JP2009103943A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
エッジライト型背面照明装置を備えた液晶表示装置において、表示画面の輝度を損なうことなく、その光源近傍における「導光板に形成されたドット」の可視化を防ぐ。
【解決手段】
背面照明装置の導光板の主面に形成される光拡散用ドット（ドット）の形状及び配置を、当該主面の光源近傍とそれ以外の領域とで異ならせ、光源近傍における導光板の白色度を調整する。光源近傍に形成される複数のドットは、導光板を伝播する光を散乱する第１部分とこの第１部分で囲まれ且つ第１部分より当該光を散乱しにくい第２部分から成り、光源近傍に千鳥配置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は背面照明装置（バックライト）等の液晶表示装置用部材およびこれを用いた液晶表示装置に関する。

近年、大画面の液晶テレビジョン装置（以下、液晶ＴＶ）の薄型化、低価格化、低消費電力が推進され、広く普及しつつある。これらの大画面液晶ＴＶのさらなる薄型化のためには、背面照明装置の超薄型化をおこなう必要がある。従来の大画面液晶ＴＶ用の背面照明装置としては、図２に示す直下型バックライトが用いられている。

図２の直下型バックライト（Direct Backlight）は、光源として複数の線状の光源１（冷陰極管等の蛍光管）が備えられ、複数の線状光源の直下には反射板２が設けられ、複数の線状光源の直上には輝度むらを低減するための板状の拡散板３と、必要に応じて液晶パネルの正面輝度を向上及び又は輝度斑の低減を図るための複数の光学シート４とが設けられている。
しかし、光源１である冷陰極管等は、その管表面が高輝度であるため、図３に示す光源１と拡散板３の距離が近いと、バックライト上に搭載される液晶表示パネル（不図示）の画面に輝度斑が出てしまい、その表示品位を劣化させるという問題がある。このため、光源と拡散板の距離を少なくとも光源間隔程度は確保する必要があり、超薄型化は困難である。

一方、ノート型パーソナルコンピュータ（以下、ノートＰＣ）や携帯情報端末のような中小型液晶表示装置としては、特開平４−１６２００２号公報に記載の如く、図４に示すようなエッジライト型バックライト（Side Edge Backlight）が用いられている。図４のエッジライト型バックライトは、光源１として線状光源（冷陰極管等の蛍光管）又は複数の点状光源（発光ダイオード等）を使用し、これを透過性材料からなる導光板５の端面（側面）に対向させて配置する。導光板の下面には、その内部を伝播する光を反射、透過、散乱させる光拡散用ドット６が形成され、導光板の下面の下側には光を反射させる反射板２が、導光板の上面（図示されない液晶表示パネルに対向する面）の上側には輝度むらを低減するためのシート状の拡散シート７と、必要に応じて液晶パネルの正面輝度を向上させるための複数の光学シート４とが設けられている。

エッジライト型バックライトは、液晶表示パネルの主面に照射される光の輝度の均一化を導光板により行えるため、直下型バックライトに比べて、薄型化が容易な利点がある。

従来、上記導光板の光を反射、透過、散乱させる光拡散用ドット（以下ドットと表記）として、直径０．４〜１．５ｍｍ程度の白色印刷ドット、直径０．０２〜０．１ｍｍ程度の機械加工ドット等が当該導光板の主面に形成されていた。しかし、上記中小型液晶表示装置用のエッジライト型バックライトを、大型液晶ＴＶに使用するため、導光板の対角寸法を３２インチワイド（導光板長さ約７２０ｍｍ）とし、導光板の厚さを３ｍｍ以下に設計し直そうとすると、この薄さを保ったままでの導光板の大型化が、以下の理由から、極めて困難であることが判明された。

通常の白色印刷ドットの場合、「導光板の長さ／導光板厚さ」の比率が増加するため、導光板の特に光源の近傍において、ドットによる光取り出し量を著しく減少させる必要がある。従って、導光板の光源近傍における印刷ドットを大幅に小型化する必要が有る。しかし、印刷ドットは、小型化が困難である事と、ドット小型化とこれによる導光板主面の被覆率の大幅な低下に伴い、液晶表示パネルの画面の上記光源近傍部分にて、ドットが可視化する現象、即ち、ドット見え（Dots-visualization）が生じる。

機械加工ドット等は、ドットが小さいため、ドット見えの問題は生じ難い。しかし、大画面液晶ＴＶの画面サイズに応じた導光板成形用の金型に微少なドットを形成せねばならず、故に金型の製造が極めて困難である。

