JP2008108582A - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置用に適した高輝度の面光源装置を提供する。
【解決手段】
相対する２面の光の入射面及び１面の光の出射面を有する導光板と、前記入射面に光を供給する光源と、前記出射面と相対する面に配設された反射板とを備えた面光源装置であって、前記導光板は拡散剤を均一分散させた光散乱導光板であり、前記導光板の基材と前記拡散剤の屈折率差ｘが特定の範囲では、それに対応して拡散剤の含有量ｙ（ｐｐｍ）が特定の範囲であり、前記導光板の出射面と相対する面上に拡散反射層を有し、該拡散反射層は光源から遠ざかるに従い単位面積当たりに占める前記拡散反射層の面積率が大きくなるように分散し、前記導光板の出射面と相対する面上に拡散反射層を面積率が１００％になるように付着させた場合の該導光板の曇価及び光拡散率がそれぞれ６０〜９０％及び１〜７０％である導光板を用いた面光源装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、面光源装置に関する。

液晶表示装置等に用いる面光源装置の方式としては、光源を導光板のエッジ部に取り付けるエッジライト方式と、光源を拡散板の直下に配置し、拡散板により光を拡散させる直下型方式があり、比較的画面サイズの小さい液晶表示装置ではエッジライト方式を採用することが主流となっている。

エッジライト方式では、導光板のエッジ部に取り付けられた光源より発せられた光が導光板のエッジ部より入射し、導光板表面に対して臨界角以上で進む一部の光が導光板の外に出射する。エッジ部より入射した臨界角以下の角度で進むほとんどの光は、表面で反射を繰り返して導光板内部を進んで行き、導光板の出射面からはほとんど出射しない。このような導光板内部を臨界角以下の角度で進む光を導光板外部に出射させるために、導光板内部へ屈折率の異なる拡散剤を添加したり、導光板表面上に拡散反射層を構成させることが行われている。

液晶表示装置の画面端部に比べて画面中央部を注視することが多いことより、画面中央部の輝度を画面端部の輝度と同等若しくはそれより高くする必要がある。

エッジ部より入射した光のうち一部は出射し残りの光は導光板内部を進んでいく。従って導光板内部に行くに従い光の量が減り、画面端部より画面中央部の輝度が低くなる問題がある。その解決手段として、導光板の表面に部分的に拡散反射の割合を変えた層を構成させることが行われる。具体的には、光源近傍のエッジ部では拡散反射層が占める面積率を小さくし、画面中央部では拡散反射層が占める面積率を大きくするグラデーションパターンとすることで、輝度を所望の分布にコントロールすることが一般的となっている。この拡散反射させる層の構成としては、導光板表面へのドットパターンの印刷や、微小な表面凹凸形状の付与、レンズ状物の貼り合わせ等が挙げられる。

液晶表示装置はデジタルハイビジョンへの対応等、画像の高精細表示の要求が強い。画像を高精細で表示するためには液晶パネルの開口度が低下し、液晶パネルの光の透過率が下がり画面が暗くなるため、より高輝度の面光源装置が必要とされている。

高輝度化を達成するために、導光板中に拡散剤を分散させ導光板に入射した光の損失を可能な限り減らす方法が提案されている（特許文献１）。

導光板中へ拡散剤を分散させることにより輝度は向上するものの満足するレベルではなく更なる高輝度化が求められている。
特開２００２−１４８４４３号公報

本発明の目的は、上記の如き高輝度の要求に鑑み、液晶表示装置用に適した高輝度の面光源装置を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、液晶表示装置用に適した高輝度の面光源装置を提供できることを見出した。

