JP2006113271A - 液晶表示装置用バックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】光量分布の均一性と視域の制御を両立させる技術を提供することが望まれていた。
【解決手段】１つもしくは複数の光源と、下面または上面に回折格子パターンが形成された板状もしくはシート状の導光体と、導光体から射出された光の光量分布を均一化する板状もしくはシート状の光拡散体と、光拡散体からの光を任意の視域に集光する板状もしくはシート状の一方向性光制御体が用いられている液晶装置用バックライトユニットであり、前記導光体に形成された回折格子パターンの格子線の方向と、前記一方向性光制御体に形成された光制御パターンの稜線の方向とが略直交していることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニットを提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置用のバックライトユニットに関するものであり、回折格子パターンが設けられた導光体から、液晶パネルの方向へ射出される光を拡散体により均一化し、さらに一方向性光制御パターンを用いて定められた方向へ集光し、視域を制御しうるバックライトユニットを提供するためのものである。

従来、透過型の液晶パネルの背面に用いられる照明光源である所謂バックライトには、光源からの光を均一に液晶パネルに導くために、透明樹脂からなる導光体が用いられている。図１３に示すように、この種の導光体１０に光源１２が配置されてなるバックライトユニット１４では、導光体１０の端面１１から導光体１０内に入射した光は、導光体１０の内部を全反射しながら進行する。なお、光源１２としては冷陰極管（ＣＣＦＬ）光源のような線状の光源や、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源などの点状光源が利用される。導光体１０の平面部には所々にＶ字溝１３が設けられ、Ｖ字溝１３に当たった光は、図中矢印に示すような斜めの方向に向かって射出される。

この斜めの方向に進行する光の光量分布を均一化させつつ、液晶パネル１９の方向へ導くために、拡散板１６及びプリズムシート１７，１８が用いられる。視域を確保するために、プリズムシートは２枚配置され、各々はプリズムが直交するようになっている。

図１３に示すように背面にＶ字溝１６が設けられた導光体に係る公知例としては、例えば下記特許文献１がある。

また、Ｖ字溝を用いないバックライトユニットの例として、導光体１０の底面に散乱性のドットを印刷することにより、光を拡散射出する方法もある。

一方、光源からの光を所望の方向へ効率良く導光させる光学素子として、回折格子が知られている。回折格子の典型的な構成は、等間隔に配置された平行線（格子線）の集合体であり、格子線を濃淡で表現すると振幅型回折格子、凹凸形状で表現すると位相型回折格子となる。一般に、可視光に対しては、０．５〜２μｍ程度の格子間隔（ピッチ）の回折格子が利用される。位相型回折格子としては、図１４のような断面形状が矩形状もしくは正弦波状の所謂バイナリー格子０１が知られているが、より光の利用効率（回折効率）が高く光の射出方向を厳密に制御できるものとして、図１５のような断面形状が鋸歯状のブレーズド格子０２もある。

ブレーズド格子を構成する際には、ブレーズド格子の格子間隔に応じて決定される＋１次回折光の射出角度と緩斜面による反射光の射出角が同一となるように傾斜角を決定することで、バイナリー格子よりも回折効率の高い回折光を得ることができる。

このようなバイナリー格子やブレーズド格子等の位相型回折格子を形成した導光体は、端面に配置された光源からの光を効率よく回折させ、液晶パネルの方向へ導くことができる。

回折格子を利用した導光体に係る公知例としては特許文献２がある。特許文献２では、光量分布を制御するために、単位幅における格子部幅／非格子部幅の比や格子形状を変化させた回折格子を下面に形成した導光体について述べられている。

特許文献は以下の通り。
特開平５−２６４８１９号公報 特許第２８６５６１８号公報

回折格子パターンが形成された導光体から射出した光を拡散板により拡散させる場合、光量分布を十分に均一にするためには、拡散性を高める必要があり、その場合、拡散性が高いため、視域が広くなりすぎてしまい、全体的に暗いバックライトとなってしまう。一方、視域を限定する場合、拡散性が低い拡散板を使わざるを得なくなり、その場合、光量分布を均一化することができず、全体的にムラのあるバックライトとなってしまう。

回折格子パターンが形成された導光体と拡散体の組み合わせでは、光量分布の均一性と視域の制御を両立するのは困難である。

上記課題を解決し、光源からの光を効率よく視域方向に集光するために、回折格子が形成された導光体及び光拡散体、さらに一方向性光制御体とを備えた液晶表示装置用バックライトユニットを提供する。

具体的には、請求項１に係る発明では、１つもしくは複数の光源と、下面または上面に回折格子パターンが形成された板状もしくはシート状の導光体と、導光体から射出された光の光量分布を均一化する板状もしくはシート状の光拡散体と、光拡散体からの光を任意の視域に集光する板状もしくはシート状の一方向性光制御体が用いられている液晶装置用バックライトユニットであり、前記導光体に形成された回折格子パターンの格子線の方向と、前記一方向性光制御体に形成された光制御パターンの稜線の方向とが略直交していることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニットを提供するものである。

