JP2005251655A - Light guide plate, its manufacturing method and backlight apparatus using the light guide plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導光板及びその製造方法とそれを用いたバックライト装置に関する。 The present invention relates to a light guide plate, a manufacturing method thereof, and a backlight device using the same.
透過型または半透過型液晶パネルには、その背面にバックライトが設けられる。このバックライトには、大別して光拡散板などの下に光源を配置した直下型と、導光体の側面に光源を配置したエッジライト型とがある。エッジライト型バックライトは、液晶表示パネルとほぼ同じ大きさに形成された合成樹脂からなる平板状の導光体を備え、その一つの側面が受光面とされ、その受光面に対向して光源が配置される。このように、エッジライト型バックライトは、導光体の側方に光源を配置する構成であるため、直下型バックライトに比べて薄型化が可能であり、携帯電話や、その他の移動体通信機器に広く利用されている。 A transmissive or transflective liquid crystal panel is provided with a backlight on the back. The backlight is roughly classified into a direct type in which a light source is arranged under a light diffusion plate and the like, and an edge light type in which a light source is arranged on a side surface of a light guide. The edge-light type backlight includes a flat light guide made of synthetic resin and having a size approximately the same as that of a liquid crystal display panel, one side of which is a light receiving surface, and a light source facing the light receiving surface. Is placed. As described above, the edge light type backlight has a configuration in which the light source is disposed on the side of the light guide, and thus can be reduced in thickness as compared with the direct type backlight, and the mobile phone or other mobile communication. Widely used in equipment.
以下、図を用いて従来技術におけるエッジライト型バックライト装置について説明する。図3は、従来技術におけるエッジライト型バックライト装置の要部を示す斜視図、図4は導光板の光入射面付近を示す部分拡大断面図である。図3に示すように、エッジライト型バックライト装置はその基本的な構成として、透明材料からなる略直方体の導光板2と、この導光板2の側方に配置される光源1として3個の発光ダイオード(LED)を備えている。
Hereinafter, an edge light type backlight device in the prior art will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a perspective view showing a main part of an edge light type backlight device in the prior art, and FIG. 4 is a partially enlarged sectional view showing the vicinity of a light incident surface of a light guide plate. As shown in FIG. 3, the edge light type backlight device has, as its basic configuration, a substantially rectangular parallelepiped
導光板2は、液晶パネル5の裏面側に配置され、多くの場合、導光板2の下面側には光源1からの光を液晶パネル5側に向かわせるための光反射シート(図示せず)が設けられている。さらに、導光板2の上面2b側には光源1からの光を均一に分散させるための拡散シート(図示せず)や集光シート(図示せず)が設けられている場合が多い。
The
導光板2は無色透明なプラスチック材等の透光部材よりなる板状で略直方体の形状をしており、その上面を光出射面2bとし、導光板2の1つの側面を光入射面2aとし、この光入射面2aと対向する位置に光源1が配置されている。光源1から照射された照射光は光入射面2aから入射した後、光出射面2bに向かって導光板内部で反射を繰り返しながら伝搬し、臨界角以下の成分を導光板2の光出射面2bから照明光として外部に出射する。外部に出射した照明光は液晶パネル5を背後から照明する。
The
このようなエッジライト型面状光源においては、図4に示すように導光板2から空気層8に出射する際、光の屈折が生じ、入射角θ2の光3aが導光板2から出射角θ1で空気層8に光3bとなって出射する。ここで、導光板2の材質の屈折率をn2、空気8の屈折率をn1、光の入射角をθ2、出射角をθ1とする時、スネルの法則により、n1×sinθ1=n2×sinθ2となる。導光板2の材料をアクリル樹脂とし、その屈折率n2=1.5、空気層8の屈折率n1=1とすると導光板2より空気層8に光が出射する時、光3bの出射角θ1は光3aの入射角θ2より大きくなる。また、入射角をθ2で入射する光3aの臨界角は42度程度となり、光3aの入射角θ2が臨界角(42度程度)を超えた光は波線7a、7bで示すように導光板2の光出射面2bで全て全反射する。このため導光板2の厚さbを薄くすると多くの光が導光板2内で全反射を繰り返しバックライト機能を果たさなくなるので、この対策として導光板2の上下面にプリズムシート状の反射手段を形成する例が開示されている。
In such an edge light type planar light source, as shown in FIG. 4, when light is emitted from the
このような導光板の第1の従来例として図5に示すような導光板10の例が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。図5に示すように、線状の光源11に隣接配置された導光板10は、樹脂材料の基板12と、基板12の液晶表示素子15と略平行な面となる透過面12a上に微小突起14とから形成される。この突起14は所謂2P法により多数形成されており、突起14の断面形状は略三角形の鋭角三角形状をしており、突起傾斜角度が90度から150度の範囲に設定されている。また、突起14は基板12の屈折率より大きい屈折率の材質で形成されている。このように突起14が2P法で形成されるため寸法精度の高い突起形状が得られ、導光板10内部を導光する光を効率良く液晶表示素子15側に屈折させる。
