JP2005084477A

JP2005084477A - 導光板およびそれを用いたプラズマディスプレイ装置

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Publication number: JP2005084477A
Application number: JP2003318011A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Hashimoto; 伸一郎橋本; Masatoshi Kitagawa; 雅俊北川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】表示装置は表示パネル表面での外光の反射により、コントラストが低下する。ＰＤＰにおいては蛍光体の反射率が高く、明所でのコントラストの低下が著しい。
【解決手段】本発明の導光板は片面の開口部面積が他面の開口部面積と異なり、可視光に対して透明な導光路がマトリクス状に配置され、少なくとも狭い開口部周辺には光反射率の小さい光吸収材が埋め込められた構造である。狭い開口部側に入射した光は反射および透過が抑えられ、反対に広い開口部に入射した光は導光路を効率良く透過し、狭い開口部から出射する。この導光板の開口率の大きい面側をディスプレイ装置の表示面に貼りつけることにより、明所コントラストを向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は自発光型のディスプレイにおいて、外光の反射を抑制し、且つ放電セルからの光を効率良く取り出すための導光板およびそれを用いたプラズマディスプレイ装置に関する。

自発光型の代表的な画像表示装置はＣＲＴであるが、大型且つ薄型のパネルを比較的容易に製造できるという特徴からプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）が急速に普及し始めている。将来、ハイビジョン時代のＴＶ画像表示装置として、ＰＤＰがＣＲＴに置き換わっていくことが期待される。ＰＤＰにはＤＣ（直流）型とＡＣ（交流）型とがあるが、信頼性、画質など様々な面でＡＣ型が優れていて、現在、ＰＤＰの主流はＡＣ型になっている。

以下に、従来例におけるＰＤＰの構造、動作を説明する。図１０はＡＣ型ＰＤＰの主要部の構造を示す。ガラスよりなる前面基板１１の片面に表示電極１２としてのスキャン電極１３と維持電極１４が対をなしてストライプ状に形成されている。これらの電極群を覆うように第１誘電体膜１５および保護膜１６が形成されている。そして、スキャン電極１３および維持電極１４は透明電極の上に金属バス電極１７を積層することで電気抵抗を低減している。背面基板１８にはデータ電極１９がストライプ状に形成されていて、更にデータ電極１９を覆うように第２誘電体膜２０が形成されている。隣接するデータ電極１９の間の第２誘電体膜２０上には隔壁２１が形成されていて、第２誘電体膜２０の表面と隔壁２１の側壁には蛍光体膜２２が塗布されている。

以上のように形成された前面基板１１と背面基板１８とは、電極が形成された面を対向させ、かつ表示電極１２とデータ電極１９が直交する方向（図１０は前面基板１１と背面基板１８ともに表示電極１２とデータ電極１９の断面方向から図示、図７〜９において同じ）に張り合わせられ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｈｅ等の希ガスが充填される。隣り合った２つの隔壁２１に挟まれ、対を成すスキャン電極１３および維持電極１４と、データ電極１９との交差部に放電セルが形成される。

以上のように構成されたＰＤＰは、１フィールドを複数のサブフィールドに分解し、各サブフィールドの像を時間的に積分することで１フィールドの階調を表現している。サブフィールドは初期化期間、書き込み期間、維持期間からなる。初期化期間では、パネルの全ての放電セルで初期化放電を起こし、前サブフィールドの影響の除去や放電特性のばらつきを吸収する。書き込み期間では、点灯させる放電セルで選択的に書き込み放電を起こし、スキャン電極１３および維持電極１４上の保護膜１６の表面に、維持放電を起こすために必要な量の壁電荷を形成する。維持期間では、スキャン電極１３および維持電極１４に互いに逆位相のＳＣＡＮパルス、ＳＵＳパルスを印加することにより、書き込み期間で選択された放電セルで維持放電を行う。つまり、壁電荷が形成された放電セルではスキャン電極１３と維持電極１４の電位差と、書き込み放電で形成された壁電荷による電位差の和が放電電圧を超えるため、その画素でＳＣＡＮパルスまたはＳＵＳパルスの半周期毎に維持放電が起こる。なお、壁電荷が形成されていない放電セルでは、維持放電が起こらない。

