JP2012069282A - 光学シート、面光源装置及び透過型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点状光源からの光を十分に均一に分散させることが可能な光学シート、面光源装置及び透過型画像表示装置を提供する。
【解決手段】シート状を成し、光を透過させる透光性樹脂から形成された光学シート３０において、点状光源２２から出射された光を入射する側面３３と、側面３３と交差する方向に形成され、面状の光を出射する出射面３１と、を備える構成とし、側面３３には、シートの厚み方向に延在する凸状部３５を、側面３３の長手方向Ｙに並列配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、離散的に配置された複数の点状光源から入射した光を面状に出射可能な光学シート、面光源装置及び透過型画像表示装置に関するものである。
である。

透過型画像表示装置の一例である直下型画像表示装置として、透過型画像表示部の背面側に光源が配置されたものが広く用いられている。透過型画像表示部としては、例えば液晶セルの両面に直線偏光板が配置された液晶表示パネルが挙げられる。光源としては、直管型の冷陰極線管などのような線状光源が複数本、互いに平行に配置されて用いられている。

かかる直下型画像表示装置としては、光源からの光を均一に分散させて透過型画像表示部を均一に照明できることが望ましく、このため光源と透過型画像表示部との間には、光源側から入射する光を、その向きを変えて反対側の透過型画像表示部側から出射させる機能を有する一枚の光拡散板といった光制御板が配置されて用いられている（例えば特許文献１参照）。

近年、透過型画像表示装置の薄型化が進み、光源が端部側に配置された面光源装置が開発され、従来の光拡散板に代わり、端部から照射された光を画面全体に広げるための導光板が使用され始めている。また、環境対策として水銀（Ｈｇ）を含まず、消費電力が低い光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）の使用が増加している。

そして、導光板には、主に光透過性の高い樹脂が用いられ、導光板の端部に配置されたＬＥＤの光を、導光板内の反射、散乱効果により画面全体に均一に広げることが求められている。

また、ＬＥＤ光源の光を有効に活用し、輝度の均一なエッジライト方式の面状光源として、透光性部材からなる板状部材であり下面に乱反射部が形成され上面を出光面とした導光板を備えるものが知られている（例えば特許文献２参照）。また、エッジライトタイプの導光板として、ＬＥＤ光源からの光を板厚方向に分散させる凹凸形状が入射面に設けられているものが知られている（例えば特許文献３参照）。

特開平７−１９８９１３号公報 特開２００１−３４２２６３号公報 特開２００８−１０２９１号公報

しかし、従来の面光源装置に使用される光制御板では、点状光源からの光を十分に均一なものとすることができず、特に光制御板の端部近傍では、隣接する光源間において明るさが不足する領域が生じるという問題があった。

そこで、本発明は、点状光源からの光を十分に均一に分散させ、明るさが不足する領域を減少させることが可能な光学シート、面光源装置及び透過型画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光学シートは、シート状を成し、光を透過させる透光性樹脂から形成された光学シートであって、点状光源から出射された光を入射する入射面となる側面と、側面と交差する方向に形成され、面状の光を出射する出射面と、を備え、入射面となる側面には、シートの厚み方向に延在し、入射面の長手方向に並列配置された複数の凸状部が形成されていることを特徴としている。

この構成では、光学シートの側面に対向して配置された点状光源からの光を光学シートの側面から入射し、この側面と交差する方向に形成された出射面から面状の光を出射することができる。また、光学シートの入射面となる側面から入射する光は、光学シートの入射面に設けられシートの厚み方向に延在し入射面の長手方向に並列配置された凸状部によって、光学シートの入射面の長手方向に、より広い範囲に広げられる。これにより、正面視において、光学シートの入射面側の端部（側面近傍）の明るさが不足する領域を縮小することができる。なお、光学シートの全ての側面が入射面となる構成でもよく、複数の側面のうちの１つの側面のみが入射面となる構成でもよい。

