JP5670794B2 - 面状照明装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、直下型のバックライトユニットでは、光量分布を均一にするために、液晶表示パネルに対して垂直方向の厚みが30mm程度必要であり、これ以上の薄型化が困難である。
このような、導光板を用いたバックライトユニットとしては、透明樹脂に光を散乱させるための散乱粒子を混入させた、側面から光を入射し、表面から光を出射する板状の導光板を用いる方式のバックライトユニットが提案されている。
また、特許文献2には、光散乱導光体と、光散乱導光体の光取出面側に配置されたプリズムシートと、光散乱導光体の裏面側に配置された反射体とを備えた面光源装置が記載されている。また、特許文献3には、プリズム列状の繰り返し起伏を有する光入射面と、光拡散性を与えられた光出射面とを備えた板状の光学材料からなる光出射方向修正素子を備えた液晶ディスプレイが記載され、特許文献4には、内部に散乱能を与えられた光散乱導光体と、前記光散乱導光体の端面部から光供給を行う光供給手段とを備えた光源装置が記載されている。
また、特許文献11には、2層からなる導光板であり、第1層と第2層との境界面が端部から導光板の中央に向かうに従って、光出射面に近づく方向に傾斜した傾斜面である導光板(断面形状が二等辺三角形)が開示されている。
また、光入射面とは反対側の端部に反射部材を配置し、入射した光を多重反射させて光出射面から出射させる方法もあるが、大型化するためには導光板を厚くする必要があり、重くなり、コストも高くなる。また、光源の写りこみが生じ、輝度むら及び/または照度むらとなるという問題もある。
特許文献10に記載の面状照明装置では、確かに導光板の光出射面を凹面としているが、導光板全体に散乱粒子が均一に混合されており、光学特性上、さらに薄型化することは困難であった。また、光入射面が小さいことから導光板の重量を増加させずに光利用効率(入射効率)を向上させることができなかった。
一方、光入射面近傍の領域で散乱粒子の粒子濃度が高いと、光入射面から入射した光が、光入射面近傍の領域で反射されて、光入射面から戻り光として出射したり、筺体に覆われていて利用されない光入射面付近の領域からの出射光が増加するおそれがある。
また、本発明の別の目的は、入射した光が光入射面から出射される戻り光や、筺体に覆われていて利用されない光入射面付近の領域からの出射光を低減し、光出射面の有効な領域から出射する光の利用効率を向上させることができる導光板を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、入射した光を、光入射面近傍で十分に拡散し、光入射面近傍から出射される出射光に、光源の配置間隔等に起因する輝線(暗線、ムラ)が視認されることを防止することができる導光板を提供することにある。
また、前記導光板の前記光入射面が前記光出射面の対向する2つの端辺側に設けられた2つの光入射面であり、2つの光入射面それぞれの側に、前記第1極大値を有するのが好ましい。
また、前記導光板の前記第2層の厚さが前記光出射面の中央部で最も厚いのが好ましい。
あるいは、前記導光板の前記光入射面が前記光出射面の1つの端辺側に設けられ、1つの前記第1極大値を有するのが好ましい。
あるいは、前記Npoと前記Nprの範囲が、0wt%<Npo<0.15wt%、かつ、Npo<Npr<0.8wt%を満たすのが好ましい。
また、前記導光板の前記背面が、前記光出射面に平行な平面であるのが好ましい。
また、前記マイクロレンズフィルムの前記マイクロボールレンズは、前記フィルム上にランダムに配置されていることが好ましい。
あるいは、前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムとプリズムシートとからなり、前記マイクロレンズフィルムの前記マイクロボールレンズの直径をDL、高さをHLとすると、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの関係が、0.17≦HL/DL<0.5を満足することが好ましい。
あるいは、前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムと拡散シートとからなり、前記マイクロレンズフィルムの前記マイクロボールレンズの直径をDL、高さをHLとすると、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの関係が、0.3≦HL/DL<0.5を満足することが好ましい。
あるいは、前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムとプリズムシートと拡散シートとからなり、前記マイクロレンズフィルムの前記マイクロボールレンズの直径をDL、高さをHLとすると、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの関係が、0.8≦HL/DL<0.5を満足することが好ましい。
あるいは、前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08以上、0.3以下で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、1.0〜1.9であることが好ましい。
あるいは、前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08以上、0.25以下で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.7〜4.2であることが好ましい。
あるいは、前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08以上、0.17以下で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.7〜7.2であることが好ましい。
