JP2003202568A - 導光体およびその製造方法、面状光源装置、表示装置 - Google Patents
導光体およびその製造方法、面状光源装置、表示装置Info
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- JP2003202568A JP2003202568A JP2002229243A JP2002229243A JP2003202568A JP 2003202568 A JP2003202568 A JP 2003202568A JP 2002229243 A JP2002229243 A JP 2002229243A JP 2002229243 A JP2002229243 A JP 2002229243A JP 2003202568 A JP2003202568 A JP 2003202568A
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Abstract
とにより、導光体の生産性を向上させるとともに、効率
のよい照明を可能とする。 【解決手段】 導光体10は、入射面Sinから入射した
線状光をプリズム11aで反射して出射面Soutより面
状光を出射する導光体であって、複数のプリズム11a
よりなるプリズムアレイが形成されたプリズムシート1
1と、導光体10の出射面Soutを有する光伝搬層13
とが、接着層12によって貼り合わされて構成されてい
る。そして、上記光反射層の屈折率Np、上記光伝搬層
の屈折率Nt、上記接着層の屈折率Nnが、Nt<Nn
≦Np、の関係を満たすように設定されている。これに
より、表示素子を効率よく照明できる導光体を高い生産
性でもって製造することが可能となる。
Description
を用いた表示装置に搭載される面状光源装置の導光体お
よびその製造方法、面状光源装置、表示装置に関するも
のである。
置として、非発光型表示素子を用いた非発光型表示装置
が広く使用されている。
y Tube)、PDP(Plasma Display)、あるいはEL
(Electro Luminescence)等の発光型の表示装置と異な
り、表示素子そのものは発光せず、特定の光源からの透
過光量を調節することによって文字や画像を表示する。
しては、特に液晶表示装置が挙げられる。そして、液晶
表示装置は、透過型、半透過型、反射型に大別できる。
配された面状光源(バックライト)からの照明光を液晶
により制御して表示を行う。面状光源としては、蛍光管
やELおよびLED等の発光源が配置されたサイドライ
ト型の面状光源装置が用いられている。
囲光を利用して表示を行うことができる。そのため、反
射型液晶表示装置は、バックライトを必要とせず、軽
量、薄型、低消費電力という特徴を有している。さら
に、直射日光の当たるような非常に明るい環境下におい
ては、発光型表示装置や透過型液晶表示装置では、画像
の視認性が著しく低下するのに対して、反射型液晶表示
装置では、より鮮明に画像を視認できる。
が暗い環境では表示を認識できないため、反射型表示装
置の上方から照明を行うフロントライトが必要になる。
透過型液晶表示装置がある。しかし、半透過型液晶表示
装置も、背面より照明するバックライトもしくは前面よ
り照明するフロントライトが必要である。
照明装置に関して、以下の公報がある。
(登録日:平成11年(1999年)12月10日)」
には、複数のプリズムが一体成型された導光体とこれを
用いた面光源および表示装置が開示されている。特に、
導光体の一方の面に透明基材の屈折率と空気の屈折率に
応じた臨界角にてプリズムアレイを形成し、光の全反射
を利用して照明を行う面光源が開示されている。この導
光体は、空気と基材との屈折率差を利用するため、導光
体の出射面およびこれに対向する面において、十分な屈
折率差が得られ、被照明物の照明を効率よく行える。
されるプリズムアレイ部が、生産過程で発生する欠陥の
影響を受け易いという問題点がある。すなわち、金型上
のキズや曇りあるいは転写条件の不整合のよって、プリ
ズムに変形、キズ、曇り等が発生する。そして、例えば
インジェクション成型によりプリズムアレイと導光体と
一体形成し、プリズム上に小さな欠陥が発生すると、表
示装置において輝点や黒点として観察されるため、表示
品位が著しく低下する。したがって、プリズムアレイと
導光体と一体成形すると、生産の歩留まりが著しく低下
する。
47499号公報(公開日:平成12年(2000年)
5月26日)」には、プリズムアレイを形成したプリズ
ムシートを液晶表示装置に貼り付けて一体化した照明装
置および表示装置が開示されている。この照明装置によ
れば、プリズムシートに欠点が発生した場合において
も、プリズムシートの交換のみで導光体を再利用できる
ため、生産性の向上が期待できる。
1900号公報(公開日:平成12年(2000年)4
月21日)」には、反射型表示装置に設けられる、導光
体部に透明アクリル、プリズム部に紫外線硬化樹脂を用
いた導光板が記載されている。この導光板は、2P法
(スタンパー方式)によって、導光体部とプリズム部と
が一体に成形される。このように、導光板としてアクリ
ル板と紫外線硬化樹脂との組み合わせを用いることによ
り、プリズム部をスタンパーによって容易に成形でき
る。
明装置は、液晶表示素子の偏光板上にプリズムシートを
配置するとともに、対向ガラス基板を導光体に使用して
いる。そのため、偏光板での光吸収による利用効率の低
下、出射面側での導光体と基材との屈折率差が十分に得
られないことによる光利用効率の低下、液晶表示装置の
対向基板に形成されるカラーフィルタおよび透明電極で
の光吸収による光利用効率の低下等が推測される。
シート、粘着層、偏光板、透明基材の各屈折率をほぼ一
致させることが記載されているが、各界面(プリズムシ
