説明

面状照明装置

【課題】装置の大型化を抑制しつつ出射光の輝度の均一な領域を拡大し、かつ、その平均輝度を向上させることが可能なサイドライト型の面状照明装置を提供する。
【解決手段】面状照明装置10は、導光板12と、導光板12の対向する2つの側端面13、15に沿って配置される光源17、18とを備えるサイドライト型の面状照明装置であり、導光板12の出射面19側に配置される両面プリズムシート14を備えている。導光板12の裏面20は、光路変更手段21が形成されない第1領域22と、光路変更手段が形成21された第2領域24とを含み、第1領域21の導光方向の所定の長さBは、導光板12の導光方向の全長X及び出射面20の有効エリア28の導光方向の長さYと、0<B<(X−Y)/2の関係を満たしている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶表示装置のバックライト、特に、裸眼3D表示システムに用いられる液晶表示装置用のバックライトとして好適な面状照明装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、観察者が、眼鏡等の専用の器具を使用することなく、立体(3D)画像を視認することが可能な裸眼3D表示システムが注目されている。従来、このような裸眼3D表示システムにおいて、液晶表示装置に表示される左眼用画像及び右眼用画像を、バックライトからの照明光の配光制御によって、それぞれ左眼のみ及び右眼のみに供給し、それによって、裸眼3D表示を実現する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
特許文献1に記載の表示装置110は、図5に示すように、液晶ディスプレイパネル120、液晶ディスプレイパネル120に光を供給するバックライト130、液晶ディスプレイパネル120とバックライト130との間に配置された両面プリズムフィルム140を含む。バックライト130は、導光板125と、導光板125の第1の光入力面131に配置された右眼用画像固体光源132と、第2の光入力面133に配置された左眼用画像固体光源134を含む。また、導光板125の裏面136には、その全面に光路変更手段としてリニアプリズムが形成されている。
【0004】
両面プリズムフィルム140は、導光板125の光出力面135側の面に、第1、第2の光入力面131、133と略平行に延びる三角プリズム列を備え、ディスプレイパネル120側の面に、第1、第2の光入力面131、133と略平行に延びる円筒レンズ列を備えており、この構成をもって、第1の光入力面131から導光板125に入射して光出力面135から出射した光の方向を、観察者の右眼方向に変換し、第2の光入力面133から導光板125に入射して光出力面135から出射した光の方向を、観察者の左眼方向に変換するように機能する。
【0005】
そして、表示システム110は、ディスプレイパネル120に右眼用画像と左眼用画像を交互に表示するとともに、右眼用画像の表示時には、右眼用画像固体光源132を点灯(同時に、左眼用画像固体光源134を消灯)し、左眼用画像の表示時には、左眼用画像固体光源134を点灯(同時に、右眼用画像固体光源132を消灯)することによって、観察者の右眼及び左眼に、それぞれ右眼用画像及び左眼用画像を選択的に供給するものである。尚、表示システム110は、このような動作を可能にするための同期駆動素子150及び画像ソース160を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特表2010−541020号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従来、図5に示すような裸眼3D表示システム用のバックライトにおいて、導光板125の裏面136の全面にリニアプリズムを形成した場合、光入力面131、133付近で輝度が著しく高くなり、均一な照明光が得られないという問題があった。この問題に対処するために、例えば、光入力面131、133付近の輝度が著しく高い部分を遮光して非有効エリアとすることが考えられるが、この場合には、第1の光入力面131と第2の光入力面133との間に必要な有効エリアを確保するために、導光板の長さを延長しなければならず、装置が大型化するという問題が生じる。さらに、この方法では、光源132、134からの出射光の利用効率も低下するため、有効エリアから出射する光の総量(ひいては、バックライトの平均輝度)が低下する。
【0008】
本発明は、上記課題に鑑み、サイドライト型の面状照明装置において、装置の大型化を抑制しつつ出射光の輝度の均一領域を拡大し、かつ、その平均輝度を向上させることが可能な面状照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【0010】
