JP2011060455A - Lighting unit, and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明光路制御に用いられる照明ユニット、及びこれを用いた表示装置に関するものである。詳しくは、光源からの光を入射光として制御光を射出する光制御シートと該制御光を入射光とする集光シートとを備えた照明ユニット、及びこれを用いた表示装置に関するものである。 The present invention relates to an illumination unit used for illumination optical path control, and a display device using the illumination unit. Specifically, the present invention relates to an illumination unit including a light control sheet that emits control light using light from a light source as incident light, and a condensing sheet that uses the control light as incident light, and a display device using the illumination unit.
最近の大型液晶テレビにおいては、複数本の冷陰極管やLED(Light Emitting Diode)を配置した直下型方式バックライトユニット(照明ユニット)が採用されている。この直下型方式バックライトユニットにおいては、画像表示素子と光源との間に光散乱性の強い拡散板が用いられて、光源としての冷陰極管やLEDなどが視認されないようにされている。 In recent large-sized liquid crystal televisions, a direct type backlight unit (illumination unit) in which a plurality of cold-cathode tubes and LEDs (Light Emitting Diodes) are arranged is employed. In this direct type backlight unit, a diffuser plate having a high light scattering property is used between the image display element and the light source so that a cold cathode tube or an LED as a light source is not visually recognized.
この拡散板は、光拡散効果により光を全方位に拡散するため、液晶表示装置を暗くしてしまう。また、拡散板の板厚は、光散乱性を高めるとともに当該拡散板の上に構成される光学フィルムの支持をするために、通常1〜5mm程度の厚さを必要とする。したがって、この拡散板で少なからず光吸収が起こり、液晶画面表示が暗くなってしまう。 Since this diffusion plate diffuses light in all directions due to the light diffusion effect, the liquid crystal display device is darkened. Further, the thickness of the diffusion plate usually requires a thickness of about 1 to 5 mm in order to enhance the light scattering property and support the optical film formed on the diffusion plate. Therefore, light absorption occurs not a little with this diffusion plate, and the liquid crystal screen display becomes dark.
従来、直下型方式バックライトに使用される拡散板は、光源である冷陰極管から出射される光を拡散させ、輝度ムラ(ランプイメージ)を低減させることを目的としている。したがって、通常、拡散板の上には観察者側方向の輝度を向上させるために、単一又は複数の光学シートが配置される。 Conventionally, a diffusion plate used in a direct type backlight is intended to diffuse light emitted from a cold cathode tube, which is a light source, and reduce luminance unevenness (lamp image). Therefore, usually, a single or a plurality of optical sheets are arranged on the diffusion plate in order to improve the luminance in the viewer side direction.
また、最近では、光源として冷陰極管に替わってLED(Light Emitting Diode発光ダイオード)が採用され始めたことにより、従来よりもディスプレイを明るくすることが可能となった。よってこれまでノート型コンピュータや携帯情報端末などに用いられていた、低消費電力化が図れ薄型化の容易なエッジライト方式が、20インチ以上の中型ないし大型液晶表示装置へ採用され始めている。 Recently, LEDs (Light Emitting Diode Light Emitting Diodes) have begun to be used instead of cold cathode tubes as light sources, making it possible to make the display brighter than before. Therefore, the edge light system that has been used for notebook computers and portable information terminals and that can be easily reduced in thickness and easily reduced in thickness has begun to be adopted for medium-sized or large-sized liquid crystal display devices of 20 inches or more.
しかしながら、エッジライト方式は導光板の端面にのみ光源を配置する構造のため、光源設置数に限界がある。よって、液晶表示装置が大型になるに連れて、ディスプレイ全体を明るくすることは難しい。そこで、輝度を向上させる光学シートの役割が重要となる。 However, since the edge light system has a structure in which the light source is disposed only on the end face of the light guide plate, the number of light sources installed is limited. Therefore, it is difficult to brighten the entire display as the liquid crystal display device becomes larger. Therefore, the role of the optical sheet for improving the brightness is important.
液晶表示画面の輝度を向上させる光学シートとしては、米国3M社の登録商標である輝度向上フィルム(Brightness Enhancement Film:BEF)がレンズシートとして広く使用されている。
図13は、BEFの配置の一例を示す断面模式図であり、図14は、BEFの斜視図である。図13、14に示すように、BEF185は、部材186上に、断面三角形状の単位プリズム187が一方向に周期的に配列された光学フィルムである。この単位プリズム187は光の波長に比較して大きいサイズ(ピッチ)とされている。
As an optical sheet for improving the brightness of a liquid crystal display screen, a brightness enhancement film (BEF), which is a registered trademark of 3M USA, is widely used as a lens sheet.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an example of the arrangement of BEF, and FIG. 14 is a perspective view of the BEF. As shown in FIGS. 13 and 14, the
BEF185は、“軸外(off−axis)”からの光を集光し、この光を視聴者に向けて“軸上(on−axis)”に方向転換(redirect)又は“リサイクル(recycle)”することができる。即ち、BEF185は、ディスプレイの使用時(観察時)に、軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させることができるのである。なお、ここでの「軸上」とは、視聴者の視野方向F’に一致する方向であり、一般的にはディスプレイ画面に対する法線方向側である。 The BEF 185 collects light from “off-axis” and redirects this light “on-axis” or “recycle” toward the viewer. can do. That is, the BEF 185 can increase the on-axis brightness by reducing the off-axis brightness when the display is used (observation). Here, “on-axis” is a direction that coincides with the viewer's viewing direction F ′, and is generally on the normal direction side with respect to the display screen.
BEF185に代表されるレンズシートを用いる際には、拡散フィルムを併用することが有効である。この拡散フィルムは、透明基材上に拡散フィラーが塗布されることにより構成され、拡散と集光の両方の機能を有している。この拡散フィルムを拡散板とレンズシートとの間に配置することによって、拡散板から出射される拡散光を集光することができるとともに、拡散板だけでは消しきれない光源の視認性を抑えることができる。 When using a lens sheet represented by BEF185, it is effective to use a diffusion film in combination. This diffusion film is configured by applying a diffusion filler on a transparent substrate, and has both functions of diffusion and light collection. By disposing the diffusion film between the diffusion plate and the lens sheet, it is possible to collect the diffused light emitted from the diffusion plate and to suppress the visibility of the light source that cannot be erased only by the diffusion plate. it can.
さらに、上記拡散フィルムは、レンズシートと液晶パネルとの間に配することもでき、これによりサイドローブを低減させるとともに規則的に配列されたレンズと液晶画素との間に生じるモアレ干渉縞を防ぐことが可能となる。 Further, the diffusion film can be disposed between the lens sheet and the liquid crystal panel, thereby reducing side lobes and preventing moire interference fringes generated between regularly arranged lenses and liquid crystal pixels. It becomes possible.
このようなBEF185の採用により、ディスプレイ設計者が電力消費を低減しながら所望の軸上輝度を達成することができるようになった。
BEF185に代表されるプリズムの反復的アレイ構造を有する輝度制御部材をディスプレイに採用する旨が開示されている特許文献としては、特許文献1から3に例示されるように多数のものが知られている。
By adopting BEF185 like this, a display designer can achieve a desired on-axis brightness while reducing power consumption.
As patent documents disclosing that a luminance control member having a repetitive array structure of prisms represented by BEF185 is adopted for a display, there are many known ones as exemplified in
上記のようなBEF185を輝度制御部材として用いた光学シートにおいては、光源から入射する光が、屈折作用によって制御された角度で出射される。これによって、視聴者の視覚方向の光の強度を高めるように制御することができる。 In the optical sheet using BEF185 as a luminance control member as described above, light incident from the light source is emitted at an angle controlled by refraction. Thereby, it is possible to control to increase the light intensity in the visual direction of the viewer.
