JP2015079707A - 導光板、照明装置、バックライトユニット及びディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像品位の低下を抑制可能な導光板、照明装置、バックライトユニット及び画像表示装置を提供することを課題とする。【解決手段】厚さ方向の一方の面を出光面とし、他方の面を反出光面とし、前記出光面の縁部と前記反出光面の縁部とを接続する端面の少なくとも一部を光入射面とし、該光入射面から入射した光を前記反出光面が前記出光面へと偏向し、前記出光面から光を出射する矩形状の導光板であって、厚みが６００μｍ以下であり、かつ、常温下において短辺および長辺の中央を固定して持ち上げると前記出光面側に凸となる方向に湾曲し、かつ、常温下において前記出光面を上にして平置きした状態で端部が上部方向に反り、かつ、８０℃で４時間保持した際に、前記反出光面を上にして平置きした状態で端部が上部方向に反ることを特徴とする導光板とした。【選択図】図６

Description

本発明は、導光板および、導光板を用いた照明装置、バックライトユニット及びで装置に関する。

近年、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）型液晶パネルやＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶パネルを使用した液晶ディスプレイ装置は、主としてＯＡ分野のカラーノートパソコンを中心に商品化されている。この種のバックライト方式に採用されているバックライトユニットとしては、大別して冷陰極管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）等の光源ランプを、光透過性に優れたアクリル樹脂等からなる平板状の導光板内で多重反射させる「導光板ライトガイド方式」（いわゆる、エッジライト方式）と、導光板を用いずにＣＣＦＬ等の光源ランプからの光で直接照明する「直下型方式」の２種類の方式がある。

エッジライト方式のバックライトユニットが搭載された液晶ディスプレイ装置としては、表裏両面を偏光板で挟んでなる液晶パネルが上部に位置して配設され、液晶パネルの下側面に、略長方形の板状を呈するアクリル樹脂等の透明な基材からなる導光板が配置されており、この導光板の上面、即ち光射出面に拡散フィルム（拡散層）が設けられている。さらに、導光板の下面に、導光板に導入された光を効率よく液晶パネルに向けて均一になるように散乱して反射される為の散乱反射パターン部が印刷などによって設けられると共に、散乱反射パターン部の下方に反射フィルム（反射層）が設けられているものが知られている。さらに、導光板の側面には光源ランプが設けられており、光源ランプの光を効率よく導光板に入射させるべく、光源ランプの背面側を覆うようにして高反射率のランプリフレクターが設けられている。上記散乱反射パターン部は、白色である二酸化チタン（チタニア）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定パターン、例えばドットパターンにて印刷し、乾燥・形成したものであり、導光板内に入射した光に指向性を付与し、光射出面へと導くようになっており、高輝度化を図る為の工夫がなされている。

液晶ディスプレイ装置の正面輝度や面光源としての均一性を向上させる試みとして、導光板の形状を光源から離れるほど薄肉化していく楔形にしたものや、所定の形状を付与した反光射出面に金属蒸着を行なったり、異屈折率素材を隣接させたりすることで反射パターンを印刷することの代替とする等の工夫が行なわれているが、やはり画像品位を保つ為には、光学シートの併用が必要になっている。

一方、エッジライト方式に比べて、面全体を均一に照らし易い直下型方式も提案されている。直下型方式は、大型ディスプレイにおいて多く採用されてきたが、光源上に種々の光学シート積層する構造が近年開発著しいディスプレイ装置の薄型化の阻害要因ともなるため、近年では大型ディスプレイにおいてもエッジライト方式が主流となっている。

さらに、薄型化だけではなく部材点数の低減によるコスト削減にもつながるとして、光射出面及び半光射出面の両面に所定の凹凸形状を付与することで、光学シートを積層するのと同様の効果を狙った導光板も開発されている。これらの導光板の作製方法としては、所望の形状を正確に成形する為、一般にレーザ切削や射出成形が採用されてきた。また、光射出面と反対の面に抜ける光を光射出面側に立ち上げるために、反射素材の印刷または蒸着で面全体または所定の形状を被覆する方法が採られている。

