JP2009043471A - 導光板及び面状ライトユニット並びに表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導光板及び面状ライトユニット並びに表示装置において、薄型化されたシート状導光板を用いつつ光源からの光を無駄なく効率よく入射可能にすること。
【解決手段】 透光性のシート状部材２で構成されその側端面から入射された光源Ｌからの光を導光すると共に光路変換してその主面から照明対象物に対して面状の照明光を出射するシート状の導光板１であって、前記光路変換を行う複数の微細光学形状が表面に形成された同一形状の前記シート状部材２を、複数積層させて構成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶表示パネルなどを照明する面状光源に用いられる導光板及びこれを備えた面状ライトユニット並びに表示装置に関する。

携帯電話機、ＰＤＡ、モバイルタイプＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ＡＴＭ（現金自動預け払い機）等のディスプレイには、画像表示のための液晶表示装置が広く採用されている。この液晶表示装置には、液晶表示パネルの裏面側から光を照射して表示画面の輝度を高めるバックライトユニットが用いられている。

このバックライトユニットには、蛍光管やＬＥＤ等の光源からの光を導光し、主面全体から液晶表示パネルに向けて出射させる導光板が用いられている。従来、例えば特許文献１には、端部に配した蛍光管からの光を複数積層した導光板で導光する平面発光板が提案されている。この平面発光板の導光板では、複数枚を積層して蛍光管の直径と同じ厚さ以上とすると共に、蛍光管を覆うように端部が加工されている。なお、このような導光板は、一般にはアクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂等を用いた射出成形方式で作製されている。

特開平５−１７３１３１号公報

しかしながら、上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、近年、導光板は、最終製品の軽量化、薄型化のため、より薄くすることが要望され、特に小型化が可能なＬＥＤを光源として採用した場合に、このＬＥＤ光源の厚さに対応した薄型化が求められている。従来、多くは射出成形方法を用いて導光板を作製しているが、この成形方法では、大面積でかつ薄型化を図る場合に形状全体に樹脂が転写、充填されず、薄型化には限界があった。また、十分に充填させるために、射出成形の成形機を大型化し、射出成形を上げることで高い充填性を維持して薄型化することも可能であるが、設備費用に多大なコストがかかってしまい製品コストの増大を招いてしまう。このため、より薄型化が可能な成形方法として、熱転写成形方法又は紫外線硬化樹脂成形方法を用いてシート状導光板を作製する技術も検討されている。これら熱転写成形方法又は紫外線硬化樹脂成形方法では、大型かつより薄い導光板を簡単にかつ低コストで作製可能である。しかしながら、十分に薄く成形されたシート状導光板において、入射部になる側端面の厚さとＬＥＤ光源の厚さ（光の出射面高さ）とがマッチングせず、光源からの光がシート状導光板に入り難く、入光効率が悪くなるという不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、薄型化されたシート状導光板を用いつつ光源からの光を無駄なく効率よく入射可能な導光板及びこれを備えた面状ライトユニット並びに表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の導光板は、透光性のシート状部材で構成されその側端面から入射された光源からの光を導光すると共に光路変換してその主面から照明対象物に対して面状の照明光を出射するシート状の導光板であって、前記光路変換を行う複数の微細光学形状が表面に形成された同一形状の前記シート状部材を、複数積層させて構成されていることを特徴とする。

この導光板では、複数の微細光学形状が表面に形成された同一形状のシート状部材を、複数積層させて構成されているので、光源の厚さ（光の出射面高さ）に対応して導光板の厚さをシート状部材の積層枚数で調整可能であると共に、同一形状のものを複数用意するだけでよく、別形状のものの新規光学パターン設計や金型作製が不要になり、低コスト化及び開発・製造時間の短縮化を図ることができる。

また、本発明の導光板では、片面に前記微細光学形状が形成された一対の前記シート状部材を、互いに前記微細光学形状が形成されていない面を対向させて積層していることを特徴とする。すなわち、この導光板では、互いに微細光学形状が形成されていない面を対向させて一対のシート状部材を積層するので、シート状部材間の微細光学形状同士が離れて配され、モアレ縞の発生を抑制することができる。また、上下面に微細光学形状が配されるため、上下面に積層される他のシート部材との接触面積が低減され、密着を防ぐことができる。

