JP2011181364A - 導光板及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、光損失を小さくすることができる導光板及びこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】導光板22は、端面28から入射した光を内部で反射させて表面30から面発光させる導光板22である。表面30とは反対側の裏面32には凹凸が形成される。凹凸は、端面28から内部に向かう方向である第1方向Dに沿って第1尾根38がそれぞれ続く複数の第1山脈形状34と、第1方向Dに交差する第2方向Dに沿って第2尾根42がそれぞれ続く複数の第2山脈形状36と、を組み合わせた形状によって形成される。それぞれの第1山脈形状34は、第1尾根38を挟む一対の第1側面40を有する。それぞれの第2山脈形状36は、第2尾根42を挟む一対の第2側面44,45を有する。
【選択図】図2

Description

本発明は、導光板及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
サイドライト方式又はエッジライト方式のバックライトを備える液晶表示装置では、導光板の端面に入射した光が、導光板の内部を進行し、その裏面側の界面で反射して表面から出射するようになっている(特許文献1参照)。また、導光板から面発光した光は、特定の振動方向の偏光(直線偏光又は平面偏光)のみを通す偏光板を通って液晶表示パネルに入る。
特開2009−276531号公報
導光板の内部を進行する光には、出射するときに出射面側の界面で反射して内部に残る成分があり、光損失の原因となっていた。また、偏光板を通らない光は、導光板から出射しても偏光板に吸収されるため、これも光損失の原因となっていた。
本発明は、光損失を小さくすることができる導光板及びこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
(1)本発明に係る導光板は、端面から入射した光を内部で反射させて表面から面発光させる導光板であって、前記表面とは反対側の裏面には凹凸が形成され、前記凹凸は、前記端面から前記内部に向かう方向である第1方向に沿って第1尾根がそれぞれ続く複数の第1山脈形状と、前記第1方向に交差する第2方向に沿って第2尾根がそれぞれ続く複数の第2山脈形状と、を組み合わせた形状によって形成され、それぞれの前記第1山脈形状は、前記第1尾根を挟む一対の第1側面を有し、それぞれの前記第2山脈形状は、前記第2尾根を挟む一対の第2側面を有することを特徴とする。本発明によれば、裏面に第1山脈形状を形成することで導光板の表面から出射する光のP偏光が増加することが発明者の実験により明らかになった。P偏光はS偏光よりも反射率が低いので、導光板の表面側の界面で反射して内部に残る成分が少ないため、光損失を小さくすることができる。
(2)(1)に記載された導光板において、前記一対の第1側面は、前記第1尾根を挟んで対称の形状であることを特徴としてもよい。
(3)(1)に記載された導光板において、前記一対の第2側面は、前記第2尾根を挟んで非対称の形状であることを特徴としてもよい。
(4)(3)に記載された導光板において、一方の前記第2側面は、他方の前記第2側面よりも、麓から前記第2尾根までの長さが長いことを特徴としてもよい。
(5)(1)から(4)のいずれか1項に記載された導光板において、前記一対の第1側面はそれぞれ平坦面であり、前記一対の第1側面の間の角度は、前記第1尾根の内部側で、80°以上130°以下であることを特徴としてもよい。
(6)(1)から(4)のいずれか1項に記載された導光板において、前記一対の第1側面はそれぞれ凸曲面であることを特徴としてもよい。
(7)(6)に記載された導光板において、前記複数の第1山脈形状の高さは、前記複数の第2山脈形状よりも高く、それぞれの前記第2側面が、前記複数の第1山脈形状によって複数に分割されていることを特徴としてもよい。
(8)本発明に係る液晶表示装置は、(1)から(7)のいずれか1項に記載された導光板と、前記導光板の前記端面に対向するように配置された光源と、前記導光板の前記表面側に配置された液晶表示パネルと、前記導光板と前記液晶表示パネルの間に配置された偏光板と、を有し、前記偏光板は、前記導光板の前記表面の法線を含む面内で電場が振動している直線偏光であるP偏光を通し、S偏光を通さないことを特徴とする。
本発明の実施形態に係る液晶表示装置の概略を示す分解図である。 導光板の斜視図である。 図2に示す導光板の平面図である。 図3に示す導光板の側面図である。 図3に示す導光板のV−V線断面図である。 導光板についての実験結果を示す図である。 比較実験の結果を示す図である。 本実施形態に係る導光板の変形例を示す斜視図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の概略を示す分解図である。