ここで、凸状部は、入射面の長手方向に０．０３ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下のピッチで配置され、９０°以上１５０°以下の頂角を有するプリズム形状であることが好適である。これにより、入射面から入射する光を、入射面の長手方向に好適に拡散させることができる。プリズム形状の頂角のより好ましい範囲としては、１１０°以上１４０°以下の範囲である。

また、本発明の面光源装置は、上記の光学シートと、光学シートの入射面となる側面と対向し、入射面の長手方向に離散的に配置された複数の点状光源とを備えることを特徴としている。

この構成では、上記の光学シートを備えているため、光学シートの側面に対向して配置された点状光源からの光を光学シートの側面から入射し、この側面と交差する方向に形成された出射面から面状の光を出射することができる。また、光学シートの入射面となる側面から入射する光は、光学シートの入射面に設けられシートの厚み方向に延在し入射面の長手方向に並列配置された凸状部によって、光学シートの入射面の長手方向に、より広い範囲に広げられる。こりにより、正面視において、光学シートの入射面側の端部（側面近傍）の明るさが不足する領域を縮小することができる。なお、光学シートの全て側面が入射面となる構成でもよく、複数の側面のうちの１つの側面のみが入射面となる構成でもよい。

また、点状光源は、当該点状光源の法線方向が最大光度となり、光度分布の半値幅が４０°以上８０°以下であるＬＥＤ光源であることが好ましい。

また、本発明の透過型画像表示装置は、上記の面光源装置と、面光源装置の出射面と対向して配置され、面光源装置から出射された光に照射されて画像を表示する透過型画像表示部とを備えることを特徴としている。

この構成では、上記の面光源装置を備えているため、光学シートの側面に対向して配置された点状光源からの光を光学シートの側面から入射し、この側面と交差する方向に形成された出射面から面状の光を出射することができる。また、光学シートの入射面となる側面から入射する光は、光学シートの入射面に設けられシートの厚み方向に延在し入射面の長手方向に並列配置された凸状部によって、光学シートの入射面の長手方向に、より広い範囲に広げられる。これにより、正面視において、光学シートの入射面側の端部（側面近傍）の明るさが不足する領域を縮小することができる。なお、光学シートの全て側面が入射面となる構成でもよく、複数の側面のうちの１つの側面のみが入射面となる構成でもよい。このような透過型画像表示装置では、点状光源からの光を、十分に均一に分散させて面状の光とすることが可能であり、その均一に分散された面状の光によって、透過型画像表示部を照明することができる。

本発明によれば、入射面となる側面から入射した点状光源からの光を、入射面となる側面の長手方向に十分に均一に分散させることが可能な光学シート、面光源装置、及び透過型画像表示装置を提供することができる。

本発明に係る透過型画像表示装置の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。 図１中の導光板の端部を示す拡大平面図である。 本発明に係る導光板の一実施形態の構成を示す斜視図である。 図２に示す導光板の端部に形成されたプリズム形状を拡大して示す拡大平面図である。 ＬＥＤ光源の出光分布の一例を示すグラフである。 プリズム形状、ＬＥＤ光源、輝度値測定点の位置関係を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、同一または相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１は、本発明に係る透過型画像表示装置の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。図１は、透過型画像表示装置１を分解して示している。

（透過型画像表示装置）
透過型画像表示装置１は、透過型画像表示部１０と、図１において透過型画像表示部１０の背面側に配置された面光源装置２０とを備えている。以下の説明では、図１に示すように、面光源装置２０と透過型画像表示部１０の配列方向をｚ方向（板厚方向）と称し、ｚ方向に直交する２方向であって互いに直交する２方向をｘ方向及びｙ方向と称す。

透過型画像表示部１０としては、例えば液晶セル１１の両面に直線偏光板１２，１２が配置された液晶表示パネルが挙げられる。この場合、透過型画像表示装置１は液晶表示装置（又は液晶テレビ）である。液晶セル１１，偏光板１２，１２は、従来の液晶表示装置等の透過型画像表示装置１で用いられているものを用いることができる。液晶セル１１としてはＴＦＴ型、ＳＴＮ型等の公知の液晶セルが例示される。透過型画像表示部１０は、面光源装置２０の出射面３１と対向して配置され、面光源装置２０から出射された光が照射されて画像を表示する。

