JP5679020B1 - 導光板、面光源装置、透過型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】明るさの面内均一性が高い良好な導光板、面光源装置、透過型表示装置を提供する。【解決手段】導光板13は、背面13dに、背面側単位光学形状131が導光方向に複数配列され、背面側単位光学形状131は、背面側に凸であり、その配列方向に平行であって導光板13の厚み方向に平行な断面において、その断面形状が略四角形形状であり、入光面13a側に位置する第1斜面部132と、他方側に位置して入射する光の少なくとも一部を全反射する第2斜面部133と、頂面部134とを有し、頂面部134は、導光板13の背面13d側に配置される反射シート14と接触する接触部を備え、背面側単位光学形状131の配列方向において、接触部が反射シートと接触する領域の寸法をWc、背面側単位光学形状の配列ピッチをP1とするとき、比Wc/P1は、0.09≰Wc/P1≰0.40を満たすものとした。【選択図】図3
Description
本発明は、導光板、面光源装置、透過型表示装置に関するものである。
従来、LCD(Liquid Crystal Display)パネル等の透過型表示部を背面から面光源装置(バックライト)によって照明し、映像を表示する透過型表示装置が知られている。
面光源装置は、大きく分けて、各種光学シート等の光学部材の直下に光源を配置する直下型のものと、光学部材の側面側に光源が配置されるエッジライト型のものがある。このうち、エッジライト型の面光源装置は、光源を導光板等の光学部材の側面側に配置することから、直下型のものに比べて面光源装置をより薄型化できるという利点を有し、近年広く用いられている。
面光源装置は、大きく分けて、各種光学シート等の光学部材の直下に光源を配置する直下型のものと、光学部材の側面側に光源が配置されるエッジライト型のものがある。このうち、エッジライト型の面光源装置は、光源を導光板等の光学部材の側面側に配置することから、直下型のものに比べて面光源装置をより薄型化できるという利点を有し、近年広く用いられている。
一般的に、エッジライト型の面光源装置では、導光板の側面である入光面に対面する位置に光源が配置されており、光源が発する光は、入光面から導光板に入射し、出光面とこれに対向する背面とで反射を繰り返しながら、入光面からそれに対向する面側へ、入光面に直交する方向(導光方向)に進む。
そして、導光板の背面に設けられた拡散パターンやプリズム形状等によって光の進行方向を変化させることにより、出光面の導光方向に沿った各位置から少しずつ光がLCDパネル側へ出光していく(例えば、特許文献1〜4参照)。
そして、導光板の背面に設けられた拡散パターンやプリズム形状等によって光の進行方向を変化させることにより、出光面の導光方向に沿った各位置から少しずつ光がLCDパネル側へ出光していく(例えば、特許文献1〜4参照)。
特許文献1,2に示すような背面に拡散パターンを有する導光板を用いた場合には、光が背面の拡散パターンによって拡散反射されて出光するため、光の収束性が低下し、正面輝度が低下するという問題がある。また、このような導光板を用いた場合には、導光方向以外の方向にも光が拡散反射されるため、導光効率が低下し、導光方向において光源から遠い側が暗くなるという問題が生じる場合がある。
そのため、近年では、特許文献3,4に示すような、背面にプリズム形状等が複数配列された導光板が広く用いられるようになってきている。このような導光板は、光を拡散反射しないので、正面輝度を高くすることができ、また、導光方向において、光源から離れた領域であっても、十分に導光することができ、明るさの面内均一性も良好である。
しかし、このような背面側に複数のプリズム形状等を有する導光板では、組み立て作業中や搬送中等において、プリズム形状の頂部や光が反射する斜面が傷付き易く、その傷ついた部分に入光面からの光が入射すると、その光が拡散反射されて一部が出光面から出射する等し、導光効率の低下や、輝度ムラ等を招くという問題があった。
しかし、このような背面側に複数のプリズム形状等を有する導光板では、組み立て作業中や搬送中等において、プリズム形状の頂部や光が反射する斜面が傷付き易く、その傷ついた部分に入光面からの光が入射すると、その光が拡散反射されて一部が出光面から出射する等し、導光効率の低下や、輝度ムラ等を招くという問題があった。
さらに、導光板の背面側に形成されるプリズム形状等の単位光学形状の一部に平坦部を設けて、前述のような傷付き等の防止を図った導光板も開発されている。
しかし、このような平坦部を有する場合、その平坦部と導光板のさらに背面側に位置する反射シート等の反射部材とが光学密着を生じやすい。そして、光学密着を生じた平坦部で反射した光が、本来の光学設計外の方向に出射するため、輝度ムラが生じたり、光源部から遠い領域の明るさが低下したりするという問題があった。
しかし、このような平坦部を有する場合、その平坦部と導光板のさらに背面側に位置する反射シート等の反射部材とが光学密着を生じやすい。そして、光学密着を生じた平坦部で反射した光が、本来の光学設計外の方向に出射するため、輝度ムラが生じたり、光源部から遠い領域の明るさが低下したりするという問題があった。
本発明の課題は、明るさの面内均一性が高い良好な導光板、面光源装置、透過型表示装置を提供することである。
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項1の発明は、光が入射する入光面(13a)と、前記入光面に交差し光が出射する出光面(13c)と、前記出光面に対向する背面(13d)とを有し、前記入光面から入射した光を導光方向に導光しながら前記出光面から出射する導光板であって、前記背面に、背面側単位光学形状(131)が前記導光方向に複数配列され、前記背面側単位光学形状は、背面側に凸であり、その配列方向に平行であって該導光板の厚み方向に平行な断面において、その断面形状が略四角形形状であり、入光面側に位置する第1斜面部(132)と、これに対向して他方側に位置して入射する光の少なくとも一部を全反射する第2斜面部(133)と、前記第1斜面部と前記第2斜面部との間に位置する頂面部(134)とを有し、前記頂面部は、該導光板の背面側に配置される反射部材と接触する接触部(134d)を備え、前記背面側単位光学形状の配列方向において、前記接触部が前記反射部材と接触する領域の寸法をWc、前記背面側単位光学形状の配列ピッチをP1とするとき、比Wc/P1は、0.09≦Wc/P1≦0.40を満たし、前記入光面は1つであり、前記頂面部は、前記出光面に平行であって前記背面側への高さが異なる複数の面が前記背面側単位光学形状の配列方向に沿って配列された階段状であり、前記複数の面は、最も前記第1斜面部側に位置する面が最も前記背面側への高さが小さく、前記第2斜面部側へ向かうにつれて前記背面側への高さが大きくなり、最も前記背面側への高さが高い面が、接触部となること、を特徴とする導光板(13)である。
請求項2の発明は、請求項1に記載の導光板において、前記複数の面の各面の間には、前記第1斜面部と平行な斜面が形成されていること、を特徴とする導光板である。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の導光板において、前記背面側単位光学形状の配列方向における前記頂面部の寸法をWaとしたときに、Wa/P1は導光方向に沿って前記入光面側から離れるにつれて小さくなるが、Wc/P1は一定であること、を特徴とする導光板である。
請求項4の発明は、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の導光板において、前記背面側単位光学形状(131)は、柱状であり、前記導光方向に直交する方向を長手方向として、前記導光方向に配列されていること、を特徴とする導光板(13)である。
請求項5の発明は、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の導光板において、前記背面側単位光学形状(131)の配列方向において、前記背面側単位光学形状の寸法W1に対して、前記第1斜面部(132)及び前記第2斜面部(133)が占める寸法Wbの比Wb/W1は、前記入光面(13a)から離れるにつれて大きくなること、を特徴とする導光板(13)である。
請求項6の発明は、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の導光板(13)と、前記導光板の前記入光面(13a)に対面する位置に設けられ、前記入光面へ光を投射する光源部(12)と、前記導光板の背面側に配置され、前記導光板の前記背面から出射した光を前記導光板側に反射する反射部材(14)と、前記導光板の出光面側に配置され、前記導光板から出射した光を、そのシート面の法線方向又は法線方向となす角度が小さくなる方向へ向ける偏向作用を有する偏向光学シート(15)と、を備える面光源装置(10)である。
請求項7の発明は、請求項6に記載の面光源装置(10)と、前記面光源装置によって背面側から照明される透過型表示部(11)と、を備える透過型表示装置(1)である。