また、本発明の導光板では、片面に前記微細光学形状が形成された一対の前記シート状部材を、互いに前記微細光学形状が形成された面を対向させて積層していることを特徴とする。すなわち、この導光板では、互いに微細光学形状が形成された面を対向させて一対のシート状部材を積層するので、上下面に硬い部材が配される場合には、内側に配された微細光学形状が硬い部材に接触せず、良好な形状を維持することができる。

また、本発明の導光板では、複数の前記シート状部材を、互いに前記微細光学形状の形成方向の角度をずらして積層していることを特徴とする。すなわち、この導光板では、互いに微細光学形状の形成方向の角度をずらしてシート状部材を複数積層しているので、シート状部材間の微細光学形状同士の重なりによるモアレ縞の発生を抑制することができる。

また、本発明の導光板では、前記シート状部材が、熱転写成形又は紫外線硬化樹脂成形により作製されていることを特徴とする。すなわち、この導光板では、型を加熱して樹脂シート等に形状を賦形する熱転写成形又は型を使い紫外光（ＵＶ光）で硬化する光硬化樹脂を用いて形状を賦形する紫外線硬化樹脂成形によってシート状部材が作製されるので、大型かつ薄型のものを低コストかつ容易に作製可能である。

本発明の面状ライトユニットは、発光ダイオード素子を搭載した光源と、該光源の光を側端面から入射させる上記本発明の導光板と、を備え、前記導光板が、前記光源の光の出射面高さと略同じ厚さにまで前記シート状部材を複数積層して構成されていることを特徴とする。すなわち、この面状ライトユニットでは、光源の光の出射面高さと略同じ厚さにまでシート状部材を複数積層している上記導光板を備えているので、光源の発光部分の大きさに対応した厚さの側端面から、光源からの光を漏らさず効率的に入射させて入光効率を向上させることができ、輝度向上を図ることができる。

本発明の表示装置は、画像表示パネルと、前記画像表示パネルの表面側又は裏面側に配された上記本発明の面状ライトユニットと、を備えていることを特徴とする。すなわち、この表示装置では、上記本発明の面状ライトユニットを備えているので、全体として低コストで薄型化できると共に高輝度な画像表示が得られる。

また、本発明の表示装置は、前記画像表示パネルが、液晶表示パネルであることを特徴とする。すなわち、この表示装置では、液晶表示パネルを用いた液晶表示装置であるので、薄型軽量化及び低コスト化ができると共に、高輝度な液晶表示が得られる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る導光板によれば、複数の微細光学形状が表面に形成された同一形状のシート状部材を、複数積層させて構成されているので、光源の厚さに対応した導光板厚さに容易に設定可能であると共に、同一形状のシート状部材を複数用意するだけでよく、低コスト化及び開発・製造時間の短縮化を図ることができる。
したがって、この本発明の導光板を備えた面状ライトユニット及び表示装置では、全体として低コストで薄型化ができ、高輝度な画像表示が可能になる。

以下、本発明に係る導光板及び面状ライトユニット並びに表示装置の第１実施形態を、図１及び図２に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

本実施形態における導光板１は、図１及び図２に示すように、透光性のシート状部材２で構成されその側端面から入射された光源Ｌからの光を導光すると共に光路変換してその主面（本実施形態では上面）から照明対象物に対して面状の照明光を出射するシート状導光板であって、光路変換を行う複数の微細光学形状が表面に形成された同一形状のシート状部材２を、複数積層させて構成されている。

上記シート状部材２は、片面に複数の凹状ドット２ａによる微細光学形状が形成されている。なお、凹状ドット２ａの高さやピッチは、導光板１の大きさや輝度の均一性などを考慮して適宜設定される。
上記導光板１は、各シート状部材２を、微細光学形状が形成された面を下方に向けて積層させている。

これらのシート状部材２は、例えば透明なポリカーボネイト樹脂やアクリル樹脂等で形成され、特に、型を加熱して樹脂シート等に形状を賦形する熱転写成形又は型を使い紫外光（ＵＶ光）で硬化する光硬化樹脂を用いて形状を賦形する紫外線（ＵＶ）硬化樹脂成形によってシート成形されている。
例えば、熱転写成形として、ロール成形方法を採用する場合、微細光学形状を形成するロール上型と平坦面を形成するロール下型とを作製し、この上型と下型との間に樹脂シートを挟んで上型と下型とを加熱下で加圧することにより薄いシート状部材２を作製する。

