JP5075190B2 - Surface light source device, transmissive image display device, and light source - Google Patents
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Description
本発明は、面光源装置、この面光源装置を備える透過型画像表示装置、及び、この面光源装置のための光源に関するものである。 The present invention relates to a surface light source device, a transmissive image display device including the surface light source device, and a light source for the surface light source device.
液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、液晶表示部のバックライトを出力する光源の一例として直下型面光源装置が使用されている。典型的な面光源装置として、光拡散板の背面側に複数の光源を並べたものが利用されている。このような面光源装置では、配置する光源数を増やすことにより発光面を容易に高輝度化できる反面、輝度均斉度が低いという問題点がある。特に、光源の真上付近での輝度が高くなるために発生する周期的輝度ムラが問題であるが、面光源装置の薄型化、或いは低消費電力化のための光源数削減化によって上記周期的輝度ムラがより大きな問題となってきている。 In a transmissive image display device such as a liquid crystal display device, a direct type surface light source device is used as an example of a light source that outputs a backlight of a liquid crystal display unit. As a typical surface light source device, a device in which a plurality of light sources are arranged on the back side of a light diffusion plate is used. Such a surface light source device can easily increase the luminance of the light emitting surface by increasing the number of light sources to be arranged, but has a problem that the luminance uniformity is low. In particular, periodic luminance unevenness that occurs because the luminance near the light source becomes high is a problem. However, the periodic light source device can be reduced by reducing the number of light sources to reduce the thickness of the surface light source device or to reduce power consumption. Brightness unevenness has become a bigger problem.
そこで、輝度均斉度確保のために、例えば、特許文献1では、光拡散板に光源との距離に対応して光量補正パターンを形成している。同様に、特許文献2では、光拡散板の光源側面の光源真上付近の一部に断面鋸歯状のプリズムを設けることで、光量の多い光源真上付近の光を散らしている。
Therefore, in order to ensure the luminance uniformity, for example, in
ところで、この種の透過型画像表示装置では、蛍光ランプ(冷陰極線ランプ)のような線状光源に代えて、低消費電力化が可能なLEDなどの点状光源が用いられるようになってきている。LEDとしては、真上に向けて光を出射することを目的としたランバーシアンタイプなどが広く知られているが、斜め方向に光を出射することを目的としたバットウイングタイプやサイドエミッションタイプなども考案されている。バットウイングタイプやサイドエミッションタイプなどのLEDを透過型画像表示装置の光源として用いることにより、特許文献1及び2のように光拡散板に特殊加工を施すことなく、輝度ムラを抑制することができるものと考えられる。しかしながら、バットウイングタイプやサイドエミッションタイプなどのLEDをそのまま用いたとしても、輝度ムラの抑制効果はまだ低い。
By the way, in this type of transmissive image display device, instead of a linear light source such as a fluorescent lamp (cold cathode ray lamp), a point light source such as an LED capable of reducing power consumption has come to be used. Yes. As the LED, a Lambertian type aiming at emitting light toward directly above is widely known, but a bat wing type or side emission type aiming at emitting light in an oblique direction, etc. Has also been devised. By using an LED such as a batwing type or a side emission type as a light source of a transmissive image display device, it is possible to suppress luminance unevenness without applying special processing to the light diffusion plate as in
そこで、本発明は、光拡散板に特殊加工を施すことなく、輝度ムラを抑制することが可能な面光源装置、この面光源装置を備える透過型画像表示装置、及び、この面光源装置のための光源を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a surface light source device capable of suppressing luminance unevenness without performing special processing on the light diffusion plate, a transmissive image display device including the surface light source device, and the surface light source device. An object of the present invention is to provide a light source.
本発明の面光源装置は、点状の光源であって、2次元配列された複数の光源と、複数の光源からの光を拡散させる光拡散板と、を備える面光源装置において、複数の光源それぞれの配光分布I(θ)は、複数の光源それぞれからの光の出射角θ、光拡散板のBTDFの正面方向出射強度関数f(θ,0)、及び、複数の光源それぞれによる当該面光源装置の正面輝度プロファイルであって、当該面光源装置の正面輝度を一定にするために重なりを考慮した三角形状、台形状、又は、四角形状の当該正面輝度プロファイルp(θ)に基づく、下式を満たすように設定されている、
I(θ)=(cosθ)−2・{f(θ,0)}−1・p(θ)
面光源装置。
The surface light source device of the present invention is a point light source, and includes a plurality of light sources that are two-dimensionally arranged and a light diffusion plate that diffuses light from the plurality of light sources. Each of the light distributions I (θ) includes the light emission angle θ from each of the plurality of light sources, the BTDF front-side emission intensity function f (θ, 0) of the light diffusion plate, and the surface of each of the plurality of light sources. A front luminance profile of the light source device, based on the triangular, trapezoidal, or quadrangular front luminance profile p (θ) in consideration of overlap in order to make the front luminance of the surface light source device constant. Set to satisfy the expression,
I (θ) = (cos θ) −2 · {f (θ, 0)} −1 · p (θ)
Surface light source device.
