JP4678058B2 - 光制御部材、発光装置および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光制御部材、発光装置および表示装置に関する。

発光装置は、例えば光源を直接照明とする照明機器や、表示パネルの背面に対して照明するバックライト照明として液晶表示装置等に用いられている。発光装置の光源部は、例えば発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；以下、「ＬＥＤ」とする。）などの点光源を複数個マトリックス状に配置したり、線状の光源を複数個略平行に配置したりして構成することができる。

このような発光装置は、特に表示装置に用いられる場合、当該発光装置から出射された光によって表示パネル全体の輝度が均一になることが要求される。このため、発光装置は、通常、発光装置と表示パネルとの距離を十分に設けたり、光源から出射された光を拡散板に入射させて拡散した後、表示パネルに向けて出射させたりするように構成されている。しかし、近年、表示装置は薄型化される傾向にあり、発光装置と表示パネルとの距離が小さくなっている。そうすると、光源から出射された光を拡散板に入射させても光を十分に拡散させることができず、表示パネルの輝度の均一性が低下する可能性がある。

このような問題に対し、拡散板を透過した光の輝度が均一となるように形成された光制御部材が提案されている（例えば、特許文献１、２）。特許文献１には、多面形状プリズム構造体を表面に設け、異なる角度の入射光を出射可能とした光学シートが開示されている。特許文献２には、光制御の溝と集光用の溝とを交差させて配置した光制御部材が開示されている。

特開２００８−２４２２６９号公報 特開２００６−３１８８８６号公報

しかし、発光装置の光源としてＬＥＤを用いた場合、ＬＥＤはその指向特性により光を略楕円状に拡散して出射するので中心付近ほど明るく光る。このため、上記特許文献１、２に記載の光制御部材を用いても、ＬＥＤの中心部分に対応する部分が高輝度となり、その周囲の弱い部分が低輝度となる現象が発生し、表示パネル全体の輝度の均一性が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、輝度の均一性を高めることの可能な、新規かつ改良された光制御部材、発光装置および表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、平坦に形成された第１の面と、第１の面と対向し、複数の直線状プリズムが略平行に並んでなるプリズム列群が少なくとも３つ以上形成された第２の面と、を備える板状部材からなる光制御部材が提供される。かかる光制御部材の第２の面に形成されたプリズム列群は、各プリズム列群を構成する直線状プリズムのうちそれぞれ１つの直線状プリズムが１つの交点において交差する。そして、直線状プリズムは、長手方向からみて略曲線の外縁を有する凸形状に形成される。

本発明によれば、プリズム列群を構成する直線状プリズムの長手方向からみた形状を、略曲線の外縁を有する凸形状に形成する。これにより、光制御部材の第１の面から入射した光のうち、第２の面に形成された１つの直線状プリズムから出射する数を増加させることができる。また、直線状プリズムから出射する光の輝度分布が、直線状プリズムが最も突出する中心位置で最も高く、中心位置から離隔するにつれて輝度が低くなる、左右対称のつりがね状の曲線となる。さらに、このような直線状プリズムを複数略平行に配列して構成されたプリズム列群を異なる３つの方向から交差させることにより、光制御部材を透過した光の輝度分布を全体的に均一にすることができる。

ここで、直線状プリズムは、隣接する面のなす角が鈍角となるように少なくとも４つの面を接続されて、長手方向からみて略曲線の外縁を有する凸形状に形成されるようにしてもよい。あるいは、直線状プリズムは、長手方向からみて曲線の外縁を有する凸形状に形成することもできる。

各プリズム列群は、交点を中心とする円周を等角度に区分した方向に延設するようにしてもよい。

また、直線状プリズムは、当該直線状プリズムの外縁を第１の面に対して垂直方向に任意の間隔で区分したとき、各区分における単位面積当たりの光束数が直線状プリズムの最も突出する中心位置から離隔するにつれて小さくなるように構成することができる。すなわち、直線状プリズムは、各区分における単位面積当たりの光束数Ｆ_ｎ／Ｓ_ｎが中心位置から離隔するにつれて小さくなるように構成される。ここで、
Ｓ_ｎ＝（（Ｌ_ｎ＋１−Ｌ_ｎ）／２）^２−（（Ｌ_ｎ−Ｌ_ｎ−１）／２）^２ ・・・（数式１）
Ｆ_ｎ＝Ｂ_ｎ×ｃｏｓθ_ｎ×Ｉ（θ_ｎ）×Ｔ（θ_ｎ） ・・・（数式２）
である。ただし、Ｂ_ｎは現実に視認される面積である虚像面積、θ_ｎは第２の面法線方向へ光を出射させるための入射角である。また、Ｉ（θ_ｎ）はθ_ｎにおける光源の光度、Ｔ（θ_ｎ）はθ_ｎにおける光制御部材の透過率であって、Ｌ_ｎ＝ｔａｎθ_ｎ、Ｌ_１−Ｌ_０＝０とする。ｎは、任意の整数である。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、光を発する光源と、光源から出射された光を拡散する光制御部材と、を備える発光装置が提供される。光制御部材は、平坦に形成された第１の面と、第１の面と対向し、複数の直線状プリズムが略平行に並んでなるプリズム列群が少なくとも３つ以上形成された第２の面と、を備える板状部材からなる。プリズム列群は、各プリズム列群を構成する直線状プリズムのうちそれぞれ１つの直線状プリズムが１つの交点において交差し、直線状プリズムは、長手方向からみて略曲線の外縁を有する凸形状に形成される。