しかしながら、BEF185を用いた場合には、同時に反射/屈折作用による光成分が、視聴者の視覚方向F’に進むことなく横方向に無駄に出射されてしまう場合がある。図14の破線Bは、BEF185の特性を示したものだが、光強度と視野方向F’に対する角度が0°(軸上方向にあたる)における光強度が最も高められるが、F’に対する角度が±90°近辺には光強度ピーク(サイドローブ)が発生し、横方向から無駄に出射される光も増えてしまっている。 However, when BEF 185 is used, a light component due to reflection / refractive action may be unnecessarily emitted in the lateral direction without proceeding to the visual direction F ′ of the viewer. The broken line B in FIG. 14 shows the characteristics of the BEF 185. The light intensity is highest when the angle with respect to the light intensity and the viewing direction F ′ is 0 ° (corresponding to the axial direction), but the angle with respect to F ′ is ± 90. A light intensity peak (side lobe) is generated in the vicinity of °, and the amount of light emitted from the lateral direction is increasing.
また、輝度を高めたい場合には、BEF185に代表されるプリズムの反復的アレイ構造を有する輝度制御部材を二枚略直交させて配置することが考えられる。ところがこの場合、軸上の輝度のみが過度に向上してしまい、輝度分布の曲線のピーク幅が著しく狭くなって視域が極端に限定されてしまうという問題が生じる。 In order to increase the luminance, two luminance control members having a repetitive array structure of prisms represented by BEF185 may be arranged so as to be substantially orthogonal to each other. However, in this case, only the on-axis luminance is excessively improved, and the peak width of the luminance distribution curve is remarkably narrowed so that the viewing area is extremely limited.
特に、近年、液晶表示装置では、低消費電力、高輝度、薄型化であることが市場ニーズとして強く要請されている。そのために、直下方式・エッジライト方式のどちらにおいても、光源の個数を減らすことが求められており、また特にエッジライト方式においては、構造上、光源の配置する個数に限界があり、全光量が限定されてしまっている。そこで、光源からの射出光を有効に利用し、輝度を向上させつつも、視域が極端に限定されることがないバックライトユニット(照明ユニット)が望まれている。 In particular, in recent years, liquid crystal display devices are strongly demanded as market needs for low power consumption, high luminance, and thinning. For this reason, it is required to reduce the number of light sources in both the direct method and the edge light method, and particularly in the edge light method, the number of light sources to be arranged is limited due to the structure, and the total amount of light is reduced. Limited. Therefore, there is a demand for a backlight unit (illumination unit) that effectively uses the light emitted from the light source and improves the luminance, but does not limit the viewing zone.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、表示画面の視野角を十分に確保しながらも、光源から射出される光を効率良く集光することで観察者側の輝度を向上させることができる照明ユニット及び表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and improves the brightness on the viewer side by efficiently condensing the light emitted from the light source while sufficiently securing the viewing angle of the display screen. An object of the present invention is to provide a lighting unit and a display device that can be used.
前記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る光学シートは、光を照射する光源と、該光源から入射される光を制御して射出する光制御シートと、前記光制御シートから射出される光を入射光とする集光シートとを備えた照明ユニットにおいて、前記光制御シートが、光の射出面側に直線状に略鉛直方向に延在して該延在方向に直交する断面視において略台形状をなす第1プリズムを複数互いに平行に配してなる第1プリズムアレイと、該第1プリズムアレイの頂部に前記第1プリズムと略直交する方向に延在し、該延在方向に直交する断面視において略三角形状をなす第2プリズムを複数互いに平行に配してなる第2プリズムアレイとを備え、前記集光シートが、直線状に延在する第3レンズを複数互いに平行に配してなる第3レンズアレイを備えていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
That is, the optical sheet according to the present invention includes a light source that emits light, a light control sheet that controls and emits light incident from the light source, and a light collection that uses light emitted from the light control sheet as incident light. In the illumination unit including the light sheet, the light control sheet extends in a substantially vertical direction linearly on the light exit surface side and has a substantially trapezoidal shape in a cross-sectional view orthogonal to the extending direction. A first prism array in which a plurality of prisms are arranged in parallel to each other; and a substantially triangular shape in a cross-sectional view extending in a direction substantially orthogonal to the first prism at the top of the first prism array and orthogonal to the extending direction. A second prism array in which a plurality of second prisms having a shape are arranged in parallel with each other, and the light collecting sheet has a third lens in which a plurality of third lenses extending linearly are arranged in parallel with each other Featuring an array To.
このような特徴の照明ユニットによれば、光制御シートの第2プリズムが集光効果の高い三角プリズム形状をなしており、第1プリズムは三角プリズムと同等の効果を得られる台形プリズム形状をなしているため、観察者側Fに向かっての集光効果をより向上させることができる。また、第1プリズムアレイと第2プリズムアレイとが略直交しているため、二方向の集光効果を得ることができる。さらに、このような光制御シートを通過した光が集光シートに入射することにより、該集光シートでの集光効果を向上させることができる。 According to the illumination unit having such a feature, the second prism of the light control sheet has a triangular prism shape with a high condensing effect, and the first prism has a trapezoidal prism shape that can obtain the same effect as the triangular prism. Therefore, the light collection effect toward the observer side F can be further improved. Further, since the first prism array and the second prism array are substantially orthogonal, a light collecting effect in two directions can be obtained. Furthermore, when the light that has passed through such a light control sheet enters the light collecting sheet, the light collecting effect on the light collecting sheet can be improved.
本発明に係る光学シートは、前記光制御シート及び前記集光シートが鉛直面に沿うように延在して配され、前記第3レンズが略水平方向に沿って延在していることが好ましい。 In the optical sheet according to the present invention, it is preferable that the light control sheet and the light collecting sheet are arranged so as to extend along a vertical plane, and the third lens extends along a substantially horizontal direction. .
本発明に係る光学シートにおいては、前記第3レンズが、頂角70度〜110度の三角プリズム形状をなしていることが好ましい。 In the optical sheet according to the present invention, it is preferable that the third lens has a triangular prism shape with an apex angle of 70 degrees to 110 degrees.
本発明に係る光学シートにおいては、前記第2プリズムの頂角が、85度〜115度の範囲に設定されていることが好ましい。 In the optical sheet according to the present invention, it is preferable that an apex angle of the second prism is set in a range of 85 degrees to 115 degrees.
本発明に係る光学シートにおいては、前記第1プリズムの延在方向に直交する断面視において、前記略台形状を構成する一対の斜辺の延長線同士がなす角度が、65度〜100度の範囲に設定されていることが好ましい。 In the optical sheet according to the present invention, in a cross-sectional view perpendicular to the extending direction of the first prism, an angle formed by the extension lines of the pair of oblique sides constituting the substantially trapezoidal shape is in a range of 65 degrees to 100 degrees. It is preferable that it is set to.
本発明に係る光学シートにおいては、前記光制御シートの前記射出面側の表面積に対して前記第2プリズムアレイの表面積が占める割合が、0%以上40%以下に設定されていることが好ましい。 In the optical sheet according to the present invention, it is preferable that the ratio of the surface area of the second prism array to the surface area of the light control sheet on the exit surface side is set to 0% or more and 40% or less.