ート//偏光板、偏光板//粘着層、粘着層//対向基
板)での屈折率の整合を取ることは困難である。
リズムシートに用いるシート材料の屈折率を大きくし
て、空気との屈折率差を大きくすることにより、全反射
を満たす角度範囲を大きくすることが考えられる。しか
し、上記の構成では、透明基板(ガラス基板)の屈折率
に制限を受けるため、各基材の選択の幅が狭められるこ
とになる。
脂とを組み合わて成形する場合、紫外線硬化樹脂をスタ
ンパーによって成形したプリズムに欠陥が生じやすい。
そして、プリズム上に小さな欠陥が発生すると、表示装
置において輝点や黒点として観察されるため、表示品位
が著しく低下する。したがって、プリズムアレイと導光
体とを一体成形すると、生産の歩留まりが著しく低下す
る。
なされたもので、その目的は、生産性を向上させるとと
もに、効率のよい照明を可能とする導光体およびその製
造方法、面状光源装置、表示装置を提供することにあ
る。
めに、本発明の導光体は、入射面から入射した線状光を
光反射手段で反射して出射面より面状光を出射する導光
体であって、上記光反射手段を有する光反射層と、上記
出射面を有する光伝搬層とが、接着層によって貼り合わ
されていることを特徴としている。
面から入射した線状光を光反射手段で反射して出射面よ
り面状光を出射する導光体の製造方法であって、上記光
反射手段を有する光反射層と、上記出射面を有する光伝
搬層とを、接着層によって貼り合わすことを特徴として
いる。
光反射手段を有する光反射層と、導光体の出射面を有す
る光伝搬層とが、接着層によって貼り合わされて一体に
形成される。
線状光は、界面で反射しながら光伝搬層を進み、光反射
層に入って光反射手段で反射し、再び光伝搬層に入って
出射面から出射する。よって、線状光を面状光に変換し
て、効率のよい照明を行うことが可能となる。
ート状)に光伝搬層とは別体に形成できるため、生産が
容易となる。特に、光反射手段を有する光反射層を複数
枚まとめて大判のシートとして成型して、所定の大きさ
にカットして使用することも可能となるため、導光体を
簡易に生産性よく作製できる。
が発生した場合でも光反射層の貼り替えで対応できるた
め、修復が可能であり、品質を確保して生産の歩留まり
を改善できる。
れば、表示素子を効率よく照明できる導光体を高い生産
性でもって製造することが可能となる。
反射層の屈折率Np、上記光伝搬層の屈折率Nt、上記
接着層の屈折率Nnが、Nt<Nn≦Np、の関係を満
たすことを特徴としている。
に、上記光反射層の屈折率Np、上記光伝搬層の屈折率
Nt、上記接着層の屈折率Nnが、Nt<Nn≦Np、
の関係を満たすことを特徴としている。
層によって貼り合わせた構造の導光体において、光伝搬
層から光反射層に効率よく光を導入するためには、Nt
≦Nn≦Npの関係を満たすことが望ましい。また、光
伝搬層と接着層との界面での全反射ロスを抑えるには、
Nt<Nnであることが望ましい。
らに、上記光反射層の屈折率Np、上記光伝搬層の屈折
率Nt、上記接着層の屈折率Nnが、Nt<Nn≦N
p、の関係を満たすように設定されている。
場合でも、各界面で発生する不要な反射光を抑制でき、
光反射層の光反射手段に光を効率よく導くことができ
る。その結果、光の利用効率を改善できる。
伝搬層は、上記出射面に低反射処理が施されていること
を特徴としている。
に、上記光伝搬層の上記出射面に低反射処理を施すこと
を特徴としている。
伝搬層の出射面に低反射処理層を形成することによっ
て、導光体の出射面と空気層で反射される不要な反射を
抑えることができる。その結果、導光体の透過率が向上
するため、明るい照明が可能となり、光の利用効率を改
善できるとともに、表示コントラストの低下を抑えるこ
とができる。
反射手段がプリズムアレイであることを特徴としてい
る。
イを光反射手段とする導光体を、光反射層と光伝搬層と
を接着層によって貼り合わせることによって実現でき
る。
ムシートとして光伝搬層とは別体に形成することができ
るため、作製が簡易となる。しかも、このプリズムシー
トは、ロール金型へシート材料を挿入することにより作
製できるため、生産性を大幅に向上させることができ
る。
もプリズムシートの貼り替えが可能であり、導光体の品
質を確保でき、生産の歩留まりを改善できる。
反射層と上記接着層の厚さの和を厚さt1、上記光伝搬
層の厚さt2が、t1/t2≦0.30、の関係を満たす
構成であることを特徴としている。
着層の厚さの和t1と光伝搬層の厚さt2とが、t1/t2
≦0.30の関係を満たしているため、入射面から光反
射層と接着層とに入射する光量が、入射面から光伝搬層
に入射する光量に比べて十分に少なくなる。よって、光
反射層と光伝搬層との間に屈折率差が存在する場合であ
っても、明暗縞の発生を抑制できる。
は、t1/t2≦0.25であることがより好ましく、t
1/t2≦0.10であることがさらに好ましい。また、
t1/t2の値が小さいほど、明暗縞の発生を抑制する効
果が高いが、t1/t2の値が0.01未満であると、導
光体の作製が困難である場合があるので、作製の容易さ
に鑑みれば、光反射層と接着層の和の厚さt1と光伝搬
層の厚さt2とが0.01≦t1/t2≦0.30の関係
を満足することが好ましい。
光体と、該導光体の入射面に線状光を入射する線状光源
部と、を具備することを特徴としている。
する導光体を用いた高効率の面状光源装置を実現でき
る。そして、この面状光源装置は、上記導光体を用いる
ことで、薄型、軽量、低消費電力となる。また、上記面
状光源装置は、表示装置のフロントライトとしてもバッ
クライトとしても適用できる。よって、上記面状光源装
置は、非発光型の表示素子である液晶表示素子を用いた
表示装置の照明に好適である。
上記導光体の出射面から出射した面状光の光路上に、透
光性の光拡散層が配設されていることを特徴としてい
る。