(1)導光板と、該導光板の対向する2つの側端面に沿って配置される光源とを備えるサイドライト型の面状照明装置において、前記導光板の出射面側に配置される両面プリズムシートを備えており、前記導光板の裏面は、前記光源が配置される2つの側端面のそれぞれから導光方向に所定の長さを有する範囲に設けられ、光路変更手段が形成されない第1領域と、2つの前記第1領域の間に設けられ、光路変更手段が形成された第2領域とを含み、前記第1領域の導光方向の所定の長さBは、前記導光板の導光方向の全長X及び前記出射面の有効エリアの導光方向の長さYと、
0<B<(X−Y)/2
の関係を満たすことを特徴とする面状照明装置(請求項1)。
【0011】
(2)(1)項に記載の面状照明装置において、前記光路変更手段は、前記導光板の入光面に平行に延びるリニアプリズムであることを特徴とする面状照明装置(請求項2)。
【0012】
(3)(1)または(2)項に記載の面状照明装置において、前記導光板の裏面の前記第2領域は、凸状の曲面からなることを特徴とする面状照明装置(請求項3)。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る面状照明装置は、以上のように構成したことにより、サイドライト型の面状照明装置において、装置の大型化を抑制しつつ出射光の輝度の均一な領域を拡大し、かつ、その平均輝度を向上させることが可能となる。
本発明に係る面状照明装置は、裸眼3D表示システムの液晶表示装置用バックライトとして好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】(a)は、本発明の一実施形態における面状照明装置の要部を示す側面図であり、(b)は、(a)に示す面状照明装置の導光板を示す側面図である。
【図2】(a)及び(b)は、本発明の一実施形態における面状照明装置が備える導光板の別の例をそれぞれ示す側面図である。
【図3】(a)、(b)、(c)は、本発明の一実施形態における面状照明装置が備える導光板のさらに別の例をそれぞれ示す側面図である。
【図4】(a)、(b)は、第1領域の長さをパラメータとして、導光板の導光方向位置に対する輝度分布を示したグラフであり、(a)は、左側光源のみを点灯させたときの輝度分布、(b)は、右側光源のみを点灯させたとき輝度分布を示す
【図5】従来の裸眼3D表示システムの一例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。尚、面状照明装置の全体または部分を示す各図は、いずれも説明のために特徴を強調して示す模式図であって、図示された各部分の相対的な寸法は、必ずしも実際の縮尺を反映するものではない。
【0016】
図1(a)は、本発明の一実施形態における面状照明装置の要部を示す側面図である。
図1(a)に示す面状照明装置10は、導光板12と、光源17、18とを備えるサイドライト型の面状照明装置である。導光板12は、その一主面を出射面19とし、出射面19に対向する主面(裏面)を反射面20とする板状の導光体であり、対向する2つの側端面が入光面13、15として用いられ、各入光面13、15に沿って複数の光源(例えば、発光ダイオード)17、18が配置されている。さらに、面状照明装置10において、導光板12の出射面19側には、両面プリズムシート14が配置され、導光板12の反射面20側には、光学シート16が配置されている。
【0017】
導光板12は、メタクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明樹脂材料を成形してなり、入光面13、15を通じて導光板12へと入射した光を、出射面19と反射面20との間で全反射を繰返しつつ導光板12内をそれぞれ対向する入光面15、13側へ向けて伝播させ、その過程で、伝播光を出射面19から均一に出射させるものである。この意味で、面状照明装置10において、導光板12の入光面13、15に直交する方向(図1において、紙面左右方向)を導光方向という。
【0018】
尚、以下の説明において、導光板12の各構成要素について、導光方向の長さを単に「長さ」ともいい、主面(出射面19、反射面20)と平行な平面内の導光方向に直交する方向(図1において、紙面に垂直な方向)の長さ、及び、導光板12の主面に直交する方向(図1において、紙面上下方向)の長さを、それぞれ「幅」及び「厚み」ともいう。
【0019】