本発明に係る照明ユニットは、光を照射する光源と、該光源から射出される光を制御して射出する光制御シートと、前記光制御シートから射出される光を入射光とする集光シートとを備えた照明ユニットにおいて、前記光制御シートが、光の射出面側に直線状に略水平方向に延在して該延在方向に直交する断面視において 略台形形状をなす第1プリズムを複数互いに平行に配してなる第1プリズムアレイと、該第1プリズムアレイの頂部に前記第1プリズムと略直交する方向に延在し、該延在方向に直交する断面視において略三角形状をなす第2プリズムを複数互いに平行に配してなる第2プリズムアレイとを備え、前記集光シートが、直線状に延在する第3レンズを複数互いに平行に配してなる第3プリズムアレイを備えることを特徴とする。 An illumination unit according to the present invention includes a light source that emits light, a light control sheet that controls and emits light emitted from the light source, and a light collecting sheet that uses incident light as light emitted from the light control sheet. The light control sheet includes a first prism having a substantially trapezoidal shape in a cross-sectional view extending in a substantially horizontal direction linearly on the light exit surface side and orthogonal to the extending direction. A plurality of first prism arrays arranged in parallel to each other, and extending in a direction substantially perpendicular to the first prism at the top of the first prism array, and having a substantially triangular shape in a cross-sectional view perpendicular to the extending direction A second prism array in which a plurality of second prisms are arranged in parallel with each other, and the light collecting sheet includes a third prism array in which a plurality of third lenses extending linearly are arranged in parallel with each other. With features That.
本発明に係る光学シートは、前記第3レンズが略水平方向に沿って延在していることが好ましい。 In the optical sheet according to the present invention, it is preferable that the third lens extends along a substantially horizontal direction.
本発明に係る光学シートは、 前記第3レンズが頂角70度〜110度の三角プリズム形状をなしていることが好ましい。 In the optical sheet according to the present invention, it is preferable that the third lens has a triangular prism shape with an apex angle of 70 degrees to 110 degrees.
本発明に係る光学シートは、前記第3レンズが略水平方向に沿って延在していることが好ましい。 In the optical sheet according to the present invention, it is preferable that the third lens extends along a substantially horizontal direction.
本発明に係る光学シートは、前記第1プリズムの延在方向に直交する断面視において、前記略台形状を構成する一対の斜辺の延長線同士がなす角度が、85度〜115度の範囲に設定されていることが好ましい。 In the optical sheet according to the present invention, in a cross-sectional view orthogonal to the extending direction of the first prism, the angle formed by the extension lines of the pair of oblique sides constituting the substantially trapezoidal shape is in a range of 85 degrees to 115 degrees. It is preferable that it is set.
本発明に係る光学シートは、前記第2プリズムの頂角が80度〜100度の範囲に設定されていることが好ましい。 In the optical sheet according to the present invention, it is preferable that an apex angle of the second prism is set in a range of 80 degrees to 100 degrees.
本発明に係る光学シートは、前記光制御シートの前記射出面側の表面積に対して前記第2プリズムアレイの表面積が占める割合が、20%以上85%以下に設定されていることが好ましい。 In the optical sheet according to the present invention, the ratio of the surface area of the second prism array to the surface area of the light control sheet on the emission surface side is preferably set to 20% to 85%.
本発明に係る光学シートは、前記光制御シートの入射面側に、複数の突起部が形成されていることが好ましい。 In the optical sheet according to the present invention, it is preferable that a plurality of protrusions are formed on the incident surface side of the light control sheet.
本発明に係る表示装置は、上記いずれかの照明ユニットと、該照明ユニットからの光照射によって画像表示を行う画像表示素子と、を有することを特徴としている。
このような特徴の表示装置によれば、上記光制御シート及び集光シートを備えているため、集光効果を向上させることができる。
A display device according to the present invention includes any one of the illumination units described above and an image display element that performs image display by light irradiation from the illumination unit.
According to the display device having such characteristics, since the light control sheet and the light collecting sheet are provided, the light collecting effect can be improved.
また、本発明に係る表示装置においては、前記画像表示素子が、画素単位での透過/遮光に応じて表示画像を規定することを特徴としている。 The display device according to the present invention is characterized in that the image display element defines a display image in accordance with transmission / shading in pixel units.
本発明によれば、光制御シートの互いに略直交する第1プリズムと第2プリズムの二方向の集光効果により、光制御シートよりも観察者側に配置される集光シートの有する集光効果を高めることが可能となる。
また、集光シートへの入射光を、光制御シートにより制御することすることで、表示画面の視野角を十分に確保しながらも、光源から射出される光を効率良く観察者側に向け輝度を向上させることができる照明ユニット及び表示装置を提供することができる。
According to the present invention, the light condensing effect of the light condensing sheet disposed on the viewer side of the light control sheet due to the light condensing effect in the two directions of the first prism and the second prism substantially orthogonal to each other of the light control sheet Can be increased.
In addition, by controlling the incident light to the condensing sheet with the light control sheet, the brightness emitted from the light source is efficiently directed toward the viewer while ensuring a sufficient viewing angle of the display screen. It is possible to provide a lighting unit and a display device that can improve the above.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する なお、本発明の実施形態に係る照明ユニットについては、表示装置とともに説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated in detail with reference to drawings. In addition, the illumination unit which concerns on embodiment of this invention is demonstrated with a display apparatus.
図1又は図2に示すように、実施形態に係る表示装置70は、上方に光を照射する照明ユニット55の光の射出側に、画像表示素子35を重ねて設けることで構成される液晶ディスプレイ装置であり、画像表示素子35から観察者側(図1における上方向側)に向けて画像信号によって表示制御された表示光を出射することで画像を表示するものである。
なお、この照明ユニット55及び表示装置70は、その表示面が鉛直方向を向くように配置され、即ち、表示面が水平方向Hoと鉛直方向Veとを含む平面に沿うように立設して配置される。これにより、後述する光制御シート1及び集光シート11が鉛直面に沿って配置されることになる。
以下では、このような配置に基づいて、図1又は図2の上方向を単に正面方向Fあるいは観察者側F、下方向を単に背面側と称する場合がある。
なお、各図における大きさ及び形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
As shown in FIG. 1 or 2, the
The
Hereinafter, based on such an arrangement, the upper direction in FIG. 1 or 2 may be simply referred to as the front direction F or the observer side F, and the lower direction may be simply referred to as the back side.
In addition, the size and shape in each figure are exaggerated as appropriate for easy understanding.
画像表示素子35は、画素単位で光を透過/遮光して画像を表示する素子であることが好ましい。画素単位で光を透過/遮光して画像を表示するものであれば、画像品位の高い画像を表示させることができる。 The image display element 35 is preferably an element that displays an image by transmitting / blocking light in pixel units. An image with high image quality can be displayed as long as the image is displayed by transmitting / blocking light in pixel units.
この画像表示素子35としては、本実施形態においては、液晶表示素子が用いられている。液晶表示素子は、画素単位で光を透過/遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて、画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。 As the image display element 35, a liquid crystal display element is used in the present embodiment. A liquid crystal display element is a typical element that transmits / shields light in pixel units and displays an image, and can improve image quality and reduce manufacturing cost compared to other display elements. Can do.