1光源による面光源装置の正面輝度Lは下式のように表される。
この式において、I(θ)=(cosθ)−2・{f(θ,0)}−1とすれば、1光源による面光源装置の正面輝度Lを、光源からの光の出射角θに依存することなく一定にすることができる。更に、隣接する光源による重なりを考慮して、1光源による面光源装置の正面輝度プロファイルp(θ)を三角形状、台形状、又は、四角形状とすることにより、2次元配列された複数の光源を備える面光源装置の正面輝度を一定にすることができる。すなわち、I(θ)=(cosθ)−2・{f(θ,0)}−1・p(θ)とすれば、2次元配列された複数の光源を備える面光源装置の正面輝度を一定にすることができることとなる。
The front luminance L of the surface light source device with one light source is expressed by the following equation.
In this equation, if I (θ) = (cos θ) −2 · {f (θ, 0)} − 1 , the front luminance L of the surface light source device with one light source is set to the light emission angle θ from the light source. It can be made constant without dependence. Further, in consideration of the overlap of adjacent light sources, the front luminance profile p (θ) of the surface light source device with one light source is made triangular, trapezoidal, or quadrangular, so that a plurality of light sources arranged two-dimensionally It is possible to make the front luminance of the surface light source device provided with constant. That is, if I (θ) = (cos θ) −2 · {f (θ, 0)} −1 · p (θ), the front luminance of the surface light source device having a plurality of light sources arranged two-dimensionally is constant. Will be able to.
この面光源装置によれば、複数の光源それぞれの配光分布I(θ)が、
I(θ)=(cosθ)−2・{f(θ,0)}−1・p(θ)
を満たすように設定されているので、正面輝度を一定にすることができる。したがって、この面光源装置によれば、光拡散板に特殊加工を施すことなく、輝度ムラを抑制することができる。
According to this surface light source device, the light distribution I (θ) of each of the plurality of light sources is
I (θ) = (cos θ) −2 · {f (θ, 0)} −1 · p (θ)
Since it is set to satisfy, the front luminance can be made constant. Therefore, according to this surface light source device, luminance unevenness can be suppressed without performing special processing on the light diffusion plate.
上記した正面方向出射強度関数f(θ,0)は、光拡散板のBTDFを測定することによって求め、正面輝度プロファイルp(θ)は、複数の光源の間隔l、複数の光源と光拡散板との間隔D、複数の光源それぞれの位置を基準とした複数の光源の配列方向の位置であって、三角形状、台形状、又は、四角形状の減衰開始の位置x1、減衰開始の位置x1に対する複数の光源それぞれの光の出射角θx1=ArcTan(x1/D)、及び、複数の光源それぞれの位置を基準とした複数の光源の配列方向の位置lに対する複数の光源それぞれの光の出射角θ1=ArcTan(l/D)に基づく、下式により求める、ことが好ましい。
|θ|≦θx1において、
p(θ)=1
θx1<|θ|≦ArcTan{(l−x1)/D}において、
p(θ)=(tanθ1−tanθx1−tanθ)/(tanθ1−2tanθx1)
ArcTan{(l−x1)/D}≦|θ|において、
p(θ)=0
The above-described emission intensity function f (θ, 0) in the front direction is obtained by measuring the BTDF of the light diffusing plate, and the front luminance profile p (θ) is determined by the interval l between the plurality of light sources, the plurality of light sources and the light diffusing plate. , The position in the arrangement direction of the plurality of light sources with reference to the positions of the plurality of light sources, and the attenuation start position x 1 and the attenuation start position x in a triangular, trapezoidal, or quadrangular shape. a plurality of light sources each light emission angle theta x1 = ArcTan for 1 (x 1 / D), and, each of the plurality of light sources with respect to the position l in the arrangement direction of the plurality of light sources relative to the plurality of light sources of each position light Is preferably obtained by the following equation based on the exit angle θ 1 = ArcTan (l / D).
| θ | ≦ θ x1
p (θ) = 1
In θ x1 <| θ | ≦ ArcTan {(l−x 1 ) / D},
p (θ) = (tan θ 1 −tan θ x1 −tan θ) / (tan θ 1 −2 tan θ x1 )
ArcTan {(l−x 1 ) / D} ≦ | θ |
p (θ) = 0
本発明の透過型画像表示装置は、透過型画像表示セルと、透過型画像表示セルに光を供給する面光源装置であって、上記した面光源装置と、を備える。 The transmissive image display device of the present invention includes a transmissive image display cell and a surface light source device that supplies light to the transmissive image display cell, and includes the surface light source device described above.
この透過型画像表示装置によれば、上記した面光源装置を備えているので、輝度ムラを抑制することができる。 According to this transmissive image display device, since the above-described surface light source device is provided, luminance unevenness can be suppressed.
本発明の光源は、点状の光源であって、2次元配列された複数の光源と、当該複数の光源からの光を拡散させる光拡散板とを備える面光源装置のための当該光源であって、配光分布I(θ)が、複数の光源それぞれからの光の出射角θ、光拡散板のBTDFの正面方向出射強度関数f(θ,0)、及び、複数の光源それぞれによる当該面光源装置の正面輝度プロファイルであって、当該面光源装置の正面輝度を一定にするために重なりを考慮した三角形状、台形状、又は、四角形状の当該正面輝度プロファイルp(θ)に基づく、下式を満たすように設定されている。
I(θ)=(cosθ)−2・{f(θ,0)}−1・p(θ)
The light source of the present invention is a point light source, and is a light source for a surface light source device that includes a plurality of light sources arranged two-dimensionally and a light diffusion plate that diffuses light from the plurality of light sources. The light distribution I (θ) is determined by the light emission angle θ from each of the plurality of light sources, the BTDF front emission intensity function f (θ, 0) of the light diffusing plate, and the surface by the plurality of light sources. A front luminance profile of the light source device, based on the triangular, trapezoidal, or quadrangular front luminance profile p (θ) in consideration of overlap in order to make the front luminance of the surface light source device constant. It is set to satisfy the formula.