液晶表示装置は、液晶表示パネル10を有する。液晶表示パネル10は、ガラス等からなる一対の基板12,14とその間に挟まれた図示しない液晶を含む。液晶表示パネル10は、一対の基板12,14の外側にそれぞれ偏光板16,18を有する。
液晶表示装置は、光源20を有する。光源20は、LED(Light Emitting Diode)などの点光源又は線光源であり、導光板22によって面光源に変換される。液晶表示装置は、光学シート24を有する。光学シート24は、液晶表示パネル10と導光板22の間に配置されている。導光板22の、光学シート24(又は液晶表示パネル10)とは反対側には反射シート26が配置されている。
液晶表示装置は、導光板22を有する。導光板22は、光源20に対向する端面28を有する。端面28は、光の入射面である。導光板22は、光を出射する表面30を有し、表面30側に、液晶表示パネル10が配置されている。導光板22と液晶表示パネル10の間に、一方の偏光板16が位置している。
図2は、導光板22の斜視図である。図3は、導光板22の平面図である。図4は、図3に示す導光板22の側面図である。図5は、図3に示す導光板のV−V線断面図である。
導光板22は、端面28から入射した光を内部(裏面32)で反射させて表面30から面発光させるようになっている。表面30とは反対側の裏面32には凹凸が形成されている。凹凸は、複数の第1山脈形状34と複数の第2山脈形状36を組み合わせた形状によって形成されている。第1山脈形状34及び第2山脈形状36は、それぞれ、プリズムの形状になっている。
複数の第1山脈形状34は、端面28から内部に向かう方向である第1方向Dに沿って第1尾根38がそれぞれ続く。それぞれの第1山脈形状34は、第1尾根38を挟む一対の第1側面40を有する。一対の第1側面40は、第1尾根38を挟んで対称の形状である。一対の第1側面40はそれぞれ平坦面である。一対の第1側面40の間の角度は、第1尾根38の内部側で、80°以上130°以下である。
複数の第2山脈形状36は、第1方向Dに交差(例えば直交)する第2方向Dに沿って第2尾根42がそれぞれ続く。それぞれの第2山脈形状36は、第2尾根42を挟む一対の第2側面44,45を有する。それぞれの第2側面44,45が、複数の第1山脈形状34によって複数に分割されている。
一対の第2側面44,45は、第2尾根42を挟んで非対称の形状である。一方(端面28とは反対側)の第2側面45は、他方(端面28側)の第2側面44よりも、麓から第2尾根42までの長さが長い。言い換えると、端面28側の第2側面44は、端面28とは反対側の第2側面45よりも、立ち上がり角度が急になっている。第1山脈形状34の高さが第2山脈形状36よりも高くなっているが、その逆であってもよい。
次に、導光板22の内部を進行する光について説明するが、その前に、一般的な光の特性を説明する。光は、進行方向に垂直に振動する電磁波である。光のうち、直線偏光又は平面偏光は、面に反射するときに、反射面との関係でP偏光とS偏光に分けられる。詳しくは、反射面の法線と光の進行方向を含む面(あるいは、入射光及び反射光の進行方向を含む面)内で電場が振動している直線偏光がP偏光である。これに対して、反射面の法線と光の進行方向を含む面に対して垂直な面(あるいは、入射光及び反射光の進行方向を含む面に対して垂直な面)内で電場が振動している直線偏光がS偏光である。P偏光とS偏光を比較すると、S偏光がP偏光よりも反射率が大きいという性質がある。
したがって、S偏光は、導光板22の内部から出射するときに、表面30の内部側で反射して内部に残り易い。つまり、S偏光は損失が大きい。
本実施形態では、第1山脈形状34を形成してあるので、S偏光が、一対の第1側面40を界面として内部に反射するときにP偏光に変換される。一方の第1側面40で反射し、続いて他方の第1側面40で反射するため、光は2回反射する。こうして、S偏光がP偏光に変換されるので、導光板22の表面30から出射する光は、P偏光の比率が高くなる。
本発明の発明者は、本実施形態に係る導光板22の特性を測定する実験を行った。図6は、導光板22についての実験結果を示す図である。この実験では、導光板22にS偏光を入射したときに、出射されるP偏光の比率を測定した。また、一対の第1側面40の間の角度を変えて測定を行い、その角度を横軸に示した。縦軸は、P偏光の比率を表している。実験結果から、一対の第1側面40の間の角度が90°〜130°の間では、ほぼすべての出射光がP偏光であることが分かった。すなわち、S偏光のほぼすべてがP偏光に変換されたことが分かった。
また、本実施形態に係る導光板22と従来の導光板22との比較実験を行った。図7は、比較実験の結果を示す図である。この実験では、導光板22に自然光を入射し、導光板22の表面30から出射する光のうちP偏光が占める割合を測定した。なお、本実施形態として使用した導光板22の一対の第1側面40の間の角度は130°である。横軸の角度は、導光板22の表面30の法線と出射光の方向とのなす角度で、マイナスの角度は、導光板22の端面28から内部への進行方向に対して戻る方向であることを意味している。従来例として使用した導光板(図示せず)は、本実施形態に係る導光板22から第1山脈形状34をなくすが第2山脈形状36を残した形状のものであり、それぞれの第2山脈形状36を分割せずに連続させた形状のものである。
