IPC分类号：
F21S2/00 | F21V5/00 | F21V5/04 | G02F1/13357 | F21Y101/02
国民经济行业分类号：
C4350 | C3545 | C3871 | C3976
当前申请(专利权)人地址：
大阪府大阪市北区堂島浜二丁目2番8号
发明人：
久世 勝朗 | 安井 章文 | 松田 明
摘要：
【課題】点光源を用いた直下型面光源装置において、輝度斑を下げ、かつ輝度や照度を高くすることができ、さらにレンズフィルムにより引き起こされる外観のぎらつきや干渉斑等の外観不良や出射光の光量の斑である明度斑等の改善。
【解決手段】反射材上に複数の点光源が配置されてなる直下型面光源装置において、以下の構成を同時に満たすことを特徴とする直下型面光源装置。(1)点光源が光源チップの出光面に凹型構造のレンズが装着されてなるレンズ付き点光源であること、(2)面光源装置の出光面に、全光線透過率/平行光線透過率比が40〜240の光拡散部材(A)とレンズ面の表面光沢度が5〜80%であるレンズフィルム(B)をレンズフィルム(B)のレンズ面の反対面が接するように重ね合わせてなる光拡散部材積層体(C)をレンズフィルムのレンズ面が表面側になるように設置されてなること。
【選択図】なし
技术问题语段：
【発明が解決しようとする課題】
【0021】
本発明の目的は、上記の従来技術における問題点を解決するものであり、点光源を用いた直下型面光源装置において、点光源と光学部材の距離を近づけても、点光源の有する出射光の配光分布プロファイルに強い指向性により引き起こされる輝度の面内の不均一性を抑制することにより輝度斑を下げることができ、かつ輝度や照度を高くすることができ、さらにレンズフィルムにより引き起こされる外観のぎらつきや干渉斑等の外観不良や出射光の光量の斑である明度斑等が改善できる直下型面光源装置を提供する事にある。また、該面光源装置を用いた表示装置や照明装置を提供する事にある。
技术功效语段：
【0034】本発明は、点光源を用いた直下型面光源装置において、点光源の有する出射光の配光分布プロファイルに強い指向性により引き起こされる輝度の面内の不均一性を光源チップの出光面に凹型構造のレンズが装着されてなるレンズ付き点光源用いており、かつ特定特性の光学部材を特定構成の組み合わせで用いているので、従来技術では達成し得なかった高度な輝度斑抑制の効果を発現させる事ができ、高い正面輝度や正面照度と低い輝度斑の両立が図れるので、光源間距離を大きくするとか、あるいは光源/光学部材間距離を小さくしても輝度斑抑制効果が維持できるので、面光源装置の経済性、省エネルギー性及び薄型化等を達成することができる。また、本発明の直下型面光源装置は、光源間距離や光源/光学部材間距離を最適化することにより、照度特性と輝度特性のそれぞれを独立した形で制御することができるので、例えば、表示装置用あるいは照明用にそれぞれ適した照度及び輝度特性を付与することができるという特徴を有する。すなわち、表示装置用の場合は照度より輝度が重要である。一方、照明用は表示用とは逆に、輝度よりも照度が重要である。照明用の場合は高い輝度はグレア性に悪影響を及ぼす場合がある。さらに、特定構成及び特性のレンズフィルムを用いているので、レンズフィルムのレンズ構造による引き起こされる外観不良や明度斑の課題を出射効率の低下を抑制した形で付与する事ができる。それ故に、上記直下型面光源装置の使用により、表示装置及び照明装置の性能向上や経済性の向上を図ることができる。
权利要求：
【請求項1】
反射材上に複数の点光源が配置されてなる直下型面光源装置において、以下の構成を同時に満たすことを特徴とする直下型面光源装置。
(1)点光源が光源チップの出光面に凹型構造のレンズが装着されてなるレンズ付き点光源であること、
(2)面光源装置の出光面に、明細書中で記載した方法により測定される全光線透過率/平行光線透過率比が40〜240の光拡散部材(A)とレンズ面の表面光沢度が5〜80%であるレンズフィルム(B)をレンズフィルム(B)のレンズ面の反対面が接するように重ね合わせてなる光拡散部材積層体(C)をレンズフィルムのレンズ面が表面側になるように設置されてなること。
【請求項2】
レンズ付き点光源が、明細書中で記載した方法で測定される入光側光拡散度が1.0以上であり、かつ明細書中で記載した方法で測定される出光側光拡散度が90以上である特性を同時に満たすことを特徴とする請求項1に記載の直下型面光源装置。
【請求項3】
レンズ付き点光源が、明細書中で記載した方法で測定される相乗光拡散度が200以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の直下型面光源装置。
【請求項4】
レンズフィルム(B)のレンズ面の中心面粒度(SGr)が2000〜30000μm2であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の直下型面光源装置。
【請求項5】
レンズフィルム(B)のレンズ面の反対面に明細書中で記載した方法で測定される裾広がり光拡散度が0.1〜10である光拡散層(D)が積層されてなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の直下型面光源装置。
【請求項6】
レンズフィルム(B)が、明細書中で記載した方法で測定される裾広がり光拡散度が0.1〜10である光拡散層(D)を含む光拡散部材(E)の表面にレンズ構造を形成する方法で製造されてなることを特徴とする請求項5に記載の直下型面光源装置。
【請求項7】
レンズフィルム(B)が、レンズ面の反対面に明細書中で記載した方法で測定される裾広がり光拡散度が0.1〜10である光拡散層(D)を含む光拡散部材(E)を積層して製造されてなることを特徴とする請求項5に記載の直下型面光源装置。
【請求項8】
