JP2006086075A

JP2006086075A - 面発光装置、背面照明装置および液晶表示装置

Info

Publication number: JP2006086075A
Application number: JP2004271539A
Authority: JP
Inventors: Takuro Sugiura; 琢郎杉浦
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2006-03-30
Also published as: US7360939B2; US20060109686A1

Abstract

【課題】ムラや暗部の無い均一な光量の光を導光板の出射面全体から出射することが可能であり、かつ、液晶表示パネルと組み合わせてもモアレの生じることの無い面発光装置を提供する。
【解決手段】導光板１２の出射面１２ｂには、緩斜面３３ａと急斜面３３ｂとを有する第１の溝１４ａと、この第１の溝１４ａに対して所定の角度で交差し、緩斜面３４ａと急斜面３４ｂとを有する第２の溝１４ｂとがそれぞれ多数形成ている。こうした２つの互いに交差する第１の溝１４ａと第２の溝１４ｂにより、出射面１２ｂには導光板１２の反対側面１２ｃに向けて凹んだ扁平な四角錐状の微細なプリズム３６が多数配列形成される。。
【選択図】図３

Description

本発明は、導光板により面状に発光する面発光装置、およびこれを用いた背面照明装置および液晶表示装置に関する。

例えば、携帯電話や携帯用ゲーム機などに搭載された液晶表示パネルを明るく照明するために、表面に微細な溝を多数形成した導光板を用いた面発光装置が用いられている（特許文献１）。こうした面発光装置では、平板状の導光板の側端面に隣接して形成した光源から導光板に光を導入し、導光板の出射面から光を出射する構造になっている。このため、出射面に光の導入方向と直角な方向に延びる緩斜面と急斜面とからなる溝（プリズム）を多数形成し、導光板を伝播する光を出射面方向に屈折させて出射させている。
特開２００３−２５７２２９号公報

しかしながら、特許文献１に示す面発光装置では、液晶表示パネルの照明に用いたときに、液晶画素と出射面に形成した微細な溝（プリズム）との干渉によってモアレ（干渉縞）が生じるという課題があった。また、こうした微細な溝が光源から導入された光の伝播方向に直角に延びるように多数形成されているため、導光板の両側で光源から遠ざかるほど出射光量が低下して、三角形の暗部が生じるという課題もあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ムラや暗部の無い均一な光量の光を導光板の出射面全体から出射することが可能であり、かつ、液晶表示パネルと組み合わせてもモアレの生じることの無い面発光装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明によれば、光源と、前記光源から照射された光を側端面から導入して内部を伝搬させ、この光を出射面から出射させる導光板とを有する面発光装置であって、前記出射面に対して傾斜する緩斜面と急斜面からなる一対の斜面部から構成され、前記出射面に沿って互いに所定角度で交差する第１方向および第２方向に延び互いに交差する多数の第１および第２の溝とから形成される略四角錐の微細なプリズムが前記出射面に多数配列されたことを特徴とする面発光装置が提供される。

前記第１および第２の溝は互いに１０〜９０°の範囲で交差するようにすればよい。

本発明によれば、前記面発光装置における導光板の出射面に対面して形成した反射板と、導光板の出射面とは反対側の面に対面して形成したプリズムシートとを備えたことを特徴とする背面照明装置が提供される。また、本発明によれば、上述した背面照明装置と、液晶表示パネルとを備えたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。

本発明によれば、前記面発光装置における導光板を備えたことを特徴とする前面照明装置が提供される。また、この前面照明装置と、反射型液晶表示ユニットとを備えたことを特徴とする液晶表示装置が提供される。

本発明の樹脂層形成装置によれば、２つの互いに交差する第１と第２の溝によって形成される扁平な四角錐状の微細なプリズムは、導光板の出射面から光を拡散させて出射させる。こうした出射面に形成されるプリズムの作用によって、液晶表示ユニットを背面側から照明した際に、液晶表示ユニットの画素と干渉してモアレが発生することを効果的に防止する。