請求項1の発明は、光が入射する入光面(13a)と、前記入光面に交差し光が出射する出光面(13c)と、前記出光面に対向する背面(13d)とを有し、前記入光面から入射した光を導光方向に導光しながら前記出光面から出射する導光板であって、前記背面に、背面側単位光学形状(131)が前記導光方向に複数配列され、前記背面側単位光学形状は、背面側に凸であり、その配列方向に平行であって該導光板の厚み方向に平行な断面において、その断面形状が略四角形形状であり、入光面側に位置する第1斜面部(132)と、これに対向して他方側に位置して入射する光の少なくとも一部を全反射する第2斜面部(133)と、前記第1斜面部と前記第2斜面部との間に位置する頂面部(134)とを有し、前記頂面部は、該導光板の背面側に配置される反射部材と接触する接触部(134d)を備え、前記背面側単位光学形状の配列方向において、前記接触部が前記反射部材と接触する領域の寸法をWc、前記背面側単位光学形状の配列ピッチをP1とするとき、比Wc/P1は、0.09≦Wc/P1≦0.40を満たし、前記入光面は1つであり、前記頂面部は、前記出光面に平行であって前記背面側への高さが異なる複数の面が前記背面側単位光学形状の配列方向に沿って配列された階段状であり、前記複数の面は、最も前記第1斜面部側に位置する面が最も前記背面側への高さが小さく、前記第2斜面部側へ向かうにつれて前記背面側への高さが大きくなり、最も前記背面側への高さが高い面が、接触部となること、を特徴とする導光板(13)である。
請求項2の発明は、請求項1に記載の導光板において、前記複数の面の各面の間には、前記第1斜面部と平行な斜面が形成されていること、を特徴とする導光板である。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の導光板において、前記背面側単位光学形状の配列方向における前記頂面部の寸法をWaとしたときに、Wa/P1は導光方向に沿って前記入光面側から離れるにつれて小さくなるが、Wc/P1は一定であること、を特徴とする導光板である。
請求項4の発明は、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の導光板において、前記背面側単位光学形状(131)は、柱状であり、前記導光方向に直交する方向を長手方向として、前記導光方向に配列されていること、を特徴とする導光板(13)である。
請求項5の発明は、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の導光板において、前記背面側単位光学形状(131)の配列方向において、前記背面側単位光学形状の寸法W1に対して、前記第1斜面部(132)及び前記第2斜面部(133)が占める寸法Wbの比Wb/W1は、前記入光面(13a)から離れるにつれて大きくなること、を特徴とする導光板(13)である。
請求項6の発明は、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の導光板(13)と、前記導光板の前記入光面(13a)に対面する位置に設けられ、前記入光面へ光を投射する光源部(12)と、前記導光板の背面側に配置され、前記導光板の前記背面から出射した光を前記導光板側に反射する反射部材(14)と、前記導光板の出光面側に配置され、前記導光板から出射した光を、そのシート面の法線方向又は法線方向となす角度が小さくなる方向へ向ける偏向作用を有する偏向光学シート(15)と、を備える面光源装置(10)である。
請求項7の発明は、請求項6に記載の面光源装置(10)と、前記面光源装置によって背面側から照明される透過型表示部(11)と、を備える透過型表示装置(1)である。
本発明によれば、明るさの面内均一性が高い良好な導光板、面光源装置、透過型表示装置を提供することができるという効果を奏する。
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、図1を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。
本明細書中において、板、シート等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用している。しかし、このような使い分けには、技術的な意味は無いので、これらの文言は、適宜置き換えることができるものとする。
本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
本明細書中において、シート面(板面,フィルム面)とは、各シート(板,フィルム)において、そのシート(板,フィルム)全体として見たときにおける、シート(板,フィルム)の平面方向となる面を示すものであるとする。
本明細書中において、板、シート等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用している。しかし、このような使い分けには、技術的な意味は無いので、これらの文言は、適宜置き換えることができるものとする。
本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
本明細書中において、シート面(板面,フィルム面)とは、各シート(板,フィルム)において、そのシート(板,フィルム)全体として見たときにおける、シート(板,フィルム)の平面方向となる面を示すものであるとする。
(実施形態)
図1は、本実施形態の透過型表示装置1を説明する図である。
本実施形態の透過型表示装置1は、LCDパネル11と面光源装置10とを備えている。透過型表示装置1は、LCDパネル11を背面側から面光源装置10で照明し、LCDパネル11に形成される映像情報を表示する。
なお、図1を含め以下の図中及び以下の説明において、理解を容易にするために、透過型表示装置1の使用状態において、透過型表示装置1の画面に平行であって互いに直交する2方向をX方向(X1−X2方向)、Y方向(Y1−Y2方向)とし、透過型表示装置1の画面に直交する方向をZ方向(Z1−Z2方向)とする。なお、Z方向においてZ1側が背面側であり、Z2側は観察者側である。
本実施形態の透過型表示装置1の画面は、LCDパネル11の最も観察者側の面(以下、表示面という)11aに相当し、透過型表示装置1の「正面方向」とは、この表示面11aの法線方向であり、Z方向に平行であり、後述するプリズムシート15のシート面への法線方向や導光板13の板面等への法線方向と一致するものとする。
図1は、本実施形態の透過型表示装置1を説明する図である。
本実施形態の透過型表示装置1は、LCDパネル11と面光源装置10とを備えている。透過型表示装置1は、LCDパネル11を背面側から面光源装置10で照明し、LCDパネル11に形成される映像情報を表示する。
なお、図1を含め以下の図中及び以下の説明において、理解を容易にするために、透過型表示装置1の使用状態において、透過型表示装置1の画面に平行であって互いに直交する2方向をX方向(X1−X2方向)、Y方向(Y1−Y2方向)とし、透過型表示装置1の画面に直交する方向をZ方向(Z1−Z2方向)とする。なお、Z方向においてZ1側が背面側であり、Z2側は観察者側である。
本実施形態の透過型表示装置1の画面は、LCDパネル11の最も観察者側の面(以下、表示面という)11aに相当し、透過型表示装置1の「正面方向」とは、この表示面11aの法線方向であり、Z方向に平行であり、後述するプリズムシート15のシート面への法線方向や導光板13の板面等への法線方向と一致するものとする。
LCDパネル11は、透過型の液晶表示素子により形成され、その表示面に映像情報を形成する透過型表示部である。
このLCDパネル11は、略平板状である。LCDパネル11の外形及び表示面11aは、Z方向から見て矩形形状であり、X方向に平行な対向する2辺と、Y方向に平行な対向する2辺とを有している。
このLCDパネル11は、略平板状である。LCDパネル11の外形及び表示面11aは、Z方向から見て矩形形状であり、X方向に平行な対向する2辺と、Y方向に平行な対向する2辺とを有している。
面光源装置10は、LCDパネル11を背面側から照明する装置であり、光源部12、導光板13、反射シート14、プリズムシート15、光拡散シート16を備えている。この面光源装置10は、所謂、エッジライト型の面光源装置(バックライト)である。
この面光源装置10を構成する導光板13、反射シート14、プリズムシート15、光拡散シート16等は、正面方向(Z方向)から見て矩形形状であり、X方向に平行な対向する2辺と、Y方向に平行な対向する2辺とを有している。
この面光源装置10を構成する導光板13、反射シート14、プリズムシート15、光拡散シート16等は、正面方向(Z方向)から見て矩形形状であり、X方向に平行な対向する2辺と、Y方向に平行な対向する2辺とを有している。
光源部12は、LCDパネル11を照明する光を発する部分である。この光源部12は、導光板13のX方向の一方(X1側)の端面である入光面13aに対面する位置に、Y方向に沿って配置されている。
光源部12は、点光源121がY方向に所定の間隔で複数配列されて形成されている。この点光源121は、LED(Light Emitting Diode)光源を用いている。なお、光源部12は、例えば、冷陰極管等の線光源としてもよいし、Y方向に延在するライトガイドの端面に光源を配置した形態としてもよい。また、光源部12の発する光の利用効率を向上させる観点から、光源部12の外側を覆うように不図示の反射板を設けてもよい。
光源部12は、点光源121がY方向に所定の間隔で複数配列されて形成されている。この点光源121は、LED(Light Emitting Diode)光源を用いている。なお、光源部12は、例えば、冷陰極管等の線光源としてもよいし、Y方向に延在するライトガイドの端面に光源を配置した形態としてもよい。また、光源部12の発する光の利用効率を向上させる観点から、光源部12の外側を覆うように不図示の反射板を設けてもよい。