I (θ) = (cos θ) −2 · {f (θ, 0)} −1 · p (θ)
この光源によれば、配光分布I(θ)が、
I(θ)=(cosθ)−2・{f(θ,0)}−1・p(θ)
を満たすように設定されているので、面光源装置の正面輝度を一定にすることができる。したがって、この光源によれば、光拡散板に特殊加工を要することなく、面光源装置の輝度ムラを抑制することができる。
According to this light source, the light distribution I (θ) is
I (θ) = (cos θ) −2 · {f (θ, 0)} −1 · p (θ)
Therefore, the front luminance of the surface light source device can be made constant. Therefore, according to this light source, luminance unevenness of the surface light source device can be suppressed without requiring special processing on the light diffusion plate.
本発明によれば、光拡散板に特殊加工を施すことなく、面光源装置及び透過型画像表示装置の輝度ムラを抑制することができる。 According to the present invention, luminance unevenness of the surface light source device and the transmissive image display device can be suppressed without performing special processing on the light diffusion plate.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
図1は、本発明の実施形態に係る透過型画像表示装置及び面光源装置の構成を示す断面図であり、図2は、本発明の実施形態に係る面光源装置における光源の配列を上方から示す図である。なお、図1は、図2におけるI-I線に沿う断面図であり、図1では、透過型画像表示装置が分解されて示されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a transmissive image display device and a surface light source device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 illustrates an arrangement of light sources in the surface light source device according to the embodiment of the present invention from above. FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 2. In FIG. 1, the transmissive image display device is shown in an exploded manner.
透過型画像表示装置1は、例えば液晶表示装置であり、液晶セル11の上下両面に偏光板12,13が積層されてなる透過型画像表示部10と、透過型画像表示部10の背面側(下側)に設けられた直下型の面光源装置20とを備えている。
The transmissive
液晶セル11,偏光板12,13は、従来の液晶表示装置等の透過型画像表示装置で用いられているものを用いることができる。液晶セル11としては、TFT型、STN型等の公知の液晶セルが例示される。
As the liquid crystal cell 11 and the
面光源装置20は、いわゆる直下型の面光源装置であり、2次元状に配列された複数の光源31を含む光源部30を有する。光源31としては、図3(a)に示すように(数タイプの輝度特性)、斜め方向に光を出射するバットウイングタイプやサイドエミッションタイプのLEDなどの点状光源が例示される。複数の光源31は略等間隔で配置されており、隣接する2つの光源31,31の中心間の距離をlとした場合、距離lは、例えば15mm〜150mmである。なお、光源31としてバットウイングタイプやサイドエミッションタイプのLEDを例示したが、図3(b)に示すように(数タイプの輝度特性)、真上に向けて光を出射するランバーシアンタイプなどの様々なLEDが適用可能である。光源31の詳細は後述する。
The surface
複数の光源31は、ランプボックス32内に配置されることによって支持され、ランプボックス32内における複数の光源31の間には、光反射部材33が設けられていることが好ましい。これにより、各光源31から出力された光が透過型画像表示部10側に確実に出力されるため、各光源31からの光を効率的に利用することが可能となる。
The plurality of
面光源装置20は、光源部30の前面側(図1中、上側)、すなわち、透過型画像表示部10側に光源31に対して離間して配置された光拡散板40を有している。上記光拡散板40と複数の光源31との間の離間距離をDとした場合、離間距離Dは、例えば5mm〜50mmである。面光源装置20では、薄型化を図るため、l/Dが1.5以上であり、好ましくは、l/Dは2.5以上となるように、隣接する2光源31,31間の距離l及び離間距離Dが選択されている。
The surface
光拡散板40は、各光源31の像を透過型画像表示部10に投影しないために、光源部30からの光、すなわち、各光源31からの直接光及び光反射部材33で反射した反射光を透過型画像表示部10に向けて拡散照射するためのものである。光拡散板40の厚さdは、約0.8mm〜5mm程度である。
The
光拡散板40は、透明材料、例えば透明樹脂、透明ガラスからなる。透明樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ABS樹脂(アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体樹脂)、メタクリル樹脂、MS樹脂(メタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂)、ポリスチレン樹脂、AS樹脂(アクリロニトリル-スチレン共重合体樹脂)、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂などが例示される。光拡散板40中には、液晶表示装置等の透過型画像表示装置で使用される光拡散板に含有される、光を拡散させるための拡散剤と同様の拡散剤が適宜添加されている。
The
なお、本発明の光拡散板40としては、拡散剤粒子を添加(ドープ)した拡散板に限定することなく、斜め方向から入射する光を正面方向に偏向して出射することが可能な光偏向特性を有する光偏向板を含むものとする。
The