ここで、光源は、所定の間隔を有して格子状に配列された複数の点光源から構成することができる。点光源は、光制御部材に対して略垂直方向に発光する。また、光源と光制御部材との間には、空気層を設けることもできる。

さらに、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、画像が表示される表示パネルと、表示パネルを背面から照明する発光装置と、を備える表示装置が提供される。ここで、発光装置は、光を発する光源と、光源から出射された光を拡散する光制御部材と、を備える。そして、光制御部材は、平坦に形成された第１の面と、第１の面と対向し、複数の直線状プリズムが略平行に並んでなるプリズム列群が少なくとも３つ以上形成された第２の面と、を備える板状部材からなる。プリズム列群は、各プリズム列群を構成する直線状プリズムのうちそれぞれ１つの直線状プリズムが１つの交点において交差し、直線状プリズムは、長手方向からみて略曲線の外縁を有する凸形状に形成される。

以上説明したように本発明によれば、輝度の均一性を高めることの可能な光制御部材、発光装置および表示装置を提供することにある。

本発明の第１の実施形態にかかる表示装置の構成を示す斜視図である。 同実施形態にかかる表示装置を示す断面図である。 同実施形態にかかる拡散板の構成を示す部分斜視図である。 同実施形態にかかる拡散板の形状とその特性を説明するための説明図である。 同実施形態にかかる拡散板の部分拡大図である。 同実施形態にかかる拡散板の他の例を示す部分斜視図である。 従来の拡散板の構成を示す説明図である。 従来の拡散板の構成を示す説明図である。 従来の拡散板の構成を示す説明図である。 従来の拡散板の構成を示す説明図である。 シミュレーション条件を説明するための説明図である。 光源が１灯の場合において、図３の拡散板による光の拡散状態を示すシミュレーション結果を示す画像である。 光源が２５灯の場合において、図３の拡散板による光の拡散状態を示すシミュレーション結果を示す画像である。 図３の拡散板による輝度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 光源が１灯の場合において、図６の拡散板による光の拡散状態を示すシミュレーション結果を示す画像である。 光源が２５灯の場合において、図６の拡散板による光の拡散状態を示すシミュレーション結果を示す画像である。 図６の拡散板による輝度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 光源が１灯の場合において、図７の拡散板による光の拡散状態を示すシミュレーション結果を示す画像である。 光源が２５灯の場合において、図７の拡散板による光の拡散状態を示すシミュレーション結果を示す画像である。 図７の拡散板による輝度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 光源が１灯の場合において、図８の拡散板による光の拡散状態を示すシミュレーション結果を示す画像である。 光源が２５灯の場合において、図８の拡散板による光の拡散状態を示すシミュレーション結果を示す画像である。 図８の拡散板による輝度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 光源が１灯の場合において、図９の拡散板による光の拡散状態を示すシミュレーション結果を示す画像である。 光源が２５灯の場合において、図９の拡散板による光の拡散状態を示すシミュレーション結果を示す画像である。 図９の拡散板による輝度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 光源が１灯の場合において、図１０の拡散板による光の拡散状態を示すシミュレーション結果を示す画像である。 光源が２５灯の場合において、図１０の拡散板による光の拡散状態を示すシミュレーション結果を示す画像である。 図１０の拡散板による輝度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．表示装置の構成
２．拡散板の構成
３．シミュレーション（シミュレーション条件とシミュレーション結果）

＜１．表示装置の構成＞
まず、図１および図２に基づいて、本発明の第１の実施形態にかかる光制御部材である拡散板１５０を備える表示装置１００の構成について説明する。なお、図１は、本実施形態にかかる表示装置１００の構成を示す斜視図である。図２は、本実施形態にかかる表示装置１００を示す断面図である。

本実施形態にかかる表示装置１００は、例えばテレビジョン受像機やパーソナルコンピュータの表示部として使用される液晶ディスプレイ装置である。表示装置１００は、図１および図２に示すように、外筐１０２と、表示パネル１０４と、外筐１０２の内部に設けられた発光装置であるバックライトユニット１１０とからなる。

外筐１０２は、表示パネル１０４を支持するとともに、バックライトユニット１１０を収容する部材であって、フロントパネル１０２ａとリアパネル１０２ｂとを接合して形成されている。フロントパネル１０２ａには、ｚ軸方向に貫通する開口部が形成されており、開口部を外筐１０２の塞ぐように表示パネル１０４が設けられる。

表示パネル１０４は、映像が表示されるパネルである。表示パネル１０４は、例えば透過型のカラー液晶パネルを前後から２枚の偏光板で挟み込むことにより構成され、アクティブマトリックス方式で駆動されフルカラー映像を表示する。

