(57)【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、
複数の光源を並列に並べた光源部と、
前記光源から出射した光を均一化、及び／又は、収束させる光制御シートと、
を備え、
前記光制御シートは、出射側に突出して多数並べて配列された単位レンズを備え、
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により形成された部分を複数種類組み合わせて形成され、
シート面に直交して前記単位レンズの配列方向に平行な断面での断面形状が、その頂点を基準として前記単位レンズの配列方向における一方側となる第１形状と、他方側となる第２形状とが、互いに異なる形状となる非対称な形状となっており、
前記第１形状の方が、前記第２形状よりも前記単位レンズの配列方向における厚さが厚いこと、
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、
前記第１形状及び前記第２形状は、それぞれ楕円筒の一部により形成され、
前記第１形状を形成する楕円筒の一部は、前記第２形状を形成する楕円筒の一部に比べて、長半径ａと短半径ｂとの比ａ／ｂが小さいこと、
を特徴とする面光源装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の面光源装置において、
前記単位レンズは、その配列方向において所定の間隔をあけて配列されていること、
を特徴とする面光源装置。
【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５】
請求項４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ＬＣＤ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（輝度ムラ）が発生したりするという問題もあった。
【０００５】
さらに、従来の面光源装置は、面光源の出射面における法線方向にピークを持った出射特性を有しており、正面〜上方より観察する場合の多いテレビ等の用途に対しては、視野角特性が最適とは言えず、光の利用効率が悪いという問題があった。
【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】
【０００６】
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、また、特定の方向からの観察に適した視野角特性を有する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】
【０００７】
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、透過型表示部を背面から照明する直下型の面光源装置であって、複数の光源を並列に並べた光源部（１２，１３）と、前記光源から出射した光を均一化、及び／又は、収束させる光制御シート（１４）と、を備え、前記光制御シートは、出射側に突出して多数並べて配列された単位レンズ（１４１）を備え、前記単位レンズ（１４１）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により形成された部分（１４１Ｕ，１４１Ｄ）を複数種類組み合わせて形成され、シート面に直交して前記単位レンズの配列方向に平行な断面での断面形状が、その頂点を基準として前記単位レンズの配列方向における一方側となる第１形状（１４１Ｕ）と、他方側となる第２形状（１４１Ｄ）とが、互いに異なる形状となる非対称な形状となっており、前記第１形状の方が、前記第２形状よりも前記単位レンズの配列方向における厚さが厚いこと、を特徴とする面光源装置である。
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、前記第１形状（１４１Ｕ）及び前記第２形状（１４１Ｄ）は、それぞれ楕円筒の一部により形成され、前記第１形状を形成する楕円筒の一部は、前記第２形状を形成する楕円筒の一部に比べて、長半径ａと短半径ｂとの比ａ／ｂが小さいこと、を特徴とする面光源装置である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の面光源装置において、前記単位レンズ（１４１）は、その配列方向において所定の間隔をあけて配列されていること、を特徴とする面光源装置である。
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（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５の発明は、請求項４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】
【０００８】
本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）シート面に直交する断面形状が非対称な形状であって、出射側に突出して多数並べて配列された単位レンズを備えるので、照明光の出射方向を偏向できる。
（２）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により形成された部分を複数種類組み合わせることにより、非対称な形状となっているので、照明光の偏向作用の他に、輝度ムラを防止し、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。
（３）単位レンズは、その頂点を基準として使用状態における上側となる上側形状と、下側となる下側形状とが、互いに異なる形状となっているので、上下方向の出射特性を制御できる。
（４）上側形状の方が、下側形状よりも使用状態における上下方向の厚さが厚いので、正面〜上方向へ出射する照明光を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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、また、特定の方向からの観察に適した視野角特性を与えるという目的を、シート面に直交する断面形状が非対称な形状を有し、出射側に突出して多数並べて配列した単位レンズを有した光制御シートにより実現した。
【実施例１】
【００１０】
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，反射型偏光性シート１５，乳白板１６等を備え、ＬＣＤパネル１１に形成される映像情報を背面から照明して表示する透過型液晶表示装置である。なお、ＬＣＤパネル１１を背面から照明する面光源装置としては、反射板１２，発光管１３，光制御シート１４，反射型偏光性シート１５，乳白板１６が該当している。
【００１１】
ＬＣＤパネル１１は、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付ける働きを持つ。
反射型偏光性シート１５は、ＬＣＤパネル１１と光制御シート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。
乳白板１６は、無指向性の光拡散特性を有した拡散板であり、光制御シート１４の光源側に配置されている。
【００１２】
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を２つ組み合わせた形状となっており、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）。