次に、光源31について詳細に説明する。各光源31は、面光源装置20の正面輝度(すなわち、正面方向の出射強度)が一定になるように、すなわち、面光源装置20の輝度ムラを抑制するように、配光分布が設定されている。以下では、各光源31の配光分布の設定方法について説明する。
Next, the
まず、光源31の配光特性を考える。図4は、1光源31からの出射光の配光特性を説明するための図であり、図5は、光拡散板40の光照射面(光源側の面、図の下側面)における配光特性を説明するための図である。
First, consider the light distribution characteristics of the
図4に示すように、光度Iは、単位立体角Ωあたりの光束Φで表される。その配光特性I(θ)は、光の出射角θの関数として、下式(1)で表される。
図5に示すように、光源31と光拡散板40との距離D、出射角θの光束Φの光拡散板40における照射位置x(θ=0°のときx=0)とすると、光拡散板40における光束Φの広がりΔlは下式(2)で表される。
よって、光拡散板40に対する照度Eは下式(3)で表される。
Therefore, the illuminance E with respect to the
次に、光拡散板40の配光特性、すなわちBSDF(BidirectionalScattering Distribution Function)、特にBTDF(BidirectionalTransmission Distribution Function)を考える。図6は、光拡散板40のBTDFの出射角依存性を説明するための図であり、図7は、光拡散板40のBTDFの正面方向出射強度の入射角依存性を説明するための図である。
Next, the light distribution characteristic of the
図6に示すように、光拡散板40への光の入射角θの光度Iiと光拡散板40からの光の出射角ψの光度Ioとは、入射角θ及び出射角ψの関数f(θ,ψ)として、下式(4)で表される。
図7に示すように、面光源装置20の正面輝度としては正面方向ψ=0°の出射強度が重要であるため、上記(4)式を正面方向出射強度の関数f(θ,0)に置き換えると、下式(4)で表される。
次に、光源31と光拡散板40との組合せの配光特性を考える。図8は、光源31と光拡散板40との組合せの配光特性を説明するための図である。正面輝度Lは、上記(3)式及び(5)式より、下式(6)で表される。
上記(6)式において、I(θ)・cos2θ・f(θ,0)がθによらず一定であるならば、ひいては位置xによらず一定であるならば、正面輝度Lをフラットにすることができる。すなわち、下式(7)を満たすような配光分布I(θ)を光源31の配光特性に設定すれば、正面輝度Lを一定にすることができることとなる。
次に、複数の光源31と光拡散板40との組合せの配光特性を考える。図9は、複数の光源31と光拡散板40との組合せの配光特性を説明するための図である。面光源装置20では、複数の光源31が格子配列されているので、隣接する光源31による正面輝度プロファイルg(x)の重なりを考慮する必要がある。例えば、各光源31による正面輝度プロファイルg(x)を三角形状、台形状、又は、四角形状にすれば、隣接する光源31による正面輝度プロファイルg(x)の重なり部分でも正面輝度を一定にすることができる。
Next, consider the light distribution characteristics of the combination of the plurality of
ここで、光源31の配列方向の位置xと光源31からの光の出射角θとは1対1対応であるので、正面輝度プロファイルg(x)は、θの関数p(θ)に置き換えることが可能である。このp(θ)を上記(7)式に乗算すると、下式(8)が求められる。
すなわち、上式(8)を満たすような配光分布I(θ)を各光源31の配光特性に設定すれば、正面輝度を一定にすることができることとなる。なお、配光分布I(θ)及び正面輝度プロファイルp(θ)としては、特に断りがない限り規格化した値が用いられる。
Here, since the position x in the arrangement direction of the
That is, if the light distribution I (θ) that satisfies the above equation (8) is set to the light distribution characteristic of each
具体的には、まず、光拡散板40のBTDFの正面方向出射強度関数f(θ,0)は、使用する光拡散板のBTDF(又は、BSDF)を、例えば変角光度計を用いて実測することによって求める。
Specifically, first, the BTDF front emission intensity function f (θ, 0) of the
次に、正面輝度プロファイルp(θ)は、得たい正面輝度プロファイルに基づいて、以下のように求める。図10、11は、正面輝度プロファイルp(θ)を示す図である。図10には、光源31が位置x=・・・、−3l、−2l、−l、0、l、2l、3l、・・・に配置されたときの光源31ごとの規格化正面輝度分布g(x)、すなわち、正面輝度プロファイルp(θ)が示されている。
Next, the front luminance profile p (θ) is obtained as follows based on the desired front luminance profile. 10 and 11 are diagrams showing the front luminance profile p (θ). FIG. 10 shows the normalized front luminance distribution for each
例えば、図10に示すように、台形状の規格化正面輝度分布g(x)を得たい場合、各光源31の位置を基準とした光源31の配列方向の位置であって、正面輝度Lの減衰開始位置をx1(0≦x1≦l/2)とすると、
|x|≦x1において、
g(x)=1とし、
x1<|x|≦l−x1において、
g(x)=(l−x1−x)/(l−2x1)とし、
l−x1<|x|において、
g(x)=0とする。
なお、図11に示すように、x1=0のとき三角形状、0<x1<l/2のとき台形状、x1=l/2のとき四角形状の規格化正面輝度分布g(x)を得ることができる。
For example, as shown in FIG. 10, when it is desired to obtain a trapezoidal normalized front luminance distribution g (x), the position in the arrangement direction of the
| x | ≦ x 1
g (x) = 1,
In x 1 <| x | ≦ l−x 1 ,
g (x) = (l−x 1 −x) / (l−2x 1 )
In l−x 1 <| x |
Let g (x) = 0.