ここで、面状照明装置10は、図5を参照して上述したような裸眼3D表示システムにおける液晶パネルのバックライトとして好適に用いられるものであり、その両面プリズムシート14は、例えば、図5に示す両面プリズムフィルム140と同様の構成を備えるものである。但し、本発明は、両面プリズムシート14の構成によって限定されるものではなく、両面プリズムフィルム140と同様の機能を果たす限り、任意の適切な構成とすることができる。
【0020】
また、面状照明装置10において、導光板12の反射面20側に配置される光学シート16は、高反射シート(例えば、反射率98%以上)であってもよく、あるいは、光吸収部材を含んでなり、これによって、光学シート16に入射した光の反射(ひいては、この反射光の導光板12への入光)を防止するもの(例えば、反射率30%以下)であってもよい。
【0021】
尚、面状照明装置10において、光学シート16に入射する光には、導光板12の反射面20から漏れた光、光源17、18から導光板12に入光せずに直接光学シート16に入射する光、導光板12から出射した光が両面プリズムシート14により反射して導光板12を介して光学部材16に入射する光、両面プリズムシート14から出射した光が液晶パネル等の裏面で反射して両面プリズムシート14と導光板12を介して光学部材16に入射する光等が含まれる。
【0022】
そして、面状照明装置10において、導光板12の反射面20は、図1(b)に示すように、入光面13、15からそれぞれ導光方向に所定の長さBを有する範囲に設けられる第1領域22と、入光面13側の第1領域22と入光面15側の第1領域22との間に設けられる第2領域24とを含んでいる。したがって、導光板12の導光方向の全長をXとすると、第2領域24の導光方向の長さAは「X−2B」となる。
【0023】
そして、第2領域24には、入光面13、15と略平行に延びる複数のリニアプリズム21が形成され、第1領域22は、リニアプリズム21が形成されていない平坦面からなる。ここで、リニアプリズム21は、入光面13、15を通じて導光板12に入射して反射面20に到達した光の一部を反射して出射面19から出射させ、それぞれ適切な入射角でもって両面プリズムシート14に入射させるためのものである。
【0024】
さらに、面状照明装置10において、出射面19は、導光方向に所定の長さYを有する範囲を有効エリア28として、有効エリア28からの出射光を照明光として利用するように構成されており、有効エリア28の外側にある入光面13側の領域及び入光面15側の領域は、それらの領域からの出射光を照明光として利用しない非有効エリア26となっている。
そして、反射面20の第1領域22の導光方向の所定の長さBは、導光板12の導光方向の全長X及び出射面19の有効エリア28の導光方向の長さYと、
0<B<(X−Y)/2・・・・(1)
の関係を満たすように設定される。
【0025】
ここで、「(X−Y)/2」は、非有効エリア26の各入光面13、15からの導光方向の長さに相当する。したがって、上式(1)は、各第1領域22と第2領域24との境界が、それぞれ、導光板12の反射面20の、非有効エリア26に対応する領域内にあることを意味する。言い換えれば、反射面20の第2領域24の導光方向の長さAは、出射面20の有効エリア28の導光方向の長さYよりも長く(かつ、導光板12の全長Xよりも短く)なるように設定される。
【0026】
尚、面状照明装置10において、その導光板は、図2(a)に示す導光板12aのように、第2領域24aが、凸状の曲面をなすものであってもよい。好ましくは、第2領域24aをなす凸状の曲面は、導光板12aの厚みが導光方向の中心部で最も厚くなるように形成されており、例えば、側面視円弧状の曲面からなるものである。あるいは、導光板は、図2(b)に示す導光板12bのように、第2領域24bが、凹状の曲面(例えば、側面視円弧状の曲面)をなすものであってもよい。
【0027】
また、導光板12の第2領域を凸形状に形成する場合、第2領域は、図3(a)に示す第2領域24cのように側面視楕円弧状の曲面からなるものであってもよく、図3(b)に示す第2領域24dのように、側面視三角形状に構成された平坦面からなるものであってもよく、図3(c)に示す第2領域24eのように側面視台形状に構成された平坦面からなるものであってもよい。また、図3(a)〜(c)のいずれの場合についても、好ましくは、第2領域24aをなす凸状の曲面は、導光板12aの厚みが導光方向の中心部で最も厚くなるように形成されているものである。
【0028】
尚、図3において、各第2領域24c〜eに形成されるリニアプリズムの図示は省略されている。また、導光板12の第2領域24を凹形状に形成する場合、図3(a)〜(c)に示した形状の凹凸を反転させた形状とするものであってもよい。
【0029】
以上のように構成された面状照明装置10の作用効果を、図4及び表1、表2、表3を参照して説明する。