特開平８−２１１３８８号公報 特開２００２−１０９９３１号公報 特開２００２−１１３７５１号公報 特開平１０−２８２４９６号公報 特開平１１−１７４４３９号公報 特開２００６−６６１２８号公報 特開２００９−１３４９８９号公報 ＷＯ２０１０／０７３７２６号

しかしながら、従来の方法ではディスプレイの大型化に対応しきれず、輝度ムラが発生したり、導光板作製後に光反射部の設置のための一工程が必要であったりと、性能や製造効率の点で十分とはいいがたい。

また、液晶ディスプレイ装置において、導光板の厚み低減の要望は高い。大サイズの導光板に対しても厚み低減の要望が高く、その薄さの為に導光板の剛性が低下し、筐体内で四辺が固定された状態では、光源の点灯時に発生する熱によって反りや歪みが発生しやすくなり、画像品位の低下につながるという問題がある。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、画像品位の低下を抑制可能な導光板、照明装置、バックライトユニット及び画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明としては、厚さ方向の一方の面を出光面とし、他方の面を反出光面とし、前記出光面の縁部と前記反出光面の縁部とを接続する端面の少なくとも一部を光入射面とし、該光入射面から入射した光を前記反出光面が前記出光面へと偏向し、前記出光面から光を出射する矩形状の導光板であって、厚みが６００μｍ以下であり、かつ、常温下において短辺および長辺の中央を固定して持ち上げると前記出光面側に凸となる方向に湾曲し、かつ、常温下において前記出光面を上にして平置きした状態で端部が上部方向に反り、かつ、８０℃で４時間保持した際に、前記反出光面を上にして平置きした状態で端部が上部方向に反ることを特徴とする導光板とした。
また、請求項２に係る発明としては、前記常温下において短辺及び長辺の中央を固定して持ち上げた際の短辺の湾曲量及び長辺の湾曲量が、０％より大きく１．０％以下であることを特徴とする請求項１記載の導光板とした。
また、請求項３に係る発明としては、前記常温下において前記出光面を上にして平置きした際の端部の反り量の最大値が、長辺長さの０％より大きく０．７％以下になることを特徴とする請求項１または請求項２記載の導光板とした。
また、請求項４に係る発明としては、前記８０℃加熱して４時間保持したときの、前記出光面を上にして平置きした際の端部の反り量の最大値が長辺長さの０％より大きく１．０％以下になることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導光板とした。
また、請求項５に係る発明としては、前記出光面に、射出される光の出光方向を調整する機能が付与されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の導光板とした。
また、請求項６に係る発明としては、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の導光板と、光源とを少なくとも備えた照明装置とした。
また、請求項７に係る発明としては、請求項１乃至５の少なくとも何れか１項に記載の導光板と、光源と、光学フィルムを少なくとも備えたバックライトユニットとした。
また、請求項８に係る発明としては、請求項７に記載のバックライトユニットと、画像表示装置とを少なくとも備えたディスプレイ装置とした。

本発明の導光板によれば、従来よりも光源点灯時の発熱により発生する歪みが少ない導光板、均一な出光が可能な照明装置、及び画像の不具合を回避することが可能なディスプレイ装置を提供することが可能となる。

図１は本発明の導光板が搭載された液晶ディスプレイ装置の模式図である。 図２は本発明の導光板が搭載された液晶ディスプレイ装置（別の態様）の模式図である。 図３は長辺の湾曲量の測定方法を説明するための説明図（（ａ）斜視図／（ｂ）断面図）である。 図４は短辺の湾曲量の測定方法を説明するための説明図（（ａ）斜視図／（ｂ）断面図）である。 図５は反り量の測定方法を説明する説明図（（ａ）斜視図／（ｂ）断面図）である。 図６は本発明の導光板の出光面側からの斜視図である。 図７は本発明の導光板の反出光面側からの斜視図を示した。 図８は本発明の導光板を押出成形により製造するための製造装置の概略図である。

