JP2011175102A - 光学シート積層体、照明装置および表示装置 - Google Patents

光学シート積層体、照明装置および表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】点状光源に起因する輝度むらおよび色むらを低減することの可能な照明装置および表示装置を提供する。
【解決手段】点状光源10の配列方向L2と平行または略平行な方向に延在する複数の凸部11Aが形成されたムラ消しシート11と、点状光源10の配列方向L1と平行または略平行な方向に延在する複数の凸部12Aが形成されたムラ消しシート12とが点状光源10側から順に重ね合わされている。凸部12Aは、凸部11Aよりも相対的に集光作用の強い立体構造となっており、垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状となっている。
【選択図】図2

Description

本発明は、例えば透過型の液晶パネルを背後から照明する照明装置などに好適に適用可能な光学シート積層体、ならびにそれを備えた照明装置および表示装置に関する。
近年、液晶表示装置は、低消費電力、省スペース等の利点や、低価格化等により、従来から表示装置の主流であったブラウン管(CRT;Cathode Ray Tube)に置き換わりつつある。
その液晶表示装置においても、例えば画像を表示する際の照明方法で分類するといくつかのタイプが存在し、代表的なものとして、液晶パネルの背後に配置した光源を利用して画像表示を行う透過型の液晶表示装置が挙げられる。
このような表示装置では、色の再現域を広くすることが望まれており、その手法の一つとして、冷陰極管(CCFL;Cold Cathode Fluorescent Lamp)の代わりに、青・緑・赤の三原色の発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)を光源に用いることが提案されている。また、三原色のみならず、色域を広げるために四原色や六原色のLEDを用いることも提案されている。さらに、青の発光ダイオードに蛍光体を付与したものを白色光として光源に用いることが提案されている。具体的には、青の発光ダイオードに黄色の蛍光体を付与したものや、青の発光ダイオードに緑および赤の蛍光体を付与したものが上市されている。以下、本明細書では、このような蛍光体を含んで白色光を射出するLEDを白色LEDと称するものとする。
光源としてCCFLやLEDを用いる場合には、面内の輝度分布および色分布を均一化する必要がある。照明装置が比較的小さい場合には、サイドライト型の導光板を用いることもできるが、照明装置が比較的大きく、大きな光量が必要となる場合には、光源を直接並べる直下型が主流である。直下型における輝度むらや色むらを抑制する手法の一つとして、フィラが内添された拡散板を光源上に配置することが提案されている(特許文献1)。他の手法として、例えば、断面形状が一の方向において一様となっている板を用いることが提案されている(特許文献2)。
また、例えば、図18(A)のようなLED100の他に、図18(B)のように、LED100の上部に透明な特定の樹脂からなるキャップ110を設けて配光分布を変化させた広指向角LED200も提案されている。図19は、キャップ付の広指向角LED200およびキャップ無しのLED100の配光分布の一例である。なお、図19中のLED1,LED2がキャップ付の広指向角LED200の配光分布であり、図19中のBAREがキャップ無しのLED100の配光分布である。図19から、広指向角LED200では、正面方向に射出される光量が抑えられ、斜め方向に射出される光量が増大していることがわかる。すなわち、広指向角LED200は、光強度の極大値が正面方向ではなく、斜め方向にあることを特徴としている。従って、広指向角LED200を照明装置に適用した場合には、面内の輝度ムラをある程度抑えることができる。なお、広指向角LED200の配光分布はキャップ110の形状や屈折率により変化させることができる。
特開昭54−155244号公報 特開2005−326819号公報
ところで、三原色のLED、または、白色LEDを照明装置の光源として用いた場合には、CCFLを照明装置の光源として用いた場合と比べて、面内の輝度むらおよび色むらを抑制することが難しい。これは、LEDが点状光源であるということと、CCFLが白色なのに対し、特に三原色のLEDの場合には三色を混合することで白色としなければならないことに起因している。例えば、特許文献1の場合には、特に光源にLEDを用いると、光源から拡散板までの距離を比較的長くする必要があり、照明装置が厚くなってしまうという問題があった。一方、特許文献2の場合には、線光源であるCCFLにおいては有効であるものの、点状光源であるLEDでは、輝度むらおよび色むらが生じてしまうという問題があった。また、前述の広指向角LED200を用いる方法においても、LED100に1つ1つキャップ110を付けることによりプロセスが増えてしまうという問題や、キャップ110の形状や屈折率を最適化したとしても、光源から拡散板までの距離を短くするのには限界があり、ある程度は照明装置が厚くなってしまうという問題があった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、点状光源に起因する輝度むらおよび色むらを低減することの可能な光学シート積層体、ならびにそれを備えた照明装置および表示装置を提供することにある。
本発明の光学シート積層体は第1の方向に配列されるとともに第1の方向と交差する第2の方向に配列された複数の点状光源上に重ねて配置される2枚の矩形状の光学シートを備えたものである。各光学シートは、当該光学シートの長辺方向が第1の方向および第2の方向のいずれの方向とも垂直以外の角度で交わるように配置されるものである。2枚の光学シートのうち点状光源側に配置される光学シートである第1の光学シートは、第1の方向と平行または略平行な方向に延在する複数の第1の立体構造を有している。一方、2枚の光学シートのうち点状光源とは反対側に配置される光学シートである第2の光学シートは、第2の方向と平行または略平行な方向に延在する複数の第2の立体構造を有している。この第2の立体構造は、第1の立体構造よりも垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状となっている。
本発明の照明装置は、第1の方向に配列されるとともに第1の方向と交差する第2の方向に配列された複数の点状光源と、複数の点状光源上に重ねて配置された2枚の矩形状の光学シートを含む光学シート積層体とを備えている。ここで、本発明の照明装置に含まれる2枚の光学シートは、上記の光学シート積層体に含まれる2枚の光学シートと同一の構成要素を備えている。
本発明の表示装置は、画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、表示パネルを照明する照明装置とを備えたものである。本発明の表示装置に含まれる照明装置は、上記の照明装置と同一の構成要素を備えている。
本発明の光学シート積層体、照明装置および表示装置では、点状光源の一の配列方向と平行または略平行な方向に延在する複数の第1の立体構造が形成された第1の光学シートと、点状光源の他の配列方向と平行または略平行な方向に延在する複数の第2の立体構造が形成された第2の光学シートとが点状光源側から順に重ね合わされる。さらに、第2の立体構造が第1の立体構造よりも垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状となっている。これにより、第1の立体構造で屈折透過してきた光のうち第2の光学シートに垂直に入射してきた光が第2の立体構造によって反射され点状光源側に向かう戻り光となる割合が大きくなる。
本発明の光学シート積層体、照明装置および表示装置によれば、第2の立体構造を第1の立体構造よりも垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状にしたので、第1の立体構造で屈折透過してきた光のうち、第2の光学シートに垂直に入射してきた光が第2の立体構造によって反射され点状光源側に向かう戻り光となる割合を大きくすることができる。これにより、第1の立体構造で形成された光源分割像が第2の立体構造で消されるので、点状光源に起因する輝度むらおよび色むらを低減することができる。
本発明の一実施の形態に係る照明装置の構成の一例を表す断面図である。 図1の照明装置の一例を展開して表す斜視図である。 図1の照明装置の第1変形例を展開して表す斜視図である。 図1の照明装置の第2変形例を展開して表す斜視図である。 図1のムラ消しシートの凸部の断面図である。 図1の照明装置の第3の変形例を展開して表す斜視図である。 図1の照明装置の第4の変形例を表す断面図である。 図1のムラ消しシートの接合について説明するための断面図および斜視図である。 図1の照明装置の第5変形例を表す断面図である。 図1の照明装置の第6変形例を表す断面図である。 実施例に係る照明装置の構成と、それに対応する輝度ムラの計測結果および判定結果を表す対応図である。 実施例に係る照明装置の構成と、それに対応する輝度ムラの計測結果および判定結果を表す対応図である。 実施例に係る照明装置の構成と、それに対応する輝度ムラの計測結果および判定結果を表す対応図である。 実施例に係る照明装置の構成と、それに対応する輝度ムラの計測結果および判定結果を表す対応図である。 実施例に係る照明装置の構成と、それに対応する輝度ムラの計測結果および判定結果を表す対応図である。 実施例に係る照明装置の構成と、それに対応する輝度ムラの計測結果および判定結果を表す対応図である。 実施例に係る照明装置の構成と、それに対応する輝度ムラの計測結果および判定結果を表す対応図である。 各実施例における点状光源の概略構成の一例を表す断面図である。 図18の各点状光源の配光分布の一例を表す分布図である。 各実施例における凸部11A,12Aの断面形状を表す断面図である。 各種拡散板と、拡散板ごとの全光線透過率とを表す対応図である。 各種フィラの全光線透過率を表す図である。 各種拡散板と、拡散板ごとの全光線透過率、輝度および輝度ムラの計測結果ならびに判定結果とを表した対応図である。 図1の照明装置の一適用例に係る表示装置の一例を表す断面図である。 図24の表示装置の一変形例を表す断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