請求項２に係る発明では、１つもしくは複数の光源と、下面に回折格子パターンが形成され、且つ、上面に光拡散パターンが形成されている板状もしくはシート状の導光体と、板状もしくはシート状の一方向性光制御体とが用いられている液晶装置用バックライトユニットであり、前記導光体に形成された回折格子パターンの格子線の方向と、前記一方向性光制御体に形成された一方向性光制御パターンの稜線の方向とが略直交していることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニットを提供するものである。

請求項３に係る発明では、１つもしくは複数の光源と、下面または上面に回折格子パターンが形成された板状もしくはシート状の導光体と、下面に光拡散体が形成され、上面に一方向性光制御体が形成されている板状もしくはシート状の光制御体とが用いられている液晶装置用バックライトユニットであり、前記導光体に形成された回折格子パターンの格子線の方向と、前記光制御体に形成された一方向性光制御パターンの稜線方向とが略直交していることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニットを提供するものである。

請求項４に係る発明では、１つもしくは複数の光源と、下面に回折格子パターンが形成され、内部に光拡散パターンが形成され、上面に一方向性光制御体が一体に形成されている板状もしくはシート状の導光体とが用いられている液晶装置用バックライトユニットであり、前記導光体の下面に形成された回折格子パターンの格子線の方向と、上面に形成された一方向性光制御パターンの稜線の方向とが略直交していることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニットを提供するものである。

請求項５に係る発明では、前記一方向性光制御パターンが、断面が略三角形状または略
台形状であるプリズムパターンであることを特徴とする請求項１乃至４何れか記載の液晶表示装置用バックライトユニットを提供するものである。

請求項６に係る発明では、前記一方向性光制御パターンが、断面が略半円状のレンチキュラーパターンであることを特徴とする請求項１乃至４何れか記載の液晶表示装置用バックライトユニットを提供するものである。

請求項７に係る発明では、前記一方向性光制御パターンの稜線の長さが略一定であることを特徴とする請求項１乃至６何れか記載の液晶表示装置用バックライトユニットを提供するものである。

請求項８に係る発明では、前記一方向性光制御パターンにおいて、隣接する凸形状間に略平坦な面があることを特徴とする請求項１乃至６何れか記載の液晶表示装置用バックライトユニットを提供するものである。

本発明により実現される液晶表示装置用バックライトには以下のような効果がある。

（１）導光体から射出された光の均一性を向上させるために、拡散板により拡散させた光を、導光体に形成された回折格子パターンの格子線の方向と略直交する方向に配した一方向性光制御体により、進行する光の方向（角度）を限定することで、任意の視域に対して明るく、且つ、光量分布の均一性が高いバックライトを実現できる。

（２）一方向性光制御体に形成する光制御パターンとしては、断面が三角形状のプリズムパターンだけでなく、半円状のレンチキュラーパターン、台形状のパターンなども用いることができる。断面が三角形状のプリズムパターンに垂直に光が入射すると反射し、光が戻されてしまうが、台形状のパターンを用いるなどすれば、垂直に入射した光もそのまま透過し、視域の中心部においてより明るい表示が可能になるなど、光量分布の調整を行うこともできる。

（３）一方向性光制御体に形成する光制御パターンの間に任意に平坦な面を確保することでも、垂直に入射した光もそのまま透過することができる。

（４）一方向性光制御体に形成する光制御パターンの稜線の長さ及び光制御パターンの配置間隔をそれぞれランダムにすることによって、稜線方向に低度の光散乱特性をもたせることができる。それにより、稜線方向への視域の拡張を行うことができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は回折格子パターン１５が形成された導光体１０と、導光体１０の一端面に配置された光源１２と、拡散板１６からなる従来の、回折格子パターンを利用したバックライトユニットの一例を示している。光源１２から導光体１０に入射した光は導光体１０中を全反射を繰り返しながら進み、回折格子パターン１５により回折し、上方へ射出される。拡散板１６により、この射出光の光量分布が均一化され、液晶パネル１９を照射する。液晶パネル１９の下部には、偏光板２０が設置される。また、導光体１０の下部には必要に応じて反射板２１等の部材が設置されることもある。

拡散板１６としては、バイト切削や、薬品を用いて表面を荒らすなどの方法を用いて微細な凹凸パターンを形成したものが利用されるが、光量分布を均一化させるためには非常
に細かい凹凸を形成する必要があり、その場合、光の散乱性も上がるため、視域外にも光が漏れてしまい、光量の損失となる。