特開平４−１６２００２号公報

従来の技術では、背面照明技術（バックライト装置）、特にその導光板の大型化と超薄型化との同時実現に問題が多く、これを解決することは困難である。本発明の目的はこのような現状を打開するためになされたもので、従来技術の欠点を改善して、大型且つ超薄型の導光板の実現により、ドット見えを低減し得る背面照明技術を提供することにある。

上述した目的を達成するために、本発明が提供する液晶表示装置の第１の観点は、次のように記される。

即ち、一対の主面（例えば、上面と下面）とその間に位置する複数の側面とを有する導光板、前記導光板の前記側面の一つ又は相対する一対に対向して配置された光源、前記導光板の主面の一方（例えば、上面）に対向して配置された拡散シート、前記拡散シートを介して前記導光板の一方の主面と対向するように配置された液晶表示素子、及び前記導光板の他方の主面（例えば、下面）と対向するように配置された反射シートを備えた液晶表示装置であって、
前記導光板の他方の主面には、前記光源から当該導光板に入射した光をこの導光板の夫々の主面に向けて拡散させる光拡散用ドットが形成され、
前記光拡散用ドットは、前記導光板の前記光源側に位置する光源近傍部の白色度（ドット白色度）が、
（数１）
71−0.32×ＬＤ＋6.0×１０^−４×ＬＤ^２−3.9×１０^−７×ＬＤ^３＞白色度、及び
（数２）
白色度＞20−0.11×ＬＤ＋2.2×１０^−４×ＬＤ^２−1.5×１０^−７×ＬＤ^３、
なる関係を満たすように形成されていることを特徴とする。

ここで、上述したＬＤは、「ＬＤ＝［導光板長さ］／［導光板厚さ］」の式で定まる無次元の値であり、さらに［導光板長さ］及び［導光板厚さ］の値は次のように定義される。

［導光板長さ］＝前記光源が前記導光板の前記一つの側面のみに対向するときは、この一つの側面から前記導光板の主面を介して当該一つの側面に対向する導光板主面の辺に到る距離（単位：ｍｍ）、また、前記光源が前記導光板の前記相対する一対の側面の各々に対向するときは、該一対の側面を隔てる距離の１／２の値（単位：ｍｍ）。

［導光板厚さ］＝前記導光板の前記一つの側面又は前記相対する一対の側面の一方から前記主面内に［導光板厚さ］／１０の距離だけ延在した領域における厚み（単位：ｍｍ）
上述した液晶表示装置において、前記導光板の前記光源近傍部における白色度は、前記ＬＤの値に対して、
（数３）
41−0.19×ＬＤ＋3.8×１０^−４×ＬＤ^２−2.6×１０^−７×ＬＤ^３＞白色度
なる関係を満たすとよい。

さらに必要に応じて、導光板長さが７２０ｍｍ以上、導光板厚さは、好ましくは０．５〜４ｍｍ、より好ましくは、１．６〜３．５ｍｍとする。

本発明が提供する液晶表示装置の第２の観点は、次のように記される。

即ち、導光板、前記導光板の側面又は相対する２側面に配置された光源、前記導光板の上面に配置された拡散シート、前記拡散シートの上に配置された液晶表示素子、及び前記導光板の下面に配置された反射シートを備えた液晶表示装置であって、
前記導光板の下面には、前記光源より該導光板に入射した光を導光板の上面及び下面方向に拡散させるドットが形成され、
前記導光板の下面の前記光源近傍に形成された複数のドットの内部には平滑面が各々形成され、且つこの光源近傍に形成されたドット内の被覆率が６０〜８０％であることを特徴とする。

例えば、導光板の下面に円形の着色ドットを形成する場合、その光源近傍部に配置される着色ドットの中心に透明なパターン（平滑面となる領域）を形成して、ドーナツ状（同心円状）の着色パターンに成形する。

前記光源近傍に形成された前記ドットの形状が、前記平滑面の周縁を規定する内周とこの内周と同軸に配された外周とにより規定される場合、この内周の径：Ｌ１（単位：ｍｍ）と前記複数のドット（例えばドーナツ状の着色パターン）を隔てる距離の最小値：Ｌ２（単位：ｍｍ）とは、「０．４＜ Ｌ１／Ｌ２ ＜０．６」なる関係を満たすとよい。

導光板の下面の、前記光源近傍より光源から離れた領域（光源遠方領域）に形成されたドットの前記被覆率は、光源近傍に形成されたドットのそれより高くするとよく、例えば被覆率が９０％以上となるように着色パターンを形成するとよい。

本発明による背面照明装置によれば、その導光板の大画面化と超薄型化とを同時に実現できるとともに、これに起因する液晶表示パネルの画面におけるドット見えを防止する事が出来るので、特に液晶ＴＶの画像品質を維持しつつ大画面化と超薄型化を実現するという極めて優れた効果が得られる。

