(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面光源装置、透過型表示装置を提供する。【解決手段】  間隔Ｌで等間隔に配列された発光管１３と、発光管１３から距離Ｄだけ離れた位置に固定され、発光管１３から出射した光を拡散して均一化する均一化シート１４とを備え、均一化シート１４にシート法線方向から入射する光の透過率をＴとしたときに、０．８Ｔ≦０．７×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／２Ｄ））−０．８×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／Ｄ））≦１．２Ｔの関係を満足するように、垂直透過率Ｔ，発光管１３の間隔Ｌ，発光管１３と均一化シート１４との距離Ｄの関係を設定する。【選択図】図３
2006162827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過型表示部を背面から照明する直下型の面光源装置であって、
間隔Ｌで等間隔に配列された光源と、
前記光源の中心から距離Ｄだけ離れた位置に入射面が位置するように固定され、前記光源から出射した光を拡散して均一化する均一化シートと、
を備え、
前記均一化シートにシート法線方向から入射する光の透過率をＴとしたときに、
０．８Ｔ≦０．７×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／２Ｄ））−０．８×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／Ｄ））≦１．２Ｔ
の関係を満足すること、
を特徴とする面光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の面光源装置において、
前記均一化シートよりも出射側に設けられ、光を拡散する作用を有する拡散シートを備えること、
を特徴とする面光源装置。
【請求項３】
透過型表示部を背面から照明する直下型の面光源装置であって、
間隔Ｌで等間隔に配列された光源と、
前記光源の中心から距離Ｄだけ離れた位置に入射面が位置するように固定され、前記光源から出射した光を拡散して均一化する均一化シートと、
を備え、
前記均一化シートにシート法線方向から入射する光の透過率をＴとしたときに、
０．９Ｔ≦０．７×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／２Ｄ））−０．８×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／Ｄ））≦１．１Ｔ
の関係を満足すること、
を特徴とする面光源装置。
【請求項４】
透過型表示部と、
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の面光源装置と、
を備える透過型表示装置。
【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面光源装置、透過型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
透過型の液晶ディスプレイ（ＬＣＤパネル）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、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（発光管）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、それに、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。
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、それを補うために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（光源ムラ）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面光源装置、透過型表示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、透過型表示部（１１）を背面から照明する直下型の面光源装置であって、間隔Ｌで等間隔に配列された光源（１３）と、前記光源の中心から距離Ｄだけ離れた位置に入射面が位置するように固定され、前記光源から出射した光を拡散して均一化する均一化シート（１４）と、を備え、前記均一化シートにシート法線方向から入射する光の透過率をＴとしたときに、０．８Ｔ≦０．７×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／２Ｄ））−０．８×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／Ｄ））≦１．２Ｔの関係を満足すること、を特徴とする面光源装置（１２，１３，１４，１５，１６）である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の面光源装置において、前記均一化シート（１４）よりも出射側に設けられ、光を拡散する作用を有する拡散シート（１６）を備えること、を特徴とする面光源装置（１２，１３，１４，１５，１６）である。
【０００８】
請求項３の発明は、透過型表示部（１１）を背面から照明する直下型の面光源装置であって、間隔Ｌで等間隔に配列された光源（１３）と、前記光源の中心から距離Ｄだけ離れた位置に入射面が位置するように固定され、前記光源から出射した光を拡散して均一化する均一化シート（１４）と、を備え、前記均一化シートにシート法線方向から入射する光の透過率をＴとしたときに、０．９Ｔ≦０．７×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／２Ｄ））−０．８×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／Ｄ））≦１．１Ｔの関係を満足すること、を特徴とする面光源装置（１２，１３，１４，１５，１６）である。
【０００９】
