JP2007503007A - バックライト装置 - Google Patents

Abstract

異方性プリズムシート１５は、その表面にプリズム形状の複数の突起１７を有している。この突起１７は、比較的緩やかな第１斜面（緩斜面）１７ａと、比較的急な第２斜面（急斜面）１７ｂとで構成されている。ここでは、第２斜面１７ｂ側の底角１７ｄをα°とし、第１斜面１７ａ側の底角１７ｃをβ°とする。このような構造を有する異方性プリズムシート１５に底面１５ａ側（導光板１１側）から光が入射すると、第１斜面１７ａにおいて主に略鉛直方向（鉛直方向に対して比較的小さい角度を有する方向）に光を出射し（矢印Ｘ）、第２斜面１７ｂにおいて主に斜め方向（鉛直方向に対して比較的大きい角度を有する方向）に光を出射する（矢印Ｙ）。

Description

本発明は液晶表示装置の光源として使用するバックライト装置に関し、特に、輝度向上フィルムを用いたバックライト装置に関する。

透過型液晶表示装置又は半透過型液晶表示装置においては、一部外界の光を利用するが、主に装置内に搭載された光源を用いている。この光源として、バックライトが使用されている。

このバックライトは、液晶セルの背面側から光を供給するために、装置の表示がわから見て液晶セルの背面側に配置される。このバックライトは、液晶セルの背面側の表面に対向して略平行にその主面が並設された導光板（ライトガイド）と、導光板の端面側に配置され、この端面に光を入射するエッジライト（サイドライト）とから主に構成される。また、導光板の液晶セル側と反対側には、反射シートが配置される。

このような構成において、エッジライトからの光は、導光板内を伝搬し、その導光板に施された光出射手段及び導光板の外側に配置された反射シートで反射されることにより液晶セルに向けてその伝搬方向を変えられ、液晶セルに入射する。

従来のバックライトでは、導光板から液晶セルに集光して、液晶パネルの輝度を向上させるために、表面にプリズム形状の複数の突起を有するプリズムシートを導光板の液晶セル側に配置する。

従来のプリズムシートとしては、図１に示すものがある。このプリズムシート１は、その表面にプリズム形状の複数の突起２を有している。この突起２は、そのすべての頂角が約９０°に設定されている。導光板の下面（平坦面）側から入射した種々の方向の光は、プリズムシート１の突起２により略鉛直方向に向きを変えられる（図中矢印）。このように、プリズムシート１を導光板の液晶セル側に配置することにより、導光板からの種々の方向の光を略鉛直方向に向けることができ、集光性が向上して液晶パネルの垂直輝度を向上することができる。

一方、近年、液晶パネルの垂直輝度を向上させると共に、広い輝度視野角（十分な輝度を発揮する視野角）を実現できる液晶表示装置が望まれている。しかしながら、上述したプリズムシート１は、垂直輝度を向上させることに特化して突起が設計されているため、輝度視野角が犠牲となっている。このため、従来のプリズムシートを用いたバックライトを備えた液晶表示装置では、広い輝度視野角を実現することは不可能であった。

本発明の目的は、垂直輝度を向上させると共に、広い輝度視野角を得ることができる液晶表示装置を実現できるバックライト装置を提供することである。

本発明のバックライト装置は、対向する一対の主面及び端面を有し、一方の前記端面に配置された光源からの光を導く導光手段と、前記導光手段の一方の主面側に設けられ、前記主面の略法線方向及び法線方向に対して所定の角度を持つ方向に光を出射する輝度・輝度視野角向上手段と、前記導光手段の他方の主面上に設けられた反射手段と、を具備する。

この構成によれば、導光手段の一方の主面の略法線方向及び法線方向に対して所定の角度を持つ方向に光を出射することができるので、垂直輝度を向上させると共に、法線方向に対して所定の角度を持つ方向の輝度も向上させることができる。その結果、広い範囲にわたって十分な輝度を発揮することができる液晶表示装置を実現することが可能となる。

本発明のバックライト装置においては、前記輝度・輝度視野角向上手段は、主面上に複数の突起を有する異方性プリズムシートであることが好ましい。

本発明のバックライト装置においては、前記異方性プリズムシートの前記突起は、７５°〜９０°の底角α及び４５°〜６０°の底角βを有することが好ましい。本発明のバックライト装置においては、前記異方性プリズムシートの前記突起は、８５°の底角α及び５０°の底角βを有することが好ましい。この場合、突起の底角αが光源側に位置することが好ましい。

