(57)【要約】【課題】画面を観察する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光制御シート、及び、面光源装置を提供する。【解決手段】光制御シート１４に反射層１４３を設ける。この反射層１４３は、垂直に入射する光の５０％は発光管１３側へ戻して再利用する。この再利用光は、反射板１２により拡散反射されるので、輝度ムラを低減できる。また、光制御シートの１／２拡散角を小さくしたので、光収束作用を落とすことがなく、高い正面輝度を保ちながら輝度ムラを低減できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直下型の面光源装置に設けられ、光源から出射した光を拡散して均一化する光制御シートであって、
少なくとも出射側に単位レンズが多数形成されており、
垂直入射光に対しての１／２拡散角は、前記単位レンズによる光拡散効果を除いて、２０°以内である光制御シート。
【請求項２】
請求項１に記載の光制御シートにおいて、
垂直入射光に対しての反射率は、４０％以上であること、
を特徴とする光制御シート。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光制御シートにおいて、
垂直入射光に対しての反射率は、前記単位レンズによる光反射効果を除いて、３０％以上であること、
を特徴とする光制御シート。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光制御シートにおいて、
光を拡散、反射、させる作用の少なくともひとつを有した粒子がシート内の少なくとも一部に添加されていること、
を特徴とする光制御シート。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光制御シートにおいて、
入射光の一部を反射して光源側へ戻すシート内反射層を有すること、
を特徴とする光制御シート。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の光制御シートにおいて、
前記単位レンズは、長軸がシート面に対して直交して連続する楕円筒の一部、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こと、
を特徴とする光制御シート。
【請求項７】
請求項６に記載の光制御シートにおいて、
前記単位レンズの長半径は、短半径の１．５倍から３倍の長さであること、
を特徴とする光制御シート。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の拡散シートにおいて、
２層以上の異なる層を有しており、入射側の層の吸湿率は、出射側の層の吸湿率よりも高いこと、
を特徴とする光制御シート。
【請求項９】
透過型表示部を背面から照明する面光源装置であって、
複数の光源を並列に並べた光源部と、
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の光制御シートと、
を備える面光源装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の面光源装置において、
前記光制御シートは、前記光源部に最も近い位置に設けられていること、
を特徴とする面光源装置。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の面光源装置において、
前記光源の前記光制御シートとは反対側には、光を前記光制御シート方向へ反射する光源側反射部が設けられていること、
を特徴とする面光源装置。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１までのいずれか１項に記載の面光源装置において、
前記光制御シートよりも観察側に前記光制御シートと同一又は異なる種類の光学シートが少なくとも１枚さらに配置されていること、
を特徴とする面光源装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の面光源装置において、
前記光制御シートよりも観察側に設けられた前記光学シートの内の一枚は、偏光分離シートであること、
を特徴とする面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置等の照明に用いられる光制御シート、及び、面光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
透過型の液晶ディスプレイ等を背面から照明する面光源として各種方式の面光源装置が提案され、実用化している。面光源装置には、主として、面光源でない光源を面光源に変換する方式によりエッジライト型と直下型とがある。
例えば、直下型では、背面より並列の冷陰極管を用いて光を導入するようになっており、冷陰極管とＬＣＤパネル等の透過型表示部との距離を適度に空け、その間に拡散板を用い、さらに、光を収束させるシートを複数組み合わせて使用していた。
しかし、このような従来の方式では、必要とする光学シートの枚数が多い割に収束特性が不十分であり、それを補う為にＬＣＤパネルを改良して、斜め方向からの入射光に対しても画質を落とさない構造としていた。
【０００３】
しかし、この方式では、光の利用効率が低下する上、ＬＣＤパネルの構成も複雑となり、コスト増の要因になるという問題があった。