上記のように、ＰＤＰは自発光で視野角が広く、大型且つ薄型のパネルを比較的容易に製造できるという特徴を有するが、画像のコントラストと輝度の向上が課題である。これらの課題を解決するために、パネル構造の面から様々な工夫がなされている。例えば、特許文献１には、光制御板をＰＤＰの前面パネルに設けることにより、明所でのコントラストを向上させたＰＤＰが開示されている。光制御板は各放電セルの中央部に対応する位置に光透過口を有し、光透過口の表面側周辺部は光吸収面とし、裏面側周辺部は光反射面とした構造である。蛍光体からの発光は直接または光制御板の裏面で多重反射した後、中央部の光透過口から出射されるが、外光の殆どは光制御板の表面の開口部周辺にある光吸収層で吸収される。その結果、各所でのコントラストの低下が抑制される。
特開平１１−２６０２６９号公報

ＰＤＰ表示装置は家庭用ＴＶや商業用表示装置として急速に普及しているが、今後、解決すべき課題は、発光効率向上と明所でのコントラストの向上である。ＰＤＰに用いられる蛍光体は反射率が高く、外光の反射により明所でのコントラストが著しく低下する。従来のＰＤＰでは、暗室コントラストは１００：１以上であり問題はないが、明所でのコントラストは外光の反射により約５０：１に低下する。

このため、パネル前面にＮＤフィルターを付けることにより反射光を減衰させているが、この方法では蛍光体からの発光をも減衰させることになるため、発光効率が低下する。また、特許文献１には、上述のような光制御板を備えたＰＤＰが開示されているが、前記光制御板は放電セル内で発生した光の出射効率が低い。つまり、放電セル内で発生した光が放電セル内で多重反射した後、開口部から出射されるが、殆ど全ての入射光線に対して全反射する適切な材料がない。その結果、外光の表面反射は防止できるが、輝度の低下は免れられない。また、放電セル内で発生した光を効率よく出射させるためには、光制御板の各開口部を各放電セルの中央に一致させる必要があるが、ＰＤＰの全ての放電セルで、開口部と放電セルの中央部とを精度良く位置合わせすることは困難である。更に、位置合わせのばらつきは表示ばらつきをもたらす。

本発明は以上の課題に鑑みて、外光の反射を抑制し、且つ蛍光体からの発光を効率良く外に取り出せる導光板、およびそれを用いたプラズマディスプレイ装置を提供する。

本発明による第１の導光板は、片面の開口部面積が他面の開口部面積と異なる導光路がマトリクス状に配置された構造であり、狭い開口部の周辺に光反射率の小さい光吸収材が配置されている。対称性から４角錘台形状または１つの頂点を切断した４面体形状の導光路が最も作製が容易である。導光板は可視光を透過する樹脂フィルムを金型成形することにより作製できる。この導光板において、開口率の大きい面を自発光ディスプレイのパネル前面に貼り付けることにより、セル内で発生した可視光は効率良く出射されると共に、導光板の表面での外光は光吸収材によって吸収され、反射が抑制される。

本発明による第２の導光板は、上記導光板の各導光路の狭い開口部に光散乱部材または光拡散膜を設けた構造であり、この導光板を自発光ディスプレイの表示面に貼り付けることにより、表示視野角を拡大させることができる。

本発明の導光板において、開口率の大きい面を自発光ディスプレイのパネル前面に貼り付けることにより、セル内で発生した可視光は効率良く出射されると共に、外光反射によるコントラストの低下を抑えることができる。更に、少なくとも狭い開口部に光散乱部材または光拡散膜を取り付けることにより、表示視野角を拡大させることができる。