本発明のバックライト装置においては、前記導光手段と前記輝度・輝度視野角向上手段との間に拡散手段を有することが好ましい。

本発明のバックライト装置においては、前記拡散手段と前記輝度・輝度視野角向上手段との間に主面上に複数の突起を有する等方性プリズムシートを有することが好ましい。

本発明のバックライト装置においては、前記異方性プリズムシートが、前記突起の稜線が前記等方性プリズムシートの突起の稜線と略直交するように配置されることが好ましい。

本発明の液晶表示装置は、上記バックライト装置を備えたものである。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施の形態に係るバックライト装置の概略構成を示す図である。本発明のバックライト装置は、主面１１ａ及び端面１１ｂを有する導光板（ライトガイド）１１を有する。導光板１１の一方の端面側には、エッジライト（サイドライト）１２が配置されている。このエッジライトとしては、通常ＬＥＤが用いられる。

導光板１１の液晶セル側の主面１１ａ上には、導光板１１から出射された光を拡散する拡散シート１３が配置されている。この拡散シート１３は、パネル表示面から見たときにバックライトの存在が認識されないようにすることができる。なお、この拡散シート１３は、必ずしも配置する必要はない。

拡散シート１３上には、等方性プリズムシート１４が配置されている。この等方性プリズムシート１４としては、例えばＢＥＦ（住友３Ｍ社製、商品名）などを用いることができる。この等方性プリズムシート１４は、その表面にプリズム形状の複数の突起が形成されており、その突起の稜線が光源からの光の進行方向に沿った形で配置される。これにより、等方性プリズムシートが光源からの光の進行方向に対して左右方向の光の制御を行う。したがって、この等方性プリズムシート１４を設けることにより、光源からの光の進行方向に対して左右方向の集光性を高めて輝度を向上させることができる。このため、後述する異方性プリズムシートと組み合わせて用いることにより、垂直輝度及び広視野角方向の輝度をより一層向上することが可能となる。

等方性プリズムシート１４上には、輝度・輝度視野角向上手段である異方性プリズムシート１５が配置されている。この異方性プリズムシート１５は、具体的には、図３に示す構造を有する。図３は、本発明の一実施の形態に係るバックライト装置のプリズムシートの一部を示す図である。

異方性プリズムシート１５は、その表面にプリズム形状の複数の突起１７を有している。この突起１７は、比較的緩やかな第１斜面（緩斜面）１７ａと、比較的急な第２斜面（急斜面）１７ｂとで構成されている。ここでは、第２斜面１７ｂ側の底角１７ｄをα°とし、第１斜面１７ａ側の底角１７ｃをβ°とする。この突起１７の稜線は、光源からの光の進行方向に略直交する方向（紙面の奥行き方向）に沿った形で配置される。すなわち、異方性プリズムシート１５は、その突起１７の稜線が等方性プリズムシートの突起の稜線と略直交するように配置される。これにより、異方性プリズムシート１５は、光源からの光の進行方向の光の制御を行う。

このような構造を有する異方性プリズムシート１５に底面１５ａ側（導光板１１側）から光が入射すると、第１斜面１７ａにおいて主に略鉛直方向（鉛直方向に対して比較的小さい角度を有する方向）に光を出射し（矢印Ｘ）、第２斜面１７ｂにおいて主に斜め方向（鉛直方向に対して比較的大きい角度を有する方向）に光を出射する（矢印Ｙ）。

底角αとβは、上記のように主に略鉛直方向に光を出射すると共に、主に斜め方向に光を出射することができるように設定することが望ましい。主に斜め方向は、バックライト装置の輝度視野角に応じて適宜決定する。

底角αとβについては、αが７５°〜９０°であることが望ましく、βが４５°〜６０°であることが好ましい。また、底角α，βの組み合わせは、例えばαが約８５°であり、βが５０°であることが好ましい。

異方性プリズムシート１５の材料としては、屈折率が１．４〜１．６である材料が好ましい。例えば、異方性プリズムシート１５の材料として、アクリル系、ノルボルネン系、ポリカーボネートなどの樹脂材料を挙げることができる。

導光板１１の液晶セル側と反対側（拡散シート１３が配置されていない側）には、反射シート１６が配置されている。

ここで、本発明に係るバックライト装置における異方性プリズムシートの機能について図４及び図５を用いて詳細に説明する。図４及び図５は、図３に示すプリズムシートにおける光路を説明するための図である。なお、図４及び図５において、光源であるＬＥＤは、紙面向って左側に配置されており、紙面向って左側から右側に向って光が導光板内を進行する。

図４に示すように、鉛直方向に対してθ１の角度をもって異方性プリズムシート１５に入射する光Ａは、異方性プリズムシート１５の底面１５ａで屈折し、その後突起１７の第１斜面１７ａでさらに屈折して液晶セルに向けて異方性プリズムシート１５から出射する。このとき、突起１７の底角αが光源側に位置するので、出射光は、鉛直方向に対してθ２の角度をもつ。この光は、略鉛直方向に向けて出射されるので、垂直輝度の向上に寄与する。