1.実施の形態
構成
作用・効果
2.変形例
3.実施例
<実施の形態>
[構成]
図1は、本発明の一実施の形態に係る照明装置1の断面構成を表したものである。図2は、図1の照明装置1を展開して斜視的に表したものである。
この照明装置1は、一の面10A内に配置された複数の点状光源10と、ムラ消しシート11,12(光学シート)と、拡散部材13と、プリズムシート14と、反射シート15とを備えたものである。反射シート15は、点状光源10の背後に、複数の点状光源10と対向配置されている。ムラ消しシート11,12、拡散部材13およびプリズムシート14は、点状光源10に関して反射シート15の反対側に、点状光源10側からこの順に配置されると共に複数の点状光源10と対向配置されている。なお、以下では、点状光源10、拡散部材13、プリズムシート14および反射シート15を説明したのち、ムラ消しシート11,12について説明する。
(点状光源10)
各点状光源10は、例えば、1もしくは複数の単色(同一色)のLED、赤(R)、緑(G)または青(B)の光を発する単一のLED、または、RGBの三原色の光を別個に発する複数のLEDにより構成されている。
各点状光源10は、図2に示したように、矩形状のムラ消しシート11の長辺11xの方向(長辺方向LL)および短辺11yの方向(短辺方向LS)のいずれの方向とも垂直以外の角度で交わる方向(配列方向L1)に配列されている。各点状光源10は、さらに、図2に示したように、配列方向L1と交差する方向であって、かつムラ消しシート11の長辺方向LLおよび短辺方向LSのいずれの方向とも垂直以外の角度で交わる方向(配列方向L2)に配列されている。つまり、複数の点状光源10は、ムラ消しシート11の長辺方向LLをX軸とし、ムラ消しシート11の短辺方向LSをY軸としたXY座標系において、所定の角度だけ傾いた方向に2次元配列されている。
ここで、点状光源10の配列方向L1,L2とは、ある点状光源10(以下「点状光源A」と称する)の周囲に配置された複数の他の点状光源10のうち点状光源Aに最も近い他の点状光源10(最も近い他の点状光源10が複数存在する場合にはそのうちの1つ)と、点状光源Aとを最短距離で結んだときの線分の方向(便宜的に方向LAとする)と、点状光源Aから見て方向LAと交差する方向にある複数の他の点状光源10のうち点状光源Aに最も近い他の点状光源10と、点状光源Aとを最短距離で結んだときの線分の方向(便宜的に方向LBとする)との2方向を指す。従って、上記の方向L1が、例えば、方向LAに対応しており、上記の方向L2が、例えば、方向LBに対応している。
また、点状光源10の配列方向L1、L2は、ムラ消しシート11,12の立体構造の延在方向L3,L4(後述)に応じて設定される。例えば、図3に示したように、ムラ消しシート11の稜線方向とムラ消しシート12の稜線方向とが図2と比べて逆になっている場合は、点状光源10の配列方向L1、L2も、図2と比べて逆に設定される。つまり、本実施の形態では、図2および図3のいずれの場合であっても、配列方向L1と延方向L3とが互いに平行または略平行となっており、配列方向L2と延方向L4とが互いに平行または略平行となっている。
ところで、上述したように、点状光源10の配列方向L1、L2は、矩形状のムラ消しシート11の長辺方向LLおよび短辺方向LSと垂直以外の角度を成す。この角度は点状光源10の配列のマトリックスにより決められるので、特定の角度に限定されない。輝度ムラの観点からは、点状光源10がなるべく等方的に配置されたほうが好ましく、配列方向L1と長辺方向LLとのなす角度は、好ましくは30〜60度の範囲であり、より好ましくは36〜54度であり、さらに好ましくは約45度である。
これらの点状光源10の配列は、照明装置1およびそれを搭載した表示装置のサイズにより微妙に異なってくる。また、これらの点状光源10の配列は、点状光源10の発光を部分的に制御して表示画面の暗い部分では不要な発光を抑える機能を付与する際の、点状光源10の回路上のブロック数の決め方によっても異なってくる。
なお、各点状光源10がR、GまたはBの光を発する単一のLEDにより構成されている場合や、RGBの三原色の光を別個に発する複数のLEDにより構成されている場合には、色ごとに上記のルールに従って配列方向が規定される。ただし、LEDの配置の仕方によっては、配列の線分がジグザクになることがあるが、その場合には、ジグザクを平均化して、ジグザクの線分を一本の直線に直せばよい。
また、配列方向L1における複数の点状光源10のピッチP3は、配列方向L2における複数の点状光源10のピッチP4と等しいことが好ましいが、ピッチP4と異なっていてもよい。
ここで、複数の点状光源10のピッチとは、配列方向L1または配列方向L2における点状光源10同士の間隔(距離)を指す。なお、各点状光源10がR、GまたはBの光を発する単一のLEDにより構成されている場合や、RGBの三原色の光を別個に発する複数のLEDにより構成されている場合には、色ごとに上記のルールに従ってピッチが規定される。
拡散部材13は、例えば、比較的厚手の板状の透明樹脂の内部に拡散材(フィラ)を分散して形成された光拡散層を有する厚くて剛性の高い光学シート、または、比較的薄手のフィルム状の透明樹脂上に光拡散材を含む透明樹脂を塗布して形成された薄い光学シートである。拡散部材13は、各点状光源10からの光やプリズムシート14側からの戻り光を拡散する機能を有している。この拡散部材13は、当該拡散部材13が剛性の高い光学シートにより構成されている場合には、他の光学シート(例えば、ムラ消しシート11,12およびプリズムシート14)を支持する支持体としても機能する。なお、拡散部材13は、比較的厚手の板状の透明樹脂の内部に拡散材(フィラ)を分散して形成されたものと、比較的薄手のフィルム状の透明樹脂上に拡散材を含む透明樹脂(バインダ)を塗布して形成されたものとを組み合わせたものであってもよい。
ここで、板状またはフィルム状の透明樹脂には、例えばPET、アクリルおよびポリカーボネートなどの光透過性熱可塑性樹脂が用いられる。上記光拡散層は、例えば1mm以上5mm以下の厚みを有している。また、上記光拡散材は、例えば0.5μm以上10μm以下の平均粒子径を有する粒子からなり、上記光拡散層全体の重量に対して0.1重量部以上10重量部以下の範囲で透明樹脂中に分散されている。上記光拡散材の種類としては、例えば、有機フィラや無機フィラなどが挙げられるが、上記光拡散材として空洞性粒子を用いてもよい。
なお、光拡散層が1mmより薄くなると、光拡散性が損なわれ、また、拡散部材13を筐体(図示せず)で支持する際にシート剛性を確保できなくなる虞がある。また、光拡散層が5mmより厚くなると、拡散部材13が光源からの光によって加熱されたときに、その熱を放散することが困難となり、拡散部材13が撓む虞がある。光拡散材の平均粒子径が0.5μm以上10μm以下の範囲にあり、光拡散材が光拡散層全体の重量に対して0.1重量部以上10重量部以下の範囲で透明樹脂中に分散されている場合には、光拡散材としての効果が効率よく発現し、ムラ消しシート11,12との組合せで効率よく輝度むらを解消することができる。
なお、図示しないが、拡散部材13とプリズムシート14との間などに拡散シートが拡散部材13とは別体で設けられていてもよい。この拡散シートは、例えば、比較的薄手のフィルム状の透明樹脂上に光拡散材を含む透明樹脂を塗布して形成された薄い光学シートである。この拡散シートは、拡散部材13などを通過した光を拡散する機能を有している。
(プリズムシート14)
プリズムシート14は、例えば、図2に示したように、その上面(光射出側の面)に、所定の方向に延在する複数の凸部14Aが配列された薄い光学シートである。プリズムシート14は、底面側から入射した光のうち各凸部14Aの配列方向の成分を底面の法線方向に向けて屈折透過させ、指向性を増加させ、正面輝度を向上させるようになっている。なお、図2では、凸部14Aが、頂部が尖った三角柱形状となっているが、例えば、頂部が丸まっていてもよいし、蛇行していてもよい。また、図2には、凸部14Aが、ムラ消しシート11,12の凸部11A,12A(後述)の延在方向L3,L4と交差する方向に延在している場合が例示されているが、例えば、図示しないが、ムラ消しシート12の凸部12Aの延在方向L4と平行または略平行な方向に延在していてもよい。
プリズムシート14の底面側から入射した光のうち各凸部14Aの配列方向の成分は凸部14Aを透過しにくい。そこで、この特性を活かして輝度ムラを解消するために凸部14Aの配列方向を適宜変化させて輝度ムラを緩和させることができる。また、複数枚のプリズムシート14を使用してもよい。特に2枚のプリズムシート14を使用する場合は、それぞれのプリズムシート14の凸部14Aの配列方向を互いに直交または略直交させることが、指向性を増加させ、正面輝度を向上させる点で好適である。また、図4に示したように、2枚のプリズムシート14を、各プリズムシート14の凸部14Aの延在方向と、ムラ消しシート11,12の凸部11A,12Aの延在方向とが互いに交差するように配置してもよい。そのようにした場合には、プリズムシート14において凸部14Aの延在方向の光が透過しにくくなり、さらにムラ消しプリズムシート11,12の延在方向の光が透過しにくくなるので、輝度ムラを緩和させることができる。