は、導光体より出射した光の分布をなだらかにすること
ができる。これにより、均一な面状光を照射可能な高効
率の面状光源装置を実現できる。
上記導光体の上記光反射手段に沿って、該光反射手段か
ら漏れた光を反射する第2の光反射手段が配設されてい
ることを特徴としている。
反射手段は、導光体の光反射手段から漏れる光を反射し
て出射面に導くことができる。これにより、高効率の面
状光源装置を実現できる。
源装置と、該面状光源装置の上記導光体の出射面側に対
向して配置された反射型かつ非発光型の表示素子と、を
具備することを特徴としている。
状光源装置と反射型かつ非発光型の表示素子と組み合わ
せることによって、薄型、軽量、低消費電力であり、明
るく表示品位の高い非発光型の反射型表示装置または半
透過型表示装置(反射モード)を実現できる。
源装置と、該面状光源装置の上記導光体の出射面側に対
向して配置された透過型かつ非発光型の表示素子と、を
具備することを特徴としている。
状光源装置と透過型かつ非発光型の表示素子と組み合わ
せることによって、薄型、軽量、低消費電力であり、明
るく表示品位の高い非発光型の透過型表示装置または半
透過型表示装置(透過モード)を実現できる。
から図11に基づいて説明すれば、以下のとおりであ
る。
用いた面状光源装置20を搭載した反射型液晶表示装置
(表示装置)1の構成の概略を示す模式図である。
aが導光体10の入射面Sinに装着されて構成されてい
る。面状光源装置20は、導光体10の出射面Soutか
ら光を面状に出射するサイドライト型の面状光源装置で
ある。
拡散反射シート22を含み、光源21が出射した線状光
を導光体10の入射面Sinに入射する。上記拡散反射シ
ート22は、入射面Sinを除く光源21の周囲に設けら
れ、光源21から出射された光を反射して入射面Sinへ
導く。
す模式図である。上記導光体10は、透明性材料からな
り、一側面である入射面Sinから入射された線状光をプ
リズムで反射して面状光に変換し出射面Soutより出射
する。
複数のプリズム(光反射手段)11aよりなるプリズム
アレイが形成されたプリズムシート(光反射層)11
を、光伝搬層13の背面側に接着層12によって貼り合
わせて形成されている。
射型液晶表示装置1の画面サイズすなわち表示素子(反
射型液晶表示素子30)のパネルサイズとほぼ同一サイ
ズである。また、プリズムシート11、接着層12、光
伝搬層13のそれぞれの厚さは、入射面Sinからの距離
にかかわらず一定である。なお、プリズムシート11の
厚さとは、隣り合うプリズム11a・11aの境界部と
接着層12に接する接着面との距離とする。すなわち、
接着層12および光伝搬層13は、厚さ一定の平板状で
ある。また、プリズムシート11は、厚さ一定の平板状
のシートの一方の表面にプリズムアレイが形成された形
状である。
2、光伝搬層13の形状は、厚さ一定に限定される訳で
はない。例えば、光伝搬層13は、入射面Sinから遠ざ
かるにつれて薄くなる形状、すなわち入射面Sinにおい
て最大の厚みを有する楔形状であってもよい。この場
合、光をより遠くへ伝搬でき、液晶パネルの大型化に伴
う輝度分布の低下を防止できる。
反射処理を施して低反射処理層14を形成してもよい。
なお、出射面Soutへの低反射処理は、プリズムシート
11を光伝搬層13に接着した後で行ってもよいし、接
着する前に行ってもよい。
シート11上に形成されたプリズム11aの形状につい
て説明する。
aから入射した光を出射面Soutから有効に出射できる
ように設定されている。具体的には、プリズム11a・
11aの間隔(プリズムアレイのピッチ)P、伝搬部1
1aBのピッチP1、反射部11aAのピッチP2、プ
リズム角度α,βが最適に設定されている。
の屈折率Np、接着層12の屈折率Nn、光伝搬層13
の屈折率Ntの関係が、Nt<Nn≦Np、を満たすよ
うに設定されている。
した場合でも、各界面で発生する不要反射光を抑制で
き、プリズム11aに光を有効に導くことができる。そ
の結果、光利用効率を改善できる。
折率の関係について説明する。
とプリズムシート11とを一体に形成した導光体110
を用いた面状光源装置120の照明原理を示す概略図で
ある。
10に入射した後、(1) 導光体110の内部で全反射を
繰り返して伝搬する光L01と、(2) 全反射途中にプリ
ズム111aの傾斜面(角度の大きい斜面)にて反射さ
れて、導光体110の出射面Sout(下面)での全反射
条件が崩れ、導光体110から出射する光L02と、に
大別できる。
く取り出すためには、プリズム111aに光を多く導入
する必要がある。そこで、上記面状光源装置120で
は、例えば、導光体110にアクリル樹脂(屈折率n=
1.49)を用いて、空気(屈折率n=1.00)との
全反射を利用して光を導出している。そして、プリズム
部の斜面の角度は、アクリル樹脂と空気の屈折率で決定
される全反射角度(42°から43°)に設定される。
3、接着層12、プリズムシート11で構成されている
導光体10を用いた面状光源装置20の照明原理を示す
概略図である。
は、各界面の屈折率がプリズム11aに光を導入する上
で重要な要因となる。
に、光伝搬層13の屈折率Ntと接着層12の屈折率N
nがNt>Nnである場合、光伝搬層13と接着層12
との界面では、各屈折率に応じた全反射光L1が発生
し、屈折率の差が大きいほど全反射光L1の範囲が増大
して、プリズム11aに有効に光を導入できない。そこ
で、プリズム11aに効率よく光L2を導入するために
は、Nt≦Nnの関係を満たすことが望ましい。
シート11の屈折率をNpとした場合、Nn>Npで
は、上記と同様に全反射光L3が発生し、屈折率の差が
大きいほど全反射光L3の範囲が増大して、プリズム1
1aに有効に光を導入できない。そこで、プリズム11
aに効率よく光L4を導入するためには、Nn≦Npの