この場合、入射角θ１、出射角θ２、底角α及び底角βの関係は、以下の式（１）に示すようになる。
θ２＝β＋sin^−１［ｎ１×sin｛β−sin^−１（sinθ１）／ｎ１｝］
…式（１）

ここで、ｎ１は異方性プリズムシートの屈折率を表す。

また、図５に示すように、鉛直方向に対してθ１’の角度をもって異方性プリズムシート１５に入射する光Ｂは、異方性プリズムシート１５の底面１５ａで屈折し、その後突起１７の第１斜面１７ａ，第２斜面１７ｂの順でさらに屈折して液晶セルに向けて異方性プリズムシート１５から出射する。このとき、突起１７の底角αが光源側に位置するので、出射光は、鉛直方向に対してθ２’の角度をもつ。この光は、斜め方向に向けて出射されるので、広輝度視野角の向上に寄与する。

この場合、入射角θ１’、出射角θ２’、底角α及び底角βの関係は、以下の式（２）に示すようになる。
θ２’＝−α＋sin^-１［ｎ１×sin｛α＋２β−１８０−sin^-１（sinθ１’）／ｎ１｝］
…式（２）

ここで、ｎ１は異方性プリズムシートの屈折率を表す。

したがって、異方性プリズムシート１５の突起１７の底角α，βを決める場合には、出射角θ２，θ２’を考慮して、上記式（１），（２）に基づいて求めることが望ましい。特に、輝度視野角は任意であるので、底角α，β は、θ２’の角度に応じて適宜決定することが望ましい。

このような構成を有するバックライト装置は、液晶表示装置において、液晶セルの背面側（表示側と反対側）に配置される。この液晶表示装置では、バックライト装置のエッジライト１２からの光は、導光板１１内を伝搬し、一部は直接液晶セル側に出射し、その他は導光板１１の液晶セル側と反対側に配置された反射シート１６で反射される。反射シート１６で反射された光は、導光板１１を通って、液晶セル側に出射する。導光板１１から出射された光は、拡散シート１３で拡散される。拡散シート１３を通過した光は、等方性プリズムシート１４で左右方向（光源からの光の進行方向に対して左右方向）の集光性が高くなるように制御される。その後、等方性プリズムシート１４を透過した光は、異方性プリズムシート１５の突起１７で屈折して、上述したように、略鉛直方向に光を出射すると共に、斜め方向に光を出射する。すなわち、異方性プリズムシート１５により、導光板の主面の法線方向及びこの法線方向に対して所定の角度を持つ方向に光を出射する。このように出射された光が液晶セルに入射する。

このように本発明に係るバックライト装置の異方性プリズムシートにより、略鉛直方向に光を出射すると共に、斜め方向に光を出射するので、液晶表示装置の垂直輝度を向上させると共に、広い輝度視野角を実現することができる。

ここで、本発明の効果を明確にするために行った例について説明する。

導光板の一方の主面上に拡散シート、等方性プリズムシート、異方性プリズムシートをその順で積層し、導光板の他方の主面上に反射シートを設け、導光板の一方の端面側にエッジライトとしてＬＥＤを配置したバックライトを３個用意する。それぞれのバックライトにおいて、異方性プリズムシートの突起の底角α，βの組み合わせを（８８°，４５°）（例１）、（８８°，５０）（例２），（８８°，５５°）（例３）とする。また、比較例として、導光板の一方の主面上に拡散シート、２枚の等方性プリズムシート（ＢＥＦ）をその順で積層し、導光板の他方の主面上に反射シートを設け、導光板の一方の端面側にエッジライトとしてＬＥＤを配置してバックライトを用意する。

これらの４個のバックライトを液晶パネルと組み合わせて液晶表示装置を得る。これらの液晶表示装置の輝度視野角についてシミュレーションを行った。シミュレーションでは、バックライト上の光の輝度を得る。このとき、光の輝度は通常用いる輝度計での測定に準じた形態で得る。そして、各角度における輝度を得る。なお、ここでは、バックライトの光出射面の法線方向を視野角０°としている。そのシミュレーション結果を図６に示す。

図６から明らかなように、本発明に係るバックライトを用いた液晶表示装置（例１〜３）は、いずれも高い垂直輝度を発揮すると共に、広い輝度視野角を示した。特に、垂直輝度については、いずれも比較例の液晶表示装置よりも高かった。一方、比較例の液晶表示装置は、高い垂直輝度は発揮できたが、輝度視野角は狭いものであった。