特に、直下型では、冷陰極管に近接した部分であるか否か（冷陰極管に至近の位置であるか、並列に並んだ冷陰極管の間隙部分に至近の位置であるか）によって光強度（輝度）にムラが発生し易い。これを抑えるために冷陰極管とＬＤＣとの間隔を大きく取ってしまうとディスプレイの厚さが厚くなってしまうという問題があった。また、ムラを抑えるために拡散を強くしたり、透過量を制限したりすると、光の使用量が低減してしまうという問題があった。
【０００４】
例えば、特許文献１及び２に記載の面光源装置では、遮光部分（ライティングカーテン，遮光ドット層）を設けることで均一性を維持しているが、この手法では、上述のように光の使用量が減少してしまっていた。
また、両面にレンチキュラーレンズを設けたシートを使用する方式も例えば、特許文献３で報告されているが、これは、２方向の拡散制御を行うための構成で、光を収束する機能はない。従って、冷陰極管との位置関係によってＬＣＤの場所毎に光軸がばらつくことにより、画面を観察する位置によって明るさのムラが発生したりするという問題もあった。
【特許文献１】特開平０５−１１９７０３号公報
【特許文献２】特開平１１−２４２２１９号公報
【特許文献３】特開平０６−３４７６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、画面を観察する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光制御シート、及び、面光源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、本発明の実施例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、直下型の面光源装置に設けられ、光源（１３）から出射した光を拡散して均一化する光制御シートであって、少なくとも出射側に単位レンズ（１４１）が多数形成されており、垂直入射光に対しての１／２拡散角は、前記単位レンズによる光拡散効果を除いて、２０°以内である光制御シート（１４）である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の光制御シートにおいて、垂直入射光に対しての反射率は、４０％以上であること、を特徴とする光制御シート（１４）である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光制御シートにおいて、垂直入射光に対しての反射率は、前記単位レンズ（１４１）による光反射効果を除いて、３０％以上であること、を特徴とする光制御シート（１４）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項に記載の光制御シートにおいて、光を拡散、反射、させる作用の少なくともひとつを有した粒子がシート内の少なくとも一部に添加されていること、を特徴とする光制御シート（１４）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項に記載の光制御シートにおいて、入射光の一部を反射して光源側へ戻すシート内反射層（１４３）を有すること、を特徴とする光制御シート（１４）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項に記載の光制御シートにおいて、前記単位レンズは、長軸がシート面に対して直交して連続する楕円筒の一部、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こと、を特徴とする光制御シート（１４）である。
請求項７の発明は、請求項６に記載の光制御シートにおいて、前記単位レンズの長半径は、短半径の１．５倍から３倍の長さであること、を特徴とする光制御シート（１４）である。
請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の拡散シートにおいて、２層以上の異なる層（１４２，１４３）を有しており、入射側の層の吸湿率は、出射側の層の吸湿率よりも高いこと、を特徴とする光制御シート（１４）である。
請求項９の発明は、透過型表示部を背面から照明する面光源装置であって、複数の光源（１３）を並列に並べた光源部と、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の光制御シート（１４）と、を備える面光源装置である。
請求項１０の発明は、請求項９に記載の面光源装置において、前記光制御シート（１４）は、前記光源部に最も近い位置に設けられていること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１１の発明は、請求項９又は請求項１０に記載の面光源装置において、前記光源（１３）の前記光制御シート（１４）とは反対側には、光を前記光制御シート方向へ反射する光源側反射部（１２）が設けられていること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１２の発明は、請求項９から請求項１１までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記光制御シート（１４）よりも観察側に前記光制御シートと同一又は異なる種類の光学シート（１４−２，１５）が少なくとも１枚さらに配置されていること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の面光源装置において、前記光制御シートよりも観察側に設けられた前記光学シートの内の一枚は、偏光分離シート（１５）であること、を特徴とする面光源装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）垂直入射光に対しての１／２拡散角は、単位レンズによる光拡散効果を除いて、２０°以内であるので、単位レンズによる光の収束効果を低下することを防ぎ、光を効果的に収束することができる。