関係を満たすことが望ましい。
面で全反射ロス(不要な全反射光)が発生すると照明光
の利用効率が低下するため、光伝搬層13および接着層
12の屈折率の関係は、Nt<Nnであることが望まし
い。
ート11、接着層12、光伝搬層13の素材は、Nt<
Nn≦Npの条件を満たすように適宜選択できる。例え
ば、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネイト
樹脂、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂等の各種熱可
塑性の透明樹脂や、エポキシ樹脂、アリルジグリコール
カーボネイト樹脂等の熱硬化性透明樹脂、あるいは各種
ガラスや無機材料なども使用できる。このように、上記
導光体10では、従来のように各層の屈折率を一致させ
るのではなく、大小関係を満たせばよいため、各層の素
材の選択の幅が広い。
13の出射面Soutに、例えば、MgF2やSiO2等の
薄膜を交互に蒸着して形成する。低反射処理層14は、
薄膜の干渉作用によって反射エネルギーを低下させて、
反射を防止する機能を有する。
に低反射処理層14を形成することによって、導光体1
0の出射面Soutと空気層で反射される不要な反射を抑
えることができる。その結果、導光体10の透過率が向
上し、明るい照明が可能となり、光利用効率を改善でき
るとともに、表示コントラストの低下を抑えることがで
きる。
ート11の厚さと接着層12の厚さとの合計(厚さt
1)と、光伝搬層(導光板)13の厚さt2との関係を
説明する。なお、厳密には入射面Sinにおける各層の厚
さの関係である。
光をプリズムシート11あるいは接着層12で効率よく
反射させるためには、Nt<Nn≦Npの条件を満たす
ように各層の屈折率が設定されていればよい。すなわ
ち、プリズムシート11および接着層12の屈折率が、
光伝搬層13の屈折率よりも高いことが好ましい。
inを構成するプリズムシート11、接着層12、光伝搬
層13のそれぞれの端面から入射するため、プリズムシ
ート11および接着層12と光伝搬層13との屈折率の
差に起因して照明光に明暗縞が発生することがある。す
なわち、プリズムシート11あるいは接着層12の端面
より入射する光(図11に破線矢印で記載)と、光伝搬
層13の端面より入射する光(図11に実線矢印で記
載)との間で強度差が生じるため、光源21近傍におい
て、明部と暗部とが発生し、明暗縞として観察されるこ
とがある。
リズムシート11および接着層12の合計の厚さt1と
光伝搬層13の厚さt2との比t1/t2を小さくするこ
とが好ましい。t1/t2の値が小さいほど、入射面Sin
から入射する光のうち、プリズムシート11あるいは接
着層12に直接入射する光量が、入射面Sinから光伝搬
層13に入射する光量に比べて十分に少なくなるので、
暗部の幅を狭くすることができ、明暗縞を視認しにくく
できるからである。
る様子との関係を示す。表1に示すように、t1/t2=
0.01、0.10では、明暗縞は発生しない。t1/
t2=0.20、0.25では、薄い明暗縞が発生する
ものの表示には影響しない。t1/t2=0.30では、
明暗縞が発生するものの表示には影響しない。t1/t2
=0.35、0.40では、濃い明暗縞が発生して表示
に影響を及ぼす。
着層12の合計の厚さt1と、光伝搬層13の厚さt2と
が、t1/t2≦0.30の関係を満たしていると、照明
光に現れる明暗縞の発生が抑制され、高品位の表示を行
うことができる。そして、より高品位の表示を行う観点
からは、t1/t2≦0.25であることがより好まし
く、t1/t2≦0.10であることがさらに好ましい。
すなわち、t1/t2の値が小さいほど、明暗縞の発生を
抑制する効果が高いただし、t1/t2の値が0.01未
満であると、導光体10の作製が困難であることがあ
る。よって、作製の容易さなどを鑑みると、プリズムシ
ート11および接着層12の合計の厚さt1と、光伝搬
層13の厚さt2とが、0.01≦t1/t2≦0.30
の関係を満足することが好ましい。
を0.80mmとすると、t1/t2=0.25であるの
で、明暗縞の発生が抑制され、高品位の表示を行うこと
ができる。なお、一般には、プリズムシート11の厚さ
は0.1〜0.2mm程度、接着層12の厚さは0.02
5mm程度である。
光伝搬層13に貼り付けた導光体10において、導光体
10への入射光が光伝搬層13の端面からしか入らない
状態、すなわち、プリズムシート11および接着層12
に光が入らない状態では、プリズムシート11および接
着層12の厚さに対応した暗い縞が発生する。
主に光を伝搬する光伝搬層13の厚さt2に対してプリ
ズムシート11および接着層12の厚さt1を薄くする
とともに、プリズムシート11および接着層12と光伝
搬層13との両方に光を入射する。
1を光伝搬層13に貼り合せる構成とすることにより、
生産性を高くできるとともに、上記のように各層の厚さ
を調整することにより、材料の屈折率差に起因する入射
光量の差による明暗縞の発生を抑制することができる。
ムシート11と、光伝搬層13と、これらを接着する接
着層12との3層構造で構成されている。よって、加工
の困難なプリズム11aをプリズムシート11として光
伝搬層13とは別体に形成することにより、プリズム1
1aに欠陥が発生した場合でも、プリズムシート11の
貼り替えが可能である。また、プリズムシート11は、
ロール金型へシート材料を挿入することにより作製でき
るため、生産が容易である。したがって、導光体10
を、品質を確保しながら、歩留まりよく生産することが
可能となる。
置を搭載した表示装置の具体例を説明する。
導光体10を用いた面状光源装置20をフロントライト
として搭載した反射型液晶表示装置1について説明す
る。
