JP2004212776A - 光学部材及びこれを備えた面光源装置並びに液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置に使用される面光源装置において、高い光取り出し効果を得ることができ、光源から配光される光を低損失で導波することで、高輝度化及び高効率化を達成することができるようにする。
【解決手段】光源２からの光を導光板１を通して面発光させるバックライト装置において、光源２及び導光板１、また導光板１と液晶表示パネル９の間の散乱板５、集光板６ａ、６ｂ、偏光反射板８などの各光学部材の光の通過する界面（１）〜（１１）のうち少なくとも一つの界面に、該通過する光の波長以下でかつ散乱しない程度の径をもつ所望形状の複数の開口部を設ける。この開口部は、光学部材の表面に直接形成するか、あるいは所望形状の複数の開口部を有するシート状の樹脂組成体を成膜形成して設ける。樹脂組成体の場合は、通過する光に対して吸収せずに透明性を有しているものとする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に光学機器の光損失防止を図った光学部材及びこれを備えた面光源装置並びに液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は薄型表示装置の代表的なものであり、面光源部、偏光反射部、液晶表示パネル部などから構成されている。液晶表示パネルは、液晶自体が発光しないために表示画面を裏面もしくは表面側から照明する必要があり、バックライトやフロントライトと呼ばれる面光源装置が使用される。
【０００３】
面光源装置の構成について一例を述べる。バックライトは液晶表示画面全体を均一に照明し、かつ薄型にすることを目的に、一般に導光板方式が採用されている。この導光板方式のバックライト構成を図７に示す。
【０００４】
このバックライトは、導光板１０１と、導光板１の側面側に配置される光源１０２及び該光源１０２からの光を導光板１０１の入射端面に配光するための反射板１０３と、導光板１０１の裏面側に配置されて導光板１０１の裏面から出射する光を表面へ反射させる反射板１０４と、導光板１０１の表面から出射した光を均一に拡散させるための散乱板１０５と、散乱板１０５から出射した光をバックライトパネル正面へ集光させるための集光板１０６ａ、１０６ｂとから構成され、全体が筐体１０７に収容されている。
【０００５】
また、導光板方式以外のバックライト構成として、図８に示すように導光板１１１の光出射面と対向する位置に光源１１２を設けた直下型方式のものがある。このバックライトは、上記導光板１１１及び光源１１２と、光源１１２からの光を導光板１１１へ反射させる反射板１１３と、導光板１１１の表面から出射した光を均一に拡散させるための散乱板１１４と、散乱板１１４から出射した光をバックライトパネル正面へ集光させるための集光板１１５ａ、１１５ｂとから構成され、全体が筐体１１６に収容されている。
【０００６】
上記のバックライトで、集光板は１枚もしくは２枚重ねて使用される。そして、これらバックライトを構成する光学部材のほとんどは、ＰＥＴ、ＴＡＣ、エポキシ、ポリエステルなどの樹脂材料が用いられている。
【０００７】
上記のような面光源装置において、輝度あるいは光取り出し効率を向上させることは、液晶表示装置の高性能化に欠かせない重要な課題の一つである。先に述べた図７に示す反射板１０３や集光板１０６ａ、１０６ｂは、面光源装置内を導波する光を効果的に配向し、面光源装置の輝度を向上させるために用いられている。
【０００８】
また、ここで示したバックライトを構成する部材の他、フロントライトの構成部材や液晶の輝度を向上させる偏光反射部材などには、共通して光に対する透過率の高い組成物が原料に用いられており、部材内部における光吸収損失を抑えることによって光損失を減らすなどの工夫が施されている。
【０００９】
さらに、面光源装置に用いられる部材の表面を加工することで、視認性の向上を図ることも行われている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【００１０】
すなわち、液晶表示装置においては大面積化、高精彩化が進んでおり、それに伴い液晶表示装置の光利用効率を向上させることが要求されている。したがって、面光源装置においてはさらなる高輝度化、高効率化、高品質化の要求が高まっている。
【００１１】
これまでは先に述べたように、効果的な光配向と、部材を形成する組成物による光吸収の低減により光損失の改善が行われてきた。しかし、こうした改善が施された液晶表示装置や面光源装置においても、光源から発せられる光の利用効率は６割以下と見積もられており、損失または実用上利用できない光の割合が多いという問題があった。
