JP2007250345A - 面光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輝度ムラのない均一な光を高輝度で出射できる面光源装置を提供する。
【解決手段】この発明の面光源装置１は、内部に複数の中空部８が形成された光拡散板３と、該光拡散板３の背面側に配置された複数の光源２と、該複数の光源２の背面側に配置されたランプボックス４と、前記光拡散板３の前面側に空気層７を介して配置された光透過板５とを備えてなり、前記複数の中空部８は、前記光拡散板３の表面に対して略平行な方向に互いに離間して配置され、該中空部８の断面形状は、前記光拡散板３の表面に平行な面に関して非対称な形状であり、前記光透過板５の光出射面５ａがマット処理されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、輝度を格段に向上させることのできる面光源装置及び該面光源装置を用いて構成された高い輝度を有した液晶表示装置に関する。

なお、この明細書及び特許請求の範囲において、「光沢度」の語は、ＪＩＳ Ｚ８７４１に準拠して測定された光沢度を意味する。

液晶表示装置としては、液晶パネルの背面側に面光源装置がバックライトとして配置された構成のものが公知である。前記面光源装置としては、内面に光反射層が設けられたランプボックス内に複数の光源が配置されると共にこれら光源の前面側に光拡散板が配置された構成の面光源装置が知られている（特許文献１参照）。この特許文献１に記載された面光源装置では、光拡散板が中空に形成されているので、光源の連続発光に伴い温度が上昇しても光拡散板の反り発生を十分に防止することができるものである。
特開２００４−１５８２２４号公報

ところで、前記面光源装置としては、前面側方向に輝度ムラのない均一な光を出射できることが求められていると共に、輝度もさらに向上させることが求められている。しかしながら、上記従来の面光源装置は、必ずしもこのような要求に応えることができるものではなかった。

この発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、輝度ムラのない均一な光を高輝度で出射できる面光源装置及び輝度ムラがなく且つ高輝度の画像を表示できる液晶表示装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。

［１］内部に複数の中空部が形成された光拡散板と、
該光拡散板の背面側に配置された複数の光源と、
該複数の光源の背面側に配置されたランプボックスと、
前記光拡散板の前面側に空気層を介して配置された光透過板とを備えてなり、
前記複数の中空部は、前記光拡散板の表面に対して略平行な方向に互いに離間して配置され、該中空部の断面形状は、前記光拡散板の表面に平行な面に関して非対称な形状であり、前記光透過板の光出射面がマット処理されていることを特徴とする面光源装置。

［２］前記光透過板の光出射面の光沢度は、該光透過板の光拡散板側の面の光沢度よりも小さいものである前項１に記載の面光源装置。

［３］前記中空部の断面形状が二等辺三角形形状であり、該中空部の二等辺三角形の底辺は、前記光拡散板の表面に対して略平行状であると共に該光拡散板内において二等辺三角形の頂点の位置よりも光透過板側に配置されている前項１または２に記載の面光源装置。

［４］前記中空部の断面形状が二等辺三角形形状であり、該中空部の二等辺三角形の底辺は、前記光拡散板の表面に対して略平行状であると共に該光拡散板内において二等辺三角形の頂点の位置よりも光源側に配置されている前項１または２に記載の面光源装置。

［５］画像表示部の背面側に前項１〜４のいずれか１項に記載の面光源装置が配置されたことを特徴とする液晶表示装置。

［１］の発明では、光拡散板の表面に対して略平行な方向に互いに離間して配置された複数の中空部の断面形状は、光拡散板の表面に平行な面に関して非対称な形状（対称でない形状）であるから、光源からの入射光が光拡散板の光出射面に対して略垂直方向の前面側方向に導かれつつ拡散され得て、輝度ムラのない均一な光を出射させることができる。更に、光拡散板の前面側に配置された光透過板は、その光出射面がマット処理されていると共に、該光透過板は、光拡散板の前面側に空気層を介して配置されているので、輝度を顕著に向上させることができる。