（面光源装置）
面光源装置２０は、導光板（光学シート）３０と、導光板３０の側面３３と対向して配置されたＬＥＤ光源（点状光源）２２とを備えている。

（光源）
ＬＥＤ光源２２は、面光源装置２０の点状光源として機能するものであり、図２に示すように、導光板３０のｙ軸方向に延在する側面３３，３３と対向して配置されている。複数のＬＥＤ光源２２は、側面３３の長手方向（ｙ軸方向）に沿って、離散的に配置されている。ＬＥＤ光源２２の配置間隔は、通常５ｍｍ〜１５０ｍｍである。

ＬＥＤ光源２２は、白色ＬＥＤでもよく、一つの箇所に複数のＬＥＤを配置して一つの光源単位を構成してもよい。例えば、一つの光源単位として、赤色、緑色、青色の異なる三色のＬＥＤが、近接され並べられて配置されていてもよい。そして、複数のＬＥＤを有する光源単位が、上述した配置方向に従い離散的に配置される。このような場合には、異なるＬＥＤ同士は可能な限り近づけられて配置されていることが好ましい。

ＬＥＤ光源としては、様々な出光分布を有するものが使用可能であるが、ＬＥＤ光源の法線方向（ｚ軸方向）の光度が最大であり、光度分布の半値幅が４０度以上８０度以下である出光分布を有するものが、好適である。また、ＬＥＤ光源のタイプとしては、具体的に、ランバーシアン型、砲弾型、サイドエミッション型などが挙げられる。

図５は、ＬＥＤ光源の出光分布の一例を示すグラフである。ＬＥＤ光源の法線方向（出射角度φ＝０°）の出射光強度を１．０（基準）として、出射角度φと出射光強度との関係を示している。図５に示す出光分布を有するＬＥＤ光源では、半値幅が６０°程度となっている。なお、その他の出光分布を有するＬＥＤ光源を用いてもよい。

（導光板）
導光板３０は、図２に示すように、長方形を成し、平面視形状のサイズは目的とする透過型画像表示装置１０の画面サイズに適合するように選択されるが、通常２５０ｍｍ×４４０ｍｍ以上、好ましくは１０２０ｍｍ×１８００ｍｍ以下である。導光板３０の平面視形状は、長方形に限らず、正方形としてもよいが、以下では、特に断らない限り、長方形として説明する。

導光板３０は、光を透過させる透光性樹脂から形成され板状を成している。なお、導光板３０は、シート状でもよく、フィルム状でもよい。

導光板３０は、ｚ軸方向（厚み方向）に対向する一対の主面（３１，３２）、Ｘ軸方向に対向する一対の側面３３，３３、及びＹ軸方向に対向する一対の側面３４，３４を備えている。

ｚ軸方向に対向する一対の主面のうち一方の主面（３１）は、面状の光を出射する出射面３１として機能する。出射面３１は、透過型画像表示部１０側に配置され、他方の主面（背面３２）は、透過型画像表示部１０とは反対側に配置される。また、背面３２と対面する位置には、光を反射させる反射シートが施工されている。

（凸状部）
ここで、側面３３には、ｘ軸方向の外側へ凸である複数の凸状部３５が形成されている。プリズム形状３５は、シートの厚み方向（ｚ軸方向）に延在し、複数の凸状部３５は、側面３３の長手方向（ｙ軸方向）に複数並列配置されている。複数の凸状部３５の断面形状はほぼ均一である。複数の凸状部３５は、ｙ軸方向に０．０３ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下のピッチで配置されていることが好ましい。本実施形態では、凸状部３５の頂点同士の間隔ｄ１は、例えば８．５ｍｍである。