本発明は、相対する２面の光の入射面及び１面の光の出射面を有する導光板と、前記入射面に光を供給する光源と、前記出射面と相対する面に配設された反射板とを備えた面光源装置であって、
前記導光板は拡散剤を均一分散させた光散乱導光板であり、前記導光板の基材と前記拡散剤の屈折率差ｘが
０．０１≦ｘ＜０．１の範囲では、
拡散剤の含有量ｙ（ｐｐｍ）が１００≦ｙ≦１０００、
０．１≦ｘ＜０．５の範囲では、１０≦ｙ≦５００、
０．５≦ｘ の範囲では、１≦ｙ≦１０
であり、前記導光板の出射面と相対する面上に拡散反射層を有し、該拡散反射層は光源から遠ざかるに従い単位面積当たりに占める前記拡散反射層の面積率が大きくなるように分散し、前記導光板の出射面と相対する面上に拡散反射層を面積率が１００％になるように付着させた場合の該導光板の曇価及び光拡散率がそれぞれ６０〜９０％及び１〜７０％である導光板を用いた面光源装置である。

本発明によれば、液晶表示装置用に適した、高輝度の面光源装置を提供できる。

以下に本発明の好ましい態様について具体的に説明するが、本発明はこれらの態様のみに限定されるものではない。

本発明の面光源装置に備わった導光板の基材（マトリックス）としては、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン系樹脂、環状オレフィン系樹脂、非晶性ポリエステル樹脂等の透明樹脂が挙げられる。これらの中ではメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状オレフィン樹脂が好ましく、メタクリル樹脂がさらに好ましい。

前記導光板は相対する２面の光の入射面及び１面の光の出射面を有する。また前記導光板は拡散剤を均一分散させた光散乱導光板である。

導光板中の拡散剤としては、前記導光板の基材と前記拡散剤の屈折率差ｘが
０．０１≦ｘ＜０．１の範囲では、
拡散剤の含有量ｙ（ｐｐｍ）が１００≦ｙ≦１０００、
０．１≦ｘ＜０．５の範囲では、
１０≦ｙ≦５００、５≦ｘ の範囲では、１≦ｙ≦１０
である。

導光板の基材と屈折率差が小さい拡散剤では添加量を多くし、導光板の基材と屈折率差が大きい拡散剤では添加量を少なくする。

上記の屈折率差ｘに対応した拡散剤量ｙが上記各数値範囲の下限未満の場合には得られる輝度が低下する。また上記の屈折率差ｘに対応した拡散剤量ｙが上記各数値範囲の上限を超えると、光源近傍部と中央部とで拡散反射層の面積率を変えたグラデーションパターンとしても、出射光の均斉性や発光パターンの調整が難しく画面端部より画面中央部の輝度が低くなる問題がある。なお「ｐｐｍ」とは、拡散剤を含む導光板に対する質量百万分率を表す。

拡散剤としては、例えば、シリカ、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機系微粒子や、シリコーンビーズ、ＰＭＭＡビーズ、ＭＳビーズ、スチレンビーズ等の有機系微粒子が挙げられる。拡散剤の形状は、真球状、球状、鱗片状、不定形状等であってよく、特に限定されるものではない。これらの拡散剤の数平均粒径は、０．１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。不定形状の場合は長径長さで０．１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。拡散剤の数平均粒子径（不定形状の場合は長径長さ）が小さすぎると、光拡散の波長依存性が大きくなる。また、拡散剤の数平均粒子径が大きすぎると、拡散光によるギラツキおよび輝度ムラが発生することがある。

これらの導光板の基材と拡散剤の屈折率差より適宜拡散剤添加量を決めることができる。例えば導光板の基材としてメタクリル樹脂（屈折率１．４９）を用いる場合は、屈折率差ｘが０．０１≦ｘ＜０．１の拡散剤としてはシリコンビーズ等を用いることができ、０．１≦ｘ＜０．５の拡散剤としては硫酸バリウム等を使用することができ、０．５≦ｘの拡散剤としては酸化チタン等を使用することができる。