［２］の発明では、光透過板の光出射面の光沢度は、該光透過板の光拡散板側の面の光沢度よりも小さいから、輝度をより向上させることができる。

［３］［４］の発明では、光拡散板の中空部の断面形状が、簡単な二等辺三角形形状であるから、成形しやすく成形安定性に優れていて、高品質の面光源装置が提供される。

［５］の発明では、輝度ムラのない高輝度の画像を表示できる液晶表示装置が提供される。

この発明に係る液晶表示装置（３０）の第１実施形態を図１に示す。図１において、（１）は面光源装置、（１０）は液晶パネル（画像表示部）である。

前記液晶パネル（１０）は、液晶セル（１１）と、該液晶セル（１１）の上下両側に配置された偏光板（１２）（１３）とを備えている。

前記面光源装置（１）は、前記下側の偏光板（１３）の下面側（背面側）に配置されている。この面光源装置（１）は、平面視矩形状で上面側（前面側）が開放された薄箱型形状のランプボックス（４）と、該ランプボックス（４）内に相互に離間して配置された複数の光源（２）と、これら複数の光源（２）の上方側（前面側）に配置された光拡散板（３）と、該光拡散板（３）の上方側（前面側）に空気層（７）を介して配置された光透過板（５）とを備えている。前記光透過板（５）の光出射面（前面）はマット処理されている。また、前記ランプボックス（４）の内面には光反射層（図示しない）が設けられている。

前記光拡散板（３）の内部に複数の筒状の中空部（８）が形成されており、これら複数の筒状中空部（８）は、前記光拡散板（３）の表面に対して略平行な方向（図１で水平方向）に相互に離間して配置されている。また、前記複数の筒状中空部（８）は、互いに平行状に配置されている（隣り合う筒状中空部の軸線が互いに平行状になるように配置されている）。また、前記筒状中空部（８）の軸線方向は、前記光拡散板（３）の表面に対して略平行状である。また、前記筒状中空部（８）の断面形状（筒状中空部の軸線に直交する面で切断した断面形状）は、前記光拡散板（３）内における該光拡散板（３）の表面に平行な面（Ｆ₁）（Ｆ₂）（Ｆ₃）…のいずれに関しても非対称な形状である（図２参照）。即ち、本実施形態では、筒状の中空部（８）の断面形状（筒状中空部の軸線に直交する面で切断した断面形状）が二等辺三角形形状であり、該中空部（８）の二等辺三角形の底辺は、前記光拡散板（３）の表面に対して略平行状である。また、前記中空部（８）の二等辺三角形の底辺は、光拡散板（３）内において二等辺三角形の頂点の位置よりも光透過板（５）側（前面側）に配置されている。即ち、図２において、ｐ＞Ｗ＞０になるように配置されている。この第１実施形態では、次式＜１＞を満足するように構成されるのが好ましい（図２参照）。

上記構成に係る面光源装置（１）では、光源（２）からの入射光が光拡散板（３）の光出射面に対して略垂直方向の前面側方向に導かれつつ拡散され得て、輝度ムラのない均一な光を出射させることができる。特に、上記式＜１＞を満足するように構成されている場合には、より一層輝度ムラのない均一な光を出射させることができる。更に、光拡散板（３）の前面側に配置された光透過板（５）は、その光出射面（５ａ）がマット処理されていると共に、該光透過板（５）は、光拡散板（３）の前面側に空気層（７）を介して配置されているので、輝度を顕著に向上させることができる。しかして、このような面光源装置（１）が液晶パネル（１０）の背面側に配置されてなる本発明の液晶表示装置（３０）は、輝度ムラがない上に輝度が格段に向上した画像を表示することができる。

図３に、この発明の液晶表示装置（３０）の第２実施形態を示す。前記光拡散板（３）の筒状中空部（８）の二等辺三角形の底辺が、光拡散板（３）内において二等辺三角形の頂点の位置よりも光源（２）側（背面側）に配置された構成が採用されている点を除いては、図１に示す液晶表示装置の構成と同様であるので、同一の構成部については同一の符号を付してその説明は省略する。即ち、図４において、ｐ＞Ｗ＞０になるように配置されている。この第２実施形態では、次式＜２＞を満足するように構成されるのが好ましい（図４参照）。