このプリズムシート14は、例えば、透光性を有する樹脂材料、例えば1または複数種類の熱可塑性樹脂を用いて一体的に形成されていてもよいし、また、透光性の基材、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)上にエネルギー線(たとえば紫外線)硬化樹脂を転写して形成されていてもよい。
ここで、熱可塑性樹脂としては、光の射出方向を制御するという機能を考慮すると、屈折率1.4以上のものを用いることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、PMMA(ポリメチルメタクリレート樹脂)などのアクリル樹脂、ポリエチレン(PE)およびポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂、MS(メチルメタクリレートとスチレンの共重合体)などの非晶性共重合ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ウレタン系樹脂、天然ゴム系樹脂および人工ゴム系樹脂、およびこれらの複数の組み合わせなどが挙げられる。
反射シート15は、複数の点状光源10を含む面10A(図1参照)から所定の間隙だけ離れた位置に対向配置されており、点状光源10側に反射面を有している。この反射面は、正反射だけでなく、拡散反射の機能も有していることが好ましい。このような正反射および拡散反射の機能を発現するために、樹脂を白色に着色したものを反射面に用いることが可能であるが、その場合には高い光線反射特性が得られることが好ましい。そのような材料としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂などが挙げられる。
また、反射シート15の反射面において、例えば、点状光源10との対向領域が平坦面となっており、かつ、点状光源10との非対向領域(点状光源10と点状光源10との間の領域との対向領域)の全体または一部がドット状の拡散部材によって構成されていることが好ましい。この場合には、ドット状の拡散部材に光が当たったときに乱反射が起こり易くなり、点状光源10同士の間に光が射出され易くなるので、輝度ムラを改善することができる。ドット状の拡散部材の材料としては、シリコーン樹脂やシリカ、チタニアなどの透明または白色部材が好ましい。また、この拡散部材の大きさとしては、0.1μm〜100μm程度が好ましい。
ムラ消しシート11は、図2に示したように、その上面(光射出側の面)に、点状光源10の配列方向L1と平行または略平行な方向(延在方向L3)に延在する複数の凸部11A(第1の立体構造)が配列された薄い光学シートである。一方、ムラ消しシート12は、図2に示したように、その上面(光射出側の面)に、点状光源10の一の配列方向L2と平行または略平行な方向(延在方向L4)に延在する複数の凸部12A(第2の立体構造)が配列された薄い光学シートである。つまり、凸部11Aの延在方向L3と、凸部12Aの延在方向L4とは互いに交差している。ムラ消しシート11,12は、例えば、プリズムシート14と共通する材料によって形成されている。なお、ムラ消しシート12に対して光拡散材が含まれていてもよい。
凸部11Aは、凸部12Aとの関係で点状光源10側からの入射光を相対的に通し易い光学特性を発現する立体構造となっている。一方、凸部12Aは、凸部11Aとの関係で点状光源10側からの入射光を相対的に通し難い光学特性を発現する立体構造となっている。具体的には、凸部12Aは、凸部11Aよりも垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状となっている。
また、点状光源10の配列方向L1に対して、ムラ消しシート11の立体構造の延在方向L3が平行または略平行となっており、かつ点状光源10の配列方向L2に対して、ムラ消しシート12の立体構造の延在方向L4が平行または略平行となっている場合に、良好なムラ状態が実現できる。ここで、配列方向L1と延在方向L3とのなす角度θ1(図示せず)または配列方向L2と延在方向L4とのなす角度θ2(図示せず)は、10度以下であることが好適である。また、延在方向L3と延在方向L4とのなす角度θ3(図示せず)は、60度以上120度以下の範囲内となっていることが好適である。角度θ1が10度を超えると、配列方向L1および延在方向L3の輝度むらが悪化してしまい、角度θ2が10度を超えると、配列方向L2および延在方向L4の輝度むらが悪化してしまう。また、角度θ3が上記の範囲を超えると、延在方向L3および延在方向L4が互いに平行に近づくので、ムラ消しシート11,12の長辺方向LLおよび短辺方向LSの輝度むらが悪化してしまう。
ここで、本実施の形態の照明装置1およびそれを搭載した表示装置において、点状光源10の代わりに線状光源(図示せず)を用いた場合を考えてみる。一般的には、線状光源に対しては、例えば特許文献3のように、ある方向に延在する立体構造をもった光学シート、または、拡散板を、線状光源の長手方向に平行になるように配置するのがよいとされており、このような構造で実際に上市されている。
特許文献3:特開2006−140124号公報
これに対して本実施の形態の照明装置1およびそれを搭載した表示装置においては、点状光源10の配列方向L1に対して、ムラ消しシート11の立体構造の延在方向L3が平行または略平行となっており、かつ点状光源10の配列方向L2に対して、ムラ消しシート12の立体構造の延在方向L4が平行または略平行となっている場合には、良好なムラ状態が確保される。さらに、延在方向L3が点状光源10の配列方向L1に対してわずかにずれており、かつ延在方向L4が点状光源10の配列方向L2に対してわずかにずれている方が、むしろ良好なムラ状態が実現できる場合がある。
ここで、凸部12Aが凸部11Aよりも垂直入射光に対して戻り光を多く発生させというのは、おおまかに言うと、光学シート12に対して点状光源10側から光を垂直入射させたときの、光学シート12の全光線透過率(JIS K 7361)が、光学シート11に対して点状光源10側から光を垂直入射させたときの、光学シート11の全光線透過率よりも小さいことを意味している。これは、数値を示して具体的に言うと、凸部11A,12Aが式(1),(2)を満たした上で、式(3)を満たしていることとほぼ等価である。
3/H>1.3…(1)
4/H>1.3…(2)
20%>Tt1−Tt2>5%…(3)
3は、点状光源10の配列方向L1のピッチである。P4は、点状光源10の配列方向L2のピッチである。Hは、点状光源10とムラ消しシート11との距離である。Tt1は、ムラ消しシート11に対して点状光源10側から光を垂直入射させたときの、ムラ消しシート11の全光線透過率(%)である。Tt2は、ムラ消しシート12に対して点状光源10側から光を垂直入射させたときの、ムラ消しシート12の全光線透過率(%)である。
また、ムラ消しシート11,12にフィラなどの拡散剤が入っておらず、ムラ消しシート11,12の上に拡散板が存在する場合には、下記のように凸部11A,12Aを規定することも出来る。凸部11A,12Aは、式(4)、(5)を満たした上で、式(6),(7)を満たす。
3/H>1.3…(4)
4/H>1.3…(5)
0.1≦R2/P2<R1/P1<0.4…(6)
0.02<R1/P1−R2/P2<0.1…(7)
1は、図2に示したように、複数の凸部11Aの配列方向のピッチである。P2は、図2に示したように、複数の凸部12Aの配列方向のピッチである。R1は、図5に示したように、凸部11Aの頂部11Rの曲率である。R2は、図5に示したように、凸部12Aの頂部12Rの曲率である。なお、図5は、凸部11A,12Aの断面形状の一例を重ねて表したものである。また、図5中のφ1は、凸部11Aに接する接線T1と、ムラ消しシート11の裏面と平行な面T2とのなす角であり、図5中のφ2は、凸部12Aに接する接線T3と、ムラ消しシート11の裏面と平行な面T2とのなす角である。
ここで、φ1,φ2が39°未満の場合には、ムラ消しシート11,12の裏面に垂直に入射した光において、凸部11A,12Aの表面を透過する割合が凸部11A,12Aで反射されて戻り光となる割合よりも支配的となっている。また、φ1,φ2が59°を超える場合には、ムラ消しシート11,12の裏面に垂直に入射した光が凸部11A,12Aの一の表面において全反射されるものの、その反射光が凸部11A,12Aの他の表面を透過し、その透過光が再度、凸部11A,12Aに入射することが無い。そのため、この場合にも、ムラ消しシート11,12の裏面に垂直に入射した光において、ムラ消しシート11,12を透過する割合がムラ消しシート11,12で反射されて戻り光となる割合よりも支配的となっている。
また、式(4)、(5)の上限および下限は、以下の式(6)によって求められるムラ率によって規定されたものであり、ムラ率が3%を超えない範囲内となるように規定されている。ムラ率3%というのは、人が表示ムラを視認することができない(または表示ムラが気にならない)上限であり、表示品質における指針の一つとなっている。
ムラ率(%)=((最大輝度−最小輝度)/平均輝度)×100…(6)