あるいは、前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムとプリズムシートとからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.17以上、0.42以下で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.1〜1.3であることが好ましい。
あるいは、前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムとプリズムシートとからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08以上、0.17以下で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.2〜1.9であることが好ましい。
あるいは、前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムと拡散シートとからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08以上、0.3以下で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.4〜1.9であることが好ましい。
あるいは、前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムと拡散シートとからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.4〜4.2であることが好ましい。
あるいは、前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムとプリズムシートと拡散シートとからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08以上、0.17以下で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.1〜1.9であることが好ましい。
また、本発明によれば、光入射面近傍の散乱粒子の濃度を低くするので、光入射面から出射される戻り光や、筺体に覆われていて利用されない光入射面付近の領域からの出射光を少なくすることができ、光出射面の有効な領域から出射する光の利用効率を向上させることができる。
また、本発明によれば、マイクロレンズフィルムを組み合わせることにより、出射光の正面輝度を向上させることができ、光の利用効率を向上させることができる。
また、本発明によれば、光入射面近傍に、合成粒子濃度の第1極大値を有するので、光入射面から入射した光を十分に拡散することができ、光入射面近傍で、光源の配置間隔等に起因する輝線(暗線、ムラ)が発生することを防止することができる。
図1は、本発明に係る面状照明装置を備える液晶表示装置の概略を示す斜視図であり、図2は、図1に示した液晶表示装置のII−II線断面図である。
また、図3(A)は、図2に示した面状照明装置(以下「バックライトユニット」ともいう。)のIII−III線矢視図であり、図3(B)は、(A)のB−B線断面図である。
駆動ユニット14は、液晶表示パネル12内の透明電極に電圧をかけ、液晶分子の向きを変えて液晶表示パネル12を透過する光の透過率を制御する。
以下、バックライトユニット20を構成する各構成部品について説明する。
図4(A)は、図1および図2に示すバックライトユニット20の光源28の概略構成を示す概略斜視図であり、図4(B)は、図4(A)に示す光源28の1つのLEDチップのみを拡大して示す概略斜視図である。
図4(A)に示すように、光源28は、複数の発光ダイオードのチップ(以下「LEDチップ」という)50と、光源支持部52とを有する。
つまり、LEDチップ50の発光ダイオードの表面から出射された青色光が蛍光物質を透過すると、蛍光物質が蛍光する。これにより、LEDチップ50からは、発光ダイオードが出射した青色光と、蛍光物質が蛍光して出射された光とにより白色光が生成され、出射される。
ここで、LEDチップ50としては、GaN系発光ダイオード、InGaN系発光ダイオード等の表面にYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光物質を塗布したチップが例示される。
光源支持部52は、導光板30の光入射面(30c、30d)に対向する面となる側面に、複数のLEDチップ50を、互いに所定間隔離間した状態で支持している。具体的には、光源28を構成する複数のLEDチップ50は、後述する導光板30の第1光入射面30cまたは第2光入射面30dの長手方向に沿って、言い換えれば、光出射面30aと第1光入射面30cとが交わる線と平行に、または、光出射面30aと第2光入射面30dとが交わる線と平行に、アレイ状に配列され、光源支持部52上に固定されている。
光源支持部52は、銅やアルミニウム等の熱伝導性の良い金属で形成されており、LEDチップ50から発生する熱を吸収し、外部に放散させるヒートシンクとしての機能も有する。なお、光源支持部52には、表面積を広くし、かつ、放熱効果を高くすることができるフィンを設けても、熱を放熱部材に伝熱するヒートパイプを設けてもよい。
LEDチップ50を長方形形状とすることにより、大光量の出力を維持しつつ、薄型な光源とすることができる。光源28を薄型化することにより、バックライトユニットを薄型にすることができる。また、LEDチップの配置個数を少なくすることができる。
図5は、導光板の形状を示す概略斜視図である。