以下、本発明の態様について、詳細に説明する。なお、形状に関しては、図を元に説明するが、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。また、各図は模式図であり、各部位の縮尺は実際とは一致しない。

本発明の導光板を用いたディスプレイ装置について説明する。
図１に本発明の導光板が搭載された液晶ディスプレイ装置の模式図を示した。
液晶ディスプレイ装置は、表裏両面を偏光板２、３で挟んでなる画像表示装置である液晶パネル４が上部に位置して配設される。液晶パネル４の下側面には、矩形状の板状を呈するアクリル樹脂等の透明な基材からなる導光板１が配置されており、この導光板１の上面に拡散フィルム（拡散層）５が設けられている。導光板の上面は出光面１１となる。導光板１の下面には、導光板１に導入された光を効率よく液晶パネル４（出光面１１）に向けて均一になるように散乱して反射されるための散乱反射パターン部（図示せず）が印刷などによって設けられる。また、導光板の側面１３には光源ランプ７が設けられており、光源ランプ７の光を効率よく導光板に入射させるべく、光源ランプ７の背面側を覆うようにして高反射率のランプリフレクター７ａが設けられている。さらに導光板７ａの下面には散乱反射パターン部の下方に反射フィルム（反射層）６が設けられている。反出光面に設けられる散乱反射パターン部は、白色である二酸化チタン（チタニア）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定パターン、例えばドットパターンにて印刷し、乾燥・形成したものであり、光入射面１３から導光板内に入射した光に指向性を付与し光射出面へと導くようになっており、高輝度化を図る為の工夫がなされている。

導光板１と光源７とランプリフレクター７ａと反射フィルム６は、照明装置２１を構成する。なお、反射フィルム６は、反射層として導光板に形成されることもあり任意成分となる。
導光板１と光源７とランプリフレクター７ａと反射フィルム６と光学フィルムである拡散フィルム５は、バックライトユニット２２を構成する。

図２に本発明の導光板が搭載された液晶ディスプレイ装置（別の態様）の模式図を示した。
図２の液晶ディスプレイ装置にあっては、拡散フィルム５と液晶パネル４との間に、光集光機能を備えたプリズムフィルム（プリズム層）９ａ、９ｂを設けられている。このプリズムフィルム９ａ、９ｂは導光板１の光射出面から射出され、拡散フィルム４で拡散された光を高効率で液晶パネル２の有効表示エリアに集光させるものである。２枚のプリズムフィルム９ａ、９ｂは、一方向に延伸したプリズムを備え、該プリズムの延伸方向が直交するように重ねられて設けられる。プリズムフィルム９ａ、９ｂは光学フィルムであり、導光板１と光源７とランプリフレクター７ａと反射フィルム６と光学フィルムである拡散フィルム５とプリズムフィルム９ａ、９ｂは、バックライトユニット２２を構成する。

本発明に関わる導光板は、ディスプレイ装置に用いられる厚みが０．６ｍｍ以下の導光板であって、常温下において短辺および長辺の中央を固定して持ち上げると前記出光面側に凸となる方向に湾曲し、かつ、常温下において前記出光面を上にして平置きした状態で端部が上部方向に反り、かつ、８０℃で４時間保持した際に、前記反出光面を上にして平置きした状態で端部が上部方向に反ることを特徴とする。