導光板の成形方法は、特に限定されることはなく、公知の方法を用いることができる。例えば、導光板の基材（マトリックス樹脂）となる透明樹脂の原料単量体あるいは原料単量体の一部重合体を含むシラップに拡散剤を分散させた後、キャスト重合してシート成形体を得、その後所定のサイズに切断し、切断面を研磨して得る方法や、拡散剤とマトリックス樹脂とからなる樹脂組成物をシート押出成形機あるいはプレス成形機によりシート成形体を得、その後所定のサイズに切断し、切断面を研磨して得る方法等が挙げられる。その際には樹脂と型との剥離性を向上させるための剥離剤や、紫外線による劣化を遅れさせる紫外線吸収剤等の公知の添加剤を添加することができる。

導光板の形状としては、板厚が一定の平板型や、光源から離れるに従って板厚が薄くなる楔形状があるが、平板型が好ましい。

前記導光板の出射面と相対する面上に拡散反射層を有し、該拡散反射層は光源から遠ざかるに従い単位面積当たりに占める前記拡散反射層の面積率が大きくなるように分散し、前記導光板の出射面と相対する面上に拡散反射層を面積率が１００％になるように付着させた場合の該導光板の曇価が６０〜９０％であり且つ光拡散率が１〜７０％である。該導光板の曇価が６０％未満の場合、または９０％を超える場合には導光板に入射した光が出射面より出射する効率が悪くなり輝度が低下する。また光拡散率が１％未満または７０％を超える場合にも同様に輝度が低下する。光源から遠ざかるに従い、導光板の出射面に相対する面での単位面積当たりに占める拡散反射層の面積率が同等若しくは小さくなる場合には、画面中央部の輝度を画面端部の輝度と同等若しくはそれより高くすることが困難となる傾向にある。なお、拡散反射層の面積率とは、導光板の出射面と相対する面の一定面積中に占める拡散反射層の面積の割合のことをいう。

分散した拡散反射層の形成方法としては、導光板表面への印刷、微小な表面凹凸形状の付与、レンズ状物の貼り合わせ等が挙げられ、これらの中では印刷による方法が好ましい。印刷方法としては前記拡散反射層の面積率の調整の観点からスクリーン印刷法を用いることが好ましい。前記拡散反射層の分散形状には制限は無く、点状、ドット状、縞状、格子状等、どのような形状であってもよい。例えばスクリーン印刷法によりドット状の拡散反射層を印刷する場合、部分的な開口部を有するスクリーン版において、該開口部の大きさを光源近傍部では小さく、中央部では大きくすることでドットパターン（網点グラデーション）を施し、導光板の出射面に相対する面での単位面積当たりに占める拡散反射層の面積率を調整し、画面全体での輝度の分布を調整することができる。ドットパターン印刷の場合には、溶剤で希釈された樹脂成分に無機系拡散剤や有機系拡散剤を添加したインクを、用いるのが一般的である。この時、マトリックス樹脂成分と拡散剤の割合やインクの厚みを変えることで、拡散反射層を有する導光板の曇価と光拡散率を調整することができる。例えば曇価や光拡散率を高くする方法として、インク中の樹脂成分に対する拡散剤の割合を高くするか、若しくはインクの塗膜厚みを厚くする方法が挙げられる。インクの塗膜厚みを厚くする方法としては、インク中の溶剤の割合を低くしたり、またスクリーン版の糸の線径を小さくしすることやメッシュ数を下げることにてメッシュの透過体積を増やすことが挙げられる。インクが乾燥あるいは硬化した後の拡散反射層としての厚みは、前記導光板の曇価あるいは光拡散率の調整の観点から０．１〜５０μｍであることが好ましい。

ドットパターン印刷に用いるインクは、溶剤型や紫外線硬化型のインクを用いることができる。

導光板の出射面の大きさとしては、相対する２面の入射面間の距離が１５０ｍｍ以上、３３０ｍｍ以下であるのが好ましい。前記入射面間の距離が短すぎると本発明の用途が制限され好ましくない。前記入射面間の距離が長すぎると画面中央部まで届く光量が減る傾向にあり、画面中央部の輝度を画面端部の輝度と同等若しくはそれより高くすることが困難となる傾向にある。前記導光板の板厚としては１〜１５ｍｍが好ましく、１．５〜１２ｍｍがより好ましい。前記導光板の出射面の形状については平面でも良く粗面化されていても良く、また柱状三角プリズムが並列状態で連続的に形成されていても良い。