以下、本発明による背面照明装置（エッジライト型バックライト）及びこれを備えた液晶表示装置の実施の形態について、図を参照して説明する。

図５（ａ）は、本発明による背面照明装置の一実施形態を示す断面図である。導光板５の下面にドット６を形成する。図５（ｂ）は、導光板下面に形成されたドット６を説明した図である。線状光源（冷陰極管等の蛍光管）、又は複数の点状光源（発光ダイオード等）を直線状に並べて成る光源１を、光透過性材料からなる導光板５の端面８及び又は相対する端面９に対向して配置される。導光板５の下面の下側には光を反射させる反射板２が、導光板の上面上に輝度むらを低減するための拡散板３と、必要に応じて液晶パネルの正面輝度を向上させるための複数の光学シート４を配置する。光学シート４の上部には液晶表示パネル（不図示）が、その主面が光学シート４の上面に対向するように配置される。

光源の配置は、図５に示すように相対する２側面に光源を配置するのが望ましいが、片側だけに配置しても構わない。相対する２側面に光源を配置するのが望ましい理由は、相対する２側面に光源を配置することにより輝度を２倍に出来る為である。遮光部材１５は、光源１からの光の導光板５に入射できなかった成分の液晶表示パネルへの直接入射を防ぐものであり、光源１が導光板５の一辺のみに沿わせて配置された背面照明装置では、当該一辺沿いに光源１と導光板５の周縁を覆うように設けられる。

導光板の長さ（長手方向の寸法）は、これを備えた背面照明装置が大型の液晶テレビジョン装置（液晶ＴＶ）に組み込まれるゆえ、少なくとも対角寸法が３２インチのワイド型液晶表示パネル（横：縦＝１６：９）の長辺に対応せねばならず、最低でも概ね７２０ｍｍ以上となる。この長さは、ＴＶ光源１が（液晶表示パネル）の画面サイズにより決定される。

導光板５の厚さの上限は、４ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下である。これは、光源に用いる冷陰極蛍光管（Cold-Cathode Fluorescent Lamp，以下、ＣＣＦＬと略記）の外径が１．６〜２ｍｍφ、発光ダイオード（Light Emitting Diode，以下、ＬＥＤと略記）のチップサイズが０．２〜１ｍｍ角であることから、導光板５を４ｍｍ以上の厚さとしても、これらの光源素子から導光板への入射光率が上がらず、背面照明装置の厚さのみを徒に増大させるだけである。特にＬＥＤを用いた背面照明装置では、導光板５の厚さを３ｍｍ以下とするのが望ましい。これは、ＬＥＤのチップサイズがＣＣＦＬに比べ１ｍｍ以上小さいためである。導光板５の厚さの下限に関しては、ＣＣＦＬの場合２ｍｍ以上、ＬＥＤの場合は０．５ｍｍ以上である。上記より薄くすると、光源１から導光板５への入射光率の低下から、背面照明装置（これを備えた液晶表示装置）の輝度が低下する問題がある。

なお、導光板５の相対する２側面（導光板５の矩形主面の短辺に夫々隣接する）にＬＥＤ（光源１）を夫々配置し、当該導光板５の長さ（当該矩形主面の長辺）がおおむね７２０ｍｍ以上であり、かつ光源１がヒートシンク１０に熱的かつ機械的に固定され、前記ヒートシンクがフレーム（背面照明装置のハウジング）又は放熱機構１１に熱的かつ機械的に固定された背面照明装置において、上記導光板５の厚さは、１．６〜３．５ｍｍが望ましい。図６には、導光板と光源の間隔を１．２５ｍｍとした背面照明装置の輝度（光学シート４を通して液晶表示パネルに照射される光の強度）を測定した結果が示され、導光板厚さが１．６〜３．５ｍｍの範囲にあると、当該輝度が最も高い。これは、導光板の長さが７２０ｍｍ以上の場合、導光板の熱膨張の伸縮が約１ｍｍ有るため、ＬＥＤと導光板を１〜１．５ｍｍあける必要があるためである。この様な問題は、モニタ・小型液晶ＴＶの様に導光板に光源を固定出来る場合は、生じない。相対する２側面にＬＥＤ光源を配置し、かつ放熱の必要から、光源をヒートシンク１０、フレーム又は放熱機構１１に熱的かつ機械的に固定される場合、光板と光源を固定できないことから、前記導光板厚さの範囲は重要である。