また、ホットプレス成形方法を採用する場合、微細光学形状を形成するプレス上型と平坦面を形成するプレス下型とを作製し、この上型と下型との間に樹脂シートを挟んで上型と下型とを加熱下で加圧することにより薄いシート状部材２を作製する。

さらに、紫外線硬化樹脂成形の場合、例えばシート基材に紫外線硬化樹脂のコート膜を設け、そのコート膜にロール成形を施し、さらに高圧水銀ＵＶランプ等による紫外線照射を行って微細光学形状を形成し、薄いシート状部材２を作製する。なお、紫外線硬化樹脂としては、例えばアクリル系、ウレタン系、ウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系などの樹脂が用いられ、シート基材としては、例えばアクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂などが使用される。
また、上記シート成形で大判に作製されたものを、プレス切断やカッター切断することで、所定の形状のシート状部材２を得ている。

また、本実施形態のバックライトユニット（面状ライトユニット）３は、発光ダイオード素子（図示略）を搭載した複数の光源Ｌと、これら光源Ｌの光を側端面から入射させる上記導光板１と、該導光板１上に配され導光板１からの光を拡散させて面内の光強度を均一にする拡散シート４と、拡散シート４上に配され拡散シート４からの光を液晶表示パネル５に向けた上方向への照射光として出射する第１プリズムシート６Ａ及び第２プリズムシート６Ｂと、導光板１の下面に配された反射シート７と、を備えている。
なお、本実施形態では、液晶表示パネル５の画面側及びバックライトユニット３の光出射面側を表面側又は上面側として記載している。

上記導光板１は、光源Ｌの光の出射面高さと略同じ厚さにまでシート状部材２を複数積層している。なお、上述したように、本実施形態では、シート状部材２を一対積層して導光板１を構成しているが、光源Ｌの光の出射面高さに応じてシート状部材２の積層枚数を３以上としても構わない。なお、一枚のシート状部材２は、例えば０．２ｍｍ以下の厚さであり、本実施形態では、０．１２５ｍｍの厚さである。また、光源Ｌは、その光の出射面高さが約０．３ｍｍ〜約０．４ｍｍ程度とされ、本実施形態では、０．２９ｍｍとされている。
これらシート状部材２は、他の各シート部材を支持するホルダー（図示略）により固定されている。なお、これらシート状部材２を、両面テープ等で固定しても構わない。

上記拡散シート４は、例えば、アクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂などの透明樹脂にシリカ粒子などを分散させたシートである。

上記第１プリズムシート６Ａは、拡散シート４上に配され、上記第２プリズムシート６Ｂは、第１プリズムシート６Ａ上に配されている。第１プリズムシート６Ａ及び第２プリズムシート６Ｂは、拡散シート４からの光を上面側に集光するための透明シート状の部材であり、平行な複数の稜線を有するプリズム部を上面側に有している。また、第１プリズムシート６Ａは、光源Ｌの光軸に対して、プリズム部の稜線がねじれの位置に設定され、特に、上方への高い指向性が得られる方向として、光源Ｌの光軸に直交する方向と平行に設定される。また、第２プリズムシート６Ｂは、光源Ｌの光軸に対して、プリズム部の稜線が平行に設定されている。すなわち、第１プリズムシート６Ａと第２プリズムシート６Ｂとは、互いのプリズム部の稜線がねじれの位置に配され、平面視で互いに稜線が直交している。

上記反射シート７は、光反射機能を有する金属板、フィルム、箔等であって、本実施形態では銀蒸着膜を設けたフィルムが採用されている。なお、上記銀蒸着膜の代わりに、アルミ金属蒸着膜などを採用しても構わない。また、この反射シート７は、バックライトユニット３を収納する図示しないフォルダ等に貼り付けられている。

上記光源Ｌは、導光板１の側端部に複数配置され光源用の実装基板（図示略）に実装された白色ＬＥＤである。この白色ＬＥＤは、例えば基板上の半導体発光素子を樹脂材で封止したものであり、半導体発光素子として、例えば青色（波長λ：４７０〜４９０ｎｍ）ＬＥＤ素子又は紫外光（波長λ：４７０ｎｍ未満）ＬＥＤ素子であって、例えばサファイア基板などの絶縁性基板上に窒化ガリウム系化合物半導体（例えばＩｎＧａＮ系化合物半導体）の複数の半導体層が積層されて形成されたものである。
また、この半導体発光素子を封止する樹脂材は、シリコーン樹脂を主剤とし、例えばＹＡＧ蛍光体が添加されている。このＹＡＧ蛍光体は、半導体発光素子からの青色光又は紫外光を黄色光に変換させて混色効果により白色光を生じさせるものである。なお、白色ＬＥＤとしては、上記以外でも種々のものが採用可能である。