As shown in FIG. 11, the normalized front luminance distribution g (x (x) is triangular when x 1 = 0, trapezoidal when 0 <x 1 <l / 2, and square when x 1 = l / 2. ) Can be obtained.
ここで、tanθ=x/Dであることから、減衰開始位置x1に対する光源31の光の出射角θx1=ArcTan(x1/D)、位置lに対する光源31の光の出射角θ1=ArcTan(l/D)となり、g(x)をθの関数p(θ)に変換すると、
|θ|≦θx1において、
p(θ)=1であり、
θx1<|θ|≦ArcTan{(l−x1)/D}において、
p(θ)=(tanθl−tanθx1−tanθ)/(tanθl−2tanθx1)であり、
ArcTan{(l−x1)/D}≦|θ|において、
p(θ)=0となる。
Here, since tan θ = x / D, the light emission angle θ x1 of the
| θ | ≦ θ x1
p (θ) = 1,
In θ x1 <| θ | ≦ ArcTan {(l−x 1 ) / D},
p (θ) = (tan θ 1 −tan θ x1 −tan θ) / (tan θ 1 −2 tan θ x1 ),
ArcTan {(l−x 1 ) / D} ≦ | θ |
p (θ) = 0.
このように、光拡散板40のBTDFの正面方向出射強度関数f(θ,0)を実測により求め、各光源31による正面輝度プロファイルp(θ)を決めることによって、上記(8)式より、各光源31の配光分布I(θ)の設定を求めることができる。
In this way, by calculating the front direction emission intensity function f (θ, 0) of the BTDF of the
求めた各光源31の配光分布I(θ)の設定は、例えば、LED中の半導体チップを覆う樹脂形状や半導体チップの発光面側に設けられるレンズ形状などによって実現可能である。
The setting of the obtained light distribution I (θ) of each
このように、本実施形態の面光源装置20によれば、複数の光源31それぞれの配光分布I(θ)が、
I(θ)=(cosθ)−2・{f(θ,0)}−1・p(θ)
を満たすように設定されているので、正面輝度を一定にすることができる。したがって、本実施形態の面光源装置20によれば、光拡散板40に特殊加工を施すことなく、輝度ムラを抑制することができる。
Thus, according to the surface
I (θ) = (cos θ) −2 · {f (θ, 0)} −1 · p (θ)
Since it is set to satisfy, the front luminance can be made constant. Therefore, according to the surface
また、本実施形態の透過型画像表示装置1によれば、この面光源装置20を備えているので、輝度ムラを抑制することができる。
Further, according to the transmissive
また、本実施形態の光源31によれば、上記したように配光分布I(θ)が、
I(θ)=(cosθ)−2・{f(θ,0)}−1・p(θ)
を満たすように設定されているので、面光源装置の正面輝度を一定にすることができる。したがって、本実施形態の光源31によれば、光拡散板40に特殊加工を要することなく、面光源装置20の輝度ムラを抑制することができる。
Further, according to the
I (θ) = (cos θ) −2 · {f (θ, 0)} −1 · p (θ)
Therefore, the front luminance of the surface light source device can be made constant. Therefore, according to the
なお、本発明の思想によれば、上記(8)式を変形した下式(9)に基づいて光拡散板40のBTDFの正面方向出射強度関数f(θ,0)を設定することも考えられる。
しかしながら、光拡散板としては、透明材料に拡散剤粒子を分散したものを使用することが多く、この種の光拡散板では、規定の全光線透過率になるように拡散剤濃度を設定すると、BSDF、すなわちBTDFを自由に設定することが困難となる。したがって、本発明のように、各光源31に配光分布I(θ)を設定することが好ましい。
According to the idea of the present invention, it is also possible to set the BTDF front emission intensity function f (θ, 0) of the BTDF of the
However, as the light diffusing plate, a material in which diffusing agent particles are dispersed in a transparent material is often used. With this type of light diffusing plate, when the diffusing agent concentration is set so as to have a prescribed total light transmittance, It becomes difficult to set BSDF, that is, BTDF freely. Therefore, it is preferable to set the light distribution I (θ) for each
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
以下、実施例1〜8に基づいて、本発明の光源31の配光分布I(θ)の設定方法をより具体的に説明する。
(実施例1)
Hereinafter, based on Examples 1-8, the setting method of the light distribution I ((theta)) of the
Example 1
まず、光拡散板40のBTDFf(θ,ψ)を測定した。光拡散板40としては、以下の5種の住友化学株式会社製スミペックス(登録商標)Eを使用した。
RM871S(厚さ2mm、全光線透過率Tt=53%)
RM861S(厚さ2mm、全光線透過率Tt=55%)
RM862S(厚さ2mm、全光線透過率Tt=60%)
RM863S(厚さ2mm、全光線透過率Tt=65%)
RM864S(厚さ2mm、全光線透過率Tt=70%)
測定装置としては、日本電色工業株式会社製GC5000L型変角光度計を用い、透過測定モードを使用した。なお、光源の角度を手動で変更して、光の入射角θを0°から75°まで5°間隔で設定した。それぞれの入射角θに対して、出射角ψ=−85°〜85°の範囲で測定を実施し、BTDF(BSDF)f(θ,ψ)を取得した。図12〜図16に各光拡散板40のBTDFf(θ,ψ)の測定結果を示す。図12〜図16において、四角枠部分、すなわち出射角ψ=0°の測定結果より、BTDFの正面方向出射強度関数f(θ,0)を得た。