請求項４の発明は、透過型表示部（１１）と、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の面光源装置（１２，１３，１４，１５，１６）と、を備える透過型表示装置（１０）である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）０．８Ｔ≦０．７×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／２Ｄ））−０．８×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／Ｄ））≦１．２Ｔの関係を満足するので、拡散シートと組み合わせることにより均一な照明光を出射する面光源装置とすることができる。
【００１１】
（２）０．８Ｔ≦０．７×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／２Ｄ））−０．８×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／Ｄ））≦１．２Ｔの関係を満足する均一化シートと、均一化シートよりも出射側に設けられ、光を拡散する作用を有する拡散シートを備えるので、均一な照明光を出射することができる。
【００１２】
（３）０．９Ｔ≦０．７×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／２Ｄ））−０．８×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／Ｄ））≦１．１Ｔの関係を満足するので、均一かつ輝度の高い照明光を出射する面光源装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ムラのない均一な照明をするという目的を、光源の配列される間隔、光源と均一化シートとの距離、均一化シートの法線方向における透過率との関係を規定することにより、実現した。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明による透過型表示装置の実施例を示す図である。
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，均一化シート１４，反射型偏光性シート１５，拡散シート１６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，均一化シート１４，反射型偏光性シート１５，拡散シート１６を備える面光源装置により背面から照明する透過型の液晶表示装置である。
【００１５】
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素子であって、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。
【００１６】
発光管１３は、バックライトの光源部を形成する冷陰極管の光源であり、本実施例では、Ｌ＝５０ｍｍ間隔で等間隔に６本が並列に並べられている。また、発光管１３と後述の均一化シート１４との距離Ｄは、Ｄ＝２５ｍｍとなっている。
発光管１３の背面には、反射板１２を設けており、その設計により画面各部位への入射光照度を均一に近づけるようにしている。
反射型偏光性シート１５は、ＬＣＤパネル１１と均一化シート１４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。
【００１７】
拡散シート１６は、均一化シート１４より出射側に設けられ、均一化シート１４の拡散機能を補助するシートである。本実施例では、拡散シート１６は、均一化シート１４と反射型偏光性シート１５との間に配置されている。拡散シート１６は、ビーズ拡散板とも呼ばれ、内部には殆ど拡散剤を含んでおらず、表面に拡散ビーズを分散させて表面に微細な凹凸形状を形成し、この拡散ビーズの曲率に応じて出射光を拡散させる。したがって、拡散シート１６は、拡散ビーズにより拡散度合いを調整することが可能である。本実施例における拡散シート１６のヘイズ値は、８３．６％である。
発光管１３と拡散シート１６との間には、均一化シート１４が設けられている。
【００１８】
図２は、均一化シート１４を示す斜視図である。
均一化シート１４は、発光管１３から出射した光を拡散して均一化するシートであり、出射側には、光を均一に出射するために２種類の単位レンズからなるレンチキュラーレンズ形状が形成されている。
均一化シート１４の出射側には、２種類の単位レンズ１４１ａ，１４１ｂが平行に規則的に並べて配置された１つの単位レンズ集合１４１をさらに多数並べて配置されている。なお、各単位レンズの並ぶ方向は、発光管１３の並ぶ方向と一致している（図１参照）。
本実施例における均一化シート１４の出射側に形成された２種類の単位レンズ１４１ａ，１４１ｂは、長軸が均一化シート１４のシート面に対して直交する連続する楕円筒の一部の形状であり、レンチキュラーレンズ形状を形成している。
【００１９】
均一化シート１４は、発光管１３の真上付近にある場合（法線方向から光が入射する場合）には、その光の内半数程度を光源側へ戻し、また、発光管１３同士の中間位置の真上付近にある場合（斜め方向から光が入射する場合）には、その光を法線方向に出射させるように、その出射側に形成された単位レンズ形状が形成されている。したがって、均一化シートに対して垂直に入射する光が、出射側へ出射する透過率（以下、垂直透過率と呼ぶ）Ｔを測定すると、均一化シート１４の光を均一化させる能力を端的に表すパラメータとすることができる。すなわち、垂直透過率Ｔが大きいと、法線方向から入射する光をそのまま透過させるので、均一化する能力が低いといえる。一方、垂直透過率Ｔが小さいと、法線方向から入射する光を透過させずに光源側へ戻す割合が多く、均一化する能力が高いといえる。
本実施例における均一化シート１４の垂直透過率Ｔは、Ｔ＝０．４である。
【００２０】
ここで、当然ながら、垂直透過率Ｔが小さければ必ず良い結果が得られるということではない。また、均一化シート１４は、どのような条件であっても必ず光源ムラをなくして均一化することができるのではない。例えば、均一化シートをあるものに固定して考えたとしても、光源の中心から均一化シートの入射面までの距離Ｄ、及び、光源の並ぶ間隔Ｌが異なれば、出射される光の輝度分布に変化が生じる。また、同様に、距離Ｄ及び間隔Ｌを固定したとしても、均一化シートの形状などが変われば、出射される光の輝度分布に変化が生じてしまう。