また、φ1,φ2は、凸部11A,12Aの頂部から底部に向かうにつれて滑らかに大きくなっていることが好ましい。例えば、凸部11Aが、図5に示したように、点状光源10の配列方向L1と平行な方向に延在する頂部11Rを有すると共に、その頂部11Rの両側に、頂部11Rと滑らかに連続する傾斜面11Sを有する三角柱状の立体構造を有している場合には、頂部11Rが光射出側に突出した凸形状となっており、傾斜面11Sが平面となっていることが好ましい。また、例えば、凸部12Aが、図5に示したように、点状光源10の配列方向L2と平行な方向に延在する頂部12Rを有すると共に、その頂部12Rの両側に、頂部12Rと滑らかに連続する傾斜面12Sを有する三角柱状の立体構造を有している場合には、頂部12Rが光射出側に突出した凸形状となっており、傾斜面12Sが平面となっていることが好ましい。
なお、凸部11A,12Aが、図5に示したような立体構造となっている場合に、傾斜面11S,12Sの傾斜角が互いに等しくなっているときには、必然的に、頂部11Rの高さが頂部12Rの高さよりも高くなる。
また、凸部11A,12Aは、上で例示した形状に限定されるものではなく、上記の式(1)〜(5)を満たす範囲内で変形可能なものである。
凸部11Aのうち、各点状光源10からムラ消しシート11に垂直に入射した光が全反射され点状光源10側に向かう戻り光を発生させる戻り光発生部分a1(第1の部分)が、ムラ消しシート11を面10Aの法線方向から見たときに凸部11Aに占める割合をK1とし、凸部12Aのうち、ムラ消しシート11を透過してきた光のうちムラ消しシート12に垂直に入射した光が全反射され点状光源10側に向かう戻り光を発生させる戻り光発生部分b1(第2の部分)が、ムラ消しシート12を面10Aの法線方向から見たときに凸部12Aに占める割合をK2としたとき、K2がK1よりも大きくなっていることが好ましい。
例えば、凸部11Aが、図5に示したような立体構造となっている場合には、図5に示したように、戻り光発生部分a1が傾斜面11Sに対応し、凸部11Aのうち戻り光発生部分a1以外の部分a2が頂部11Rに対応する。また、例えば、凸部12Aが、図5に示したような立体構造となっている場合には、戻り光発生部分b1が傾斜面12Sに対応し、凸部12Aのうち戻り光発生部分b1以外の部分b2が頂部12Rに対応する。なお、傾斜面11S,12Sの傾斜角および表面形状、頂部11R,12Rの表面形状によっては、上で示したような対応関係が成立するとは限らない。
[作用・効果]
次に、本実施の形態の照明装置1の作用および効果について説明する。
本実施の形態の照明装置1では、各点状光源10から射出された光は、ムラ消しシート11,12によって輝度ムラが低減されたのち、拡散部材13で拡散され、指向性が緩和されたのち、プリズムシート14で集光され、正面輝度と指向性の調整がなされる。
ところで、本実施の形態では、点状光源10の配列方向L1と平行な方向に延在する複数の凸部11Aが形成されたムラ消しシート11と、点状光源10の配列方向L2と平行な方向に延在する複数の凸部12Aが形成されたムラ消しシート12とが点状光源10側から順に重ね合わされている。これにより、複数の点状光源10から発せられた光のうち、点状光源10の配列方向L1と平行な方向の輝度むらをムラ消しシート11によって緩和することができ、点状光源10の配列方向L2と平行な方向の輝度むらをムラ消しシート12によって緩和することができる。
ここで、ムラ消しシート11の裏面に入射する光はほぼ直線的な光であり、ムラ消しシート12に入射する光はムラ消しシート11で屈折・散乱された拡散光である。配列方向L1および延在方向L3と平行な方向の戻り光の量と、配列方向L2および延在方向L4と平行な方向の戻り光の量とを均等にするためには、ムラ消しシート12における、戻り光を発生させる能力の方がムラ消しシート11における、戻り光を発生させる能力よりも高いことが要求される。そのため、双方の能力が同じ場合(典型的には、ムラ消しシート11の凸部11Aの形状および材料と、ムラ消しシート12の凸部12Aの形状および材料が同一の場合)には、直線入射光の多いムラ消しシート11の方が直線入射光の少ないムラ消しシート12よりも、ムラ消し効果が高くなる。また、ムラ消しシート12の戻り光を発生させる能力がムラ消しシート11の戻りを発生させる能力よりも低い場合にも、直線入射光の多いムラ消しシート11の方が直線入射光の少ないムラ消しシート12よりも、ムラ消し効果が高くなる。その結果、配列方向L1および延在方向L3だけムラが消えて配列方向L2および延在方向L4のムラは消えないという現象や、配列方向L1および延在方向L3だけ異常に点状光源10上が暗くなってしまうという現象が発生する。
一方、本実施の形態では、ムラ消しシート12の凸部12Aがムラ消しシート11の凸部11Aよりも相対的に集光作用の強い(つまり、式(1)〜(5)を満たす)立体構造となっており、垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状となっている。これにより、ムラ消しシート11のムラ消し効果と、ムラ消しシート12のムラ消し効果とをほぼ等しくすることができるので、配列方向L1および延在方向L3だけムラが消えて配列方向L2および延在方向L4のムラは消えないという現象や、配列方向L1および延在方向L3だけ異常に点状光源10上が暗くなってしまうという現象をなくすることができ、点状光源10に起因する輝度むらおよび色むらを低減することができる。
また、本実施の形態では、点状光源10の配列方向L1に対して、ムラ消しシート11の立体構造の延在方向L3が平行または略平行となっており、かつ点状光源10の配列方向L2に対して、ムラ消しシート12の立体構造の延在方向L4が平行または略平行となっている場合には、良好なムラ状態が実現できる。ここで、配列方向L1と延在方向L3とのなす角度θ1または配列方向L2と延在方向L4とのなす角度θ2は、10度以下であることが好適である。また、延在方向L3と延在方向L4とのなす角度θ3は、60度以上120度以下の範囲内であることが好適である。角度θ1が10度を超えると、配列方向L1および延在方向L3の輝度むらが悪化してしまい、角度θ2が10度を超えると、配列方向L2および延在方向L4の輝度むらが悪化してしまう。また、角度θ3が上記の範囲を超えると、延在方向L3および延在方向L4が互いに平行に近づくので、ムラ消しシート11,12の長辺方向LLおよび短辺方向LSの輝度むらが悪化してしまう。
また、本実施の形態において、ムラ消しシート11およびムラ消しシート12のうち少なくとも一方に対して光拡散剤が含まれている場合には、光拡散剤の散乱効果によって、点状光源10に起因する輝度むらおよび色むらを低減することができる。ただし、光拡散剤の添加量は微量であることが好ましく、例えば、厚さ2mmの両面平坦な透明板に光拡散剤を含ませた場合に、その光拡散剤を添加した透明板に光を垂直入射させたときの全光線透過率が81%以上93%以下となるような範囲内の値であることが好ましい。ここで、上限値は透明板における全光線透過率の限界値であり、下限値は透明板の表面に立体形状が設けられている場合に、光拡散剤の添加によって戻り光発生効果が大きく阻害されない程度の量として規定した値である。
ところで、一般に、面内の輝度むらが発生するのは、P3/HまたはP4/Hを大きくしたときである。P3/HまたはP4/Hが大きくなるケースは二つあり、一つは点状光源10とムラ消しシート11との距離Hを狭くして薄型化したときであり、もう一つは点状光源10の数を減らして(点状光源10のピッチP3,P4を減らして)省灯化したときである。本実施の形態の表示装置は、いずれのケースにも適している。
<変形例>
上記実施の形態では、2枚のムラ消しシート11,12が用いられていたが、3枚以上のムラ消しシートが用いられていてもよい。3枚以上のムラ消しシートを用いると、点状光源10の光をより制御しやすくなり、輝度ムラの点では好適である。ただし、3枚以上のムラ消しシートを用いた場合には、点状光源10からより遠い位置に配置された光学シートの方が、点状光源10により近い位置に配置された光学シートよりも、戻り光が多いほうがよい。また、3枚以上のムラ消しシートを用いた場合に、そのうちの少なくとも1枚のムラ消しシートの立体構造の延在方向が、点状光源10の配列方向L1と平行または略平行な方向に延在し、さらに、残りのムラ消しシートのうちの少なくとも1枚のムラ消しシートの立体構造の延在方向が、点状光源10の配列方向L2と平行または略平行な方向に延在していることが好ましい。その場合には、配列方向L1および配列方向L2の輝度むらが改善される。
また、上記変形例において、3枚以上のムラ消しシートのうち一のムラ消しシートが、ムラ消しシート11,12の長辺方向LLまたは短辺方向LSと平行または略平行な方向に延在する立体構造を有していることが好ましい。その場合には、その方向のムラが改善される。また、例えば、図6に示したように、ムラ消しシート12と拡散部材13との間に、ムラ消しシート11の短辺方向LSに延在する複数の立体構造(凸部16A)を備えたムラ消しシート16と、ムラ消しシート11の長辺方向LLに延在する複数の立体構造(凸部17A)を備えたムラ消しシート17とを設けることができる。