First, BTDFf (θ, ψ) of the
RM871S (
RM861S (
RM862S (
RM863S (
RM864S (
As a measuring device, a GC5000L type variable angle photometer manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd. was used, and a transmission measurement mode was used. In addition, the angle of the light source was changed manually, and the incident angle θ of the light was set from 0 ° to 75 ° at intervals of 5 °. For each incident angle θ, measurement was performed in the range of the emission angle ψ = −85 ° to 85 ° to obtain BTDF (BSDF) f (θ, ψ). 12 to 16 show the measurement results of BTDFf (θ, ψ) of each
次に、正面輝度プロファイルp(θ)を決めた。実施例1では、光源31の配置をl/D=3.0とし、正面輝度プロファイルp(θ)における減衰開始位置をx1=0.0Dとした。すなわち、正面輝度プロファイルp(θ)を三角形状とした。
Next, a front luminance profile p (θ) was determined. In Example 1, the arrangement of the
次に、求めたp(θ)及びf(θ,0)を用い、上記(8)式より、各光源31の配光分布I(θ)を求めた。図17に、求めたI(θ)をグラフ化する。図17に示す配光分布I(θ)を各光源31に設定することによって、出射角θに依存することなく、面光源装置20の正面輝度を一定にすることができた。すなわち、光拡散板40に特殊加工を施すことなく、面光源装置20の輝度ムラを低減することができた。
(実施例2)
Next, using the obtained p (θ) and f (θ, 0), the light distribution I (θ) of each
(Example 2)
まず、実施例1と同様に、光拡散板40のBTDFの正面方向出射強度関数f(θ,0)を実測から求めた。
First, as in Example 1, the BTDF front-direction emission intensity function f (θ, 0) of the
次に、正面輝度プロファイルp(θ)を決めた。実施例2では、光源31の配置をl/D=3.0とし、正面輝度プロファイルp(θ)における減衰開始位置をx1=0.5Dとした。すなわち、正面輝度プロファイルp(θ)を台形状とした。
Next, a front luminance profile p (θ) was determined. In Example 2, the arrangement of the
次に、求めたp(θ)及びf(θ,0)を用い、上記(8)式より、各光源31の配光分布I(θ)を求めた。図18に、求めたI(θ)をグラフ化する。図18に示す配光分布I(θ)を各光源31に設定することによって、出射角θに依存することなく、面光源装置20の正面輝度を一定にすることができた。すなわち、光拡散板40に特殊加工を施すことなく、面光源装置20の輝度ムラを低減することができた。
(実施例3)
Next, using the obtained p (θ) and f (θ, 0), the light distribution I (θ) of each
(Example 3)
まず、実施例1と同様に、光拡散板40のBTDFの正面方向出射強度関数f(θ,0)を実測から求めた。
First, as in Example 1, the BTDF front-direction emission intensity function f (θ, 0) of the
次に、正面輝度プロファイルp(θ)を決めた。実施例3では、光源31の配置をl/D=3.0とし、正面輝度プロファイルp(θ)における減衰開始位置をx1=1.0Dとした。すなわち、正面輝度プロファイルp(θ)を台形状とした。
Next, a front luminance profile p (θ) was determined. In Example 3, the arrangement of the
次に、求めたp(θ)及びf(θ,0)を用い、上記(8)式より、各光源31の配光分布I(θ)を求めた。図19に、求めたI(θ)をグラフ化する。図19に示す配光分布I(θ)を各光源31に設定することによって、出射角θに依存することなく、面光源装置20の正面輝度を一定にすることができた。すなわち、光拡散板40に特殊加工を施すことなく、面光源装置20の輝度ムラを低減することができた。
(実施例4)
Next, using the obtained p (θ) and f (θ, 0), the light distribution I (θ) of each
Example 4
まず、実施例1と同様に、光拡散板40のBTDFの正面方向出射強度関数f(θ,0)を実測から求めた。
First, as in Example 1, the BTDF front-direction emission intensity function f (θ, 0) of the
次に、正面輝度プロファイルp(θ)を決めた。実施例4では、光源31の配置をl/D=3.0とし、輝度プロファイルp(θ)における減衰開始位置をx1=1.5Dとした。すなわち、正面輝度プロファイルp(θ)を四角形状とした。
Next, a front luminance profile p (θ) was determined. In Example 4, the arrangement of the
次に、求めたp(θ)及びf(θ,0)を用い、上記(8)式より、各光源31の配光分布I(θ)を求めた。図20に、求めたI(θ)をグラフ化する。図20に示す配光分布I(θ)を各光源31に設定することによって、出射角θに依存することなく、面光源装置20の正面輝度を一定にすることができた。すなわち、光拡散板40に特殊加工を施すことなく、面光源装置20の輝度ムラを低減することができた。
(実施例5)
Next, using the obtained p (θ) and f (θ, 0), the light distribution I (θ) of each
(Example 5)
まず、実施例1と同様に、光拡散板40のBTDFの正面方向出射強度関数f(θ,0)を実測から求めた。