本発明による背面照明装置では、その導光板５の下面に当該導光板内の導波光を散乱させる複数の光拡散用ドット（以下ドットと呼称する）が形成されている。導光板５の下面は、図５（ｂ）に示すようにドット６とこのドットが形成されない部分（以下、非ドット形成面１２）から成り、当該下面（導光板５の主面の一方）の光源１の近傍部に形成されたドット６はドット散乱部１３とドット非散乱部１４とから構成される。

非ドット形成面１２は、ドット６の外周形状の外側にあり、かつ他ドット（当該ドット６に隣接する）の外周形状の外側部分でもある。換言すれば、導光板５の主面に形成された複数のドット６は、非ドット形成面１２により互いに隔てられる。非ドット形成面１２は、導光板５を成す光透過性材料を実質的に鏡面加工して得られた表面である。ドット非散乱部１４は、ドット散乱部１３の内部（ドット散乱部１３に囲まれた部分）を成す光透過性材料に実質的な鏡面加工を施して形成された部分である。ドット散乱部１３に対するドット非散乱部１４の割合（面積比）は、これらから成るドット６が光源から遠く離れるにつれて減少され、最終的には（光源１から最も遠いドット６において）０とすることが望ましい。

さらに、導光板５の主面（下面）の光源１に近い領域（以下、光源近傍部）とそれ以外の部分とに夫々形成されるドット６の形状を決める基準として、当該ドット６が形成された導光板５の光源近傍部における「白色度（Whiteness）」というパラメータを参照する。図１には、導光板５の厚さ（単位：ｍｍ（ミリメートル））をその長さ（単位：ｍｍ）で除した比率：ＬＤ（無次元）と、上記「白色度」との関係を示す３つの曲線が示される。これらの曲線が示す「白色度」の変化は、次の数４〜数６に示される数式１〜３に拠る。
（数４）
白色度＝71−0.32×LD＋0.00060×LD×LD−0.00000039×LD×LD×LD
＝71−0.32×LD＋6.0×10^−４×LD^２−3.9×10^−７×LD^３ …数式１
（数５）
白色度＝41−0.19×LD＋0.00038×LD×LD−0.00000026×LD×LD×LD
＝41−0.19×LD＋3.8×10^−４×LD^２−2.6×10^−７×LD^３ …数式２
（数６）
白色度＝20−0.11×LD＋0.00022×LD×LD−0.00000015×LD×LD×LD
＝20−0.11×LD＋2.2×10^−４×LD^２−1.5×10^−７×LD^３ …数式３
但し、LD＝［導光板長さ］／［導光板厚さ］
導光板５の厚さは、光源近傍における導光板５（上記光源近傍部）の厚さである。導光板５の長さは、その相対する両側に図８（ａ）に示される如く光源を配置する場合、当該両側の辺の各々に交差（直交）する（以下、光源側に対する垂直方向）の長さの半分と定義され、その側面の１つのみに図８（ｂ）に示す如く光源を配置する場合、導光板の光源に対向する辺と交差（直交）する方向（以下、光源側に対する垂直方向）の長さとして定義される。例えば、矩形主面を有する導光板５において、その第１辺に対向して光源１が配置されるとき、上記「導光板５の長さ」は、当該第１辺に隣接する（第１辺の両端から延在する）第２辺の一対のいずれかの寸法として算出される。多くの導光板５において、第１辺は「短辺」、第２辺は「長辺」と夫々記される。例えば、対角寸法３２インチのワイド型液晶ＴＶ用背面照明装置において、第１辺で光源１と対向する導光板５の第２辺は上述のとおり７２０ｍｍとなり、互いに向かい合う一対の第１辺の各々で光源１と対向する導光板５の上記［長さ］は、当該第２辺の１／２となる。

ドット６のサイズは、円形ドットの「直径」として論じられる。円形以外の形状を呈するドット６のサイズは、これをこれと同一面積を有する円形ドットに置き換えて、その「直径」にて論じられる。上記数式１〜３で算出される白色度は、導光板５の光源近傍部に形成されるドットの外周形状（以下、ドット形状）にて調整される。以下、この白色度を、「ドットの白色度（Dots-whiteness）」として説明する。

