WO2006006558A1 - 拡散シート、面光源装置及び透過型表示装置 - Google Patents

拡散シート、面光源装置及び透過型表示装置 Download PDF

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Definitions

  • Diffusion sheet surface light source device, and transmissive display device
  • the present invention relates to a display device such as a liquid crystal display device, and in particular, a diffusion sheet used in a surface light source device that illuminates a transmissive liquid crystal display device or the like from the back, a surface light source device, and a transmission using the same.
  • the present invention relates to a type display device.
  • a direct type surface light source device directly receives light from the back side of a transmissive display unit such as an LCD panel that functions as a light valve by means of cathode ray tubes (light emitting tubes) arranged in parallel. It is configured to be introduced.
  • a transmissive display unit such as an LCD panel that functions as a light valve
  • cathode ray tubes light emitting tubes
  • an appropriate distance is provided between the cathode ray tube and the transmissive display unit, a diffusing plate is disposed therebetween, and an optical sheet for converging light is provided. Multiple combinations are arranged.
  • a surface light source device in a surface light source device, light is provided by providing a light-shielding portion such as a lighting curtain or a light-shielding dot layer.
  • a light-shielding portion such as a lighting curtain or a light-shielding dot layer.
  • a method for maintaining uniformity has been proposed, but such a method has a problem in that the amount of light used is reduced as in the above-described method.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 6-347613 proposes a method of performing diffusion control in two directions using a sheet provided with a single lenticular lens on both sides in a surface light source device. Because of the lack of sufficient function for convergence, the optical axis varies from place to place in the surface of the transmissive display unit such as an LCD panel due to the positional relationship with the cathode ray tube, and the position for observing the screen remains. The problem of non-uniformity in brightness caused by the problem was solved.
  • JP-T-2002-535690 discloses a prism that mainly refracts and transmits light perpendicular to the sheet, and a prism that primarily transmits light that is perpendicularly incident on the sheet after being totally reflected once.
  • a method of combining the two has been proposed.
  • JP-T-2002-535690 almost all light is transmitted to the exit surface side regardless of whether light incident perpendicularly to the sheet is refracted or transmitted after total reflection. Trying to emit. For this reason, the light transmitted after total reflection is emitted from the sheet at a relatively large output angle, and the output light spreads over a wider range, and the output light is collected within the required output angle range. There was a problem that it was difficult to do.
  • the present invention has been made in consideration of such points, and a diffusion sheet, a surface light source device, and a transmission type capable of performing uniform illumination without unevenness regardless of the position where the screen is observed
  • An object is to provide a display device.
  • the present invention is used by being incorporated in a direct type surface light source device having a light source unit in which a plurality of light sources are arranged in parallel, and is emitted from each light source of the light source unit.
  • a diffusion lens array formed on at least an emission side from which light is emitted, which is diffused and uniformized by diffusing light, and a plurality of light diffused and emitted from each light source of the light source unit.
  • the diffusing lens array includes at least two types of unit lenses regularly arranged on the sheet surface, and each type of unit lens has an elliptical cross section.
  • It has at least one shape selected from a shape corresponding to a part of an elliptic cylinder and a shape corresponding to a part of a spheroid whose cross section is an ellipse, and the major axis of the ellipse which is a cross section is Orthogonal to the seat surface Providing a diffusion sheet, wherein the door.
  • the two types of unit lenses constituting the diffusing lens array have shapes with different heights, and the two types of unit lenses with different heights are arranged. It is preferable that a set of unit lens groups formed in this manner is repeatedly arranged on the sheet surface!
  • the height of the unit lens having a high height is H
  • the width is W
  • the refractive index is N. It is preferable to satisfy the relationship arcsin (l / N) ⁇ arctan (1 / ((2H / W) 0. 1))! / ⁇ .
  • the two types of unit lenses constituting the diffusing lens array are perpendicularly incident on the sheet surface and have the highest height among the unit lenses of each type.
  • the shape and the refractive index are determined so that the light can enter a high unit lens.
  • the long radius of the unit lens with the lowest height of the two types of unit lenses has a length more than 2.5 times the short radius.
  • the long radius of the unit lens having the highest height among the two types of unit lenses is not more than 2.5 times the short radius.
  • the diffusing lens array between the unit lenses forming the diffusing lens array, at least one shape selected from a flat shape, a concave shape, and a fine uneven shape is formed. It is preferred that the part is formed.
  • an incident surface having a fine concavo-convex shape having a light diffusing action is formed on the incident side of the diffusion sheet where light is incident.
  • the diffusion sheet has two or more layers having different moisture absorption rates, and of the two or more layers, the moisture absorption of the incident side layer on which light is incident.
  • the rate is preferably higher than the moisture absorption rate of the exit layer on which the diffusing lens array is formed.
  • the present invention provides a surface light source device that illuminates a transmissive display unit from the back side, a light source unit in which a plurality of light sources are arranged in parallel, and projection from each light source of the light source unit.
  • a surface light source device characterized by comprising a diffusion sheet for diffusing and uniformizing the emitted light and the diffusion sheet according to the first solving means described above.
  • the diffusion sheet is provided immediately after the light source section light is emitted.
  • the present invention provides, as a third solution, a transmissive display unit, and a surface light source device that illuminates the transmissive display unit from the back, and the surface light source device according to the second solution described above.
  • the present invention provides a transmissive display device characterized by comprising:
  • a diffusion sheet having a diffusion lens array formed on the emission side from which light is emitted is incorporated and used.
  • Diffuse lens array force Since it contains at least two types of unit lenses that are regularly arranged on the sheet surface, it has multiple luminance characteristics with respect to the incident angle, so that light can be emitted in various directions. Can diffuse. Therefore, the effect of reducing unevenness is enhanced, and uniform illumination without unevenness can be performed regardless of the position where the screen is observed.
  • each unit lens forming the diffusing lens array has a long axis orthogonal to the sheet surface
  • the diffusion characteristics can be arbitrarily controlled as compared with a cylindrical surface or a spherical surface if the elliptical cylinder is a part of the elliptical cylinder or a part of a spheroid whose major axis is orthogonal to the sheet surface. it can
  • Two types of unit lens forces constituting the diffuser lens array A set of unit lenses formed by arranging two types of unit lenses having different heights and different heights from each other. If the groups are arranged repeatedly on the sheet surface, it is possible to eliminate light from being emitted at an unnecessarily large emission angle while increasing the effect of reducing unevenness, and to improve the light utilization efficiency. can do.
  • the light enters the lens surface of the unit lens having the lowest height among the unit lenses that are incident perpendicularly to the sheet surface. At least part of the light that is refracted and emitted from the unit lens having the lowest height after being totally reflected by the lens surface is emitted from the unit lens having the highest height. If the shape and refractive index are determined so that the light can be incident on the light, the light spreading in an unnecessary direction can be suppressed, and the light can be emitted intensively within the range of the required emission angle. .
  • the long radius force of the lowest unit lens of the two types of unit lenses is made to have a length of 2.5 times or more of the short radius, or of the two types of unit lenses.
  • Tallest If the long radius of the unit lens is 2.5 times shorter than the short radius, the light emitted from the unit lens with a low height at a large output angle will be adjacent to the unit lens with a high height. Therefore, light that spreads in an unnecessary direction can be suppressed, and light can be intensively emitted within a range of a required emission angle.
  • a unit lens of the diffusing lens array can be formed by forming a flat shape, a concave shape, or a fine uneven shape portion between each unit lens forming the diffusing lens array. While the transmittance of incident light with an incident angle near 0 °, which is insufficient only with the shape of the projection, is increased, it can provide an appropriate unevenness canceling effect and an effect of correcting and converging the light emission direction. Further, the strength of the mold for molding the diffusion sheet can be increased, and deformation that may occur during the fabrication of the mold can be prevented.
  • the diffusion characteristics can be further enhanced. In addition, it can provide an omnidirectional diffusion effect.