この画像表示素子35としての液晶パネルは、例えば矩形格子状に形成された複数の画素領域ごとに、画像信号に応じて光の透過状態を制御する液晶セル(表示素子又はパネル)32の背面側及び観察者側に、光の偏光方向を制御する偏光板31,33が積層されることで構成されている。また、液晶セル32は、一対のガラス基板と、それらの間に挟持された液晶層とを含んで構成されている。
The liquid crystal panel as the image display element 35 is, for example, on the back side of a liquid crystal cell (display element or panel) 32 that controls the light transmission state according to an image signal for each of a plurality of pixel regions formed in a rectangular lattice shape. In addition,
なお、画像表示素子35は、本実施形態においてはいわゆる透過型表示パネルであるが、半透過型表示パネルであってもよい。あるいは、液晶セル32を含んだ液晶パネルとしての画像表示素子35に代えて、他の表示パネル、例えば、光透過性の着色パターンによって静止画像を表示する表示パネルを使用してもよい。
The image display element 35 is a so-called transmissive display panel in the present embodiment, but may be a transflective display panel. Alternatively, instead of the image display element 35 as a liquid crystal panel including the
照明ユニット55は、画像表示素子35の表示画面と略同一の面積の発光面を備えた発光装置であって、光源部20の光の出射方向側に光制御シート1及び集光シート11がこの順で積層されることで構成されている。なお、集光シート11の観察者側Fに、偏光反射分離シートや拡散シートが配置されていても良い。
The
光源部20は、正面側へと向かって光を発光させるものであり、図1においてはエッジライト方式が使用され、図2においては直下型方式が使用されている。
The
図1に示すエッジライト方式の光源部20は、反射板43内に複数の光源41が配置され、その側方に光源41から入射する光を観察者側Fに射出する導光板25が配置されることで構成されている。さらに、導光板25の観察者側Fとは反対側の面には光偏向面が形成されている。光偏向面は、光源41からの入射光を射出面側へと偏向する面であり、例えば白色拡散反射ドットが印刷される。また別の例としては、マイクロレンズ形状やプリズム形状等の構造物が挙げられる。
In the edge light type
このような光源部20における光源41としては、例えば線状光源や点状光源が挙げられる。線状光源としては、CCFLやHCFL、EEFL等の蛍光管が挙げられる。点状光源としては、LEDが挙げられ、このLEDとしては白色LEDやRGB−LED等が挙げられる。
なお、本実施形態の光源部20においては、光源41が導光板25の一端面側に配置された例を示しているが、これに限らず、対向する2つの端面側に配置し、又は、4つの端面側に配置した構成であってもよい。この際、導光板25の形状は図1に示す楔形状のみならず、平板形状となる場合もある。
Examples of the
In addition, in the
一方、図2に示す直下型方式の光源部20は、ランプハウス(反射板)43内に複数の光源41が配置され、さらにその正面側に光源41から入射する光を拡散して射出する拡散板26が設けられている。
On the other hand, in the direct type
光源41としては、例えば線状光源や点状光源が挙げられる。線状光源としては、CCFLやHCFL、EEFL等の蛍光管が挙げられる。点状光源としては、LEDが挙げられ、LEDとしては白色LEDやRGB−LED等が挙げられる。
反射板43は、複数の光源41の観察者側Fと反対側に配置され、光源41から全方向に出射された光のうち、観察者側Fと反対側の方向に出射された光を反射させて観察者側Fに出射させることができる。その結果、観察者側Fに出射された光Hは、ほぼ光源41から全方向に出射された光となる。このように反射板43を用いることによって、光の利用効率を高めることができる。反射板43としては、光を高効率で反射させる部材であればよく、例えば、一般的な反射フィルム、反射板などを使用することができる。
Examples of the
The
拡散板26は、透明樹脂に光拡散剤が分散されて形成されている。透明樹脂とこの透明樹脂の中に分散される光拡散剤との屈折率差により、十分な光拡散特性を得ており、光源41から射出される光を全方位に拡散する。
The
図1及び図2に示すように、本実施形態の照明ユニット55及び表示装置70は、エッジライト方式、直下型方式のいずれに対しても適用することが可能である。
エッジライト方式においては、正面方向を0度とした際に導光板25から射出される60〜80度にピークを持つ強い斜め光を、後述する光制御シート1によって集光シート11の集光効果が高まる入射光に制御することができる。
また、直下型方式においても同様にして、拡散板26により拡散された光(ランバート光)を、後述する光制御シート1によって集光シート11の集光効果が高まる入射光に制御することができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
In the edge light system, a strong oblique light having a peak at 60 to 80 degrees emitted from the
Similarly, in the direct type, light (Lambert light) diffused by the
次に、光制御シート1について図3及び図4を参照して説明する。
この光制御シート1は、基材17と、第1プリズムアレイ2と、第2プリズムアレイ5とを備えている。
Next, the
The
基材17は、光を透過する透明な樹脂からなり、表示装置70の表示面と略平行なシート状又は板状をなす部材であって、背面側を向く面が入射面17aとされるとともに観察者側Fを向く面が出射面17bとされている。
The
第1プリズムアレイ2は上記基材17の出射面17b上に成形され、複数の第1プリズム3から構成されている。
第1プリズム3は、基材17の出射面17bに沿った一方向に延在しており、図4(a)に示すように該延在方向に直交する断面視において略等脚台形状をなしている。即ち、この第1プリズム3は、断面視略等脚台形状の斜辺を構成する一対の第1傾斜面3b,3bと、一対の第1傾斜面3b,3bに接続されて断面視略等脚台形状の上底を構成する平坦状の第1頂部3aとを備えており、これら一対の第1傾斜面3b,3b及び第1頂部3aが一方向に延在することにより、台形プリズム状をなしているのである。
The
The
このような第1プリズム3が、基材17の出射面17b上において、当該第1プリズム3が延在する一方向に直交する方向に連続して並設されることで第1プリズムアレイ2が構成されている。なお、本実施形態においては、隣り合う第1プリズム3の第1傾斜面3bの下端同士が接触しており、即ち、基材17の出射面17bを埋め尽くすように当該出射面全面にわたって配列されている。
Such
第2プリズムアレイ5は、上記第1プリズム3の第1頂部3a上に形成されており、複数の第2プリズム6から構成されている。
この第2プリズム6は、第1プリズム3の延在方向に直交する方向に延在しており、該延在方向に直交する断面視において略三角形状をなしている。即ち、この第2プリズム6は、断面視三角形状をなの斜辺を構成する一対の第2傾斜面6a,6aを備えており、当該第2傾斜面6a,6aが第1プリズム3の延在方向に直交する方向に延在することにより三角プリズム形状をなしているのである。この第2傾斜面6a,6aの上端同士が接触することで、第2プリズム6の延在方向に沿って延びる第2頂部6bが構成されている。
The
The
なお、この第2プリズム6の延在方向両端側には、三角形状をなして第1プリズム3の第1傾斜面3b,3bに面一に延びる第3傾斜面6c,6cがそれぞれ形成されている。この第3傾斜面6c,6cはそれぞれ第2傾斜面6a,6aに接続され、該第3傾斜面6c,6cの三角形状の頂点が、第2プリズム6の第2頂部6b両端に接している。
In addition, on both ends of the extending direction of the
この第2プリズム6が第1プリズム3の第1頂部3a上に、当該第2プリズム6が延在する一方向に直交する方向に連続して並設されることで第2プリズムアレイ5が構成されている。なお、本実施形態においては、隣り合う第2プリズム6の第2傾斜面6aの下端同士が接触しており、即ち、第1プリズム3の第1頂部3aを埋め尽くすように当該第1頂部3a全面にわたって配列されている。
The
このような第1プリズムアレイ2及び第2プリズムアレイ5を備えることにより、光制御シート1は二方向への集光機能を有することになる。なお、第1プリズム3における一対の第1傾斜面3b同士がなす角度を頂角θ1と定義し、第2プリズム6における一対の第2傾斜面6aがなす角度を頂角θ2と定義する。
By providing the
集光シート11は、図1又は図2に示すように、上記光制御シート1の観察者側Fに該光制御シート1と平行に配される部材であって、基材12と第3プリズムアレイ(第3レンズアレイ)13とを備えている。
基材12は、光を透過する透明な樹脂からなり、表示装置70の表示面と略平行なシート状又は板状をなす部材であって、背面側を向く面が入射面12aとされるとともに観察者側Fを向く面が出射面12bとされている。
As shown in FIG. 1 or FIG. 2, the condensing
The base material 12 is made of a transparent resin that transmits light, and is a member having a sheet shape or a plate shape substantially parallel to the display surface of the
第3プリズムアレイ13は上記基材12の出射面12b上に成形され、複数の第3プリズム(第3レンズ)14から構成されている。
この第3プリズム14は、基材12の出射面12bに沿った一方向に延在する三角プリズムであって、本実施形態においては、上記光制御シート1の第1プリズム3の延在方向と平行をなすように配置されている。
The third prism array 13 is formed on the emission surface 12 b of the substrate 12 and is composed of a plurality of third prisms (third lenses) 14.
