源と、を備えることを特徴とする
ことを特徴とする。

この面光源装置は、本発明に係る光制御板を備えているので、光制御板から出射される光の輝度ムラをより安定して低減できる。

本発明に係る透過型画像表示装置は、本発明に係る光制御板と、互いに離間して配置されており、この光制御板の第１の面に光を供給する複数の光源と、複数の光源から出力され光拡散板を通過した光によって照明され画像を表示する透過型画像表示部と、を備えることを特徴とする。

この透過型画像表示装置では、本発明に係る光制御板を備えているので、安定して輝度
ムラの抑制された光で透過型画像表示部を照明することができる。よって、輝度ムラのな
い画像を安定して表示可能である。

本発明によれば、より安定して輝度ムラを抑制可能な光制御板並びにその光制御板を含
む面光源装置及び透過型画像表示装置を提供することができる。

本発明に係る透過型画像表示装置の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。 図１に示した透過型画像表示装置に用いられる光拡散板（光制御板）の断面図である。 光拡散板（光制御板）が有する凸状部の断面形状を示す図面である。 凸状部の断面形状を示す輪郭線が満たす条件を示す図面である。

以下、図面を参照して本発明の光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置の実施形
態について説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複す
る説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１は、本発明に係る透過型画像表示装置の一実施形態の構成を模式的に示す断面図で
ある。図１は、透過型画像表示装置を分解して示している。図２は、図１に示した透過型
画像表示装置に含まれる面光源装置が有する光拡散板（光制御板）の拡大図である。

透過型画像表示部１０としては、例えば液晶セル１１の両面に直線偏光板１２，１３が
配置された液晶表示パネルが挙げられる。この場合、透過型画像表示装置１は液晶表示装
置（又は液晶テレビ）である。液晶セル１１，偏光板１２，１３は、従来の液晶表示装置
等の透過型画像表示装置で用いられているものを用いることができる。液晶セル１１とし
てはＴＦＴ型、ＳＴＮ型等の公知の液晶セルが例示される。

面光源装置２０は、いわゆる直下型面光源装置２０であり、並列配置された複数の光源
３１を含む光源部３０を有する。各光源３１は、複数の光源３１の配列方向に直交する方
向に延在している線状光源であり、蛍光ランプ（冷陰極線ランプ）のような直管状のもの
が例示される。複数の光源３１は各光源３１の中心軸線が同一の平面Ｐ１内に位置するよ
うに間隔をあけて配置されており、隣接する２光源３１，３１の中心軸線間の距離をＬと
した場合、距離Ｌは、例えば１０ｍｍ〜１５０ｍｍである。ここでは、光源３１は線状と
したが、ＬＥＤのような点光源などを用いることも可能である。なお、図１中に示した平
面Ｐ１は説明の便宜のためであり、仮想的な平面である。

複数の光源３１は、図１に示すように、ランプボックス３２内に配置されていることが
好ましく、ランプボックス３２の内面３２ａは、光反射面として形成されていることが好
ましい。これにより、各光源３１から出力された光が透過型画像表示部１０側に確実に出
力されるため、各光源３１からの光を効率的に利用することが可能となるからである。本
実施形態では、光源部３０は、上記好ましい構成のランプボックス３２を有するものとし
て説明する。

面光源装置２０は、光源部３０の前面側（図１中、上側）、すなわち、透過型画像表示
部１０側に光源３１に対して離間して配置された光制御板としての光拡散板４０を有して
いる。後述するように、上記光拡散板４０と複数の光源３１との間の離間距離をＤとした
場合、離間距離Ｄは、例えば３ｍｍ〜５０ｍｍである。面光源装置２０では、薄型化を図
るため、Ｌ／Ｄが２以上であり、好ましくは、Ｌ／Ｄは２．５以上となるように、隣接す
る２光源３１，３１間の距離Ｌ及び離間距離Ｄが選択されている。

光拡散板４０は、各光源３１の像を透過型画像表示部１０に投影しないために、光源部
３０からの光、すなわち、各光源３１からの直接光及びランプボックス３２の内面３２ａ
で反射した反射光を透過型画像表示部１０に向けて拡散照射するためのものである。光拡
散板４０の厚さｄ₁は約２ｍｍが例示される。

光拡散板４０は透明材料からなる。透明材料の屈折率は通常１．５６〜１．６２であり
、透明材料としては、透明樹脂材料、透明ガラス材料が例示できる。また、透明樹脂材料としては、ポリカーボネート樹脂（屈折率：１．５９）、ＭＳ樹脂（メタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂）（屈折率：１．５６〜１．５９）、ポリスチレン樹脂（屈折率：１．５９）などが例示され、コストの面および吸湿率が低い点で、ポリスチレン樹脂が好ましい。

透明材料として透明樹脂材料を用いる場合、この透明樹脂材料に紫外線吸収剤、帯電防止剤、酸化防止剤、加工安定剤、難燃剤、滑剤などの添加剤を添加することもできる。これらの添加剤はそれぞれ単独で、または２種以上を組合わせて用いることができる。