  • the diffusion sheet has two or more layers having different moisture absorption rates, and the moisture absorption power of the incident-side layer on which light enters among these two or more layers is formed as a diffusion lens array. If it is higher than the moisture absorption rate of the layer on the exit side, even if it is dried from the light source side due to the heat generated by the lighting of the cathode ray tube, it will not protrude to the exit side, so it will be in close contact with other optical sheets It is possible to prevent the portion from being observed as unevenness.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a transmissive display device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a diffusion sheet included in the surface light source device of the transmissive display device shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the diffusion sheet shown in FIG. 2 cut along line III-III.
  • FIG. 4 is a diagram showing a typical trajectory of light incident on the diffusion sheet shown in FIG.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams showing how light travels in the diffusion sheet shown in FIG. 2 in comparison with light travel in a general diffusion sheet.
  • FIG. 6 is a diagram showing how the light incident substantially perpendicularly to the diffusion sheet shown in Fig. 2 travels.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a converging sheet included in the surface light source device of the transmissive display device shown in FIG. 1.
  • FIG. 8A and FIG. 8B are enlarged sectional views showing a modification of the diffusion sheet shown in FIG.
  • FIG. 9 is a perspective view showing another modification of the diffusion sheet shown in FIG. 2.
  • FIG. 10 is a perspective view showing still another modification of the diffusion sheet shown in FIG. 2.
  • FIG. 11 is an enlarged sectional view showing still another modification of the diffusion sheet shown in FIG.
  • FIG. 12 is a diagram showing how light travels in a conventional diffusion sheet.
  • a transmissive display device 10 is a transmissive liquid crystal display device that displays video information by controlling transmission and non-transmission of light by a liquid crystal display element.
  • it includes an LCD panel (transmission display) 11 and a surface light source device 16 that illuminates the LCD panel 11 from the back.
  • the surface light source device 16 has at least a convergence sheet 12, a cathode ray tube 13, a diffusion sheet 14, and a reflective polarizing sheet 15, and an LCD panel 11 on which an image pattern corresponding to image information is formed.
  • the image is displayed on the LCD panel 11 by irradiating the back light with the surface light source device 16.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the configuration to the last, and the size and shape of each part are appropriately exaggerated for easy understanding.
  • the LCD panel 11 is a light valve formed by a so-called transmissive liquid crystal display element.
  • the LCD panel 11 is 30 inches in size and is configured to display 800 ⁇ 600 dots!
  • the surface light source device 16 is a direct type surface light source device in which a plurality of cathode ray tubes 13 are arranged in parallel.
  • the cathode ray tube 13 is an arc tube of a line light source that constitutes a light source unit as a knock light.
  • six tubes are arranged in parallel at regular intervals of approximately 75 mm.
  • the cathode ray tubes 13 arranged in this way are in the direction along the horizontal direction of the SLCD panel 11 as shown in FIG. It is arranged so that it is in the vertical direction of LCD panel 11!
  • a reflector (not shown) is provided on the back surface of the cathode ray tube 13, and with such a design, the illuminance of light incident on each part of the screen of the LCD panel 11 is made to be uniform. It is doing so.
  • a diffusion sheet 14 is provided between the cathode ray tube 13 and the converging sheet 12.
  • the diffusion sheet 14 is preferably provided immediately after light is emitted from the cathode ray tube 13 constituting the light source unit. By disposing the diffusion sheet 14 in this way, uniform illumination without unevenness can be performed regardless of the position on the screen, and the luminance can be improved as a whole by effectively using light.
  • the diffusion sheet 14 is a sheet that diffuses and equalizes the light emitted from the cathode ray tube 13, and a diffusion lens array 141 is formed on the emission side from which the light is emitted. ing.
  • the diffusing lens array 141 diffuses and emits the light emitted from the cathode ray tube 13 and has a plurality of shapes corresponding to a part of a continuous elliptic cylinder whose section is an ellipse.
  • the unit lenses there are two types of unit lenses 141a and 141b regularly arranged on the sheet surface. Note that these two types of unit lenses 141a and 141b have different shapes from each other. In addition, a large number of these two types of unit lenses 141a and 141b are arranged in parallel with each other, and the arrangement direction thereof coincides with the arrangement direction of the cathode ray tube 13 (see FIG. 1).
  • the unit lens 14 la having a low height has an elliptical cross section as shown in FIG. 3, and the major axis Xa of the ellipse is It is perpendicular to the seat surface.
  • the cross section is an ellipse, and the major axis Xa ′ of the ellipse is orthogonal to the sheet surface.
  • a flat portion 141c is formed between the unit lens 141a having a low height and the unit lens 141b having a high height.
  • the cross section of the unit lens 141a having a low height forming the diffusing lens array 141 of the diffusing sheet 14 has a long radius of 0. 15
  • a shape that corresponds to a part of an ellipse (long axis Xa is an ellipse whose long axis Xa is orthogonal to the sheet surface of diffusion sheet 14) with a short radius of 0.05 mm and a height that protrudes toward the exit side (Height from flat part 141c) is 0.1mm.
  • the cross section of the high unit lens 141b is an ellipse having a major radius of 0.22 mm and a minor radius of 0.14 mm (the ellipse whose major axis Xa 'is orthogonal to the sheet surface of the diffusion sheet 14).
  • the shape corresponds to a part, and the height protruding from the emission side (height from the flat part 141c) is 0.12 mm.
  • the long radius of the ellipse of the low unit lens 141a is three times the length of the short radius
  • the long radius of the ellipse of the high unit lens 141b is short. It is 1.57 times the length of the radius.
  • the distance between the long axes Xa and Xa 'of the low unit lens 141a and the high unit lens 141b is 0.2 mm.
  • These two types of unit lenses 141a and 141b are a combination of adjacent unit lenses 14la and 141b, and the set of unit lenses 141a and 141b has a pitch of 0.4 mm on the sheet surface. Arranged repeatedly at intervals.
  • the optimum width of the flat portion 141c varies depending on the pitch in which the unit lenses 141a and 141b are arranged, and cannot generally be said, but generally has a width of about 2 m to 50 m. It is preferable.
  • a concave portion 141c ′ is formed on the LCD panel 11 side.
  • a fine uneven portion 141c may be formed. It should be noted that by providing a concave portion 141 force as shown in FIG. 8A, the transmittance of incident light with an incident angle near 0 ° is not sufficient only by the shape of the unit lenses 141a and 141b of the diffuser lens array 141. In addition, it is possible to achieve an appropriate unevenness canceling effect and an effect of correcting and converging the light emission direction.
  • the diffusing lens array 141 of the diffusing sheet 14 is designed to enhance the correction effect for incident light having an incident angle in the range of 30 ° to 50 °.
  • the transmittance of incident light with an incident angle near 0 ° is reduced.
  • the concave portion 141c ′ is provided as described above, an appropriate unevenness canceling action for incident light with an incident angle near 0 °, and an action for correcting and converging the light emission direction. It is possible to give
  • FIG. 4 the optical action of the diffusion sheet 14 having such a configuration will be described with reference to FIGS. 4, 5A, 5B, and 6.
  • FIG. 5A, 5B, and 6 the optical action of the diffusion sheet 14 having such a configuration will be described with reference to FIGS. 4, 5A, 5B, and 6.
  • FIG. 4 is a diagram showing a typical trajectory of light incident on the diffusion sheet 14.
  • FIG. 5A is a diagram showing how light travels in the diffusion sheet 14, and FIG. 5B is a general diffusion sheet (a diffusion sheet that does not satisfy the above formula (1) and only the unit lens of the shape is powerful). It is a figure which shows how a light advances.
  • the unit of the diffusing lens array 241 in the general diffusing sheet 24 has a trough between the unit lenses of the diffusing lens array 241 at the top of the lens.
  • light coming from a certain direction is totally reflected, and when it exits from the top, it travels in an oblique direction (see light beam L4 in FIG. 5B), so that it appears uneven when observed from an oblique direction.
  • the light use efficiency can be increased.
  • the major radius of the ellipse which is a cross section of the unit lens 141a having a low height that forms the diffusing lens array 141, is the length of the minor radius.
  • the long radius of the ellipse which is the cross section of the low unit lens 141a, is 2.5 times the short radius or longer, and the long ellipse of the high unit lens 141b is long.
  • the radius should be less than 2.5 times the minor radius.