レンズフィルム(B)が、レンズフィルムのレンズ面の反対面に明細書中で記載した方法で測定される裾広がり光拡散度が0.1〜10である光拡散層(D)を形成して製造されてなることを特徴とする請求項5に記載の直下型面光源装置。
【請求項9】
光拡散層(D)の表面の三次元平均表面粗さ(SRa)が0.1〜1μmであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の直下型面光源装置。
【請求項10】
光拡散部材積層体(C)の光拡散部材(A)とレンズフィルム(B)との間に一方向に配向した山脈タイプの構造よりなるレンズフィルム(F)をレンズ面がレンズフィルム(B)のレンズ面の反対面とが接するように重ね合わせて積層されてなることを特徴とする請求項1〜9に記載の直下型面光源装置。
【請求項11】
請求項1〜10のいずれかに記載の直下型面光源装置を用いてなることを特徴とする表示装置。
【請求項12】
請求項1〜10のいずれかに記載の直下型面光源装置を用いてなることを特徴とする照明装置。
技术领域：
【0001】
本発明は、直下型面光源装置及び該直下型面光源装置を用いてなる表示装置並びに照明装置に関する。詳しくは、出射光の指向性が高い点光源を用いた直下型面光源装置において、輝度や照度が高く、かつ出光面の輝度斑が抑制された出光面の輝度の均質度が高い上に、さらにレンズフィルムにより引き起こされる外観のぎらつきや干渉斑等の外観不良や出射光の光量の斑である明度斑等が改善できる直下型面光源装置及び該直下型面光源装置を用いてなる表示装置並びに照明装置に関する。
背景技术：
【0002】
液晶表示モジュール(LCD)は、薄型、軽量、低消費電力等の特徴を活かしてフラットパネルディスプレイとして多用され、その用途は携帯電話、携帯情報端末(PDA)、パーソナルコンピュータ、テレビなどの情報用表示デバイスとして年々拡大している。
【0003】
液晶表示装置には、光源からパネルに至る光伝達路でのロスを抑え、パネル上の輝度を向上させるために、液晶ユニットの下面側に面光源装置が装備されている。
【0004】
近年、面光源装置は、液晶表示装置のみでなく灯具や電飾看板等の広い分野に使用されてきている。
【0005】
該面光源装置としては、導光板を使用した出光面のサイド側に光源が設置されたエッジライト方式と出光面の背面側に光源が設置されてなる直下型ライト方式に大別される。
【0006】
該面光源装置には、面光源装置の基本ユニットとレンズフィルム、光拡散フィルム及び輝度向上フィルム等の各種の光学フィルムや光拡散板等の光学部材が組み合わされて面光源装置の輝度や照度を上げることや、輝度や照度の均一性の向上が図られている。普通は2〜4枚の光学部材が使用されている(例えば、非特許文献1参照。)。
【0007】
直下型ライト方式を用いた直下型面光源装置は前者のエッジライト方式に比べて光の取り出し効率が高いので有用である。
しかしながら、最近実用化が進んでいるLED光源等の点光源の場合は、出射光の配光分布プロファイルに強い指向性があるために、出射光の配光分布が発光面の正面方向に偏っているので、直下型面光源装置の光源として用いた場合は、輝度斑が大きくなるので、上記の方法を適用しても輝度斑を抑制することが難しく、出光面の輝度の均質度を高めるには光源間距離を小さくするとか、あるいは光源と光学部材間の距離を大きくするという方法を取る必要があった。以下、光源と光学部材間の距離を光源/光学部材間距離と称することもある。
前者の光源間距離を小さくする方法は、面光源装置の単位面積当たりの光源数が多くなるので経済性に劣り、かつ省エネルギーの観点においても好ましくない。
また、後者の光源/光学部材間距離を大きくする方法は、出光効率が低下して輝度や照度が低くなり、省エネルギーの観点より劣り好ましくない。また、面光源装置の厚みが厚くなるので、薄型化の市場要求を満たすことができないという課題を有する。
【0008】
上記課題を解決する方法として、出射光の配光分布において輝度が極大となる角度が+30°〜+80°及び-30°〜-80°の範囲内にある光源の発光部に凸型の二次光学レンズが設置されてなる点光源を用いる方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、該開示方法においては輝度斑の効果のみに注目されており、面光源装置として重要な特性である輝度や照度に関しては全く言及されていない。
また、該開示方法においては、光学部材が限定されておりひろく使用されている光拡散部材やレンズフィルムとの組み合わせについて言及されていない。
また、本発明者等は上記の出射光の配光分布を満たしても輝度斑抑制が不十分であることがあることを見出している。
【0009】
また、光源の発光部に凹型の二次光学レンズが設置されてなる点光源を用いる方法が開示されている(例えば、特許文献2〜4等参照。)。
【0010】
該特許文献2において、光学部材として好ましい各種構造の部材が挙げられているが、これらの光学部材を使用する効果やプリズムレンズフィルムを用いた場合の外観不良の改善については全く言及されていない。また、外観不良の改善についても全く言及されていない。
【0011】
特許文献3において、光学部材として光拡散板とプリズムレンズフィルムを組み合わせた光学部材との組み合わせが例示されている。しかし、これらの光学部材を使用する効果については全く言及されていない。
【0012】
特許文献4においては、光学部材に関しては全く言及されていない。
【0013】