また、プリズムの作用によって導光板の出射面から光が拡散して出射されるので、導光板の両側で光源から遠ざかるほど出射光量が低下して、三角形の暗部が生じるということを防止し、出射面の全体からムラなく均一な光量の光を照射することができる。これにより、液晶表示ユニットの表示面全体を均一な光量でムラなく照明し、視認性に優れた液晶表示装置を実現することができるようになる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を交えて説明する。図１は、本発明の面発光装置を用いた背面照明装置と、これを備えた液晶表示装置の一例を示す断面図である。本実施形態の液晶表示装置１は、液晶表示ユニット２０と、この液晶表示ユニット２０の背面側（下面側）に配置された、液晶表示ユニット２０を背面側から照明するためのバックライト（背面照明装置）１０と、液晶表示ユニット２０およびバックライト１０との間に形成されたプリズムシート１１とから概略構成されている。

液晶表示ユニット２０は透過型もしくは半透過型であり、液晶層２３を挟持して対向するガラスなどからなる第１の基板２１と、第２の基板２２をシール材２４で接合一体化して概略構成されている。第１の基板２１および第２の基板２２の液晶層２３側には、表示回路２６，２７がそれぞれ形成されている。

表示回路２６および２７は、図示されていないが液晶層２３を駆動するための透明導電膜等からなる電極層や液晶層２３の配向を制御するための配向膜等を含むものである。また、場合によってはカラー表示を行うためのカラーフィルタなどを有する構成であってもよい。

バックライト（背面照明装置）１０は、略平板状の導光板１２とこの導光板１２に光を入射させる光源１３とからなる面発光装置３１と、導光板１２から出射された光を液晶表示ユニット２０方向に反射させる反射体（反射板）１５と、これらを保持する保持部材１８とから概略構成されている。面発光装置３１を構成する光源１３は、導光板１２に光を導入する側端面１２ａ側に配設されており、反射体（反射板）１５は導光板１２の出射面（下面）１２ｂ側に空気層１６を介して設けられている（図１参照）。

図２は、このバックライト１０に備えられた面発光装置３１を示した外観斜視図である。面発光装置３１は、略平板状の透明の導光板１２と、その側端面１２ａに沿って配設されたバー導光体（中間導光体）１３ａと、このバー導光体１３ａの長さ方向の少なくとも一方の端面部に配設された発光素子１３ｂとから構成されている。すなわち、発光素子１３ｂとバー導光体１３ａとが光源１３とされ、導光板１２の側端面１２ａが導光板の入光面（入射面）とされている。

導光板１２は、図１及び図２に示すように液晶表示ユニット２０の表示領域の背面側（図示下面側）に配置されており、光源１３から出射された光を出射面１２ｂおよび１２ｃから出射して、一方で反射体１５に照射してこの反射体１５で反射させるものであり、もう一方では上側のプリズムシート１１に照明するものであり、平板状の透明なアクリル樹脂などから構成されている。この導光板１２の出射面１２ｂには、互いに所定の角度で交差する第１の溝１４ａと第２の溝１４ｂとがそれぞれ多数形成されてプリズム形状を成しており、出射面１２ｂと反対側面（対向面、上面）１２ｃは、平坦面に形成されている。さらに、出射面１２ｂと反対側面１２ｃから出射する光量および出射角は、ほぼ同等であるため、出射面１２ｂ側を平面とし、反対側面１２ｃ側に上述したプリズム形状を形成することも可能であり、同様の効果が得られる。

図３は、導光板１２の出射面１２ｂの様子を示す拡大斜視図である。導光板１２の出射面１２ｂには、緩斜面３３ａと急斜面３３ｂとからなる一対の斜面部３３を有する第１の溝１４ａと、この第１の溝１４ａに対して所定の角度で交差し、緩斜面３４ａと急斜面３４ｂとからなる一対の斜面部３４を有する第２の溝１４ｂとがそれぞれ多数形成ている。こうした第１の方向Ｌ１に延びる第１の溝１４ａと、第２の方向Ｌ２に延びる第２の溝１４ｂとの交差によって、出射面１２ｂには導光板１２の反対側面１２ｃに向けて凹んだ扁平な四角錐状の微細なプリズム３６が多数配列形成される。第１の溝１４ａを構成する急斜面３３ｂおよび第２の溝１４ｂを構成する急斜面３４ｂは何れも緩斜面３３ａ，３４ａよりも光源側に配置される。