は、上述の面状光源装置20と反射型液晶表示素子(表
示素子)30とを備えて構成されている。なお、以下の
説明では、上記反射型液晶表示装置1は、パネルサイズ
が2.9型(表示エリアが横61.2mm×縦40.8
mm、画素サイズが横0.085mm×R,G,B×2
40、縦0.25mm5×160)であるとする。
拡散反射シート22を含む線状光源部20aが、導光体
10の入射面Sinに装着されて構成されている。なお、
以下の説明では、上記光源21にCCFT(cold catho
de fluorescent tube)を用いる。
31、カラーフィルタおよび対向電極(図示せず)が形
成された対向ガラス基板32、TFT素子および画素電
極(図示せず)が形成されたTFTガラス基板35が順
に積層されるとともに、対向ガラス基板32とTFTガ
ラス基板35との間に液晶層33と反射板34とが設け
られている。
は、上記導光体10は以下のように設計されている。
複数のプリズム11aがアレイ状に形成されたポリカー
ボネイト(屈折率Np=1.585)製のプリズムシー
ト11と、アクリル樹脂(屈折率Nt=1.49)によ
り形成された光伝搬層13とが、アクリル樹脂(屈折率
Nn=1.51)の接着層12によって貼り合わせて形
成されている。さらに、光伝搬層13の出射面Soutに
は、低反射処理層14が形成されている。
0.001mmのMgF2やSiO2等の薄膜を交互に蒸
着して形成されている。これにより、約4%の表面反射
を1%以下とすることができ、導光体の透過率が向上
し、明るい照明が可能となる。
上記プリズムシート11のプリズム11aが、以下のよ
うに設計されている。
・11aの間隔(プリズムアレイのピッチ)Pが0.2
55mm、伝搬部11aBのピッチP1が0.245m
m、反射部11aAのピッチP2が0.0095mm、
プリズム角度α=43.7°、β=2.1°に設定され
ている。
示素子30の動作原理を説明する。
4板31bから構成されている。
は、偏光層31aおよびλ/4板31bを通過して反射
板34で反射する過程で、その偏光状態が液晶層33で
変調される。これにより、反射型液晶表示素子30から
出射する光量が制御されて、画像表示が可能となる。
板31bは、偏光層31aの透過軸とλ/4板31bの
遅相軸とがほぼ45°の角度をなすように配置されてい
る。よって、照明光Lのうち偏光層31aを透過した直
線偏光は、λ/4板31bで円偏光に変換されて、液晶
層33に入射する。
調しない場合、照明光Lは反射板34で反射する際に円
偏光の回転方向が逆転し、再びλ/4板31bを透過し
た後、偏光層31aの透過軸と直交した直線偏光となっ
て吸収される。その結果、黒色が表示される。
したまま反射するように変調する場合、照明光Lはλ/
4板31bを透過した後、偏光層31aの透過軸と一致
した直線偏光となって出射する。その結果、白色が表示
される。
板31bの遅相軸の方向は、液晶材料や配向の方向、視
野角特性等を考慮して決定される。
状光源装置20の出射光特性を示すグラフである。
光体10からの出射光は光伝搬層13(低反射処理層1
4)の面法線方向(図中0°)の方向にピークがある。
よって、上述した導光体10によれば、反射型液晶表示
素子30の反射板34へ効率よく光を導くことができ、
効率よく照明できる。
体10を用いた面状光源装置40をバックライトとして
搭載した半透過型液晶表示装置(表示装置)2について
説明する。
2は、面状光源装置40と半透過型液晶表示素子(表示
素子)50とを備えて構成されている。なお、以下の説
明では、上記半透過型液晶表示装置2は、パネルサイズ
が2.9型(表示エリアが横61.2mm×縦40.8
mm、画素サイズが横0.085mm×R,G,B×2
40、縦0.25mm5×160)であるとする。
拡散反射シート42を含む線状光源部40aが、導光体
10の入射面Sinに装着されるとともに、導光体10の
反射面側に配設された拡散反射シート(第2の光反射手
段)43、および導光体10の出射面Sout側に配設さ
れた拡散シート(光拡散層)44を備えて構成されてい
る。すなわち、上記面状光源装置40は、面状光源装置
20(図2)に、拡散反射シート43および拡散シート
44を追加した構成である。なお、以下の説明では、上
記光源41にCCFTを用いる。
inに入射した線状光をプリズムシート11のプリズム1
1a′で反射して面状光に変換し、出射面Soutより出
射する。
ト11から漏れる光を拡散反射させて半透過型液晶表示
素子50に有効に導くように、反射面(プリズムアレイ
形成面)に対向して配設されている。また、上記拡散シ
ート44は、導光体10より出射した光の分布をなだら
かにするため、導光体10の出射面Soutに対向して配
設されている。
板51、TFT素子および画素電極(図示せず)が形成
されたTFTガラス基板55、カラーフィルタおよび対
向電極(図示せず)が形成された対向ガラス基板52、
および円偏光板56が順に積層されるとともに、TFT
ガラス基板55と対向ガラス基板52との間に液晶層5
3と反射板54とが設けられている。また、上記反射板
54の画素を構成する一部には、開口部(図示せず)が
形成されている。
は、上記導光体10は以下のように設計されている。
複数のプリズム(光反射手段)11a′がアレイ状に形
成されたアートン(屈折率Np=1.51)製のプリズ
ムシート11と、アクリル樹脂(屈折率Nt=1.4
9)により形成された光伝搬層13とが、アクリル樹脂
(屈折率Nn=1.51)の接着層12によって貼り合
わせて形成されている。なお、面状光源装置40におい
ては、低反射処理層14の形成を省略している。
上記プリズムシート11のプリズム11a′が、以下の
ように設計されている。
a′・11a′の間隔(プリズムアレイのピッチ)Pが
0.255mm、伝搬部11a′BのピッチP1が0.