導光板13は、光を導光する略平板状の部材である。本実施形態では、入光面13a及び対向面13bは、導光板13のX方向の両端部(X1側端部、X2側端部)に位置し、板面の法線方向(Z方向)から見てY方向に平行に延在する2辺である。また、導光板13の板面は、XY面に平行であり、出光面13cは、この板面に平行な面であるとする。
この導光板13は、光源部12が発する光を入光面13aから入射させ、出光面13cと背面13dとで全反射させながら、入光面13aに対向する対向面13b側(X2側)へ、主としてX方向に導光しながら、出光面13cからプリズムシート15側(Z2側)へ適宜出射させる。
以下、導光板13の各部について説明する。
この導光板13は、光源部12が発する光を入光面13aから入射させ、出光面13cと背面13dとで全反射させながら、入光面13aに対向する対向面13b側(X2側)へ、主としてX方向に導光しながら、出光面13cからプリズムシート15側(Z2側)へ適宜出射させる。
以下、導光板13の各部について説明する。
図2は、本実施形態の導光板13の形状を説明する図である。図2(a)は、出光側単位光学形状135を説明する図であり、図2(b)は、背面側単位光学形状131を説明する図である。図2(a)では、導光板13のYZ面に平行な断面の一部を拡大して示し、図2(b)では、導光板13のXZ面に平行な断面の一部を拡大して示している。
図3は、本実施形態の背面側単位光学形状131を説明する図である。図3では、図2(b)に示す導光板13のXZ面に平行な断面の一部をさらに拡大して示している。
導光板13は、図2に示すように、出光面13cには、出光側単位光学形状135が複数配列して形成され、背面13dには、背面側単位光学形状131が複数配列されて形成されている。
図3は、本実施形態の背面側単位光学形状131を説明する図である。図3では、図2(b)に示す導光板13のXZ面に平行な断面の一部をさらに拡大して示している。
導光板13は、図2に示すように、出光面13cには、出光側単位光学形状135が複数配列して形成され、背面13dには、背面側単位光学形状131が複数配列されて形成されている。
出光側単位光学形状135は、図1及び図2(a)に示すように、出光側(LCDパネル11側、Z2側)に凸となる三角柱状であり、長手方向(稜線方向)をX方向とし、Y方向に複数配列されている。
出光側単位光学形状135は、図2(a)に示すように、その配列方向に平行であって導光板13の板面に直交する断面(YZ面)での断面形状が頂角をγとする二等辺三角形形状である。また、この出光側単位光学形状135の配列ピッチは、P2であり、配列ピッチP2は、出光側単位光学形状135の配列方向の幅W2に等しい(P2=W2)形態となっている。
出光側単位光学形状135は、図2(a)に示すように、その配列方向に平行であって導光板13の板面に直交する断面(YZ面)での断面形状が頂角をγとする二等辺三角形形状である。また、この出光側単位光学形状135の配列ピッチは、P2であり、配列ピッチP2は、出光側単位光学形状135の配列方向の幅W2に等しい(P2=W2)形態となっている。
配列ピッチP2としては、10〜100μm程度とすることが好ましい。
配列ピッチP2がこの範囲よりも小さいと、出光側単位光学形状135の製造が困難となり、設計通りの形状が得られなくなる。また、配列ピッチP2がこの範囲よりも大きいと、LCDパネル11の画素とのモアレが生じやすくなったり、面光源装置10等としての使用状態において、出光側単位光学形状135のピッチが認識されやすくなったりする。従って、配列ピッチP2は、上記範囲とすることが好ましい。
配列ピッチP2がこの範囲よりも小さいと、出光側単位光学形状135の製造が困難となり、設計通りの形状が得られなくなる。また、配列ピッチP2がこの範囲よりも大きいと、LCDパネル11の画素とのモアレが生じやすくなったり、面光源装置10等としての使用状態において、出光側単位光学形状135のピッチが認識されやすくなったりする。従って、配列ピッチP2は、上記範囲とすることが好ましい。
なお、出光側単位光学形状135は、上記の例に限らず、例えば、断面形状が台形形状や五角形形状等となる多角柱形状や、長軸が導光板13の板面(出光面13c)に直交する楕円柱の一部形状としてもよいし、円柱の一部形状としてもよいし、複数種類の曲面や平面を組み合わせてなる形状としてもよい。
出光側単位光学形状135は、導光板13の主たる光の導光方向(X方向)に直交する方向(Y方向)に配列されており、出光面13cから出射する光に対して、その配列方向における光線制御作用を有する。従って、出光側単位光学形状135により、導光板13からの出射光のY方向における明るさの均一性を向上させることができる。なお、このような光線制御作用を必要としない場合には、出光面13cに出光側単位光学形状135を形成しない形態としてもよい。
背面側単位光学形状131は、図1,図2(b),図3に示すように、背面側(Z1側)に凸となる柱状であり、長手方向(稜線方向)をY方向とし、導光方向となるX方向に複数配列されている。
背面側単位光学形状131は、図2(b)に示すように、その配列方向に平行であって導光板13の板面に直交する方向における断面(XZ面)における断面形状が略台形形状である。背面側単位光学形状131は、入光面側(X1側)に位置する第1斜面部132と、対向面側(X2側)に位置し、入射する光の少なくとも一部を全反射する第2斜面部133と、第1斜面部132及び第2斜面部133との間に位置する頂面部134とを有している。
この背面側単位光学形状131の配列ピッチは、P1であり、配列ピッチP1は、背面側単位光学形状131の配列方向の幅W1に等しい(P1=W1)形態となっている。本実施形態では、配列ピッチP1は、配列方向において一定である。
背面側単位光学形状131は、図2(b)に示すように、その配列方向に平行であって導光板13の板面に直交する方向における断面(XZ面)における断面形状が略台形形状である。背面側単位光学形状131は、入光面側(X1側)に位置する第1斜面部132と、対向面側(X2側)に位置し、入射する光の少なくとも一部を全反射する第2斜面部133と、第1斜面部132及び第2斜面部133との間に位置する頂面部134とを有している。
この背面側単位光学形状131の配列ピッチは、P1であり、配列ピッチP1は、背面側単位光学形状131の配列方向の幅W1に等しい(P1=W1)形態となっている。本実施形態では、配列ピッチP1は、配列方向において一定である。
第1斜面部132は、導光板13の板面(出光面13cに平行な面、XY面に平行な面)と角度βをなしている。また、第2斜面部133は、導光板13の板面(出光面13cに平行な面、XY面に平行な面)と角度αをなしている。このとき、角度α,βは、α<βである。
第1斜面部132は、背面側単位光学形状131内において入光面13a側に位置し、入光面側端部よりも対向面側(頂面部側)端部が背面側となるように傾斜しており、第1斜面部132には、入光面13a側から対向面13b側へ(X1側からX2側へ)導光する光が入射しにくい。
第1斜面部132は、背面側単位光学形状131内において入光面13a側に位置し、入光面側端部よりも対向面側(頂面部側)端部が背面側となるように傾斜しており、第1斜面部132には、入光面13a側から対向面13b側へ(X1側からX2側へ)導光する光が入射しにくい。
第2斜面部133は、導光板13内を導光する光の一部が入射し、かつ、その入射した光の少なくとも一部を全反射する。そして、第2斜面部133で全反射することにより、その光が出光面13c(XY面に平行な面)に対する入射角度が小さくなる方向に、その光の進行方向が変化する。従って、導光方向における明るさの均一性や、光の取り出し効率の双方を向上させる観点から、角度αは、1°<α≦5°を満たすことが好ましい。
仮に、α≦1°であると、導光方向(X方向)に進む光が、第2斜面部133で全反射したとき、全反射前後での出光面13c(XY面に平行な面)となす角度の変化量が小さくなり過ぎ、十分に光を取り出すことができず、光の取り出し効率が低下する。
また、仮に、α>5°であると、導光方向(X方向)に進む光が、第2斜面部133で全反射したとき、全反射前後での出光面13c(XY面に平行な面)となす角度の変化量が大きくなり過ぎ、輝度ムラや、入光面13aから遠い領域での明るさの低下を招く。また、導光板13からの出光方向のばらつきも大きくなるので、後述するプリズムシート15での偏向作用が不十分となり、収束性が低下して、正面輝度が低下する。
以上のことから、角度αは、1°<α≦5°を満たすことが好ましい。
仮に、α≦1°であると、導光方向(X方向)に進む光が、第2斜面部133で全反射したとき、全反射前後での出光面13c(XY面に平行な面)となす角度の変化量が小さくなり過ぎ、十分に光を取り出すことができず、光の取り出し効率が低下する。
また、仮に、α>5°であると、導光方向(X方向)に進む光が、第2斜面部133で全反射したとき、全反射前後での出光面13c(XY面に平行な面)となす角度の変化量が大きくなり過ぎ、輝度ムラや、入光面13aから遠い領域での明るさの低下を招く。また、導光板13からの出光方向のばらつきも大きくなるので、後述するプリズムシート15での偏向作用が不十分となり、収束性が低下して、正面輝度が低下する。
以上のことから、角度αは、1°<α≦5°を満たすことが好ましい。
頂面部134は、背面側(Z1側)への高さhの異なる複数の面を有している。ここで、背面側(Z1側)への高さhとは、背面側単位光学形状131間の谷底に位置する点vを通り、導光板13の板面に平行な面(出光面13cに平行な面)から、背面側(Z1側)への寸法であるものとする。