本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における導光板１について図面を参照しながら説明する。図１は本実施の形態１における導光板１の主要部を表面から見た平面図（ａ）、およびＸ−Ｙラインに沿って切断した場合の断面図（ｂ）である。図２は前記導光板１の裏面から見た平面図である。本発明の導光板１は厚さ約６０μｍのアクリル樹脂からなる透明なフィルムに、表面と裏面で開口部面積が異なる４角錘台形の導光路２をマトリクス状に配列した構造である。このアクリル樹脂フィルムからなる導光路２は表面側でサイズが約１５μｍ□、裏面側でサイズが約５０μｍ□の４角錘台形であり、約５０μｍピッチでマトリクス状に配列されている。導光路２の開口面積は表面側で２２５μｍ^２、裏面側で２５００μｍ^２となり、その比率は約１：１１になる。導光路２以外の領域には光吸収材３が埋め込まれていて、導光路２の側壁と光吸収材３の界面には光反射層４が設けられている。なお、導光路２の側面での乱反射を抑制するために、導光路２の側面は平滑になっていることが望ましい。

図１（ａ）に示すように、導光板１の表面側の開口率は小さいので、表面に入射した外光は殆ど光吸収材３によって吸収され、その反射が抑制される。つまり、表面側から見た光吸収材３領域は全面積の９１％を占め、表面での反射率は約９％以下になる。他方、図２に示すように、導光路２の裏面側の開口率は１００％であり、裏面の広い開口部６から入射された光は各導光路２の側壁に設けられた光反射層４で反射され、少ない損失で表面側の狭い開口部５から出射される。

次に、本実施の形態１における導光板１の製造方法について説明する。図３はアクリル樹脂フィルムを加熱加圧して、４角錘台形の導光路２を形成するための金型の主要部平面図（ａ）、およびその断面図（ｂ）、（ｃ）である。図３（ａ）では、４角錘台形の窪みが５０μｍピッチでマトリクス状に配列された形状である。図３（ｂ）は横方向の断面図、図３（ｃ）は縦方向の断面図であり、凸形の楔がストライプ状に配列された形状であって、金型の作製が容易である。厚さ６０μｍのアクリル樹脂フィルムを、上記金型と平金型との間に挿入して、加熱加圧することによって成形する。加熱はアクリル樹脂のガラス転移温度以上、融点以下の温度で行う。圧力は１ｋｇ／ｃｍ^２〜１００ｋｇ／ｃｍ^２とする。この工程により、アクリル樹脂フィルムにマトリクス状に配列された４角錘台形状の導光路２が形成される。アクリル樹脂フィルムの窪みに、無電解メッキ法や蒸着法によって光反射層４としての銀またはアルミニウムからなる薄膜を形成する。その後、各窪みにカーボンペーストからなる光吸収材３を充填し硬化させる。以上の工程により、図１に示すような導光板１が作製される。

また、図３と同様の表面形状を有する薄板状の金型を加熱ヒータを備えた回転ローラに取り付け、この回転ローラと平坦ローラとの間にアクリル樹脂フィルムを挿入することにより連続的に導光路２を形成することができる。

なお、上記の導光板１には基板としてアクリル樹脂フィルムを用いたが、可視光に対して透明で、加工が容易な材料であれば同様に使用することができる。アクリル樹脂フィルム以外に、ポリエチレン樹脂フィルム、ポリカーボネイト樹脂フィルム、スチレン樹脂フィルム、オレフィン樹脂フィルム、塩化ビニール樹脂フィルムなどが用いられる。また、導光路２を構成する材料の屈折率が光吸収材３の屈折率に比べて充分大きければ、裏面から入射された光は導光路２の側壁で全反射されるために、この場合、光反射層４はなくてもよい。また、上記の導光板１では、光吸収材３としてカーボンペーストを用いたが、その他、可視光を効率よく吸収する塗料を使用してもよい。

図４は図１のものと導光路２の形状が異なる導光板１の主要部を表面から見た平面図（ａ）、およびＸ−Ｙラインに沿って切断した場合の断面図（ｂ）である。図５は前記導光板１の裏面から見た平面図である。なお、図１と同じ構成部材については同一番号を付し、その説明を省略する。図４における導光板１は厚さ約６０μｍのアクリル樹脂からなる透明なフィルムに、導光板１の表面と裏面で開口部面積が異なる、１つの頂点が切断された４面体形状の導光路２が導光板１の平面を埋め尽くすように配列された構造である。アクリル樹脂フィルムからなる各導光路２の開口部は表面側で１辺が約１７μｍの正３角形、裏面側で１辺が約５０μｍの正３角形であって、導光路２の開口面積は表面側で約１２５μｍ^２、裏面側で約１０８２μｍ^２となり、その比率は約１：９になる。導光路２以外の領域には光吸収材３が埋め込まれていて、導光路２の側壁と光吸収剤３の界面には光反射層４が設けられている。