すなわち、単位レンズ以外の拡散材等による拡散を強くすると、単位レンズによる光の収束効果が低下することを防ぐためには、拡散材による内部拡散を少なくし、１／２拡散角は、単位レンズによる光拡散効果を除いて、２０°以内とすることが有効である。
【０００８】
（２）垂直入射光に対しての反射率は、４０％以上であるので、輝度ムラを防止できる。
【０００９】
（３）垂直入射光に対しての反射率は、単位レンズによる光反射効果を除いて、３０％以上であるので、単位レンズによる光反射効果も利用することにより輝度ムラを防止できる。
【００１０】
（４）光を拡散、反射、させる作用の少なくともひとつを有した粒子がシート内の少なくとも一部に添加されているので、光の反射率、拡散度合（１／２拡散角）等を任意の値にできる。
【００１１】
（５）入射光の一部を反射して光源側へ戻すシート内反射層を有するので、輝度ムラを低減できる。
【００１２】
（６）単位レンズは、長軸がシート面に対して直交して連続する楕円筒の一部、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ので、円筒面又は球面に比べて、拡散特性を任意に制御できる。
【００１３】
（７）単位レンズの長半径は、短半径の１．５倍から３倍の長さであるので、光を適度に収束させることができ、光の利用効率を下げることなく、均一な照明を行うために最適な拡散シートとすることができる。
【００１４】
（８）入射側の層の吸湿率は、出射側の層の吸湿率よりも高いので、光源の点灯による発熱により光源側から乾燥しても、出射側へ凸とならず、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できる。
【００１５】
（９）光制御シートは、光源部に最も近い位置に設けられているので、他の光学要素に入射する前に照明光を均一化できる。したがって、その後の光学要素により照明光の制御を容易に行える。
【００１６】
（１０）光源の光制御シートとは反対側には、光を光制御シート方向へ反射する光源側反射部が設けられているので、反射して戻った光を再利用することができ、輝度を落とすことなく輝度ムラを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ムラのない均一な照明をするという目的を、照明光の一部を反射して光源側に戻して利用することにより、光学シートの枚数を増加することなく実現した。
【実施例】
【００１８】
図１は、本発明による透過型表示装置の実施例１を示す図である。
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、適宜誇張して示している。
本実施例における透過型表示装置１０は、ＬＣＤパネル１１，反射板１２，発光管１３，光制御シート１４，光制御シート１４−２，反射型偏光性シート１５等を備え、ＬＣＤパネル１１に形成される映像情報を反射板１２，発光管１３，光制御シート１４，光制御シート１４−２，反射型偏光性シート１５を備える面光源装置により背面から照明する透過型液晶表示装置である。
【００１９】
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ており、３０インチサイズ、８００×６００ドットの表示を行うことができる。発光管１３の長手方向に沿った方向が、水平方向として使用され、発光管１３が並ぶ方向が、垂直方向として使用される。
発光管１３は、バックライトの光源部を形成する線光源の冷陰極管であり、本実施例では、略７５ｍｍ間隔で等間隔に６本が並列に並べられている。発光管１３の背面には、反射板１２が設けられている。
反射板１２は、発光管１３の光制御シート１４とは反対側（背面側）の全面にわたって設けられており、背面側へ進む照明光を拡散反射して光制御シート１４方向（出射方向）へ向かわせ、入射光照度を均一に近づける働きを持つ光源側反射部である。
【００２０】
図２は、光制御シート１４を示す斜視図である。
光制御シート１４は、発光管１３から出射した光の輝度ムラを低減させて均一化するレンチキュラーレンズシートであり、出射側に光を収束して出射する単位レンズ１４１が形成されている。単位レンズ１４１は、連続する楕円筒の一部の形状となっており、光制御シート１４の出射側表面は、この単位レンズ１４１が平行に多数並べて配置されてレンチキュラーレンズ面となっている。単位レンズ１４１の並ぶ方向は、発光管１３の並ぶ方向と一致している（図１参照）。
【００２１】
図３は、光制御シート１４を図２中に矢印で示したＳ１−Ｓ２断面で切断した断面図である。
単位レンズ１４１は、図３に示した断面において、長半径が０．１２ｍｍ、短半径が０．０６ｍｍの楕円となっており、その長軸が光制御シート１４のシート面に対して直交し、ピッチ０．１ｍｍとなるように配置されている。また、光制御シート１４の厚さは、２ｍｍである。