245mm、反射部11a′AのピッチP2が0.00
95mm、プリズム角度α=45°、β=2.2°に設
定されている。
動作原理を説明する。なお、反射モード(外光を利用し
て画像を表示する)の場合は、反射型液晶表示素子30
の動作原理(図5)と基本的に同じであるため、説明を
省略する。
モードでの動作原理を示す説明図である。
は、入射側の円偏光板51を通過して左周りの円偏光と
なり、TFTガラス基板55へ入射する。そして、左周
りの円偏光は、反射板54に形成された開口部(図示せ
ず)を通過し、液晶層53により偏光状態が変調される
ことにより、半透過型液晶表示素子50を出射する光量
が制御され画像が表示される。
偏光層51aおよび−λ/4板51bから構成されてい
る。そして、偏光層51aおよび−λ/4板51bは、
偏光層51aの透過軸と−λ/4板51bの遅相軸とが
ほぼ−45°の角度をなすように配置されている。よっ
て、入射した照明光Lは、左周りの円偏光に変換され
る。
板56bおよび偏光層56aから構成されている。そし
て、偏光層56aおよび+λ/4板56bは、偏光層5
6aの透過軸と+λ/4板56bの遅相軸とがほぼ+4
5°の角度をなすように配置されている。さらに、偏光
層51aと偏光層56aの透過軸が平行になるように配
置されている。
光を右円偏光に変調する場合、照明光Lは出射側の偏光
板56を通過する過程で偏光層56aの透過軸と平行な
直線偏光に変換される。その結果、白色が表示される。
調しない場合、照明光Lは偏光板56を通過する過程で
偏光層56aの透過軸と直交した直線偏光となって吸収
される。その結果、黒色が表示される。
λ/2波長から0まで変調するように表示モードが選択
した。また、偏光層51a,56aの透過軸およびλ/
4板51b,56bの遅相軸の方向は、液晶材料や配向
の方向、視野角特性等を考慮して決定される。
面状光源装置40の出射光特性を示すグラフである。
らの出射光は光伝搬層13の面法線方向(図中0°)の
方向にピークがある。よって、上述した導光体10によ
れば、反射型液晶表示素子30を効率よく証明すること
ができる。
ト44を設けることで、光利用効率および輝度分布を改
善することができる。さらに、拡散反射シート44上に
BEFフィルム(スリーエム社製)などを配置してもよ
い。これにより、面法線方向の輝度がさらに改善され、
より明るい照明装置を提供できる。
状光源装置20,40と非発光型の表示素子30,50
とを組み合わせることにより、表示品位の高い表示装置
1,2を実現できる。
するものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能
であり、例えば、以下のように構成することができる。
a′は、伝搬光を出射面Sout方向へ屈折可能であれば
よく、その形状は要求される仕様に応じて適宜選択でき
る。さらに、光反射手段は、プリズムに限定されず、例
えば、球状の突起物、凹凸形状、V字形状のプリズムな
どであってもよい。
搬層13の形状は、厚さ一定の平板状に限定されず、入
射面Sinからの距離が増大するにつれて薄くなる断面テ
ーパ状であってもよい。同様に、プリズムシート11の
形状も、入射面Sinからの距離に応じて変化してもよ
い。さらに、プリズムシート11および光伝搬層13の
接着面も平面に限定されない。
源部20a,40aは、導光体10の入射面Sinに線状
光を入射可能であればよく、その形状は要求される仕様
に応じて適宜選択できる。例えば、光源21,41とし
て、CCFT、LED(light emitting diode(発光ダ
イオード))、LEDと線導光体を組み合わせた線光
源、有機EL等を用いることができる。
ロントライトとしてもバックライトとしても適用でき
る。よって、面状光源装置20,40に組み合わせる表
示素子は任意である。すなわち、表示素子としては、液
晶以外の駆動方式の表示素子も利用できる。
との関係は、一般に以下のように設定される。蛍光管
(CCFT)の厚さは、実用化サイズではφ2mmから
φ1.5mmである。バックライトでは、入射効率、取
り付け公差を考慮して、入射面Sinの厚さを光源と同等
かやや厚く設定する。これに対して、フロントライトで
は、画面の前面に配置するため、視差を考慮して、入射
効率を低下させても画面内での薄さを優先させることが
多く、0.7mmから1.2mm、すなわち光源と同等
か薄くする設定することが多い。
る透明基板の少なくとも一面以上の側面に光源を当接さ
せ、上記透明基板の端面から入射される光を第1の平面
(出射面)から出射させる導光体であって、該導光体
は、第1の平面と対向する第2の面に複数のプリズムア
レイが形成されたプリズムシートと、主に光を伝搬する
光伝搬層と、上記プリズムシートと上記光伝搬層とを接
着する粘着層(接着層)とを含んで構成されていてもよ
い。
にて形成できるため、導光体の生産性を向上させること
ができる。また、プリズムシート上に形成されたプリズ
ムに欠陥が発生した場合でもプリズムシートを貼り替え
ることにより、導光体の品質を確保でき、生産の歩留ま
りを改善できる。