  • the ratio of the major radius to the minor radius of the ellipse, which is a cross section of the unit lenses 141a and 141b, is 2.5 or less, and is 1 for incident light with an incident angle of 0 °. Total reflection There is no light emitted later. In addition, when this ratio is 2.5 or more, there is light that is emitted after being totally reflected once for incident light with an incident angle of 0 °, and unevenness is observed when viewing the directional force at a large emission angle. Arise. However, if the unit lens 141a has a low height, the emitted light, which should cause unevenness, is blocked by the high unit lens 141b. In addition, increasing the ratio of the major radius to the minor radius of the ellipse, which is the cross section of the unit lens, is effective for improving the convergence of light incident at a large incident angle.
  • the ratio of the major radius to the minor radius of the ellipse that is a cross section of the unit lens is defined, and the unit lens 141a having a low height has a large incidence.
  • the unit lens 141b has a vertically long shape that can converge light of an angle, and the unit lens 141b with a high height is not so long as it does not cause unevenness! / Like! /
  • the unit lens 141a having a low height if the length of the major radius of the ellipse that is the cross section becomes 10 times or more the length of the minor radius, the slope becomes a straight line. The brightness changes too much. Accordingly, for the unit lens 141a having a low height, it is most desirable that the major radius of the ellipse that is the cross section is 2.5 to 10 times the minor radius.
  • the length of the major radius of the ellipse that is the cross section of the high unit lens 141b is less than or equal to one times the length of the minor radius, a sufficient optical axis is obtained. It will not be possible to obtain the correction effect. Therefore, for the unit lens 141b having a high height, it is most desirable that the major radius of the ellipse, which is a cross section thereof, is 1 to 2.5 times the minor radius.
  • FIG. 6 is a diagram showing how the light incident substantially perpendicularly to the diffusion sheet 14 according to the present embodiment travels.
  • the light incident substantially perpendicularly to the diffusion sheet 14 is totally reflected by the unit lenses 141a forming the diffusion lens array 141, and then a part thereof is emitted.
  • the light emitted in this way is captured by the adjacent unit lens 141b, returned to the light source side, and reused. Therefore, in the present embodiment, the light having a large emission angle is returned with almost no emission, so that the collected light can be efficiently extracted, and further, the cathode ray It is possible to reduce luminance unevenness (tube unevenness) caused by the tubes 13 being lined up at the same time.
  • the height at which the diffusing lens array 441 is formed is low.
  • the unit lens 44 la and the height !, the unit lens 441b !, the light incident on the deviation is also totally reflected by the unit lenses 441a and 441b and then emitted at a large emission angle, and is thus with respect to the sheet surface.
  • the light incident on the unit lenses 441a and 441b is emitted without being returned to the light source side and is not reused.
  • the converging sheet 12 is a sheet that converges and emits the diffused light emitted from the cathode ray tube 13 and further diffused by the diffusion sheet 14. It is provided between the CD panel 11.
  • a plurality of incident-side unit lenses 121 having a substantially trapezoidal cross-sectional shape in a direction orthogonal to the sheet surface are arranged in the sheet surface direction.
  • These incident-side unit lenses 121 extend while maintaining the same cross-sectional shape in a direction orthogonal to the direction in which they are arranged.
  • the converging sheet 12 is arranged so that the direction in which the incident-side unit lens 121 extends coincides with the longitudinal direction of the cathode ray tube 13.
  • a converging lens array 123 is formed on the exit side (LCD panel 11 side) of the converging sheet 12.
  • a plurality of unit prisms are arranged in the direction of the sheet surface in which the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the sheet surface along the direction in which the incident-side unit lens 121 extends is an isosceles triangle. Arranged.
  • the direction in which the incident-side unit lens 121 provided on the incident side extends and the unit prism of the converging lens array 123 provided on the outgoing side extend. are arranged perpendicular to each other.
  • the direction in which the incident-side unit lens 121 extends coincides with the longitudinal direction of the cathode ray tube 13 and the direction in which the unit prisms of the converging lens array 123 extend.
  • the converging sheet 12 is arranged so as to be orthogonal to the longitudinal direction of the cathode ray tube 13, but the arrangement of the converging sheet 12 may be rotated by 90 ° within the sheet surface.
  • the converging sheet 12 so that the direction in which the incident-side unit lens 121 extends is perpendicular to the longitudinal direction of the cathode ray tube 13 and the direction in which the unit prisms of the converging lens array 123 extend coincides with the longitudinal direction of the cathode ray tube 13. May be arranged.
  • the converging sheet 12 converges the illumination light in the direction orthogonal to the cathode ray tube 13 by the incident-side unit prism 121 provided on the incident side, and the converging lens array 123 provided on the emission side. As a result, the illumination light can be converged even in a direction parallel to the cathode ray tube 13.
  • the reflective polarizing sheet 15 is a sheet that increases the luminance without narrowing the viewing angle, and is disposed between the LCD panel 11 and the converging sheet 12.
  • DBEF manufactured by Sumitomo 3EM
  • the diffusion lens array 141 is formed at least on the emission side from which light is emitted. Since the sheet 14 is incorporated and used, and the diffuser lens array 141 includes at least two types of unit lenses 141a and 141b regularly arranged on the sheet surface, the luminance with respect to the incident angle It can diffuse light in various directions with multiple characteristics. For this reason, the diffusion sheet 14 is highly effective in reducing unevenness, and is a versatile sheet that can maintain a constant luminance distribution at any angle, regardless of the position at which the screen is observed. Uniform illumination without unevenness can be performed.
  • the two types of unit lenses 141a and 141b constituting the diffusing lens array 141 formed on the diffusing sheet have shapes having different heights, and the two types of unit lenses 144a and 141b having different heights are arranged. Since the unit lens group formed in this manner is repeatedly arranged on the sheet surface, it is possible to prevent light from being emitted at an unnecessarily large emission angle while enhancing the effect of reducing unevenness. It is possible to increase the light utilization efficiency. [0069] Example of saddle shape
  • unit lenses 141a and 141b forces forming the diffusing lens array 141 of the diffusing sheet 14 are exemplified as a case where the cross section is a part of a continuous elliptic cylinder.
  • the present invention is not limited to this, and a diffusing lens array comprising two types of unit lenses 341a and 341b that are part of a spheroid whose section is an ellipse, such as the diffusing sheet 34 shown in FIG. 341 may be formed.
  • the unit lenses 341a and 341b forming the diffusing lens array 341 have the long axis of the ellipse orthogonal to the sheet surface! /, .
  • the incident side of the diffusion sheet 14 is a plane has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and as shown in FIG.
  • the fine uneven portion 142 may be formed by embossing or the like.
  • the layer configuration of the diffusion sheet 14 and the convergence sheet 12 is not particularly mentioned, but regarding these sheets, heat is generated by the lamp of the cathode ray tube 13 that is a light source. As a result, the side force of the cathode ray tube 13 is also dried, which may cause problems such as stagnation and warping of each sheet.
  • the diffusion sheet 14 has two or more layers 14-1 and 14-2 having different moisture absorption rates. The moisture absorption power of the incident layer 14-2 where light is incident out of the layers 14-1 and 14-2 is made higher than the moisture absorption of the diffusion layer 14-1 where the diffusion lens array 141 is formed. Also good.
  • the surface light source device 16 and the transmissive display device 10 including the surface light source device 16 are configured by combining the diffusion sheet 14, the convergence sheet 12, and the reflective polarizing sheet 15.
  • the present invention is not limited to this example.
  • the convergence sheet 12 (and If necessary, the reflective polarizing sheet 15) may be omitted, or a surface light source device and a transmissive display device including the surface light source device may be configured by combining various other optical sheets and the diffusion sheet 14. Also good.
  • a case where two types of unit lenses 141a and 141b having different heights are used as the diffusion lens array 141 of the diffusion sheet 14 is used.
  • the present invention is not limited to this.
  • three types of unit lenses having different heights may be arranged side by side, and a unit lens having a different number of heights may be used. Use things that are arranged side by side.