汎用的な面光源装置においては、レンズフィルムを用いた方法が多く開示されている。このレンズフィルムを用いた方法は高い集光性が付与できるので正面の輝度や照度を高めることができるので有用である。該集光性はレンズフィルムを最表面に設置することにより発現する事ができるのでレンズフィルムを最表面に設置する事が好ましい実施態様であり、多くの技術が開示されている。しかし、レンズフィルムを最表面に設置した場合は、斜めより見た時にレンズフィルムのレンズ構造により引き起こされるぎらつきや干渉斑が大きいという外観不良の課題を有する。さらに、本発明者等は、最表面にレンズフィルムを用いた場合は、出射光の光量斑が引き起こされることを見出した。例えば、暗室において面光源装置を点灯した場合に、暗室の壁に様々なパターン、例えば、斜め方向、横方向あるいは円弧状の明度斑がでることを見出した。この明度斑のパターンは用いる光源装置の方式等により異なる。以下、該明度斑を一括して明度斑と称する。
【0014】
従来技術は、レンズフィルムは主として表示装置用のバックライト装置に用いられてきており、レンズ構造により引き起こされる課題の一つである干渉斑の抑制に関しては各種の改善策の技術が開示されているが、ぎらつき防止の改善策の技術開示は少ない。特に、明度斑に関しては、本発明者等の知る範囲では現象そのものに触れた技術開示は見出していない。
今後大きく進展すると予測されている照明用の光源装置として展開する場合は、上記外観不良の課題改善は必須であると考えられる。
【0015】
レンズフィルムのぎらつき抑制をする方法としてレンズフィルムのレンズ面を下面にして面光源装置に設置する方法が開示されている(例えば、特許文献5等参照。)。
確かに、該方法においてぎらつきは抑制されるが、レンズフィルム本来の効果である集光効果が大幅に低下するという課題がある。
【0016】
また、レンズフィルムのぎらつき抑制をする方法としてレンズフィルムのレンズ構造を特定構造にする方法が開示されている(例えば、特許文献6等参照。)。
しかし、レンズ構造を変更する方法はレンズ構造による集光性との両立が困難であることがあり、レンズ構造を変更することなくぎらつきを抑制する方法の開発が嘱望されている。
【0017】
また、液晶表示装置用であるがぎらつきの抑制方法として、液晶表示素子の下にバックライトを配置してなる液晶表示装置において、上記バックライトを構成する光拡散板と上記液晶表示素子との間に、上面がプリズム面、下面がほぼ平滑面であるレンズフィルムを配置し、かつ、上記レンズフィルムと上記液晶表示素子との間に、上面がシボ加工による粗面、下面がほぼ平滑面である第2の光拡散板を配置する方法が開示されている(例えば、特許文献7参照。)。
しかしながら、該方法はレンズフィルムの両面に光拡散板が設置されており、ぎらつきの抑制効果は良好であるが、正面輝度や照度が低くなると想定される。
【0018】
また、ぎらつき抑制狙いではないが、レンズフィルムのレンズ面の反対面に中心線平均粗さRaが0.5≦Ra≦2.0μmで、且つ十点平均粗さRzが1.5≦Rz≦6.5μmの粗さの微細凹凸を形成することで、等高干渉縞の発生やサイドローブ光を少なくする技術が開示されているが、これらの範囲の臨界的な効果が開示されていない。また、該技術においては、中心線平均粗さRaが3.0μmで、且つ十点平均粗さRzが5.7μmの粗さの微細凹凸と、逆凹凸形状の凹凸を有するロール凹版で微細凹凸を形成した例が実施例として例示されているのみで、得られたフィルムの微細凹凸の中心線平均粗さRaの数値が明記されていない。実施例において示されている賦型用のロールの中心線平均粗さRaの数値より上記好ましい範囲の高い領域にあることが想定される。本発明者等の検討結果によると、中心線平均粗さRaが高くなると正面輝度や照度が低下するので好ましくない。従って、該開示技術では正面輝度や照度が低くなることが想定される(例えば、特許文献8参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0019】
【特許文献1】
特開2011-216271号公報
【特許文献2】
特許3875247号公報
【特許文献3】
特開2009-152142号公報
【特許文献4】
特開2011-44411号公報
【特許文献5】
特開2010-122663号公報
【特許文献6】
特開2010-117394号公報
【特許文献7】
特開平06-34972号公報
【特許文献8】
特開平11-95037号公報
【非特許文献】
【0020】
【非特許文献1】
内田龍男監修「図解 電子ディスプレイのすべて」(工業調査会刊)P47〜48
发明内容：
【発明が解決しようとする課題】
【0021】
本発明の目的は、上記の従来技術における問題点を解決するものであり、点光源を用いた直下型面光源装置において、点光源と光学部材の距離を近づけても、点光源の有する出射光の配光分布プロファイルに強い指向性により引き起こされる輝度の面内の不均一性を抑制することにより輝度斑を下げることができ、かつ輝度や照度を高くすることができ、さらにレンズフィルムにより引き起こされる外観のぎらつきや干渉斑等の外観不良や出射光の光量の斑である明度斑等が改善できる直下型面光源装置を提供する事にある。また、該面光源装置を用いた表示装置や照明装置を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【0022】
本発明は、上記のような状況に鑑みなされたものであって、上記の課題を解決するために、従来技術にはない新しいコンセプトを取り入れることにより本発明を完成したものである。
点光源を用いた直下型面光源装置においては、点光源から出射される出射光はその配光分布プロファイルに強い指向性を有するために、その配光分布が発光面の正面方向に偏っているので、直下型面光源装置の光源として用いた場合は、輝度斑が大きくなるので、従来技術を適用しても輝度斑を抑制することが難しく、出光面の輝度の均質度を高めるには光源間距離を小さくするとか、あるいは光源と光学部材間の距離を大きくするという方法を取る必要があったが、それでも限界があった。