また、凸状部３５は、図４に示すように、プリズム形状であることが好ましく、プリズム形状の頂点の角度（頂角）θは、９０°以上１５０°以下であることが好ましく、１１０°以上１４０°以下であることがより好ましい。本実施形態では、プリズム形状の頂角θは、例えば１２０°である。複数のプリズム形状は、ＬＥＤ光源２２からの光を、側面３３の長手方向（ｙ軸方向）に拡散させる機能を有する。例えば、ＬＥＤ光源２２は、図４に示すように、凸状部３５，３５間の凹部に対応する位置に配置されている。

（導光板の構成材料）
導光板３０は、透光性樹脂から形成されている。透光性樹脂の屈折率は通常、１．４９〜１．５９である。導光板３０に使用される透光性樹脂としては、メタクリル樹脂が主として用いられる。

メタクリル樹脂としては、メタクリル酸メチルを主成分とする単量体が挙げられ、具体的にはメタクリル酸メチルを５０質量％以上含む単量体を重合させて得られる重合体であってもよいし、メタクリル酸メチルを単独で重合させて得られるポリメタル酸メチルであってもよいし、メタクリル酸メチル５０質量％以上及びこれと共重合可能な単量体５０質量％以下との共重合体であってもよい。

メタクリル酸メチルと共重合可能な単量体としては、例えばメタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ベンジル、アクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ボルニル、メタクリル酸アダマンチル、メタクリル酸シクロペンタンジエニルなどメタクリル酸エステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸ボルニル、アクリル酸アダマンチル、アクリル酸シクロペンタジエニルなどのアクリル酸エステル類、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸などの不飽和などの不飽和カルボン酸およびその酸無水物、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸２−ヒドロキシポロピル、アクリル酸２−ヒドロキシプロピル、アクリル酸、アクリル酸モノグリセロール、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸モノグリセロールなどのヒドロキシル基含有単量体、アクリルアミド、メタクルアミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、ジアセトンアクリルアミド、メタクリル酸ジメチルアミノエチルなどの窒素含有単量体、アリルグリシジルエーテル、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジルなどエポキシ基含有単量体、スチレン、α−メチルスチレンなどのスチレン系単量体などが挙げられる。

なお、透光性樹脂は上記のものに限定されず、その他の樹脂でもよく、例えば、スチレン系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、環状オレフィン重合体樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂などが挙げられる。

導光板を液晶表示装置に適用するにあたり、導光板には、光拡散剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、光重合安定剤などの添加剤が添加されていてもよい。

（導光板の成形方法）
導光板３０の成形方法としては、押出成形、キャスト成形、射出成形が挙げられる。導光板の厚さｔは、特に限定されるものではないが、１．０ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲に設定されることが、特に、１．５ｍｍ〜８．０ｍｍであることが好ましく、さらに２．０ｍｍ〜４．０ｍｍであることが好ましい。

（凸状部の加工方法）
凸状部（凹凸形状）の加工方法として、熱プレス成形法を適用することができる。凸状部と対となる形状が施された反対型を版として熱プレス成形を行うことで、導光板３０の側面３３に凸状部を形成する。

また、凸状部の加工方法として、射出成形法を適用してもよい。射出成形法であれば、射出成形型の内壁に、凸状部と対となる形状の反対型が施されていることが好適である。また、既に凸状部がその表面に施されたレンズフィルムの非形状面側を、導光板３０の側面側へ粘着層を介して貼り合わせることも好適である。

複数の凸状部３５の間隔（ピッチ）としては、０．０３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に設定されることが望ましい。複数の凸状部３５のピッチが、０．０３ｍｍ未満であるとその加工精度の低下が懸念され、１０ｍｍ以上であると導光板の形状が施された側面３３が広くなり、導光板３０が液晶表示装置に組み込まれた際に、加工面が液晶表示画面から見えないように隠蔽するための額縁部分が大きくなる。

凸状部（凹凸形状）としては、上記のプリズム形状の他、レンチキュラーレンズ形状、台形形状、矩形形状などが挙げられる。特にプリズム形状であれば、そのプリズム頂角は、９０°以上１５０°以下の間に設定されることが好ましく、１１０°以上１４０°以下に設定されることがより好ましい。