ドットの白色度は、導光板の側面から入射する光の強度（下記［入射光（θ）］）と、この光が導光板の主面（液晶表示パネルに対向する出光面）から出射される強度との比である導光板の［光取り出し率（θ）］から算出される。出射強度は、導光板内を伝播する上記光の、上記出光面まで透過される成分（透過光）と、導光板に形成されたパターン等で反射された成分（反射光）との和として定義される。本発明による背面照明装置にて、上記「反射光」は、導光板５のドット６が形成された面（例えば、上記出光面に対向するもう一つの主面、以下、ドット形成面と記す）の垂線（法線）と４０度（４０°）以下の角度を成して、出光面へ向けて反射される成分と特定される。このような［入射光（θ）］，［反射光］，及び［透過光］の強度により、［光取り出し率（θ）］は以下の如く定義される。
（数７）
［光取り出し率（θ）］
＝｛（［反射光］＋［透過光］）／［入射光（θ）］｝×１００
［入射光（θ）］の強度は、光が導光板の側面に入射する角度：θに応じて変化し、これに伴い［光取り出し率（θ）］の値も異なる。ドットの白色度は、この入射角度：θを０度（０°，導光板の側面に垂直な入射角度）から９０度（９０°）まで変化させて［光取り出し率（θ）］を算出し、その出現頻度（θに対する［入射光（θ）］の増減）に応じて、［光取り出し率（θ）］を加重平均することにより求められる。

ドットの白色度を上記のように定めるのは、以下の理由による。導光板から出射される反射光と透過光は、導光板におけるドットの製造方法や入射光の入射角により様々な散乱パターンを呈する。反射光に関しては、一般的な光透過性材料の臨界角度が４０乃至４５度（４０〜４５゜）であることから、導光板５のドット形成面の垂線と反射光のなす角度が４０度（４０°）以下の場合、導光板外に取り出されて液晶パネルを照明する照明光となる。透過光には、導光板５のドット形成面からその外側へ一旦取り出され、且つ反射シート（反射板２）で反射されて、ドット形成面から導光板５に再度入射して、最終的に出光面から導光板５の外側に出射される成分も含まれる。このため、導光板５から出射される透過光の一部の成分には、その光路故に反射シートや導光板通過などによる損失も認められるが、概ね液晶パネルを照明する照明光となる。したがって、ドットの白色度は、入射光となる導光板内部の導波光の出現頻度に応じて光取り出し率（θ）を加重平均すればよい。参考までに図７に一般的な導光板の導光板内導波光の平均的な入射角度分布を示す。

一方、本発明による背面照明装置（導光板）で、これに形成されるドット６により、そのドット白色度が調整される部分である「光源近傍部」は、入光面から導光板長さの概ね１０％の範囲である。光源近傍部をこの様に規定するのは、光源近傍部が光源に近いことから、ドット被服率が導光板の中で最も小さくなり、かつ、導光板内部を導光する光量が多いため、ドットが明るく光るため、最もドット見えが発生しやすい場所であるためである。

本発明の要旨の一つは、導光板５の光源近傍部に形成されるドット６の形状及び配置を上記［導光板の長さ］及び上記［導光板（その光源近傍部）の厚さ］に応じて調整することにより、当該光源近傍部におけるドットの白色度を、上述した数式１で定まる白色度の値以下で、且つ上述した数式３で定まる白色度の値以上の範囲に収めることにある。好ましくは、当該光源近傍部におけるドットの白色度を、上述した数式２で定まる白色度の値以下にする。本発明による背面照明装置及び液晶表示装置において、数式１〜３に拠る基準が導入された根拠を、図１を参照して以下に説明する。

本発明者らは、様々な外形形状の導光板（上記ＬＤの値が互いに異なる）を用意し、その夫々に形成されるドットの形状及び配置を変化させた。これにより、同じＬＤを示す導光板であっても、そのドット白色度は、これらに形成されたドットの形状及び配置に応じて相違する。このようにして導光板５のドットの白色度と導光板長さ／導光板厚さ（ＬＤ値）とを変化させ、夫々の導光板５を搭載した背面照明装置で液晶表示パネルを照射し、この液晶表示パネル（表示画面）の光源近傍における「ドット見え（表示画像におけるドット６の視認）」を評価した。

図１にプロットされた丸、四角、及び三角の点（points）は、本発明者により用意された導光板５のドット白色度とＬＤ値との組み合わせの多様性を反映する。このうち、丸点に対応する導光板５を備えた背面照明装置は、これと液晶表示パネルとの間に拡散シート（図５（ａ）の拡散板３）を１枚挿入するだけで、液晶表示パネルの表示画面（以下、画面）におけるドット見えが消された。四角点に対応する導光板５を備えた背面照明装置では、これと液晶表示パネルとの間に拡散シート２枚を挿入することにより、画面におけるドット見えが消された。三角点に対応する導光板５は、従来の印刷ドットが形成されたもので、これを備えた背面照明装置と液晶表示パネルとの間に拡散シート３枚を挿入しても、画面におけるドット見えは消せなかった。これらのデータを種々検討し、本発明者らは導光板５が数式１よりも小さいドット白色度を示せば、これを備えた背面照明装置は２枚の拡散シートと組み合わされることにより、液晶表示パネルの画面におけるドット見えを防ぐことができ、さらに数式２よりも小さいドット白色度を示せば、これを備えた背面照明装置は１枚の拡散シートとの組み合わせにより、液晶表示パネルの画面におけるドット見えを防ぐことができると結論付けた。液晶ＴＶに代表される液晶表示装置においては、液晶表示パネルの画面の輝度を均すため、少なくとも１枚の拡散シート又は拡散板が液晶表示パネルと背面照明装置との間に挿入される。また、この間に２枚の拡散シートを挿入しても、背面照明装置全体の薄型化に与える影響は小さく、これによる液晶表示パネルへの照射輝度の低下も無視できる。