ここで、図4(a)、(b)は、第1領域22の長さBをパラメータとして、導光板12の導光方向位置に対する輝度分布を示したグラフであり、(a)は、左側光源(例えば、光源18)のみを点灯させたときの輝度分布、(b)は、右側光源(例えば、光源17)のみを点灯させたときの輝度分布を示すものである。
【0030】
測定に使用した導光板12の全長Xは108mmであり、図4(a)、(b)の横軸は、導光板12の導光方向の中心部を0、右方向を正方向として、導光方向位置を示している。また、測定において、光源17、18としてLEDが用いられた。さらに、出射面19における有効エリア28の長さYは92mmと設定した。したがって、各非有効エリア26の長さ「(X−Y)/2」は、8mmである。
【0031】
また、測定に使用した導光板12は、第1領域22における厚みが0.6mmであり、第2領域24は、導光板12が、導光方向の中心部が最も厚くなるような曲面からなるものである。
【0032】
測定は、第1領域22の長さBをそれぞれ0mm(サンプルNo.1)、2mm(サンプルNo.2)、4mm(サンプルNo.3)、5mm(サンプルNo.4)、6mm(サンプルNo.5)、8mm(サンプルNo.6)とした6個のサンプルについて行われ、図4(a)、(b)にそれぞれ異なる線種で示された曲線に付された番号1〜6は、サンプルNo.である。
【0033】
尚、それぞれのサンプルについて、第2領域24(長さA=X−2B)には、ピッチ89μmで配列された複数のリニアプリズム21が形成されている。但し、B=0mmであるサンプルNo.1は、反射面20全体が第2領域24として構成されている。
【0034】
図4(a)、(b)から、一般に、入光面13、15付近(すなわち、図4(a)の場合、−50mm付近、図4(b)の場合50mm付近)の輝度について、次のような傾向があることが分かる。すなわち、第1領域22の長さBが短い場合、入光面13、15付近の輝度は著しく高い値を示し、第1領域22の長さBが長くなるにつれて、そのピークが低下して輝度分布は均一化してくるが、第1領域22の長さBがさらに長くなると、今度は、入光面13、15付近の輝度は著しく低い値を示すようになる。
【0035】
下に示す表1及び表2は、このような傾向を示す輝度分布について、輝度の均一性を評価した結果をまとめたものであり、表1及び表2は、それぞれ図4(a)、図4(b)に対応する。
【表1】

【0036】
【表2】

【0037】
ここで、表1及び表2において、輝度均一領域は、導光板12の導光方向の全長にわたって2mm毎に測定した各点の輝度の平均値に対して、±10%以内の値を示す範囲である。また、平均輝度は、このようにして求められた輝度均一領域内の各点の輝度の平均値を示す。表1及び表2から、第1領域22を設けていない(B=0mm)サンプルNo.1の平均輝度に対して、第1領域22を設けた(B>0mm)サンプルNo.2〜6では、いずれも平均輝度が向上していることが分かる。
【0038】
さらに、表1及び表2に示す輝度均一領域について、その両方で輝度均一領域となっている範囲を、新たに輝度均一領域としてまとめた結果を、各輝度均一領域の長さとともに表3に示す。
【0039】
【表3】

【0040】
例えば、面状照明装置10を、図5を参照して上述したような裸眼3D表示システムにおけるバックライトとして用いた場合、このような裸眼3D表示システムは、右側LEDと左側LEDを交互に点消灯することによって3D表示を実現するものであるため、表3に示す輝度均一領域が、有効エリア28として好適に使用可能な領域となる。
【0041】
表3から、第1領域22を設けていない(B=0mm)サンプルNo.1では、輝度均一領域の長さが88mmであり、設定された有効エリアの長さY=92mmを確保できないのに対して、それぞれ長さB=2mm、4mm、5mm、6mmの第1領域22を設けたサンプルNo.2〜5では、輝度均一領域の長さが、それぞれ92mm、96mm、104mm、92mmに延長され、この輝度領域内に必要な有効エリアを確保することが可能となることが分かる。一方、第1領域22の長さを8mm(すなわち、非有効エリアの長さ(X−Y)/2)まで延長した場合、輝度均一領域の長さは84mmに短縮し、この場合にも、必要な有効エリアを確保することはできない。
【0042】
以上の結果は、第1領域22の長さBを、0<B<6mm(=(X−Y)/2)に設定することによって、必要な長さY=92mmを有する有効エリアを確保することが可能となることを示している。特に、約3mm<B<約5mmの範囲では、必要な有効エリアの長さYに対して、輝度均一領域の長さが十分な余裕を有しており、言い換えれば、所定の長さYを有する有効エリアを確保するために必要な導光板の全長Xを、短縮することが可能である。