このような本実施形態に係る導光板３０によれば、導光板３０の側面３３に対向して配置され複数のＬＥＤ光源２２からの光を側面３３から入射し、この側面３３と直交（交差）する出射面３１から面状の光を出射することができる。そして、導光板３０の側面３３から入射する光は、凸状部３５によって屈折し、ｙ軸方向に広げられる。これにより導光板３０の端部（側面３３近傍）において明るさが不足する領域を縮小することができる。

また、本実施形態に係る面光源装置２０及びこれを備えた透過型画像表示装置１によれば、導光板３０の入射面となる側面３３に対向し、側面３３の長手方向に離散的に配置された複数のＬＥＤ光源２２を備え、これらのＬＥＤ光源２２からの光を側面３３から入射し、この側面と直交する出射面３１から面状の光を出射することができる。そして、導光板３０の側面３３から入射する光は、凸状部３５によって屈折し、ｙ軸方向に広げられる。これにより導光板３０の端部において明るさが不足する領域を縮小することができる。そのため、導光板３０の端部において明るさが不足する領域を、表示画面から見えないように隠蔽するための額縁部分を小さくすることができる。透過型画像表示装置１の表示画面の周縁部である額縁部分のデザインの自由度を高めることができる。

（実施例）
以下、本発明の光学シートの一実施例について説明する。

本発明の実施例に係る光学シート、比較例に係る光学シートを作成し、これらについて評価試験を実施した。実施例１〜４及び比較例１〜３では、透光性樹脂としてスミペックＥ０１１（商品名、住友化学製、ＰＭＭＡ）を使用して光学シートＡを作成した。光学シートＡは、厚さ４ｍｍであり、たて（短辺）２１０ｍｍ、よこ（長辺）３００ｍｍの矩形を成している。

光学シートＡの長辺側の側面に、厚み方向（ｚ軸方向）に延在する複数の凸状部を、側面（入射面）の長手方向に並列配置した。実施例１〜４では、凸状部（プリズム形状）の頂角をそれぞれ９０°、１２０°、１３７°、１５０°とした。また、光学シートＡの側面に凸状部が形成されていないもの（側面が平坦面であるもの）を比較例１とした。さらに、比較例２では、凸状部として、１７０°の頂角を有するプリズム形状を施し、比較例３では、側面に凹みレンズを施した。凹レンズの高さは１．６７ｍｍとした。実施例１〜４、比較例２，３において、凹凸形状（プリズム形状、凹レンズ）の間隔Ｐ_１を８．５ｍｍとした。これらの凹凸形状をレーザー加工により施した。

次に、実施例１〜４、比較例１〜３の光学シートＡについて、評価ユニットを作成した。評価ユニットの観察者によって視認される観察画面（出射面３１）と反対側の主面（背面３２）の全面について、白色テープ（ＴＲＵＳＣＯ製ＴＲＴ−５０両面テープ）によって覆った。光学シートＡの背面と密着する側の保護テープのみを剥がして、粘着面を露出させ、白色テープを光学シートＡの背面３２に密着させた。

評価ユニットでは、ＬＥＤ光源（１２０°ランバーシアン型；ＮＳＳＷ１２３Ｂ）を光学シートの長辺方向に沿って８．５ｍｍ間隔で、光学シートの厚さ方向の中央に配置し、基盤へ配線した。そして、ＬＥＤ光源に電圧１２Ｖ、電流６０ｍＡを印加して、ＬＥＤ光源を点灯させた。このとき、光学シートの長辺方向において、ＬＥＤ光源の法線が、凹凸形状の凹みに対応するように配置した。

そして、光学シートＡの出射面３１全体が映りこむように輝度計を設置した。輝度計は、出射面３１と対向して配置され、出射面３１から輝度計のカメラの先端までの距離を８００ｍｍとした。