導光板の出射面側には、散乱出射光強度の角度特性を調整するための拡散フィルムが配置されていることが好ましい。また前記拡散フィルムの出射面側にプリズムシートを配置することができる。さらに前記プリズムシートの出射面側に拡散フィルムを配置することもできる。前記拡散フィルムとしては、拡散機能と光の偏光機能を併せ持つものであれば制限は無く、例えばアクリルあるいはシリカビーズをバインダとともに基材フィルムに塗布したものが挙げられる。また、前記プリズムシートとしては、表面に多数の柱状三角プリズムが並列状態で連続的に形成された透明シートが使用できる。このプリズムシートは、プリズムの尾根が導光板の入射面に対して並行方向になる向きで１枚配置することができ、さらに尾根が導光板の入射面に対して直交する向きで２枚配置することもできる。これらの拡散フィルム及びプリズムシートの構成は一例であり、これらに限定されるものではない。

導光板に有する光源からの光の入射面としては相対する２面が必要である。１面のみの入射面では、光源に近い入射面から相対する端面までの距離が長くなり、端面まで届く光の量が不足し画面端部と画面中央部の輝度を同等若しくは高くすることが困難となる。

前記導光板の入射面に光を供給する光源としては、特に制限は無いが、例えば冷陰極管等の線状光源を相対する２面の入射面のそれぞれに配置することが挙げられる（図１）。この場合、入射面１面に対して１本ないしは複数本の線状光源を配置することができる。線状光源の他には、ＬＥＤ等の点状光源を適宜配置して使用することもできる。

導光板の出射面と相対する面側には、拡散反射層を有する面と平行に反射板を配設する。反射板は出射面と相対する面より出た光を導光板側に反射させることで光の利用効率を高めるためのものである。

以上のようにして、液晶表示装置用に適した、高輝度の面光源装置を得ることができる。

以下、実施例および比較例を用いて本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１〜４および比較例１〜５）
（１）導光板の作製
２０質量％のメタクリル酸メチルの一部重合体を含むメタクリル酸メチルシラップに、表１に示す添加濃度で拡散剤（酸化チタン）を分散させた。次いで、前記シラップ１００質量部に対して重合開始剤として２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）０．０３質量部を添加し、さらに紫外線吸収剤として２−（５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾトリアゾール０．００５質量部を添加し、３０分間攪拌して重合性原料シラップを作成した。縦４５０ｍｍ、横６５０ｍｍ、厚さ６ｍｍの２枚強化ガラス板を、その周辺にポリ塩化ビニル製の無端チューブを介して配置した鋳型の中に重合性原料シラップを注入し、所定の間隔に調整後、７０℃の温水中に浸漬して２時間重合させ、次いで１３０℃の空気浴にて１時間重合させた。得られた４２０ｍｍ×６２０ｍｍの寸法で６ｍｍ厚みのアクリル板を３８９ｍｍ×２９２ｍｍの大きさにパネルソー（ＳＨＩＮＸ製商品名ＳＺＩＶＧ−４０００）で切断し、周辺の４つの側面を研削研磨機（メガロテクニカ製商品名プラビューティー）にて鏡面研磨加工をして３８８×２９１ｍｍの導光板を２枚得た。なお、この場合、導光板基材のポリメタクリル酸メチル（屈折率１．４９）と拡散剤の酸化チタン（屈折率２．５２）との屈折率差ｘは１．０３である。