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Abstract

　画面を観察する位置にかかわらずムラのない均一な照明を行うことができる拡散シート、面光源装置及び透過型表示装置を提供する。透過型表示装置１０は、ＬＣＤパネル１１と、ＬＣＤパネル１１を背面から照明する面光源装置１６とを備えている。面光源装置１６は、並列に並べられた複数の陰極線管１３を有している。面光源装置１６の陰極線管１３とＬＣＤパネル１１との間には、拡散シート１４及び収束シート１２が設けられている。拡散シート１４には、光が出射する出射側に拡散レンズアレイ１４１が形成されている。拡散レンズアレイ１４１は、その断面が楕円である楕円筒の一部に相当する形状をなす複数の単位レンズ（高さの低い単位レンズ１４１ａと、高さの高い単位レンズ１４１ｂとを並べたものを１組として、これを規則的に並べて配置したもの）を有している。収束シート１２は、陰極線管１３側にてシート面に沿って形成された、断面形状が略台形形状である複数の単位レンズ１２１を有している。これにより、面光源装置１６の陰極線管１３からの照明光を拡散して均一な照明を行うと共に、照明光を収束させてバックライトとしての光の利用効率を高くすることができる。

Description

明 細 書
拡散シート、面光源装置及び透過型表示装置
技術分野
[0001] 本発明は、液晶表示装置等のディスプレイ装置に係り、とりわけ、透過型の液晶表 示装置等を背面から照明する面光源装置に用いられる拡散シート、面光源装置及び それらを用いた透過型表示装置に関するものである。
背景技術
[0002] 透過型の液晶表示装置等を背面から照明する面光源装置として、各種の方式の面 光源装置が提案され、また実用化されている。このような面光源装置は、主として、面 光源でない光源を面光源に変換する方式の相違により、エッジライト型と直下型とに 分けられている。
[0003] このうち、例えば、直下型の面光源装置は、並列に並べられた陰極線管 (発光管） により、ライトバルブとして機能する LCDパネル等の透過型表示部の背面側から光が 直接的に導入されるように構成されている。そして、このような直下型の面光源装置 において、陰極線管と透過型表示部との間には適度な距離があけられ、その間に拡 散板が配置され、さらに、光を収束させる光学シートが複数組み合わされて配置され ている。
[0004] し力しながら、このような従来の直下型の面光源装置では、必要とされる光学シート の枚数が多い割に光の収束特性が不十分であるという問題があり、それを補う為に、 LCDパネル等の透過型表示部自体の構造を改良して、斜め方向から入射する入射 光に対しても画質が落ちないようにしている。し力しながら、このような従来の方式で は、光の利用効率が低下する上、 LCDパネル等の透過型表示部の構成が複雑とな り、コスト増の要因になるという問題があった。
[0005] また、従来の直下型の面光源装置では、陰極線管に近接した部分であるか否か（ すなわち、陰極線管に至近の位置である力 並列に並べられた陰極線管の間隙部 分に至近の位置である力）によって、光強度 (輝度）にムラが発生しやすいという問題 かあつた。 [0006] ここで、上述したようなムラの発生を抑えるための方法としては、陰極線管と LCDパ ネル等の透過型表示部との間の間隔を大きくとる方法が考えられる力 S、このような方 法では、ディスプレイ装置全体の厚さが厚くなつてしまうという問題があった。
[0007] また、上述したようなムラの発生を抑えるための方法として、陰極線管と LCDパネル 等の透過型表示部との間に配置された光学シート等による光の拡散の度合いを強め たり、光の透過量を制限したりする方法も考えられるが、このような方法では、光の使 用量が低減してしまうと 、う問題があった。
[0008] より具体的には、例えば、特開平 5— 119703号公報及び特開平 11— 242219号 公報には、面光源装置において、ライティングカーテンや遮光ドット層等の遮光部分 を設けることにより光の均一性を維持する方法が提案されているが、このような方法で は、上述した方法と同様に、光の使用量が減少してしまうという問題があった。
[0009] また、特開平 6— 347613号公報には、面光源装置において、両面にレンチキユラ 一レンズを設けたシートにより 2方向の拡散制御を行う方法が提案されている力 この 方法では、光を収束するための十分な機能がなぐこのため、陰極線管との位置関 係によって、 LCDパネル等の透過型表示部の面内の場所ごとに光軸がばらつくこと となり、依然として、画面を観察する位置によって明るさのムラが発生するという問題 かあつた。
[0010] さらに、特表 2002— 535690号公報には、シートに垂直に入射する光を主に屈折 透過させるプリズムと、シートに垂直に入射する光を主に一度全反射させた後に透過 させるブリズムとを組み合わせる方法が提案されている。し力しながら、特表 2002— 535690号公報に記載された方法では、シートに垂直に入射する光を屈折透過する 場合も、全反射後に透過する場合も、略全ての光を出射面側へ出射させようとしてい る。このため、全反射後に透過する光については特に、シートから比較的大きな出射 角度で出射することとなり、より広い範囲に出射光が広がってしまい、出射光を必要 な出射角度の範囲内に集光することが困難であるという問題があった。
発明の開示
[0011] 本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、画面を観察する位置にかか わらずムラのない均一な照明を行うことができる拡散シート、面光源装置及び透過型 表示装置を提供することを目的とする。
[0012] 本発明は、その第 1の解決手段として、複数の光源が並列に並べられた光源部を 有する直下型の面光源装置に組み込まれて用いられ、光源部の各光源から出射し た光を拡散して均一化する拡散シートにぉ 、て、少なくとも光が出射する出射側に形 成された拡散レンズアレイであって、光源部の各光源から出射した光を拡散して出射 する複数の単位レンズを有する拡散レンズアレイを備え、拡散レンズアレイは、シート 面上にて規則的に配置された少なくとも 2種類の単位レンズを含み、各種類の単位レ ンズは、その断面が楕円である楕円筒の一部に相当する形状、及びその断面が楕 円である回転楕円体の一部に相当する形状の中から選択される少なくとも一つの形 状をなし、断面である楕円の長軸はシート面に対して直交していることを特徴とする 拡散シートを提供する。
[0013] なお、上述した第 1の解決手段において、拡散レンズアレイを構成する 2種類の単 位レンズは、互いに高さの異なる形状をなし、当該高さの異なる 2種類の単位レンズ が並べられて形成された一組の単位レンズ群がシート面上にて繰り返し配置されて 、ることが好まし!/、。
[0014] また、上述した第 1の解決手段において、拡散レンズアレイを構成する 2種類の単 位レンズのうち、高さが高い単位レンズの高さを H、幅を W、屈折率を Nとしたときに、 arcsin (l/N) < arctan (1/ ( ( 2H/W) 0. 1 ) )の関係を満足することが好まし!/ヽ 。また、拡散レンズアレイを構成する 2種類の単位レンズのうち、高さが低い単位レン ズの高さを H、幅を W、屈折率を Nとしたときに、 arcsin(lZN) > arctan (1/ (2H
2 2
/w ) )の関係を満足することが好ましい。
2 2
[0015] さらに、上述した第 1の解決手段において、拡散レンズアレイを構成する 2種類の単 位レンズは、シート面に対して垂直に入射して各種類の単位レンズのうちで最も高さ の低い単位レンズのレンズ面に最初に到達する光のうち、当該レンズ面により全反射 した後に到達するレンズ面において屈折して最も高さの低い単位レンズから出射す る光の少なくとも一部力 最も高さの高い単位レンズに入射することができるように、 その形状及び屈折率が決められていることが好ましい。ここで、 2種類の単位レンズ のうち最も高さの低い単位レンズの長半径は、短半径の 2. 5倍以上の長さを有して いることが好ましい。また、 2種類の単位レンズのうち最も高さの高い単位レンズの長 半径は、短半径の 2. 5倍以下の長さを有していることが好ましい。
[0016] さらに、上述した第 1の解決手段において、拡散レンズアレイを形成する各単位レン ズの間には、平坦形状、凹形状及び微細凹凸形状の中から選択される少なくとも一 つの形状をなす部分が形成されて 、ることが好ま 、。