外筐１０２の内部には、図２に示すように、表示パネル１０４を背面（ｚ軸負方向側の面）側から照明する発光装置であるバックライトユニット１１０が設けられている。バックライトユニット１１０は、筐体１２０と、発光部１３０と、拡散板１５０と、光学シート１６０とから構成される。

筐体１２０は、発光部１３０を収容するとともに、拡散板１５０および光学シート１６０を支持する。筐体１２０は、表示パネル１０４と対向する平坦部１２２と、平坦部１２２の周囲から平坦部１２２に対して略垂直（ｚ軸正方向）に突出する周面部１２４とからなる。周面部１２４で囲われた平坦部１２２には、発光部１３０が収容される。また、周面部１２４の内面は、拡散板１５０および光学シート１６０の終縁部と接触して、拡散板１５０および光学シート１６０を支持する。筐体１２０の平坦部１２２と拡散板との間には空気層１４０が存在する。

発光部１３０は、回路基板１３２と、光源１３４とを備え、表示パネル１０４側に向かって光を発する。回路基板１３２は、筐体１２０の平坦部１２２に設けられ、光源１３４を発光制御する発光制御回路（図示せず。）等を搭載する。光源１３４には、例えばＬＥＤを用いることができる。本実施形態にかかるバックライトユニット１１０は、図１に示すように、複数の光源１３４が所定の間隔で上下左右（ｘ軸方向およびｙ軸方向）に離隔して配置されている。光源１３４は、例えば１つの赤色ＬＥＤ、２つの緑色ＬＥＤおよび１つの青色ＬＥＤの４つのＬＥＤから構成されている。

拡散板１５０は、光を拡散する板状の光制御部材であって、例えばアクリル等の材質からなる。拡散板１５０は、筐体１２０の周面部１２４に、光源１３４と対向するように支持されている。拡散板１５０は、光源１３４から出射された光を拡散する。これにより、拡散板１５０を通過した光は拡散されて表示パネル１０４へ入射するようになり、表示パネル１０４における輝度のバラツキを低減させることができる。なお、拡散板１５０の詳細な構成については、後述する。

光学シート１６０は、光源１３４から出射された光の進行方向等を制御するシートである。光学シート１６０は、例えば、光源１３４から出射された光を屈折させて所定の方向へ導くプリズムシートや、偏光方向を変換する変換する偏光方向変換シート等の所定の光学機能を有するシートが積層されて構成されている。光学シート１６０は、拡散板１５０の表示パネル１０４と対向する面側に配置されている。

このような表示装置１００は、表示パネル１０４に映像を表示するとともに、発光制御回路により光源１３４を発光制御して、光源１３４から光を出射させる。光源１３４から発せられた光は、空気層１４０をほぼ直進して拡散板１５０に入射する。拡散板１５０に入射した光は、拡散板１５０内で拡散された後、光学シート１６０により屈折されたり、あるいは偏光方向が変換されたりした後に、表示パネル１０４の背面を照明する。

以上、本実施形態にかかる表示装置１００の構成について説明した。かかる表示装置１００では、光源１３４として所定の間隔で配置された複数のＬＥＤを用いる。ＬＥＤはその指向特性により、ＬＥＤの中央付近ほど明るく光る。このため、表示パネル１０４を照明するまでに十分に光を拡散させ、表示パネル１０４における輝度のバラツキを低減させることが要求される。そこで、本実施形態にかかる表示装置１００は、光をより拡散し、全体として出射した光の輝度が略均一となるように構成された拡散板１５０を備える。

以下、図３〜図６に基づいて、本実施形態にかかる拡散板１５０の構成について詳細に説明する。なお、図３は、本実施形態にかかる拡散板１５０の構成を示す部分斜視図である。図４は、本実施形態にかかる拡散板１５０の形状とその特性を説明するための説明図である。図５は、本実施形態にかかる拡散板１５０の部分拡大図である。図６は、本実施形態にかかる拡散板の他の例を示す部分斜視図である。

＜２．拡散板の構成＞
本実施形態にかかる拡散板１５０は、例えばアクリルからなる板状部材であって、表示パネル１０４を対向する側の面（以下、「表面１５０ａ」とする。）には、図３に示すような凹凸形状が形成されている。なお、拡散板１５０の裏面１５０ｂは、平坦に形成されている。拡散板１５０の表面１５０ａに形成された凹凸形状は、３つのプリズム列群１５１、１５２、１５３を組み合わせて構成されている。プリズム列群１５１、１５２、１５３は、それぞれ平行に配列された複数の直線状プリズム１５５からなる。例えば、第１のプリズム列群１５１は、直線状プリズム１５５１ａ、１５５１ｂ、１５５１ｃ、・・・が所定の間隔で平行に配列されてなる。同様に、第２のプリズム列群１５２は、直線状プリズム１５５２ａ、１５５２ｂ、１５５２ｃ、・・・が所定の間隔で平行に配列されてなり、第３のプリズム列群１５３は、直線状プリズム１５５３ａ、１５５３ｂ、１５５３ｃ、・・・が所定の間隔で平行に配列されてなる。