As a first conventional example of such a light guide plate, an example of a
また、第2の従来例として図6に示すようなバックライトの例が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。図6に示すように、このバックライトは光源21と、導光板22と、導光板22上に配置され、導光板22より高屈折率のプリズム23と、プリズム23の上に配置された光ファイバ板24とから構成されている。導光板22内に導かれた光はプリズム23の屈折率が導光板22の屈折率より大きいためプリズム23に入射する。この光はプリズム23に入射する際と出射する際に屈折し、導光板22の上面22aにほぼ垂直になる。光ファイバ板24は、導光板22の上面22aにほぼ垂直に配置された光ファイバ24Fの束から構成される。プリズム23を出射した光は、光ファイバ板24を形成する光ファイバ24Fに入射し、照明対象の液晶表示素子25に垂直に照射される。
Moreover, an example of a backlight as shown in FIG. 6 is disclosed as a second conventional example (see, for example, Patent Document 1). As shown in FIG. 6, the backlight is disposed on the
しかしながら第1の従来例における導光板においては、2P法によって形成される突起4の材料として紫外線若しくは電子線硬化樹脂が用いられる。紫外線若しくは電子線硬化樹脂はメタクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂と比較して光透過性が劣るという問題があった。また、金型、材料費が高価であり、製造コストが高くなると言う問題があった。
また、第2の従来例におけるバックライトは、導光板、プリズム及び光ファイバ板の積層構造であるうえに導光板の板厚も2〜5mmと厚く薄型化が難しいと言う問題があった。また、導光板とプリズムの接合面に僅かでも隙間、即ち空気層が存在すると、アクリル等からなる導光板より空気への臨界約42度を超えた光は導光板上面て全反射され、プリズムに入らなくなり、光の利用効率が低下するという問題があった。
However, in the light guide plate in the first conventional example, ultraviolet rays or electron beam curable resin is used as the material of the protrusions 4 formed by the 2P method. The ultraviolet ray or electron beam curable resin has a problem that its light transmittance is inferior to that of a methacrylic resin or a polycarbonate resin. Moreover, there existed a problem that a metal mold | die and material cost were expensive and manufacturing cost became high.
In addition, the backlight in the second conventional example has a laminated structure of a light guide plate, a prism and an optical fiber plate, and the thickness of the light guide plate is 2 to 5 mm, which makes it difficult to reduce the thickness. Further, if there is even a slight gap, that is, an air layer, on the joint surface between the light guide plate and the prism, light exceeding a critical degree of about 42 degrees to the air from the light guide plate made of acrylic or the like is totally reflected on the upper surface of the light guide plate and is reflected on the prism. There was a problem that the light utilization efficiency declined.
(発明の目的)
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、光の利用効率が高く、安価で薄型の導光板及びその製造方法とそれを用いたバックライト装置を提供することにある。
(Object of invention)
An object of the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and provides an inexpensive and thin light guide plate having high light utilization efficiency, a manufacturing method thereof, and a backlight device using the same. It is in.
上記目的を達成するための本発明の導光板は、透光材よりなる板状部材に光入射面と光出射面とを設け、該光入射面に対向して配置された光源からの光を光出射面から照明対象物に対し面状の照明光を出射する導光板において、板状部材は第1の屈折率を有し、該板状部材の光出射面に第1の屈折率よりも大きい第2の屈折率を有する透明物質からなる薄膜層が設けられていることを特徴とする。
また、透明物質は、酸化インジュウムスズ、酸化チタン、またはダイヤモンドからなることを特徴とする。
また、透明物質の厚みは100から1000オングストロームの範囲に設定されていることを特徴とする導光板。
In order to achieve the above object, a light guide plate of the present invention is provided with a light incident surface and a light output surface on a plate-like member made of a translucent material, and emits light from a light source arranged facing the light incident surface. In the light guide plate that emits planar illumination light from the light exit surface to the illumination object, the plate-like member has a first refractive index, and the light exit surface of the plate-like member has a first refractive index higher than the first refractive index. A thin film layer made of a transparent material having a large second refractive index is provided.