【００２１】
そこで、これら垂直透過率Ｔ，距離Ｄ，間隔Ｌの相互の関係に着目し、均一な照明を得るためにこれらの関係が満たすべき特定の条件を導いた。以下、この条件について説明する。
図３は、発光管１３から出射する代表的な光を模式的に示した図である。なお、図３では、説明の都合上、発光管１３に１３−１〜１３−４の符号を付けている。
まず、発光管１３−１と発光管１３−２との中間位置の真上の入射点Ａについて検討する。この入射点Ａにおいては、発光管１３−１と発光管１３−２から入射する入射光Ｌ１，Ｌ２について検討すれば、輝度ムラの検討としては簡単かつ十分である。ここで、入射点Ａに入射する入射光Ｌ１，Ｌ２の入射角度θA は、θA ＝ｔａｎ-1（Ｌ／２Ｄ）で与えられる。
一方、発光管１３−３の真上の入射点Ｂについて検討する。この入射点Ｂにおいては、発光管１３−２〜発光管１３−４から入射する入射光Ｌ３〜Ｌ５について検討すれば、輝度ムラの検討としては簡単かつ十分である。ここで、入射点Ｂに入射する入射光Ｌ３，Ｌ５の入射角度θB は、θB ＝ｔａｎ-1（Ｌ／Ｄ）で与えられる。
【００２２】
そして、これらθA ，θB を用いて入射点Ａ，Ｂから均一化シート１４の法線方向へ出射する光を求め、垂直透過率Ｔ，距離Ｄ，間隔Ｌの相互の関係として、最低限の均一性を確保することができる条件を以下の式（１）として実験的に求めた。
０．８Ｔ≦０．７×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／２Ｄ））−０．８×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／Ｄ））≦１．２Ｔ  ・・・式（１）
また、式（１）よりもより均一性の高い照明光を得られる条件として、以下の式（２）を得た。
０．９Ｔ≦０．７×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／２Ｄ））−０．８×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／Ｄ））≦１．１Ｔ  ・・・式（２）
本実施例では、上述のように、Ｔ＝０．４，Ｄ＝２５ｍｍ，Ｌ＝５０ｍｍであり、上記式（１），（２）の両方を満足している。
【００２３】
ここで、説明の都合上、式（１）中の不等式中の０．７×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／２Ｄ））−０．８×２×ｃｏｓ2 （ｔａｎ-1（Ｌ／Ｄ））＝Ｇと呼ぶこととする。
この式（１），（２）の内容を説明するために、本実施例と同一のＤ＝２５ｍｍとして、Ｌを５〜１００ｍｍまで５ｍｍ毎に変化させてＧの値を計算した結果を表１に示す。また、本実施例と同一のＬ＝５０ｍｍとして、Ｄを５〜１００ｍｍまで５ｍｍ毎に変化させてＧの値を計算した結果を表２に示す。
【００２４】
【表１】
2006162827.tif 000003
【００２５】
【表２】
2006162827.tif 000004
【００２６】
図４は、表１の結果をグラフ化して示した図である。
図５は、表２の結果をグラフ化して示した図である。
図４，５のグラフ中には、Ｇの範囲として、式（１），（２）を満たす範囲をそれぞれ示している。式（２）を満たす範囲にある面光源装置では、拡散シート１６を配置しなくても、十分に均一な照明光を得ることができた。そして、本実施例における面光源装置においても、拡散シート１６を省略しても、十分均一性の高い面光源装置とすることができた。
一方、式（２）は満たさないが、式（１）を満たす範囲にある面光源装置では、拡散シートを用いない場合には、僅かに光源ムラが確認されるが、拡散シートを均一化シートよりも出光側に配置することにより、光源ムラが確認できず、均一な照明光を出射させることができた。
【００２７】
本実施例によれば、均一化シートの垂直透過率及び発光管との寸法関係について規定しているので、輝度ムラのなく、高輝度の照明を得ることができる。また、均一化シートの形状などを試行錯誤して多数の試作品を作製する必要もなくなり、結果として面光源装置、及び、透過型表示装置を安価に提供することができる。
【００２８】
（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、均一化シートは、出射側の面に、レンチキュラーレンズ形状に近い形状が形成されている例を示したが、これに限らず、例えば、微少な単位レンズ形状が２次元方向に配列された所謂レンズアレイ形状（蝿の目レンズ形状）としてもよいし、プリズム形状を出射側に配置したプリズムシートであってもよく、均一化シートの形状には依存しない。
【００２９】
（２）本実施例において、均一化シート１４、拡散シート１６，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、拡散シート１６を省略してもよいし、これら以外の各種光学シートと均一化シート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。
【００３０】
（３）本実施例において、光源に線光源とみなすことができる発光管１３を用いた例を示したが、これに限らず、例えば、点光源である発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による透過型表示装置の実施例を示す図である。
【図２】均一化シート１４を示す斜視図である。
【図３】発光管１３から出射する代表的な光を模式的に示した図である。
【図４】表１の結果をグラフ化して示した図である。
【図５】表２の結果をグラフ化して示した図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  透過型表示装置
１１  ＬＣＤパネル
１２  反射板
１３  発光管
１４  均一化シート
１４１  単位レンズ集合
１４１ａ，１４１ｂ  単位レンズ
１５  反射型偏光性シート
１６  拡散シート
【図１】
2006162827.tif 000005
【図２】
2006162827.tif 000006
【図３】
2006162827.tif 000007
【図４】
2006162827.tif 000008
【図５】
2006162827.tif 000009