各プリズム列群１５１、１５２、１５３において、直線状プリズム１５５の配列間隔は同一であり、例えば隣接する直線状プリズム１５５の稜線の間隔は約１００μｍとすることができる。各プリズム列群１５１、１５２、１５３からそれぞれ１つずつ任意に選択された３つの直線状プリズム１５５は、一の交点１５８で交差する。直線状プリズム１５５の交点１５８から見ると、直線状プリズム１５５は、交点１５８を中心とする円周を所定の角度で区分した３方向に延びるように構成される。本実施形態において、直線状プリズム１５５の延設方向は、例えば、交点１５８を中心とする円周を等角度（すなわち、６０°）で区分した方向とすることができる。

直線状プリズム１５５は、図５に示すように、長手方向に対して垂直に切断した断面が表面１５０ａ側に突出した多面体形状のプリズムである。本実施形態にかかる直線状プリズム１５５は、最も突出した位置１５６から裏面１５０ｂに対して下ろした垂線に対して、それぞれ６つの面１５７ａ〜１５７ｆが左右対称に設けられている。各面１５７ａ〜１５７ｆは、隣接する面のなす角が鈍角（π／２＜θ＜π）となるように接続されて、長手方向からみて略曲線の外縁を有する凸形状を形成する。このとき、凸形状をより尖った曲面形状とすることにより、光をより拡散させることができる。このような直線状プリズム１５５を複数配列して構成したプリズム列群１５１、１５２、１５３を交差させると、図３に示すような略三角錐形状の凹部が形成され、凹凸形状が表面１５０ａに形成される。

ここで、表示装置１００における光の進行について説明すると、図４に示すように、まず、バックライトユニット１１０の光源１３４から出射された光は、空気層１４０を直進して、拡散板１５０の裏面１５０ｂから入射角θで入射する。拡散板１５０に入射した光は屈折し、表面１５０ａに形成された直線状プリズム１５５の面から出射し、光学シート１６０により同一方向に進行するように屈折される。光学シート１６０を出射した光が表示パネル１０４の背面を照明する。

このように光源１３４からの光が進行する場合、光学シート１６０の表面側（光源１３４からの光が出射する面側）からバックライトユニット１１０を見ると、直線状プリズム１５５の各面１５７ａ〜１５７ｆから出射する光を発した光源１３４が見えることになる。したがって、１つの直線状プリズム１５５において１２の面が存在すれば、１つの直線状プリズム１５５からは１２の光源１３４から出射された光が表示パネル１０４を照明する。このように、直線状プリズム１５５の凸形状を構成する面を増加することにより、より多くの光源１３４から出射された光を出射することができる。

上記のように構成された本実施形態にかかる直線状プリズム１５５は、最も突出した中心位置１５６での輝度が最も高く、中心位置１５６から両側に離隔するにつれて輝度が低下するように形成される。すなわち、当該直線状プリズム１５５から出射される光の輝度を表すグラフが、左右対称のつりがね状の曲線となるように形成される。これにより、１つの直線状プリズムから出射される光は、中心位置１５６が最も明るく、中心位置１５６から離隔するにつれて次第に暗くなるように出射する。中心位置１５６から離隔した位置においては、近隣の直線状プリズム１５５から出射された光を重なり合うことで、全体として輝度の均一な光がバックライトユニット１１０から出射されることになる。

このような直線状プリズム１５５は、言い換えると、直線状プリズム１５５を構成する各面１５７ａ〜１５７ｆに対応する単位分担面積当たりの光束数が中心位置１５６で最も大きく、中心位置から離隔するにつれて小さくなるように構成される。ここで、単位分担面積当たりの光束数は、直線状プリズム１５５を構成する各面１５７ａ〜１５７ｆから出射する光がそれぞれ照明すべき領域（以下、「分担領域Ｓ_ｎ」という。）と、分担領域Ｓｎを通過する光束の本数（以下、「期待光束Ｆ_ｎ」という。）とから、Ｆ_ｎ／Ｓ_ｎにより表される。なお、ｎは、整数であって、中心位置１５６に近い順に１、２、３・・・となる。ここで、Ｓ_ｎおよびＦ_ｎは、以下の数式１、数式２により表される。

Ｓ_ｎ＝（（Ｌ_ｎ＋１−Ｌ_ｎ）／２）^２−（（Ｌ_ｎ−Ｌ_ｎ−１）／２）^２・・・（数式１）
Ｆ_ｎ＝Ｂ_ｎ×ｃｏｓθ_ｎ×Ｉ（θ_ｎ）×Ｔ（θ_ｎ） ・・・（数式２）

ただし、Ｂ_ｎは虚像面積、θ_ｎは発光面法線方向へ出射させるための入射角、Ｉ（θ_ｎ）はθ_ｎにおける光源１３４の光度、Ｔ（θ_ｎ）はθ_ｎにおける拡散板１５０の透過率である。このとき、Ｌ_ｎ＝ｔａｎθ_ｎ、Ｌ_１−Ｌ_０＝０とする。なお、虚像面積Ｂ_ｎとは、分担領域Ｓ_ｎに対し、拡散板１５０の表面１５０ａ側から垂直方向に見た際に実際に光って見える領域の面積をいう。