導光板30は、図2、図3および図5に示すように、長方形形状の光出射面30aと、この光出射面30aの長辺側の両端面に、光出射面30aに対してほぼ垂直に形成された2つの光入射面(第1光入射面30cと第2光入射面30d)と、光出射面30aの反対側、つまり、導光板30の背面側に位置し平面である背面30bとを有している。
このようにバックライトユニット20は、2つの光源28が、導光板30をはさみこむように配置されている。つまり、所定間隔離間して、向い合って配置された2つの光源28の間に導光板30が配置されている。
具体的には、境界面zは、導光板30の中央部の、光出射面30aに向かって凸の曲線と、この凸の曲線に滑らかに接続された凹の曲線と、この凹の曲線と接続され、光入射面30c、30dの背面30b側の端部に接続する凹の曲線とからなる。また、光入射面30c、30d上では、第2層62の厚さが0となる。
また、光入射面30c、30d近傍に、合成粒子濃度の第1極大値を配置することによって、光入射面30c、30dから入射した光を、光入射面近傍で十分に拡散し、光入射面近傍から出射される出射光に、光源の配置間隔等に起因する輝線(暗線、ムラ)が視認されることを防止することができる。
また、合成粒子濃度の第1極大値となる位置よりも光入射面30c、30d側の領域を、第1極大値よりも低い合成粒子濃度とすることによって、入射した光が光入射面から出射される戻り光や、筺体に覆われていて利用されない光入射面付近の領域(ミキシングゾーンM)からの出射光を低減し、光出射面の有効な領域(有効画面エリアE)から出射する光の利用効率を向上させることができる。
また、境界面zの形状を調整することで、輝度分布(散乱粒子の濃度分布)も任意に設定することができ、効率を最大限に向上できる。
また、光出射面側の層の粒子濃度を低くするので、全体での散乱粒子の量を少なくすることができ、コストダウンにもつながる。
このような導光板30は、押出成形法や射出成形法を用いて製造することができる。
導光板30の第1層60と第2層62とが上記関係を満たすことで、導光板30は、粒子濃度が低い第1層60では、入射した光をあまり散乱せずに導光板30の奥(中央)まで導光することができ、導光板の中央に近づくにつれて、粒子濃度が高い第2層により光を散乱して、光出射面30aから出射する光の量を増やすことができる。つまり、より光の利用効率を高めつつ、好適な割合で照度分布を中高にすることができる。
ここで、粒子濃度[wt%]とは、母材の重量に対する散乱粒子の重量の割合である。
導光板30の第1層60と第2層62とが上記関係を満たすことでも、より光の利用効率を高めつつ、好適な割合で照度分布を中高にすることができる。
導光板を厚さ1mm以下のフィルム状の導光シートとした場合でも、2層の導光板とすることで、より光の利用効率を高めつつ、好適な割合で照度分布を中高にすることができる。
なお、図6(A)〜(E)に示す導光板100、110、120、130および140は、図3に示す導光板30において、ミキシングゾーンMにおける第1層および第2層の厚さ、すなわち、光入射面30c、30dから第1極大値の位置までの境界面zの形状を変更した以外は、同じ構成を有するので、同じ部位には、同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行なう。
光学部材ユニット32は、導光板30の光出射面30aから出射された照明光をより輝度むら及び照度むらのない光にして、照明装置本体24の光出射面24aから出射するためのもので、図2に示すように、光学部材ユニット32は、導光板30の光出射面30aに対面して配置されたマイクロレンズフィルム32aと、マイクロレンズフィルム32aの光を出射する側の面に対面して配置されたプリズムシート32bと、プリズムシート32bの光を出射する側の面に対面して配置されたマイクロレンズフィルム32cとを有する。光出射面30aから出射された光は、マイクロレンズフィルム32a、プリズムシート32b、および、マイクロレンズフィルム32cを順次、通過して照明装置本体の光出射面から出射される。
図7(A)および(B)に示すように、マイクロレンズフィルム32aおよびマイクロレンズフィルム32cは、透明なフィルム上に、球面状のマイクロボールレンズを最密充填で配列し、複数、形成したものであり、入射した光をフィルムに垂直な方向に集光する。
図示例のマイクロボールレンズは、球面の半径がRSで、レンズの直径がDL、高さがHLのマイクロレンズである。
図示例の導光板30のように、導光板内部に散乱粒子を混錬分散し、導光板の側面から光を入射し、表面から光を出射する導光板(バックライトユニット)は、光の入射方向と出射方向とが90°異なり、導光板の内部で光を散乱することで光を出射方向に導く。ここで、散乱粒子による光の散乱は、前方散乱である。そのため、光出射面30aから出射される照明光は、光出射面30aに垂直な方向のみでなく、光出射面30aに垂直な方向に対して角度を持った種々の方向に出射される。従って、出射光の正面輝度(光出射面に垂直な方向の輝度)が低くなるおそれがある。
また、印刷等の他の方式の導光板と比較して、出射光の角度分布が、均一な分布を有する、内部に散乱粒子を混錬分散させた導光板に、正面輝度を向上させる効果を有するマイクロレンズフィルムを組み合わせることによって、より好適に正面輝度の向上を図ることができる。
従って、マイクロボールレンズの直径DLを、10〜100μmの範囲とすることにより、導光板30の光出射面30aから出射され、フィルムに入射する照明光を好適に集光することができ、正面輝度を向上させることができ、光の利用効率を向上させることができる。
従って、マイクロボールレンズの高さHLと直径DLとが、DL/2>HL≧DL/8の関係を満たすことにより、導光板30の光出射面30aから出射され、フィルムに入射する照明光を好適に集光することができ、正面輝度を向上させることができ、光の利用効率を向上させることができる。
