JP2013148689A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンチキュラーレンズアレイを形成することなく、一様な面状光を出射することができる導光板を備える表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置は、光源（１２０）と、光源からの光を一の側面である入光面から入射し、入光面に垂直な面である出光面から出光する導光板（１５０）と、を備え、導光板は、出光面に対向する面である反射面において、入光面に平行に延びる外側凸部であり、入光面及び反射面に垂直な面における断面の形状をＶ字形状とする複数のＶ字溝（１５２）と、反射面において、曲線縁部を有する外側凸部である複数のドット溝（１５１）と、有し、反射面において、複数のドット溝のみが形成されているドット溝領域（１６１）は、複数のＶ字溝のみが形成されているＶ字溝領域（１６２）よりも入光面側に配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、表示装置に関する。

コンピュータ等の情報通信端末やテレビ受像機の表示デバイスとして、液晶表示装置が広く用いられている。液晶表示装置は、２つの基板の間に封じ込められた液晶組成物の配向を電界の変化により変え、２つの基板と液晶組成物を通過する光の透過度合いを制御することにより画像を表示させる装置である。

このような液晶表示装置において、液晶組成物は光の透過度合いのみを制御し、光源にはバックライトと呼ばれる照明装置を使用するのが一般的である。バックライトの照明の方式としては、主に、液晶表示面の裏側に光源を有する直下ライト式と、側方から照らした光を透明樹脂からなる導光板に入光させ、反射させて液晶表示面を照らすサイドライト式とが知られている。近年の携帯電話等の移動通信端末装置等に用いられる液晶表示装置では、小型化・省電力化が求められることから、ＬＥＤ（発光ダイオード）を光源として用いたサイドライト式のバックライトが用いられるようになってきている。

サイドライト式のバックライトでは、導光板の底面に、導光板内で光の進行方向を垂直に変化させるためのＶ字状の溝やドット状の窪み等が形成されている。図１６には、導光板の底面にＶ字状の溝が形成されている場合について示されている。この図に示されるように、ＬＥＤ光源９１２から出射された光Ｌは、導光板９１４の上下面で全反射しながら進行し、下面のＶ字溝９１８により角度を臨界角を下回る角度で反射させられた後、導光板９１４の上面を出射し、光学シート９１６により光を拡散し、不図示のプリズムシート及び表示パネルへ入射する。Ｖ字状の溝は、ドット形状に比べて導光板からの出光角度を揃え易い点で優れており光学シートを介して正面輝度を効率良く高められることが特徴である。

また、ＬＥＤ光源のような点光源を複数用いたサイドライト方式の場合には、光は導光板の入光面から離れるにつれて徐々に広がるため、図１７の導光板９１４におけるＬＥＤ光源９１２からの光の広がりについて示す図に表されるように、光源９１２と光源９１２との間に暗い部分が現れ、また隣の光源の光と重なる部分に明るい部分が現われる等の現象が生じるため、明るさが一様となるまでには導光板の入光面から相当の距離が必要となる。そこで、多くの導光板では、図１８の導光板９２４に示されるように、その入光面にレンチキュラーレンズアレイ９２６を配置し、より短い距離で光が広がるようにしている。

特許文献１は、線状光源を用いたバックライト装置における導光板の反射面に形成される溝について開示している。また、光源と導光板を使用する表示装置としては、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）シャッター方式の表示装置なども知られている。

特開２００２−１０７７１６号公報

しかしながら、近年の携帯端末における小型化・薄型化の要請により、透明樹脂からなる導光板についてもより薄型化が求められている。薄型の導光板では、レンチキュラーレンズアレイを精度よく形成することが困難であり、高い加工精度によるレンチキュラーレンズアレイは、加工コストが高くなると共に歩留まりが低下することが考えられ、また、精度が十分でないレンチキュラーレンズアレイを使用した場合には、輝線や目玉ムラと呼ばれる輝度ムラの発生の原因となる。