こうした、緩斜面と急斜面とを備え、互いに交差する第１の溝１４ａと第２の溝１４ｂの交差角度θ（図３参照）は、例えば１０°〜９０°に設定されればよい。交差角度θが１０°未満の場合はモアレが発生しやすく、輝度均一性も低下するので好ましくない。また、交差角度θが９０°より大きい場合は輝度が低下するので好ましくない。また、図５に示すように、導光板１２の側端面１２ａに対するプリズムの傾斜角度は、例えば５〜４５°に設定されればよい。交差角度θが５°未満の場合はモアレが発生しやすく、輝度均一性も低下するので好ましくない。また、交差角度θが４５°より大きい場合は輝度が低下するので好ましくない。また、急斜面３３ｂは出射面１２ｂより光源１３側に向かって傾斜している。２つの互いに交差する溝１４ａ，１４ｂによって形成される扁平な四角錐状の微細なプリズム３６は、出射面１２ｂから光を拡散させて出射させる。こうした出射面１２ｂに形成されるプリズム３６の作用によって、液晶表示ユニット２０を背面側から照明した際に、液晶表示ユニット２０の画素と干渉してモアレが発生することを効果的に防止する。

また、プリズム３６の作用によって出射面１２ｂから光が拡散して出射されるので、導光板１２の両側で光源１３から遠ざかるほど出射光量が低下して、三角形の暗部が生じるということを防止し、出射面１２ｂおよび反対側面１２ｃの全体からムラなく均一な光量の光を反射体１５およびプリズムシート１１に向けて照射することができる。本発明の面発光装置３１を用いれば、液晶表示ユニット２０の表示面全体が均一な光量でムラなく照明され、かつモアレの無い視認性に優れた液晶表示装置を実現することができるようになる。

なお、こうした本発明の面発光装置３１における導光板１２は、図４に示すように、プリズム３６の反転形状となる上方に突出した扁平な四角錐４１を多数配列した形成型４２を用いて、硬化前の樹脂板に押し付けてプリズム３６を形成した後、この樹脂板を硬化させて導光板１２を得ればよい。また、ここでは凹んだ四角錐形状のプリズムを導光板１２の表面に形成しているが、この四角錐の各面の向きとその面積比率が重要であり、等価な値を実現する突出した四角錐形状を導光板の表面に形成しても、同様の効果が得られる。

再び図１を参照して、導光板１２の出射面１２ｂの反対側面１２ｃに対面して形成されるプリズムシート１１は、表面に微細なプリズム１１ａが形成されている。こうしたプリズムシート１１は、導光板１２の反対側面１２ｃから出射された光を法線方向に向けて屈折させる。これにより、液晶表示ユニット２０には、法線方向の光を入射させることができる。上記構成の導光板１２前面照明装置にも好適に用いることができる。但し、プリズムは出射面（下面と）反対側面に形成されるのが好ましく、プリズムの急斜面は前記反対側面より光源とは反対側に向かって傾斜したものである。

なお、本発明の面発光装置は前面照明装置としても適用できる。図８に示すように、液晶表示装置５１は、液晶表示ユニット５２と、この液晶表示ユニット５２の前面側（上面側）に配置された、液晶表示ユニット５２を前面側から照明するためのフロントライト（前面照明装置）５３とから概略構成されており、液晶表示ユニット５２とフロントライト５３との間にプリズムシートは形成されない。

このような液晶表示装置５１によれば、フロントライト（前面照明装置）５３から照射された照明光は、液晶表示ユニット５２を透過して液晶表示ユニット５３に内蔵または外付けされた反射膜５６で反射され、再び背面から液晶表示ユニット５２を照明する。これにより、前面のカバーガラス５７から明るく照明された液晶表示ユニット５２を観察することができる。

こうした液晶表示装置５１においても、導光板５８は、図１及び図２と同様に互いに所定の角度で交差する２つの溝からなるプリズム形状を成しており、第１の溝１４ａを構成する急斜面３３ｂおよび第２の溝１４ｂを構成する急斜面３４ｂは何れも緩斜面３３ａ，３４ａよりも光源よりも遠い側に配置され、急斜面３３ｂ，３４ｂは出射面より光源とは反対側に向かって傾斜している。これによって、液晶表示ユニット５１の表示面全体が均一な光量でムラなく照明され、かつモアレの無い視認性に優れた液晶表示装置を実現することができるようになる。本発明の面発光装置をフロントライトに用いる場合は、導光板のプリズム形成面は液晶表示ユニットとは反対側に配置される。また、導光板のプリズムが形成されない面（液晶表示ユニット側の面）には、反射防止膜が形成されていても良い。