The third prism 14 is a triangular prism that extends in one direction along the emission surface 12b of the base material 12. In the present embodiment, the third prism 14 extends in the direction in which the
この集光シート11における第3プリズム14の頂角は、頂角70度〜110度の範囲に設定されていることが好ましく、特に頂角80度〜100度の範囲に設定されていることが好ましい。これにより、集光効果を向上させて出射される光の輝度を高めることができる。
なお、第3プリズム14は、プリズム形状をなすのみならず、他のレンズ形状であってもよい。
The apex angle of the third prism 14 in the condensing
Note that the third prism 14 may not only have a prism shape, but may have another lens shape.
また、集光シート11は、図1及び図2に示すように、第3プリズム14の延在方向が、水平方向Hoに沿って配置されることが好ましい。このように配置されることで、水平方向Hoよりも鉛直方向Veの視野を狭めて正面方向に光を集めることができる。表示装置70においては鉛直方向Veの光を正面方向に集光することが望まれるため、上記配置により表示装置70で要求される特性を満たすことができる。
なお、用途によっては鉛直方向Veの視野を広げたい場合もあり得る。このような場合は、集光シート11の配置方向が鉛直面に沿って90度回転し、即ち、集光シート11の第3プリズム14の延在方向が鉛直方向Veに沿って配置されてもよい。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the condensing
Depending on the application, it may be desired to expand the field of view in the vertical direction Ve. In such a case, the arrangement direction of the condensing
上記光制御シート1及び集光シート11は、透光性の基材17,12上にUVや放射線硬化樹脂を用いて成形されるか、またはPET(ポリエチレンテレフタレート)、PC(ポリカーボネート)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、COP(シクロオレフィンポリマー)、PAN(ポリアクリロニトリル共重合体)、AS(アクリロニトリルスチレン共重合体)等を用いて、当該技術分野では良く知られている押し出し成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって形成する。
また、光制御シート1は、図7に示されるような金型を用意し、該金型の逆版をおこして型とすることで、作製することが可能である。図5における第1プリズムアレイ型部4により第1プリズムアレイ2が形成され、第2プリズムアレイ型部7により第2プリズムアレイ5が形成される。または、透光性の基材17上に第1プリズムアレイ2を形成して後、第2プリズムアレイ5を形成することもできる。
The
Moreover, the
なお、光制御シート1の第1プリズムアレイ2又は第2プリズムアレイ5の延在方向は、照明ユニット55の鉛直方向Ve、水平方向Hoのいずれに沿った方向であってもでも良い。即ち、図1及び図2に示すように、光制御シート1の第1プリズムアレイ2の延在方向が水平方向Hoに沿うとともに第2プリズムアレイ5の延在方向が鉛直方向Veに沿うように配置されていてもよいし、この他、図5及び図6に示すように、光制御シート1の第1プリズムアレイ2の延在方向が鉛直方向Veに沿うとともに第2プリズムアレイ5の延在方向が鉛直方向Hoに沿うように配置されていてもよい
光制御シート1は射出光を鉛直方向Ve及び水平方向Hoのいずれにも制御することができるためである。
The extending direction of the
次に、上記のような構成の照明ユニット55及び表示装置70の作用について説明する。
光源部20の光源41から出射された光は、直接的に又はランプハウス43での反射を介して間接的に導光板25又は拡散板26に導入された後、正面方向Fに向かっての光として出射され、光制御シート1に入射する。そして、光制御シート1において二方向に集光された後、集光シート11に入射し、その後、画像表示素子35を通過することにより、画像表示として観察者に視認される。
Next, the operation of the
The light emitted from the
本実施形態の照明ユニット55においては、互いに直交する第1プリズムアレイ2及び第2プリズムアレイ5の集光効果により、該光制御シート1より観察者側に配置された集光シート11の集光効果を高めることが可能となる。
また、集光シート11への入射光を、光制御シート1により制御することすることで、表示画面の視野角を十分に確保しながらも、光源41から射出される光を効率良く観察者側Fに向け輝度を向上させることが可能となる。
In the
Further, by controlling the incident light to the
また、光制御シート1においては、第2プリズム6が集光効果の高い三角プリズム形状をなしており、第1プリズム3は三角プリズムと同等の効果を得られる台形プリズム形状をなしているため、観察者側Fに向かっての集光効果をより向上させることができる。
さらに、第1プリズムアレイ2と第2プリズムアレイ5とが略直交しているため、観察者側Fから表示装置70を平面視した際、照明ユニット55の水平方向Hoと鉛直方向Veとの両方の集光効果を得ることができる。
In the
Further, since the
ここで、導光板25から射出される60〜80度にピークを持つ強い斜め光や拡散坂26により拡散されたランバート光を、直接、集光シート11の入射光とすると、集光シート11の集光効果は十分に得られない。そのため、従来、導光板25と集光シート11の間に、拡散及び集光効果のある拡散シートを配置することが行なわれていた。しかし、拡散シートの集光効果は十分ではなく、また、集光シートの集光効果を高める入射光を制御し射出することは難しい。この点、本実施形態の光制御シート1においては、後述するように、射出光を高い自由度で制御することが出来るため、集光シート11の効果をより高めることが可能となる。この集光シート11の第3プリズムアレイ13は、プリズム形状のみならずレンズ形状をなしているものであっても良い。
Here, when the strong oblique light having a peak at 60 to 80 degrees emitted from the
また、例えばレンズシートに形成されるレンズが一方向の場合、レンズ配列方向側にのみ集光効果が得られるため、視野が極端に狭くなる方向と広いままの方向とが存在することとなる。この点、本実施形態の光制御シート1においては、第1頂部3a及び第2頂部6bの幅を調整することで、二方向の集光割合を輝度を大きく変えることなく、視野角度を調節することができる。これは、第1頂部3aの幅及び第2頂部6bの幅を変更することで、第1プリズムアレイ2と第2プリズムアレイ5の占める割合が変化し、各プリズムによる集光効果の強さを変更することができるためである。即ち、水平方向Hoの視野を広く設定したり、水平方向Ho及び鉛直方向Veの二方向の視野を同程度に設定したり等、視野の範囲を任意に設定することが可能となるのである。さらに、第1プリズムアレイ2の頂角θ1と第2プリズムアレイ5の頂角θ2も変更することもできるため、光制御シート1の射出光を高い自由度で制御することが可能である。
Further, for example, when the lens formed on the lens sheet is in one direction, a condensing effect can be obtained only on the lens arrangement direction side, so that there are a direction in which the field of view becomes extremely narrow and a direction in which the field remains wide. In this regard, in the
また、光制御シート1は、第1プリズム3が台形プリズム形状であり、第2プリズム6が三角プリズム形状である複合形状であるため、三角プリズムで発生するサイドローブがほとんど生じないという利点がある。
Further, the
図8(a)に頂角90度の三角プリズムの視野角分布を示す。三角プリズムは正面方向に集光するため、0度に最大ピークを持つが、45度付近に谷間Vaが生じ、45度からさらに大きくなると小さなピーク(サイドローブ)が生じてしまう。このサイドローブは表示装置70として不要な方向への射出光であり、光量のロスにもなる。一方、光制御シート1の視野角分布は、図8(b)に示されるように、45度付近の谷間Vaが消失しており、不要なサイドローブをなくし有効利用することが出来ている。即ち、図8(a)に示す90度三角プリズムの鉛直方向Ve視野分布と水平方向Ho視野分布とが合成された視野分布特性を得られるためである。
FIG. 8A shows the viewing angle distribution of a triangular prism having an apex angle of 90 degrees. Since the triangular prism condenses in the front direction, it has a maximum peak at 0 degrees, but a valley Va occurs in the vicinity of 45 degrees, and a small peak (side lobe) occurs when the angle increases further from 45 degrees. This side lobe is emitted light in a direction unnecessary for the
図9は、光制御シート1の射出面の表面積に対して第2プリズムアレイ5の表面積が占める割合(第2プリズムアレイ5の面積率R)を変化させたときの、光制御シート1の鉛直方向Ve及び水平方向Hoの半値角を示したグラフである。
ここで半値角とは、0度方向(観察者側F)の正面輝度を100%としたとき、その輝度が50%となる視野角度を表す。
FIG. 9 shows the vertical direction of the
Here, the half-value angle represents a viewing angle at which the luminance is 50% when the front luminance in the 0 degree direction (observer side F) is 100%.