そこで、本発明者等は、この課題解決のための方法について鋭意検討して、点光源より出射される出射光の配光分布特性を好ましい特性に制御することができる光源チップの出光面に凹型構造のレンズが装着されてなるレンズ付き点光源を用い、かつ面光源装置の出光面に特定特性の光拡散部材と特定特性のレンズフィルムを特定構成で設置することにより、従来技術では達成し得なかった高度な輝度斑抑制の効果を発現させ、かつ高い正面輝度や正面照度と低い輝度斑の両立が図れる事を見出した。さらに、レンズフィルムのレンズ面の反対面に特定の光拡散度を有した光拡散層を形成したレンズフィルムを用いることでレンズフィルムの集光特性により発現される高い正面輝度や正面照度を維持した形で、レンズフィルムのレンズ構造による引き起こされる出光表面のぎらつきや出射光の明度斑が抑制できる事を見出した。
本発明において完成することができた直下型面光源装置、表示装置及び照明装置とは、以下の構成よりなる。
本願発明は、反射材上に複数の点光源が配置されてなる直下型面光源装置において、以下の構成を同時に満たすことを特徴とする直下型面光源装置である。
(1)点光源が光源チップの出光面に凹型構造のレンズが装着されてなるレンズ付き点光源であること、
(2)面光源装置の出光面に、明細書中で記載した方法により測定される全光線透過率/平行光線透過率比が40〜240の光拡散部材(A)とレンズ面の表面光沢度が5〜80%であるレンズフィルム(B)をレンズフィルム(B)のレンズ面の反対面が接するように重ね合わせてなる光拡散部材積層体(C)をレンズフィルムのレンズ面が表面側になるように設置されてなること。
【0023】
また、この場合において、レンズ付き点光源が、明細書中で記載した方法で測定される入光側光拡散度が1.0以上であり、かつ明細書中で記載した方法で測定される出光側光拡散度が90以上である特性を同時に満たすことが好適である。
【0024】
さらにまた、この場合において、レンズ付き点光源が、明細書中で記載した方法で測定される相乗光拡散度が200以上であることが好適である。
【0025】
さらにまた、この場合において、レンズフィルム(B)のレンズ面の中心面粒度(SGr)が2000〜30000μm2であることが好適である。
【0026】
さらにまた、この場合において、レンズフィルム(B)のレンズ面の反対面に明細書中で記載した方法で測定される裾広がり光拡散度が0.1〜10である光拡散層(D)が積層されてなることが好適である。
【0027】
さらにまた、この場合において、レンズフィルム(B)が、明細書中で記載した方法で測定される裾広がり光拡散度が0.1〜10である光拡散層(D)を含む光拡散部材(E)の表面にレンズ構造を形成する方法で製造されてなることが好適である。
【0028】
さらにまた、この場合において、レンズフィルム(B)が、レンズ面の反対面に明細書中で記載した方法で測定される裾広がり光拡散度が0.1〜10である光拡散層(D)を含む光拡散部材(E)を積層して製造されてなることが好適である。
【0029】
さらにまた、この場合において、レンズフィルム(B)が、レンズフィルムのレンズ面の反対面に明細書中で記載した方法で測定される裾広がり光拡散度が0.1〜10である光拡散層(D)を形成して製造されてなることが好適である。
【0030】
さらにまた、この場合において、光拡散層(D)の表面の三次元平均表面粗さ(SRa)が0.1〜1μmであることが好適である。
【0031】
さらにまた、この場合において、光拡散部材積層体(C)の光拡散部材(A)とレンズフィルム(B)との間に一方向に配向した山脈タイプの構造よりなるレンズフィルム(F)をレンズ面がレンズフィルム(B)のレンズ面の反対面とが接するように重ね合わせて積層されてなることが好適である。
【0032】
さらにまた、前記のいずれかに記載の直下型面光源装置を用いてなることを特徴とする表示装置が好適である。
【0033】
さらにまた、前記のいずれかに記載の直下型面光源装置を用いてなる照明装置が好適である。
【発明の効果】
【0034】
本発明は、点光源を用いた直下型面光源装置において、点光源の有する出射光の配光分布プロファイルに強い指向性により引き起こされる輝度の面内の不均一性を光源チップの出光面に凹型構造のレンズが装着されてなるレンズ付き点光源用いており、かつ特定特性の光学部材を特定構成の組み合わせで用いているので、従来技術では達成し得なかった高度な輝度斑抑制の効果を発現させる事ができ、高い正面輝度や正面照度と低い輝度斑の両立が図れるので、光源間距離を大きくするとか、あるいは光源/光学部材間距離を小さくしても輝度斑抑制効果が維持できるので、面光源装置の経済性、省エネルギー性及び薄型化等を達成することができる。
また、本発明の直下型面光源装置は、光源間距離や光源/光学部材間距離を最適化することにより、照度特性と輝度特性のそれぞれを独立した形で制御することができるので、例えば、表示装置用あるいは照明用にそれぞれ適した照度及び輝度特性を付与することができるという特徴を有する。すなわち、表示装置用の場合は照度より輝度が重要である。一方、照明用は表示用とは逆に、輝度よりも照度が重要である。照明用の場合は高い輝度はグレア性に悪影響を及ぼす場合がある。
さらに、特定構成及び特性のレンズフィルムを用いているので、レンズフィルムのレンズ構造による引き起こされる外観不良や明度斑の課題を出射効率の低下を抑制した形で付与する事ができる。それ故に、上記直下型面光源装置の使用により、表示装置及び照明装置の性能向上や経済性の向上を図ることができる。
具体实施方式：
【0036】
(直下型面光源装置の構成)
本発明の直下型面光源装置は、反射材上に複数の点光源が配置されてなる直下型面光源装置において、以下の構成を同時に満たすことが重要である。
(1)点光源が光源チップの出光面に凹型構造のレンズが装着されてなるレンズ付き点光源であること、