【００１２】
そこで、酸化ケイ素などの粒子をバインダーとともにこれら樹脂部材にコーティングすることにより、輝度と視認性を向上する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。ウェット法にて単層膜を形成することだけで実施可能なこの方法は、簡便、低コストで実施できるものの、８〜７０ミクロンといった大きさの粒子を用いているため、光散乱による白濁が生じる。
【００１３】
したがって、全反射面やプリズム面などの配光面への適用が制限される。さらに、見かけ上の眩しさ低減や照明斑改善の効果はあるものの、全体としての光損失低減にはあまり効果が見られない。
【００１４】
また、シリカビーズなどを用いて２０ミクロン以上の凹凸を設けることにより防眩処理を施し、視認性を向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。効果の割合については詳細に述べられていないが、最外層表面に形成した２０ミクロン以上の凹凸による光散乱が生じるので、上記と同様の問題が生じる。
【００１５】
また、光波長よりも小さい空孔を設けたシリカビーズによる表面処理を施すことにより輝度並びに視認性の向上を図ることも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。この場合、シリカビーズの多孔質構造による光散乱は生じないが、複数のシリカビーズどうしがランダムな凝集体を形成することで、上記と同様に光散乱を生じる。さらにこの方法では、シリカビーズ及びバインダーの国定化に３００℃以上の高温焼成処理が必要であるため、樹脂など熱ダメージを受けやすい材料への適用は困難である。
【００１６】
【特許文献１】
特開平９−８０４３０号公報
【特許文献２】
特開平９−１０１５１８号公報
【特許文献３】
特開２００２−４０２１０号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、液晶表示装置において大面積化、高精彩化が進む中、液晶表示装置ひいては面光源装置の光利用効率を向上させる要求が高まっている。ところが先に述べた通り、従来から実施されている効果的な光配向と、部材を形成する組成物による光吸収の低減による光損失の改善をもってしては、光源から発せられる光の利用効率は６割以下と見積もられ、損失または実用上利用できない光が多く、高効率化が達成できないという問題があった。
【００１８】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い光取り出し効果を与える形態を有する樹脂組成体を提供することであり、光源から配光される光を低損失で導波することにより高輝度化及び高効率化を達成した光学部材及びこれを備えた面光源装置並びに液晶表示装置を提供しようとするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光学部材は、光が通過する光学部材であって、光の通過する表面に所望形状の複数の開口部を形成したものである。
【００２０】
また、本発明の係る光学部材は、光が通過する光学部材であって、光の通過する少なくとも一つの界面に、所望形状の複数の開口部を有するシート状の樹脂組成体を成膜形成したものであり、さらに、樹脂組成体は、通過する光に対して吸収せずに透明性を有しているようにしたものである。
【００２１】
また、上記開口部は、可視光波長よりも小さく、かつランダムな径を有しているようにし、さらに、互いに独立した円柱状、円錐状、樽状の何れかの形状であるようにしたものである。
【００２２】
本発明に係る面光源装置は、上記構成の光学部材を備えたものである。
【００２３】
本発明に係る液晶表示装置は、上記の面光源装置を備えたものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面について説明する。
【００２５】
本発明は、前述の目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、液晶表示装置並びに面光源装置の構成部材、例えば導光板、散乱版（拡散板）、配光板などの表面に、通過する光の波長以下でかつ光を散乱しない程度の径をもつ複数の開口部を設けることによって光損失が減少し、従来よりも高輝度な液晶表示装置並びに面光源装置を実現できることを見出して得られたものである。
【００２６】
上記開口部は、表面切削、溶解、エッチング、スタンピングなど任意の方法で形成することができる。また、上記開口構造を有する樹脂組成物を成膜形成しても良い。またこの開口構造は、液晶表示装置並びに面光源装置の構成部材の光が通過する界面のうち少なくとも一面に設ければ良く、任意の複数の場所に設けることでより高い効果を得ることもできる。