一例として、図3に示す頂面部134は、面134a,134b,134c,134dを有している。この面134a〜134dは、出光面13c(導光板13の板面)に平行な面であり、背面側単位光学形状131の長手方向(Y方向)を長手方向とし、背面側単位光学形状131の配列方向(X方向)に沿って配列されている。また、面134a〜134dは、それぞれ、背面側への高さhがそれぞれ異なる。
一例として、図3に示す頂面部134は、面134a,134b,134c,134dを有している。この面134a〜134dは、出光面13c(導光板13の板面)に平行な面であり、背面側単位光学形状131の長手方向(Y方向)を長手方向とし、背面側単位光学形状131の配列方向(X方向)に沿って配列されている。また、面134a〜134dは、それぞれ、背面側への高さhがそれぞれ異なる。
面134a〜134dのうち、最も第1斜面部132側(入光面側、X1側)に位置する面134aの背面側への高さhが最も小さく、第2斜面部133側(対向面側、X2側)に向かうにつれて、次第に背面側への高さhが大きくなり、最も第2斜面部133側に位置する面134dの背面側のへの高さhが最も大きくなっている。そして、頂面部134は、これらの面134a〜134dを有することにより、配列方向に沿って階段状となっている。各面間の背面側への高さhの差は、一定であってもよいし、異なっていてもよい。
また、面134a〜134dの間に斜面134eが形成されている。この斜面134eは、導光板13の板面(XY面に平行な面)と角度βをなし、第1斜面部132に平行な斜面である。
なお、本実施形態では、面134a〜134dは、その配列方向における幅が等しい例を挙げて説明するが、配列方向における幅は、等しくなくてもよい。
また、面134a〜134dの間に斜面134eが形成されている。この斜面134eは、導光板13の板面(XY面に平行な面)と角度βをなし、第1斜面部132に平行な斜面である。
なお、本実施形態では、面134a〜134dは、その配列方向における幅が等しい例を挙げて説明するが、配列方向における幅は、等しくなくてもよい。
図4は、本実施形態の背面側単位光学形状131の配列方向の各部における形状を示す図である。図4(a)は、入光面13a近傍であり、図4(b)は、配列方向中央であり、図4(c)は、対向面13b近傍である。
背面側単位光学形状131の配列方向において、背面側単位光学形状131の幅W1とし、頂面部134の寸法Wa、第1斜面部132及び第2斜面部133が占める寸法Wbとする。
背面側単位光学形状131は、その配列方向において、配列ピッチP1、幅W1、角度α,βは一定である。しかし、背面側単位光学形状131の幅W1に対する、第1斜面部132及び第2斜面部133の寸法Wbの比Wb/W1が、配列方向に沿って入光面13aから離れるにつれて大きくなっている。また、背面側単位光学形状131の幅W1に対する頂面部134の寸法Waの比Wa/W1は、配列方向に沿って入光面13aから離れるにつれて小さくなっている。
背面側単位光学形状131の配列方向において、背面側単位光学形状131の幅W1とし、頂面部134の寸法Wa、第1斜面部132及び第2斜面部133が占める寸法Wbとする。
背面側単位光学形状131は、その配列方向において、配列ピッチP1、幅W1、角度α,βは一定である。しかし、背面側単位光学形状131の幅W1に対する、第1斜面部132及び第2斜面部133の寸法Wbの比Wb/W1が、配列方向に沿って入光面13aから離れるにつれて大きくなっている。また、背面側単位光学形状131の幅W1に対する頂面部134の寸法Waの比Wa/W1は、配列方向に沿って入光面13aから離れるにつれて小さくなっている。
即ち、図4(a)に示すように、入光面13a(光源部側)近傍では、背面側単位光学形状131の幅W1に対して頂面部134の寸法Waが占める比Wa/W1が大きく、背面側単位光学形状131の幅W1に対して第1斜面部132及び第2斜面部133の寸法Wbが占める比Wb/W1が小さい。
対向面側(X2側)へ進むにつれて、図4(b)に示すように、次第に比Wa/W1が小さく、比Wb/W1が大きくなる。そして、図4(c)に示すように、対向面13b近傍では比Wb/W1が大きく、比Wa/W1が小さい。
このように、対向面側へ向かうにつれて、両斜面部(特に、第2斜面部133)が占める比率を大きくすることにより、効率よく光を出光させることができ、導光方向における明るさの均一性も向上する。
対向面側(X2側)へ進むにつれて、図4(b)に示すように、次第に比Wa/W1が小さく、比Wb/W1が大きくなる。そして、図4(c)に示すように、対向面13b近傍では比Wb/W1が大きく、比Wa/W1が小さい。
このように、対向面側へ向かうにつれて、両斜面部(特に、第2斜面部133)が占める比率を大きくすることにより、効率よく光を出光させることができ、導光方向における明るさの均一性も向上する。
本実施形態では、比Wb/W1は、最も入光面側(X1側)で約20/100であり、最も対向面側(X2側)で約80/100となっている。しかし、これに限らず、この比Wb/W1に関しては、所望する光学性能等に応じて、適宜設定でき、最も入光面側で約10/100、最も対向面側で約90/100となるような範囲内であれば、適宜設定してよい。
本実施形態では、上述のように、配列ピッチP1(幅W1)、角度α,βは、一定であり、図4に示すように、対向面側(X2側)に向かうにつれて、頂面部134を形成する面の数を少なくし、背面側単位光学形状131の幅W1に対して両斜面部(特に、第2斜面部133)の幅Wbが占める比率を大きくしている。
しかし、これに限らず、頂面部134を形成する面の数を一定とし、各面の幅を調整することにより、頂面部134の寸法Waを調整する形態としてもよい。
また、最も対向面側及びその近傍においては、頂面部134の幅Waは十分に小さく、反射シート14と頂面部134との光学密着による影響が小さいので、最も対向面側やその近傍に位置する背面側単位光学形状131では、頂面部134が、1つの面から形成される形態としてもよい。
しかし、これに限らず、頂面部134を形成する面の数を一定とし、各面の幅を調整することにより、頂面部134の寸法Waを調整する形態としてもよい。
また、最も対向面側及びその近傍においては、頂面部134の幅Waは十分に小さく、反射シート14と頂面部134との光学密着による影響が小さいので、最も対向面側やその近傍に位置する背面側単位光学形状131では、頂面部134が、1つの面から形成される形態としてもよい。
本実施形態の導光板13において、背面側への高さhが最も高い面が反射シート14との接触部となっている。例えば、図3においては、面134dが接触部となる。
このとき、背面側単位光学形状131の配列ピッチP1に対する接触部(もっとも背面側へ高さの高い面134d)の幅をWcとすると、比Wc/P1は、0.09≦Wc/P1≦0.40を満たすことがが、反射シート14と導光板13との光学密着を防止する観点から好ましい。
このとき、背面側単位光学形状131の配列ピッチP1に対する接触部(もっとも背面側へ高さの高い面134d)の幅をWcとすると、比Wc/P1は、0.09≦Wc/P1≦0.40を満たすことがが、反射シート14と導光板13との光学密着を防止する観点から好ましい。
比Wc/P1は、小さい値である方が、光学密着の抑制に効果的である。しかし、仮に、Wc/P1<0.09である場合、接触部(面134d)の寸法が小さく、背面側単位光学形状131の接触部が破損しやすくなったり、そのような接触部を有する導光板13の製造が困難となったり、生産コストが増加したりするという問題がある。また、反射シート14を傷つける可能性もある。
また、仮に、Wc/P1>0.40である場合、接触部の寸法が大きく、導光板13と反射シート14との接触面積が大きくなり、光学密着が生じやすくなるという問題がある。
従って、比Wc/P1は、0.09≦Wc/P1≦0.40を満たすことが好ましい。
また、仮に、Wc/P1>0.40である場合、接触部の寸法が大きく、導光板13と反射シート14との接触面積が大きくなり、光学密着が生じやすくなるという問題がある。
従って、比Wc/P1は、0.09≦Wc/P1≦0.40を満たすことが好ましい。
なお、前述のように、本実施形態では、背面側単位光学形状131の幅W1(配列ピッチP1)に対する、頂面部134の幅Waは、導光方向に沿って、光源部12から離れるにつれて小さくなっている。一方、比Wc/P1は、導光方向に沿って一定若しくは略一定である。これに限らず、比Wc/P1は、導光方向に沿って変化する形態としてもよい。
また、配列ピッチP1は、P1=50〜300μm程度とすることが好ましい。
仮に、配列ピッチP1が、この範囲よりも小さいと、背面側単位光学形状131の製造が困難となり、設計通りの形状が得られなくなる。また、仮に、配列ピッチP1がこの範囲よりも大きいと、配列ピッチP1に比例して、接触部となる面134dの面積も大きくなり、光学密着が生じやすくなる。また、配列ピッチP1がこの範囲よりも大きいと、モアレが生じやすくなったり、面光源装置10等としての使用状態において、背面側単位光学形状131のピッチが認識されやすくなったりする。
従って、配列ピッチP1は、上記範囲とすることが好ましい。
仮に、配列ピッチP1が、この範囲よりも小さいと、背面側単位光学形状131の製造が困難となり、設計通りの形状が得られなくなる。また、仮に、配列ピッチP1がこの範囲よりも大きいと、配列ピッチP1に比例して、接触部となる面134dの面積も大きくなり、光学密着が生じやすくなる。また、配列ピッチP1がこの範囲よりも大きいと、モアレが生じやすくなったり、面光源装置10等としての使用状態において、背面側単位光学形状131のピッチが認識されやすくなったりする。