また、レンチキュラーレンズアレイを使用せず、Ｖ字溝のみとした場合には、Ｖ字溝は、Ｖ字溝は出光角度を揃え易く、反射光の輝度が高い反面、散乱光が少ないため、Ｖ字溝と直交する成分と直交しない成分で明暗差が生じ、目玉ムラの発生原因となる。更に、Ｖ字溝は、その成形のための金型において、特に光源に近い部分で高い加工精度が要求されると共に、金型から樹脂への転写の際にも高い歩留まりは期待できない。

本発明は上述の事情を鑑みてされたものであり、レンチキュラーレンズアレイを形成することなく、一様な面状光を出射することができる導光板を備える表示装置を提供することを目的とする。

本発明の表示装置は、光源と、前記光源からの光を一の側面である入光面から入射し、前記入光面に垂直な面である出光面から出光する導光板と、を備え、前記導光板は、前記出光面に対向する面である反射面において、前記入光面に平行に延びる外側凸部であり、前記入光面及び前記反射面に垂直な面における断面の形状をＶ字形状とする複数のＶ字溝と、前記反射面において、曲線縁部を有する外側凸部である複数のドット溝と、有し、前記反射面において、前記複数のドット溝のみが形成されているドット溝領域は、前記複数のＶ字溝のみが形成されているＶ字溝領域よりも前記入光面側に配置されている、ことを特徴とする表示装置である。

また、本発明の表示装置において、前記ドット溝領域は、画像が表示される表示領域に対応する前記導光板の領域である出光領域よりも前記入光面に近い領域に形成されている、とすることができる。

また、本発明の表示装置では、前記反射面において、前記ドット溝領域と前記Ｖ字溝領域との間に、前記複数のドット溝と前記複数のＶ字溝との両方が形成された混合領域を有していてもよい。

また、本発明の表示装置では、前記反射面において、前記複数のドット溝は、前記入光面から離れるに従って分布の密度が小さくなっている、とすることができる。

本発明の第１実施形態に係る表示装置である液晶表示装置について概略的に示す図である。 図１の液晶表示装置の構成を詳細に示すための断面図である。 図２の導光板の上面図である。 図３の導光板のIVの部分について拡大して示す図である。 図３の導光板の反射面に形成されたドットの形状について示す平面図及び側面図である。 従来のＶ字溝のみを採用した導光板の出光領域における輝度の分布を示すマップである。 Ｖ字溝とドット溝とを併用した本発明に係る導光板の出光領域における輝度の分布を示す図である。 図６における入光面からの距離が３．７ｍｍ、５．７ｍｍ及び７．７ｍｍのそれぞれにおける幅方向の輝度分布について示すグラフである。 図７における入光面からの距離が３．７ｍｍ、５．７ｍｍ及び７．７ｍｍのそれぞれにおける幅方向の輝度分布について示すグラフである。 従来のＶ字溝のみを採用した導光板における、導光板の入光面からの距離が３．７ｍｍ、５．７ｍｍ及び７．７ｍｍのそれぞれにおける、ＬＥＤ光源の幅方向位置における輝度と、ＬＥＤ光源とＬＥＤ光源との間の幅方向位置における輝度との差を全体の輝度の平均で割った値について示す表である。 Ｖ字溝とドット溝とを併用した本発明に係る導光板における、導光板の入光面からの距離が３．７ｍｍ、５．７ｍｍ及び７．７ｍｍのそれぞれにおける、ＬＥＤ光源の幅方向位置における輝度と、ＬＥＤ光源とＬＥＤ光源との間の幅方向位置における輝度との差を全体の輝度の平均で割った値について示す表である。 従来のＶ字溝のみを採用した導光板における、入光面からの距離が３．７ｍｍ、５．７ｍｍ及び７．７ｍｍのそれぞれにおける、輝度の最大値と最小値との差を全体の輝度の平均で割った値について示す表である。 Ｖ字溝とドット溝とを併用した本発明に係る導光板における、従来のＶ字溝のみを採用した導光板における、入光面からの距離が３．７ｍｍ、５．７ｍｍ及び７．７ｍｍのそれぞれにおける、輝度の最大値と最小値との差を全体の輝度の平均で割った値について示す表である。 従来のＶ字溝のみを採用した導光板における、奥行方向の輝度の分布について示すグラフである。 Ｖ字溝とドット溝とを併用した本発明に係る導光板における、奥行方向の輝度の分布について示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の導光板について示す図である。 本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置の導光板について示す図である。 導光板の底面に形成されたＶ字状の溝について説明するための図である。 導光板におけるＬＥＤ光源からの光の広がる様子について示す図である。 導光板のレンチキュラーレンズアレイについて示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る表示装置である液晶表示装置１００について概略的に示す図である。この図に示されるように、液晶表示装置１００は、液晶パネル１１０と、液晶パネル１１０を挟むように固定する上フレーム１１５及び下フレーム１１６と、により構成されている。