本発明の面発光装置の導光板に形成される、２つの交差する溝から形成される多数のプリズム形状は、例えば、図５の平面図に示すような形状に形成されれば良い。こうした、形成例における各部の寸法、角度をまとめて図７に示す。

本出願人は本発明の面発光装置の効果を検証した。検証にあたって、上記形成例のうち、図３に示す第１の方向Ｌ１に沿って延びる第１の溝１４ａと、第２の方向Ｌ２に沿って延びる第２の溝１４ｂとの交差角度θを３２°，４６°，６０°，９０°にそれぞれ設定変更して微細なプリズム形状を出射面に形成した導光板４種類を準備した。また、比較例として、光源からの光の伝播方向に垂直で、緩斜面（傾斜角度２．５°）および急斜面（傾斜角度５０°）からなり、急斜面を緩斜面よりも光源側に配置した溝が多数形成された従来のストライプ状のプリズム形状（平行プリズム）の導光板を準備した。それ以外の構成は実施例と同じである。

上述した４種類の本発明例の導光板と、比較例の導光板のそれぞれに、同じ光量の光源を接続して面発光装置とし、これを液晶表示ユニットのバックライトとして用い、それぞれの輝度、面内の光の均一性をトプコン製ＳＲ−３にて測定し、見栄えを目視で評価した。

こうした検証結果を表１にまとめて示す。また、交差角度θと輝度、および交差角度θと輝度均一性の相関関係を図６にグラフとして示す。

表１に示す検証結果によれば、交差角度θが３２°〜９０°の範囲で良好な視認性、すなわち見栄えが得られた。特に４６°〜９０°ではさらに望ましい結果が得られた。一方、従来の平行プリズムによる導光板を用いた面発光装置では、輝度計で測定した際の輝度均一性は問題ないが目視評価では均一性が悪く、モアレが発生するため、見栄えに課題があった。本発明の面発光装置の効果が確認された。

図１は、本発明の面発光装置を備えた液晶表示装置を示す断面図である。図２は、本発明の面発光装置を示す外観斜視図である。図３は、図２に示す面発光装置の出射面の形状を示す拡大斜視図である。図４は、導光板の形成に用いる形成型の一例を示す拡大斜視図である。図５は、本発明の実施例を示す平面図である。図６は、本発明の検証結果を示すグラフである。図７は、本発明の実施例を示す説明図である。図８は、本発明の面発光装置を備えた別な実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。

符号の説明

１液晶表示装置
１０バックライト（背面照明装置）
１２導光板
１３光源
１４ａ第１の溝
１４ｂ第２の溝
２０液晶表示ユニット
３１面発光装置
３３ａ，３４ａ緩斜面
３３ｂ，３４ｂ急斜面
３３，３４斜面部
３６プリズム
４１凹凸加工部

Claims

光源と、前記光源から照射された光を側端面から導入して内部を伝搬させ、この光を出射面から出射させる導光板とを有する面発光装置であって、
前記出射面に対して傾斜する緩斜面と急斜面からなる一対の斜面部から構成され、前記出射面に沿って互いに所定角度で交差する第１方向および第２方向に延び互いに交差する多数の第１および第２の溝とから形成される略四角錐の微細なプリズムが前記出射面に多数配列されたことを特徴とする面発光装置。
前記第１および第２の溝は互いに１０〜９０°の範囲で交差することを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
請求項１または２に記載の面発光装置における導光板の出射面に対面して形成した反射板と、導光板の出射面とは反対側の面に対面して形成したプリズムシートとを備えたことを特徴とする背面照明装置。
請求項３に記載の背面照明装置と、液晶表示ユニットとを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１または２に記載の面発光装置における導光板を備えたことを特徴とする前面照明装置。
請求項５に記載の前面照明装置と、反射型液晶表示ユニットとを備えたことを特徴とする液晶表示装置。