レンチキュラーレンズフィルムを用いることにより、レンチキュラーレンズの長手方向と直交する方向においては、フィルムに入射した光を光出射面30aに垂直な方向に集光し、レンチキュラーレンズの長手方向においては、光を集光しないので、方向によって、光の集光度合いを変更することができる。
具体的には、例えば、バックライトユニットを照明やサインにもいる場合には、従来用いられている拡散シートに代えて、マイクロレンズフィルム単体を光学部材ユニットとして利用することができる。あるいは、バクライトユニットを液晶テレビ/モニタのバックライトユニットとして用いる場合には、マイクロレンズフィルムとプリズムシートと輝度上昇フィルムとを組み合わせた光学部材ユニットを利用することができる。また、バックライトユニットをノートPCや携帯電話の液晶モニタのバックライトユニットとして用いる場合には、マイクロレンズフィルムとプリズムシートとを組み合わせた光学部材ユニットを利用することができる。
反射板34は、導光板30の背面30bから漏洩する光を反射して、再び導光板30に入射させるために設けられており、光の利用効率を向上させることができる。反射板34は、導光板30の背面30bに対応した形状で、背面30bを覆うように形成される。本実施形態では、図2に示すように、導光板30の背面30bが平面、つまり断面が直線形状に形成されているので、反射板34もこれに補形する形状に形成されている。
このように、上部誘導反射板36を配置することで、光源28から出射された光が導光板30に入射することなく、光出射面30a側に漏れ出すことを防止できる。
これにより、光源28から出射された光を効率よく導光板30の第1光入射面30cおよび第2光入射面30dに入射させることができ、光利用効率を向上させることができる。
ここで、上部誘導反射板36および下部誘導反射板38としては、上述した反射板34に用いる各種材料を用いることができる。
下部誘導反射板38を設けることで、光源28から出射された光が導光板30に入射することなく、導光板30の背面30b側に漏れ出すことを防止できる。
これにより、光源28から出射された光を効率よく導光板30の第1光入射面30cおよび第2光入射面30dに入射させることができ、光利用効率を向上させることができる。
なお、本実施形態では、反射板34と下部誘導反射板38とを連結させたが、これに限定されず、それぞれを別々の部材としてもよい。
また、本実施形態では、上部誘導反射板36を導光板30とマイクロレンズフィルム32aとの間に配置したが、上部誘導反射板36の配置位置はこれに限定されず、光学部材ユニット32を構成するシート状部材の間に配置してもよく、光学部材ユニット32と上部筐体44との間に配置してもよい。
図2に示すように、筐体26は、照明装置本体24を収納して支持し、かつその光出射面24a側と導光板30の背面30b側とから挟み込み、固定するものであり、下部筐体42と上部筐体44と折返部材46と支持部材48とを有する。
上部筐体44は、図2に示すように、照明装置本体24及び下部筐体42の上方(光出射面側)から、照明装置本体24およびこれが収納された下部筐体42をその4方の側面部も覆うように被せられて配置されている。
折返部材46は、図2に示すように、下部筐体42の側面と上部筐体44の側面との間に嵌挿され、U字形状の一方の平行部の外側面が下部筐体42の側面部と連結され、他方の平行部の外側面が上部筐体44の側面と連結されている。
ここで、下部筐体42と折返部材46との接合方法、折返部材46と上部筐体44との接合方法としては、ボルトおよびナット等を用いる方法、接着剤を用いる方法等種々の公知の方法を用いることができる。
なお、筐体の上部筐体、下部筐体及び折返部材には、金属、樹脂等の種々の材料を用いることができる。なお、材料としては、軽量で高強度の材料を用いることが好ましい。
また、本実施形態では、折返部材を別部材としたが、上部筐体または下部筐体と一体にして形成してもよい。また、折返部材を設けない構成としてもよい。
支持部材48は、図2に示すように、反射板34と下部筐体42との間、より具体的には、導光板30の背面30bの第1光入射面30c側の端部および第2光入射面30d側の端部に対応する位置の反射板34と下部筐体42との間に配置され、導光板30及び反射板34を下部筐体42に固定し、支持する。
支持部材48により反射板34を支持することで、導光板30と反射板34とを密着させることができる。さらに、導光板30及び反射板34を、下部筐体42の所定位置に固定することができる。
また、配置位置も特に限定されず、反射板と下部筐体との間の任意の位置に配置することができるが、導光板を安定して保持するために、導光板の端部側、つまり、本実施形態では、第1光入射面30c近傍、第2光入射面30d近傍に配置することが好ましい。
また、支持部材を反射板と下部筐体とで形成される空間の全域を埋める形状とし、つまり、反射板側の面を反射板に沿った形状とし、下部筐体側の面を下部筐体に沿った形状としてもよい。このように、支持部材により反射板の全面を支持する場合は、導光板と反射板とが離れることを確実に防止することができ、反射板を反射した光により輝度むら及び照度むらが生じることを防止することができる。
バックライトユニット20は、導光板30の両端にそれぞれ配置された光源28から出射された光が導光板30の光入射面(第1光入射面30c及び第2光入射面30d)に入射する。それぞれの面から入射した光は、導光板30の内部に含まれる散乱体によって散乱されつつ、導光板30内部を通過し、直接、または背面30bで反射した後、光出射面30aから出射する。このとき、背面から漏出した一部の光は、反射板34によって反射され再び導光板30の内部に入射する。
このようにして、導光板30の光出射面30aから出射された光は、光学部材32を透過し、照明装置本体24の光出射面24aから出射され、液晶表示パネル12を照明する。