(2)面光源装置の出光面に、明細書中で記載した方法により測定される全光線透過率/平行光線透過率比が40〜240の光拡散部材(A)とレンズ面の表面光沢度が5〜80%であるレンズフィルム(B)をレンズフィルム(B)のレンズ面の反対面が接するように重ね合わせてなる光拡散部材積層体(C)をレンズフィルムのレンズ面が表面側になるように設置されてなること。
【0037】
本発明における点光源としては、LED光源やレーザ光源等の点状の発光素子よりなる点光源が挙げられる。該点光源の種類は限定されないが、広く普及が進んでいるLED光源が好ましい。
【0038】
本発明における反射部材は光を反射する機能を有する部材であればいかなる部材や構成であっても構わない。例えば、白色や金属光沢を有した反射フィルムや反射板が挙げられる。
【0039】
本発明においては、上記反射部材上に点光源を離散的に配置するのが好ましい。この場合の各点光源の配置の位置関係や距離等も限定されない。出射光の均一性の点より等間隔で設置するのが好ましい。光源距離は省エネルギーの点から大きい方が良いが、出射光の均一性の点で不利になる。また、光源/光学部材間距離等の影響を受ける。従って、これらの総合した構成を取り入れて適宜設定するのが好ましい。また、照度と輝度のどちらの特性を重要視するかによって決定するのが好ましい。
【0040】
(レンズ付き点光源)
本発明のレンズ付き点光源は、光源チップの出光面に凹型構造のレンズが装着されてなるレンズ付き点光源であることが重要である。
レンズ付き点光源におけるレンズは、一次光学レンズと二次光学レンズに区分される。以下、レンズ付き点光源の内容についてはLED光源について詳述する。
一次光学レンズはLED光源チップに直接実装されたレンズを指し、二次光学レンズはLED光源チップに後付で実装されるレンズの事を指している。
本発明におけるレンズは一次光学レンズであっても良いし、二次光学レンズであっても良い。また両者を組み合わせて用いても良い。
本発明においてはレンズとして凹型構造のレンズが装着されてなることが重要である。
特に、一次光学レンズと二次光学レンズを組み合わせて用いる時は、出光側に装着される光学レンズである二次光学レンズの影響が大きく二次光学レンズは凹型構造のレンズであることが重要必須である。この場合は、一次光学レンズも凹型構造のレンズであることが好ましいが限定はされない。
該対応により、凹型構造のレンズを通過して出射される光の拡散度が高くなり、後述の光学部材との相乗効果で、該光学部材を出光する光の均質度を高めることができる。
凹型構造のレンズを装着しないか、あるいは凸型構造のレンズを装着した場合は出射される光の拡散度が低くなり、例えば本発明の特性を有した光拡散部材とレンズフィルムを本発明の構成で用いても光学部材を出光する光の均質度が低下するので好ましくない。
該凹型構造のレンズの装着方法は限定されない。例えば、LED光源の発光部の上部に該発光部を中心として透明樹脂やガラス等の透明あるいは半透明の材料よりなる凹型のレンズ部を有したレンズ構造物を凹型レンズ構造の中心部と発光部の中心部がほぼ一致するように直接装着(一次光学レンズ)しても良いし、透明樹脂やガラス等の透明あるいは半透明の材料よりなる凹型のレンズ部を有したレンズ構造物を凹型レンズ構造の中心部とLED光源の発光部の中心部がほぼ一致するように合体させる方法(二次光学レンズ)等が挙げられる。
なお、上記凹型構造はレンズ構造物の上面、すなわち出光面に設けてなることが重要である。さらに、レンズ構造物の下面、すなわち、入光側にも凹型レンズ構造が形成された両面に凹型レンズ構造が形成された両面凹型構造のレンズ構造物がより好ましい。両面凹型構造にすることにより、レンズを出射する光の色収差が小さくなり、出射光の色温度の分布の均質性が高くなり、最終的に光学部材を出光する光の均質度を高めることができるのでより好ましい。
上面凹型構造及び両面凹型構造のレンズ構造物よりなる二次光学レンズの概念図を図1及び図2に示す。一例であり該構造には限定されない。
図2に示した両面凹型構造の方が図1に示した上面凹型構造よりも色収差が小さくできることより、より好ましい。その理由は定かでないが、入光側の凹型構造と発光部と二次光学レンズ間との間の空気層の影響によるものと推察している。
凹型レンズ部の形状は円形が好ましいが、楕円状であっても良い。
凹部の径、深さ及びスロープの角度等は限定されない。後述の光拡散度や色温度特性を満たすように適宜設定される。
【0041】
上記凹型構造の二次光学レンズを装着する場合の固定方法も限定されない。例えば、光源チップの基板に固定用の窪みを作り該窪みを利用する方法、一次光学レンズや発光部の盛り上がりを利用しても良いしあるいは二次光学レンズを光源チップの基板に接着剤や粘着剤で接着して固定しても良い。
【0042】
上記二次光学レンズにおいては、一次光学レンズは凹型及び凸型のいずれでもよいし、一次光学レンズを取り付けなくとも良い。一次光学レンズも凹型のレンズを用いるのが好ましい。後述の光拡散度や色温度特性を満たすように適宜設定される。
【0043】
本発明においては、上記二次光源レンズ方式には限定されない。LED光源の発光部の上部に該発光部を中心として透明樹脂やガラス等の透明あるいは半透明の材料よりなる凹型のレンズ部を有したレンズ構造物を凹型レンズ構造の中心部と発光部の中心部がほぼ一致するように直接装着された一次光学レンズ方式であっても良い。
【0044】
(輝度斑抑制効果発現に対する点光源の出射光の配光分布プロファイルあるべき姿の仮説)
本発明においては、上記のごとく点光源に凹型構造の光学レンズを装着することにより初めて本発明の効果の一つである輝度斑抑制が発現される。本発明者等は該効果が発現する機構を明確化することにより本発明を完成した。
本発明においては、点光源より出射された出射光は光拡散部材に入光され光拡散部材で拡散された後にレンズフィルムに入光される。従って、最終的にはレンズフィルムを出光する光の広がりが重要である。該出射光の広がりが広いと、複数個の点光源を用いた場合にお互いに隣接する光源により投影された輝度像が重なり合う部分の面積が大きくなるために輝度斑が小さくなる。