従って、配列ピッチP1は、上記範囲とすることが好ましい。
本実施形態の導光板13は、バイト等で背面側単位光学形状131を賦形する凹状の型を切削して成形型を作製し、その成形型を用いて、押出成形法や射出成形する等により形成される。使用する熱可塑性樹脂は、光透過性が高いものであれば特に限定されないが、例えば、アクリル系樹脂、COP(シクロオレフィンポリマー)樹脂、PC樹脂等が挙げられる。
なお、これに限らず、押出成形等により成形したシート状の部材の両面に、紫外線成形法によって、背面側単位光学形状131及び出光側単位光学形状135を一体に形成して、導光板13としてもよい。
なお、これに限らず、押出成形等により成形したシート状の部材の両面に、紫外線成形法によって、背面側単位光学形状131及び出光側単位光学形状135を一体に形成して、導光板13としてもよい。
図1に戻って、反射シート14は、光を反射可能なシート状の部材であり、導光板13よりも背面側(Z1側)に配置されている。この反射シート14は、導光板13からZ1側へ向かう光を反射して、導光板13内へ向ける機能を有している。
反射シート14は、光の利用効率等を高める観点等から、主として鏡面反射性(正反射性)を有するものが好ましい。反射シート14は、例えば、少なくとも反射面(導光板13側の面)が金属等の高い反射率を有する材料により形成されたシート状の部材、高い反射率を有する材料により形成された薄膜(例えば金属薄膜)を表面層として含んだシート状の部材等を用いることができる。なお、これに限らず、反射シート14は、例えば、主として拡散反射性を有し、反射率の高い白色の樹脂製のシート状部材等としてもよい。
反射シート14は、光の利用効率等を高める観点等から、主として鏡面反射性(正反射性)を有するものが好ましい。反射シート14は、例えば、少なくとも反射面(導光板13側の面)が金属等の高い反射率を有する材料により形成されたシート状の部材、高い反射率を有する材料により形成された薄膜(例えば金属薄膜)を表面層として含んだシート状の部材等を用いることができる。なお、これに限らず、反射シート14は、例えば、主として拡散反射性を有し、反射率の高い白色の樹脂製のシート状部材等としてもよい。
図5は、本実施形態のプリズムシート15を説明する図である。図5では、プリズムシート15のXZ面に平行な断面の一部を拡大して示している。
プリズムシート15は、導光板13よりもLCDパネル11側(Z2側)に配置されている(図1参照)。プリズムシート15は、導光板13の出光面13cから出射した光の進行方向を、正面方向(Z方向)又は、Z方向となす角度が小さい方向へ偏向(集光)する作用を有する偏向光学シートである。
プリズムシート15は、プリズム基材層152と、プリズム基材層152の導光板13側(Z1側)に複数配列されて形成された単位プリズム151とを有している。
プリズムシート15は、導光板13よりもLCDパネル11側(Z2側)に配置されている(図1参照)。プリズムシート15は、導光板13の出光面13cから出射した光の進行方向を、正面方向(Z方向)又は、Z方向となす角度が小さい方向へ偏向(集光)する作用を有する偏向光学シートである。
プリズムシート15は、プリズム基材層152と、プリズム基材層152の導光板13側(Z1側)に複数配列されて形成された単位プリズム151とを有している。
プリズム基材層152は、プリズムシート15のベース(基材)となる部分である。プリズム基材層152は、光透過性を有する樹脂製のシート状の部材が用いられている。
単位プリズム151は、導光板13側(Z1側)に凸となる三角柱形状であり、プリズム基材層152の背面側(Z1側)の面に、長手方向(稜線方向)をY方向とし、X方向に複数配列されている。即ち、単位プリズム151の配列方向は、透過型表示装置1の表示面の法線方向(Z方向)から見て、導光板13の背面側単位光学形状131の配列方向に平行であり、出光側単位光学形状135の配列方向と直交している。
単位プリズム151は、導光板13側(Z1側)に凸となる三角柱形状であり、プリズム基材層152の背面側(Z1側)の面に、長手方向(稜線方向)をY方向とし、X方向に複数配列されている。即ち、単位プリズム151の配列方向は、透過型表示装置1の表示面の法線方向(Z方向)から見て、導光板13の背面側単位光学形状131の配列方向に平行であり、出光側単位光学形状135の配列方向と直交している。
本実施形態の単位プリズム151は、その配列方向(X方向)及びシート面に直交する方向(Z方向)に平行な断面(XZ面)での断面形状が、頂角をεとする二等辺三角形形状である例を示している。しかし、これに限らず、単位プリズム151の断面形状は、不等辺三角形形状としてもよい。また、単位プリズム151は、少なくとも一方の面が複数の面からなる折れ面状となっていてもよいし、曲面と平面とを組み合わせた形状としてもよいし、断面形状が配列方向において非対称な形状としてもよい。
単位プリズム151は、配列ピッチがP3、配列方向の幅がW3であり、配列方向において配列ピッチと配列方向のレンズ幅が等しい(P3=W3)形状となっている。
プリズムシート15は、導光板13から出射し、一方の面(例えば、面151a)から入射した光L1を他方の面(例えば、面151b)で全反射させることにより、その進行方向を正面方向(Z方向)又は正面方向に対してなす角度が小さくなる方向へ偏向(集光)する。
単位プリズム151は、配列ピッチがP3、配列方向の幅がW3であり、配列方向において配列ピッチと配列方向のレンズ幅が等しい(P3=W3)形状となっている。
プリズムシート15は、導光板13から出射し、一方の面(例えば、面151a)から入射した光L1を他方の面(例えば、面151b)で全反射させることにより、その進行方向を正面方向(Z方向)又は正面方向に対してなす角度が小さくなる方向へ偏向(集光)する。
プリズムシート15は、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂製や、PC(ポリカーボネート)樹脂製等のシート状のプリズム基材層152の片面に、紫外線硬化型樹脂等の電離放射線硬化型樹脂により単位プリズム151を形成して作製される。
なお、これに限らず、例えば、プリズムシート15は、PC樹脂、MBS(メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合体)樹脂、MS(メチルメタクリレート・スチレン共重合体)樹脂、PET樹脂、PS(ポリスチレン)樹脂等の熱可塑性樹脂を押し出し成形することにより形成してもよい。
なお、これに限らず、例えば、プリズムシート15は、PC樹脂、MBS(メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合体)樹脂、MS(メチルメタクリレート・スチレン共重合体)樹脂、PET樹脂、PS(ポリスチレン)樹脂等の熱可塑性樹脂を押し出し成形することにより形成してもよい。
図1に戻って、光拡散シート16は、光を拡散する作用を有するシート状の部材である。光拡散シート16は、プリズムシート15のLCDパネル11側(Z2側)に設けられている。
このような光拡散シート16を設けることにより、視野角を適度に広げたり、LCDパネル11の不図示の画素と単位プリズム151等とによって生じるモアレ等を低減したりする効果が得られる。
光拡散シート16は、各種汎用の光拡散性を有するシート状の部材を、面光源装置10及び表示装置1として所望される光学性能や、導光板13の光学特性等に合わせて、適宜選択して用いてよい。
このような光拡散シート16を設けることにより、視野角を適度に広げたり、LCDパネル11の不図示の画素と単位プリズム151等とによって生じるモアレ等を低減したりする効果が得られる。
光拡散シート16は、各種汎用の光拡散性を有するシート状の部材を、面光源装置10及び表示装置1として所望される光学性能や、導光板13の光学特性等に合わせて、適宜選択して用いてよい。
このような光拡散シート16としては、拡散材を含有する樹脂製のシート状の部材や、基材となる樹脂製のシート状の部材の少なくとも片面等に拡散材を含有するバインダをコートした部材や、基材となる樹脂製のシート状の部材の片面等にマイクロレンズアレイが形成されたマイクロレンズシート等を用いることができる。
また、前述のプリズムシート15のプリズム基材層152の出光側(Z2側)の面に、光拡散シート16との光学密着の防止や、光拡散機能の付与を目的として、微細凹凸形状を形成してもよい。このような凹凸形状としては、ビーズ状フィラーを含有するバインダをコートして形成したマット層等が好適であるが、この限りではない。
なお、光拡散シート16に限らず、プリズムシート15よりもLCDパネル11側(Z2側)に、特定の偏光状態の光を透過し、それ以外の偏光状態の光については反射する機能を有する偏光選択反射シートを配置してもよい。なお、このような偏光選択反射シートを用いる場合には、偏光選択反射シートの透過軸が、LCDパネル11の入光側(Z1側)に位置する不図示の偏光板の透過軸と平行となるように配置することが、輝度向上や光の利用効率向上の観点から好ましい。このような偏光選択反射シートとしては、例えば、DBEFシリーズ(住友スリーエム株式会社製)を使用することができる。
また、光拡散シート16に限らず、レンチキュラーレンズシート等の各種光学シート等を配置してもよい。