また、上記実施の形態では、点状光源10上に配置された各種光学シート(例えば、ムラ消しシート11,12、拡散部材13、プリズムシート14)は、それぞれ構造的に独立していたが、拡散部材13を比較的厚手の拡散板とし、拡散部材13を支持体として用いた場合には、例えば、図7に示したように、各種光学素子を可撓性フィルム18で覆うことが可能である。このようにした場合には、点状光源10上の各種光学シートが温度変化に応じて伸縮する量が互いに異なるときであっても、それぞれの光学シートにしわを発生させることなく、各種光学シートを照明装置1の筐体(図示せず)に保持させることができる。ここで、図7に示したように、拡散部材13の裏面(点状光源10側の面)と可撓性フィルム18との間にムラ消しシート11,12を配置した場合には、反りやたわみを防止するためにムラ消しシート11,12の剛性を強くする必要がないので、ムラ消しシート11,12を拡散部材13の上面に設けた場合と同程度にムラ消しシート11,12を薄くすることができる。これにより、ムラ消しシート11,12を拡散部材13の直下に設けた場合であっても、照明装置1を薄型化することが可能となる。
また、図8(A),(B)に示したように、ムラ消しシート11,12と拡散部材13とを、拡散部材13の周縁部とムラ消しシート11,12の周縁部とを接合部19で互いに接合することにより、構造的に一体化させてもよい。このように、ムラ消しシート11,12と拡散部材13とを接合部19で互いに接合した場合には、上記の可撓性フィルム18が不要になる。また、周縁部を接合することにより、表示画面内に接合部19が見える虞がない。
拡散部材13の周縁部とムラ消しシート11,12の周縁部とを接合する方法として、熱溶着や超音波溶着を用いることが好ましい。その場合には、中間部剤を使わずに生産性よく、これらを一体化することができる。特に、ムラ消しシート11,12および拡散部材13が、熱可塑性の樹脂(例えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート)によって構成されている場合には、溶着により接合強度を強くすることができる。
特に、ムラ消しシート11,12に張力を与えながら、これらを一体化することが好ましい。ムラ消しシート11,12を、シワや弛みがない状態で拡散部材13と一体化するためには、ムラ消しシート11,12にある程度の厚みと剛性が必要である。しかし、ムラ消しシート11,12を厚くすることは照明装置1の薄型化、低コスト化に反する。そこで、ムラ消しシート11,12に張力を付与しながら、ムラ消しシート11,12と拡散部材13と一体化させることで、シワや弛みなく薄いムラ消しシート11および12を一体化させることができる。
同様に、プリズムシート14および拡散部材13を、拡散部材13の周縁部とプリズムシート14の周縁部とを接合部(図示せず)で互いに接合することにより、一体化させてもよい。この場合には、プリズムシート14を薄肉化してもシワや弛みが生じにくくなる。また、拡散部材13に対して、点状光源10側にムラ消しシート11,12を、点状光源10と反対側にプリズムシート14を、同等の張力や応力をかけて接合することにより、ムラ消しシート11,12、拡散部材13およびプリズムシート14を一体化してもよい。この場合には、拡散部材13が反りにくいという点でも好適である。このとき、上記と同様に、拡散部材13およびムラ消しシート11,12を、拡散部材13の周縁部とムラ消しシート11,12の周縁部とを接合部(図示せず)で互いに接合することにより、一体化してもよい。さらに、拡散部材13およびプリズムシート14を、拡散部材13の周縁部とプリズムシート14の周縁部とを接合部(図示せず)で互いに接合することにより、一体化してもよい。これにより、上記と同様に、ムラ消しシート11,12およびプリズムシート14の反りやたわみを防止するためにこれらの剛性を強くする必要がないので、これらを薄くすることができる。従って、ムラ消しシート11,12を拡散部材13の直下に設けた場合であっても、照明装置1を薄型化することが可能である。
また、例えば、図9(A)に示したように、ムラ消しシート11を厚くして、ムラ消しシート11に剛性を持たせることによりムラ消しシート11を支持体として用いてもよい。また、図9(B)に示したように、ムラ消しシート12を厚くして、ムラ消しシート12に剛性を持たせることによりムラ消しシート12を支持体として用いてもよい。このとき、図9(C)に示したように、ムラ消しシート11,12を、ムラ消しシート11の周縁部とムラ消しシート12と周縁部とを接合部21で互いに接合することにより、一体化することも可能である。
図9(A)〜図9(C)のように、ムラ消しシート11またはムラ消しシート12を支持体として用いる場合には、支持体としての剛性の観点から、これらの厚さは1mm以上あることが好ましい。ムラ消しシート11またはムラ消しシート12を支持体として用いることで、もう一方のムラ消しシートの剛性を強くする必要が無く、照明装置1を薄型化することができる。
なお、図9(A)〜図9(C)に示したムラ消しシート11またはムラ消しシート12を支持体として用いる場合には、拡散部材13は支持体として機能する拡散板である必要はなく、薄い拡散シートであってもよい。また、拡散部材13が薄い拡散シートとなっている場合には、ムラ消しシート11またはムラ消しシート12にフィラを含有させ拡散性を強めることが好ましい。
また、例えば、図10に示したように、ムラ消しシート11,12と点状光源10との間に、支持体22を配置してもよい。これにより、ムラ消しシート11,12の剛性を強める必要がなくなり、ムラ消しシート11,12を薄くすることが可能である。
支持体22は、例えば、透明なプラスチック材料によって構成されている。支持体22は、例えば、点状光源10の配置、配光分布、点状光源10から支持体22までの高さに応じて、微量の光拡散剤を含有していることが好ましい。そのようにした場合には、点状光源10に起因する輝度ムラおよび色ムラを低減させることができる。ただし、光拡散剤の添加量は微量であることが好ましく、例えば、厚さ2mmの両面平坦な透明板に光拡散剤を含ませた場合に、その光拡散剤を添加した透明板に光を垂直入射させたときの全光線透過率が81%以上93%以下となるような範囲内の値であることが好ましい。上限の93%は、透明板の透過率限界値であり、下限の81%は、拡散剤添加による戻り光発生効果が大きく阻害されない範囲の下限値である。
支持体22の材料としては、剛性が強い透明性樹脂であればなんでも適応可能であり、例えば、ポリメチルメタクリレート、シクロオレフィンポリマー、ゼオノア(日本ゼオンの登録商標)、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、などが好適である。支持体22の材料として、特に、透明性の高いポリメチルメタクリレート、シクロオレフィンポリマー、ゼオノア、などが輝度の点から好適である。支持体22の厚みとしては、剛性の観点から1mm以上が好ましい。
なお、図10の場合も同様にして、拡散部材13は支持体として機能する拡散板である必要はなく、薄い拡散シートであってもよい。また、拡散部材13が薄い拡散シートとなっている場合には、ムラ消しシート11、または、ムラ消しシート12にフィラを含有させ拡散性を強めることが好ましい。
<実施例>
次に、上記実施の形態の照明装置1の実施例について説明する。
図11〜図17は、照明装置1におけるムラ消しシート11,12の構成と、点状光源10とムラ消しシート11との距離Hとの組み合わせを変えることにより得られたサンプル1〜68の輝度ムラの計測結果および判定を表すものである。
サンプル1〜68は、点状光源10上に、ムラ消しシート11、ムラ消しシート12、拡散部材13、プリズムシート14および反射型偏光分離素子(図示せず)を点状光源10側から順に配置すると共に、点状光源10の背面に反射シート15を配置することにより作製されたものである。
ここで、サンプル1〜12,42〜47,51〜56,60〜65において、点状光源10として、キャップなどの加工がされていない白色LED(図18(A))を用い、ピッチP3,P4を30mmとした。この白色LEDは、図19において”BARE”と示した配光分布を持っている。サンプル13〜24において、点状光源10としてRGBの三原色の光を別個に発するLEDを用い、ピッチP3,P4を40mmとした。サンプル1〜24において、ムラ消しシート11,12のいずれに対してもフィラを添加せず、拡散部材13として全光線透過率80%程度の拡散板を使用した。サンプル25〜34において、点状光源10としてRGBの三原色の光を別個に発するLEDを用い、ピッチP3,P4を40mmとした。サンプル25〜34において、ムラ消しシート12に対してフィラを添加し、拡散部材13として拡散シートを使用した。
サンプル35〜41,48〜50,57〜59,66〜68において、点状光源10として白色LEDにキャップを施した広指向角LED(図18(B))を用いた。サンプル35〜38,48,49,57,58,66,67においては、広指向角LEDとして、図19の”LED1”と示した配光分布をもつものを用い、P3,P4を26mmとした。サンプル39〜41、50、59、68においては、広指向角LEDとして、図19の”LED2”と示した配光分布をもつものを用い、ピッチP3,P4を26mmとした。
サンプル1〜41においては、点状光源10の配列方向L1、L2とムラ消しシート11,12の立体構造の延在方向L3,L4との成す角度を45度とし、また、ムラ消しシート11,12の立体構造の延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長辺方向LLとのなす角度を45度とした。以降の説明では、配列方向L1、L2および延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長辺方向LLとのなす角度のうち、絶対値の小さいほうを明記する。また、ムラ消しシート11の長辺LXから見て、時計回りの方向になす角度を+、反時計回り方向になす角度を−と表記する。すなわち、ムラ消しシート11の長辺LXと配列方向L1および延在方向L3とのなす角度は+45度だが、ムラ消しシート11の長辺LXと配列方向L2および延在方向L4とのなす角度は−45度と表記する。この表記によれば、サンプル1〜41においては配列方向L1:+45度、配列方向L2:−45度、延在方向L3:+45度、延在方向L4:−45度となる。