図４（ａ）に示すように、導光板１の表面側の開口率は小さいので、表面に入射した外光は光吸収材３によって吸収され、その反射が抑制される。つまり、表面側から見た光吸収材３領域は全面積の約９０％を占め、表面での外光に対する反射率は約１０％以下になる。実験の結果、パネル前面での外光の反射率が約１０％以下であれば、明所コントラストの低下が殆ど認められなかった。他方、図５に示すように、導光路２の裏面側の開口率は１００％であり、裏面の広い開口部６から入射された光は各導光路２の側壁に設けられた光反射層４で反射され、少ない損失で表面側の狭い開口部５から出射されるので、導光板を設けることによる輝度の低下も殆ど認められなかった。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における導光板１について図面を参照しながら説明する。なお、図１と同じ構成部材については同一番号を付し、その説明を省略する。図６（ａ）は本実施の形態２における導光板１の断面図であって、光散乱機能を付与するために、図１に示す導光板１の各導光路２の狭い開口部５に、光散乱材７を取り付けている。導光板１の裏面から入射した光は導光路２に沿って伝達し、表面の狭い開口部５から収束されて出射されるので、表示装置の前面パネルに、光散乱剤７のない導光板１を取り付けると表示視野角が狭くなる。しかし、本実施の形態２のように、導光板１の狭い開口部５に光散乱材７を取り付けることにより、表示視野角の低下を抑えることができる。なお、狭い開口部５に光散乱材７を取り付ける代わりに、図１に示す導光板１の狭い開口部５側の面を研削処理により、粗面化する方法で光散乱機能を付与することも可能である。この方法によれば、狭い開口部５に位置合わせして光散乱材７を貼りつける必要がないので、製作工程がより簡単になる。

図６（ｂ）は本実施の形態２における導光板１のもう１つの構造を示し、狭い開口部５側の導光板１の表面全体に光拡散膜８を貼り付けた構造である。光拡散膜８としては、透明樹脂フィルムの表面を研削処理により表面を粗面化した膜、または透明樹脂中にガラス粉末やアルミナ粉末を分散したコンポジット膜を用いることができる。

（実施の形態３）
図７は図１に示す導光板１をＡＣ型ＰＤＰの表面に貼りつけたＰＤＰ表示装置の断面図とその要部拡大図を示す。ＰＤＰ自体は、従来例における図１０と同一の構造であり、同じ構成部材については同一番号を付し、その説明を省略する。図７では、導光板１の開口率の大きい面側をＰＤＰの表面に貼りつけている。導光路２のピッチは５０μｍであって、放電セルの配列ピッチ、約２００μｍの約１／４である。導光路２のピッチを放電セルのピッチに比べて充分小さくすれば、導光板１をＰＤＰの表面に貼り付ける場合に放電セルと導光路２との位置合わせをする必要がないことが目視検査の結果、明らかになった。要部拡大図に示すように、放電エネルギーによって励起された蛍光体膜２２によって発生した可視光は、導光路２の開口率の大きい広い開口部６に入射し、光反射層４で全反射または多重反射を繰り返しつつ、導光路２の表面側の狭い開口部５から出射される。なお、導光路２の側面での乱反射を抑制するために、導光路２の側面は平滑になっていることが望ましい。

以上の構成により、各放電セルで発生した可視光は収束され、減衰することなく導光板１の表面から出射される。他方、外光は光吸収材３の面積率が大きい導光板１の表面に入射されるため、その表面での反射が低く抑えられる。よって、本発明の導光板１を付けたＰＤＰは発光効率を低下させることなく明所でのコントラストを高く保つことができる。