図２は、図１の液晶表示装置１００の構成を詳細に示すための断面図である。この図に示されるように、液晶表示装置１００は、ＬＥＤ光源１２０、導光板１５０、反射シート１１１、光拡散シート１０９、下プリズムシート１０８、上プリズムシート１０７、上偏光板１０１、下偏光板１０５及び液晶パネル１１０を備えている。なお、液晶パネル１１０は、下基板１０４及び上基板１０２と、これらの基板間に封止された液晶組成物からなる液晶層１０３とを有している。ここで、導光板１５０は、ＰＣ（ポリカーボネート）やＰＭＭＡ（アクリル）等の樹脂からなり、反射シート１１１に対向する面である反射面には、Ｖ字溝１５２及びドット溝１５１が形成されている。

この図の矢印Ｌに示されるように、ＬＥＤ光源１２０から出射された光は、導光板１５０に入射し、導光板１５０内で反射面及び反射面に対向する面である出射面での全反射を繰返し、反射面に形成されたＶ字溝１５２で反射されることにより、出光面に全反射しない入射角になったときに、出光面から光が出射される。この出射光は光拡散シート１０９で拡散され、下プリズムシート１０８と上プリズムシート１０７で光進行方向がより出光面に垂直方向に近づけられる。その後、液晶パネル１１０で画素ごとに偏光方向を変えられると共に所定の波長のみを透過させ、上偏光板１０１を通して画像を表示する。

図３には、導光板１５０の平面図が示されている。この図に示されてるように、導光板１５０は、液晶表示装置１００の表示領域に対応する部分である出光領域１５５を有している。図４は、図３の導光板１５０のIVの部分について拡大して示す図であり、ドット溝１５１とＶ字溝１５２の配置の様子が示されている。図５は、導光板１５０の反射面に形成されたドットの形状について示す平面図及び側面図である。

図４に示されるように、Ｖ字溝１５２は、出光領域１５５を含むＶ字溝領域１６２に複数配置され、ドット溝１５１は、入光面とＶ字溝領域１６２との間のドット溝領域１６１に所定の密度で配置されている。図５には、ドット溝１５１の形状の例として、円形で反射面との角度を２０°にするものが示されているが、これに限らず、曲線縁部を有する外側凸部であれば、楕円形であってもよいし、反射面との角度をこれより浅くするもの又は深くするものであってもよい。

Ｖ字溝１５２は高輝度に光を反射することができるため、入光面から離れた出光領域１５５を含むＶ字溝領域１６２に配置されている。一方、ドット溝１５１は、入射した光を散乱する効果が大きいため、特に入光面に近い領域に配置することで、ＬＥＤ光源１２０の前、及びＬＥＤ光源１２０の間の光量が同等に近づくように機能させ、目玉ムラ及び輝線の防止を図っている。また、ドット溝は、安価な熱転写加工等により形成することができ、入光面側での浅い溝でも転写性が高く、仮に転写が悪化しても散乱光としての効果が高いため、目玉ムラ及び輝線への影響は少ない。