本実施形態では、３つのプリズム列群１５１、１５２、１５３が６０°の角度をなして３方向に交わっているため、１つの直線状プリズム１５５に照明を分担させる分担領域Ｓ_ｎは、図４に示すように、６０°の中心角を有する扇形状あるいは円弧形状となる。直線状プリズム１５５は、分担領域Ｓ_ｎを通過する期待光束Ｆ_ｎが中心位置１５６に近づくにつれて増加するように形成される。これにより、中心位置１５６が最も明るく、中心位置１５６から離隔するにつれて次第に暗くなる、左右対称のつりがね状の輝度分布を形成することができる。

以上、本実施形態にかかる拡散板１５０の構成について説明した。本実施形態にかかる拡散板１５０は、図３に示すように、その表面１５０ａに、略曲面に形成された直線状プリズム１５５を平行に配列して構成されたプリズム列群１５１、１５２、１５３を３つ交差させて凹凸形状が形成されている。凹凸形状は、直線状プリズム１５５が交わる１つの交点１５８において、各プリズム列群１５１、１５２、１５３を構成する直線状プリズム１５５がそれぞれ１つずつ交わるように形成される。これにより、各直線状プリズム１５５の高い拡散効果と、中心位置１５６から離隔した面から出射する光の、隣接する直線状プリズム１５５から出射される光との重なりによって、バックライトユニット１１０から出射される光の輝度を均一にすることができる。

なお、拡散板の形状は、図３に示した本実施形態にかかる拡散板１５０の形状に限定されるものではない。拡散板は、直線状プリズムが、長手方向に対して垂直な断面形状において中心位置から両側にそれぞれ２つ以上の面（１５７ａ、１５７ｂ）、すなわち合計４つ以上の面を備えていればよい。また、プリズム列群は、３つ以上設けられていればよい。

したがって、例えば、図６に示すように、複数の直線状プリズム２５８を等間隔に平行に配列して構成されたプリズム列群を４つ備える拡散板２５０としてもよい。図６に示す直線状プリズム２５５は、図３の直線状プリズム１５５と同一形状とすることができる。拡散板２５０は、直線状プリズム２５５が交わる１つの交点２５８において、各プリズム列群２５１、２５２、２５３、２５４を構成する直線状プリズム２５５がそれぞれ１つずつ交わるように構成される。すなわち、１つの交点２５８から４つの方向に直線状プリズム２５５が延びるように構成される。かかる形状により、各直線状プリズム２５５の高い拡散効果と、中心位置から離隔した面から出射する光の、隣接する直線状プリズム２５５から出射される光との重なりによって、バックライトユニット１１０から出射される光の輝度を均一にすることができる。なお、図６において、各プリズム列群２５１、２５２、２５３、２５４を構成する直線状プリズム２５５の延設方向は、交点２５８を中心とする円周を等角度（すなわち、４５°）で区分した方向とすることができる。

＜３．シミュレーション＞
［シミュレーション条件］
本実施形態にかかる拡散板１５０、２５０と、従来の拡散板１０、２０、３０、４０とによる光の拡散効果についてシミュレーションを行い、本実施形態にかかる拡散板１５０、２５０の効果を検証した。以下、図７〜図１７Ｃに基づいて、シミュレーション条件とシミュレーション結果を説明する。

なお、図７〜図１０は、従来の拡散板１０、２０、３０、４０の構成を示す説明図である。図１１は、シミュレーション条件を説明するための説明図である。図１２Ａ〜図１２Ｃは、本実施形態にかかる拡散板１５０によるシミュレーション結果を示す画像およびグラフである。図１３Ａ〜図１３Ｃは、本実施形態にかかる他の拡散板２５０によるシミュレーション結果を示す画像およびグラフである。図１４Ａ〜図１４Ｃは、図７の拡散板１０によるシミュレーション結果を示す画像およびグラフである。図１５Ａ〜図１５Ｃは、図８の拡散板２０によるシミュレーション結果を示す画像およびグラフである。図１６Ａ〜図１６Ｃは、図９の拡散板３０によるシミュレーション結果を示す画像およびグラフである。図１７Ａ〜図１７Ｃは、図１０の拡散板４０によるシミュレーション結果を示す画像およびグラフである。

本シミュレーションでは、拡散板による光の拡散効果について検証した。本実施形態にかかる拡散板として、図３に示した拡散板１５０と、図６に示した拡散板２５０との２形状について検証した。一方、比較対象として、図７〜図１０に示す４つの従来の拡散板による光の拡散効果についても検証した。