屈折率をNp、光伝搬層の屈折率をNt、粘着層(接着
層)の屈折率をNnとしたとき、Nt<Nn≦Np、の
関係を満たすように設定されていることが好ましい。
平面に低反射処理が施されていてもよい。
射される不要な反射を抑えることができ、光利用効率を
改善できるとともに、表示コントラストの低下を抑える
ことができる。
の導光体と、該導光体の端面に沿って配置された光源
と、該光源の周辺に配置された拡散反射シートとを含ん
で構成されていてもよい。
光源装置、特に反射型の非発光型表示装置に適した面状
光源装置を実現できる。
は、上記導光体と上記光源と上記拡散反射シートとを含
む上記面状光源装置と、上記の導光体の第1の平面側に
対向配置された反射型かつ非発光型の表示パネルを有し
て構成されていてもよい。
非発光型の反射型表示装置または半透過型の表示装置を
実現できる。
と、該導光体の端面に沿って配置され光源と、該光源の
周辺に配置された拡散反射シートとに加えて、導光体の
第1の平面上に配置された拡散シートと、導光体の第2
の面に配置された反射シートとを含んで構成されていて
もよい。
よび反射シートを備えた高効率の面状光源装置、特に透
過型の非発光型表示装置に適した面状光源装置を実現で
きる。
光体と上記光源と上記拡散反射シートと上記拡散シート
と上記反射シートと含む上記面状光源装置と、上記の導
光体の第1の平面側に対向配置された透過型かつ非発光
型の表示パネルを有して構成されていてもよい。
非発光型の透過型表示装置または半透過型の表示装置を
実現できる。
面から入射した線状光を光反射手段で反射して出射面よ
り面状光を出射する導光体であって、上記光反射手段を
有する光反射層と、上記出射面を有する光伝搬層とが、
接着層によって貼り合わされている構成である。
面から入射した線状光を光反射手段で反射して出射面よ
り面状光を出射する導光体の製造方法であって、上記光
反射手段を有する光反射層と、上記出射面を有する光伝
搬層とを、接着層によって貼り合わす方法である。
率のよい照明を行うことが可能となる。また、加工の困
難な光反射手段を層状(シート状)に光伝搬層とは別体
に形成できるため、生産が容易となる。加えて、光反射
手段に欠陥が発生した場合でも光反射層の貼り替えで対
応できるため、修復が可能であり、品質を確保して生産
の歩留まりを改善できる。
ば、表示素子を効率よく照明できる導光体を高い生産性
でもって製造することが可能となるという効果を奏す
る。
反射層の屈折率Np、上記光伝搬層の屈折率Nt、上記
接着層の屈折率Nnが、Nt<Nn≦Np、の関係を満
たす構成である。
に、上記光反射層の屈折率Np、上記光伝搬層の屈折率
Nt、上記接着層の屈折率Nnが、Nt<Nn≦Np、
の関係を満たす方法である。
成した場合でも、各界面で発生する不要な反射光を抑制
でき、光反射層の光反射手段に光を効率よく導くことが
できる。その結果、光の利用効率を改善できるという効
果を奏する。
伝搬層は、上記出射面に低反射処理が施されている構成
である。
に、上記光伝搬層の上記出射面に低反射処理を施す方法
である。
層で反射される不要な反射を抑えることができる。その
結果、導光体の透過率が向上するため、明るい照明が可
能となり、光の利用効率を改善できるとともに、表示コ
ントラストの低下を抑えることができるという効果を奏
する。
反射手段がプリズムアレイである構成である。
プリズムアレイを光反射手段とする導光体を、光反射層
と光伝搬層とを接着層によって貼り合わせることによっ
て実現できる。また、加工の困難なプリズム部を、プリ
ズムシートとして光伝搬層とは別体に形成することがで
きるため、作製が簡易となる。しかも、このプリズムシ
ートは、ロール金型へシート材料を挿入することにより
作製できるため、生産性を大幅に向上させることができ
る。さらに、プリズムに欠陥が発生した場合でもプリズ
ムシートの貼り替えが可能であり、導光体の品質を確保
でき、生産の歩留まりを改善できる。
反射層と上記接着層の厚さの和を厚さt1、上記光伝搬
層の厚さt2が、t1/t2≦0.30、の関係を満たす
構成である。
の間に屈折率差が存在する場合であっても、明暗縞の発
生を抑制できるという効果を奏する。
光体と、該導光体の入射面に線状光を入射する線状光源
部と、を具備する構成である。
体を用いた高効率の面状光源装置を実現できる。そし
て、この面状光源装置は、上記導光体を用いることで、
薄型、軽量、低消費電力となる。また、上記面状光源装
置は、表示装置のフロントライトとしてもバックライト
としても適用できる。したがって、上記面状光源装置
は、非発光型の表示素子である液晶表示素子を用いた表
示装置の照明に好適であるという効果を奏する。
上記導光体の出射面から出射した面状光の光路上に、透
光性の光拡散層が配設されていることを特徴としてい
る。
体より出射した光の分布をなだらかにすることができ
る。したがって、均一な面状光を照射可能な高効率の面
状光源装置を実現できるという効果を奏する。
上記導光体の上記光反射手段に沿って、該光反射手段か
ら漏れた光を反射する第2の光反射手段が配設されてい
ることを特徴としている。