図６は、従来のＶ字溝のみを採用した導光板の出光領域１５５における輝度の分布を示す図であり、図７は、Ｖ字溝とドット溝とを併用した本発明に係る導光板の出光領域１５５における輝度の分布を示す図である。縦軸は入光面からの距離（奥行方向）を表しており、横軸は入光面と平行な方向（幅方向）を表し、幅の中央を０としている。また、図６及び７は、導光板の出光領域の奥行方向及び幅方向の中央点における輝度を１００として相対的な輝度として示されている。図６及び図７に示されるように、Ｖ字溝とドット溝とを併用した本発明に係る導光板では、従来の導光板と比べて輝度が高い領域が多いと共に、輝度ムラが少なくなっている。

図８及び９は、それぞれ上述の図６及び７における入光面からの距離が３．７ｍｍ、５．７ｍｍ及び７．７ｍｍにおける幅方向の輝度分布について示すグラフである。なお、輝度は全体の平均輝度に対する相対輝度として示されている。これらのグラフにも示されるように、Ｖ字溝とドット溝とを併用した本発明に係る導光板では、従来の導光板と比べて、入光面から近い距離の輝度分布と遠い距離の輝度分布の差が小さく、輝度ムラが小さくなっていることが分かる。

図１０Ａ及び１０Ｂは、導光板の入光面からの距離が３．７ｍｍ、５．７ｍｍ及び７．７ｍｍにおいて、ＬＥＤ光源の前方位置での輝度と、２つのＬＥＤ光源の中間位置での輝度との差を全体の輝度の平均で割った値について示す表であり、図１０Ａは、従来のＶ字溝のみを採用した導光板におけるものであり、図１０Ｂは、Ｖ字溝とドット溝とを併用した本発明に係る導光板におけるものである。これらの図に示されるように、Ｖ字溝とドット溝とを併用した本発明に係る導光板では、従来の導光板と比べて、絶対値が小さくなっているため、よりＬＥＤ光源の前方位置での輝度と、２つのＬＥＤ光源の中間位置における輝度との差が小さくなっており、輝度ムラが少ないことが分かる。

図１１Ａ及び１１Ｂは、入光面からの距離が３．７ｍｍ、５．７ｍｍ及び７．７ｍｍにおける、輝度の最大値と最小値との差を全体の輝度の平均で割った値について示す表であり、図１１Ａは、従来のＶ字溝のみを採用した導光板におけるものであり、図１１Ｂは、Ｖ字溝とドット溝とを併用した本発明に係る導光板におけるものである。この図１１Ａ及び１１Ｂに示されるように、Ｖ字溝とドット溝とを併用した本発明に係る導光板では、従来の導光板と比べて、値が小さくなっているため、輝度差が小さくなっていることが分かる。

図１２は、従来のＶ字溝のみを採用した導光板における、奥行方向の輝度の分布について示すグラフである。また、図１３は、Ｖ字溝とドット溝とを併用した本発明に係る導光板における、奥行方向の輝度の分布について示すグラフである。ここで、図１２及び１３において、横軸は導光板の端からの距離であり、縦軸は相対輝度を表している。これらの図に示されるように、Ｖ字溝とドット溝とを併用した本発明に係る導光板では、従来の導光板と比べて、４０ｍｍを過ぎた後の輝度の低下が小さくなっていることが分かる。

以上述べたように、本実施形態に係る導光板では、散乱光の光量が多いドット溝を入光側のみに配置させることで、ＬＥＤ前の輝度とＬＥＤ間の輝度との差を小さくでき、入光部近傍の輝度ムラ及び輝線を低減することができる。そのため、厚さの小さな導光板であっても、レンチキュラーレンズアレイを形成することなく、高輝度を維持したまま輝度均一性を有し、一様な面状光を出射することができる。

また、ドット溝は、熱転写加工により形成することができるため、製造時のコストを抑えることができる。

［第２実施形態］
図１４は、本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の導光板２５０について示す図である。第１実施形態の導光板１５０と異なる点は、ドット溝１５１及びＶ字溝１５２の両方が配置されている混合領域１６３があることであり、他の点は同じである。