また、サンプル1〜41において、ムラが良好で単一の白色LEDを用いたサンプル1,2,5,7,9,11,35,36,39の構成を用いて、LEDの配列方向L1,L2、および、ムラ消しシート11,12の立体構造の延在方向L3、L4を変化させたサンプル42〜68を図15、図16、図17に示す。サンプル42〜50においては、配列方向L1:+45度、配列方向L2:−45度として、延在方向L3と延在方向L4の角度を変化させた結果を図15に示した。また、サンプル51〜59においては、配列方向L1:+52.5度、配列方向L2:−52.5度としたときに延在方向L3と延在方向L4の角度を変化させた結果を図16に示した。また、サンプル60〜68においては、配列方向L1:+60度、配列方向L2:−60度としたときに延在方向L3と延在方向L4の角度を変化させた結果を図17に示した。
図15、図16、図17において、ムラ率が3%未満のものを○と表記し、ムラ率が3%以上のものを×と表記した。また、ムラ率が2.5%未満のものは◎と表記しており、相対的に○よりもムラ状態が良好なことを示している。
サンプル1〜34において、ムラ消しシート11,12の凸部11A,12Aとして図20、図21に示したような断面形状と光学特性とを有するものを選択し、拡散部材13として、透過率80%程度のものを用いた。また、サンプル24〜34において、ムラ消しシート12に添加するフィラとして図22に示したようなものを選択した。
図11から、ムラ消しシート11、12および拡散板を用いた場合において、P3/H>1.3、P4/H>1.3となっているとき、Tt1−Tt2が20>Tt1−Tt2>5となっているサンプル5、7、9、11では、ムラが見えなかった。P3/H<1.3、P4/H<1.3となっているときは、ムラ消しシート11,12の形状を変えなくてもムラが見えなかった。また、ムラが見えなかったサンプル5、7、9、11では、R2/P2と、P1/P1は、0.1≦R2/P2<P1/P1<0.4と、0.02<R1/P1−R2/P2<0.1を満たしていた。
図12からは、図11と同様、光源として3色LEDを用いた場合においても上記が成立した。ムラが見えなかったサンプル17、19、21、23は、以下の関係式群AまたはBを満たしていた。
(関係式群A)
3/H>1.3
4/H>1.3
20%>Tt1−Tt2>5%
(関係式群B)
3/H>1.3
4/H>1.3
0.1≦R2/P2<R1/P1<0.4
0.02<R1/P1−R2/P2<0.1
図13からは、ムラが見えなかったサンプル30〜33は、ムラ消しシート11と、フィラ入りのムラ消しシート12と、拡散シートとを用いた場合において、P3/H>1.3、P4/H>1.3となっているとき、Tt1−Tt2が20>Tt1−Tt2>5となっていた。同様に、R2/P2は、R2/P2<0.1となっていた。また、ムラ消しシート12に添加する適当なフィラの量はC,D,E,Fであり、厚さ2mmの両面平坦な透明板に同量の光拡散剤を含ませた場合に、その光拡散剤を添加した透明板に光を垂直入射させたときの全光線透過率Tt’が81%以上93%以下となるような範囲内の値となっていた。
図14からは、図11、図12と同様、光源としてキャップ付広指向角LEDを用いた場合においてもムラが見えなかったサンプル35、36、39は、以下の関係式群AまたはBを満たしていた。
(関係式群A)
3/H>1.3
4/H>1.3
20%>Tt1−Tt2>5%
(関係式群B)
3/H>1.3
4/H>1.3
0.1≦R2/P2<R1/P1<0.4
0.02<R1/P1−R2/P2<0.1
図15からは、点状光源10の配列方向L1,L2とムラ消しシート11,12の立体構造の延在方向L3、L4がほぼ平行でなければならないことがわかった。図15において、ムラ消しシート11の長手方向Lxに対して、点状光源10の配列方向L1,L2は±45度の角度を成している。
このとき、ムラ消しシート11,12の立体構造の延在方向L3,L4と、ムラ消しシート11の長手方向Lxとのなす角度が±55度までは、すなわち、延在方向L3,L4と配列方向L1,L2との成す角度が10度以下である場合には、ムラ状態が良好である。しかし、延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとの成す角が±57.5度(すなわち、延在方向L3,L4と配列方向L1,L2との成す角度が12.5度)になると、サンプル42、43、45においてムラが視認できる範囲まで悪化した。
同様に、延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとの成す角が±35度(すなわち、延在方向L3,L4と配列方向L1,L2との成す角度が10度)となっている場合には、ムラ状態は良好である。しかし、延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとの成す角が±30度(すなわち、延在方向L3,L4と配列方向L1,L2との成す角度が15度)になると、サンプル45、46においてムラ状態が視認できる範囲まで悪化した。前述のように延在方向L3,L4と配列方向L1,L2との成す角度が大きくなると、点状光源の配列方向L1,L2のムラを改善する効果が小さくなり、ムラが悪化してしまう。
ここで、延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとの成す角の絶対値は対称である必要はなく、例えば、延在方向L3:+40度、延在方向L4:−50度であってもよい。また、特に図示しないが、配列方向L1と延在方向L3との成す角、かつ、配列方向L2と延在方向L4との成す角が10度以下であり、かつ、延在方向L3と延在方向L4とのなす角度が60以上120度以下の範囲内であれば、その組み合わせはどのようにあっても良好なムラ状態を得ることができる。
また、図15から ワイド配光においては、延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとの成す角にかかわらず、ムラが良好な状態であった。ワイド配光においてはLEDから鉛直方向に射出する光よりも斜め方向に射出する光の方が、光強度が大きい。このため、ムラ消しシート11,12からの反射光分布の、ムラ消しシート11,12の延在方向L3,L4に対する依存性が、通常配光に比べて相対的に小さい。このため、配列方向L1,L2と延在方向L3,L4との成す角度は通常配光に比べて広い範囲で設定することができる。
ただし、例えば、サンプル48において、延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとの成す角が±15度(すなわち、延在方向L3,L4と配列方向L1,L2との成す角度が30度)であるときと、±45度(すなわち、延在方向L3,L4と配列方向L1,L2との成す角度が0度)であるときとを比べると、配列方向L1,L2と延在方向L3,L4との成す角度が小さいほうが相対的にムラ状態は良好である。
同様に、例えば、サンプル49において、延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとの成す角が±75度(すなわち、延在方向L3,L4と配列方向L1,L2との成す角度が30度)であるときと、±45度(すなわち、延在方向L3,L4と配列方向L1,L2との成す角度が0度)であるときとを比べると、配列方向L1,L2と延在方向L3,L4との成す角度が小さいほうが相対的にムラ状態は良好である。以上のことからワイド配光においても、点状光源10の配列方向L1,L2とムラ消しシート11,12の立体構造の延在方向L3,L4はほぼ平行であることが好ましい。
また、サンプル37、38、40、41ではムラ状態が視認できる程度に悪いことからワイド配光においてもムラ消しシート11の戻り光よりも、ムラ消しシート12の戻り光の方が垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状の方が好ましい。
また、サンプル45において、延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとの成す角が±45度(すなわち、延在方向L3,L4は配列方向L1,L2と完全に平行)のときよりも、延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとの成す角が±52.5度や±35度のときの方が、ムラ状態が相対的に良好である。すなわち、サンプル45においては延在方向L3,L4と配列方向L1,L2が平行から少しずれたときの方が良好なムラ状態になることを示している。
前述のように、線状光源を用いた場合は、立体構造の延在方向は線状光源と平行に配置したほうがよいとされていたが、本実施の形態によれば点状光源10に対しては、延在方向L3,L4と配列方向L1,L2がほぼ平行であれば良好なムラ状態が確保され、なおかつ、平行からわずかにずれた方がむしろ良好なムラ状態が実現できる場合があることが見出された。