一方、導光板５に形成されたドット６が、そのドット白色度を数式３より小さな値に抑えるとき、これを備えた背面照明装置により液晶表示パネルに照射される光の強度が減衰し、液晶表示パネルの画面の輝度を大きく低下させる。従って、このような背面照明装置は、液晶ＴＶに利用できない。従って、導光板５におけるドットの白色度を上記数式１と数式３とに範囲とすることにより、液晶表示パネルの画面から効果的にドット見えを消し、当該画面の表示品位を向上することが出来る。

上述したドットの白色度を導光板５に与えるように、当該導光板５にドット６を形成する手法としては、サンドブラストやエッチングにより表面が僅かに荒らされた金型を用いた射出成型により導光板にドットを形成する方法や、導光板と成る基材（例えば、樹脂部材）の表面に微量の散乱剤が混入された樹脂をインクジェット・印刷により塗布する方法などが適用できる。

本実施形態では、導光板の主面に印刷ドットを、これに用いるインクに含まれる散乱剤の量を変更しながら形成し、当該主面の部分に応じて任意の白色度のドットを作り分けている。図１４は、インクに含まれる散乱剤濃度と当該インクの塗布により形成されるドットの白色度の関係を実測した一例である。

ここで、光源近傍において、ドット非散乱部１４をドット散乱部１３の内部に形成する理由を説明する。導光板は、その出光面内における輝度分布の均一化のために通常光源から遠くなるに従い、ドットサイズを大きくし、またはドットの密度を上げ、ドットの被覆率を上げる必要がある。しかし、本発明のごとくドットの白色度が小さく制限されるとき、当該ドットの被覆率が１００％近くまで上げられても、光源から遠い部分からの光取り出し能力が不足し、液晶表示パネルを照射する光の強度、還元すれば、液晶表示装置におけるバックライト効率が低下する問題がある。

図９は、導光板５の主面に形成されるドット形状を円形とし、その光源近傍領域に配置されるドットにドット非散乱部を形成することなく（ドットを所謂ドーナツ状に成形することなく）、当該領域におけるドットの白色度を変化させた場合のバックライト平均輝度の関係を示したグラフである。

対角寸法３２インチの液晶ＴＶ用で且つ厚さ３ｍｍの導光板では、これを通して光が照射される液晶表示パネルの画面内のドット見えを防ぐために、その白色度を３０とすることの必要性が、図１から明らかである。しかし、斯様なドットが形成された導光板５から出射される光で照射される液晶表示パネルの平均輝度は、これよりも高い白色度を付与するドットが形成された導光板５から出射される光で照射された液晶表示パネルの平均輝度に比べて若干低下する。対角寸法４６インチの液晶ＴＶ用で且つ厚さ３ｍｍの導光板では、これを通して光が照射される液晶表示パネルの画面内のドット見えを防ぐために、その白色度を２０前後に抑えねばならないため、この導光板５から出射される光で照射される液晶表示パネルの平均輝度は、さらに大きく低下する。

この問題を回避するため、導光板５の主面の光源近傍部に、図１０に示すように実質的に同心円形状（所謂ドーナツ形状）のドットを、望ましくは所謂千鳥配置されるように形成する。光源近傍部と呼ばれる導光板５の主面には、複数のドット６が非ドット形成面１２で隔てられ、ドット６の各々には、ドット散乱部１３とこれに囲まれた非ドット散乱部１４とが形成される。ドット散乱部１３は、非ドット形成面１２及び非ドット散乱部１４と、反射率や屈折率が異なる領域、又は着色された領域として識別される。ドット６の内部（非ドット散乱部１４）に平滑面を形成することは、光源近傍部における白色度（ドットの白色度）を下げる上で望ましい。