図６は、プリズム形状、ＬＥＤ光源、輝度値測定点の位置関係を示す平面図である。図６に示すように、輝度を測定する測定点Ｐを等間隔で設け、ｘｙ座標を用いて測定位置を設定した。光学シートＡの長辺方向をｘ軸方向とし、短辺方向をｙ軸方向とし、ｘ軸方向に９０点、ｙ軸方向に１０点、合計９００点の測定点Ｐを設け、各測定点Ｐにおける輝度値を測定した。評価ユニットを設置して、５分後に輝度値を採取した。

採取された輝度値について、ｙ軸方向の１点〜１０点までの輝度値の平均値を算出した。配置した３つのＬＥＤ光源のうち中央に位置する光源２２から、ｘ軸方向（図示左右方向）の両側へＷ_１＝６ｍｍの範囲において、上記のｙ軸方向の輝度値の平均値のうちの最大値Ｌｍａｘと最小値Ｌｍｉｎとを比較した。具体的には、光の拡散度合いを表す指標Ｄ（％）として、Ｄ＝（Ｌｍｉｎ／Ｌｍａｘ）×１００を算出した。指標Ｄでは、数値が大きいほど、ＬＥＤ光源からの光が、側面の長手方向（図示ｘ軸方向）に広げられていることを表している。算出した指標Ｄを表１に示す。指標Ｄが６０％以上である場合を良好と判定した。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、点状光源は、光学シートの長辺方向に延在する１つの側面に沿って配列されている構成でもよく、短辺方向に延在する１つの側面に沿って配列されている構成でもよい。また、長辺方向に延在する２つ側面に、点状光源が配列されている構成でもよく、短辺方向に延在する１つの側面に沿って配列されている構成でもよい。なお、点状光源は、隣接する凸状部間に形成された凹部に対応する位置に配置されていることが好ましい。

なお、入射面となる側面の長手方向とは、ｘ軸方向に対向する側面３５においては、ｙ軸方向であり、ｙ軸方向に対向する側面３４においては、ｘ軸方向である（図３参照）。

また、凸状部は、入射面の長手方向に０．０３ｍｍ〜１０．０ｍｍのピッチで、等間隔で配置されていることが好ましいが、その他のピッチで配置されている構成でもよい。

また、凸状部であるプリズム形状の頂角は、９０°〜１５０°であることが好ましいが、その他の角度でもよい。また、凸状部は、プリズム形状以外の形状を有するものでもよい。

１…透過型画像表示装置、１０…透過型画像表示部、２０…面光源装置、２２…ＬＥＤ光源（点状光源）、３０…導光板（光学シート）、３１…出射面、３２…背面、３３…側面、３４…側面、３５…凸状部（プリズム形状）。

Claims (5)

1. シート状を成し、光を透過させる透光性樹脂から形成された光学シートであって、
   点状光源から出射された光を入射する入射面となる側面と、
   前記側面と交差する方向に形成され、面状の光を出射する出射面と、を備え、
   前記入射面となる側面には、前記シートの厚み方向に延在し、前記入射面の長手方向に並列配置された複数の凸状部が形成されていることを特徴とする光学シート。
2. 前記凸状部は、前記入射面の長手方向に０．０３ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下のピッチで配置され、９０°以上１５０°以下の頂角を有するプリズム形状であることを特徴する請求項１記載の光学シート。
3. 請求項１又は２に記載の光学シートと、
   前記光学シートの入射面となる側面と対向し、前記入射面の長手方向に離散的に配置された複数の点状光源とを備えることを特徴とする面光源装置。
4. 前記点状光源は、当該点状光源の法線方向が最大光度となり、光度分布の半値幅が４０°以上８０°以下であるＬＥＤ光源である請求項３記載の面光源装置。
5. 請求項３又は４に記載の面光源装置と、
   前記面光源装置の出射面と対向して配置され、前記面光源装置から出射された光に照射されて画像を表示する透過型画像表示部とを備えることを特徴とする透過型画像表示装置。

Images