The transparent substance is characterized by being made of indium tin oxide, titanium oxide, or diamond.
The light guide plate is characterized in that the transparent material has a thickness of 100 to 1000 angstroms.
また、本発明の導光板の製造方法は、透光材よりなる板状部材に光入射面と光出射面とを設け、該光入射面に対向して配置された光源からの光を光出射面から照明対象物に対し面状の照明光を出射する導光板の製造方法において、第1の屈折率を有する板状部材の光出射面に第1の屈折率よりも大きい第2の屈折率を有する透明物質を含有するインキをスクリーン印刷法によって印刷し被膜を形成する工程と、被膜を板状部材と共に加熱、焼成し、板状部材の光出射面に透明物質からなる薄膜層を形成する工程とを有することを特徴とする。 In the light guide plate manufacturing method according to the present invention, a light incident surface and a light exit surface are provided on a plate-like member made of a translucent material, and light is emitted from a light source disposed opposite the light entrance surface. In a method for manufacturing a light guide plate that emits planar illumination light to an illumination object from a surface, a second refractive index that is higher than the first refractive index on a light emitting surface of a plate-like member having a first refractive index. A step of forming a film by printing ink containing a transparent substance with a screen printing method, and heating and baking the film together with the plate member to form a thin film layer made of the transparent substance on the light emitting surface of the plate member And a process.
また、本発明のバックライト装置は、導光板と、該導光板の光入射面に近接または密接して対向する如く配置される光源とを有し、光源からの光を前記光出射面から照明対象物に対し面状の照明光を出射するするバックライト装置において、上記導光板を用いたことを特徴とする。
また、導光板の側面を光入射面、上面を光出射面とし、光源からの光を光路変換して導光板の上面から照明対象物に対し面状の照明光を出射することを特徴とする。
In addition, the backlight device of the present invention includes a light guide plate and a light source disposed so as to face the light incident surface of the light guide plate in the vicinity or in close proximity, and illuminates light from the light source from the light emitting surface. In a backlight device that emits planar illumination light to an object, the light guide plate is used.
Further, the light guide plate has a side surface as a light incident surface and an upper surface as a light emission surface, and the light from the light source is converted into an optical path so that planar illumination light is emitted from the upper surface of the light guide plate to the illumination object. .
以上のように本発明は第1の屈折率を有する板状部材の光出射面に、第1の屈折率よりも大きい第2の屈折率を有する透明物質からなる薄膜層を設けることにより、薄型で光透過性に優れ、かつ光の利用効率が高く低価格の導光板及びその製造方法を提供することができる。また、上記導光板を採用することにより薄型のバッライト装置を低価格で提供することができる。 As described above, the present invention is thin by providing a thin film layer made of a transparent material having a second refractive index larger than the first refractive index on the light emitting surface of the plate-like member having the first refractive index. Therefore, it is possible to provide a light guide plate that is excellent in light transmittance, has high light utilization efficiency, and is inexpensive, and a method for manufacturing the same. Further, by adopting the light guide plate, a thin backlight device can be provided at a low price.
以下、本発明の実施形態について図1、図2を基に説明する。図1は本実施の形態の導光板を用いたエッジライト型バックライト装置を示し、図1(a)は、バックライト装置の要部を示す概略断面図、図(b)は図1(a)における導光板を示す断面図である。また、図2は本実施形態における導光板の製造工程を示す図である。本実施形態におけるエッジライト型バックライト装置は、導光板に特徴があり、この導光板は透明材からなる板状部材としての基板と導光板の光出射面となる基板上面に透明物質からなる薄膜層を設けた点が従来例と異なる点であり、その他の基本的な構成は従来例に類似している。以下、図に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 shows an edge light type backlight device using the light guide plate of the present embodiment, FIG. 1 (a) is a schematic sectional view showing the main part of the backlight device, and FIG. 1 (b) is FIG. It is sectional drawing which shows the light-guide plate in). Moreover, FIG. 2 is a figure which shows the manufacturing process of the light-guide plate in this embodiment. The edge light type backlight device according to the present embodiment is characterized by a light guide plate. The light guide plate is a thin plate made of a transparent material on a substrate as a plate-like member made of a transparent material and on the upper surface of the substrate which is a light emitting surface of the light guide plate. The point provided with the layer is different from the conventional example, and the other basic configuration is similar to the conventional example. Hereinafter, a description will be given based on the drawings.