図9(a)は、第1プリズムアレイ2の延在方向が鉛直方向Ve、第2プリズムアレイ5の延在方向が水平方向Hoとなるように配置した場合のシミュレーション結果を示している。また、図9(b)は、第1プリズムアレイ2の延在方向が水平方向Ho、第2プリズムアレイ5の延在方向が鉛直方向Veとなるように配置した場合のシミュレーション結果を示している。
FIG. 9A shows a simulation result when the
この際、第1プリズム3及び第2プリズム6の頂角θ1、θ2はいずれも90度とした。図9における横軸である第2プリズムアレイ5の面積率Rは、図4(a)に示す第1プリズムアレイ2を構成する第1プリズム3のピッチPに対する第2頂部6bの幅Lの比(頂部幅L/P)と第1プリズムアレイ2のピッチPに対する第2プリズムアレイ5の第2プリズム6のピッチQの比(プリズムピッチ比Q/P)によって決定されるものである。
At this time, the apex angles θ1 and θ2 of the
第2プリズムアレイ5の面積率が小さくなると、第2プリズムアレイ5の集光効果が弱まり、第1プリズムアレイ2の集光効果が強まるため、図9(a)の配置では、水平方向Hoの半値角は狭く、鉛直方向Veの半値角は広くなり、図9(b)の配置では、水平方向Hoの半値角は広く、鉛直方向Veの半値角は狭くなる。逆に、第2プリズムアレイ5の面積率が大きくなると、第1プリズムアレイ2の集光効果が弱まり、第2プリズムアレイ5の集光効果が強まるため、図9(a)の配置では、水平方向Hoの半値角は広く、鉛直方向Veの半値角は狭くなり、図9(b)の配置では、水平方向Hoの半値角は狭く、鉛直方向Veの半値角は広くなる。
When the area ratio of the
なお、光制御シート1と集光シート11との方向により、光制御シート1の第1プリズムアレイ2の頂角θ1又は第2プリズムアレイ5の頂角θ2に対する光学特性の依存性は変化する。
図10は、集光シート11として頂角90度の三角プリズムが水平方向Hoに延在したものを用い、光制御シート1の第1プリズムアレイ2の延在方向を鉛直方向(鉛直方向Ve)とした場合(図10(a)、配置A)と、水平方向Hoとした場合(図10(b)、配置B)の、第1プリズムアレイ2の頂角θ1又は第2プリズムアレイ5の頂角θ2に対する依存性を示したシミュレーション結果である。
The dependency of the optical characteristics on the apex angle θ1 of the
FIG. 10 shows a condensing
配置Aでは、第2プリズムアレイ5の頂角θ2が85度〜115度の範囲外になると、頂角が90度の場合に比べて、約5%の輝度低下が見られる。通常の三角プリズムでは、頂角が90度のとき最も輝度が高く、90度からずれると90度を中心に輝度が低下してしまう。しかし、本配置の場合、第2プリズムアレイ5は、集光シート11の第3プリズムと平行に並んでいるため、頂角θ2を90度にし第2プリズムアレイ5のみでの集光効果を優先するよりも、頂角θ2を90度よりも大きくしても集光シート11の集光効果を高める入射光に制御することの方が重要となる。そのため、配置Aにおいては、第2プリズムアレイ5の頂角θ2は、85度〜115度の範囲内に設定されることが望ましい。また、第1プリズムアレイ2の頂角θ1が65度〜100度の範囲外になると、頂角が90度の場合に比べて、約5%の輝度低下が見られる。通常の三角プリズムでは頂角が90度を越えると、上述のサイドローブ光が強くなってしまう。しかし、第1プリズムアレイ2は台形形状であるため、とくにサイドローブ光は生じにくくなり、90度よりも小さな角度においても十分な輝度が得られる。そのため、配置Aにおいては、第1プリズムアレイ2の頂角θ1は、65度〜100度の範囲内に設定されることが望ましい。
In the arrangement A, when the apex angle θ2 of the
一方、配置Bでは、第1プリズムアレイ2の頂角θ1が85度〜115度の範囲外になると、頂角が90度の場合に比べて、約5%の輝度低下が見られる。配置Aでの頂角θ2と同様に、頂角θ1を90度にし第1プリズムアレイ2のみでの集光効果を優先するよりも、頂角θ1を90度よりも大きくしても集光シート11の集光効果を高める入射光に制御することの方が重要となるためである。そのため、配置Bにおいては、第1プリズムアレイ2の頂角θ1は、85度〜115度の範囲内に設定されることが望ましい。また、第2プリズムアレイ5の頂角θ2が80度〜100度の範囲外になると、頂角が90度の場合に比べて、約5%の輝度低下が見られる。この場合、配置Aでの頂角θ1とは異なり、光制御シート1としては複合形状であるためサイドローブが生じにくいが、第2プリズムアレイ5は三角形状のプリズムであるため、90度よりも小さな角度では、一方向の三角プリズムほどではないがサイドローブが生じてしまい、光が有効に利用できなくなってしまう。そのため、配置Bにおいては、第1プリズムアレイ2の頂角θ1は、80度〜100度の範囲内に設定されることが望ましい。
On the other hand, in the arrangement B, when the apex angle θ1 of the
図11は、集光シート11として頂角90度の三角プリズムが水平方向Hoに延在したものを用いた場合における、第2プリズムアレイ5の面積率Rを変化させた際の観察者方向Fの正面輝度を示したグラフである。ここでは、上記配置Aの場合(黒塗表示)と、上記配置Bの場合(白塗表示)のシミュレーション結果を示している。
FIG. 11 shows the observer direction F when the area ratio R of the
配置Aの場合、第2プリズムアレイ5の面積率Rが小さいほど、集光シート11の集光効果のない水平方向Hoに集光する第1プリズムアレイ2の影響が大きくなる。そのため、図10のように正面輝度は高くなる。一方で、配置Bの場合は逆に、第2プリズムアレイ5の面積率Rが大きいほど、集光シート11の集光効果のない水平方向Hoに集光する第2プリズムアレイ5の影響が大きくなり、正面輝度が高くなる。配置Aでは、第2プリズムアレイ5の面積率Rが40%を超えると、プリズムピッチQ/Pの値に関わらず、配置Bの方が輝度は高くなる。そこで、配置Aにおいては、第2プリズムアレイ5の面積率Rは40%以下であることが望ましい。しかし、10%未満になると、図9(a)に示したように、光制御シート1の一枚でも水平方向Hoに強く集光しており、破線で示した頂角90度の三角プリズムとの優位な差が得られない。つまり、視域が極端に限定されてしまう。そのため、第2プリズムアレイ5の面積率Rは10%以上であることが望ましい。一方、配置Bにおいては、第2プリズムアレイ5の面積率Rが20%未満では、プリズムピッチQ/Pの値に関わらず、配置Bの方が輝度は高くなるため、第2プリズムアレイ5の面積率Rは20%以上であることが望ましい。しかし、85%を超えると、図9(b)に示したように、光制御シート1の一枚でも水平方向Hoに強く集光しており、視域が極端に限定されてしまうため、第2プリズムアレイ5の面積率Rは85%未満であることが望ましい。
In the case of the arrangement A, as the area ratio R of the
ここで、プリズムピッチ比Q/Pは、0.05≦Q/P≦0.5であることが望ましい。上述したが、第2プリズムアレイ5の面積率Rは、頂部幅L/Pとプリズムピッチ比Q/Pにより決定される。しかし、図8を見てわかるとおり、輝度は、第2プリズムアレイ5の面積率Rにより一意に決まるものではない。プリズムピッチ比Q/Pの値により、第1プリズムアレイ2の台形形状のプリズムが消失する部分(プリズムの高さ)が変化することが起因している。Q/P>0.5では、輝度低下が大きくなってしまうため望ましくない。また、Q/Pが小さい分には光学特性上問題ないが、例えば、第2プリズムアレイ5を構成する単位レンズのピッチQを20μmとしたとき、Q/Pが0.05であるとき、第1プリズムアレイ2を構成する単位レンズのピッチPは400μmとなる。第1プリズムアレイ2を構成する単位レンズのピッチPが大きくなりすぎると、画像表示素子35の周期構造と第1プリズムアレイ2の周期構造との間でモアレ干渉縞が生じやすくなるため、望ましくない。しかしながら、第1プリズムアレイ2を構成する単位レンズのピッチPを小さくすると、第2プリズムアレイ5を構成する単位レンズのピッチRが小さくなり過ぎ、回折の影響が大きく生じてしまうため、望ましくない。従って、0.05≦Q/P≦0.5であることが望ましい。
Here, the prism pitch ratio Q / P is preferably 0.05 ≦ Q / P ≦ 0.5. As described above, the area ratio R of the
以上、本発明での実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく多少の設計変更等も可能である As mentioned above, although embodiment in this invention was described in detail, unless it deviates from the technical idea of this invention, it is not limited to these, A some design change etc. are possible.