図８は図６（ａ）に示す導光板１をＡＣ型ＰＤＰの表面に貼りつけたＰＤＰ表示装置の断面図とその要部拡大図を示す。要部拡大図に示すように、放電エネルギーによって励起された蛍光体膜２２によって発生した可視光は、導光路２の開口率の大きい広い開口部６に入射し、光反射層４で全反射または多重反射を繰り返しつつ、導光路２に沿って伝達して導光路２の表面側の狭い開口部５を通過し、光散乱材７から出射される。光散乱材７を取り付けることにより、表示視野角の低下を抑えることができる。また、光散乱材７を狭い開口部５に取り付けるのではなく、開口部５側を粗面化して、光散乱機能を持たせることもできる。

図９は図６（ｂ）に示す導光板１をＡＣ型ＰＤＰの表面に貼りつけたＰＤＰ表示装置の断面図とその要部拡大図を示す。導光板１の表面全体に光拡散膜８を貼り付けた構造であって、外光によるコントラストの低下を抑えると同時に、光拡散膜８の作用により、表示視野角の低下をも抑えることができる。

本発明の導光板は、表面での外光反射を抑制すると同時に、裏面からの可視光を効率良く透過させるものであり、自発光型のディスプレイ装置に応用し、その明所コントラストを向上させることができる。

（ａ）本実施の形態１における導光板の主要部の平面図（ｂ）その断面図本実施の形態１における導光板の裏面から見た平面図（ａ）本実施の形態１における導光板を作製するための金型の平面図（ｂ）、（ｃ）その断面図（ａ）形状の異なる導光路を有する本実施の形態１における導光板の主要部の平面図（ｂ）その断面図図４の導光板を裏面から見た平面図本実施の形態２における導光板の断面図図１に示す導光板１をＡＣ型ＰＤＰの表面に貼りつけたＰＤＰ表示装置の断面図とその要部拡大図図６（ａ）に示す導光板１をＡＣ型ＰＤＰの表面に貼りつけたＰＤＰ表示装置の断面図とその要部拡大図図６（ｂ）に示す導光板１をＡＣ型ＰＤＰの表面に貼りつけたＰＤＰ表示装置の断面図とその要部拡大図従来例におけるＰＤＰの断面図

符号の説明

１導光板
２導光路
３光吸収材
４光反射層
５狭い開口部
６広い開口部
７光散乱材
８光拡散膜
１１前面基板
１２表示電極
１３スキャン電極
１４維持電極
１５第１誘電体膜
１６保護膜
１７金属バス電極
１８背面基板
１９データ電極
２０第２誘電体膜
２１隔壁
２２蛍光体膜

Claims

一方の開口部の面積が他方の開口部の面積と異なる導光路がマトリクス状に配置されていることを特徴とする導光板。
前記導光路が４角錐台形であることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
前記導光路が１つの頂点を切断した４面体形であることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
少なくとも、狭い開口部の周辺に光吸収体が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
前記導光路の狭い開口部の面積が広い開口部の面積の１／８以下であることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
前記導光路の側壁に光反射材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の導光板。
透明樹脂フィルムを４角錘台形または４面体台形の窪み加工した金型と平金型との間に挿入して、樹脂のガラス転移温度以上、融点以下の温度で加熱しつつ加圧することによって、導光路を形成する工程と、導光路の側壁に光反射材を形成する工程と、導光路間の窪みに光吸収材を充填する工程からなる導光板の製造方法。
面積の小さい開口部に光散乱部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の導光板。
前記面積の小さい開口部側の表面を粗面化することにより、光散乱機能を付与したことを特徴とする請求項１記載の導光板。
前記面積の小さい開口部を含む導光板の全面に光拡散膜を貼りつけたことを特徴とする請求項１記載の導光板。
請求項１〜６、８〜１０の何れかに記載の導光板をパネル前面に備えたことを特徴とするプラズマディスプレイ装置。
導光板を構成する導光路の配列ピッチが、プラズマディスプレイ装置の放電セルピッチの１／４以下であることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマディスプレイ装置。