レンズフィルムが同じの場合は光拡散部材を出光する光の広がりが重要となる。該出光する光の広がりを広くするには、まず、光拡散部材に入光される光の広がりが大きいことが好ましい。該広がりが同じでも光拡散部材より出光する光の広がりによりレンズフィルムに入光する広がりが変わるのでこの広がりも重要となる。すなわち、光拡散部材に入光する光と光拡散部材から出光する光の両方の光の広がりの影響を受け、これらの両方の光の広がりの相乗効果が重要であると推察した。以下、入光する光の広がりを入光側光拡散度、出光する光の広がりを出光側光拡散度及び両光拡散度が相乗された光拡散度を相乗光拡散度と称する。
本発明者等はこれらの入光側光拡散度、出光側光拡散度及び相乗光拡散度を適切に評価する方法について鋭意検討して以下に詳述する新規な評価法を確立して上記仮説の正しさを実証し、本発明を完成した。
【0045】
(入光側光拡散度)
本入光側光拡散度は光拡散部材に入光する光の広がりの尺度である。
該入光側光拡散度は点光源から出射される出射光の光拡散度を測定することで評価できる。該測定方法としては輝度測定と照度測定がある。照度特性はファーフィールド特性(遠距離測定)であり、輝度測定はニアーフィールド特性(近距離特性)である。
本発明においては、光源と光拡散部材間に距離があるのでファーフィールド特性である照度で測定するのが好ましいと考えた。また、変角測定による配光分布プロファイル測定により行った。そして、照度の変角配光曲線の出射角0度の出射光照度に対する出射角65度における出射光照度の比で示した。出射角65度の照度は-65度と+65度の値の平均値で示した。該値が大きいほど出射角0度、すなわち中心角の光量よりも高角度側の光量の方が大きくなるので、光拡散部材に入光する光の広がりである入光側光拡散度が高いと言える。
該入光側光拡散度は1.0以上が好ましい。1.2以上がより好ましく1.4以上がさらに好ましい。上限は限定されないが5以下が好ましい。5を超えると正面照度が低くなることがある。
【0046】
(出光側光拡散度)
該出光側光拡散度は以下のコンセプトで本発明者等が新たに確立した評価法である。
前述のごとく、本発明の構成においては、光源より出光された光は光拡散部材に入光し光拡散部材の表面にその投影輝度像が形成される。該投影輝度像の広がりは上記入光側光拡散度の影響を受ける。入光側光拡散度が大きいほど該投影輝度像の広がりは広くなる。
一方、光拡散部材に入光された光は光拡散部材で拡散されてレンズフィルムに入光される。従って、上述のごとくレンズフィルムに入光する光である光拡散部材を出光する光の広がりである出光側光拡散度が重要になる。光拡散部材が同じ場合でも点光源のレンズ構造等の構成の違いにより出光側光拡散度が変わることがあるので、該出光側光拡散度を評価する測定法の確立が必要である。
本発明においては、光拡散部材とレンズフィルムとは重ね合せて設置されるので、光拡散部材より出光された光は直ぐにレンズフィルムに入光される。従って、入光側光拡散度とは異なりニアーフィールド特性である輝度で評価するのが好ましい。輝度の拡散度は、一般には変角法による変角配光分布プロファイルの測定により評価される。しかし、該変角配光分布プロファイルの測定により評価される光拡散度は投影輝度像の角度を変化させて観察した時の輝度の大きさを評価しているので、上記の出光側光拡散度とはその内容が異なる。本発明における上記出光側光拡散度は、光拡散部材に投影された投影像の直上から観察した時の光拡散度を評価する必要がある。そこで、実施例において詳述する新たな出光側光拡散度の測定法を確立した。すなわち、輝度計を投影輝度像の中心部の直上、すなわち0度に固定し投影輝度像の輝度測定を行い、該投影輝度像の中心部を通る水平方向のラインの輝度の配光分布プロファイルを測定し、X軸としてライン長さのピクセル数を、Y軸に輝度の強度を取った投影輝度像の中心部を通るライン上の輝度の配光分布プロファイル図を求め、該配光分布プロファイルのピークトップの輝度の50%の輝度のレベルにX軸と平行の直線を引き、該直線と配光分布プロファイル曲線が交わる交点間のピクセル数を求め、該ピクセル数を出光側光拡散度とした。いわゆる通常用いられている半値幅法拡散度に相当する拡散度である。ただし、通常の半値幅法拡散度は変角配光分布プロファイルより求められているので、その内容は全く異なる。
本発明者等は、該新規に確立した輝度拡散度と従来公知の変角配光分布プロファイルより求めた光拡散度とは全く異なっていることは確認している。
該出光側光拡散度は点光源と光拡散部材間の距離(以下、光源/光学部材間距離と称することもある)及び光学部材の光拡散度等により大きく変化をする。従って、点光源の輝度拡散度を評価するに当たってはこれらの要因の標準化が必要である。そこで、実施例において詳述する条件で標準化した。
出光側光拡散度は90以上が好ましく、95以上がより好ましい。100以上がさらに好ましい。上限は限定されないが、技術的な点より300程度が限界である。90未満では光拡散度が不足するので光学部材を最適化しても光拡散部材を出光する光の均質度を高めることができないので好ましくない。
【0047】
本発明においては、上記入光側光拡散度及び出光側光拡散度は上記範囲を同時に満たすことが好ましい。
すなわち、レンズ付き点光源が、明細書中で記載した方法で測定される入光側光拡散度が1.0以上であり、かつ明細書中で記載した方法で測定される出光側光拡散度が90以上である特性を同時に満たすことが好ましい。該範囲を同時に満たすことにより本発明の効果をより安定して発現することができる。
【0048】
(点光源の入光側光拡散度と出光側光拡散との相乗光拡散度)
前述によれば、入光側光拡散度と出光側光拡散度の相乗効果が重要である。そこで本発明者等は、該相乗効果を表す相乗光拡散度として、単純化した値である入光側光拡散度と出光側光拡散度の積の値を用いた。