[0017] さらに、上述した第 1の解決手段において、拡散シートのうち光が入射する入射側 には、光拡散作用を有する微細凹凸形状をなす入射面が形成されていることが好ま しい。
[0018] さらに、上述した第 1の解決手段において、拡散シートは、吸湿率の異なる 2層以上 の層を有し、これらの 2層以上の層のうち光が入射する入射側の層の吸湿率は、拡 散レンズアレイが形成される出射側の層の吸湿率よりも高いことが好ましい。
[0019] 本発明は、その第 2の解決手段として、透過型表示部を背面から照明する面光源 装置において、複数の光源が並列に並べられた光源部と、光源部の各光源から出 射した光を拡散して均一化する拡散シートであって、上述した第 1の解決手段に係る 拡散シートとを備えたことを特徴とする面光源装置を提供する。
[0020] なお、上述した第 2の解決手段においては、拡散シートが光源部力 光が出射した 直後に設けられて 、ることが好ま 、。
[0021] 本発明は、その第 3の解決手段として、透過型表示部と、透過型表示部を背面から 照明する面光源装置であって、上述した第 2の解決手段に係る面光源装置とを備え たことを特徴とする透過型表示装置を提供する。
[0022] 本発明によれば、次のような作用効果を奏することができる。
(1)複数の光源が並列に並べられた光源部を有する直下型の面光源装置において 、少なくとも光が出射する出射側に拡散レンズアレイが形成された拡散シートが組み 込まれて用いられ、この拡散レンズアレイ力 シート面上にて規則的に配置された少 なくとも 2種類の単位レンズを含んで ヽるので、入射角度に対しての輝度特性を複数 持たせて、様々な方向へ光を拡散することができる。このため、ムラを低減する効果 が高くなり、画面を観察する位置にかかわらずムラのない均一な照明を行うことができ る。また、拡散レンズアレイを形成する各単位レンズが、長軸がシート面に対して直交 する楕円筒の一部、又は、長軸がシート面に対して直交する回転楕円体の一部であ るようにすれば、円筒面又は球面に比べて、拡散特性を任意に制御することができる
[0023] (2)拡散レンズアレイを構成する 2種類の単位レンズ力 互いに高さの異なる形状を なし、当該高さの異なる 2種類の単位レンズが並べられて形成された一組の単位レン ズ群がシート面上にて繰り返し配置されるようにすれば、ムラを低減する効果を高くし ながら、不必要に大きな出射角度で光が出射することをなくすことができ、光の利用 効率を高くすることができる。
[0024] (3)拡散レンズアレイを構成する 2種類の単位レンズのうち、高さが高い単位レンズの 高さを H、幅を W、屈折率を Nとしたときに、 arcsin (lZN) < arctan (lZ ( (2HZW )一 0. 1) )の関係を満足するようにすれば、出射角度の大きな方向へ光が出射する ことを防ぎ、斜め方向から観察した場合であっても、光源の位置が分力るようなムラ（ 管ムラ）が観察されないようにすることができるとともに、光の利用効率を高めることが できる。
[0025] (4)拡散レンズアレイを構成する 2種類の単位レンズのうち、高さが低い単位レンズの 高さを H、幅を W、屈折率を Nとしたときに、 arcsin (lZN) >arctan (l/ (2H /
2 2 2 w
2 ) )の関係を満足するようにすれば、出射角度の大きな方向へ光が出射することを 防ぎ、斜め方向から観察した場合であってもムラ (管ムラ）が観察されな 、ようにするこ とができるとともに、光の利用効率を高めることができる。
[0026] (5)拡散レンズアレイを構成する 2種類の単位レンズにおいて、シート面に対して垂 直に入射して各種類の単位レンズのうちで最も高さの低い単位レンズのレンズ面に 最初に到達する光のうち、当該レンズ面により全反射した後に到達するレンズ面にお いて屈折して最も高さの低い単位レンズから出射する光の少なくとも一部が、最も高 さの高 、単位レンズに入射することができるように、その形状及び屈折率を決めるよう にすれば、不要な方向へ広がる光を抑えて、必要な出射角度の範囲内にて集中的 に光を出射することができる。
[0027] (6)特に、 2種類の単位レンズのうち最も高さの低い単位レンズの長半径力 短半径 の 2. 5倍以上の長さを有するようにしたり、 2種類の単位レンズのうち最も高さの高い 単位レンズの長半径が、短半径の 2. 5倍以下の長さを有するようにすれば、高さの 低い単位レンズから大きな出射角度で出射する光が、隣接する高さの高い単位レン ズに当たるようにすることができ、このため、不要な方向へ広がる光を抑えて、必要な 出射角度の範囲内にて集中的に光を出射することができる。
[0028] (7)拡散レンズアレイを形成する各単位レンズの間に、平坦形状、凹形状及び微細 凹凸形状の!/ヽずれかの形状をなす部分を形成すれば、拡散レンズアレイの単位レン ズの形状のみでは不十分となる入射角度が 0° 付近の入射光の透過率を高めなが ら、適度なムラ消し作用、及び光の出射方向を補正及び収束させる作用を奏すること ができる。また、拡散シートを成型するための金型の強度を高め、金型の作製時に発 生することがある変形を防止することができる。
[0029] (8)拡散シートのうち光が入射する入射側に、光拡散作用を有する微細凹凸形状を なす入射面を形成すれば、拡散特性をより高くすることができる。また、無指向性の 拡散作用を与えることができる。
[0030] (9)拡散シートが、吸湿率の異なる 2層以上の層を有し、これらの 2層以上の層のうち 光が入射する入射側の層の吸湿率力 拡散レンズアレイが形成される出射側の層の 吸湿率よりも高くなるようにすれば、陰極線管の点灯による発熱によって光源側から 乾燥しても、出射側へ凸とならないので、他の光学シートと部分的に密着する部分が ムラとして観察されてしまうことを防止することができる。
図面の簡単な説明
[0031] [図 1]図 1は、本発明の一実施形態に係る透過型表示装置を示す斜視図である。
[図 2]図 2は、図 1に示す透過型表示装置の面光源装置に含まれる拡散シートを示す 斜視図である。
[図 3]図 3は、図 2に示す拡散シートを III III線に沿って切断した拡大断面図である。
[図 4]図 4は、図 2に示す拡散シートに入射した光の典型的な軌跡を示す図である。
[図 5]図 5A及び図 5Bは、図 2に示す拡散シートにおける光の進み方を、一般的な拡 散シートにおける光の進み方と比較して示す図である。
[図 6]図 6は、図 2に示す拡散シートに対して略垂直に入射した光の進み方を示す図 である。 [図 7]図 7は、図 1に示す透過型表示装置の面光源装置に含まれる収束シートを示す 斜視図である。
[図 8]図 8A及び図 8Bは、図 2に示す拡散シートの一変形例を示す拡大断面図であ る。
[図 9]図 9は、図 2に示す拡散シートの他の変形例を示す斜視図である。
[図 10]図 10は、図 2に示す拡散シートのさらに他の変形例を示す斜視図である。
[図 11]図 11は、図 2に示す拡散シートのさらに他の変形例を示す拡大断面図である
[図 12]図 12は、従来の拡散シートにおける光の進み方を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0032] 以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図 1に示すように、本発明の一実施形態に係る透過型表示装置 10は、液晶表示素 子により光の透過 Z不透過を制御することにより映像情報を表示する透過型の液晶 表示装置であり、 LCDパネル (透過型表示部） 11と、 LCDパネル 11を背面から照明 する面光源装置 16とを備えている。ここで、面光源装置 16は、少なくとも、収束シート 12、陰極線管 13、拡散シート 14及び反射型偏光性シート 15を有しており、映像情 報に応じた映像パターンが形成された LCDパネル 11に対して面光源装置 16により 背面力 光を照射することにより、 LCDパネル 11上に映像が表示されるようになって いる。なお、図 1を含め、以下の各図は、あくまでも構成を模式的に示したものであり 、各部の大きさや形状等は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
[0033] このうち、 LCDパネル 11は、所謂透過型の液晶表示素子により形成されたライトバ ルブである。なお、本発明の一実施形態では、 LCDパネル 11は、 30インチサイズで 、 800 X 600ドットの表示を行うことができるように構成されて!、る。