図1に示すように、本実施形態におけるエッジライト型バックライト装置は、導光板30と、導光板30の上面に設ける集光シート34と、光源1としてのLEDを備えている。導光板30は透光性を有するアクリル樹脂(屈折率1.48)やポリカーボネイト樹脂(屈折率1.58)、またはガラス材(屈折率1.5)等からなる基板32と、基板32の上面である光出射面32bに設ける透明物質からなる薄膜層33とを有する。基板32は、その1つの側面を光入射面32aとし、この光入射面32aと対向する位置に光源1が配置されている。また、光出射面32bと対向する下面は光反射面32cとなっており、光源1から導光板32内に入射した光を光出射面32bに向けて反射させるために、その表面に複数の微小なシボ又は複数個の半球状ドット等が設けられている。また、基板32は略直方体の形状をなし、板厚aの値は0.4から2mmの範囲が好ましく、本実施形態においては、0.5mmとした。
As shown in FIG. 1, the edge light type backlight device according to the present embodiment includes a
また、透明物質からなる薄膜層33としては、例えば、インジューム酸化スズ(屈折率1.9)、酸化チタン(屈折率3.6)、ダイヤモンド(屈折率2.7)等が使用できる。また、薄膜層33の厚みtは100から1000オングストロームの範囲が好ましい。また、酸化チタンは、ガラス並みの光透過率があり、ダイヤモンド、インジューム酸化スズ(ITO)の光透過率はやや劣るが、厚みtが100から1000オングストロームの範囲であれば実用上問題ない。本実施形態においては薄膜層33として酸化チタン(屈折率3.6)を使用し、厚みは250オングストロームとした。このように基板32の光出射面32bに透明物質からなる薄膜層33を設けた導光板30は、導光板内の光を効率良く屈折して外部に出射し、高い光利用率を有することが実験により確認されている。
As the
次に、本実施形態における導光板の製造方法について、スクリーン印刷法にて酸化チタンの透明な薄膜層を形成する方法を例として説明する。
図2(a)に示すように透明なアクリル、ポリカーボネイト、ガラス等からなる板厚aの値が0.4〜2mmの基板32の上面である光出射面32aの全面に、図2(b)に示すように、ぺ一スト状の有機チタン化合物からなるインキをスクリーン印刷法によって印刷し有機チタンの被膜33aを形成する。有機チタンはチタン金属を、メチル基(CH3)などのアルキル基で連鎖状態とした比較的粘性の高い有機化合物であり、ニトロセルロース、エチルセルロース、ロジン等の易燃性樹脂を粘度調整剤として添加し、スクリーン印刷に適するインキ状の粘度に調整する。また、印刷された有機チタンの被膜33aの厚みsの値は5〜20μmが好ましい。
Next, the manufacturing method of the light guide plate in the present embodiment will be described by taking as an example a method of forming a transparent thin film layer of titanium oxide by a screen printing method.
As shown in FIG. 2A, the entire surface of the
本実施形態においては、有機チタン化合物のペーストとして、松本製薬工業製の水溶性チタン化合物である、オルガチックスTC310(R)、及びオルカチックスTC40(R)を用いて、何れも良好な結果が得られた。
尚、オルガチックスTC一310(R)の化学略名は「チタンラクテート」、
化学式は、(OH)2Ti(C3H502)2、
オルガチックスTC400(R)の化学略名は「チタントリエタノールアミネート」、
化学式は、(C3H702)2Ti(C6H1403N)2である。
また、基板32としては板厚aが0.5mmのガラス材を使用した。
In the present embodiment, as the organic titanium compound paste, a water-soluble titanium compound manufactured by Matsumoto Pharmaceutical Co., Ltd., ORGATICS TC310 (R) and Orcatix TC40 (R) are used, and good results are obtained. It was.
In addition, the chemical abbreviation of ORGATICS TC 1310 (R) is “titanium lactate”
The chemical formula is (OH) 2 Ti (C 3 H 5 0 2 ) 2 ,
The chemical abbreviation of ORGATICS TC400 (R) is “titanium triethanolamate”,
The chemical formula is (C 3 H 7 0 2 ) 2 Ti (C 6 H 14 0 3 N) 2 .