ドット内被覆率は、図１０に示す同心円の場合、“ドット内被覆率＝（外部円面積−内部円面積）／外部円面積”で定義される。内部円面積は、非ドット散乱部１４の面積に、外部円面積は非ドット散乱部１４とドット散乱部１３との面積の和に、夫々相当する。ドット６の形状は、同心円の他、図１１に示すような楕円同心円などでもよく、更に矩形に代表される多角形の枠から成るドット散乱部１３等、多岐に亘る。これに鑑み、ドット内被覆率は、さらに一般化されて、以下の式で定義される。
（数８）
ドット内被服率＝（ドット面積−内部平滑面面積）／ドット面積
さらに、導光板の光源から最も遠い部分（光源遠方）では、ドット内被覆率が、実質的に１００％となるように、導光板主面におけるドット非散乱部の割合が、光源（これに対向する導光板の側面）からの距離に応じて徐々に低下される。導光板主面の光源から離れた領域における平均輝度を維持するためには、その領域におけるドット内被覆率を９０％以上とすることが推奨される。

この様にドット内被覆率を変化させることにより、導光板における光源近傍の白色度を数式１の曲線と数式３の曲線とに挟まれた前記の範囲に維持しつつ、導光板の光源から最も遠い部分においては、実質的に高い白色度とすることができる。従って、バックライト平均輝度を維持しつつ液晶表示パネルの画面におけるドット見えが抑止され、また、当該画面における輝度ムラも解消される。

図１２は、ドット内被覆率１００％換算で白色度３０のドットが主面に形成された厚さ３ｍｍの「対角寸法４６インチの画面対応の導光板」により光が照射される液晶表示パネルにおけるドット見えを検討したグラフである。この導光板に形成されたドットは、その内部に作製された鏡面部により当該ドット内被覆率が下げられることにより、導光板の白色度を３０に抑える。この導光板は、その光源近傍部に形成されたドットのドット内被覆率が６０〜８０％に調整されることにより、液晶表示パネルにおけるドット見えを防ぎつつ、当該導光板（主面）の光源から遠い部分では、導光板の白色度を３０に調整するドットが形成されることにより、図９に示すように導光板からの光の出射効率覆の低下も押さえられている。このような導光板の機能は、対角寸法４６インチ以外の画面サイズに対応し又は厚さの異なる導光板でもほぼ同様に見出される。いずれの導光板においても、その光源近傍部に形成されるドットに推奨されるドット内被覆率は、６０〜８０％の範囲である。

ドット６を同心円状に形成する場合は、外部円（ドット散乱部１３の輪郭）と内部円（非ドット散乱部１４の輪郭）の大きさの比率は、図１３に示すようにＬ１、Ｌ２を定めた場合、図１５に示すように「０．４＜Ｌ１／Ｌ２＜０．６」の関係を満たすようにする事が望ましい。図１３において、Ｌ１は隣り合うドット６（そのドット散乱部１３）を隔てる距離の最小値（単位：ｍｍ）として、Ｌ２は個々のドット６における非ドット散乱部１４（の輪郭）の直径（単位：ｍｍ）として、夫々記される。導光板の主面（特に光源近傍部）には複数のドット６は千鳥配置されているため、その一つのドットを、これに隣接する他の６つのドットが取り囲む。Ｌ１の値は、当該「一つのドット」と「他の６つのドットの任意の一つ」とを隔てる最短距離として与えられる。

図１５は、図１３に示されるドット６が形成された導光板を備えた背面照明装置で照射される液晶表示パネルの画面における「ドット見え」と、当該ドット６の大きさと配置に係る「Ｌ１／Ｌ２」（Ｌ１をＬ２で除して得られる無次元値）との関係を示す。導光板は、対角寸法４６インチの液晶表示パネルに対応する広さの主面（上面）を有し、その光源に対向する部分（光源近傍部，入光部近傍とも呼ばれる）の厚さは３ｍｍである。光源近傍部には、その白色度が２０となるようにドット６が形成される。この導光板で得られた、図１５に示される「ドット６の形状及び配置に対するドット見え」の評価結果と同様の傾向が、当該導光板とサイズや厚さが異なる他の導光板でも認められる。従って、上記Ｌ１とＬ２とが「０．４＜Ｌ１／Ｌ２＜０．６」の関係を満たすことで得られる液晶表示パネルの画面における「ドット見え」の解消の効果は、本発明による背面照明装置（導光板）を備えた種々の液晶表示装置で再現される。

以上に説明した本発明によると、液晶表示パネルの画面の光源近傍におけるドット見えを効率的に防止し、且つ当該画面の表示コントラストを大幅に高め得る高輝度なバックライト（背面照明装置）が実現されるため、その結果、表示装置の表示品質が向上され、液晶ＴＶの黒挿入駆動やオーバードライブ駆動で表示される動画像の輝度低下も解消される。