図２は、図１のバックライトユニットを図中Ａ−Ａ’の方向に切断した際の断面図であり、導光体１０から射出した光の進行の様子を模式的に示している。光源から広がりをもって射出された光が導光体１０に入射されるので、導光体１０から射出される光は図２のように広がりをもって射出される。この光は光量分布にムラがあり、その光量分布を均一にするために、拡散体１６を通過させると、さらに光は様々な方向へ進むことになる。その結果、任意の視域に到達する光の量は著しく少なくなってしまい、十分な光量が得られない。

そこで、拡散体と液晶パネルの間に一方向性光制御体を設け、拡散体から広がりをもって射出された光を、任意の視域に到達するように進行方向を揃える。図３は拡散体１６と液晶パネル１９の間に一方向性光制御体２２を配置した場合の光の進行の様子を模式的に示したものである。導光体１０から射出された光は、従来と同様に広がりをもって拡散体１６から射出されるが、一方向性光制御体２２の機能により、一定の方向に進行方向が揃えられ、液晶パネル１９に向かう。この揃えられた光が任意の視域内に集まるので、光の損失が少なく、且つ、拡散体１６によってなされた光量分布の均一化も維持される。

一方向性光制御体とは、様々な角度から入射した光の進行方向を一定の角度内へ射出する機能をもった光機能性素子を指し、一方向性光制御パターンとしては例えば、図４のようなプリズムパターンや、図５のようなレンチキュラーパターンが挙げられる。また、図６のように断面形状が台形状であるパターンも一方向性光制御パターンに分類できる（本特許においてはこのパターンもプリズムパターンの一種とする）。プリズムシートといｓては、例えば３Ｍ社製商品名「ＢＥＦ」などを用いることができる。

図７のように、光源１２からの光を導光体の上面から射出させるための回折格子パターンは、光源からの光の主進行方向３０に対して直交するように、格子線が形成される。回折格子パターンの格子の形状や、密度等を工夫することで、光の主進行方向３０の方向へは回折格子パターン単独で光量の均一化を図ることができるが、光の主進行方向３０と直交する方向は制御が困難である。それ故、光の主進行方向３０と直交する方向については、拡散体１６の拡散性を強め、両方向の光量の均一化を図る。

拡散体から広がりをもって射出された光を一方向性光制御体によって任意の方向へ揃えて進行させるバックライトユニットの構成としては、図７に示したような、導光体１０、拡散体１６、及び一方向性光制御体２２がそれぞれ別体である構成でなくても良い。図８に示したような、下面に回折格子パターン１５、上面に拡散体１６が一体形成されている導光体１０と、一方向性光制御体２２の組み合わせでも良いし、図９のように、回折格子パターン１５が下面（もしくは上面）に形成された導光体１０と、下面に拡散体１６が形成され、上面に一方向性光制御体２２が形成された光制御体の組み合わせでも良いし、図１０のように、回折格子パターン１５と拡散体１６と一方向性光制御体２２が一体成形されている導光体１０のみの構成であっても良い。

図７に示したように、一方向性光制御パターンの稜線の長さを略一定とすると、一方向性光制御パターンの稜線の方向については、拡散板から射出された光の光量分布をほとんど変化させることなく、液晶パネルの方向に光を進行させることができる。

一方向性光制御体を構成する各々の光制御パターンを連続的に配置せずに、図１１のようにそれぞれ間隔をおいて配置し、平坦な面を確保することで、その面を通過する光については、光の進行方向を変化させずに、そのまま光を透過させることができる。導光体か
ら拡散体を通過した光の大部分が元々ある程度視域の方向へ向かっているような場合は、平坦な面を有する一方向性光制御体を利用した方が、視域の中央付近での光量が大きく、視域の端の部分での光量が小さくなり、指向性の強い光量分布が得られる。

図１２のように、一方向性光制御体の稜線を様々な長さにし、ところどころに隙間を設けることで、一方向性光制御パターンの稜線の方向に対して光の進行方向を広げ、視域を大きくすることもできる。拡散体だけでは、一方向性光制御パターンの稜線の方向への光の広がりが小さすぎる場合には、このように、一方向性光制御体そのものに低度の光拡散特性をもたせ、拡散体だけでは不十分であった光の制御を補填することができる。

一方向性光制御体を構成する光制御パターンとしては、プリズムパターンやレンチキュラーパターン等が挙げられるが、その断面形状は略一定であることが望ましい。一方向性光制御体は、母型となる凹凸パターンを金属製のスタンパー等により実現し、そのスタンパーに透明性が高く、形状の成形性が高い電離放射線硬化性樹脂等を密着、硬化させ、凹凸パターンを転写、形成することで複製することができる。断面形状が場所によらず一定であると、電離放射線硬化性樹脂の充填が均一にならなかったり、硬化時の収縮による形状変化が一定にならないことによる成形品質の不安定性を軽減することができる。