図３に示す面光源装置（１）では、前記同様に、光源（２）からの入射光が光拡散板（３）の光出射面に対して略垂直方向の前面側方向に導かれつつ拡散され得て、輝度ムラのない均一な光を出射させることができる。特に、上記式＜２＞を満足するように構成されている場合には、より一層輝度ムラのない均一な光を出射させることができる。更に、光拡散板（３）の前面側に配置された光透過板（５）は、その光出射面（５ａ）がマット処理されていると共に、該光透過板（５）は、光拡散板（３）の前面側に空気層（７）を介して配置されているので、輝度を顕著に向上させることができる。しかして、このような面光源装置（１）が液晶パネル（１０）の背面側に配置されてなる本発明の液晶表示装置（３０）は、輝度ムラがない上に輝度が格段に向上した画像を表示することができる。

図５に、この発明の液晶表示装置（３０）の第３実施形態を示す。前記光拡散板（３）の内部に設けられた複数の筒状中空部（８）の断面形状（筒状中空部の軸線に直交する面で切断した断面形状）が台形形状であり、該台形形状の長い方の底辺が前記光拡散板（３）の表面に対して略平行状であり、光拡散板（３）内において台形形状の長い方の底辺が短い方の底辺よりも光源（２）側に配置された構成が採用されている点を除いては、図１に示す液晶表示装置の構成と同様であるので、同一の構成部については同一の符号を付してその説明は省略する。このように本第３実施形態においても、筒状中空部（８）の断面形状（筒状中空部の軸線に直交する面で切断した断面形状）は、前記光拡散板（３）内における該光拡散板（３）の表面に平行な面のいずれに関しても非対称な形状が採用されているから、前記第１、２実施形態と同様の効果が得られる。なお、この第３実施形態では、次式＜３＞及び次式＜４＞を満足するように構成されるのが好ましい（図６参照）。

上記いずれの実施形態においても、角度θは、前記各式より導き出される値に対して±５°の範囲まで許容されるが、特に好ましい許容範囲は前記各式より導き出される値に対して±３°の範囲である。なお、上記いずれの実施形態も、光源（２）の水平方向における配置位置は特に制限されない。

この発明において、前記光透過板（５）の光出射面（５ａ）はマット処理（粗面化処理）されているが、このマット処理の手法は特に限定されない。例えば、光透過板（５）の光出射面（５ａ）にエンボスロールを用いて凹凸を転写することによりマット処理しても良いし、或いは光透過性基板の平滑な表面に、微粒子及びバインダー樹脂を含有した液をコーティングすることによりマット処理するようにしても良く、特に限定されない。

また、前記光透過板（５）の光出射面（５ａ）の光沢度は、該光透過板（５）の光拡散板（３）側の面の光沢度よりも小さくなっているのが好ましい。この場合には、輝度をさらに向上させることができる利点がある。

前記光透過板（５）の構成素材は、特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート、アクリル系樹脂、ポリカーボネート等が挙げられる。また、前記光透過板（５）の厚さは、特に限定されないが、通常０．１〜１０ｍｍに設定される。

また、前記光透過板（５）と前記光拡散板（３）の間に空気層（７）が設けられているが、この空気層（７）の厚さは、特に限定されないが、通常０．０１〜５ｍｍに設定される。

この発明において、前記光拡散板（３）としては、光拡散機能を有する板であれば特に限定されずどのようなものでも使用できる。例えば、アクリル系樹脂に、光拡散粒子であるポリスチレン粒子、シリコーン粒子等の樹脂粒子、炭酸カルシウム粒子、硫酸バリウム粒子、酸化チタン粒子、アルミナ粒子等の無機粒子等を含有せしめた組成物を成形してなる光拡散板、アクリル系樹脂に屈折率異方性を有する粒子を配向含有せしめてなる光拡散板、或いは光拡散粒子を含有しないものであっても板の表面形状や内部構造等により光拡散機能を付与せしめた光拡散板等が挙げられる。前記光拡散板（３）の厚さは、特に限定されないが、通常０．２〜２０ｍｍに設定され、好ましくは０．５〜１０ｍｍに設定される。