As the
次に、印刷形成された有機チタン含有層33aを基板32と共に温度180〜220℃で20〜40分間、加熱、焼戒し、図2(c)に示すように、基板32の光出射面となる上面32aに厚みtの値が500〜1000オングストロームの酸化チタンからなる薄膜層33を形成する。焼成後は、ニトロセルロース、エチルセルロース等の粘度調整剤及びアルキル基は酸化・分解し、薄膜層33としての酸化チタン(Ti203)被膜のみが残存する。この酸化チタン(Ti203)被膜からなる薄膜層33は無色透明であり、厚みtの値が500〜1000オングストロームの範囲では、基板32の上面または下面方向からは肉眼では視認されない。また、酸化チタン(Ti203)被膜からなる薄膜層33は外観上はガラスと同様な透明体であるが、屈折率は約3.6であり、一般的なガラスの屈折率は約1.5であるので大きく異なる。このように屈折率の小さいガラス材からなる基板32の表面に屈折率が2倍以上の酸化チタン(Ti203)の被膜からなる薄膜層33を形成することで、基板32の側面から入射した光が基板32の上面で屈折率の大きい薄膜層33に入射する。この時、基板32の屈折率に対して薄膜層33の屈折率が大きいため全反射は発生せず屈折、入射する。その後、薄膜層33から外部に出射して照明対象物に対し面状の照明光を出射する。この結果、本実施形態における導光板の製造方法によって薄型で光利用効率に優れた導光板30を得ることができる。
Next, the printed organic titanium-containing
尚、酸化インジュウムスズ(ITO)、ダイヤモンドからなる薄膜層は、スパッタリング或いはCVDによって成膜する事ができ、その膜厚は100から1000オングストロームの範囲とすることが好ましい。 The thin film layer made of indium tin oxide (ITO) and diamond can be formed by sputtering or CVD, and the film thickness is preferably in the range of 100 to 1000 angstroms.
このような導光板30を用いたエッジライト型バックライト装置においては、図1に示すように、光入射面32aから入射した光源1の照射光は基板32内部を伝搬し、基板32の光出射面32bから薄膜層33に入射し、この薄膜層33から照明光として外部に出射する。この時、照明光は集光シート34により光出射面32bに対して垂直上方に揃えられ外部に出射し液晶パネル5を背後から照明する。これにより本実施形態におけるエッジライト型バックライト装置は、この導光板30の薄膜層33からなる光出射面に発光面を形成して、光源1より照射された照射光によりバックライト装置を形成するようになされている。この結果、光の利用効率が高く、安価で薄型のエッジライト型バックライト装置を実現することが出来る。
In the edge light type backlight device using such a
以上のように本発明の導光被を用いたバックライト装置によれば、導光被の板厚を例えぱ0.4mmと極端に薄くしても導光板の側面から入射した光源の光で導光板上方の液晶表示装置等を照射することができる。また、導光板は平坦な薄板で済むのて、バックライト装置の薄型化に有利であり、価格も安くできる。
尚、本実施形態においては、エッジライト型バックライト装置を例として説明したが、これ以外の方式のバックライト装置においても同様の効果を得ることができる。
As described above, according to the backlight device using the light guide cover of the present invention, even if the plate thickness of the light guide cover is extremely thin, for example, 0.4 mm, the light from the light source incident from the side surface of the light guide plate is used. A liquid crystal display device or the like above the light guide plate can be irradiated. Further, since the light guide plate may be a flat thin plate, it is advantageous for reducing the thickness of the backlight device, and the price can be reduced.
In the present embodiment, the edge light type backlight device has been described as an example, but the same effect can be obtained in other types of backlight devices.
1 光源
2 導光板
2a 光入射面
2b 光出射面
5 液晶パネル
8 空気層
10 導光板
11 光源
12 基板
12a 透過面
14 突起
15 液晶表示素子
21 光源
22 導光板
22a 導光板の上面
23 プリズム
24 光ファイバ板
24F 光ファイバ
25 液晶表示素子
30 導光板
32 基板
32a 光入射面
32b 光出射面
32c 光反射面
33 透明物質からなる薄膜層
33a 被膜
34 集光シート
DESCRIPTION OF
Claims (6)
The planar light is emitted from the upper surface of the light guide plate to the illumination target by changing the optical path of the light from the light incident surface and the upper surface as the light emitting surface. Item 6. The backlight device according to Item 5.
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JP2010153358A (en) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Ctx Opto Electronics Corp | Light guide plate and backlight module |
JP2012198576A (en) * | 2006-03-31 | 2012-10-18 | Three M Innovative Properties Co | Wide angle mirror system |
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