本実施形態の表示装置１０は、例えば携帯電話機、ＰＤＡ、モバイルタイプＰＣ、ＡＴＭ等の液晶ディスプレイに適用される液晶表示装置であって、液晶表示パネル（画像表示パネル）５と、液晶表示パネル５の裏面側に配された上記バックライトユニット３と、を備えている。

上記液晶表示パネル５は、透過型又は半透過型の液晶表示パネルが採用される。例えば、半透過型の液晶表示パネル５の場合、透明電極、配向膜及び偏光板をそれぞれ有する上基板と下基板との間隙にＴＮ液晶やＳＴＮ液晶等の液晶をシール材で封止したパネル本体と、その下面側に光透過性と光反射性の両機能を持った半透過反射板と、を備えたものである。

このように本実施形態の導光板１では、複数の微細光学形状が表面に形成された同一形状のシート状部材２を、複数積層させて構成されているので、光源Ｌの厚さに対応して導光板１の厚さをシート状部材２の積層枚数で調整可能であると共に、同一形状のものを複数用意するだけでよく、別形状のものの新規光学パターン設計や金型作製が不要になり、低コスト化及び開発・製造時間の短縮化を図ることができる。

また、シート状部材２を、型を加熱して樹脂シート等に形状を賦形する熱転写成形又は型を使い紫外光（ＵＶ光）で硬化する光硬化樹脂を用いて形状を賦形する紫外線硬化樹脂成形によって作製されるので、大型かつ薄型のものを低コストかつ容易に作製可能である。
したがって、上記バックライトユニット３及び表示装置１０では、光源Ｌの光の出射面高さと略同じ厚さにまでシート状部材２を複数積層している上記導光板１を備えているので、光源Ｌの発光部分の大きさに対応した厚さの側端面から、光源Ｌからの光を漏らさず効率的に導光板１に入射させて入光効率を向上させることができ、輝度向上を図ることができる。

次に、本発明に係る導光板及び面状ライトユニット並びに表示装置の第２実施形態及び第３実施形態について、図３及び図４を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、微細光学形状が形成された面を下方に向けてシート状部材２を積層させているのに対し、第２実施形態では、図３に示すように、互いに微細光学形状が形成されていない面を対向させて一対のシート状部材２を積層して導光板２１を構成している点である。すなわち、第２実施形態の導光板２１では、互いに微細光学形状が形成されていない面を対向させて一対のシート状部材２を積層するので、シート状部材２間の微細光学形状同士が離れて配され、モアレ縞の発生を抑制することができる。また、上下面に微細光学形状が配されるため、上下面に積層される他のシート部材との接触面積が低減され、密着を防ぐことができる。

第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、微細光学形状が形成された面を下方に向けてシート状部材２を積層させているのに対し、第３実施形態では、図４に示すように、互いに微細光学形状が形成されている面を対向させて一対のシート状部材２を積層して導光板３１を構成している点である。すなわち、第３実施形態の導光板３１では、互いに凹状ドット２ａからなる微細光学形状が形成された面を対向させて一対のシート状部材２を積層するので、上下面に硬い部材が配される場合には、内側に配された微細光学形状が硬い部材に接触せず、良好な形状を維持することができる。

次に、本発明に係る導光板及び面状ライトユニット並びに表示装置の第４実施形態について、図５を参照して以下に説明する。

第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、微細光学形状が同一方向に並んだ状態で各シート状部材２が積層されているのに対し、第４実施形態では、図５に示すように、複数のシート状部材２を、互いに微細光学形状の形成方向（凹状ドット２ａの配列方向）を角度θだけずらして積層している点である。すなわち、第４実施形態の導光板４１では、互いに微細光学形状の形成方向の角度を例えば５°ずらしてシート状部材２を複数積層しているので、シート状部材２間の微細光学形状同士の重なりによるモアレ縞の発生を抑制することができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