図16は、点状光源10の配列方向L1,L2とムラ消しシート11の長手方向Lxとの成す角度が±52.5度である場合の、ムラ消しシート11,12の立体構造の延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとのなす角度とムラ状態とを示したものである。図16からは、点状光源10の配列方向L1,L2とムラ消しシート11,12の立体構造の延在方向L3,L4とのなす角度が10度以下で、かつ、延在方向L3と延在方向L4とのなす角度が60度以上120度以下の範囲内であれば良好なムラ状態を実現できることがわかった。
図16の例でいえば、延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとのなす角度が±60度であるときには、配列方向L1と延在方向L3とのなす角度が7.5度で、配列方向L2と延在方向L4とのなす角度が10度以下であり、かつ、延在方向L3と延在方向L4とのなす角度は120度である。このとき、図16で示した例のすべてにおいて良好なムラ状態が実現している。
一方で、延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとのなす角度が±62.5度であるときには、配列方向L1と延在方向L3とのなす角度、配列方向L2と延在方向L4とのなす角度はそれぞれ、10度である。しかし、延在方向L3と延在方向L4とのなす角度が125度であり、120度を超えている。このとき、図16で示したサンプル55、56においてムラ状態が視認できるほどに悪化した。前述のように、延在方向L3と延在方向L4とのなす角度が60度以上120度以下の範囲を超えて、延在方向L3と延在方向L4とが互いに平行に近づき、ムラ消しシート11の長手方向Lx、またはムラ消しシート11短辺方向LSのムラが悪化してしまう
他方、延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとのなす角度が±30度であると、延在方向L3と延在方向L4とのなす角度が60度以上120度以下の範囲内である。しかし、延在方向L3,L4が配列方向L1、L2から離れて過ぎてしまっているため、やはり視認できるレベルにムラが悪化するサンプルが見出された(例えば、サンプル52、55など)。
ところで、延在方向L3と延在方向L4とのなす角度が±45度のケースと、±60度のケースを比較してみる。延在方向L3、延在方向L4とも、配列方向L1、L2とのなす角度は7.5度であるが、延在方向L3と延在方向L4とのなす角度が±45度の方が相対的に、±60度のケースよりも良好なムラ状態を実現している。さらに、延在方向L3と延在方向L4とのなす角度±52.5度だとすべてのサンプルにおいて良好なムラ状態を実現している。このことから、延在方向L3と延在方向L4とのなす角度は60度以上120度以下の範囲内であることが好ましいが、75度以上105度以下の範囲内であることがより好ましく、略直角であることがさらに好ましい。これは、ムラ消しシート11の長手方向Lxおよび短辺方向LSのむらを改善するために好適であるからである。
延在方向L3と延在方向L4とのなす角度は60度以上120度以下の範囲内であるが、延在方向L3,L4と配列方向L1、L2とのなす角度が大きく、延在方向L3,L4が配列方向L1、L2に対して平行でなくなってしまうと、ムラ状態が悪化した。
また、延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとのなす角度の絶対値は対称である必要は無い。例えば、延在方向L3とムラ消しシート11の長手方向Lxのなす角度が+62.5度、延在方向L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとのなす角度が−42.5度の場合には、請求項2に示した範囲に適応している。このとき、図16で示した例のすべてにおいて良好なムラ状態が実現している。
図17は、点状光源10の配列方向L1、L2とムラ消しシート11の長手方向Lxとの成す角度が±60度である場合の、ムラ消しシート11,12の立体構造の延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとのなす角度とムラ状態を示したものである。図17からは、点状光源10の配列方向L1、L2とムラ消しシート11,12の立体構造の延在方向L3,L4とのなす角度が10度以下で、かつ、延在方向L3と延在方向L4のなす角度が60度以上120度以下の範囲であれば良好なムラ状態を実現できることがわかった。
例えば、図17において、延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとのなす角度が±50度であると、図17で示したすべてのサンプル60〜68において良好なムラ状態であった。しかし、延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとのなす角度が±70度の場合には、サンプル60〜65においてムラが視認できるほどに悪化した。図17から、以上の2例では点状光源10と、ムラ消しシート11,12との角度はふたつとも10度であるが、延在方向L3と延在方向L4とのなす角度によってムラ状態が変化していることがわかった。
また、サンプル64、65から、点状光源10の配列方向L1、L2とムラ消しシート11,12の立体構造の延在方向L3,L4とが互いに平行なとき(延在方向L3,L4とムラ消しシート11の長手方向Lxとのなす角度が±60度であるとき)よりも、平行からずれたとき(サンプル64においては±50度、サンプル65においては±30度)の方が良好なムラ状態が実現する場合があることがわかった。
図16、図17から、点状光源10の配列方向L1、L2とムラ消しシート11の長辺方向LLとのなす角度はサンプル1〜49に示した±45度に限定されることなく、点状光源10の配列のマトリックスにより適宜自由に設定してよい。
前述のように、点状光源10の配列は、照明装置1およびそれを搭載した表示装置のサイズにより微妙に異なってくる。また、これらの点状光源10の配列は、点状光源10の発光を部分的に制御して表示画面の暗い部分では不要な発光を抑える機能を付与する際の、点状光源10の回路上のブロック数の決め方によっても異なってくる。
また、特に図示しないが、例えば、配列方向L1、L2とムラ消しシート11の長辺方向LLとのなす角度が±30度の場合は、対称性の点から結果は図17と同じになる。すなわち、配列方向L1、L2とムラ消しシート11の長辺方向LLとのなす角度は45度以下であってもよい。
図23は、拡散板1〜8を用い、その拡散板の全光線透過率と、点状光源10上に、ムラ消しシート11、ムラ消しシート12、拡散板、プリズムシート14および反射型偏光分離素子を点状光源10側から順に配置すると共に、点状光源10の背面に反射シート15を配置したときの輝度および輝度ムラの計測結果と、判定とを表すものである。図23から、輝度ムラ・色むらの観点からは拡散板1〜7(透過率で60〜85%)が適していることが分かった。さらに、輝度の観点からは、拡散板4〜7(透過率で76〜85%)に優位性があることがわかった。
[適用例]
次に、上記実施の形態の照明装置1を表示装置に適用した場合について説明する。なお、以下では、照明装置1のうち図1に例示した構成を備えたものを表示装置に適用した場合について説明するが、それ以外の構成を有するものを表示装置に適用することはもちろん可能である。
図24は、本適用例にかかる表示装置2の断面構成を表したものである。この表示装置2は、表示パネル20と、プリズムシート14を表示パネル20側に向けて配置された照明装置1とを備えており、表示パネル20の表面が観察者(図示せず)側に向けられている。
表示パネル20は、図示しないが、観察側の透明基板と照明装置1側の透明基板との間に液晶層を有する積層構造となっている。具体的には、観察側から順に、偏光板、透明基板、カラーフィルタ、透明電極、配向膜、液晶層、配向膜、透明画素電極、透明基板および偏光板を有している。
偏光板は、光学シャッタの一種であり、ある一定の振動方向の光(偏光)のみを通過させる。これら偏光板はそれぞれ、偏光軸が互いに90度異なるように配置されており、これにより照明装置1からの射出光が、液晶層を介して透過し、あるいは遮断されるようになっている。透明基板は、可視光に対して透明な基板、例えば板ガラスからなる。なお、照明装置1側の透明基板には、透明画素電極に電気的に接続された駆動素子としてのTFT(Thin Film Transistor;薄膜トランジスタ)および配線などを含むアクティブ型の駆動回路が形成されている。カラーフィルタは、照明装置1からの射出光を例えば、RGBの三原色にそれぞれ色分離するためのカラーフィルタを配列して構成されている。透明電極は、例えばITO(Indium Tin Oxide;酸化インジウムスズ)からなり、共通の対向電極として機能する。配向膜は、例えばポリイミドなどの高分子材料からなり、液晶に対して配向処理を行う。液晶層は、例えば、VA(Vertical Alignment)モード、TN(Twisted Nematic)モードまたはSTN(Super Twisted Nematic)モードの液晶からなり、駆動回路からの印加電圧により、照明装置1からの射出光を画素ごとに透過または遮断する機能を有する。透明画素電極は、例えばITOからなり、画素ごとの電極として機能する。
次に、表示装置2における作用について説明する。照明装置1内の各点状光源10から射出された光は所望の正面輝度、面内輝度分布および視野角などを有する光に調整されたのち、表示パネル20の裏面を照明する。表示パネル20の裏面を照明した光は、表示パネル20で変調され、画像光として表示パネル20の表面から観察者側に射出される。
ところで、表示装置2では、照明装置1内のムラ消しシート11,12において式(1)〜(5)が満たされているので、表示パネル20の裏面を照明する照明光の輝度むらおよび色むらが小さくなっている。これにより、表示品質の高い表示装置2を提供することができる。