【0043】
以上のように、本実施形態における面状照明装置10では、導光板12の長さを延長して装置の大型化を招くことなく、輝度の均一な領域を拡大し、かつ、その領域における平均輝度を向上させることが可能となる。
【0044】
さらに、面状照明装置10において、第2領域24を凸状の曲面からなるものとした場合には、一方の光源(例えば、光源18)の点灯時に、光源18から入光面15を通じて導光板12内に入光した光の出射面19からの取出効率を、導光板12の厚みが最大の箇所から入光面15側では低下させ、入光面13側では増大させることにより、輝度の均一性をさらに向上させることができる。勿論、これは、他方の光源(例えば、光源17)の点灯時にも同様のものである。
【0045】
尚、図4(a)、(b)(及び表1〜表3)に示した輝度分布は、導光板12の反射面20側に、反射率98%の光学シート16を配置して測定されたものである。面状照明装置10において、光学シート16として、このような高反射シートを用いた構成は、輝度の向上のために有利なものである。
但し、本発明に係る面状照明装置において、光学シート16の反射率を30%以下(例えば、0%)としても、図4(a)、(b)(及び表1〜表3)を参照して上述したような、輝度均一領域の拡大及びその平均輝度の向上について、同様の作用効果が得られるものである。
【0046】
そして、このように、光学シート16の反射率を30%以下(例えば、0%)とした場合には、面状照明装置10を、裸眼3D表示システムにおける液晶パネルのバックライトとして適用した場合に、右眼用光源(例えば、光源17)から出射されて観察者の左眼により視認される光、及び、左眼用光源(例えば、光源18)から出射されて観察者の右眼により視認される光を効果的に低減して、右眼用画像と左眼用画像のクロストークを低減することが可能となる。
【0047】
この場合、光学シート16は、その全体が光吸収部材からなり、それによって光学シート16に入射する光の反射を、ほぼ完全に抑制するものであってもよい。または、光学シート16は、光の一部を反射し、かつ、一部を透過させる機能を備えた反射率制御部材と、光吸収部材とを積層してなる2層構造を備え、反射率制御部材が反射面20に対向するように配置されるものであってもよい。この場合、光学シート16は、反射率制御部材と光吸収部材とを接着剤(もしくは粘着剤)により接着(もしくは粘着)することにより構成され、反射率制御部材と接着層(もしくは粘着層)と光吸収部材の3層構造を備えるものであってもよい。
【0048】
ここで、光学シート16に用いられる光吸収部材は、例えば、黒色顔料(例えば、カーボンブラック)を分散させた樹脂材料(例えば、PET)を成形してなる黒色フィルムであってもよく、このような黒色フィルムの表面に粗面加工を施したものであってもよい。また、光学シート16に用いられる反射率制御部材は、屈折率の異なる樹脂材料(例えば、PET)を多数層積層してなる多層膜構造を備えるものであってもよい。あるいは、反射率制御部材は、透明基材フィルム上に金属膜を形成してなるものであってもよい。この場合、反射率制御部材の透過率と反射率は、金属膜の厚さによって制御される。
【符号の説明】
【0049】
10:面状照明装置、12:導光板、13,15:入光面、14:両面プリズムシート、16:光学シート、17,18:光源、19:出射面、20:反射面、21:リニアプリズム、22:第1領域、24:第2領域、26:非有効エリア、28:有効エリア

【特許請求の範囲】
【請求項1】
導光板と、該導光板の対向する2つの側端面に沿って配置される光源とを備えるサイドライト型の面状照明装置において、
前記導光板の出射面側に配置される両面プリズムシートを備えており、前記導光板の裏面は、前記光源が配置される2つの側端面のそれぞれから導光方向に所定の長さを有する範囲に設けられ、光路変更手段が形成されない第1領域と、2つの前記第1領域の間に設けられ、光路変更手段が形成された第2領域とを含み、
前記第1領域の導光方向の所定の長さBは、前記導光板の導光方向の全長X及び前記出射面の有効エリアの導光方向の長さYと、
0<B<(X−Y)/2
の関係を満たすことを特徴とする面状照明装置。
【請求項2】
前記光路変更手段は、前記導光板の入光面に平行に延びるリニアプリズムであることを特徴とする請求項1に記載の面状照明装置。
【請求項3】
前記導光板の裏面の前記第2領域は、凸状の曲面からなることを特徴とする請求項1または2に記載の面状照明装置。

【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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