紫外線吸収剤としては、例えばベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン計紫外線吸収剤、シアノアクリレート系紫外線吸収剤、マロン酸エステル系紫外線吸収剤、シュウ酸アニリド系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤などが挙げられ、好ましくはベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤である。

透明樹脂材料は通常、添加剤として光拡散剤を添加することなく用いられるが、本発明の目的を損なわない僅かな量であれば、光拡散剤を添加して用いてもよい。

図１及び図２に示すように、光拡散板４０は、光源部３０側にほぼ平坦な第１の面４０
ａを有すると共に、透過型画像表示部１０側に第２の面４０ｂを有する。第２の面４０ｂ
には、複数の凸状部４１が形成されている。このような凸状部４１が形成されている光拡
散板４０では、厚さｄ１は、凸状部４１の頂部と第１の面４０ａとの間の距離とすること
ができる。

図２に示すように、各凸状部４１は、一方向に延在している線状の光学要素である。光
学要素としては、レンズやプリズムが例示される。複数の凸状部４１は、その延在方向に
略直交する方向に並列配置されている。複数の凸状部４１は、光拡散板４０の両側面４０
ｃ，４０ｄ（図１参照）に渡って密に形成されている。

各凸状部４１の延在方向に直交する断面形状は複数の凸状部４１間で略同一である。な
お、離間距離Ｄ及び隣接２光源３１，３１間の距離Ｌの比であるＬ／Ｄが２以上、好まし
くは、２．５以上という条件を満たすように、離間距離Ｄ及距離Ｌが選択されることは、
上述したとおりである。

図３は凸状部の延在方向に直交する断面形状の一例を示す図面であり、一つの凸状部を拡大して示している。凸状部４１の断面形状を、図３に示すように設定した局所的なｘｚ座標系を用いて説明する。ｘｚ座標系を構成するｘ軸は複数の凸状部４１の配列方向（第２の方向）に平行な軸線であり、ｚ軸は板厚方向（第１及び第２の方向に直交する方向）に平行な軸線である。

このｘｚ座標系のｘｚ面において、凸状部４１の断面形状は、両端４１ａ，４１ａがｘ
軸上に位置し、頂部４１ｂがｚ軸上に位置しているｚ軸に対して対称な輪郭線を有する。
この輪郭線は下記式（３）を満たすｚ（ｘ）で表される。

ただし、上記式（３）において、

式（４）中、ｗ_aは凸状部４１のｘ軸方向の長さ、ｈ_a＝０．５２５ｗ_a、ｋ_a＝−０．４である。ｈ_aは、凸状部４１をｚ₀（ｘ）で表される形状とした場合における凸状部４１の両端４１ａ，４１ａ間のｚ軸方向の最大高さに対応する。図３では、式(３)を満たす範囲内でｚ₀（ｘ）をｚ方向に所定倍（例えば１倍）だけ伸縮した形状を例示している。

なお、凸状部４１の輪郭線は、ｚ₀（ｘ）をｚ方向に所定倍（例えば１倍）だけ伸縮し
た形状に限定されず、式（３）を満たしていればよい。式（３）においてｚ（ｘ）は、図
４に示すように、ある幅ｗ_aに対してｚ₀（ｘ）を決定した際に、０．９５ｚ₀（ｘ）で
表される輪郭線と、１．０５ｚ₀（ｘ）で表される輪郭線の間の領域をとおる輪郭線であ
ればよい。

凸状部４１の幅ｗ_aは、凸状部４１の成形が容易であることから、通常４０μｍ以上、好ましくは２５０μｍ以上であり、面光源装置２０や透過型画像表示装置１に組み込まれたときに、凸状部４１に起因する模様が肉眼で視認されにくいことから、通常８００μｍ以下、好ましくは４５０μｍ以下である。幅ｗ_aとして具体的には、ｗ_a＝４１０μｍ、ｗ_a＝４００μｍおよびｗ_a＝３２５μｍが例示できるが、ｗ_aの値はこれに限定されるものではない。

光拡散板４０は、単独の透明材料で構成された単層板であってもよいし、互いに異なる透明材料で構成された層が積層された構造の多層板であってもよい。光拡散板４０が多層板である場合、光拡散板４０の片面または両面は、通常１０μｍ〜２００μｍ、好ましくは２０μｍ〜１００μｍの厚みのスキン層が形成された構造とし、このスキン層を構成する透明樹脂材料として紫外線吸収剤が添加されたものを用いることが好ましい。かかる構成とすることにより、光源や外部からの光に含まれることのある紫外線による光拡散板４０の劣化を防止することができ、特に光源として蛍光管などを用いた場合には、蛍光管からの紫外線による劣化を防止できることから、第１の面４０ａにスキン層が形成されていることが好ましく、このとき第２の面にはスキン層が形成されていないことが、コストの面でさらに好ましい。スキン層を構成する透明樹脂材料として紫外線吸収剤が添加されたものを用いる場合、その含有量は、透明樹脂材料を基準として通常０．５質量％〜５質量％、好ましくは１質量％〜２．５質量％である。