該相乗光拡散度は200以上が好ましい。250以上がより好ましく、300以上がさらに好ましい。上限は限定されないが、技術的な困難度より600程度である。
相乗光拡散度が200未満では、輝度斑が大きくなるので好ましくない。
【0049】
(点光源の入光側光拡散度、出光側光拡散度及び相乗光拡散度の達成手段)
点光源の入光側光拡散度、出光側光拡散度及び相乗光拡散度を上記範囲にする方法は限定されないが、点光源の出光部に凹型構造の光学レンズを装着することが重要である。例えば、図1〜図3に例示したような凹型二次光学レンズを用いるのが好ましい。特に、図2に例示した出光側だけてなく、入光側にも凹型構造を形成した両面凹型構造の凹型二次光学レンズを用いるのが好ましい実施態様である。
一次光学レンズとして凹型構造のレンズを用いる事も本発明の範疇である。
【0050】
(点光源の出力)
点光源の出力は限定されない。実施例において示されるごとく点光源の出力の影響は少ないので、直下型面光源装置の設計特性や市場要求等により適宜設定すれば良い。
【0051】
(点光源間距離(以下、光源間距離と称することもある)及び光源/光拡散部材間距離)
本発明においては、光源間距離及び光源/光拡散部材間距離の設定は限定されない。一般に、光源間距離を小さくする事及び光源/光拡散部材間距離を大きくすることで輝度斑を小さくすることができる。直下型面光源装置の用途や市場の要求特性等により任意に設定すれば良い。
後述の参考例3で詳述するごとく、本発明の方法においては、照度と輝度とで光源間距離及び光源/光拡散部材間距離が大きくことなる。すなわち、光源間距離及び光源/光拡散部材間の距離を変えても正面照度の変化は小さい。これに対して中心部輝度は、光源間距離の影響を大きく受ける。光源間距離を小さくすることにより中心部輝度は著しく高くなる。光源間距離を70mmから35mmに半減することで中心部輝度は約3倍になる。一方、正面照度はほぼ変化しない。
面光源装置はその使用目的により、照度と輝度の要求特性が異なる。例えば、表示装置に用いる時は輝度が重要であり、高輝度が求められる。一方、照明用に用いる場合は、照度が重要であり、高照度が求められる。また、照明用の場合は、輝度が高いとグレア性が悪化するので、高照度で低輝度であることが好ましい。
従って、表示装置用に用いる場合は、光源間距離を小さくするのが好ましい実施態様である。光源間距離を小さくすることは、輝度斑を小さくする方向であり、点光源と光拡散部材間距離を小さくすることができるので、面光源装置の薄型化に繋げられるので一石二鳥であると言える。
一方、照明装置の場合は装置の厚みに対する要求は表示装置よりは要求度が低いので、光源間距離を大きく取って対応するのが好ましい。
このような特徴は本発明の構成により初めて発現できることであり、本発明方法の有効性を示す大きな特徴であると言える。従って、この特徴を活かして設計するのが好ましい実施態様である。
【0052】
(光学部材の構成)
本発明においては、上記の点光源を用いた直下型面光源装置において、面光源装置の出光面に、後述する構成及び特性を有した光拡散部材(A)と後述する構成及び特性を有したレンズフィルム(B)をレンズフィルム(B)のレンズ面の反対面が接するように重ね合わせてなる光拡散部材積層体(C)をレンズフィルムのレンズ面が表面側になるように設置されてなることが重要である。この場合、光拡散部材(A)とレンズフィルム(B)とが接する面には空気層が存在するのが好ましい。例えば、光拡散部材(A)とレンズフィルム(B)を接着剤や粘着剤等で貼り合わせる等で空気層を排除すると本発明の効果が小さくなるので好ましくない。従って、例えば、単に重ね合わせて積層するのが好ましい。また、積層体のコーナー部分やへりの部分等を部分的に接着して対応しても良い。また、積層体の全面に例えば、ドット状に分散した形で接着剤を用いて部分接着して対応しても良い。
【0053】
(光拡散部材(A))
本発明の光拡散部材は、光拡散フィルム、光拡散シート及び光拡散板等が挙げられる。その厚みは限定されないが、0.01〜5mmが好ましい。
該光拡散部材の枚数は1枚でも良いし、2枚以上の複数枚を積層して使用しても良い。また、光拡散部材の厚みが薄く自己保持性に劣る場合は透明支持体を用いて、該透明支持体の表面に積層しても良い。これらの複数枚の部材を使用する場合は単に重ねあわせて用いても良いし、接着剤や粘着剤で貼り合わせて用いても良い。
【0054】
(光拡散部材(A)の全光線透過率/平行光線透過率比)
上記光拡散部材(A)は実施例で記載される方法により測定される全光線透過率/平行光線透過率比が40〜240であることが好ましい。50〜235がより好ましい。
上記構成の光学部材においては、高い照度や輝度を維持し、かつ輝度の均質性を高めるには光拡散部材(A)は適度な光拡散度を有することが重要である。すなわち、高い照度や輝度を出すには光拡散度は低い方が良い。しかし、光拡散度を低くすると点光源のホットスポットの遮蔽性が低下し輝度の均質性が低下する。そのために光拡散度を上げてやる必要がある。しかし、光拡散度を上げると照度や輝度が低くなる。従って、照度や輝度と輝度の均質性とは二律背反関係となる。そこで、該特性の両立を図るには適度な光拡散度が必要である。
従来技術においては、該光拡散度の大きさは、例えば、変角光度計により測定される出射光の変角配光分布プロファイルの広がりを数値化することにより表示されている。一般に最高出射光強度の半分の強度の時の角度幅である、いわゆる半値幅法光拡散度で示されることが多い。また、出射光の変角配光分布プロファイルの立ち上がりの角度からゼロ点に戻るまでの角度や出射角0度における出射光強度と所定出射角における出射光強度との比で表示されている。本発明者等は該光拡散度を裾広がり光拡散度と称している。しかし、本発明における光拡散部材(A)の光拡散度としては上記の半値幅法光拡散度や裾広がり拡散度では最適範囲は示せないことが判った。これは、これらの従来公知の方法で測定される光拡散度は出射光の変角配光分布プロファイルのパターンの影響を受ける。そのために、光拡散部材(A)の光拡散度の表示法としては適合していないと考えた。