なお、本実施例において、単位レンズ１４１の楕円の長半径は、短半径の２倍となっているが、この値（長半径／短半径）は１．５〜３倍であることが発光管１３に近接した部分であるか否かにより生じる輝度ムラを防ぐ上で望ましい。
【００２２】
また、光制御シート１４は、レンズ層１４２と、反射層１４３とを有している。
レンズ層１４２は、単位レンズ１４１を含む出射側の層である。
反射層１４３は、レンズ層１４２よりも入射側に設けられており、光を拡散及び散乱する作用を有した粒子と、光を反射させる作用を有した粒子との両方を含み、入射光の一部を反射して発光管１３側へ戻すシート内反射層である。本実施例の反射層１４３には、光を拡散及び散乱するアクリル架橋ビーズの微粒子を２重量部、光を反射するアルミニウムの微粒子を１重量部含んでいる。
なお、レンズ層１４２と、反射層１４３とは、吸湿率が異なっており、入射側の反射層１４３の吸湿率が出射側のレンズ層１４２の吸湿率よりも高くなっている。これにより、光制御シート１４の成形時に略フラットな形状とし、吸湿したときには、入射側へ凸な形状となって、発光管１３の点灯による発熱により光源側から乾燥しても、出射側へ凸とならない。
光制御シート１４の作用については、後述する。
【００２３】
光制御シート１４−２は、光制御シート１４と同一形状のシートであり、光制御シート１４の単位レンズ１４１の並ぶ方向に対して光制御シート１４−２の並ぶ方向が直交するように配置されているシートである。光制御シート１４−２を光制御シート１４に対して直交して配置することにより、光の収束方向を直交する２方向にできるとともに、後述する輝度ムラの低減効果をより高めている。なお、本実施例では、光制御シート１４−２として光制御シート１４と同一形状のシートを配置したが、これに限らず、全く異なるシートを配置してもよいし、光制御シート１４と他のシートを重ねなくてもよい。
反射型偏光性シート１５は、ＬＣＤパネル１１と光制御シート１４−２との間に配置され、視野角を狭めることなく輝度を上昇させる偏光分離シートである。本実施例では、ＤＢＥＦ（住友スリーエム株式会社製）を使用している。
【００２４】
図４は、光制御シート１４に垂直に入射する光の進み方を説明する図である。
光制御シート１４の発光管１３に直近の位置に入射する光の多くは、光制御シート１４に略垂直に入射する。一方、光制御シート１４の発光管１３から遠い位置（発光管１３の間隙部分に近い位置）に入射する光は、光制御シート１４に垂直に入射する成分が少ない。したがって、光制御シート１４に垂直に入射する光がそのまま出射することを抑制し、かつ、その抑制された光を光制御シート１４の発光管１３から遠い位置に適度な入射角度（垂直以外の入射角度）を持った状態で入射させることができれば、発光管１３に近接した部分であるか否かによる輝度ムラを防ぐことができる。
【００２５】
本実施例では、光制御シート１４に反射層１４３を設けたことにより、光制御シート１４に垂直に入射する光の略５０％をこの反射層１４３のみの効果として発光管１３側へ反射して戻す（例えば、光線Ａ）。
また、光制御シート１４に垂直に入射する光の内、いずれの微粒子の影響を受けることなくレンズ層１４２へ到達する光についても、単位レンズ１４１の形状により全反射される成分があり、そのような成分については、略２０％が発光管１３側へ戻される（例えば、光線Ｂ）。
これらの光線Ａ，Ｂのように、光制御シート１４に垂直に入射する光の内で発光管１３側へ反射して戻される光は、光制御シート１４全体で見ると合計で略７０％となる。
【００２６】
さらに、光制御シート１４に垂直に入射する光の内、光線Ｃのように微粒子により拡散された後にレンズ層１４２へ到達するものもある。そして、光制御シート１４に垂直に入射する光であって、レンズ層１４２へ到達するものについては、反射層１４３を通過したことにより拡散してレンズ層１４２へ到達するが、その１／２拡散角は略３°である。
【００２７】
光線Ａ及び光線Ｂのように発光管１３側へ戻された光は、反射板１２により拡散反射されて再度光制御シートに入射する。この再入射時には、拡散反射されていることから、同じ位置に同じ角度で進む光は稀であり、光制御シート１４の発光管１３から遠い位置に適度な入射角度を持って入射する光を多くできる。したがって、光制御シート１４を設けることにより、発光管１３に近接した部分であるか否かによる輝度ムラを防ぐことができ、均一な面光源とできる。
【００２８】
ここで、光制御シート１４の作用を決める上で重要なパラメータとして、光制御シート１４の反射率と、１／２拡散角とを挙げることができる。反射率については、低すぎると輝度ムラ低減の効果が減少してしまうが、高すぎると光制御シート１４から出射するまでに反射を多数回繰返してしまい、反射損失が増大し、効率が低下するので、全体の輝度低下に繋がってしまう。また、拡散半値角については、あまり高くしてしまうと、光の収束性が低くなってしまい、正面輝度が低下してしまう。
【００２９】
反射率及び１／２拡散角が輝度ムラ及び正面輝度に与える影響を調べるために、光制御シート全体での反射率を１５，３０，４０，５０，７０％と変化させ、また、それぞれについて１／２拡散角を３，２０，３０，７０°と変化させて輝度ムラ及び正面輝度を調べた。
図５は、反射率及び１／２拡散角が輝度ムラ及び正面輝度に与える影響を調べた実験結果を示す図である。