実験結果から、本実施形態に係る導光板22の方が、従来の導光板よりもP偏光の比率が大きいことが分かった。また、導光板22から出射して光学シート24を通過した光を測定しても同様の結果が出た。
本実施形態によれば、第1山脈形状34を形成することで導光板22の表面30から出射する光のP偏光が増加することが発明者の実験により明らかになった。P偏光はS偏光よりも反射率が低いので、導光板22の表面30側の界面で反射して内部に残る成分が少ないため、光損失を小さくすることができる。
導光板22が上述したように構成されているので、導光板22から出射した光が入る偏光板16(図1参照)は、P偏光が通るように設定されている。S偏光は、損失が大きいとは言うものの導光板22から出射する成分もあるが、偏光板16に吸収されることになる。つまり、偏光板16は、導光板22の表面30の法線を含む面内で電場が振動している直線偏光であるP偏光を通し、S偏光を通さない。しかし、本実施形態に係る導光板22によれば、P偏光の比率が大きく、S偏光の比率が小さいので、この導光板22を使用した液晶表示装置は光損失が少なくなっている。
図8は、本実施形態に係る導光板の変形例を示す斜視図である。この例では、第1山脈形状134の一対の第1側面140はそれぞれ凸曲面である。例えば、第1山脈形状134の第1尾根138の延びる方向に垂直な断面において、一対の第1側面140は曲線を描くようになっている。その他の構造は、上述した実施形態の内容が該当する。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。
10 液晶表示パネル、12 基板、14 基板、16 偏光板、18 偏光板、20 光源、22 導光板、24 光学シート、26 反射シート、28 端面、30 表面、32 裏面、34 第1山脈形状、36 第2山脈形状、38 第1尾根、40 第1側面、42 第2尾根、44 第2側面、45 第2側面、134 第1山脈形状、138 第1尾根、140 第1側面。

Claims (8)

  1. 端面から入射した光を内部で反射させて表面から面発光させる導光板であって、
    前記表面とは反対側の裏面には凹凸が形成され、
    前記凹凸は、前記端面から前記内部に向かう方向である第1方向に沿って第1尾根がそれぞれ続く複数の第1山脈形状と、前記第1方向に交差する第2方向に沿って第2尾根がそれぞれ続く複数の第2山脈形状と、を組み合わせた形状によって形成され、
    それぞれの前記第1山脈形状は、前記第1尾根を挟む一対の第1側面を有し、
    それぞれの前記第2山脈形状は、前記第2尾根を挟む一対の第2側面を有することを特徴とする導光板。
  2. 請求項1に記載された導光板において、
    前記一対の第1側面は、前記第1尾根を挟んで対称の形状であることを特徴とする導光板。
  3. 請求項1に記載された導光板において、
    前記一対の第2側面は、前記第2尾根を挟んで非対称の形状であることを特徴とする導光板。
  4. 請求項3に記載された導光板において、
    一方の前記第2側面は、他方の前記第2側面よりも、麓から前記第2尾根までの長さが長いことを特徴とする導光板。
  5. 請求項1から4のいずれか1項に記載された導光板において、
    前記一対の第1側面はそれぞれ平坦面であり、
    前記一対の第1側面の間の角度は、前記第1尾根の内部側で、80°以上130°以下であることを特徴とする導光板。
  6. 請求項1から4のいずれか1項に記載された導光板において、
    前記一対の第1側面はそれぞれ凸曲面であることを特徴とする導光板。
  7. 請求項6に記載された導光板において、
    前記複数の第1山脈形状の高さは、前記複数の第2山脈形状よりも高く、
    それぞれの前記第2側面が、前記複数の第1山脈形状によって複数に分割されていることを特徴とする導光板。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載された導光板と、
    前記導光板の前記端面に対向するように配置された光源と、
    前記導光板の前記表面側に配置された液晶表示パネルと、
    前記導光板と前記液晶表示パネルの間に配置された偏光板と、
    を有し、
    前記偏光板は、前記導光板の前記表面の法線を含む面内で電場が振動している直線偏光であるP偏光を通し、S偏光を通さないことを特徴とする液晶表示装置。
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