ドット溝１５１及びＶ字溝１５２が両方配置されている混合領域１６３を設けることにより、ドット溝１５１により光を拡散させるための領域が十分でない場合にも、光を拡散させつつ、出光領域１５５から高い輝度の光を出光させることができる。また、ドット溝領域１６１とＶ字溝領域１６２との境界がなくなることから、この境界において発生する輝度ムラを抑えることができる。なお、本実施形態においては、混合領域１６３を出光領域１５５に対応する部分に設けることとしたが、出光領域１５５に対応する領域を含まず、出光領域１５５と入光面との間に設けてもよい。

［第３実施形態］
図１５は、本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置の導光板３５０について示す図である。第１実施形態の導光板１５０と異なる点は、ドット溝領域１６１のドット溝１５１の密度が入光面がら離れるに従って小さくなっている点である。

ドット溝１５１を入光面がら離れるに従って少なくしていくことにより、入光面に近い拡散されていない光については効率よく拡散させ、入光面から離れた既に拡散された光を弱めることなく、Ｖ字溝１５２が配置された領域に導くことができる。なお、本実施形態においては、ドット溝領域１６１及びＶ字溝領域１６２のみを含むものとしたが、第２実施形態で示されたように、混合領域１６３を含むものであってもよい。

以上述べたように、上述の各実施形態に係る表示装置に用いられる導光板では、光拡散能力の高いドット溝を入光側のみに配置させ、高い輝度の光を反射させることとのできるＶ字溝を出光領域側に配置させているため、入光面からの距離が小さく、厚さの薄い導光板であっても、高輝度で均一性のある面状光を出射することができる。

また、レンチキュラーレンズアレイと異なり、熱転写加工により形成することができるため、製造時のコストを抑えることができる。

なお、上述の実施形態では、液晶表示装置であることとしたが、本発明は、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）シャッター方式の表示装置等の光源及び導光板を用いる他の表示装置にも用いることができる。

１００ 液晶表示装置、１０１ 上偏光板、１０２ 上基板、１０３ 液晶層、１０４ 下基板、１０５ 下偏光板、１０７ 上プリズムシート、１０８ 下プリズムシート、１０９ 光拡散シート、１１０ 液晶パネル、１１１ 反射シート、１１５ 上フレーム、１１６ 下フレーム、１２０ 光源、１３４ Ｖ字溝、１５０ 導光板、１５１ ドット溝、１５２ Ｖ字溝、１５５ 出光領域、１６１ ドット溝領域、１６２ Ｖ字溝領域、１６３ 混合領域、２５０ 導光板、３５０ 導光板、９１２ 光源、９１４ 導光板、９１６ 光学シート、９１８ Ｖ字溝、９２４ 導光板、９２６ レンチキュラーレンズアレイ。

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源からの光を一の側面である入光面から入射し、前記入光面に垂直な面である出光面から出光する導光板と、を備え、
   前記導光板は、
   前記出光面に対向する面である反射面において、前記入光面に平行に延びる外側凸部であり、前記入光面及び前記反射面に垂直な面における断面の形状をＶ字形状とする複数のＶ字溝と、
   前記反射面において、曲線縁部を有する外側凸部である複数のドット溝と、有し、
   前記反射面において、前記複数のドット溝のみが形成されているドット溝領域は、前記複数のＶ字溝のみが形成されているＶ字溝領域よりも前記入光面側に配置されている、ことを特徴とする表示装置。
2. 請求項１に記載された表示装置であって、
   前記ドット溝領域は、画像が表示される表示領域に対応する前記導光板の領域である出光領域よりも前記入光面に近い領域に形成されている、ことを特徴とする表示装置。
3. 請求項１又は２に記載された表示装置であって、
   前記反射面において、前記ドット溝領域と前記Ｖ字溝領域との間には、前記複数のドット溝と前記複数のＶ字溝との両方が形成された混合領域を有する、ことを特徴とする表示装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載された表示装置であって、
   前記反射面において、前記複数のドット溝は、前記入光面から離れるに従って分布の密度が小さくなる、ことを特徴とする表示装置。

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