液晶表示パネル12は、駆動ユニット14により、位置に応じて光の透過率を制御することで、液晶表示パネル12の表面上に文字、図形、画像などを表示する。
また、片面入射とする場合には、境界面zの形状が非対称な導光板としてもよい。例えば、1つの光入射面を有し、光出射面の2等分線よりも光入射面から遠い位置で導光板の第2層の厚さが最大になるような、第2層の形状が非対称な導光板でもよい。
また、導光板150は、光出射面30a側の第1層152と背面30b側の第2層154とにより形成されている。第1層152と第2層154との境界面zは、第1光入射面30cの長手方向に垂直な断面で見た際に、第1光入射面30cから側面150dに向かって、第2層154が厚くなるように変化し、一旦、第2層154が薄くなるように変化した後、再び第2層154が厚くなるように変化し、側面150d側で薄くなるように、連続的に変化している。
具体的には、境界面zは、側面150d側の、光出射面30aに向かって凸の曲面と、この凸の曲面に滑らかに接続された凹の曲面と、この凹の曲面と接続され、光入射面30cの背面30b側の端部に接続する凹の曲面とからなる。また、光入射面30c上では、第2層154の厚さが0となる。
すなわち、散乱粒子の合成粒子濃度(第2層の厚さ)を、第1光入射面30c近傍の第1極大値と、導光板中央部よりも側面150d側で、第1極大値よりも大きい第2極大値を有するように変化させている。
また、図示は省略しているが、導光板150の合成粒子濃度の第1極大値の位置は、筺体の開口部の境界の位置に配置されており、光入射面30cから第1極大値までの領域は、光入射面から入射した光を拡散するための、いわゆるミキシングゾーンMである。
また、光入射面近傍に、合成粒子濃度の第1極大値を配置することによって、光入射面から入射した光を、光入射面近傍で十分に拡散し、光入射面近傍から出射される出射光に、光源の配置間隔等に起因する輝線(暗線、ムラ)が視認されることを防止することができる。
また、合成粒子濃度の第1極大値となる位置よりも光入射面側の領域を、第1極大値よりも低い合成粒子濃度とすることによって、入射した光が光入射面から出射される戻り光や、筺体に覆われていて利用されない光入射面付近の領域(ミキシングゾーンM)からの出射光を低減し、光出射面の有効な領域(有効画面エリアE)から出射する光の利用効率を向上させることができる。
なお、図8(B)〜(F)に示すバックライトユニット166、176、186、196および206は、図8(A)に示すバックライトユニット156において、導光板150のミキシングゾーンMにおける第1層152および第2層154の厚さ、すなわち、光入射面30cから第1極大値の位置までの境界面zの形状を変更した以外は、同じ構成を有するので、同じ部位には、同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行なう。
なお、図9に示すバックライトユニット216は、図8(A)に示すバックライトユニット156において、導光板150の有効画面エリアEにおける第1層152および第2層154の厚さ、すなわち、第1極大値の位置から側面150d近傍までの境界面zの形状を変更した以外は、同じ構成を有するので、同じ部位には、同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行なう。
なお、図10に示すバックライトユニット226は、図8(A)に示すバックライトユニット156において、導光板150の背面30bを光出射面30aに対して傾斜した面とし、導光板150の有効画面エリアEにおける第1層152および第2層154の厚さ、すなわち、第1極大値の位置から側面150d近傍までの境界面zの形状を変更した以外は、同じ構成を有するので、同じ部位には、同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行なう。
また、導光板220は、第1層222と、第1層222よりも粒子濃度が高い第2層224とから構成される。有効画面エリアEにおける第1層222と第2層224との境界面zは、第1光入射面30cの長手方向に垂直な断面で見た際に、側面150dに向かうに従って、一旦、第2層224が厚くなるように変化した後、薄くなるように連続的に変化している。
また、光出射面のみならず背面側から光を出射してもよい。
図10に、本発明のバックライトユニットにおいて、他の光学部材ユニットを用いた一例の一部を示す概略図を示す。なお、図10に示すバックライトユニット310においては、光学部材ユニット32に代えて光学部材ユニット312を有する以外は、バックライトユニット20と同じ構成を有するので、同じ部位には同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行う。
実施例1として、図3に示すような境界面zを有する導光板を用いて、計算機シミュレーションにより、光の出射面から出射される出射光の照度分布および輝度分布を求めた。
また、シミュレーションにおいて、導光板の透明樹脂の材料はPMMA、散乱粒子の材料はシリコーンとしてモデル化した。この点については、以下の実施例についても全て同様である。
このように、有効画面エリアEでの照度および輝度を高くすることができ、光の利用効率を向上させることができる。
実施例2として、図6(D)に示すような境界面zを有する導光板を用いて、計算機シミュレーションにより、光の出射面から出射される出射光の照度分布および輝度分布を求めた。
このように、有効画面エリアEでの照度および輝度を高くすることができ、光の利用効率を向上させることができる。
次に、実施例3として、光学部材ユニットを種々、変更した場合のバックライトユニットの出射光の角度分布を求めた。
具体的には、図11に示すバックライトユニット310を用いた。
