JP2009043565A - 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、基材上に樹脂層を形成した構成でも、境界面での反射を低減して高い輝度が得られ、特に、薄型化されたシート状導光板でも高輝度を得ること。
【解決手段】 透光性の材料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導光板１であって、基材層１ａと、基材層１ａの上下面に成膜され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樹脂層１ｂと、を備え、樹脂層１ｂの屈折率が、基材層１ａの屈折率に対して同じ又は高く設定されている。
【選択図】 図１

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、透明樹脂基材上に液状樹脂で光散乱パターンが形成された導光板及びこれを備えた面状光源装置が提案されている。なお、このような導光板に用いられている透明樹脂基材は、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。

特許第３３７６５０８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、透明樹脂基材上に光散乱パターンを有する樹脂層が形成されている導光板の場合、透明樹脂基材内を導光される光の一部が樹脂層と透明樹脂基材との境界面で内側に反射され樹脂層内へ入射されず、主面から出射される光の輝度が十分でなかった。
また、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、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。この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、基材シート上に樹脂層を形成する場合、上述したように互いの境界面で光の一部が反射してしまう問題が残っている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、基材上に樹脂層を形成した構成でも、境界面での反射を低減して高い輝度が得られ、特に、薄型化されたシート状導光板でも高輝度を得ることができ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、透光性の材料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導光板であって、基材層と、該基材層の片面又は両面に成膜され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樹脂層と、を備え、該樹脂層の屈折率が、前記基材層の屈折率に対して同じ又は高く設定されていることを特徴とする。

この導光板では、基材層上に形成された樹脂層の屈折率が、基材層の屈折率に対して同じ又は高く設定されているので、基材層内を導光される光の多くが樹脂層と基材層との境界面で全反射されずに樹脂層内に入射されて主面から出射される。したがって、導光される光を樹脂層内まで入射させ効率的に主面から出射させることができ、高い輝度を得ることができる。

また、本発明の導光板は、前記樹脂層が、紫外線硬化樹脂成形で形成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樹脂層が形成されるので、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。

また、本発明の導光板は、前記基材層が、シート状部材であることを特徴とする。すなわち、この導光板では、基材層がシート状部材であるので、全体がシート状の導光板となり、大幅な薄型化を図ることができる。

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、上記本発明の導光板を備えているので、導光された光が効率的に主面から出射され高い輝度を得ることができる。

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、高輝度な画像表示が得られる。特に、シート状の導光板とすることで、低コストで薄型化及び大型化することができる。

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、基材層上に形成された樹脂層の屈折率が、基材層の屈折率に対して同じ又は高く設定されているので、導光される光が樹脂層を介して効率的に主面から出射され、高い輝度を得ることができる。
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、高輝度な画像表示が可能になり、特にシート状の導光板とすることで、薄型化及び大型化を低コストで実現することができる。

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一実施形態を、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、透光性の材料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（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の導光板であって、基材層１ａと、該基材層１ａの上下面に成膜され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樹脂層１ｂと、を備えている。

上記基材層１ａ及び樹脂層１ｂ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ている。基材層１ａは、例えばロール成形方法などを用いて平坦なシート状にシート成形されている。また、樹脂層１ｂ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作製されている。

例えば、ロール成形方法を採用して基材層１ａを作製する場合、ロール上型と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の基材層１ａを作製する。なお、基材層１ａの厚さは、例えば１００μｍ程度である。

また、紫外線硬化樹脂成形で樹脂層１ｂを作製する場合、例えば上記基材層１ａ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、基材層１ａよりも大幅に薄い樹脂層１ｂ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有機光反応効果樹脂が用いられる。
なお、上記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導光板１を得ている。

上記微細光学形状としては、複数の凸状ドット、凹状ドット、凸状断面Ｖ字型のプリズム、凹状断面Ｖ字型のプリズム、断面不等辺三角形状のプリズムなど種々の形状が任意に選択される。なお、本実施形態では、下面側の樹脂層１ｂの表面に微細光学形状が形成されている。また、上記微細光学形状の高さやピッチは、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。

上記樹脂層１ｂの屈折率は、基材層１ａの屈折率に対して同じ又は高く設定されている。例えば、樹脂層１ｂをＰＣ（ポリカーボネイト）樹脂で形成し、その屈折率ｎ_１が１．５８９とされ、基材層１ａをＰＭＭＡ（ポリメチル・メタクリレート（アクリル））樹脂で形成し、その屈折率ｎ_０が１．４９０とされる。

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、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、導光板１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の各シート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。

導光板１における光の導光及び出射について説明すると、例えば、樹脂層１ｂの屈折率が基材層１ａの屈折率よりも低い場合、図３の（ａ）に示すように、基材層１ａ内を導光される光の多くが樹脂層１ｂと基材層１ａとの境界面で全反射されて樹脂層１ｂ内に入射されないのに対し、本実施形態の導光板１では、樹脂層１ｂの屈折率が基材層１ａの屈折率に対して同じ又は高いので、図３の（ｂ）に示すように、樹脂層１ｂと基材層１ａとの境界面を透過して樹脂層１ｂ内に入射されて主面から出射され易くなる。樹脂層１ｂに光が閉じ込まれる場合でも、樹脂層１ｂには微細光学形状が形成されているため、導光板１の主面から光を出射させることができる。すなわち、光ファイバーのように屈折率によって光を閉じ込める場合とは逆の屈折率関係となるように基材層１ａと樹脂層１ｂとの屈折率を設定することで、基材層１ａ内を導光する光が樹脂層１ｂ側に入射され易くし、樹脂層１ｂから外部への出射及び樹脂層１ｂの微細光学形状による光学効果をより高く得ることができる。