図７に示す拡散板１０は、表面１０ａおよび裏面１０ｂともに平坦に形成されている。図８に示す拡散板２０は、表面２０ａに複数の凸部２２が形成されており、裏面２０ｂは平坦に形成されている。図９に示す拡散板３０は、表面３０ａに凹凸形状が形成されており、裏面３０ｂは平坦に形成されている。表面３０ａの凹凸形状は、第１の方向に延びる長手方向に対して垂直な断面形状が略半円形状の直線状プリズム３２と、第１の方向に直交する第２の方向に延びる長手方向に対して垂直な断面形状が逆Ｖ形状の直線状プリズム３４とが交差することで形成されている。そして、図１０に示す拡散板４０は、複数の直線状プリズムが所定の間隔で平行に配列されてなるプリズム列群４２、４４、４６を３つ備えて構成される。各プリズム列群を構成する直線状プリズムは、長手方向に垂直な断面形状が逆Ｖ形状となっている。拡散板４０は、直線状プリズムが交わる１つの交点において、各プリズム列群４２、４４、４６を構成する直線状プリズム（例えば、４２ａ、４４ａ、４６ａ）がそれぞれ１つずつ、６０°の角度を有して交わるように構成される。

本シミュレーションでは、図１１に示すように、回路基板１３２上に光源１３４として２５個のＬＥＤを所定の間隔で格子状に配列させた状態において、ＬＥＤから拡散板１５０側に向かって光を出射させる。ＬＥＤは、水平方向にｗ_１の間隔で配置され、垂直方向にｗ_２の間隔で配置される。また、ＬＥＤが載置された回路基板１３２の上面から拡散板１５０の裏面までには、距離ｄの空気層１４０が設けられる。なお、ｗ_１、ｗ_２、ｄは、それぞれ、例えば約２０ｍｍとすることができる。シミュレーションでは、これらのＬＥＤのうち中央の１つのみを点灯させたときの拡散板透過後の光の拡散状態と、２５個のＬＥＤを点灯させたときの拡散板透過後の光の拡散状態とを検証した。また、これらの場合において、図１１のＡＡ線状における輝度分布のシミュレーション値を算出した。

［シミュレーション結果１：本実施形態にかかる拡散板１５０（図３）を用いた場合］
まず、図１２Ａ〜図１２Ｃに、図３に示した本実施形態にかかる拡散板１５０についてのシミュレーション結果を示す。まず、ＬＥＤを１つのみ点灯させたとき、図１２Ａに示すように、中心位置が最も明るく、中心位置から離隔するほど暗くなる、明るさのグラデーションが同心円状に表れている。このときの輝度分布は、図１２Ｃの破線で示すように、左右対称のつりがね形状となっている。次に、２５個すべてのＬＥＤを点灯させた場合、図１２Ｂに示すように、中央部分の９つのＬＥＤが正方形に配置された中央領域では略均一の輝度となっており、図１２Ｃの実線で示すように高い輝度値の光が出射している。中央領域より外周側に向かうにつれて輝度値は低くなり、暗くなるが、かかる拡散板１５０を用いることで、全体的に輝度にムラのない状態で照明することができる。

［シミュレーション結果２：本実施形態にかかる拡散板２５０（図６）を用いた場合］
次に、図１３Ａ〜図１３Ｃに、図６に示した本実施形態にかかる拡散板２５０についてのシミュレーション結果を示す。まず、ＬＥＤを１つのみ点灯させたとき、拡散板１５０と同様に、図１３Ａに示すように、中心位置が最も明るく、中心位置から離隔するほど暗くなる、明るさのグラデーションが同心円状に表れている。このときの輝度分布は、図１３Ｃの破線で示すように、左右対称のつりがね形状となっている。中央のＬＥＤに対応する位置での輝度は、前述の拡散板１５０を用いた場合よりも高くなっている。次に、２５個すべてのＬＥＤを点灯させた場合、図１３Ｂに示すように、中央部分の９つのＬＥＤが正方形に配置された中央領域では略均一の輝度となっており、図１３Ｃの実線で示すように高い輝度値の光が出射している。中央領域より外周側に向かうにつれて輝度値は低くなり、暗くなるが、かかる拡散板２５０を用いることで、拡散板１５０と同様に、全体的に輝度にムラのない状態で照明することができる。

［シミュレーション結果３：従来の拡散板１０（図７）を用いた場合］
一方、図１４Ａ〜図１４Ｃに、図７に示した従来の拡散板１０についてのシミュレーション結果を示す。まず、ＬＥＤを１つのみ点灯させたとき、図１４Ａに示すように、ＬＥＤの中心位置が最も明るく、中心位置から離隔するほど暗くなる、明るさのグラデーションが同心円状に表れている。しかし、例えば本実施形態にかかる拡散板１５０を用いた場合（図１２Ａ）と比較して明るさのグラデーションの広がりが小さい。これは、図１４Ｃの破線で示す曲線からもわかるように、左右対称のつりがね形状の輝度分布となっているものの、中央の輝度値が高く、中央から離隔すると急激に輝度値が下がっている。すなわち、当該拡散板１０では光源１３４から出射された光が十分に拡散されないことがわかる。

次に、２５個すべてのＬＥＤを点灯させた場合、図１４Ｂに示すように、ＬＥＤの対応する位置が際立って明るく、隣接するＬＥＤとＬＥＤとの間は暗くなってしまう。このとき、図１４Ｃの実線で示すように、対角を結ぶ直線ＡＡ上に位置するＬＥＤに対応して、輝度値が高くなり、隣接するＬＥＤとＬＥＤとの間では輝度値が低くなっている。このように、正弦波状に輝度値が変化し、輝度にムラが生じてしまう。