さらに、光拡散シート16のLCDパネル11側に、さらに、上述のような偏光選択反射シートや各種光学シート等を配置してもよい。
また、光拡散シート16に限らず、レンチキュラーレンズシート等の各種光学シート等を配置してもよい。
さらに、光拡散シート16のLCDパネル11側に、さらに、上述のような偏光選択反射シートや各種光学シート等を配置してもよい。
本実施形態では、上述のような導光板13を備えることにより、反射シート14と導光板13との光学密着の低減を図り、かつ、明るさの面内均一性の向上を図っている。
図6は、本実施形態の導光板13における光の導光の様子の一例を示す図である。
図7は、比較例1〜3の導光板13B,13C,13Dにおける光の導光の様子の一例を示す図である。図7(a)は、比較例の導光板13Bでの光の様子を示し、図7(b)は、比較例の導光板13Cでの光の様子を示し、図7(c)は、比較例の導光板13Dでの光の様子を示している。図6及び図7では、各導光板及び反射シート14のXZ面に平行な断面の一部を拡大して示している。
比較例1の導光板13Bは、頂面部134Bが、1つの平面状であり、導光板13の板面(出光面13c)に平行である点が、本実施形態の導光板13と異なる以外は、本実施形態の導光板13と同様の形態である。
図6は、本実施形態の導光板13における光の導光の様子の一例を示す図である。
図7は、比較例1〜3の導光板13B,13C,13Dにおける光の導光の様子の一例を示す図である。図7(a)は、比較例の導光板13Bでの光の様子を示し、図7(b)は、比較例の導光板13Cでの光の様子を示し、図7(c)は、比較例の導光板13Dでの光の様子を示している。図6及び図7では、各導光板及び反射シート14のXZ面に平行な断面の一部を拡大して示している。
比較例1の導光板13Bは、頂面部134Bが、1つの平面状であり、導光板13の板面(出光面13c)に平行である点が、本実施形態の導光板13と異なる以外は、本実施形態の導光板13と同様の形態である。
比較例2の導光板13Cは、頂面部134Cが、出光面13cに平行な複数の面134f〜134iを有しているが、配列方向において最も第1斜面部132側(入光面側)に位置する面134fの背面側への高さが一番高く、対向面側(X2側)に向かうにつれて階段状に高さが低くなっている点が、本実施形態の導光板13と異なる以外は、本実施形態の導光板13と同様の形態である。
この比較例2の導光板13Cにおいて、隣接する面の間の斜面134jが、導光板13の板面(出光面13c)に平行な面となす角度は、角度αであり、斜面134jは、第2斜面部133に平行となっている。
この比較例2の導光板13Cにおいて、隣接する面の間の斜面134jが、導光板13の板面(出光面13c)に平行な面となす角度は、角度αであり、斜面134jは、第2斜面部133に平行となっている。
比較例3の導光板13Dは、頂面部134Dが、出光面13cに平行な複数の面134k〜134nを有しているが、各面の背面側(Z1側)への高さの変化が階段状ではなく、不規則である点が、本実施形態の導光板13と異なる以外は、本実施形態の導光板13と同様の形態である。
この比較例3の導光板13Dにおいて、面134kとその対向面側に隣接する面134lとの間の斜面、面134lとその対向面側に隣接する面134mとの間の斜面は、出光面13cに平行な面と角度βをなす斜面134eであり、面134mとその対向面側に隣接する面134nとの間の斜面は、出光面13cに平行な面と角度αをなす斜面134jとなっている。
この比較例3の導光板13Dにおいて、面134kとその対向面側に隣接する面134lとの間の斜面、面134lとその対向面側に隣接する面134mとの間の斜面は、出光面13cに平行な面と角度βをなす斜面134eであり、面134mとその対向面側に隣接する面134nとの間の斜面は、出光面13cに平行な面と角度αをなす斜面134jとなっている。
比較例1の導光板13Bでは、頂面部134が、1つの面であり、この頂面部134B全体が反射シート14と接触するため、接触面積が大きくなる。特に、導光方向の光源部12側等において、比Wc/P1が40%を超える値となり、頂面部134Bと反射シート14との光学密着が生じやすい。
この頂面部134Bが反射シート14と光学密着した場合、頂面部134Bに入射した光L3は、図7(a)に示すように、頂面部134Bで全反射することなく、反射シート14により反射する。これにより、光L3は、光学設計上の方向(図7(a)に破線で示す方向)とは異なる方向に進み、導光板13Bから出射したり、導光距離が設計よりも短くなったりする。そのため、比較例1の導光板13Bを備える面光源装置では、部分的に明るい箇所が生じて輝度ムラとなったり、光源部12から遠い側での明るさが低下したりする。
この頂面部134Bが反射シート14と光学密着した場合、頂面部134Bに入射した光L3は、図7(a)に示すように、頂面部134Bで全反射することなく、反射シート14により反射する。これにより、光L3は、光学設計上の方向(図7(a)に破線で示す方向)とは異なる方向に進み、導光板13Bから出射したり、導光距離が設計よりも短くなったりする。そのため、比較例1の導光板13Bを備える面光源装置では、部分的に明るい箇所が生じて輝度ムラとなったり、光源部12から遠い側での明るさが低下したりする。
比較例2の導光板13Cでは、頂面部134Cが、複数の面から構成されおり、最も背面側(Z1)側への高さが高い面134fでのみ反射シート14と接触するので、比較例1の導光板13Bに比べて、反射シート14との光学密着による影響は大幅に低減される。
しかし、図7(b)に示すように、一部の光L4が、出光面13cと角度αをなす斜面134jに入射して全反射し、光L4が出光面13cに平行な面となす角度は、変化する。そのため、出光面13cに平行な頂面部で全反射して導光を続ける光L4が、光学設計上とは異なる方向に進み、比較例2の導光板13Cを備える面光源装置では、部分的に明るい箇所が生じて輝度ムラとなったり、光源部12から遠い側での明るさが低下したりする。
また、このような斜面134jは、筋状となって観察され、導光板13Cの外観性の低下や、面光源装置としての外観性や光学性能の低下も招く。
しかし、図7(b)に示すように、一部の光L4が、出光面13cと角度αをなす斜面134jに入射して全反射し、光L4が出光面13cに平行な面となす角度は、変化する。そのため、出光面13cに平行な頂面部で全反射して導光を続ける光L4が、光学設計上とは異なる方向に進み、比較例2の導光板13Cを備える面光源装置では、部分的に明るい箇所が生じて輝度ムラとなったり、光源部12から遠い側での明るさが低下したりする。
また、このような斜面134jは、筋状となって観察され、導光板13Cの外観性の低下や、面光源装置としての外観性や光学性能の低下も招く。
比較例3の導光板13Dでは、頂面部134Dが、複数の面134k〜134nを有しており、最も背面側(Z1側)への高さが高い面134mでのみ反射シート14と接触するので、前述の比較例1の導光板13Bに比べて、反射シート14との光学密着による影響は大幅に低減される。
しかし、図7(c)に示すように、一部の光L5が、斜面134jに入射して全反射し、光L5が出光面13cに平行な面となす角度は、変化する。そのため、光学設計上は、出光面13cに平行な頂面部で全反射して導光を続ける光L5が、光学設計上とは異なる方向に進み、比較例3の導光板13Dを備える面光源装置では、部分的に明るい箇所が生じて輝度ムラとなったり、光源部12から遠い側での明るさが低下したりする。
また、このような斜面134jは、まだらな筋状や不規則な縞状となって観察され、導光板13Dの外観性の低下や、面光源装置としての外観性や光学性能の低下も招く。
しかし、図7(c)に示すように、一部の光L5が、斜面134jに入射して全反射し、光L5が出光面13cに平行な面となす角度は、変化する。そのため、光学設計上は、出光面13cに平行な頂面部で全反射して導光を続ける光L5が、光学設計上とは異なる方向に進み、比較例3の導光板13Dを備える面光源装置では、部分的に明るい箇所が生じて輝度ムラとなったり、光源部12から遠い側での明るさが低下したりする。
また、このような斜面134jは、まだらな筋状や不規則な縞状となって観察され、導光板13Dの外観性の低下や、面光源装置としての外観性や光学性能の低下も招く。
これに対して、本実施形態の導光板13は、頂面部134が複数の面134a〜134dを有しており、最も背面側(Z1)側への高さが高い面134dのみで反射シート14と接触しており、比Wc/P1が、0.09≦Wc/P1≦0.40を満たしている。
従って、本実施形態によれば、反射シート14との光学密着による影響を大幅に低減できる。
また、頂面部134は、入光面側に位置する面134aから対向面側に向かって次第に背面側への高さhが高くなる階段状であり、各面の間に位置する斜面134eが出光面13cに平行な面と角度βをなし、出光面13cに平行な面と角度αをなす斜面134jが存在しない。また、各面の間の角度βをなす斜面134eには、入光面側から導光する光は、入射しにくく、仮に入射したとしても、その影響は小さい。そのため、本実施形態の頂面部134は、光学設計上は、出光面13cに平行な1つの面からなる頂面部に略等しい。
従って、本実施形態によれば、図6に示すように、頂面部134に入射した光L2は、全反射することができ、光学設計外の方向へ進む光が殆ど生じない。よって、明るさの面内均一性が高い良好な導光板13、及び、面光源装置10、透過型表示装置1とすることができる。