例えば、図12に示すように、光制御シート1の基材17の入射面17aに、突起部29が形成されていてもよい。突起部29により、光制御シート1の入射側の傷つきを和らげることができるとともに、導光板25上に配置した場合に、導光板25と光制御シート1の間に空気層が入らなために生じる光学密着が生じることを防ぐことが可能であるからである。
For example, as illustrated in FIG. 12, a
突起部29としては、光制御シート1の厚さ方向と平行する方向に延在する中心軸を有する円柱形状や、円柱の先端が細るものや、円柱の先端が丸みを帯びるもの、マイクロレンズ形状のもの、台形状に先端が細るもの、多角形のもの、円柱が2段で構成されるもの、先端が細った円柱が2段で構成されるもの、円柱とマイクロレンズとの組合せ等でもよい。これら中でも、入射面17aから離間するに従ってその断面積が小さくなる形状がより望ましい。突起部29を形成する際には、その賦形性及び金型からの剥離性が向上するため、生産性が向上するためである。
As the
この突起部29は一定のピッチで配列されても良いが、ランダムであることが望ましい。さらには、突起部29の配置はランダムでありながらも、入射面17aの単位面積に含まれる突起部29の入射面17aに接する領域の面積の総和の割合は場所に依らず略一定であることが望ましい。これにより、場所による光学特性の違いの違いは生じず、かつ、導光板25の光偏向面の構造物や他レンズシート、カラーフィルターとのモアレ干渉縞などを防止することができるためである。ただし、一定のピッチで配列した場合も、第1プリズムアレイ2及び第2プリズムアレイ5や画像表示素子35などの周期構造の方向から30度以下の範囲でずらすことなどで解消することができる。
The
また、集光シート11の観察者側Fには拡散シートや偏光反射分離シートを配置した場合には、集光シート11から射出される光の視野角分布をより滑らかにすることが可能であるためである。また、偏光分離反射シートは、偏光分離反射シートに入射した光のうち、一方向の偏光成分を透過し、偏光成分と直交する偏光成分を反射する機能を有する。本実施形態の液晶表示装置70を構成する画像表示素子35は2枚の偏光板31、33で液晶セル32を挟む構成であり、一方向の偏光成分の光のみが使用される。よって、それと直交する偏光成分は、偏光板31、33にて吸収され利用できない。偏光反射分離シートは画像表示素子35で使用されない偏光成分を反射し、照明ユニット55を構成する反射板43にて偏光方向を拡散して再利用するため、光を有効に利用することができ(リサイクル)、本発明の照明ユニットの輝度を向上させることが可能である。さらに偏光分離反射シートには拡散性能が付与されていることが望ましい。
Further, when a diffusing sheet or a polarization reflection separating sheet is disposed on the observer side F of the
(実施例1)
光制御シート1を、ポリカーボネイト樹脂を用いて基材17の厚みを250umとして押出成形法により作製した。第1プリズムアレイ2は、頂角が90度、レンズピッチが100μm、第1頂部3aの幅Lが10μmの台形プリズム形状、第2プリズムアレイ5は、頂角が90度、レンズピッチが25μmの三角プリズム形状とした。また、集光シート11を、ポリカーボネイト樹脂を用いて基材17の厚みを250umとして押出成形法により作製した。頂角が90度、レンズピッチが50μmの三角プリズム形状とした。
Example 1
The
直下方式の実施例として、光源41にCCFLを用いて、観察者側Fとは反対側には反射板43を配置し、光源41から観察者側Fに向かって、拡散板26、光制御シート1、集光シート11、拡散シートという順で配置した。このとき、集光シート11の延在方向を水平方向Hoと一致させ、光制御シート1の第1プリズムアレイ2の延在方向を略鉛直方向Veと一致させ(実施例1−1)又は水平方向Hoと一致させた(実施例1−2)。
また、エッジライト方式の実施例として、白色のドットパターンが形成されたアクリル製の導光板25の4辺に白色LEDを配置し、導光板25から観察者側Fに向かって、光制御シート1、集光シート11、拡散シートの順で導光板25の上に配置した。このとき、集光シート11の延在方向は照明ユニットの水平方向Hoと一致させ、光制御シート1の第1プリズムアレイ2の延在方向は照明ユニットの鉛直方向Veと一致させ(1−3)又は水平方向Hoと一致させた(1−4)。
As an example of the direct system, a CCFL is used for the
As an example of an edge light system, white LEDs are arranged on four sides of an acrylic
比較例として、上述の照明ユニット55の光制御シート1の代わりに、マイクロレンズシートを配置した(直下型方式として比較例1−1、エッジライト方式として比較例1−3)。
また、他の比較例として、光制御シート1の代わりにもう1枚集光シート11を配置した(直下型方式として比較例1−2、エッジライト方式として比較例1−4)。このとき、二枚の集光シート11は延在方向が略直交するように配置した。
As a comparative example, a microlens sheet was disposed instead of the
As another comparative example, another
そして実施例及び比較例の照明ユニット55に画像表示素子35を配置し、表示装置70を作製した。この表示装置70の正面輝度をトプコン製の分光放射輝度計SR−3Aにて測定した。また配光分布をELDIM社製のEZContrastにて測定した。その結果を表1に示す。
And the image display element 35 was arrange | positioned to the
表1によれば、本実施例1−1、1−2はどちらも、水平方向の視野角を約40度と十分に確保しつつ、比較例1−1に比べて約10%の輝度向上効果を得ることができたことがわかる。また、実施例1−3、1−4についても、水平方向の視野角を約40度と十分に確保しつつ、比較例1−3に比べて約12%の輝度向上効果を得ることができたことがわかる。
一方で、比較例1−2と比較例1−4は、それぞれ、本実施例1−1、1−2と実施例1−3、1−4よりもさらに約11%の輝度向上効果を得ることができているが、水平方向の視野角が32度と狭すぎる結果となった。
According to Table 1, both of Examples 1-1 and 1-2 have a luminance improvement of about 10% as compared with Comparative Example 1-1 while sufficiently securing a horizontal viewing angle of about 40 degrees. It turns out that the effect was able to be acquired. Also, in Examples 1-3 and 1-4, it is possible to obtain a brightness improvement effect of about 12% compared to Comparative Example 1-3 while sufficiently securing a horizontal viewing angle of about 40 degrees. I understand that.