［シミュレーション結果４：従来の拡散板２０（図８）を用いた場合］
次に、図１５Ａ〜図１５Ｃに、図８に示した従来の拡散板２０についてのシミュレーション結果を示す。まず、ＬＥＤを１つのみ点灯させたとき、図１５Ａに示すように、ＬＥＤの中心位置が最も明るく、中心位置から離隔するほど暗くなる、明るさのグラデーションが十字形状に表れている。図１５Ｃの破線で示す曲線から、例えば本実施形態にかかる拡散板１５０を用いた場合と同様に、左右対称のつりがね形状の輝度分布となっており、ＬＥＤから出射された光が拡散されていることがわかる。

しかし、１つのＬＥＤからの出射光を十字形状に拡散するため、２５個すべてのＬＥＤを点灯させた場合、隣接するＬＥＤのそれぞれ十字形状に拡散された光がつながってしまい、図１５Ｂに示すように、格子状の輝度のムラが生じてしまう。これは、図１５Ｃの実線で示す曲線からも、輝度値が波状に変化していることがわかる。しがたって、ＬＥＤのような点光源を配列して形成された発光部から出射された光を均一に拡散することはできない。

［シミュレーション結果５：従来の拡散板３０（図９）を用いた場合］
また、図１６Ａ〜図１６Ｃに、図９に示した従来の拡散板３０についてのシミュレーション結果を示す。まず、ＬＥＤを１つのみ点灯させたとき、図１６Ａに示すように、ＬＥＤの中心位置が最も明るく、中心位置から離隔するほど暗くなる、明るさのグラデーションが楕円状に表れている。このとき、例えば本実施形態にかかる拡散板１５０を用いた場合（図１２Ａ）と比較して明るさのグラデーションの広がりが小さい。図１６Ｃの破線で示す曲線からもわかるように、左右対称のつりがね形状の輝度分布となっているものの、中央の輝度値が高く、中央から離隔すると急激に輝度値が下がっている。すなわち、当該拡散板３０では光源１３４から出射された光が十分に拡散されないことがわかる。

次に、２５個すべてのＬＥＤを点灯させた場合、図１６Ｂに示すように、格子状の輝度のムラが生じてしまう。図１６Ｃの実線で示す曲線からも、輝度値が波状に変化していることがわかる。また、図１６Ｂの水平方向よりも垂直方向の輝度が高い。これは、図９に示すように、水平方向に延び、断面が半円形状の直線状プリズム３２による光の拡散効果は高いが、垂直方向に延び、断面が逆Ｖ字形状の直線状プリズム３４による光の拡散効果が低いためである。しがたって、かかる拡散板３０では、ＬＥＤのような点光源を配列して形成された発光部から出射された光を均一に拡散することはできない。

［シミュレーション結果６：従来の拡散板４０（図１０）を用いた場合］
さらに、図１７Ａ〜図１７Ｃに、図１０に示した従来の拡散板４０についてのシミュレーション結果を示す。拡散板４０は、本実施形態にかかる拡散板１５０と比較して、直線状プリズムの断面形状が逆Ｖ字形状である点で相違する。まず、ＬＥＤを１つのみ点灯させたとき、図１７Ａに示すように、ＬＥＤの中心位置が最も明るく、中心位置から離隔するほど暗くなる、明るさのグラデーションが略六角形状に表れている。かかる拡散板４０は、図１７Ｃの破線で示すように、高い光の拡散効果を有するが、中心位置からわずかに離隔した２つの位置で輝度値が最も高くなっている。

しかし、２５個すべてのＬＥＤを点灯させた場合、図１７Ｂに示すように、筋状の輝度ムラが生じてしまう。図１７Ｃの実線で示す曲線から、波状の輝度分布ではないものの、１つのＬＥＤにより拡散された光の輝度分布と対応して、全体として輝度値が一定となっていないことがわかる。したがって、かかる拡散板４０によっても、ＬＥＤのような点光源を配列して形成された発光部から出射された光を均一に拡散することはできない。

以上より、本実施形態にかかる拡散板１５０、２５０を用いることにより、従来の拡散板１０、２０、３０、４０を用いた場合と比較して、点光源を配列して形成された発光部から出射された光を均一に拡散することができることがわかる。

以上、本実施形態にかかる表示装置１００について説明した。本実施形態によれば、拡散板１５０を、直線状プリズム１５５を平行に配列して形成されたプリズム列群を３方向に形成して、１つの交点１５８にて各プリズム列群からそれぞれ１つの直線状プリズム１５５が交わるように構成する。また、直線状プリズム１５５の突出形状を少なくとも３つの面から形成することにより、１つの直線状プリズム１５５による光の拡散効果を高めることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、直線状プリズム１５５の突出形状は多面体としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、曲面であってもよい。この場合、図５に示すように、中心位置１５６から任意の間隔で曲面を区切る（例えば、Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、Ａ_５）。そして、区切られた曲線での接線の傾きが平均値となる位置と基準として、入射角θ_ｎが決定される。そして、数式１および数式２で表わされる分担面積Ｓ_ｎおよび期待光束Ｆ_ｎから、単位面積当たりの期待光束（Ｆ_ｎ／Ｓ_ｎ）が中心位置から離隔するにつれて小さくなるように、突出形状を形成する。このように形成された直線状プリズムを、例えば図３と同様に配列することにより、輝度の均一性を高めるという同様の効果を奏することができる。