光学部材ユニット312のプリズムシート32bとして、プリズムピッチが、50μm、厚さが、200μm、プリズムの頂角が90°のプリズムシートを用いた。
マイクロレンズフィルム32cとして、直径DLが、60μm、高さHLが、30μmのマイクロボールレンズを最密充填で配列して形成した、厚さが、200μmのマイクロレンズフィルムを用いた。
また、表1には、±2°の範囲の領域での、光の強度の平均値、および、比較例31の値に対する比を求めた値を示す。
実施例4として、光学部材ユニットをマイクロレンズフィルムのみで構成した場合に、マイクロレンズフィルムのマイクロボールレンズの形状を種々変更して、計算機シミュレーションにより、バックライトユニットから出射される出射光の正面光度を求めた。
具体的には、導光板として、実施例1と同様の導光板30を用いた。
光学部材ユニットは、マイクロレンズフィルムからなる構成とした。
マイクロレンズフィルムは、マイクロボールレンズの出射面に垂直方向から見たときの直径DLを60μm、ピッチを60μm(最密充填)とし、表面はスペキュラー(鏡面)とした。
実施例42は、高さHLを25μmとし、HL/DLを0.42とした。
実施例43は、高さHLを20μmとし、HL/DLを0.33とした。
実施例44は、高さHLを15μmとし、HL/DLを0.25とした。
実施例45は、高さHLを10μmとし、HL/DLを0.17とした。
実施例46は、高さHLを4.8μmとし、HL/DLを0.08とした。
実施例5として、光学部材ユニットをマイクロレンズフィルムとプリズムシートで構成した場合に、マイクロレンズフィルムのマイクロボールレンズの形状を種々変更して、計算機シミュレーションにより、バックライトユニットから出射される出射光の正面光度を求めた。
具体的には、マイクロレンズフィルムの出射面側に、プリズムシートを配置した以外は、実施例4と同様とした。
プリズムシートは、プリズムピッチが、50μm、厚さが、200μm、プリズムの頂角が90°のプリズムシートとした。
実施例52は、高さHLを25μmとし、HL/DLを0.42とした。
実施例53は、高さHLを20μmとし、HL/DLを0.33とした。
実施例54は、高さHLを15μmとし、HL/DLを0.25とした。
実施例55は、高さHLを10μmとし、HL/DLを0.17とした。
実施例56は、高さHLを4.8μmとし、HL/DLを0.08とした。
実施例6として、光学部材ユニットをマイクロレンズフィルムと拡散シートとで構成した場合に、マイクロレンズフィルムのマイクロボールレンズの形状を種々変更して、計算機シミュレーションにより、バックライトユニットから出射される出射光の正面光度を求めた。
具体的には、マイクロレンズフィルムの出射面側に、拡散シートを配置した以外は、実施例4と同様とした。
拡散シートは、全光透過率が、約90%、ヘイズ値が、約90%で、厚さが、221μmの拡散シートとした。
実施例62は、高さHLを25μmとし、HL/DLを0.42とした。
実施例63は、高さHLを20μmとし、HL/DLを0.33とした。
実施例64は、高さHLを15μmとし、HL/DLを0.25とした。
実施例65は、高さHLを10μmとし、HL/DLを0.17とした。
実施例66は、高さHLを4.8μmとし、HL/DLを0.08とした。
実施例7として、光学部材ユニットをマイクロレンズフィルムとプリズムシートと拡散シートとで構成した場合に、マイクロレンズフィルムのマイクロボールレンズの形状を種々変更して、計算機シミュレーションにより、バックライトユニットから出射される出射光の正面光度を求めた。
具体的には、プリズムシートの出射面側に、拡散シートを配置した以外は、実施例5と同様とした。
拡散シートは、全光透過率が、約90%、ヘイズ値が、約90%で、厚さが、221μmの拡散シートとした。
実施例72は、高さHLを25μmとし、HL/DLを0.42とした。
実施例73は、高さHLを20μmとし、HL/DLを0.33とした。
実施例74は、高さHLを15μmとし、HL/DLを0.25とした。
実施例75は、高さHLを10μmとし、HL/DLを0.17とした。
実施例76は、高さHLを4.8μmとし、HL/DLを0.08とした。
実施例81として、マイクロレンズフィルムのマイクロボールレンズの形状と表面粗さとを種々変更して、計算機シミュレーションにより、バックライトユニットから出射される出射光の正面光度を求めた。
具体的には、導光板として、実施例1と同様の導光板30を用いた。
光学部材ユニットは、マイクロレンズフィルムからなる構成とした。
マイクロレンズフィルムは、マイクロボールレンズの出射面に垂直方向から見たときの直径DLを60μm、ピッチを60μm(最密充填)とした。また、直径DLと高さHLとの比HL/DLを0.5、0.42、0.33、0.25、0.17、0.08と変更、すなわち、高さHLを30μm、25μm、20μm、15μm、10μm、4.8μmと変更して、それぞれシミュレーションを行なった。
また、マイクロボールレンズの表面の形状(表面粗さ)を255×255のテーブルによって定義した。このマイクロボールレンズの表面粗さの、二乗平均平方根傾斜ZΔqが、0.1〜0.2(条件A)、0.2〜0.3(条件B)、0.4〜0.6(条件C)、0.7〜0.9(条件D)、1.0〜1.3(条件E)、1.4〜1.9(条件F)、3.2〜4.2(条件G)、5.7〜7.5(条件H)となるように、表面の形状を変更して、それぞれシミュレーションを行なった。
実施例82として、実施例81のマイクロレンズフィルムの出射面側に、プリズムシートを配置した場合の、出射光の正面光度を求めた。
プリズムシートは、プリズムピッチが、50μm、厚さが、200μm、プリズムの頂角が90°のプリズムシートとした。