本実施例の光制御シート１４は、屈折率１．４９の透明なＰＭＭＡ（アクリル樹脂）を用いた押し出し成型により形成されている。なお、光制御シート１４は、ＰＭＭＡに限らず、光透過性の有る他の熱可塑性樹脂を適宜選択して使用してもよいし、紫外線硬化樹脂を用いた紫外線成型と呼ばれる方法により作製してもよい。
【００１３】
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。なお、図３は、使用状態を切断した場合と同様な配置として示しており、図中の上下方向が垂直（上下）方向となり、図中の左方が出射側となるように示している。
単位レンズ１４１の形状については、頂点Ｔを基準として上側の上側形状１４１Ｕと、下側の下側形状１４１Ｄとに分けて説明する。
上側形状１４１Ｕは、図３に示した断面において、長半径が３．６ｍｍ、短半径が０．３６ｍｍの楕円筒の一部形状となっており、その長軸が光制御シート１４のシート面に対して直交している。
一方、下側形状１４１Ｄは、図３に示した断面において、長半径が０．２９ｍｍ、短半径が０．０２５ｍｍの楕円筒の一部形状となっており、その長軸が光制御シート１４のシート面に対して直交している。
これら上側形状１４１Ｕと下側形状１４１Ｄの外形形状は、頂点Ｔにおいて滑らかに接しており、その突出量は、０．０７４ｍｍとなっている。また、光制御シート１４の厚さは、０．４５ｍｍであり、単位レンズ１４１は、その配列ピッチが０．０９３ｍｍとなるように並べられている。
【００１４】
図４は、光制御シート１４に入射する光の進み方を説明する図である。なお、図４は、図３と同様に、使用状態を切断した場合と同様な配置として示している。
先に説明した単位レンズ１４１の形状では、上側形状１４１Ｕの使用状態における上下方向の厚さｔＵは、下側形状１４１Ｄの使用状態における上下方向の厚さｔＤよりも厚くなっている。したがって、光制御シート１４に入射する光の多くを正面〜上方へ向けることができる。
【００１５】
図５は、本発明による光制御シートを通過した直後の照明光の分布を示す図である。
発光管１３が発光した照明光は、光制御シート１４を通過することにより、輝度のピーク位置が画面の上方へ移動し、また、正面〜上方の方が、正面〜下方よりも輝度の高い範囲が広くなっている。
【００１６】
（比較評価）
本実施例の透過型表示装置１０から反射型偏光性シート（ＤＢＥＦ）１５、ＬＣＤパネル１１を除いた面光源装置を、従来の面光源装置、及び、比較例と比較した。
本実施例の面光源装置では、無指向性の乳白板とマットフィルム、輝度向上フィルムＢＥＦ（住友スリーエム株式会社製）を用いた従来の面光源装置に対して１０％の輝度向上が可能となり、輝度ムラも回避でき、シート枚数の削減が可能となった。さらに、上方向の半値角が１０°拡大した。
これに対して、光制御シート１４の代わりに出光側の頂角９０°の輝度向上フィルムＢＥＦを用いた比較例では、半値角は約４０°で出射角度６０°以上の部分で不自然な輝度の上昇があった。
【００１７】
このように、本実施例では、照明光の均一化と光利用効率の向上及び正面輝度の向上を図っており、低コストで高効率な面光源装置となる。
また、本実施例では、照明光の出射方向を制御しており、輝度分布を一方向へ偏らせることができる。本光制御シート１４を上下方向の制御に使用し、上方向と下方向の視野角特性の制御を個別に行なうことにより、特にテレビ用途の様に正面もしくは上方で観察する機会が殆どである場合に、より好適な視野角を実現できる。
【実施例２】
【００１８】
図６は、本発明による光制御シートの実施例２を示す断面図である。なお、図６は、実施例１の図３と同様な断面を示している。実施例２の透過型表示装置は、光制御シート２４の単位レンズ２４１の形状が実施例１の光制御シート１４と異なる他は、実施例１と同様である。よって、前述した実施例１と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
上側形状２４１Ｕは、図６に示した断面において、長半径が０．２２ｍｍ、短半径が０．０７ｍｍの楕円筒の一部形状となっており、その長軸が光制御シート２４のシート面に対して直交している。
一方、下側形状２４１Ｄは、図６に示した断面において、長半径が０．２ｍｍ、短半径が０．０３７ｍｍの楕円筒の一部形状となっており、その長軸が光制御シート２４のシート面に対して直交している。
これら上側形状２４１Ｕと下側形状２４１Ｄの外形形状は、頂点Ｔにおいて滑らかに接しており、その突出量は、０．０６５ｍｍとなっている。また、光制御シート２４の厚さは、０．４５ｍｍであり、単位レンズ２４１は、その配列ピッチが０．０７７ｍｍとなるように並べられている。
【００１９】
先に示した図５には、実施例２の光制御シート２４を通過した直後の照明光の分布も示されている。
図５にあるように、発光管１３が発光した照明光は、光制御シート２４を通過することにより、輝度のピーク位置が画面の上方へ移動し、また、正面〜上方の方が、正面〜下方よりも輝度の高い範囲が広くなっている。そして、実施例１と比べると、ピーク輝度が高くなっている。
【００２０】
（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）各実施例において、光制御シートは、同一断面形状が一方向に延在する単位レンズ形状を多数並べた例を示したが、これに限らず、例えば、単位レンズ形状を２次元方向に配列したレンズアレイ（いわゆる蝿の目レンズ）シートであってもよい。その場合、異なる長軸がシート面に対して直交する回転楕円体の一部により形成された単位レンズ形状を複数種類組み合わせてもよい。
【００２１】
（２）各実施例において、光制御シートは、１種類の単位レンズが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。
【００２２】
（３）各実施例において、光制御シートを上下方向の制御を行うことができるように１枚配置した例を示したが、これに限らず、例えば、左右方向の制御を行うことができるようにもう１枚光制御シートを配置してもよい。なお、この場合、追加する光制御シートは、左右方向の光の制御特性が対称なものを用いるとよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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】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に入射する光の進み方を説明する図である。
【図５】本発明による光制御シートを通過した直後の照明光の分布を示す図である。
【図６】本発明による光制御シートの実施例２を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  透過型表示装置
１１  ＬＣＤパネル
１２  反射板
１３  発光管
１４，２４  光制御シート
１４１，２４１  単位レンズ
１４１Ｕ，２４１Ｕ  上側形状
１４１Ｄ，２４１Ｄ  下側形状
１５  反射型偏光性シート
１６  乳白板
【図１】
0004774944.tif 000002
【図２】
0004774944.tif 000003
【図３】
0004774944.tif 000004
【図４】
0004774944.tif 000005
【図５】
0004774944.tif 000006
【図６】
0004774944.tif 000007