On the other hand, Comparative Example 1-2 and Comparative Example 1-4 obtain a brightness improvement effect of about 11% more than that of Examples 1-1 and 1-2 and Examples 1-3 and 1-4, respectively. However, the horizontal viewing angle was too narrow at 32 degrees.
(実施例2)
実施例2として、光制御シート1の第1プリズムアレイ2の頂角を60度から120度まで10度間隔で変化させたもの、及び、第2プリズムアレイ5の頂角を70度から120度まで10度間隔で変化させたものをそれぞれ作製した。第1プリズムアレイ2のレンズピッチは100μm、第1頂部3aの幅Lは30μm、第2プリズムアレイ5のレンズピッチは25μmとした。また、集光シート11は、実施例1と同様のものを用いた。
(Example 2)
As Example 2, the vertex angle of the
実施例1のエッジライト方式のものと同様の表示装置70を用いて、正面輝度をトプコン製の分光放射輝度計SR−3Aにて測定した。第1プリズムアレイ2の延在方向が照明ユニットの略鉛直方向Veとなるものを配置Aとし、略水平方向Hoとなるものを配置Bとした。頂角は、第1プリズム3、第2プリズム6ともに90度の光制御シート1の各配置における正面輝度をそれぞれ1としたときに、正面輝度が0.95以上であった配置の名称、即ち、A又はBを表2に示した。配置A、B共に0.95未満となってしまったものに関しては×とした。
The front luminance was measured with a spectral radiance meter SR-3A manufactured by Topcon using the
配置Aの場合、第1プリズム頂角θ1が70度から100度、第1プリズム頂角θ2が90度から110度のとき、0.95以上の正面輝度を得ることができた。また、配置Bの場合、第1プリズム頂角θ1が90度から110度、第1プリズム頂角θ2が80度から100度のとき、0.95以上の正面輝度を得ることができた。どちらの配置においても、5%以上の輝度低下がみられなかったものは、頂角θ1、θ2が両方とも90度、100度のいずれかのときであった。 In the case of arrangement A, when the first prism apex angle θ1 is 70 degrees to 100 degrees and the first prism apex angle θ2 is 90 degrees to 110 degrees, a front luminance of 0.95 or more can be obtained. In the case of arrangement B, when the first prism apex angle θ1 is 90 ° to 110 ° and the first prism apex angle θ2 is 80 ° to 100 °, a front luminance of 0.95 or more can be obtained. In both the arrangements, the luminance drop of 5% or more was not observed when both the apex angles θ1 and θ2 were either 90 degrees or 100 degrees.
(実施例3)
実施例3として、光制御シート1の第2プリズムアレイ5の面積率Rが約20%、40%、60%のものを作製した。面積率Rが約20%、40%、60%の光制御シート1は、それぞれ、第1プリズムアレイ2の第1頂部3aの幅Lが10μm、30μm、50μmであり、どれも、第1プリズムアレイ2のレンズピッチは100μm、第2プリズムアレイ5のレンズピッチは25μmとした。また、集光シート11は、実施例1と同様のものを用いた。
(Example 3)
As Example 3, the area ratio R of the
実施例1のエッジライト方式の実施例と同様の液晶表示装置70を用いて、正面輝度をトプコン製の分光放射輝度計SR−3Aにて測定した。その結果を表3にまとめた。配置の名称は、実施例2と同じである。
Using the same liquid
正面輝度が配置Aの方が高かったものは面積率Rが20%のものであり、配置Bの方が高かったものは面積率Rが40%、60%のものであった。ただし、面積率Rが20%、40%のものは、配置における輝度の差は僅かであることが確認できた。 Those having higher front luminance in the arrangement A had an area ratio R of 20%, and those in the arrangement B had a higher area ratio R of 40% and 60%. However, when the area ratio R was 20% or 40%, it was confirmed that the difference in luminance in the arrangement was slight.
1 光制御シート
2 第1プリズムアレイ
3 第1プリズム
3a 第1頂部
3b 第1傾斜面
5 第2プリズムアレイ
6 第2プリズム
6a 第2傾斜面
6b 第2頂部
6c 第3傾斜面
11 集光シート
12 基材
12a 入射面
12b 出射面
13 第3プリズムアレイ(第3レンズアレイ)
14 第3プリズム(第3レンズ)
17 基材
17a 入射面
17b 出射面
20 光源部
25 導光板
26 拡散板
31 偏光板
32 液晶セル
33 偏光板
35 画像表示素子
41 光源
43 ランプハウス(反射板)
55 照明ユニット
70 表示装置
DESCRIPTION OF
6a 2nd
14 Third prism (third lens)
17
55
Claims (15)
前記光制御シートが、
光の射出面側に直線状に略鉛直方向に延在して該延在方向に直交する断面視において略台形状をなす第1プリズムを複数互いに平行に配してなる第1プリズムアレイと、
該第1プリズムアレイの頂部に前記第1プリズムと略直交する方向に延在し、該延在方向に直交する断面視において略三角形状をなす第2プリズムを複数互いに平行に配してなる第2プリズムアレイとを備え、
前記集光シートが、直線状に延在する第3レンズを複数互いに平行に配してなる第3レンズアレイを備えていることを特徴とする照明ユニット。 In an illumination unit comprising: a light source that emits light; a light control sheet that controls and emits light incident from the light source; and a light collecting sheet that uses incident light as light emitted from the light control sheet.
The light control sheet is
A first prism array in which a plurality of first prisms extending in a substantially vertical direction linearly on the light exit surface side and having a substantially trapezoidal shape in a cross-sectional view orthogonal to the extending direction are arranged in parallel to each other;
A plurality of second prisms extending in a direction substantially orthogonal to the first prism at the top of the first prism array and having a substantially triangular shape in a cross-sectional view orthogonal to the extending direction are arranged in parallel to each other. Two prism arrays,
The said light collection sheet | seat is equipped with the 3rd lens array which arrange | positions the 3rd lens extended in a straight line in parallel mutually, The illumination unit characterized by the above-mentioned.
前記第3レンズが略水平方向に沿って延在していることを特徴とする請求項1に記載の照明ユニット The light control sheet and the light collecting sheet are arranged so as to extend along a vertical plane,
The lighting unit according to claim 1, wherein the third lens extends along a substantially horizontal direction.
前記光制御シートが、
光の射出面側に直線状に略水平方向に延在して該延在方向に直交する断面視において 略台形形状をなす第1プリズムを複数互いに平行に配してなる第1プリズムアレイと、
該第1プリズムアレイの頂部に前記第1プリズムと略直交する方向に延在し、該延在方向に直交する断面視において略三角形状をなす第2プリズムを複数互いに平行に配してなる第2プリズムアレイとを備え、
前記集光シートが、直線状に延在する第3レンズを複数互いに平行に配してなる第3プリズムアレイを備えることを特徴とする照明ユニット。 In an illumination unit comprising: a light source that emits light; a light control sheet that controls and emits light emitted from the light source; and a condensing sheet that uses incident light as light emitted from the light control sheet.
The light control sheet is
A first prism array in which a plurality of first prisms extending in a substantially horizontal direction linearly on the light exit surface side and having a substantially trapezoidal shape in a cross-sectional view orthogonal to the extending direction are arranged in parallel to each other;
A plurality of second prisms extending in a direction substantially orthogonal to the first prism at the top of the first prism array and having a substantially triangular shape in a cross-sectional view orthogonal to the extending direction are arranged in parallel to each other. Two prism arrays,
The illumination unit includes a third prism array in which a plurality of third lenses extending linearly are arranged in parallel to each other.
該照明ユニットからの光照射によって画像表示を行う画像表示素子と、を有することを特徴とする表示装置。 The lighting unit according to any one of claims 1 to 13,
An image display element that displays an image by irradiating light from the illumination unit.
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