なお、図25に示したように、表示装置2において、ムラ消しシート12および拡散部材13の代わりに、ムラ消しシート12と拡散部材13とを互いに一体に形成したムラ消しシート18をムラ消しシート11の上面に設けたものを照明装置として用いてもよい。
以上、実施の形態、変形例および適用例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態等では、照明装置1および表示装置2において、照明装置1に含まれる各種光学シートとして、ムラ消しシート11,12、拡散部材13、プリズムシート14を挙げていたが、必要に応じて、それ以外の光学シートを照明装置1に含ませたり、取り除いたりしてもよい。
1…照明装置、2…表示装置、10…点状光源、11,12,16,17,18…ムラ消しシート、11A,12A,14A,17A…凸部、11R,12R…頂部、11S,12S…傾斜面、11x…長辺、11y…短辺、13…拡散部材、14…プリズムシート、15…反射シート、16…可撓性フィルム、17…ムラ消し部、19,21…接合部、20…表示パネル、22…支持体、P1,P2,P3,P4…ピッチ、L1,L2…配列方向、L3,L4…延在方向、LL…長辺方向、LS…短辺方向。

Claims (20)

  1. 第1の方向に配列されるとともに前記第1の方向と交差する第2の方向に配列された複数の点状光源上に重ねて配置される2枚の矩形状の光学シートを備え、
    各光学シートは、当該光学シートの長辺方向が前記第1の方向および前記第2の方向のいずれの方向とも垂直以外の角度で交わるように配置されるものであり、
    前記2枚の光学シートのうち前記点状光源側に配置される光学シートである第1の光学シートは、前記第1の方向と平行または略平行な方向に延在する複数の第1の立体構造を有し、
    前記2枚の光学シートのうち前記点状光源とは反対側に配置される光学シートである第2の光学シートは、前記第2の方向と平行または略平行な方向に延在する複数の第2の立体構造を有し、
    前記第2の立体構造は、前記第1の立体構造よりも垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状となっている
    光学シート積層体。
  2. 前記第1の立体構造の延在方向と前記第1の方向との成す角が10度以下となっており、
    前記第2の立体構造の延在方向と前記第2の方向との成す角が10度以下となっており、
    前記第1の立体構造の延在方向と前記第2の立体構造の延在方向との成す角が60度以上120度以下の範囲内となっている
    請求項1に記載の光学シート積層体。
  3. 前記第1の立体構造および前記第2の立体構造は以下の式を満たす
    請求項1または請求項2に記載の光学シート積層体。
    3/H>1.3
    4/H>1.3
    20%>Tt1−Tt2>5%
    3:前記点状光源の前記第1の方向のピッチ
    4:前記点状光源の前記第2の方向のピッチ
    H:前記点状光源と前記第1の光学シートとの距離
    Tt1:前記第1の光学シートに対して前記点状光源側から光を垂直入射させたときの、前記第1の光学シートの全光線透過率(%)
    Tt2:前記第2の光学シートに対して前記点状光源側から光を垂直入射させたときの、前記第2の光学シートの全光線透過率(%)
  4. 前記第1の立体構造は前記第1の方向と平行な方向に延在する第1の頂部を有すると共に、前記第1の頂部の両側に一対の第1の傾斜面を有し、
    前記第2の立体構造は前記第2の方向と平行な方向に延在する第2の頂部を有すると共に、前記第2の頂部の両側に一対の第2の傾斜面を有する
    請求項1または請求項2に記載の光学シート積層体。
  5. 前記第1の頂部および前記第2の頂部の表面は、光射出側に突出した凸状の曲面となっており、
    前記第1の傾斜面および前記第2の傾斜面の表面は、平面となっている
    請求項4に記載の光学シート積層体。
  6. 前記第1の頂部および前記第1の傾斜面に接する接線と前記一の面とのなす角をφ1、前記第2の頂部および前記第2の傾斜面に接する接線と前記一の面とのなす角をφ2とすると、φ1は前記第1の頂部から前記第1の傾斜面に向かうにつれて滑らかに大きくなっており、φ2は前記第2の頂部から前記第2の傾斜面に向かうにつれて滑らかに大きくなっている
    請求項5に記載の光学シート積層体。
  7. 前記第1の頂部の高さが前記第2の頂部の高さよりも高くなっている
    請求項4に記載の光学シート積層体。
  8. 前記第2の光学シートの上に拡散板を備えた
    請求項1または請求項2に記載の光学シート積層体。
  9. 前記第1の立体構造および前記第2の立体構造は以下の式を満たす
    請求項8に記載の光学シート積層体。
    3/H>1.3
    4/H>1.3
    0.1≦R2/P2<R1/P1<0.4
    0.02<R1/P1−R2/P2<0.1
    1:前記複数の第1の立体構造の配列方向のピッチ
    2:前記複数の第2の立体構造の配列方向のピッチ
    3:前記点状光源の前記第1の方向のピッチ
    4:前記点状光源の前記第2の方向のピッチ
    1:前記第1の立体構造の頂部の曲率
    2:前記第2の立体構造の頂部の曲率
  10. 前記拡散板の透過率は60%以上85%以下である
    請求項8に記載の光学シート積層体。
  11. 前記第1の光学シートまたは前記第2の光学シートは光拡散材を含む
    請求項1または請求項2に記載の光学シート積層体。
  12. 前記第1の光学シートまたは前記第2の光学シートに含まれる光拡散剤の添加量は、厚さ2mmの両面平坦な透明板に同量の光拡散剤を添加した場合に、その光拡散剤を添加した透明板に光を垂直入射させたときの全光線透過率が81%以上93%以下となるような範囲内の値となっている
    請求項11に記載の光学シート積層体。
  13. 前記第1の光学シートおよび前記第2の光学シートのうち前記光拡散材を含む方の光学シートの立体構造は以下の式を満たす
    請求項11に記載の光学シート積層体。
    R/P<0.1
    P:前記複数の立体構造の配列方向のピッチ
    R:前記光学シートの立体構造の頂部の曲率
  14. 前記2枚の光学シートおよび前記拡散板を包み込む可撓性フィルムを備えた
    請求項8に記載の光学シート積層体。
  15. 前記2枚の光学シートが、前記拡散板の周縁部に接合されている
    請求項8に記載の光学シート積層体。
  16. 前記第1の光学シートは、1mm以上の厚みを有する
    請求項1または請求項2に記載の光学シート積層体。
  17. 前記第2の光学シートは、1mm以上の厚みを有し、
    前記第1の光学シートが、前記第2の光学シートの周縁部に接合されている
    請求項1または請求項2に記載の光学シート積層体。
  18. 前記複数の点状光源と前記2枚の光学シートとの間に透明な支持体を備えた
    請求項1または請求項2に記載の光学シート積層体。
  19. 第1の方向に配列されるとともに前記第1の方向と交差する第2の方向に配列された複数の点状光源と、
    前記複数の点状光源上に重ねて配置された2枚の矩形状の光学シートを含む光学シート積層体と
    を備え、
    各光学シートは、当該光学シートの長辺方向が前記第1の方向および前記第2の方向のいずれの方向とも垂直以外の角度で交わるように配置されるものであり、
    前記2枚の光学シートのうち前記点状光源側に配置される光学シートである第1の光学シートは、前記第1の方向と平行または略平行な方向に延在する複数の第1の立体構造を有し、
    前記2枚の光学シートのうち前記点状光源とは反対側に配置される光学シートである第2の光学シートは、前記第2の方向と平行または略平行な方向に延在すると複数の第2の立体構造を有し、
    前記第2の立体構造は、前記第1の立体構造よりも垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状となっている
    照明装置。
  20. 画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、
    前記表示パネルを照明する照明装置と
    を備え、
    前記照明装置は、
    第1の方向に配列されるとともに前記第1の方向と交差する第2の方向に配列された複数の点状光源と、
    前記複数の点状光源上に重ねて配置された2枚の矩形状の光学シートを含む光学シート積層体と
    を有し、
    各光学シートは、当該光学シートの長辺方向が前記第1の方向および前記第2の方向のいずれの方向とも垂直以外の角度で交わるように配置されるものであり、
    前記2枚の光学シートのうち前記点状光源側に配置される光学シートである第1の光学シートは、前記第1の方向と平行または略平行な方向に延在する複数の第1の立体構造を有し、
    前記2枚の光学シートのうち前記点状光源とは反対側に配置される光学シートである第2の光学シートは、前記第2の方向と平行または略平行な方向に延在すると複数の第2の立体構造を有し、
    前記第2の立体構造は、前記第1の立体構造よりも垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状となっている
    表示装置。
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