First, as in Example 1, the BTDF front-direction emission intensity function f (θ, 0) of the
次に、正面輝度プロファイルp(θ)を決めた。実施例5では、光源31の配置をl/D=4.5とし、正面輝度プロファイルp(θ)における減衰開始位置をx1=0.0Dとした。すなわち、正面輝度プロファイルp(θ)を三角形状とした。
Next, a front luminance profile p (θ) was determined. In Example 5, the arrangement of the
次に、求めたp(θ)及びf(θ,0)を用い、上記(8)式より、各光源31の配光分布I(θ)を求めた。図21に、求めたI(θ)をグラフ化する。図21に示す配光分布I(θ)を各光源31に設定することによって、出射角θに依存することなく、面光源装置20の正面輝度を一定にすることができた。すなわち、光拡散板40に特殊加工を施すことなく、面光源装置20の輝度ムラを低減することができた。
(実施例6)
Next, using the obtained p (θ) and f (θ, 0), the light distribution I (θ) of each
(Example 6)
まず、実施例1と同様に、光拡散板40のBTDFの正面方向出射強度関数f(θ,0)を実測から求めた。
First, as in Example 1, the BTDF front-direction emission intensity function f (θ, 0) of the
次に、正面輝度プロファイルp(θ)を決めた。実施例6では、光源31の配置をl/D=4.5とし、正面輝度プロファイルp(θ)における減衰開始位置をx1=0.75Dとした。すなわち、正面輝度プロファイルp(θ)を台形状とした。
Next, a front luminance profile p (θ) was determined. In Example 6, the arrangement of the
次に、求めたp(θ)及びf(θ,0)を用い、上記(8)式より、各光源31の配光分布I(θ)を求めた。図22に、求めたI(θ)をグラフ化する。図22に示す配光分布I(θ)を各光源31に設定することによって、出射角θに依存することなく、面光源装置20の正面輝度を一定にすることができた。すなわち、光拡散板40に特殊加工を施すことなく、面光源装置20の輝度ムラを低減することができた。
(実施例7)
Next, using the obtained p (θ) and f (θ, 0), the light distribution I (θ) of each
(Example 7)
まず、実施例1と同様に、光拡散板40のBTDFの正面方向出射強度関数f(θ,0)を実測から求めた。
First, as in Example 1, the BTDF front-direction emission intensity function f (θ, 0) of the
次に、正面輝度プロファイルp(θ)を決めた。実施例7では、光源31の配置をl/D=4.5とし、正面輝度プロファイルp(θ)における減衰開始位置をx1=1.5Dとした。すなわち、正面輝度プロファイルp(θ)を台形状とした。
Next, a front luminance profile p (θ) was determined. In Example 7, the arrangement of the
次に、求めたp(θ)及びf(θ,0)を用い、上記(8)式より、各光源31の配光分布I(θ)を求めた。図23に、求めたI(θ)をグラフ化する。図23に示す配光分布I(θ)を各光源31に設定することによって、出射角θに依存することなく、面光源装置20の正面輝度を一定にすることができた。すなわち、光拡散板40に特殊加工を施すことなく、面光源装置20の輝度ムラを低減することができた。
(実施例8)
Next, using the obtained p (θ) and f (θ, 0), the light distribution I (θ) of each
(Example 8)
まず、実施例1と同様に、光拡散板40のBTDFの正面方向出射強度関数f(θ,0)を実測から求めた。
First, as in Example 1, the BTDF front-direction emission intensity function f (θ, 0) of the
次に、正面輝度プロファイルp(θ)を決めた。実施例8では、光源31の配置をl/D=4.5とし、正面輝度プロファイルp(θ)における減衰開始位置をx1=2.25Dとした。すなわち、正面輝度プロファイルp(θ)を四角形状とした。
Next, a front luminance profile p (θ) was determined. In Example 8, the arrangement of the
次に、求めたp(θ)及びf(θ,0)を用い、上記(8)式より、各光源31の配光分布I(θ)を求めた。図24に、求めたI(θ)をグラフ化する。図24に示す配光分布I(θ)を各光源31に設定することによって、出射角θに依存することなく、面光源装置20の正面輝度を一定にすることができた。すなわち、光拡散板40に特殊加工を施すことなく、面光源装置20の輝度ムラを低減することができた。
Next, using the obtained p (θ) and f (θ, 0), the light distribution I (θ) of each
なお、図17〜図24において、光拡散板RM863S及びRM864Sに関して出射角θ=0°付近Aで変動が大きい原因は、図15、16に示すように、RM863S及びRM864Sは透明度が比較的高いことにより、素抜け成分が多いことであると考えられる。これより、透明度が比較的高い光拡散板を用いる場合には、出射角θ=0°付近Aの配光分布を細かく調整する必要があると考えられる。 In FIGS. 17 to 24, the reason why the fluctuation is large in the vicinity of the emission angle θ = 0 ° A with respect to the light diffusion plates RM863S and RM864S is that RM863S and RM864S have relatively high transparency as shown in FIGS. Therefore, it can be considered that there are many unclear components. Accordingly, when using a light diffusion plate having a relatively high transparency, it is considered necessary to finely adjust the light distribution in the vicinity of the emission angle θ = 0 °.