また、前記光拡散板（３）における光拡散機能部（光拡散粒子含有部等）は、光拡散板（３）の光源（２）側の表面の近傍位置にあっても良いし、或いは光拡散板（３）の光透過板（５）側の表面の近傍位置（前面側の表面の近傍位置）にあっても良いし、或いは光拡散板（３）の全体にわたっていても良い。

また、前記光拡散板（３）の内部の筒状中空部（８）の断面形状（筒状中空部の軸線に直交する面で切断した断面形状）は、該光拡散板（３）の表面に平行な面のいずれに関しても非対称な形状であれば特に限定されない。

また、前記光源（２）としては、特に限定されないが、例えば蛍光管、ハロゲンランプ、タングステンランプ、発光ダイオード等が挙げられる。

この発明に係る面光源装置（１）、液晶表示装置（３０）は、上記実施形態のものに特に限定されるものではなく、請求の範囲内であれば、その精神を逸脱するものでない限りいかなる設計的変更をも許容するものである。

次に、この発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。

＜実施例１＞
スチレン・メタクリル酸メチル共重合体９２質量部、架橋スチレン樹脂粒子（積水化成品工業株式会社製の「ＳＢＸ６」）（光拡散剤）８質量部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤（住友化学株式会社製の「スミソーブ２００」）０．５質量部、酸化防止剤（住友化学株式会社製の「スミライザーＧＰ」）０．２質量部をヘンシェルミキサーで混合した後、押出機で溶融混練して押出すことによって、図１、２に示すように断面形状が二等辺三角形形状の筒状中空部（８）を備えた光拡散板（３）を製作した。この光拡散板（３）において、Ｗ：０．７ｍｍ、ｐ：２．９ｍｍ、Ｌ：２１．０ｍｍ、ｄ：１３．０ｍｍ、θ：１０３度、ｈ：１．１ｍｍ、ｎ（屈折率）：１．５７であった（図２参照）。

次に、この光拡散板（３）を用いて前述した図１に示す構成の液晶表示装置（３０）を製作した。なお、光透過板（５）としては、光出射面（５ａ）の光沢度が８．６で、光拡散板側の面の光沢度が９０．５である厚さ０．２０ｍｍのポリエチレンテレフタレート板を用いた。また、光源（２）として蛍光管を用いた。

なお、前記押出機の先端に取り付けたダイスの吐出口近傍位置での断面構造は、図７に示すとおりであり、ダイス（４０）に水平方向に長い矩形状の吐出口（４１）が設けられ、該吐出口（４１）内に二等辺三角形形状の中子（４２）…が挿入配置された構成である。このような二等辺三角形形状の中子（４２）…が配置されていることにより、断面形状が二等辺三角形形状の筒状中空部（８）を備えた光拡散板（３）が押出成形される。

＜比較例１＞
光透過板（５）を設けない構成とした以外は、実施例１と同様の構成からなる液晶表示装置を製作した。

＜実施例２＞
スチレン・メタクリル酸メチル共重合体９９．５質量部、架橋ＭＭＡ粒子（積水化成品工業株式会社製の「ＭＢＸ５」）（光拡散剤）０．５質量部、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤（住友化学株式会社製の「スミソーブ２００」）０．５質量部、酸化防止剤（住友化学株式会社製の「スミライザーＧＰ」）０．２質量部をヘンシェルミキサーで混合した後、押出機で溶融混練して押出すことによって、図１、２に示すように断面形状が二等辺三角形形状の筒状中空部（８）を備えた光拡散板（３）を製作した。この光拡散板（３）において、Ｗ：０．８ｍｍ、ｐ：２．９ｍｍ、Ｌ：２１．０ｍｍ、ｄ：１３．０ｍｍ、θ：１０６度、ｈ：１．０ｍｍ、ｎ（屈折率）：１．５７であった（図２参照）。

次に、この光拡散板（３）を用いて前述した図１に示す構成の液晶表示装置（３０）を製作した。なお、光透過板（５）としては、光出射面（５ａ）の光沢度が８．６で、光拡散板側の面の光沢度が９０．５である厚さ０．２０ｍｍのポリエチレンテレフタレート板を用いた。また、光源（２）として蛍光管を用いた。