本発明は、液晶表示装置用のバックライトユニットに関する。

図１は、回折格子パターンが形成された導光体を用いたバックライトユニットの構成を示す概念分解斜視図である。 図２は、図１のＡ−Ａ’断面図であり、各光学シート間の光の進行の様子を示す模式断面図である。 図３は、図２の場合と比べ、一方向性光制御体を用いた場合の光の進行の様子を示す模式断面図である。 図４は、断面が三角形状のプリズムパターンの斜視図である。 図５は、断面が半円状のレンチキュラーパターンの斜視図である。 図６は、断面が台形状のパターンの斜視図である。 図７は、一方向性光制御体を備えたバックライトユニットの構成を示す分解概念斜視図である。 図８は、回折格子パターンと拡散体を一体化した導光体を用いたバックライトユニットの構成を示す分解概念斜視図である。 図９は、拡散体と一方向性光制御体が一体化した光学素子を用いたバックライトユニットの構成を示す分解概念斜視図である。 図１０は、回折格子パターンと拡散体と一方向性光制御体が一体成形された導光体を用いたバックライトユニットの構成を示す斜視図である。 図１１は、一方向性光制御パターン間に平坦な面を設けた一方向性光制御体の例を示す斜視図である。 図１２は、一方向性光制御パターンの稜線の長さ及び配置位置をランダムにした一方向性光制御体の例を示す斜視図である。 図１３は、Ｖ字溝が刻まれた導光体を用いたバックライトユニットの構成を示す分解概念断面図である。 図１４は、バイナリー格子の断面図である。 図１５は、ブレーズド格子の断面図である。

符号の説明

０１・・・バイナリー格子
０２・・・ブレーズド格子
１０・・・導光体
１１・・・端面
１２・・・光源
１３・・・Ｖ字溝
１４・・・バックライトユニット
１５・・・回折格子パターン
１６・・・拡散板
１７，１８・・・プリズムシート
１９・・・透過型液晶パネル
２０・・・偏光板
２１・・・反射板もしくは反射シート
２２・・・一方向性光制御体
３０・・・光の主進行方向

Claims (8)

1. １つもしくは複数の光源と、下面または上面に回折格子パターンが形成された板状もしくはシート状の導光体と、導光体から射出された光の光量分布を均一化する板状もしくはシート状の光拡散体と、光拡散体からの光を任意の視域に集光する板状もしくはシート状の一方向性光制御体が用いられている液晶装置用バックライトユニットであり、前記導光体に形成された回折格子パターンの格子線の方向と、前記一方向性光制御体に形成された光制御パターンの稜線の方向とが略直交していることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
2. １つもしくは複数の光源と、下面に回折格子パターンが形成され、且つ、上面に光拡散パターンが形成されている板状もしくはシート状の導光体と、板状もしくはシート状の一方向性光制御体とが用いられている液晶装置用バックライトユニットであり、前記導光体に形成された回折格子パターンの格子線の方向と、前記一方向性光制御体に形成された一方向性光制御パターンの稜線の方向とが略直交していることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
3. １つもしくは複数の光源と、下面または上面に回折格子パターンが形成された板状もしくはシート状の導光体と、下面に光拡散体が形成され、上面に一方向性光制御体が形成されている板状もしくはシート状の光制御体とが用いられている液晶装置用バックライトユニットであり、前記導光体に形成された回折格子パターンの格子線の方向と、前記光制御体に形成された一方向性光制御パターンの稜線方向とが略直交していることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
4. １つもしくは複数の光源と、下面に回折格子パターンが形成され、内部に光拡散パターンが形成され、上面に一方向性光制御体が一体に形成されている板状もしくはシート状の導光体とが用いられている液晶装置用バックライトユニットであり、前記導光体の下面に形成された回折格子パターンの格子線の方向と、上面に形成された一方向性光制御パターンの稜線の方向とが略直交していることを特徴とする液晶表示装置用バックライトユニット。
5. 前記一方向性光制御パターンが、断面が略三角形状または略台形状であるプリズムパターンであることを特徴とする請求項１乃至４何れか記載の液晶表示装置用バックライトユニット。
6. 前記一方向性光制御パターンが、断面が略半円状のレンチキュラーパターンであることを特徴とする請求項１乃至４何れか記載の液晶表示装置用バックライトユニット。
7. 前記一方向性光制御パターンの稜線の長さが略一定であることを特徴とする請求項１乃至６何れか記載の液晶表示装置用バックライトユニット。
8. 前記一方向性光制御パターンにおいて、隣接する凸形状間に略平坦な面があることを特徴とする請求項１乃至６何れか記載の液晶表示装置用バックライトユニット。

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