次に、本発明に係るバックライト装置の適用例について説明する。

図７（ａ）は、従来のバックライト装置を搭載した携帯電話を示す図であり、図７（ｂ）は、本発明に係るバックライト装置を搭載した携帯電話を示す図である。本発明のバックライト装置を搭載した携帯電話２２は、従来のバックライト装置を搭載した携帯電話２１よりも輝度視野角が広いので、広範囲で見栄えの良い画像表示が可能になる。

図８は、本発明に係るバックライト装置を搭載したＰＤＡを示す図である。この場合も、本発明のバックライト装置を搭載したＰＤＡ３１は、従来のバックライト装置を搭載したＰＤＡよりも輝度視野角が広いので、広範囲で見栄えの良い画像表示が可能になる。

図９は、本発明に係るバックライト装置を搭載したカーナビゲーションシステムを示す図である。この場合も、本発明のバックライト装置を搭載したカーナビゲーションシステム用モニタ４１は、従来のバックライト装置を搭載したものよりも輝度視野角が広いので、広範囲で見栄えの良い画像表示が可能になる。例えば、図９に示すように、助手席側に設置したモニタ４１で表示した画像を、助手席に座っている人に加えて、運転席に座っている人も見栄えの良い状態で見ることが可能となる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態においては、本発明に係るバックライト装置を携帯電話、ＰＤＡ、カーナビゲーションシステム用の液晶表示装置に適用した場合について説明しているが、本発明は、垂直輝度と広輝度視野角が要求されるすべての用途の液晶表示装置に適用することができる。

また、上記実施の形態においては、輝度・輝度視野角向上手段として、異方性プリズムシートを用いた場合について説明しているが、本発明においては、これに限定されず、入射光を略鉛直方向に光を出射すると共に、斜め方向に光を出射するものであれば、異方性プリズムシートでなくても良い。

また、上記実施の形態における拡散シートや反射シートは、拡散効果や反射効果を発揮できるものであれば、シート状の形態でなくても、板状やフィルム状の形態であっても良い。また、等方性プリズムシートもその機能を発揮できるものであれば、シート状の形態に限定されない。

以上説明したように本発明のバックライト装置は、対向する一対の主面及び端面を有し、一方の前記端面に配置された光源からの光を導く導光手段と、前記導光手段の一方の主面側に設けられ、前記主面の略法線方向及び法線方向に対して所定の角度を持つ方向に光を出射する輝度・輝度視野角向上手段と、前記導光手段の他方の主面上に設けられた反射手段と、を具備するので、垂直輝度を向上させると共に、広い輝度視野角を得ることができる液晶表示装置を実現できる。

本発明は、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、カーナビゲーションシステムなどの液晶表示装置の光源として用いるバックライト装置に適用可能である。

従来のプリズムシートの一部を示す図である。 本発明の一実施の形態に係るバックライト装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係るバックライト装置のプリズムシートの一部を示す図である。 図３に示すプリズムシートにおける光路を説明するための図である。 図３に示すプリズムシートにおける光路を説明するための図である。 本発明の一実施の形態に係るバックライト装置の効果を説明するための図である。 図７（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施の形態に係るバックライト装置を搭載した携帯電話を示す図である。 本発明の一実施の形態に係るバックライト装置を搭載したＰＤＡを示す図である。 本発明の一実施の形態に係るバックライト装置を搭載したカーナビゲーションシステムを示す図である。

Claims (9)

1. 対向する一対の主面及び端面を有し、一方の前記端面に配置された光源からの光を導く導光手段と、前記導光手段の一方の主面側に設けられ、前記主面の略法線方向及び法線方向に対して所定の角度を持つ方向に光を出射する輝度・輝度視野角向上手段と、前記導光手段の他方の主面上に設けられた反射手段と、を具備するバックライト装置。
2. 前記輝度・輝度視野角向上手段は、主面上に複数の突起を有する異方性プリズムシートである請求項１記載のバックライト装置。
3. 前記異方性プリズムシートの前記突起は、７５°〜９０°の底角α及び４５°〜６０°の底角βを有する請求項１又は請求項２記載のバックライト装置。
4. 前記異方性プリズムシートの前記突起は、８５°の底角α及び５０°の底角βを有する請求項１又は請求項２記載のバックライト装置。
5. 前記突起の底角αが前記光源側に位置することを特徴とする請求項３又は請求項４記載のバックライト装置。
6. 前記導光手段と前記輝度・輝度視野角向上手段との間に拡散手段を有する請求項１から請求項５のいずれかに記載のバックライト装置。
7. 前記拡散手段と前記輝度・輝度視野角向上手段との間に主面上に複数の突起を有する等方性プリズムシートを有する請求項６記載のバックライト装置。
8. 前記異方性プリズムシートは、前記突起の稜線が前記等方性プリズムシートの突起の稜線と略直交するように配置される請求項７記載のバックライト装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載のバックライト装置を備えた液晶表示装置。

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