＜比較例２＞
光透過板（５）を設けない構成とした以外は、実施例２と同様の構成からなる液晶表示装置を製作した。

＜実施例３＞
スチレン・メタクリル酸メチル共重合体を押出機で溶融混練して押出すことによって、図１、２に示すように断面形状が二等辺三角形形状の筒状中空部（８）を備えた光拡散板（３）を製作した。この光拡散板（３）において、Ｗ：０．８ｍｍ、ｐ：２．９ｍｍ、Ｌ：２１．０ｍｍ、ｄ：１３．０ｍｍ、θ：１１０度、ｈ：１．０ｍｍ、ｎ（屈折率）：１．５７であった（図２参照）。

次に、この光拡散板（３）を用いて前述した図１に示す構成の液晶表示装置（３０）を製作した。なお、光透過板（５）としては、光出射面（５ａ）の光沢度が８．６で、光拡散板側の面の光沢度が９０．５である厚さ０．２０ｍｍのポリエチレンテレフタレート板を用いた。また、光源（２）として蛍光管を用いた。

＜比較例３＞
光透過板（５）を設けない構成とした以外は、実施例３と同様の構成からなる液晶表示装置を製作した。

上記のようにして得られた各液晶表示装置について下記評価法に従い評価を行った。その結果を表１に示す。

＜輝度評価法＞
各液晶表示装置（３２型；光拡散板のサイズ７０２ｍｍ×４２８ｍｍ）について光源を点灯した状態でマルチポイント輝度計を用いて７０×５０点の輝度を測定し、これらの平均値（ｃｄ／ｍ²）を求めた。

＜輝度ムラの有無＞
目視により画像における輝度ムラの有無を調べた。

表から明らかなように、この発明の実施例１〜３の液晶表示装置は、高い輝度を有すると共に輝度ムラもなく高品質の画像を表示することができた。

これに対し、光出射面がマット処理された光透過板が設けられていない比較例１〜３では、輝度ムラはないものの、十分な高輝度は得られなかった。

この発明に係る液晶表示装置の第１実施形態を示す模式的断面図である。 図１の液晶表示装置における光拡散板と光源を拡大して示す模式図である。 この発明に係る液晶表示装置の第２実施形態を示す模式的断面図である。 図３の液晶表示装置における光拡散板と光源を拡大して示す模式図である。 この発明に係る液晶表示装置の第３実施形態を示す模式的断面図である。 図５の液晶表示装置における光拡散板と光源を拡大して示す模式図である。 押出ダイスの吐出口近傍位置での断面図である。

符号の説明

１…面光源装置
２…光源
３…光拡散板
４…ランプボックス
５…光透過板
５ａ…光出射面
７…空気層
８…中空部
１０…液晶パネル
１１…液晶セル
１２…偏光板
１３…偏光板
３０…液晶表示装置

Claims (5)

1. 内部に複数の中空部が形成された光拡散板と、
   該光拡散板の背面側に配置された複数の光源と、
   該複数の光源の背面側に配置されたランプボックスと、
   前記光拡散板の前面側に空気層を介して配置された光透過板とを備えてなり、
   前記複数の中空部は、前記光拡散板の表面に対して略平行な方向に互いに離間して配置され、該中空部の断面形状は、前記光拡散板の表面に平行な面に関して非対称な形状であり、前記光透過板の光出射面がマット処理されていることを特徴とする面光源装置。
2. 前記光透過板の光出射面の光沢度は、該光透過板の光拡散板側の面の光沢度よりも小さいものである請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記中空部の断面形状が二等辺三角形形状であり、該中空部の二等辺三角形の底辺は、前記光拡散板の表面に対して略平行状であると共に該光拡散板内において二等辺三角形の頂点の位置よりも光透過板側に配置されている請求項１または２に記載の面光源装置。
4. 前記中空部の断面形状が二等辺三角形形状であり、該中空部の二等辺三角形の底辺は、前記光拡散板の表面に対して略平行状であると共に該光拡散板内において二等辺三角形の頂点の位置よりも光源側に配置されている請求項１または２に記載の面光源装置。
5. 画像表示部の背面側に請求項１〜４のいずれか１項に記載の面光源装置が配置されたことを特徴とする液晶表示装置。

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