【００２７】
すなわち、本発明は、液晶表示装置並びに面光源装置の構成部材の表面に、通過する光の波長以下でかつ光を散乱しない程度の径をもつ複数の開口部を、光が通過する界面の少なくとも一つの面に対して設けることで実施できる。
【００２８】
図１は本発明に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。同図において、１は平板状の導光体、２は導光体１の側面側に配置された直線状の光源、３は光源２からの光を導光板１の入射端面に配光するための反射板、４は導光板１の裏面側に配置されて導光板１の裏面から出射する光を該導光板１の表面側へ反射させる反射板、５は導光板１の表面から出射した光を均一に拡散させる散乱板（拡散板）、６ａ、６ｂは散乱板５から出射した光をバックライトパネル正面へ集光させる２枚の集光板で、上記の各構成要素は筐体７に収容されている。
【００２９】
８は集光板６ａ、６ｂの表面側に配置された偏光反射板、９は偏光反射板８の上に配置された液晶表示パネル、１０は液晶表示パネル９に駆動電力を供給する電源で、以上の液晶表示装置の各構成部材は筐体１１に収容されている。
【００３０】
また、図１中、矢印は光の通過する軌跡を示し、また界面（１）〜（１１）は上述の各シート状の光学部材の各界面（表面）を示している。そして本発明では、光の通過する上記任意の界面に、該通過する光の波長以下でかつ散乱しない程度の径をもつ所望形状の複数の開口部を設けている。
【００３１】
上記開口部は、光学部材の表面に直接形成するか、あるいは光の通過する少なくとも一つの界面に、所望形状の複数の開口部を有するシート状の樹脂組成体を成膜形成するようにしても良い。樹脂組成体の場合は、通過する光に対して吸収せずに透明性を有しているものとする。
【００３２】
また、上記開口部は、可視光波長よりも小さく、かつランダムな径を有しているようにし、さらに、互いに独立した円柱状、円錐状、樽状の何れかの形状であるようにする。
【００３３】
ここで、上記樹脂組成体が「透明」ということは、例えば通過する光が赤色であるなら、赤色の吸収性を持たない樹脂ということである。通常バックライトは白色光であるので、可視光波長領域において吸収性を持たない樹脂を用いる必要がある。ただし、ちょっとでも吸収があると本発明の効果がすべて消えてしまうということではなく、あくまで程度問題であり、折角開口部により取り出し効率を上げても、吸収によるロスが生じてはトータルの効率が下がってしまうからである。
【００３４】
また、開口部が「可視光波長よりも小さく、かつランダムな径を有する」について説明すると、可視光波長よりも小さいとは、白色光を乱反射しない条件という意味である。これは、可視光の乱反射（見た目に白く見える）は、可視光波長付近よりも大きい構造によって生じることと、さらに径をランダムにすることによって、フォトニツク効果を防げられるからである。ここで言うフォトニツク効果とは、波長付近の周期的な規則構造が特定の光と干渉しあい、ある波長の光が閉じ込められてでてこないとか、色が変化してしまうなどといった現象を指している。
【００３５】
つまり、もともとの光の特性を維持するためには、ランダムな径であったほうが有利である。径については、例えば青色に対しは２〜４００ｎｍ、赤であれば２〜６５０ｎｍといったところである。この径の最大値は、そこを通過する光の波長に依存する。また、乱反射も程度問題であるが、なるべく少ないほうが良い。
【００３６】
また、開口部が「互いに独立した円柱状、円錐状、樽状の何れかの形状である」ことについては、実験的に特性が良かった膜の表面はそのような形状をしていたからである。「円柱状」とは、開口部を真上から見た場合に「円」の形状をしていて、膜厚方向に同じ径で膜を貫通した形状である。「円錐状」は、膜厚方向に径が増加または減少している形状、「樽状」とは、中心膜厚付近の径が大きく、膜界面付近は小さい開口形状（球の上下をカットしたような形状）である。
【００３７】
上記の開口部を設ける位置は、前述のように各光学部材の一つの界面あるいは複数の界面で良いが、図１の液晶表示装置のバックライト装置において、次のような位置に設けることができる。
（ａ） 光源２から導光板１へ出射する界面（１）
（ｂ） 光源２から導光板１へ入射する界面（２）
（ｃ） 導光板１から反射板４へ出射する界面（３）
（ｄ） 反射板４から導光板１へ出射する界面（４）
（ｅ） 導光板１から散乱板５へ出射する界面（５）
（ｆ） 導光板１から散乱板５へ入射する界面（６）
（ｇ） 散乱板５から第１の集光板６ａへ出射する界面（７）
（ｈ） 散乱板５から第１の集光板６ａへ入射する界面（８）