従って、本実施形態によれば、反射シート14との光学密着による影響を大幅に低減できる。
また、頂面部134は、入光面側に位置する面134aから対向面側に向かって次第に背面側への高さhが高くなる階段状であり、各面の間に位置する斜面134eが出光面13cに平行な面と角度βをなし、出光面13cに平行な面と角度αをなす斜面134jが存在しない。また、各面の間の角度βをなす斜面134eには、入光面側から導光する光は、入射しにくく、仮に入射したとしても、その影響は小さい。そのため、本実施形態の頂面部134は、光学設計上は、出光面13cに平行な1つの面からなる頂面部に略等しい。
従って、本実施形態によれば、図6に示すように、頂面部134に入射した光L2は、全反射することができ、光学設計外の方向へ進む光が殆ど生じない。よって、明るさの面内均一性が高い良好な導光板13、及び、面光源装置10、透過型表示装置1とすることができる。
さらに、本実施形態によれば、頂面部134には、出光面13cに平行な面と角度αをなす斜面134jが存在しないので、外観性も良好である。
加えて、本実施形態によれば、背面側単位光学形状131の幅W1に対する、両斜面部(特に、第2斜面部133)の寸法Wbの比Wb/W1が、入光面13aから離れるにつれて大きくなるので、光の取り出し効率が良好であり、明るさの面内均一性を向上できる。
また、本実施形態によれば、背面側単位光学形状131は、配列方向における配列ピッチP1が一定であり、背面側単位光学形状131の幅W1に対する、両斜面部(特に、第2斜面部133)の寸法Wbの比Wb/W1を変化させているので、モアレ(自己モアレ及びプリズムシート15の単位プリズム151やLCDパネル11の画素とのモアレ)を大幅に低減できる。
加えて、本実施形態によれば、背面側単位光学形状131の幅W1に対する、両斜面部(特に、第2斜面部133)の寸法Wbの比Wb/W1が、入光面13aから離れるにつれて大きくなるので、光の取り出し効率が良好であり、明るさの面内均一性を向上できる。
また、本実施形態によれば、背面側単位光学形状131は、配列方向における配列ピッチP1が一定であり、背面側単位光学形状131の幅W1に対する、両斜面部(特に、第2斜面部133)の寸法Wbの比Wb/W1を変化させているので、モアレ(自己モアレ及びプリズムシート15の単位プリズム151やLCDパネル11の画素とのモアレ)を大幅に低減できる。
(光学密着に関する評価)
ここで、比Wc/P1が異なる測定例1〜5の導光板13を用意し、光学密着の発生状況について調べた。光学密着の発生に関する評価方法は、以下の通りである。
図8は、各測定例の導光板における光学密着の発生を評価する評価方法について説明する図である。
荷重測定器20は、載置台21、支持部22、本体部23、端子部24、表示部25等を備えている。
載置台21は、その上に試料を載置する部分である。支持部22は、載置台21から鉛直方向上側へ延びる部材である。
本体部23は、鉛直方向下側へ延びる端子部24、表示部25を備えており、試料に所定の荷重を付加する部分である。端子部24は、その先端部24aで試料に接し、表示部25は、そのときの本体部23が試料に与える荷重が表示される。この本体部23は、本体部23aから支持部22へ伸びる移動支持部23aによって支持部22に沿って鉛直方向に沿って上下に移動可能となっている。
ここで、比Wc/P1が異なる測定例1〜5の導光板13を用意し、光学密着の発生状況について調べた。光学密着の発生に関する評価方法は、以下の通りである。
図8は、各測定例の導光板における光学密着の発生を評価する評価方法について説明する図である。
荷重測定器20は、載置台21、支持部22、本体部23、端子部24、表示部25等を備えている。
載置台21は、その上に試料を載置する部分である。支持部22は、載置台21から鉛直方向上側へ延びる部材である。
本体部23は、鉛直方向下側へ延びる端子部24、表示部25を備えており、試料に所定の荷重を付加する部分である。端子部24は、その先端部24aで試料に接し、表示部25は、そのときの本体部23が試料に与える荷重が表示される。この本体部23は、本体部23aから支持部22へ伸びる移動支持部23aによって支持部22に沿って鉛直方向に沿って上下に移動可能となっている。
荷重測定器20の載置台21に、ガラス板32を載置し、その上に、反射シート14、測定例の導光板、プリズムシート15を積層して載置する。このとき、ガラス板32の上に反射シート14が配置され、反射シート14の上に、測定例の導光板の背面13dが反射シート14に面して配置され、測定例の導光板の出光面13c上にプリズムシート15が、面光源装置10に配置される場合と同様に、単位プリズム151を導光板側に向け、単位プリズム151の配列方向を背面側単位光学形状131の配列方向と平行にして、配置される。
さらに、このプリズムシート15の上に、ガラス板31を載置する。このとき、出光面13cの法線方向から見て、導光板の出光面13cの中心となる位置に、ガラス板31の中心が一致するように載置する。そして、鉛直方向から見てガラス板31の中心となる位置に、端子部24の先端部24aを配置し、所定の荷重をガラス板31等に与える。
さらに、このプリズムシート15の上に、ガラス板31を載置する。このとき、出光面13cの法線方向から見て、導光板の出光面13cの中心となる位置に、ガラス板31の中心が一致するように載置する。そして、鉛直方向から見てガラス板31の中心となる位置に、端子部24の先端部24aを配置し、所定の荷重をガラス板31等に与える。
このとき、観察者Oは、先端部24aの接触点から50cm離れたあらゆる方向から、先端部24aとガラス板31の接触部及びその近傍における各測定例の導光板の背面13dと反射シート14との接触面をプリズムシート15及びガラス板32越しに目視で観察し、濡れたような不定形のしみ状の光学的なムラ(wet out)が観察されるか否かを調べた。
上述のような光学的なムラが観察された場合は、その測定例の導光板と反射シート14とに光学密着が生じており、不可であると評価し、光学的なムラが観察されない場合は、光学密着は生じておらず、良であると評価する。
上述のような光学的なムラが観察された場合は、その測定例の導光板と反射シート14とに光学密着が生じており、不可であると評価し、光学的なムラが観察されない場合は、光学密着は生じておらず、良であると評価する。
なお、光学密着の評価に応じた各測定例の導光板における比Wc/P1等は、以下の通りである。
測定例1の導光板は、比Wc/P1が、0.09である。
測定例2の導光板は、比Wc/P1が、0.25である。
測定例3の導光板は、比Wc/P1が、0.40である。
測定例4の導光板は、比Wc/P1が、0.50である。
測定例5の導光板は、比Wc/P1が、0.70である。
各測定例の導光板は、背面側単位光学形状131の比Wc/P1は、導光方向において一定である。
測定例1の導光板は、比Wc/P1が、0.09である。
測定例2の導光板は、比Wc/P1が、0.25である。
測定例3の導光板は、比Wc/P1が、0.40である。
測定例4の導光板は、比Wc/P1が、0.50である。
測定例5の導光板は、比Wc/P1が、0.70である。
各測定例の導光板は、背面側単位光学形状131の比Wc/P1は、導光方向において一定である。
また、各測定例の導光板は、背面側単位光学形状131の比Wc/P1の値が異なる以外は、略同様の形態であり、各部の寸法は、以下の通りである。
外形等:300mm×174mm、アクリル樹脂製、総厚約550μm。
背面側単位光学形状131:配列ピッチP1=100μm、角度α=2°、角度β=15°。
出光側単位光学形状135:配列ピッチP2=50μm、角度γ=120°。
外形等:300mm×174mm、アクリル樹脂製、総厚約550μm。
背面側単位光学形状131:配列ピッチP1=100μm、角度α=2°、角度β=15°。
出光側単位光学形状135:配列ピッチP2=50μm、角度γ=120°。
反射シート14:白色のPET樹脂製のシート状の部材、グロス値60%(JIS Z8741,60°反射)、外形300mm×174mm、厚さ150μm。
プリズムシート15:
単位プリズム151:紫外線硬化型樹脂製。配列ピッチP2=50μm、角度ε=66°。
プリズム基材層152:PET樹脂製。厚さ188μm。
ガラス板31:10mm×10mm。厚さ5mm。
ガラス板32:300mm×174mm。厚さ2mm。
荷重測定器は、アイコーエンジニアリング社製のRX−20を使用した。
光学密着の評価荷重:20N。
荷重のかかる面積:100mm2。
プリズムシート15:
単位プリズム151:紫外線硬化型樹脂製。配列ピッチP2=50μm、角度ε=66°。
プリズム基材層152:PET樹脂製。厚さ188μm。
ガラス板31:10mm×10mm。厚さ5mm。
ガラス板32:300mm×174mm。厚さ2mm。
荷重測定器は、アイコーエンジニアリング社製のRX−20を使用した。
光学密着の評価荷重:20N。
荷重のかかる面積:100mm2。
一般的に、導光板13の背面13dとの光学密着が問題となるのは反射シート14等の反射部材である。しかし、ここでは、上記のような評価方法によって、評価することにより、反射部材の材質等によらず、導光板13の背面13dの接触部による光学密着の発生の有無を評価した。
表1は、評価結果を示す表である。表1の評価結果では、光学密着が生じたものを×で示し、光学密着が生じなかったものを○で示している。
表1は、評価結果を示す表である。表1の評価結果では、光学密着が生じたものを×で示し、光学密着が生じなかったものを○で示している。