1…透過型画像表示装置1、10…透過型画像表示部、11…液晶セル、12,13…偏光板、20…面光源装置、30…光源部、31…光源、32…ランプボックス、33…光反射部材、40…光拡散板。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記複数の光源からの光を拡散させる光拡散板と、
を備える面光源装置において、
前記複数の光源それぞれの配光分布I(θ)は、前記複数の光源それぞれからの光の出射角θ、前記光拡散板のBTDFの正面方向出射強度関数f(θ,0)、及び、前記複数の光源それぞれによる当該面光源装置の正面輝度プロファイルであって、当該面光源装置の正面輝度を一定にするために重なりを考慮した三角形状、台形状、又は、四角形状の当該正面輝度プロファイルp(θ)に基づく、下式を満たすように設定されている、
I(θ)=(cosθ)−2・{f(θ,0)}−1・p(θ)
面光源装置。 A plurality of light sources arranged in a two-dimensional manner,
A light diffusing plate for diffusing light from the plurality of light sources;
In a surface light source device comprising:
The light distribution I (θ) of each of the plurality of light sources is an emission angle θ of light from each of the plurality of light sources, a front direction emission intensity function f (θ, 0) of the BTDF of the light diffusion plate, and the A front luminance profile of the surface light source device by each of a plurality of light sources, the front luminance profile p having a triangular shape, a trapezoidal shape, or a quadrangular shape in consideration of overlap in order to make the front luminance of the surface light source device constant. Based on (θ), set to satisfy the following formula,
I (θ) = (cos θ) −2 · {f (θ, 0)} −1 · p (θ)
Surface light source device.
前記正面輝度プロファイルp(θ)は、前記複数の光源の間隔l、前記複数の光源と前記光拡散板との間隔D、前記複数の光源それぞれの位置を基準とした前記複数の光源の配列方向の位置であって、前記三角形状、台形状、又は、四角形状の減衰開始の位置x1、前記減衰開始の位置x1に対する前記複数の光源それぞれの光の出射角θx1=ArcTan(x1/D)、及び、前記複数の光源それぞれの位置を基準とした前記複数の光源の配列方向の位置lに対する前記複数の光源それぞれの光の出射角θ1=ArcTan(l/D)に基づく、下式により求める、
|θ|≦θx1において、
p(θ)=1
θx1<|θ|≦ArcTan{(l−x1)/D}において、
p(θ)=(tanθ1−tanθx1−tanθ)/(tanθ1−2tanθx1)
ArcTan{(l−x1)/D}≦|θ|において、
p(θ)=0
請求項1に記載の面光源装置。 The front-direction outgoing intensity function f (θ, 0) is obtained by measuring BTDF of the light diffusion plate,
The front luminance profile p (θ) includes an interval l between the plurality of light sources, an interval D between the plurality of light sources and the light diffusing plate, and an arrangement direction of the plurality of light sources based on the positions of the plurality of light sources. a position, the triangular, trapezoidal, or the position x 1 of rectangular attenuation start, the plurality of light sources each light emission angle theta x1 = ArcTan respect to the position x 1 of the attenuation start (x 1 / D), and an emission angle θ 1 of each of the plurality of light sources with respect to a position l in the arrangement direction of the plurality of light sources with respect to the position of each of the plurality of light sources, based on ArcTan (l / D). Obtained by the following formula,
| θ | ≦ θ x1
p (θ) = 1
In θ x1 <| θ | ≦ ArcTan {(l−x 1 ) / D},
p (θ) = (tan θ 1 −tan θ x1 −tan θ) / (tan θ 1 −2 tan θ x1 )
ArcTan {(l−x 1 ) / D} ≦ | θ |
p (θ) = 0
The surface light source device according to claim 1.
前記透過型画像表示セルに光を供給する面光源装置であって、請求項1に記載の当該面光源装置と、
を備える、透過型画像表示装置。 A transmissive image display cell;
A surface light source device for supplying light to the transmissive image display cell, wherein the surface light source device according to claim 1;
A transmissive image display device.
配光分布I(θ)が、前記複数の光源それぞれからの光の出射角θ、前記光拡散板のBTDFの正面方向出射強度関数f(θ,0)、及び、前記複数の光源それぞれによる当該面光源装置の正面輝度プロファイルであって、当該面光源装置の正面輝度を一定にするために重なりを考慮した三角形状、台形状、又は、四角形状の当該正面輝度プロファイルp(θ)に基づく、下式を満たすように設定されている、
I(θ)=(cosθ)−2・{f(θ,0)}−1・p(θ)
光源。 A point light source, which is a light source for a surface light source device including a plurality of light sources arranged two-dimensionally and a light diffusion plate for diffusing light from the plurality of light sources,
The light distribution I (θ) is an emission angle θ of light from each of the plurality of light sources, a front direction emission intensity function f (θ, 0) of the BTDF of the light diffusing plate, and the plurality of light sources. A front luminance profile of the surface light source device, based on the front luminance profile p (θ) in a triangular shape, trapezoidal shape, or quadrangular shape in consideration of overlap in order to make the front luminance of the surface light source device constant. It is set to satisfy the following formula,
I (θ) = (cos θ) −2 · {f (θ, 0)} −1 · p (θ)
light source.
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