（ｉ） 第１の集光板６ａから第２の集光板６ｂへ出射する界面（９）
（ｊ） 第１の集光板６ａから第２の集光板６ｂへ入射する界面（１０）
（ｋ） 第２の集光板６ｂから偏光反射板８あるいは液晶表示パネル９へ出射する界面（１１）
以上、開口部の配置例をバックライト装置の構成内にて述べたが、さらに偏光反射板８など液晶表示装置を構成するその他の光学部材への実施も可能である。
【００３８】
（実施例１）
本発明の一つの実施例を図２に示す。図２は本実施例１に用いた面光源装置の構成を示す断面図であり、図１と同一符号は同一構成要素を示している。
【００３９】
本実施例では、１枚の集光板６を使用し、導光板１から散乱板５へ出射する界面（３）に対し、図３に示すような複数の開口部を有する厚さ１００ｎｍのＰＭＭＡ樹脂からなる樹脂組成体２１を設けている。図３は樹脂組成体２１に形成した開口部表面のＳＥＭ像を示す図である。
【００４０】
そして、このような面光源装置を一定条件にて点灯させた際の正面輝度を測定した結果は、図５に示す通りである。開口部を設けていない従来（Ｒｅｆ）の面光源装置が１４２０ｃｄ／ｍ^２であるのに比べ、開口部を設けた実施例１の面光源装置は１５５０ｃｄ／ｍ^２と、約９％高輝度であった。
【００４１】
（実施例２）
本発明の別の実施例を図４に示す。図４は本実施例２に用いた面光源装置の構成を示す断面図であり、図１と同一符号は同一構成要素を示している。
【００４２】
本実施例では、２枚の集光板６ａ、６ｂを使用し、その上に保護プレート１２を設けている。また、散乱板５に入射する界面（６）、集光板６ａに入射する界面（８）、集光板６ｂに入射する界面（１０）、保護プレート１２に入射する界面（１２）に対し、図３に示すような複数の開口部を有する厚さ１００ｎｍのＰＭＭＡ樹脂からなる樹脂組成体２２、２３、２４、２５を設けている。
【００４３】
そして、このような面光源装置を一定条件にて点灯させた際の正面輝度を測定した結果は、図２に示す通りである。開口部を設けていない従来（Ｒｅｆ）の面光源装置が５３７ｃｄ／ｍ^２であるのに比べ、開口部を設けた実施例２の面光源装置は６３４ｃｄ／ｍ^２と、約１８％高輝度であった。
【００４４】
以上のように、本発明の実施例においては、高い光取り出し効果を得ることができ、光源から配光される光を低損失で導波することで、高輝度化及び高効率化を達成することができる。
【００４５】
なお、本発明は、液晶表示装置、面光源装置、またそれらに組み込まれるＬＥＤチップや導光板、散乱板、集光板、プリズム板、偏光板、偏光反射板、レンズなどの光学部材に広く適用することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高い光取り出し効果を得ることができ、光源から配光される光を低損失で導波することで、高輝度化及び高効率化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示装置の構成を示す断面図
【図２】実施例１に用いた面光源装置の構成を示す断面図
【図３】実施例の樹脂組成体の開口部表面を示すＳＥＭ像
【図４】実施例２に用いた面光源装置の構成を示す断面図
【図５】実施例１の輝度を示す図
【図６】実施例２の輝度を示す図
【図７】導光板方式のバックライト構成を示す断面図
【図８】直下型方式のバックライト構成を示す断面図
【符号の説明】
１ 導光板
２ 光源
３ 反射板
４ 反射板
５ 散乱板
６ 集光板
６ａ 集光板
６ｂ 集光板
７ 筐体
８ 偏光反射板
９ 液晶表示パネル
１０ 電源
１１ 筐体
１２ 保護プレート
２１ 樹脂組成体
２２ 樹脂組成体
２３ 樹脂組成体
２４ 樹脂組成体
２５ 樹脂組成体

Claims (7)

1. 光が通過する光学部材であって、光の通過する少なくとも一つの表面に所望形状の複数の開口部を形成したことを特徴とする光学部材。
2. 光が通過する光学部材であって、光の通過する少なくとも一つの界面に、表面に所望形状の複数の開口部を有するシート状の樹脂組成体を成膜形成したことを特徴とする光学部材。
3. 前記樹脂組成体は、通過する光に対して吸収せずに透明性を有していることを特徴とする請求項２に記載の光学部材。
4. 前記開口部は、可視光波長よりも小さく、かつランダムな径を有していることを特徴とする請求項１ないし３何れかに記載の光学部材。
5. 前記開口部は、互いに独立した円柱状、円錐状、樽状の何れかの形状であることを特徴とする請求項１ないし４何れかに記載の光学部材。
6. 請求項１ないし５何れかに記載の光学部材を備えたことを特徴とする面光源装置。
7. 請求項６に記載の面光源装置を備えたことを特徴とする液晶表示装置。

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