（２）拡散反射層の形成
導光板の出射面と相対する面における拡散反射層の形成をスクリーン印刷法を用い行った。

（ａ）曇価及び光拡散率測定用試料の作製
作製した３８８ｍｍ×２９１ｍｍの大きさで６ｍｍ厚みの導光板の出射面と相対する面に、表１に記載の原料の元インクと希釈剤を表１記載の添加量にて混合した後、ヘラを用いて１０分間の手攪拌を行い、均一に攪拌しスクリーン印刷用の混合インクを得た。スクリーン印刷機（ニューロング精密工業製 ＬＳ−５６０）と膜厚１０μｍ、３５５メッシュのナイロン製スクリーン版（メッシュ株式会社製）を用い、攪拌後の混合インクを導光板の出射面と相対する面の全面に印刷を実施した。印刷後に室温に１２時間放置し乾燥を行い、全面に渡り印刷が施された拡散反射層の面積率１００％の導光板を得た。

（曇価及び光拡散率の測定方法）
曇価については、ヘイズメータ（村上色彩研究所製ＨＲ−１５０）を使用し、ＪＩＳ−Ｋ７１３６ Ｂ法に準じ測定を行った。この時、前項（ａ）で作製した導光板の出射面側を測定機の光源側とした。この結果を表１に示す。

光拡散率については、光拡散率測定装置（村上色彩研究所製ＧＰ２０００）を使用し、ＤＩＮ８０３６に準じ測定を行った。この時、前記導光板の出射面側を測定機の光源側とした。この結果を表１に示す。

（ｂ）ドットパターンの拡散反射層付き試料の作製
実施例１〜４及び比較例１〜５については、導光板の光源近傍部の輝度に比べ中央部の輝度が高くなるように、光源近傍部のドット面積率を１５％とし、両端の光源部から最も離れた中央部のドット面積率を７２％となるようにドット面積率が中央部に行くに従い直線的に大きくなるドットパターンとしたスクリーン版を使用したこと以外は前記の（ａ）曇価及び光拡散率測定用の試料作製と同様に印刷を行い、ドットパターンの拡散反射層付きの導光板を得た。なお、「ドット面積率」とは、導光板表面の１ｍｍ×１ｍｍのサイズ中に、拡散反射層となる正方形形状のドットを１個印刷した時の、表面積１ｍｍ×１ｍｍに対するドット１個の面積の比率とした。従ってドット面積率１５％とは導光板表面積１ｍｍ×１ｍｍに０．３８７ｍｍ×０．３８７ｍｍのドットを１個印刷していることを表す。比較例５については、前記（ａ）と同様にして拡散反射層の面積率１００％の導光板を得た。

（３）面光源装置の作製
前項（ｂ）で作製した導光板に、導光板の２面の入射面（長さ３８８ｍｍ辺の両端面）、出射面、および拡散反射層を付与した面を除く２つの端面に、粘着剤付きリフレクターフィルム（ツジデン製ＳＵ−１１９（Ｗ））を貼り付けた。

図１に示すように導光板の拡散反射層を付与した面側に白色反射板（ツジデン製ＲＦ１８８）を配置し、導光板の出射面側には拡散フィルム（ツジデン製Ｄ１２２）を配置し、次いで前記拡散フィルムの出射面側にプリズムシート（住友スリーエム製ＢＥＦII）１枚をプリズムレンズ形成面が導光板と反対側となりプリズムレンズ列の尾根が入射端面と平行となる方向に配置し、さらに前記プリズムシートの出射面側に拡散フィルム（ツジデン製Ｄ１２２）を順に配置した。

光源として導光板のそれぞれの入射面に、直径３ｍｍ、長さ４１９ｍｍの冷陰極管（ハリソン東芝製冷陰極型蛍光ランプ）１本を、前記入射面の板厚方向の中央位置に、導光板の入射面との距離を１ｍｍ離し、前記冷陰極管の長さ方向を導光板の出射面に平行にして設置した。なお、冷陰極管には、インバータ（ハリソン東芝製ＨＩＵ−７６６ ５２Ｋ）を使用し、ランプリフレクターとしてリフレクターシート（麗光製ルイルミラー１５０Ｗ０５）にて冷陰極管を覆うように「コ」の字に成形し、前記ランプリフレクターと導光板の重なり合う長さとしては０．５ｍｍとして配置し、面光源装置を作製した。