[0034] 面光源装置 16は、複数の陰極線管 13が並列に並べられた直下型の面光源装置 である。陰極線管 13は、ノ ックライトとしての光源部を構成する線光源の発光管であ り、本発明の一実施形態では、略 75mm間隔で等間隔に 6本が並列に並べられてい る。また、本発明の一実施形態では、このようにして並べられる陰極線管 13は、図 1 に示すように、その長手方向力 SLCDパネル 11の水平方向に沿う方向となり、その並 ぶ方向力LCDパネル 11の垂直方向となるように配置されて!、る。
[0035] ここで、陰極線管 13の背面には、不図示の反射板が設けられており、このような設 計により、 LCDパネル 11の画面の各部位へ入射する光の照度を均一に近づけるよう にしている。
[0036] また、陰極線管 13と収束シート 12との間には、拡散シート 14が設けられている。こ のような拡散シート 14が設けられることにより、陰極線管 13に近接した部分であるか 否力 (すなわち、陰極線管 13に至近の位置である力、並列に並べられた陰極線管 1 3の間隙部分に至近の位置である力）によって発生する画面上における輝度のムラ は、殆ど解消された状態となり、その状態で光が収束シート 12へ到達することとなる。
[0037] ここで、拡散シート 14は、光源部を構成する陰極線管 13から光が出射した直後に 設けられていることが好ましい。このように拡散シート 14を配置することにより、画面上 の位置によらずムラのない均一な照明を行うことができると共に、光を有効に利用し て全体的に輝度を向上させることができる。
[0038] 以下、面光源装置 16に組み込まれて用いられる拡散シート 14の詳細について説 明する。
[0039] 図 1及び図 2に示すように、拡散シート 14は、陰極線管 13から出射した光を拡散し て均一化するシートであり、光が出射する出射側に拡散レンズアレイ 141が形成され ている。
[0040] ここで、拡散レンズアレイ 141は、陰極線管 13から出射した光を拡散して出射する ものであり、その断面が楕円である連続する楕円筒の一部に相当する形状をなす複 数の単位レンズとして、シート面上にて規則的に配置された 2種類の単位レンズ 141 a, 141bを有している。なお、これらの 2種類の単位レンズ 141a, 141bは、互いに高 さの異なる形状をなしている。また、これらの 2種類の単位レンズ 141a, 141bは、互 いに平行に多数並べられており、その並ぶ方向は、陰極線管 13の並ぶ方向と一致 している（図 1参照)。
[0041] ここで、拡散レンズアレイ 141を形成する単位レンズのうち高さの低い単位レンズ 14 laは、図 3に示すように、その断面が楕円となっており、その楕円の長軸 Xaはシート 面に対して直交している。また、高さの高い単位レンズ 141bは、図 3に示すように、そ の断面が楕円となっており、その楕円の長軸 Xa' はシート面に対して直交している。 さらに、高さの低い単位レンズ 141aと高さの高い単位レンズ 141bとの間には、平坦 部 141cが形成されている。このような平坦部 141cを設けることにより、拡散シート 14 の拡散レンズアレイ 141を製造する際に用いられる金型の強度を高め、金型の変形 を防止することができる。
[0042] なお、本発明の一実施形態では、図 3に例示されているように、拡散シート 14の拡 散レンズアレイ 141を形成する高さの低い単位レンズ 141aの断面は、長半径が 0. 1 5mm、短半径が 0. 05mmの楕円（その長軸 Xaが拡散シート 14のシート面に対して 直交する楕円）の一部に相当する形状となっており、出射側へ突出する高さ (平坦部 141cからの高さ）が 0. 1mmとなっている。また、高さの高い単位レンズ 141bの断面 は、長半径が 0. 22mm、短半径が 0. 14mmの楕円（その長軸 Xa' が拡散シート 1 4のシート面に対して直交する楕円）の一部に相当する形状となっており、出射側へ 突出する高さ（平坦部 141cからの高さ）が 0. 12mmとなっている。なおこの場合、高 さの低い単位レンズ 141aの楕円の長半径の長さは、短半径の長さの 3倍であり、高 さの高い単位レンズ 141bの楕円の長半径の長さは、短半径の長さの 1. 57倍となつ ている。
[0043] そして、高さの低い単位レンズ 141aと高さの高い単位レンズ 141bとは、それぞれ の長軸 Xa, Xa' の間隔が 0. 2mmとなっている。また、これらの 2種類の単位レンズ 141a, 141bは、隣接した単位レンズ 14 la, 141bの組み合わせを一組として、これ らの一組の単位レンズ 141a, 141bがシート面上にてピッチ 0. 4mm間隔で繰り返し 配置されている。さらに、拡散シート 14の厚さは 2mmであり、屈折率 N= l. 55の M S榭脂（アクリルスチレン共重合物）により形成されている。
[0044] また、平坦部 141cの最適な幅は単位レンズ 141a, 141bの並ぶピッチによって変 化するものであり一概には言えないが、一般的には 2 mから 50 m程度の幅を持 つことが好ましい。
[0045] なお、以上においては、高さの低い単位レンズ 141aと高さの高い単位レンズ 141b との間に平坦部 141cが形成される場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、図 8Aに示すように、 LCDパネル 11側に凹となる凹形状の部分 141c' を形成したり、 図 8Bに示すように、微細凹凸形状の部分 141c〃を形成したりしてもよい。なお、図 8 Aに示すような凹形状の部分 141 力設けられることにより、拡散レンズアレイ 141 の単位レンズ 141a, 141bの形状のみでは不十分となる入射角度が 0° 付近の入射 光の透過率を高めながらも、適度なムラ消し作用、及び光の出射方向を補正及び収 束させる作用を奏することができる。すなわち、本実施形態に係る拡散シート 14の拡 散レンズアレイ 141においては、入射角度が 30° から 50° の範囲の入射光に対し て補正効果を高める設計であるので、拡散レンズアレイ 141の形状のみでは、入射 角度が 0° 付近の入射光の透過率が低下してしまう。しかしながら、上述したようにし て凹形状の部分 141c' が設けられる場合には、入射角度が 0° 付近の入射光に対 して適度なムラ消し作用、及び光の出射方向を補正及び収束させる作用を与えるこ とがでさる。
[0046] 次に、図 4、図 5A、図 5B及び図 6により、このような構成からなる拡散シート 14の光 学的作用について説明する。
[0047] 図 4は、拡散シート 14に入射した光の典型的な軌跡を示した図である。
図 4から明らかなように、拡散シート 14に対して小さい入射角度で入射する光 Laは 、その多くが光源側へ戻され、大きい入射角度で入射する光 Lbについては、光源側 へ戻されることなく観察側へ出射する。拡散シート 14がこのような光学的作用を有し ているので、陰極線管 13から出射した照明光であって拡散シート 14を通過する照明 光は、陰極線管 13に近接した位置では、入射角度が小さいので、光源である陰極線 管 13側へ戻される割合が多くなり、一方、陰極線管 13から離れる（並列に並べられ た陰極線管 13の間隙部分に近づく）に従い、観察側へ出射する割合が多くなる。こ のため、拡散シート 14から最終的に出射する照明光は、その照度が均一化されるこ ととなる。
[0048] ここで、拡散シート 14に形成された拡散レンズアレイの各種類の単位レンズ 141a, 141bが上述した形状であるとすると、高さの高い単位レンズ 141bの高さ Hは 0. 12 mmであり、その幅 Wは 0. 25mmであるので、屈折率を N= l. 55としたとき〖こ、これ らの値は、以下の式（1)を満足している。
arc sin( 1 /N) < arctan( 1 /((2H/W) - 0. 1》 …ひ） ここで、上記式（1)は、拡散レンズアレイ 141の単位レンズ 141a, 141bの端力ら 10 %の位置（高さ）で全反射された光が単位レンズ 141a, 141bの頂部で全反射される か否かを判断する式である。
[0049] 図 5Aは拡散シート 14における光の進み方を示す図であり、図 5Bは一般的な拡散 シート（上記式（1)を満足しな 、形状の単位レンズのみ力 なる拡散シート）における 光の進み方を示す図である。
