JP2006301326A

JP2006301326A - 導光板および液晶表示装置

Info

Publication number: JP2006301326A
Application number: JP2005123318A
Authority: JP
Inventors: Shingo Maruyama; 伸吾丸山
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】導光板内を伝搬する光のうち、光を射出させるための利用が困難な角度の光についても有効利用することが可能な角度に変換させ、高い光の利用効率を実現する上で好適な導光板を提案する。
【解決手段】導光板の一方の端面に光源を配し、前記導光板に入射した光を均一に上面へ射出させて面光源とするエッジライト方式のバックライト・ユニットに用いられる導光板において、液晶パネル側に面する導光板の前面に、断面形状が略三角形状である線状の凹部が、光源を配した導光板の端面側から他方の終端側にかけて一方向に並設されてなり、前記三角形の一辺は、導光板の射出面に平行であり、前記射出面の法線方向に対して、他の二辺のうち一辺のなす角度が他辺よりも大きい傾斜面であり、前記凹部には、導光板よりも屈折率の低い透光性材料が埋められた構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示光を生成するための内蔵光源（バックライト）を具備する液晶表示装置におけるバックライト・ユニットの改良に関する。
更に詳しくは、表示画面に対して側面に配置される光源からの光を導光して、光射出面より液晶パネル（ＬＣＤパネル）側に光を射出する構成の、所謂エッジライト式のバックライト・ユニットにおける導光板の改良に関する。

透過型のＬＣＤ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ＬＣＤパネルに導くために、透明樹脂からなる導光板が用いられている。
従来のエッジライト方式のバックライトの構造を図４に示す。

透過型ＬＣＤのバックライトとして、線状あるいは点状の光源１４を導光板１０の横に置いたエッジライト方式のバックライト・ユニットでは、光源からの光は導光板内を全反射を繰り返しながら進む。（以後、光の挙動を示す用語として、伝播，伝搬，導光など、同様の意味で混在して用いる。）
そして、導光板の背面１７に配した反射拡散面やプリズム２０，回折光学素子などにより、導光板の射出面１６に向かって射出される。
背面から漏れ出た光は反射板１８によって導光板内に戻される。
また、射出面の上には拡散シート１９を配置した構造になっている。

導光板１０の端面から入射して、導光板１０内を伝播する光を射出面（同図の上側）から取り出すための手段として、プリズム２０を用いない例としては、導光板１０の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や、導光板１０の背面に回折格子を形成する方法（特許文献１）も提案されている。
特開平７−２４８４９６号公報

導光板の射出面側に光を射出させるための素子として、背面側に配している拡散反射層，プリズム，回折格子などの各種素子による光の利用効率が、それら素子に対する光の入射角度に大きく依存する場合、通常、導光板内を伝搬する光の角度は正面の法線方向に対し、略４０°から９０°と幅広く存在しているため（導光板基材の屈折率が１．５程度の場合）、各種素子が有効に機能する入射角度が限定されるため、利用できる光は限られてしまう。

本発明は、導光板内を伝搬する光のうち、光を射出させるための利用が困難な角度の光についても有効利用することが可能な角度に変換させ、高い光の利用効率を実現する上で好適な導光板を提案することを目的とする。

本発明の請求項１に係る導光板は、図１を用いて説明すると、
導光板１０の一方の端面に光源１４を配し、前記導光板１０に入射した光を均一に上面へ射出させて面光源とするエッジライト方式のバックライト・ユニットに用いられる導光板において、
液晶パネル（図示せず）側に面する導光板１０の射出面１６に、断面形状が略三角形状である線状の凹部が、光源１４を配した導光板１０の端面側から他方の終端側にかけて一方向に並設されてなり、
前記三角形の一辺は、導光板の射出面に平行であり、
前記射出面の法線方向に対して、他の二辺のうち一辺（１３）のなす角度が他辺（１２）よりも大きい傾斜面１３であり、
前記凹部には、導光板よりも屈折率の低い透光性材料１１が埋められた構成であることを特徴とする。

前記凹部は、射出面内で複数本の線状に並設されてなる構成でなく、射出面内で２次元配列された構成でも良い。
上記構成に係る本発明の請求項４に係る導光板は、
導光板１０の一方の端面に光源１４を配し、前記導光板１０に入射した光を均一に上面へ射出させて面光源とするエッジライト方式のバックライト・ユニットに用いられる導光板において、
導光板１０の射出面に、断面形状が略三角形状である三角錐もしくは四角錐の凹部が、面内に２次元配列されてなり、
前記三角形の一辺は、導光板の射出面に平行であり、
前記射出面の法線方向に対して、他の二辺のうち一辺（１３）のなす角度が他辺（１２）よりも大きい傾斜面１３であり、
前記凹部には、導光板よりも屈折率の低い透光性材料１１が埋められた構成であることを特徴とする。

請求項２の本発明は、光を射出面１６に出力する素子として、回折光学素子１５を背面に配した導光板１０である。
回折光学素子による回折効率を考慮する場合、前記素子への光の入射角度も１つの要因である。
また、入射光がある一定の範囲の角度分布であるため、ある角度の回折光のみを用いることができるので、回折光学素子のもつ波長分散をなくすための複雑な構造は不要になるなど、設計が容易になる。

請求項３の本発明は、射出面の低屈折率三角形を、光が導光される平均的な方向である平均導光方向Ｆに対して直交するように配している。
従って、光が一様に伝搬し、また、製作も容易になる。

本発明によれば、特殊な光学フィルムなどを用いる必要がなく、バックライト・ユニットを少ない部材構成で実現することが可能となるだけでなく、導光板の背面に形成した射出用光学素子としての回折光学素子の機能が十分に発揮され、極めて均一な射出光分布を奏する導光板を構成することが可能である。