実験的にこれらのパラメータについて検討した結果、反射率は、４０％以上であると輝度ムラ低減の効果を発揮できることがわかった。そこで、本実施例では、さらなる効果を得るために反射率７０％としている。
また、１／２拡散角については、２０°を超えると正面輝度の低下が現れ始めるので、２０°以内であることが望ましい。
【００３０】
本実施例による光制御シート１４を用いた面光源装置（１２，１３，１４，１４−２，１５）では、従来の面光源装置において一般的な構成である無指向性の乳白拡散板とマットフィルム、輝度上昇フィルム（ＢＥＦ：住友スリーエム株式会社製）、反射型偏光性シート１５を組み合わせた場合と比較して、正面輝度が略１０％も向上し、また、輝度ムラも殆どなかった。
【００３１】
ここで、本実施例と比較するために、以下の３つの比較例を用意した。
比較例１：本実施例の面光源装置から光制御シート１４を省略した面光源装置
比較例２：光制御シート１４の反射層のみによる反射率を３０％とした面光源装置
比較例３（実施例２）：光制御シート１４の反射層のみによる反射率を７０％とした面光源装置
なお、比較例３として用意した面光源装置は、本発明の反射率に関する要件を満たしており、本願発明の範囲内の装置であるので、実施例２と併記する。
また、比較例２，３（実施例２）における光制御シートの１／２拡散角は、本実施例と同じ３°である。
以上の３つの比較例、及び、本実施例を正面から観察して得た輝度分布図を図６〜９に示す。なお、図６〜９では、実験のため本来の大きさよりも小型の面光源としており、発光管１３も３本となっている。
【００３２】
図６は、比較例１の輝度分布図である。
図７は、比較例２の輝度分布図である。
図８は、本実施例の輝度分布図である。
図９は、比較例３（実施例２）の輝度分布図である。
比較例１（図６）では、発光管の位置に対応した輝度ムラがはっきりと現れているのに対して、本実施例（図８）では、輝度ムラが問題にならない程度まで解消されていることがわかる。一方、反射率の低い比較例２（図７）では、輝度ムラ低減効果が少なく、改善の余地があった。なお、反射率の高い比較例３（実施例２）（図９）では、本実施例よりもさらに高い輝度ムラ低減効果が得られている。
【００３３】
本実施例によれば、光制御シート１４により、垂直に入射する光の多くを光源側へ戻して再利用することにより、輝度ムラのない均一な照明を可能とした。また、光制御シート１４は、１／２拡散角が３°と小さく、拡散作用が低いので光の収束作用を損なうことがなく、正面輝度が低下することもない。
【００３４】
（変形例）
以上説明した実施例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、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）本実施例において、光制御シート１４は、連続する楕円筒の一部を単位レンズの形状としたレンチキュラーレンズシートである例を示したが、これに限らず、例えば、回転楕円体の一部を単位レンズ形状とした、レンズアレイ（いわゆる蝿の目レンズ）シートであってもよい。
【００３５】
（２）本実施例において、光制御シート１４、光制御シート１４−２、反射型偏光性シート１５を組み合わせて面光源装置、及び、透過型表示装置とした例を示したが、これに限らず、例えば、光制御シート１４−２を省略してもよいし、反射型偏光性シート１５を省略してもよいし、これら以外の各種光学シートと光制御シート１４とを組み合わせて面光源装置、及び、透過型表示装置を形成してもよい。
【００３６】
（３）本実施例において、光制御シート１４は、１種類の単位レンズ１４１を出射側に並べられている例を示したが、これに限らず、例えば、複数種類の単位レンズを組み合わせて出射側に配置してもよい。
【００３７】
（４）本実施例において、光制御シート１４は、レンズ層１４２と反射層１４３の２層を有している例を示したが、これに限らず、例えば、光拡散作用を有した微粒子を光制御シートの全体に分散させて１層としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による透過型表示装置の実施例１を示す図である。
【図２】光制御シート１４を示す斜視図である。
【図３】光制御シート１４を図２中に矢印で示したＳ１−Ｓ２断面で切断した断面図である。
【図４】光制御シート１４に垂直に入射する光の進み方を説明する図である。
【図５】反射率及び１／２拡散角が輝度ムラ及び正面輝度に与える影響を調べた実験結果を示す図である。
【図６】比較例１の輝度分布図である。
【図７】比較例２の輝度分布図である。
【図８】本実施例の輝度分布図である。
【図９】比較例３の輝度分布図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  透過型表示装置
１１  ＬＣＤパネル
１２  反射板
１３  発光管
１４  光制御シート
１４１  単位レンズ
１４２  レンズ層
１４３  反射層
１４−２  光制御シート
１５  反射型偏光性シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006343672.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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