本発明における白色度の範囲を説明する図。 直下型バックライトの構造図。 直下型バックライトの薄型化の問題点を説明する図。 エッジライト型バックライトの構造図。 本発明による背面照明装置の一実施形態を説明する図。 導光板の厚さと輝度の関係を示す図。 導光板内部を導光する光の角度分布を説明する図。 導光板長さを説明するための図。 バックライト平均輝度と白色度の関係を説明する図。 ドット形状の１例を説明する図。 ドット形状の他の１例を説明する図。 ドット内被服率とドット見えの関係を説明する図。 Ｌ１とＬ２を説明する図。 散乱剤濃度とドットの白色度の関係を説明する図。 Ｌ１とＬ２の比率とドット見えの関係を説明する図

符号の説明

１…光源、２…反射板、３…拡散板、４…光学シート、５…導光板、６…光拡散用ドット（ドット）、７…拡散シート、８…導光板の端面、９…導光板の相対する端面、１０…ヒートシンク、１１…フレーム及び又は放熱機構、１２…非ドット形成面、１３…ドット散乱部。

Claims (7)

1. 一対の主面とその間に形成された複数の側面とを有する導光板、前記導光板の前記側面の一つ又は相対する一対に対向して配置された光源、前記導光板の主面の一方に対向して配置された拡散シート、前記拡散シートを介して前記導光板の一方の主面と対向するように配置された液晶表示素子、及び前記導光板の他方の主面と対向するように配置された反射シートを備えた液晶表示装置であって、
   前記導光板の他方の主面には、前記光源から該導光板に入射した光を該導光板の夫々の主面に向けて拡散させる光拡散用ドットが形成され、
   前記光拡散用ドットは、前記導光板の前記光源の近傍部の白色度が、
   （数１）
   71−0.32×ＬＤ＋6.0×１０^−４×ＬＤ^２−3.9×１０^−７×ＬＤ^３＞白色度、及び
   （数２）
   白色度＞20−0.11×ＬＤ＋2.2×１０^−４×ＬＤ^２−1.5×１０^−７×ＬＤ^３、
   なる関係を満たすように形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
   但し、ＬＤ＝［導光板長さ］／［導光板厚さ］；
   ［導光板長さ］＝前記光源が前記導光板の前記一つの側面のみに対向するときは、該一つの側面から前記導光板の主面を介して該一つの側面に対向する該主面の辺に到る距離（単位：ｍｍ）、前記光源が前記導光板の前記相対する一対の側面の各々に対向するときは、該一対の側面を隔てる距離の１／２の値（単位：ｍｍ）；
   ［導光板厚さ］＝前記導光板の前記一つの側面又は前記相対する一対の側面の一方から前記主面内に［導光板厚さ］／１０の距離だけ延在した領域における厚み（単位：ｍｍ）。
2. 前記導光板の前記光源近傍部における白色度は、前記ＬＤの値に対して、
   （数３）
   41−0.19×ＬＤ＋3.8×１０^−４×ＬＤ^２−2.6×１０^−７×ＬＤ^３＞白色度
   なる関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置において、前記［導光板厚さ］が０．５〜４mmの範囲にあることを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項３記載の液晶表示装置において、前記［導光板厚さ］が１．６〜３．５mmの範囲にあることを特徴とする液晶表示装置。
5. 導光板、前記導光板の側面又は相対する２側面に配置された光源、前記導光板の上面に配置された拡散シート、前記拡散シートの上に配置された液晶表示素子、及び前記導光板の下面に配置された反射シートを備えた液晶表示装置であって、
   前記導光板の下面には、前記光源より該導光板に入射した光を該導光板の上面及び下面方向に拡散させるドットが形成され、
   前記導光板の下面の前記光源近傍に形成された複数のドットの内部には平滑面が各々形成され、且つ該光源近傍に形成された該ドット内の被覆率が６０〜８０％である
   ことを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項５記載の液晶表示装置において、
   前記光源近傍に形成された前記ドットの形状は前記平滑面の周縁を規定する内周と該内周と同軸に配された外周とにより規定され、該内周の径：Ｌ１（単位：ｍｍ）と前記複数のドットを隔てる距離の最小値：Ｌ２（単位：ｍｍ）とは、
   ０．４ ＜ Ｌ１／Ｌ２ ＜ ０．６
   なる関係を満たすことを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項５記載の液晶表示装置において、
   前記導光板の下面の、前記光源近傍より前記光源から離れた光源遠方領域に形成された前記ドットは、そのドット内の被覆率が９０％以上であることを特徴とする液晶表示装置。

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