（４）輝度の測定
前記冷陰極管には、電圧１２Ｖ、管電流７ｍＡを通電し、約２０分間安定するまで放置し、前記面光源装置の輝度を以下のようにして測定した。

輝度の測定は導光板の面の中央から法線方向に６７０ｍｍ離した位置に輝度計（コニカミノルタ製ＣＡ１５００Ｗ）を設置した。輝度測定領域はそれぞれ４端面から１０ｍｍを除いた内側の３６８ｍｍ×２７１ｍｍとし、この領域全体を測定して得られる平均輝度を輝度として表１に示した。

（５）輝度分布の測定
輝度測定領域は導光板の出射面及びこれと相対する面を除いたそれぞれ４端面から１０ｍｍを除いた内側の出射面３６８ｍｍ×２７１ｍｍとし、この領域を導光板長辺と直交する方向に１９等分し、その中央部における幅１９．３７ｍｍの領域を、導光板長辺と平行方向に１９等分して、１９．３７ｍｍ×１４．２６ｍｍの大きさの小領域１９箇所に区分した。該小領域に、一方の光源に近い位置から位置１、位置２、位置３・・・と順に番号を付与し、光源から最も遠い位置（他方の光源に近い位置）に位置１９なる番号を付与し、小領域１９箇所におけるそれぞれの平均輝度を測定した。中央部の輝度として位置１０の平均輝度の値とし、端部輝度として位置１及び位置１９の内、低い方の平均輝度の値とした。それ以外は前記輝度の測定と同様にした。結果を表１に示した。

実施例１〜４では、比較例１〜５に比べ輝度が高くなっている。また輝度分布についてみると、実施例１〜４では端部輝度より中央部輝度が高くなっているが、比較例５では端部輝度より中央部輝度が低くなっている。従って本発明の方法を用いることで液晶表示装置用に適した、高輝度の面光源装置を提供できることが判る。

以上に述べたように、本発明は、液晶表示装置用に適した、高輝度且つ輝度分布が最適な面光源装置を提供できる。

冷陰極管光源を用いた面光源装置の一例を示す模式図である。

符号の説明

１ 導光板
２、２’ 冷陰極管
３ 反射板
５、５’ ランプリフレクター
６、６’ 拡散フィルム
７ プリズムシート
８ 拡散反射層

Claims (4)

1. 相対する２面の光の入射面及び１面の光の出射面を有する導光板と、前記入射面に光を供給する光源と、前記出射面と相対する面に配設された反射板とを備えた面光源装置であって、
   前記導光板は拡散剤を均一分散させた光散乱導光板であり、前記導光板の基材と前記拡散剤の屈折率差ｘが
   ０．０１≦ｘ＜０．１の範囲では、
   拡散剤の含有量ｙ（ｐｐｍ）が１００≦ｙ≦１０００、
   ０．１≦ｘ＜０．５の範囲では、１０≦ｙ≦５００、
   ０．５≦ｘ の範囲では、１≦ｙ≦１０
   であり、前記導光板の出射面と相対する面上に拡散反射層を有し、該拡散反射層は、光源から遠ざかるに従い単位面積当たりに占める前記拡散反射層の面積率が大きくなるように分散し、前記導光板の出射面と相対する面上に拡散反射層を面積率が１００％になるように付着させた場合の該導光板の曇価及び光拡散率がそれぞれ６０〜９０％及び１〜７０％である導光板を用いた面光源装置。
2. 印刷により形成された拡散反射層を有する前記導光板を備えた請求項１記載の面光源装置。
3. 相対する２面の入射面間の距離が１５０ｍｍ以上、３３０ｍｍ以下である前記導光板を備えた請求項１または２記載の面光源装置。
4. 前記導光板の出射面側に散乱出射光強度の角度特性を調整する拡散フィルムが配置された請求項１〜３のいずれかに記載の面光源装置。

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