一方、該変角光度特性でなく全光線透過率、拡散透過率あるいはヘーズ等のヘーズメータで測定される変角配光分布プロファイルのパターンの影響を受けない特性値で規制されている特許もある。しかし、これらの特性値も光拡散部材(A)の光拡散度の評価法として適切でないことが判った。
【0055】
そこで、適切な光拡散度の評価方法について鋭意検討して、実施例において詳述する全光線透過率と平行光線透過率の比という新規な特性値である全光線透過率/平行光線透過率比が適切であることを見出した。
全光線透過率は平行光線透過率と拡散透過率が合算された特性値であるので該全光線透過率と平行光線透過率の比が光拡散度の尺度になると考えた。
このような極めて単純な方法で光拡散度が表示できることが明確化されていなかった事は驚くべきことである。一般に光拡散度はヘーズや拡散透過度等の規格化された特性値で評価できるという考えが定着しているために盲点となっていたためと推察している。
また、該全光線透過率/平行光線透過率比は広く用いられているヘーズメータでなくダブルビーム法の分光器を用いて、かつ550nmの波長の光に注目して確立した。このことも重要な要素である。550nmの波長の光に注目したのは、人間の目に対して波長550nm付近の光が分光視感効率が最も高いとされていることに基づいている。非分光の光を用いたヘーズメータで測定した全光線透過率や平行光線透過率を用いた場合は好結果が得られない。理由は定かでないが、両測定方法において平行光線透過率の測定方法が異なること分光と非分光の差異の寄与が大きいと推察している。
従って、本発明の完成は、この新規な全光線透過率/平行光線透過率比を確立することにより初めて成し得たことである。
【0056】
該全光線透過率/平行光線透過率比が40未満の場合は輝度斑が大きくなり、輝度や照度も低くなるので好ましくない。
一方240を超えた場合は、輝度斑抑制効果が飽和し、かつ照度や輝度が低くなるので好ましくない。
【0057】
(光拡散部材(A)の構成及び製造方法)
本発明における光拡散部材(A)は上記全光線透過率/平行光線透過率比を満たせばその構成や製造方法は問わない。
例えば、光拡散層表面の凹凸により拡散させる表面光拡散方式であっても良いし、光拡散層の内部に光拡散成分が配合されてなる内部光拡散方式でも良い。また、これらの内部光拡散方式と表面光拡散方式を組み合わせた方式等いずれの構造のものでも良い。
以下に、その一例を詳述する。該詳述は光拡散フィルムで代表して述べるが、同様の方法で得られる光拡散シートや光拡散板であっても良い。
(内部光拡散部材の構成)
本発明の光拡散部材に用いられる内部光拡散部材は、互いに相溶しない少なくとも2種の樹脂の混合物からなる層を少なくとも一層含み、全光線透過率/平行光線透過率比が8〜100であるものであれば限定されない。
本発明における内部光拡散部材とは、上述の非相溶混合物からなる光拡散成分からなる光拡散層を含むことにより光拡散性を発現する光学部材を指す。内部光拡散部材には、後述のごとく、光拡散層が表層になる構成や内層になる構成も含まれる。
光拡散部材中に上記の互いに相溶しない少なくとも2種の樹脂の混合物からなる層が存在すると、該層を光が通過する際にそれぞれの樹脂の界面の屈折率差により光が散乱される。そして、それぞれの樹脂の屈折率差、それぞれの樹脂の割合及び層厚み等によりこの層の光拡散度が変わる。また、それぞれの樹脂の割合等により一方の樹脂が粒子状で存在することが多い。該粒子は光拡散成分を構成するが、該光拡散成分の大きさによっても光拡散度が変わる。前記した全光線透過率/平行光線透過率比が上記の範囲になるようにするには、これらの構成要件を適宜調整するのが好ましい。
例えば、屈折率差は0.003〜0.07の範囲にするのが好ましく、0.005〜0.06の範囲がより好ましく、0.01〜0.05がさらに好ましい。また、層の厚みは5μm〜10mmが好ましく、10μm〜5mmがより好ましく、20μm〜4mmがさらに好ましい。また、それぞれの樹脂の割合は、上記構成要素の組み合わせ等で適宜設定するのが好ましい。
【0058】
光拡散成分の大きさは樹脂の種類や割合及び製膜条件等の多くの要因の影響を受ける。前記した全光線透過率/平行光線透過率比は、互いに相溶しない少なくとも2種の樹脂の混合物からなる層を光が通過する際に、光拡散成分による散乱を受ける回数である、いわゆる多重散乱回数の影響を大きく受けると推察されるので、光拡散成分の層の厚み方向の平均径が重要となる。フィルムの厚みの少なくとも1/2以下であることが好ましい。1/3以下がより好ましく、1/10以下がさらに好ましい。また、フィルムの断面を電子顕微鏡で観察した場合に、厚み方向に任意の直線を引いた場合にその線状に存在する光拡散成分の粒子の数が5個以上であることが好ましい。10個以上がより好ましく、30個以上がさらに好ましい。該構成要因を好ましい範囲にするには層厚み、樹脂の種類や配合割合及び製膜条件等の要件を最適化するのが良い。例えば、後述の好ましい実施態様が重要要因となる。
【0059】
また、上記内部光拡散部材は、面内の光学特性の均一性が重要であるので、光拡散成分は面内に出来るだけ均一に存在することが好ましい。しかし、面内の光学特性の均一性が確保されれば、厚み方向に関しての光拡散成分の均一性は問わない。例えば、厚み方向の特定部分に光拡散成分が局在して存在しても構わない。
【0060】
互いに相溶しない少なくとも2種の樹脂の混合物を構成する樹脂としては、非溶融性の微粒子状の樹脂である、いわゆる樹脂ビーズを