また、上記実施形態では、発光部１３０の光源１３４は複数のＬＥＤを格子状に配列して構成されたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、冷陰極蛍光ランプや熱陰極蛍光ランプ等のような直線状の光源を用いてもよい。

１００ 表示装置
１０２ 外筐
１０４ 表示パネル
１１０ バックライトユニット
１２０ 筐体
１３０ 発光部
１３２ 回路基板
１３４ 光源
１４０ 空気層
１５０、２５０ 拡散板
１５５、２５５ 直線状プリズム
１５８、２５８ 交点
１６０ 光学シート

Claims (10)

1. 平坦に形成された第１の面と、
   前記第１の面と対向し、複数の直線状プリズムが略平行に並んでなるプリズム列群が少なくとも３つ以上形成された第２の面と、
   を備える板状部材からなり、
   前記プリズム列群は、各前記プリズム列群を構成する前記直線状プリズムのうちそれぞれ１つの前記直線状プリズムが１つの交点において交差し、
   前記直線状プリズムは、長手方向からみて略曲線の外縁を有する凸形状に形成される、光制御部材。
2. 前記直線状プリズムは、隣接する面のなす角が鈍角となるように少なくとも４つの前記面を接続されて、長手方向からみて略曲線の外縁を有する凸形状に形成される、請求項１に記載の光制御部材。
3. 各前記プリズム列群は、前記交点を中心とする円周を等角度に区分した方向に延設される、請求項１または２に記載の光制御部材。
4. 前記直線状プリズムは、当該直線状プリズムの外縁を前記第１の面に対して垂直方向に任意の間隔で区分したとき、前記各区分における単位面積当たりの光束数が前記直線状プリズムの最も突出する中心位置から離隔するにつれて小さくなる、請求項１〜３のいずれかに記載の光制御部材。
5. 前記直線状プリズムは、前記各区分における単位面積当たりの光束数Ｆ_ｎ／Ｓ_ｎが前記中心位置から離隔するにつれて小さくなる、請求項４に記載の光制御部材。
   ここで、
   Ｓ_ｎ＝（（Ｌ_ｎ＋１−Ｌ_ｎ）／２）^２−（（Ｌ_ｎ−Ｌ_ｎ−１）／２）^２ ・・・（数式１）
   Ｆ_ｎ＝Ｂ_ｎ×ｃｏｓθ_ｎ×Ｉ（θ_ｎ）×Ｔ（θ_ｎ） ・・・（数式２）
   ただし、Ｂ_ｎは現実に視認される面積である虚像面積、θ_ｎは前記第２の面法線方向へ光を出射させるための入射角、Ｉ（θ_ｎ）はθ_ｎにおける光源の光度、Ｔ（θ_ｎ）はθ_ｎにおける光制御部材の透過率であって、Ｌ_ｎ＝ｔａｎθ_ｎ、Ｌ_１−Ｌ_０＝０とする。ｎは、任意の整数である。
6. 前記直線状プリズムは、長手方向からみて曲線の外縁を有する凸形状に形成される、請求項１に記載の光制御部材。
7. 光を発する光源と、
   前記光源から出射された光を拡散する光制御部材と、
   を備え、
   前記光制御部材は、
   平坦に形成された第１の面と、
   複数の直線状プリズムが略平行に並んでなるプリズム列群が少なくとも３つ以上形成された第２の面と、
   を備える板状部材からなり、
   前記プリズム列群は、各前記プリズム列群を構成する前記直線状プリズムのうちそれぞれ１つの前記直線状プリズムが１つの交点において交差し、
   前記直線状プリズムは、長手方向からみて略曲線の外縁を有する凸形状に形成される、発光装置。
8. 前記光源は、所定の間隔を有して格子状に配列された複数の点光源からなり、
   前記点光源は、前記光制御部材に対して略垂直方向に発光する、請求項７に記載の発光装置。
9. 前記光源と前記光制御部材との間には、空気層が設けられる、請求項７または８に記載の発光装置。
10. 画像が表示される表示パネルと、
    前記表示パネルを背面から照明する発光装置と、
    を備え、
    前記発光装置は、
    光を発する光源と、
    前記光源から出射された光を拡散する光制御部材と、
    を備え、
    前記光制御部材は、
    平坦に形成された第１の面と、
    複数の直線状プリズムが略平行に並んでなるプリズム列群が少なくとも３つ以上形成された第２の面と、
    を備える板状部材からなり、
    前記プリズム列群は、各前記プリズム列群を構成する前記直線状プリズムのうちそれぞれ１つの前記直線状プリズムが１つの交点において交差し、
    前記直線状プリズムは、長手方向からみて略曲線の外縁を有する凸形状に形成される、表示装置。
    

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