は、導光体の光反射手段から漏れる光を反射して出射面
に導くことができる。したがって、高効率の面状光源装
置を実現できるという効果を奏する。
源装置と、該面状光源装置の上記導光体の出射面側に対
向して配置された反射型かつ非発光型の表示素子と、を
具備する構成である。
置と反射型かつ非発光型の表示素子と組み合わせること
によって、薄型、軽量、低消費電力であり、明るく表示
品位の高い非発光型の反射型表示装置または半透過型表
示装置(反射モード)を実現できるという効果を奏す
る。
源装置と、該面状光源装置の上記導光体の出射面側に対
向して配置された透過型かつ非発光型の表示素子と、を
具備する構成である。
置と透過型かつ非発光型の表示素子と組み合わせること
によって、薄型、軽量、低消費電力であり、明るく表示
品位の高い非発光型の透過型表示装置または半透過型表
示装置(透過モード)を実現できるという効果を奏す
る。
光源装置を搭載した反射型液晶表示装置の構成の概略を
示す模式図である。
あり、(b)は(a)に示した導光体のプリズムの形状
を説明する要部拡大図である。
形成した導光体における光の屈折を示す説明図であり、
(b)は図1に示した導光体における光の屈折を示す説
明図である。
明図であり、(a)は光伝搬層と接着層との界面での屈
折を示し、(b)は接着層とプリズムシートとの界面で
の屈折を示す。
反射型液晶表示素子の動作原理を示す説明図である。
グラフである。
光源装置を搭載した半透過型液晶表示装置の構成の概略
を示す模式図である。
あり、(b)は(a)に示した導光体のプリズムの形状
を説明する要部拡大図である。
た半透過型液晶表示素子の透過モードの動作原理を示す
説明図である。
すグラフである。
ト、接着層、光伝搬層の厚さの関係を示す説明図であ
る。
Claims (13)
- 【請求項1】入射面から入射した線状光を光反射手段で
反射して出射面より面状光を出射する導光体であって、 上記光反射手段を有する光反射層と、上記出射面を有す
る光伝搬層とが、接着層によって貼り合わされているこ
とを特徴とする導光体。 - 【請求項2】上記光反射層の屈折率Np、上記光伝搬層
の屈折率Nt、上記接着層の屈折率Nnが、Nt<Nn
≦Np、の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記
載の導光体。 - 【請求項3】上記光伝搬層は、上記出射面に低反射処理
が施されていることを特徴とする請求項1または2に記
載の導光体。 - 【請求項4】上記光反射手段がプリズムアレイであるこ
とを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の
導光体。 - 【請求項5】上記光反射層と上記接着層の厚さの和を厚
さt1、上記光伝搬層の厚さt2が、t1/t2≦0.3
0、の関係を満たすことを特徴とする請求項1から4の
いずれか1項に記載の導光体。 - 【請求項6】入射面から入射した線状光を光反射手段で
反射して出射面より面状光を出射する導光体の製造方法
であって、 上記光反射手段を有する光反射層と、上記出射面を有す
る光伝搬層とを、接着層によって貼り合わすことを特徴
とする導光体の製造方法。 - 【請求項7】上記光反射層の屈折率Np、上記光伝搬層
の屈折率Nt、上記接着層の屈折率Nnが、Nt<Nn
≦Np、の関係を満たすことを特徴とする請求項6に記
載の導光体の製造方法。 - 【請求項8】上記光伝搬層の上記出射面に低反射処理を
施すことを特徴とする請求項6または7に記載の導光体
の製造方法。 - 【請求項9】請求項1から5のいずれか1項に記載の導
光体と、 該導光体の入射面に線状光を入射する線状光源部と、を
具備することを特徴とする面状光源装置。 - 【請求項10】上記導光体の出射面から出射した面状光
の光路上に、透光性の光拡散層が配設されていることを
特徴とする請求項9に記載の面状光源装置。 - 【請求項11】上記導光体の上記光反射手段に沿って、
該光反射手段から漏れた光を反射する第2の光反射手段
が配設されていることを特徴とする請求項9または10
に記載の面状光源装置。 - 【請求項12】請求項9から11のいずれか1項に記載
の面状光源装置と、 該面状光源装置の上記導光体の出射面側に対向して配置
された反射型かつ非発光型の表示素子と、を具備するこ
とを特徴とする表示装置。 - 【請求項13】請求項9から11のいずれか1項に記載
の面状光源装置と、 該面状光源装置の上記導光体の出射面側に対向して配置
された透過型かつ非発光型の表示素子と、を具備するこ
とを特徴とする表示装置。
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JP2001-326859 | 2001-10-24 | ||
JP2002229243A JP2003202568A (ja) | 2001-10-24 | 2002-08-06 | 導光体およびその製造方法、面状光源装置、表示装置 |
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