次に、基材層１ａ及び樹脂層１ｂの屈折率を任意に設定して主面における平均輝度及び面内の輝度分布をシミュレーションした結果を、図４から図７を参照して説明する。

本実施形態の導光板１として、基材層１ａの屈折率ｎ_０を１．４９とし、樹脂層１ｂの屈折率ｎ_１を１．５８とした場合（実施例１：ｎ_０＜ｎ_１）と、基材層１ａの屈折率ｎ_０を１．４９とし、樹脂層１ｂの屈折率ｎ_１を１．５２とした場合（実施例２：ｎ_０＜ｎ_１）と、基材層１ａの屈折率ｎ_０を１．５８とし、樹脂層１ｂの屈折率ｎ_１を１．５８とした場合（実施例３：ｎ_０＝ｎ_１）と、のシミュレーション結果を図４から図６に示す。
また、比較例として、基材層１ａの屈折率ｎ_０を１．５８とし、樹脂層１ｂの屈折率ｎ_１を１．５２とした場合（ｎ_０＞ｎ_１）のシミュレーション結果を図７に示す。
さらに、基準例として、屈折率ｎ_０が１．５８の基材層１ａのみで構成された導光板についてもシミュレーションした結果を図８に示す。なお、反射シート７等の他の各構成は、いずれも同様の設定とした。

上記シミュレーションの結果、基準例の平均輝度を１００とした場合、比較例の平均輝度が４８．３であるのに対し、本発明の導光板１の平均輝度は、屈折率関係（ｎ_０＜ｎ_１）の場合、実施例１が８９．３、実施例２が９３．２であると共に、屈折率関係（ｎ_０＝ｎ_１）の場合（実施例３）が９９．２と大きく向上していることがわかった。このように、屈折率関係がｎ_０＝ｎ_１の場合（実施例３）、最も高輝度であり、また実施例１と実施例２とを比較すると、基材層１ａと樹脂層１ｂとの屈折率が互いに近い実施例２の方が高輝度が得られている。

このように本実施形態の導光板１では、基材層１ａ上に形成された樹脂層１ｂの屈折率が、基材層１ａの屈折率に対して同じ又は高く設定されているので、基材層１ａ内を導光される光の多くが樹脂層１ｂと基材層１ａとの境界面で全反射されずに樹脂層１ｂ内に入射されて主面から出射される。したがって、導光される光を樹脂層１ｂ内まで入射させ効率的に主面から出射させることができ、高い輝度を得ることができる。特に、屈折率関係がｎ_０＝ｎ_１であることが望ましいが、屈折率関係がｎ_０＜ｎ_１の場合でも高い輝度を得ることができる。また、屈折率関係がｎ_０＜ｎ_１の場合、基材層１ａと樹脂層１ｂとの屈折率が互いに近いほど高い輝度を得ることができる。

また、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樹脂層１ｂが形成されるので、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。特に、基材層１ａがシート状部材であるので、全体がシート状の導光板１となり、大幅な薄型化を図ることができる。

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、上記導光板１を備えているので、高輝度な画像表示が得られる。特に、シート状の導光板１とすることで、低コストで薄型化及び大型化することができる。

なお、本発明は上記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、上記実施形態では、下面側の樹脂層１ｂの表面に微細光学形状が形成されているが、上面側の樹脂層１ｂにも微細光学形状を施しても構わない。この場合、両面に形成される微細光学形状は、互いに異なる形状、同一形状のいずれでも構わない。
また、上述したように、軟質なシート状の基材層１ａの表面に樹脂層１ｂを設けて複数層構成のシート状導光板１とすることが大型化や薄型化の点で好ましいが、射出成形で作製された硬質な板状の基材層の表面に上記屈折率の関係とした樹脂層を形成した導光板としても構わない。

また、上記実施形態では、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一実施形態において、導光板を示す断面図である。 本実施形態において、表示装置を示す概略的な断面図である。 本実施形態において、基材層と樹脂層との屈折率に応じた導光板内の導光を説明するための模式図である。 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一実施形態において、屈折率が（ｎ_０＜ｎ_１）の導光板（実施例１）での面内輝度分布を示すシミュレーション結果である。 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一実施形態において、屈折率が（ｎ_０＜ｎ_１）の導光板（実施例２）での面内輝度分布を示すシミュレーション結果である。 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一実施形態において、屈折率が（ｎ_０＝ｎ_１）の導光板（実施例３）での面内輝度分布を示すシミュレーション結果である。 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比較例において、屈折率が（ｎ_０＞ｎ_１）の導光板での面内輝度分布を示すシミュレーション結果である。 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基準例において、導光板の面内輝度分布を示すシミュレーション結果である。

符号の説明

１…導光板、１ａ…基材層、１ｂ…樹脂層、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、Ｌ…光源

Claims (6)

1. 透光性の材料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導光板であって、
   基材層と、
   該基材層の片面又は両面に成膜され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樹脂層と、を備え、
   該樹脂層の屈折率が、前記基材層の屈折率に対して同じ又は高く設定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、
   前記樹脂層が、紫外線硬化樹脂成形で形成されていることを特徴とする導光板。
3. 請求項１又は２に記載の導光板において、
   前記基材層が、シート状部材であることを特徴とする導光板。
4. 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３のいずれか一項に記載の導光板と、を備えていることを特徴とする面状ライトユニット。
5. 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４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。
6. 請求項５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。