[0050] 図 5Bに示すように、一般的な拡散シート 24における拡散レンズアレイ 241の単位 レンズの頂部には、色々な方向から光が到達する力 拡散レンズアレイ 241の単位レ ンズの間の谷部において、ある一定方向から来た光が全反射され、頂部から出射す ると、斜め方向へ進んでしまうので（図 5B中の光線 L4参照）、斜めから観察したとき にムラに見えてしまう。し力しながら、上記式（1)を満足することにより、図 5A中の光 線 L1のように、小さな出射角度で出射することが可能となり、斜めから観察したときに ムラが観察されないようにすることができるとともに、光の利用効率を高めることができ る。
[0051] また、本実施形態では、上述したように、拡散レンズアレイ 141を形成する高さの低 い単位レンズ 141aの断面である楕円の長半径の長さは、短半径の長さの 3倍であり 、高さの高い単位レンズ 141bの断面である楕円の長半径の長さは、短半径の長さの 1. 57倍となっている。単位レンズ 141a, 141bの形状がこのような形状であると、高 さの低い単位レンズ 141aから大きな出射角度で光が出射したとしても、隣接する高 さの高い単位レンズ 141bに当たるので（図 5A中の光線 L2参照）、大きな出射角度 で光が出射してしまうことを防止することができる。
[0052] ここで、高さの低い単位レンズ 141aの断面である楕円の長半径は、短半径の 2. 5 倍以上の長さであるとよぐ高さの高い単位レンズ 141bの楕円の長半径は、短半径 の 2. 5倍以下の長さであるとよい。このような関係を満足することにより、高さの低い 単位レンズ 141aから大きな出射角度で出射する光力 隣接する高さの高い単位レン ズ 141bに当たるようにすることができる。
[0053] なお、単位レンズ 141a, 141bの断面である楕円の長半径の長さと短半径の長さと の比については、 2. 5以下であると、入射角度 0° の入射光に対して 1回全反射した 後に出射する光がなくなる。また、この比が 2. 5以上の場合には、入射角度 0° の入 射光に対して 1回全反射した後に出射する光が存在し、大きな出射角度となる方向 力 見た場合にムラが生じる。しかしながら、高さの低い単位レンズ 141aであれば、 ムラの原因となるはずの出射光が高さの高い単位レンズ 141bにより遮られるので、ム ラの原因とならない。また、単位レンズの断面である楕円の長半径の長さと短半径の 長さとの比を大きくすることは、大きな入射角度で入射する光の収束性をよくするため には有効である。
[0054] そこで、本実施形態では、上述したように、単位レンズの断面である楕円の長半径 の長さと短半径の長さとの比を規定し、高さの低い単位レンズ 141aは、大きな入射 角度の光も収束させることができるように縦長の形状とし、高さの高い単位レンズ 141 bは、ムラが発生しな 、ようにあまり縦長になり過ぎな！/、ようにして!/、る。
[0055] また、本実施形態において、高さの低い単位レンズ 141aについて、その断面であ る楕円の長半径の長さが短半径の長さの 10倍以上となってしまうと、斜面が直線に 近くなつてしまい、輝度の変化が大きくなりすぎてしまう。従って、高さの低い単位レン ズ 141aについては、その断面である楕円の長半径が、短半径の 2. 5倍〜 10倍の長 さであることが最も望ましい。
[0056] さらに、本実施形態において、高さの高い単位レンズ 141bについて、その断面で ある楕円の長半径の長さが短半径の長さの 1倍以下となってしまうと、十分な光軸の 補正効果を得ることができなくなってしまう。従って、高さの高い単位レンズ 141bにつ いては、その断面である楕円の長半径が、短半径の 1倍〜 2. 5倍の長さであることが 最も望ましい。
[0057] 図 6は、本実施形態に係る拡散シート 14に対して略垂直に入射した光の進み方を 示す図である。
[0058] 図 6から明らかなように、拡散シート 14に対して略垂直に入射した光は、拡散レンズ アレイ 141を形成する単位レンズ 141aで全反射された後にその一部が出射される。 そして、このようにして出射された光は、隣接する単位レンズ 141bで捕捉され、光源 側へ戻され、再利用される。従って、本実施形態では、出射角度の大きな広がる光は 、殆ど出射されずに戻されるので、集光された光が効率よく取り出せ、さらに、陰極線 管 13が並んでいることに起因する輝度ムラ (管ムラ）を同時に軽減させることが可能 である。
[0059] これに対し、背景技術の欄で説明した上記特表 2002— 535690号公報に記載さ れている光学シートでは、図 12に示すように、拡散レンズアレイ 441を形成する高さ の低 、単位レンズ 44 la及び高さの高!、単位レンズ 441bの!、ずれに入射する光も、 単位レンズ 441a, 441bで全反射され後に大きな出射角度で出射されてしまい、シ ート面に対して垂直な方向（法線方向）に集光させることができない。また、単位レン ズ 441a, 441bに入射する光は、光源側に戻されることなく出射されており、再利用 はされない。このように、両者の技術は、レンズの使用目的及び形状とも全く異なり、 また、得られる作用及び効果も全く異なっている。
[0060] 次に、図 1に戻って、面光源装置 16に組み込まれて用いられる収束シート 12につ いて説明する。
[0061] 図 1及び図 7に示すように、収束シート 12は、陰極線管 13が出射されて拡散シート 14によりさらに拡散された拡散光を収束して出射するシートであり、拡散シート 14と L CDパネル 11との間に設けられている。なお、本実施形態では、収束シート 12は、任 意の屈折率 (例えば n= 1. 55)の榭脂により形成されて！、る。
[0062] ここで、収束シート 12の入射側（陰極線管 13側）には、シート面に直交する方向の 断面形状が略台形形状である入射側単位レンズ 121がシート面の方向に複数並べ られて配置されている。これらの入射側単位レンズ 121は、その並ぶ方向と直交する 方向に同一の断面形状を保ちながら延在している。すなわち、収束シート 12は、入 射側単位レンズ 121の延在する方向が陰極線管 13の長手方向と一致するように配 置されている。
[0063] また、収束シート 12の出射側（LCDパネル 11側）には、収束レンズアレイ 123が形 成されている。ここで、収束レンズアレイ 123においては、入射側単位レンズ 121の 延在する方向に沿ってシート面に直交する方向の断面形状が二等辺三角形である 単位プリズムがシート面の方向に複数並べられて配置されて 、る。
[0064] すなわち、収束シート 12においては、入射側に設けられた入射側単位レンズ 121 の延在する方向と、出射側に設けられた収束レンズアレイ 123の単位プリズムが延在 する方向とが、互いに直交して配置されている。
[0065] なお、図 1に示す面光源装置 16においては、入射側単位レンズ 121の延在する方 向が陰極線管 13の長手方向と一致し、収束レンズアレイ 123の単位プリズムが延在 する方向が陰極線管 13の長手方向と直交するように収束シート 12を配置して 、るが 、このような収束シート 12の配置をシート面内で 90° 回転させてもよい。すなわち、 入射側単位レンズ 121の延在する方向が陰極線管 13の長手方向と直交し、収束レ ンズアレイ 123の単位プリズムが延在する方向が陰極線管 13の長手方向と一致する ように収束シート 12を配置してもよい。
[0066] 以上により、収束シート 12は、入射側に設けられた入射側単位プリズム 121により、 陰極線管 13と直交する方向において照明光を収束し、かつ、出射側に設けられた 収束レンズアレイ 123により、陰極線管 13と平行な方向においても照明光を収束す ることがでさる。
[0067] 反射型偏光性シート 15は、視野角を狭めることなく輝度を上昇させるシートであり、 LCDパネル 11と収束シート 12との間に配置されている。なお、反射型偏光性シート 15としては、例えば、 DBEF (住友スリーェム株式会社製)を用いることができる。