本発明の導光板による光学特性を、図２，図３を用いて説明する。
導光板内の光で射出面１６とのなす角（θ_in1）が大きい光は、第１側斜面１２より、低屈折率材料の充填された三角形の凹部（以降は、低屈折率三角形とも称する）１１に入射し、なす角が小さくなって（θ_out1）第２側斜面１３より高屈折率な基材（導光板）に射出される。（図２）
図２の場合、θ_in1 ＞ θ_out1 の関係である。

また、射出面１６とのなす角(θ_in2)が小さい光は、第２側斜面１３より、低屈折率三角形１１に入射し、なす角が大きくなって(θ_out2)第２側斜面１３より高屈折率基材に射出される。
あるいは、第２側斜面１３で全反射し、なす角が大きくなる。（図３）
図３の場合、θ_in2 ＜ θ_out２の関係である。

以上のように、θ_in2 からθ_in1 の広い範囲内で導光板内を伝搬する光は、θ_out1 からθ_out２の範囲に変換され、相対的に狭い角度範囲で導光板内を伝搬することになる。
これにより、導光板内の光の角度をある適当な範囲に留めることが可能となる。
さらに、線状あるいは点状に配した低屈折率三角形１１の向きを調整することによって、光の伝搬方向を自由に設定することが可能となる。

以下、本発明の実施例ついて図面を参照しながら説明する。
図１に示す構造の本実施例による導光板では、導光板基材の屈折率＝１．６，低屈折率三角形の屈折率＝１．５とし、断面形状が略三角形の凹部は、射出面の法線方向とのなす角度については、低屈折率三角形の第１側斜面を０°，第２側斜面を７５°とした。

また、導光板１０の背面には、６４０ｎｍ間隔の回折格子１５を配している。
この回折格子は５３２ｎｍの光が５５°で入射したとき、０度方向に光を回折するように設計されている。

導光板１０のさらに背面側には、反射シート１８を、射出面には拡散シート１９を配置して、図１に示す構成のバックライト・ユニットとした。

導光板１０内を光源１４から入射した光が導光するとき、約５５°以上の光は第２側斜面では全反射を起こすので、反射によって角度を変えるか、第１側斜面から低屈折率三角形に入射する。
よって、角度は小さくなって高屈折率基材（導光板１０内）に射出される。
また、約３８．７°から５４．６°の光の多くは第２側斜面より低屈折率三角形に入射し、角度を大きくして射出される。
以上により、導光板内を伝搬する光は５５°付近の光に変換され、また、背面に配している回折格子により、５３２ｎｍの波長の光は回折され、射出面から光は射出される。

以上説明したように、導光板内を広い角度範囲（４０〜９０°）で伝搬する光は、低屈折率三角形の作用により、特定の角度範囲（５５°を中心として、４０〜９０°よりも狭い角度範囲）に変換されて、導光板背面の回折格子（５５°の入射光に対して、高い回折機能を奏する）に入射するようになる成分が多くなり、バックライト・ユニットとして高い光の利用効率を実現することが可能となり、液晶表示装置としては、高い輝度の表示画像が視覚可能となる。

本発明の導光板を用いたバックライト・ユニットの構成概略を示す断面図。本発明の導光板に形成した低屈折率三角形による光学特性を示す説明図。本発明の導光板に形成した低屈折率三角形による光学特性を示す説明図。従来技術に係るのエッジライト方式のバックライト・ユニットの構成概略を示す断面図。

符号の説明

１０…導光板
１１…低屈折率三角形
１２…第１側斜面
１３…第２側斜面
１４…光源
１５…回折光学素子
１６…射出面
１７…背面
１８…反射板
１９…拡散シート
２０…プリズム

Claims

導光板の一方の端面に光源を配し、前記導光板に入射した光を均一に上面へ射出させて面光源とするエッジライト方式のバックライト・ユニットに用いられる導光板において、
液晶パネル側に面する導光板の前面（以下、射出面と称する）に、断面形状が略三角形状である線状の凹部が、光源を配した導光板の端面側から他方の終端側にかけて一方向に並設されてなり、
前記三角形の一辺は、導光板の射出面に平行であり、
前記射出面の法線方向に対して、他の二辺のうち一辺のなす角度が他辺よりも大きい傾斜面であり、
前記凹部には、導光板よりも屈折率の低い透光性材料が埋められた構成であることを特徴とする導光板。
導光板の射出面と対向する面（以下、背面と称する）に、光源から入射して導光板内を伝搬する光を射出面の法線方向に向けて回折する回折光学素子を配していることを特徴とする請求項１記載の導光板。
光源から入射する光が導光される平均的な方向である平均導光方向に対して直交するように、前記三角形の傾斜面を配したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導光板。
導光板の一方の端面に光源を配し、前記導光板に入射した光を均一に上面へ射出させて面光源とするエッジライト方式のバックライト・ユニットに用いられる導光板において、
導光板の射出面に、断面形状が略三角形状である三角錐もしくは四角錐の凹部が、面内に２次元配列されてなり、
前記三角形の一辺は、導光板の射出面に平行であり、
前記射出面の法線方向に対して、他の二辺のうち一辺のなす角度が他辺よりも大きい傾斜面であり、
前記凹部には、導光板よりも屈折率の低い透光性材料が埋められた構成であることを特徴とする導光板。
導光板の背面に、光源から入射して導光板内を伝搬する光を射出面の法線方向に向けて回折する回折光学素子を配していることを特徴とする請求項４記載の導光板。
請求項１〜５の何れかに記載の導光板を用いたエッジライト方式のバックライト・ユニットを具備する液晶表示装置。