測定した結果を表7に示す。ここで、正面光度は、一般的に用いられているマイクロレンズフィルムである、マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比が0.5で、表面粗さがスペキュラーの場合を100として比で表した。
実施例83として、実施例81のマイクロレンズフィルムの出射面側に、拡散シートを配置した場合の、出射光の正面光度を求めた。
拡散シートとして、全光透過率が、約90%、ヘイズ値が、約90%で、厚さが、221μmの拡散シートを用いた。
測定した結果を表8に示す。ここで、正面光度は、一般的に用いられているマイクロレンズフィルムである、マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比が0.5で、表面粗さがスペキュラーの場合を100として比で表した。
実施例84として、実施例82のマイクロレンズフィルムの出射面側に配置されたプリズムシートの出射面側に、拡散シートを配置した場合の、出射光の正面光度を求めた。
拡散シートとしては、実施例83で用いた拡散シートと同様の拡散シートを用いた。
測定した結果を表9に示す。ここで、正面光度は、一般的に用いられているマイクロレンズフィルムである、マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比が0.5で、表面粗さがスペキュラーの場合を100として比で表した。
12 液晶表示パネル
14 駆動ユニット
20、156、166、176、186、196、206、216、226、310 バックライトユニット(面状照明装置)
24 照明装置本体
24a、30a 光出射面
26 筐体
28 光源
30、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220 導光板
30b、220b 背面
30c 第1光入射面
30d 第2光入射面
32、312 光学部材ユニット
32a、32c マイクロレンズフィルム
32b プリズムシート
34 反射板
36 上部誘導反射板
38 下部誘導反射板
42 下部筐体
44 上部筐体
44a 開口部
46 折返部材
48 支持部材
49 電源収納部
50 LEDチップ
52 光源支持部
58 発光面
60、102、112、122、132、142、152、162、172、182、192、202、212、222 第1層
62、104、114、124、134、144、154、164、174、184、194、204、214、224 第2層
150d 側面
α 2等分線
z 境界面
Claims (25)
- 矩形状の光出射面と、前記光出射面の端辺側に設けられ、前記光出射面に略平行な方向に進行する光を入射する少なくとも1つの光入射面と、前記光出射面とは反対側の背面と、内部分散された散乱粒子と、前記光出射面に略垂直な方向に重なった、前記散乱粒子の粒子濃度が異なる2つ以上の層を有し、前記2つ以上の層は、前記粒子濃度がNpoである前記光出射面側の第1層と、前記粒子濃度がNprである前記背面側の第2層との2つの層を有し、前記光入射面に垂直な方向において、前記2つ以上の層の、前記光出射面に略垂直な方向の厚さがそれぞれ変化して、前記第2層の厚さが、前記光入射面から離間するに従って、一旦、厚くなり、薄くなった後に、再び、厚くなるように連続的に変化し、合成粒子濃度が、前記光入射面に垂直な方向において、前記光入射面側の第1極大値と、前記第1極大値よりも前記光入射面から遠い位置にあり、前記第1極大値よりも大きな第2極大値とを有するように変化する導光板と、
前記導光板の前記光入射面に対面して配置される光源と、
前記導光板の前記光出射面側に配置される、フィルム上に球面状のマイクロボールレンズが複数、形成されてなるマイクロレンズフィルムを備える光学部材ユニットを有することを特徴とする面状照明装置。 - 前記導光板の前記光入射面が、前記光出射面の対向する2つの端辺側に設けられた2つの光入射面であり、2つの光入射面それぞれの側に、前記第1極大値を有する請求項1に記載の面状照明装置。
- 前記導光板の前記第2層の厚さが前記光出射面の中央部で最も厚い請求項2に記載の面状照明装置。
- 前記導光板の前記光入射面が、前記光出射面の1つの端辺側に設けられ、1つの前記第1極大値を有する請求項1に記載の面状照明装置。
- 前記Npoと前記Nprの範囲が、Npo=0wt%、0.01wt%<Npr<0.8wt%を満たす請求項1〜4のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記Npoと前記Nprの範囲が、0wt%<Npo<0.15wt%、かつ、Npo<Npr<0.8wt%を満たす請求項1〜4のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記導光板の前記背面が、前記光出射面に平行な平面である請求項1〜6のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記マイクロレンズフィルムの前記マイクロボールレンズの直径が、10〜100μmである請求項1〜7のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記マイクロレンズフィルムの前記マイクロボールレンズは、前記フィルム上にランダムに配置されている請求項1〜8のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムからなり、前記マイクロレンズフィルムの前記マイクロボールレンズの直径をDL、高さをHLとすると、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの関係が、0.42≦HL/DL<0.5を満足する請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムとプリズムシートとからなり、前記マイクロレンズフィルムの前記マイクロボールレンズの