例えば、上記各実施形態では、微細光学形状として凹状ドット２ａを複数片面に形成しているが、他の微細光学形状を採用しても構わない。例えば、図６の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、それぞれ凸状断面Ｖ字型のプリズム５２ａ、凹状断面Ｖ字型のプリズム５２ｂ、断面不等辺三角形状のプリズム５２ｃ、凸状ドット５２ｄを片面に形成したものでも良い。
また、上記各実施形態では、低コストなシート成形により作製するためシート状部材２の片面にのみ微細光学形状を施しているが、図７に示すように上下面の両方に微細光学形状を形成したシート状部材６２としても構わない。この場合、上下面において微細光学形状は、異なる形状、同一の形状のいずれでも構わない。

また、上記各実施形態では、拡散シートを用いているが、拡散シートを省略したバックライトユニットとしても構わない。また、２枚のプリズムシートを用いているが、１枚のプリズムシートを採用したバックライトユニットとしても構わない。
上記各実施形態では、画像表示パネルとして液晶表示パネルを採用しているが、他の画像表示パネルを用いても構わない。例えば、電子ペーパーなどの画像表示パネルを採用しても良い。この場合、電子ペーパー本体の表面側にフロントライトユニットとして本発明の導光板及び面状ライトユニットが設置される。

本発明に係る導光板及び面状ライトユニット並びに表示装置の第１実施形態において、表示装置を示す概略的な断面図である。 第１実施形態において、導光板を示す要部拡大断面図である。 本発明に係る導光板及び面状ライトユニット並びに表示装置の第２実施形態において、導光板を示す要部拡大断面図である。 本発明に係る導光板及び面状ライトユニット並びに表示装置の第３実施形態において、導光板を示す要部拡大断面図である。 本発明に係る導光板及び面状ライトユニット並びに表示装置の第４実施形態において、導光板を示す平面図である。 本発明に係る導光板及び面状ライトユニット並びに表示装置において、導光板の他の例を示す要部拡大断面図である。 本発明に係る導光板及び面状ライトユニット並びに表示装置において、シート状部材の他の例を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

１，２１，３１，４１…導光板、２，６２…シート状部材、２ａ…凹状ドット、３…バックライトユニット（面状ライトユニット）、４…拡散シート、５…液晶表示パネル（画像表示パネル）、６Ａ…第１プリズムシート、６Ｂ…第２プリズムシート、７…反射シート、１０…表示装置、５２ａ…凸状断面Ｖ字型のプリズム、５２ｂ…凹状断面Ｖ字型のプリズム、５２ｃ…断面不等辺三角形状のプリズム、５２ｄ…凸状ドット、Ｌ…光源

Claims (8)

1. 透光性のシート状部材で構成されその側端面から入射された光源からの光を導光すると共に光路変換してその主面から照明対象物に対して面状の照明光を出射するシート状の導光板であって、
   前記光路変換を行う複数の微細光学形状が表面に形成された同一形状の前記シート状部材を、複数積層させて構成されていることを特徴とする導光板。
2. 請求項１に記載の導光板において、
   片面に前記微細光学形状が形成された一対の前記シート状部材を、互いに前記微細光学形状が形成されていない面を対向させて積層していることを特徴とする導光板。
3. 請求項１に記載の導光板において、
   片面に前記微細光学形状が形成された一対の前記シート状部材を、互いに前記微細光学形状が形成された面を対向させて積層していることを特徴とする導光板。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の導光板において、
   複数の前記シート状部材を、互いに前記微細光学形状の形成方向の角度をずらして積層していることを特徴とする導光板。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の導光板において、
   前記シート状部材が、熱転写成形又は紫外線硬化樹脂成形により作製されていることを特徴とする導光板。
6. 発光ダイオード素子を搭載した光源と、
   該光源の光を側端面から入射させる請求項１から５のいずれか一項に記載の導光板と、を備え、
   前記導光板が、前記光源の光の出射面高さと略同じ厚さにまで前記シート状部材を複数積層して構成されていることを特徴とする面状ライトユニット。
7. 画像表示パネルと、
   前記画像表示パネルの表面側又は裏面側に配された請求項６に記載の面状ライトユニットと、を備えていることを特徴とする表示装置。
8. 請求項７に記載の表示装置において、
   前記画像表示パネルが、液晶表示パネルであることを特徴とする表示装置。

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