上記の表1に示すように、Wc/P1が、0.40以下である測定例1〜3の導光板は、光学密着が生じず、良好であった。しかし、Wc/P1が0.40を越える測定例4,5の導光板は、光学密着が生じていた。
実際に、PET樹脂製の白色の反射シート14を備える面光源装置、透過型表示装置に、各測定例の導光板を組み込んで、明るさの面内均一性等を評価したところ、Wc/P1が、0.40以下である測定例1〜3の導光板を備える面光源装置、透過型表示装置では、明るさムラもなく、明るさの面内均一性が良好であったが、Wc/P1が0.40を越える測定例4,5の導光板を備える面光源装置、透過型表示装置では、明るくなる場所や暗くなる場所が生じ、明るさの面内均一性が低下しており、外観も不良であった。
実際に、PET樹脂製の白色の反射シート14を備える面光源装置、透過型表示装置に、各測定例の導光板を組み込んで、明るさの面内均一性等を評価したところ、Wc/P1が、0.40以下である測定例1〜3の導光板を備える面光源装置、透過型表示装置では、明るさムラもなく、明るさの面内均一性が良好であったが、Wc/P1が0.40を越える測定例4,5の導光板を備える面光源装置、透過型表示装置では、明るくなる場所や暗くなる場所が生じ、明るさの面内均一性が低下しており、外観も不良であった。
以上のことから、本実施形態によれば、光学密着を大幅に改善し、明るさの面内均一性の高い良好な導光板13、面光源装置10、透過型表示装置1とすることができる。
(変形形態)
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)背面側単位光学形状131は、導光方向に配列され、導光方向及び導光板13の板面に直交する方向における断面形状が前述の形態であれば、板面内において導光方向に直交する方向(Y方向)に不連続な島状に形成されていてもよい。
例えば、背面側単位光学形状131は、背面側に凸となる略四角台形状であり、導光方向及びこれに直交する方向(X方向及びY方向)に配列される形態としてもよい。
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)背面側単位光学形状131は、導光方向に配列され、導光方向及び導光板13の板面に直交する方向における断面形状が前述の形態であれば、板面内において導光方向に直交する方向(Y方向)に不連続な島状に形成されていてもよい。
例えば、背面側単位光学形状131は、背面側に凸となる略四角台形状であり、導光方向及びこれに直交する方向(X方向及びY方向)に配列される形態としてもよい。
(2)面光源装置10は、対向面13bを第2入光面13bとし、この面に対向する位置にさらに光源部12を配置してもよい。この場合、例えば、背面側単位光学形状131は、その配列方向において、入光面13aから導光板13の中心点までは、上述の実施形態の形状であり、その中心点から対向面13bまでは、上述の実施形態のX方向を逆転した形であり、中心点から第2入光面13bまで、比Wb/W1がX2側に向かうにつれて次第に小さく(比Wa/W1は次第に大きくなる)形状とすることが好ましい。このとき、導光板13の背面は、XZ面に平行な断面において、導光方向の中心を通りZ方向に平行な直線を軸として対称な形状となる。
(3)背面側単位光学形状131の配列方向における配列ピッチP1は、配列方向において、段階的又は連続的に、変化する形態としてもよい。
また、角度αに関しても、同様に、背面側単位光学形状131の配列方向において、段階的又は連続的に、変化する形態としてもよい。良好な光学性能を得るために、角度α,β,配列ピッチP1等は適宜設定してよい。
また、角度αに関しても、同様に、背面側単位光学形状131の配列方向において、段階的又は連続的に、変化する形態としてもよい。良好な光学性能を得るために、角度α,β,配列ピッチP1等は適宜設定してよい。
(4)本実施形態において、出光側単位光学形状135は、その配列ピッチP2と、配列方向における幅W2とが等しい例を示したが、これに限らず、配列ピッチP2が配列方向における幅W2よりも大きく、各出光側単位光学形状135間に、平面部や凹部等が形成された形状としてもよい。
なお、背面側単位光学形状131についても同様である。
なお、背面側単位光学形状131についても同様である。
(5)導光板13の総厚は、入光面側(X1側)が厚く、対向面側(X2側)へ進むにつれて次第に薄くなる形状としてもよい。
(6)面光源装置10は、導光板13に背面側(Z1側)に反射シート14が配置される例を示したが、これに限らず、例えば、反射シート14ではなく、例えば、透過型表示装置1等の筐体の内側の面であって、導光板13の背面13dに対面する面に、光反射性を有する塗料や金属箔等を塗付又は転写等して形成してもよい。
(7)面光源装置10は、プリズムシート15とLCDパネル11との間に、拡散作用を有する光学シートや、各種レンズ形状やプリズム形状が形成された他の光学シート等を組み合わせ配置してもよい。また、面光源装置10は、プリズムシート15以外の偏向作用を有する光学シートを用いてもよい。
使用環境や所望の光学性能に合わせて、面光源装置10として導光板13と組み合わせて用いる各種光学シート等は、適宜選択して用いることができる。
使用環境や所望の光学性能に合わせて、面光源装置10として導光板13と組み合わせて用いる各種光学シート等は、適宜選択して用いることができる。
なお、本実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態等によって限定されることはない。
1 透過型表示装置
10 面光源装置
11 LCDパネル
12 光源部
121 点光源
13 導光板
131 背面側単位光学形状
132 第1斜面部
133 第2斜面部
134 頂面部
134a〜134d 面
135 出光側単位光学形状
14 反射シート
15 プリズムシート
16 光拡散シート
10 面光源装置
11 LCDパネル
12 光源部
121 点光源
13 導光板
131 背面側単位光学形状
132 第1斜面部
133 第2斜面部
134 頂面部
134a〜134d 面
135 出光側単位光学形状
14 反射シート
15 プリズムシート
16 光拡散シート
Claims (7)
- 光が入射する入光面と、前記入光面に交差し光が出射する出光面と、前記出光面に対向する背面とを有し、前記入光面から入射した光を導光方向に導光しながら前記出光面から出射する導光板であって、
前記背面に、背面側単位光学形状が前記導光方向に複数配列され、
前記背面側単位光学形状は、背面側に凸であり、その配列方向に平行であって該導光板の厚み方向に平行な断面において、その断面形状が略四角形形状であり、入光面側に位置する第1斜面部と、これに対向して他方側に位置して入射する光の少なくとも一部を全反射する第2斜面部と、前記第1斜面部と前記第2斜面部との間に位置する頂面部とを有し、
前記頂面部は、該導光板の背面側に配置される反射部材と接触する接触部を備え、
前記背面側単位光学形状の配列方向において、前記接触部が前記反射部材と接触する領域の寸法をWc、前記背面側単位光学形状の配列ピッチをP1とするとき、比Wc/P1は、
0.09≦Wc/P1≦0.40
を満たし、
前記入光面は1つであり、
前記頂面部は、前記出光面に平行であって前記背面側への高さが異なる複数の面が前記背面側単位光学形状の配列方向に沿って配列された階段状であり、
前記複数の面は、最も前記第1斜面部側に位置する面が最も前記背面側への高さが小さく、前記第2斜面部側へ向かうにつれて前記背面側への高さが大きくなり、最も前記背面側への高さが高い面が、接触部となること、
を特徴とする導光板。 - 請求項1に記載の導光板において、
前記複数の面の各面の間には、前記第1斜面部と平行な斜面が形成されていること、
を特徴とする導光板。 - 請求項1又は請求項2に記載の導光板において、
前記背面側単位光学形状の配列方向における前記頂面部の寸法をWaとしたときに、
Wa/P1は導光方向に沿って前記入光面側から離れるにつれて小さくなるが、Wc/P1は一定であること、
を特徴とする導光板。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の導光板において、
前記背面側単位光学形状は、柱状であり、前記導光方向に直交する方向を長手方向として、前記導光方向に配列されていること、
を特徴とする導光板。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の導光板において、
前記背面側単位光学形状の配列方向において、前記背面側単位光学形状の寸法W1に対して、前記第1斜面部及び前記第2斜面部が占める寸法Wbの比Wb/W1は、前記入光面から離れるにつれて大きくなること、
を特徴とする導光板。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の導光板と、
前記導光板の前記入光面に対面する位置に設けられ、前記入光面へ光を投射する光源部と、
前記導光板の背面側に配置され、前記導光板の前記背面から出射した光を前記導光板側に反射する反射部材と、
前記導光板の出光面側に配置され、前記導光板から出射した光を、そのシート面の法線方向又は法線方向となす角度が小さくなる方向へ向ける偏向作用を有する偏向光学シートと、
を備える面光源装置。 - 請求項6に記載の面光源装置と、
前記面光源装置によって背面側から照明される透過型表示部と、
を備える透過型表示装置。
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