[0068] このように本実施形態によれば、複数の陰極線管 13が並列に並べられた直下型の 面光源装置 16において、少なくとも光が出射する出射側に拡散レンズアレイ 141が 形成された拡散シート 14が組み込まれて用いられ、かつ、この拡散レンズアレイ 141 力 シート面上にて規則的に配置された少なくとも 2種類の単位レンズ 141a, 141b を含んでいるので、入射角度に対しての輝度特性を複数持たせて、様々な方向へ光 を拡散することができる。このため、拡散シート 14は、ムラを低減する効果が高くなり、 いずれの角度に対しても一定の輝度分布を維持できるような汎用性のあるシートとな り、画面を観察する位置にかかわらずムラのない均一な照明を行うことができる。特に 、拡散シートに形成される拡散レンズアレイ 141を構成する 2種類の単位レンズ 141a , 141bが、互いに高さの異なる形状をなし、当該高さの異なる 2種類の単位レンズ 1 41a, 141bが並べられて形成された一組の単位レンズ群がシート面上にて繰り返し 配置されているので、ムラを低減する効果を高くしながら、不必要に大きな出射角度 で光が出射することをなくすことができ、光の利用効率を高くすることができる。 [0069] 栾形例
なお、以上においては、上述した実施形態に即して本発明を説明してきた力 本発 明は、上述した実施形態に限定されることなぐ種々の変形や変更が可能である。
[0070] (1)上述した実施形態においては、拡散シート 14の拡散レンズアレイ 141を形成す る単位レンズ 141a, 141b力 その断面が楕円である連続する楕円筒の一部である 場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、図 9に示す拡散シート 34のように、そ の断面が楕円である回転楕円体の一部である 2種類の単位レンズ 341a, 341bから なる拡散レンズアレイ 341が形成されていてもよい。なお、この後者の場合には、拡 散レンズアレイ 341を形成する各単位レンズ 341a, 341bは、その楕円の長軸がシ ート面に対して直交して 、ることが好まし!/、。
[0071] (2)上述した実施形態においては、拡散シート 14の入射側が平面である場合を例に 挙げて説明したが、これに限らず、図 10に示すように、さらなる光拡散作用を与える ために、エンボスカ卩ェ等により微細凹凸形状の部分 142が賦型されていてもよい。
[0072] (3)上述した実施形態においては、拡散シート 14及び収束シート 12の層構成につ いて特に言及していないが、これらのシートに関しては、光源である陰極線管 13の点 灯による発熱によって陰極線管 13側力も乾燥して、各シートの橈みや反り等が問題 になる場合がある。このような場合には、図 11に拡散シート 14に関して例示するよう に、拡散シート 14は、吸湿率の異なる 2層以上の層 14— 1, 14— 2を有し、これらの 2 層以上の層 14— 1, 14— 2のうち光が入射する入射側の層 14— 2の吸湿率力 拡散 レンズアレイ 141が形成される出射側の層 14— 1の吸湿率よりも高くなるようにしても よい。これにより、各シートの成形時に略フラットな形状となり、各シートが吸湿したとき には、入射側へ凸な形状となって、陰極線管 13の点灯による発熱によって陰極線管 13側力も乾燥しても、出射側へ凸とならないようにすることもできる。なお、これ以外 にも、光源側（陰極線管 13側）にスぺーサを設けることによつても、各シートの橈みや 反り等の問題を解消することができる。
[0073] (4)上述した実施形態においては、拡散シート 14、収束シート 12及び反射型偏光性 シート 15を組み合わせて、面光源装置 16及びそれを備えた透過型表示装置 10を 構成する場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、収束シート 12 (及び 必要に応じて反射型偏光性シート 15)を省略した構成としたり、これら以外の各種の 光学シートと拡散シート 14とを組み合わせて面光源装置及びそれを備えた透過型表 示装置を構成してもよい。
(5)上述した実施形態においては、拡散シート 14の拡散レンズアレイ 141として、高 さの異なる 2種類の単位レンズ 141a, 141bが並べられて配置されているものが用い られる場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、 3種類の高さの異なる 単位レンズが並べられて配置されて 、るものを用いてもょ 、し、それ以上の数の高さ の異なる単位レンズが並べられて配置されて 、るものを用いてもょ 、。

Claims

請求の範囲
[1] 複数の光源が並列に並べられた光源部を有する直下型の面光源装置に組み込ま れて用いられ、前記光源部の前記各光源から出射した光を拡散して均一化する拡散 シートにおいて、
少なくとも光が出射する出射側に形成された拡散レンズアレイであって、前記光源 部の前記各光源力 出射した光を拡散して出射する複数の単位レンズを有する拡散 レンズアレイを備え、
前記拡散レンズアレイは、シート面上にて規則的に配置された少なくとも 2種類の単 位レンズを含み、前記各種類の単位レンズは、その断面が楕円である楕円筒の一部 に相当する形状、及びその断面が楕円である回転楕円体の一部に相当する形状の 中から選択される少なくとも一つの形状をなし、前記断面である前記楕円の長軸はシ ート面に対して直交して 、ることを特徴とする拡散シート。
[2] 前記拡散レンズアレイを構成する前記 2種類の単位レンズは、互いに高さの異なる 形状をなし、当該高さの異なる 2種類の単位レンズが並べられて形成された一組の単 位レンズ群がシート面上にて繰り返し配置されていることを特徴とする、請求項 1に記 載の拡散シート。
[3] 前記拡散レンズアレイを構成する前記 2種類の単位レンズのうち、高さが高い単位 レンズの高さを H、幅を W、屈折率を Nとしたときに、
arc sin ( 1 /N) < arctan (l/ ( ( 2H/W) 0. 1 ) )
の関係を満足することを特徴とする、請求項 2に記載の拡散シート。
[4] 前記拡散レンズアレイを構成する前記 2種類の単位レンズのうち、高さが低い単位 レンズの高さを H、幅を W、屈折率を Nとしたときに、
Figure imgf000019_0001
の関係を満足することを特徴とする、請求項 2又は 3に記載の拡散シート。
前記拡散レンズアレイを構成する前記 2種類の単位レンズは、シート面に対して垂 直に入射して前記各種類の単位レンズのうちで最も高さの低い単位レンズのレンズ 面に最初に到達する光のうち、当該レンズ面により全反射した後に到達するレンズ面 において屈折して前記最も高さの低い単位レンズから出射する光の少なくとも一部が 、最も高さの高い単位レンズに入射することができるように、その形状及び屈折率が 決められていることを特徴とする、請求項 2乃至 4のいずれか一項に記載の拡散シー
[6] 前記 2種類の単位レンズのうち前記最も高さの低い単位レンズの長半径は、短半径 の 2. 5倍以上の長さを有していることを特徴とする、請求項 5に記載の拡散シート。
[7] 前記 2種類の単位レンズのうち前記最も高さの高い単位レンズの長半径は、短半径 の 2. 5倍以下の長さを有していることを特徴とする、請求項 5又は 6に記載の拡散シ ート。
[8] 前記拡散レンズアレイを形成する前記各単位レンズの間には、平坦形状、凹形状 及び微細凹凸形状の中から選択される少なくとも一つの形状をなす部分が形成され ていることを特徴とする、請求項 1乃至 7のいずれか一項に記載の拡散シート。
[9] 前記拡散シートのうち光が入射する入射側には、光拡散作用を有する微細凹凸形 状をなす入射面が形成されていることを特徴とする、請求項 1乃至 8のいずれか一項 に記載の拡散シート。
[10] 前記拡散シートは、吸湿率の異なる 2層以上の層を有し、これらの 2層以上の層のう ち光が入射する入射側の層の吸湿率は、前記拡散レンズアレイが形成される前記出 射側の層の吸湿率よりも高いことを特徴とする、請求項 1乃至 9いずれか一項に記載 の拡散シート。
[11] 透過型表示部を背面力も照明する面光源装置において、
複数の光源が並列に並べられた光源部と、
前記光源部の前記各光源から出射した光を拡散して均一化する拡散シートであつ て、請求項 1乃至 10のいずれか一項に記載の拡散シートとを備えたことを特徴とする 面光源装置。
[12] 前記拡散シートが前記光源部力 光が出射した直後に設けられていることを特徴と する、請求項 11に記載の面光源装置。
[13] 透過型表示部と、
前記透過型表示部を背面から照明する面光源装置であって、請求項 11又は 12に 記載の面光源装置とを備えたことを特徴とする透過型表示装置。
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