光拡散板４０は、例えば透明材料から削り出す方法により製造することができる。また
、透明材料として透明樹脂材料を用いる場合は、例えば射出成形法、押出成形法、プレス成形法などの方法により製造することができる。

光拡散板４０は、片面または両面に帯電防止剤が塗布されていてもよい。帯電防止剤を塗布することにより、静電気によるホコリの付着などを防止して、ホコリの付着による光線透過率の低下を防止することができる。

光拡散板４０を含む面光源装置２０及び透過型画像表示装置１では、光源部３０の各光
源３１から出力された光は、直接又はランプボックス３２の内面３２ａで反射して光拡散
板４０に入射される。光拡散板４０に入射した光は、第２の面４０ｂから透過型画像表示
部１０に向けて照射される。この際、光拡散板４０の第２の面４０ｂには、凸状部４１が
複数形成されているため、凸状部４１を介して光が出射されることになる。凸状部４１は
、上記ｚ（ｘ）で表される断面形状を有することから、光の通過位置（出射位置）に応じ
て、光は種々の方向に屈折される。このような拡散作用により、光源３１からの光が拡散
され、面状の光が生成されると共に、光源３１の像が透過型画像表示部１０に投影されな
いようになっている。

この光拡散板４０を備える面光源装置２０では、輝度ムラが抑制された光を出力することができる。更に、面光源装置２０では、Ｌ／Ｄの変化に対して、輝度均斉度の変化が抑制される。

そして、光拡散板４０を含む透過型画像表示装置１では、輝度ムラが抑制された光が透
過型画像表示部１０を照明できるので、表示品質の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば光制御板を光拡散板４０として説明したが、本発明はこれに限定されず、複数の光
源から出力された光の、複数の光源が配置される平面に平行な平面内での輝度の均一性を
調整する光部品であればよい。例えば、光制御板は、透明材料からなる板の光の出射側に
、上述した凸状部を複数有する、プリズムシートやレンズシートなどの光学シート又は光
学フィルムといった輝度調整板とすることもできる。更に、隣接する凸状部４１の断面形
状における端４１ａは凸状部４１の配列方向において重なっているとしたが、光拡散板４
０の断面形状において、平坦部（例えば製造誤差により生じる程度のもの）などが生じて
いるものとすることができる。

また、これまでの説明では、光源部３０が有する複数の光源３１は、間隔Ｌでほぼ等間
隔に配置されているとしたが、隣接する２光源３１，３１間の距離は異なっていても良い
。この場合は、隣接する２光源３１，３１間の間隔の平均距離Ｌ_mを使用して、光源３１
間の距離と、光源３１と光制御板との間の距離の比を定義することができる。

以上の説明では、光拡散板４０が一枚で使用される例を示したが、面光源装置２０は、２枚以上、好ましくは３枚〜４枚の光拡散板４０を重ね合せた状態で備えていてもよい。２枚以上の光拡散板４０は、その第１の面４０ａが光源３０側となるように重ね合わされる。また、光拡散板４０のうちの少なくとも２枚は、光拡散板４０の凸状部４１の延在方向（第１の方向）が互いに直交することが好ましい。

１…透過型画像表示装置、１０…透過型画像表示部、２０…面光源装置、３０…光源部
、３１…光源、４０…光拡散板（光制御板）、４０ａ…第１の面、４０ｂ…第２の面、４１ｃ，４１ｄ…一対の側面、４１…凸状部、４１ａ…凸状部の端、４１ｂ…凸状部の頂部。

Claims (3)

1. 第１の面から入射した光が前記第１の面と反対側に位置する第２の面から出射可能な光
   制御板であって、
   第１の方向に延在すると共に、前記第１の方向に直交する第２の方向に並列配置された
   複数の凸状部が前記第２の面に形成されており、
   前記凸状部の前記第１の方向に直交する断面において、当該凸状部の前記第２の方向に
   対する両端をとおる軸線をｘ軸とし、前記ｘ軸上において前記両端の中心をとおり前記ｘ
   軸に直交する軸線をｚ軸としたとき、
   上記断面において前記凸状部の輪郭形状が下記式（１）を満たすｚ（ｘ）で表されるこ
   とを特徴とする光制御板。
   

   

   ただし、上記式（１）において、
   

   

   （式(２)中、ｗ_aは前記凸状部のｘ軸方向の長さ、ｈ_a＝０．５２５ｗ_a、ｋ_a＝−０．４）
2. 請求項１に記載の光制御板と、
   互いに離間して配置されており、前記光制御板の前記第１の面に光を供給する複数の光源と、
   を備えることを特徴とする面光源装置。
3. 請求項１に記載の光制御板と、
   互いに離間して配置されており、前記光制御板の前記第１の面に光を供給する複数の光源と、
   複数の前記光源から出力され前記光制御板を通過した光によって照明されて画像を表示する透過型画像表示部と、
   を備えることを特徴とする透過型画像表示装置。

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