直径をDL、高さをHLとすると、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの関係が、0.17≦HL/DL<0.5を満足する請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムと拡散シートとからなり、前記マイクロレンズフィルムの前記マイクロボールレンズの直径をDL、高さをHLとすると、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの関係が、0.3≦HL/DL<0.5を満足する請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムとプリズムシートと拡散シートとからなり、前記マイクロレンズフィルムの前記マイクロボールレンズの直径をDL、高さをHLとすると、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの関係が、0.8≦HL/DL<0.5を満足する請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.42以上、0.5未満で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.1〜0.2、または、1.4〜1.9である請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08以上、0.3以下で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、1.0〜1.9である請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08以上、0.25以下で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.7〜4.2である請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08以上、0.17以下で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.7〜7.2である請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムとプリズムシートとからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08以上、0.5未満で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.2〜1.3である請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムとプリズムシートとからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.17以上、0.42以下で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.1〜1.3である請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムとプリズムシートとからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08以上、0.17以下で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.2〜1.9である請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムと拡散シートとからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08以上0.5未満で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.4〜1.3である請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムと拡散シートとからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08以上、0.3以下で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.4〜1.9である請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムと拡散シートとからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.4〜4.2である請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムとプリズムシートと拡散シートとからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08以上、0.5未満で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.1〜1.3である請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
- 前記光学部材ユニットが、前記マイクロレンズフィルムとプリズムシートと拡散シートとからなり、前記マイクロボールレンズの直径DLと高さHLとの比HL/DLが0.08以上、0.17以下で、かつ、前記マイクロボールレンズの表面粗さの二乗平均平方根傾斜が、0.1〜1.9である請求項1〜9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
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