本発明の導光板は、ディスプレイ組み立て時や光源消灯時など常温下でと、光源点灯による発熱時での両方で、画像品位の低下につながる導光板の歪みを回避することができる。一般的に、ディスプレイ装置に使用される光学部材の反り方向は、ディスプレイ装置の損傷を避けるため、該装置と反対方向に凸となる向きが良いとされているが、本発明に関わる導光板は常温での平置き状態では端部が出光面側に反る形状となっている。このため、ディスプレイの組立工程などで地面と平行になっている状態では画像表示パネルを傷つける心配はなく、また組み立て後に向きが変わり、導光板の反り方向が変化しても、０．６ｍｍ以下の厚みであれば画像表示パネルを損傷する程の不具合に至らない。
また、光源点灯時の発熱温度を想定した８０℃加熱時に、常温で出光面側に凸となる湾曲を有する導光板が反出光面側に凸となる方向に反ることで、ほぼフラットな状態となり、画像品位の低下につながる歪みを回避することが可能となる。
なお、本発明の導光板にあっては、厚さは３５０μｍ以上が好ましい。厚さが３５０μｍ未満の導光板を製造することは困難であるためである。

また、本発明の導光板にあっては、常温下において短辺及び長辺の中央を固定して持ち上げた際の短辺の湾曲量及び長辺の湾曲量が、０％より大きく１．０％以下であることが好ましい。常温下での短辺及び長辺の湾曲量が各辺長の１％以下であると、常温での画像品位がより高くすることができる。
図３に長辺の湾曲量の測定方法を説明するための説明図（（ａ）斜視図／（ｂ）断面図）を示した。長辺の湾曲量は、矩形状の導光板の一方の長辺の中央を固定して吊るした際の、湾曲の内側の中心（対角線の交点）、両短辺の中点同士を結んだ線Ｌ１までの距離Ｈ１を長辺の長さＷ１で除した値（百分率）である。
図４に短辺の湾曲量の測定方法を説明するための説明図（（ａ）斜視図／（ｂ）断面図）を示した。短辺の湾曲量は、矩形状の導光板の一方の短辺の中央を固定して吊るした際の、湾曲の内側の中心（対角線の交点）、両長辺の中点同士を結んだ線Ｌ２までの距離Ｈ２を短辺の長さＷ２で除した値（百分率）である。
なお、本発明において「常温下」とは、２５℃と定義される。

さらに、本発明の導光板にあっては、前記常温下において前記出光面を上にして平置きした際の端部の反り量の最大値が、長辺長さの０％より大きく０．７％以下であることが好ましい。常温下での反り量を長辺長さの０％より大きく０．７％以下とすることにより、常温近傍での画像品位をより高くすることができる。
図５に反り量の測定方法を説明する説明図（（ａ）斜視図／（ｂ）断面図）を示した。反り量は、矩形状の導光板を前記出光面を上にして平置きした際の４つの端部の反り量ｈのうち最も大きいものを長辺の長さＷ１で序した値（百分率）で表される。

さらに、本発明の導光板にあっては、８０℃加熱して４時間保持したときの、前記出光面を上にして平置きした際の端部の反り量の最大値が長辺長さの０％より大きく１．０％以下であることが好ましい。８０度加熱、４時間保管後の反り量を長辺長さの０％より大きく０．７％以下とすることにより、８０℃近傍での画像品位をより高くすることができる。

なお、上記湾曲量や反り量を上回る湾曲量や反り量を有する場合でも、直ちに画像品位の低下につながるわけではないが、その危険性は孕んでいる。

図６に本発明の導光板の出光面側からの斜視図を示した。本発明の導光板は、出光面側１１はフラットとし、各種光学フィルムを積層することで正面輝度を調整しても良いが、導光板成形時に、前記出光面に射出される光の出光方向を調整する機能を有する形状１１ａを付与すると、部材点数の削減につながり、コストダウンやディスプレイ装置組み立て時の作業性向上が実現可能となる点で有利である。出光面に設けられる射出される光の出光方向を調整する機能を有する形状としては、レンチキュラーレンズ形状、プリズム形状などを用いることができる。

図７に本発明の導光板の反出光面側からの斜視図を示した。本発明の導光板は、導光板としての機能を発現させるために、前記反出光面１２に、光入射面から入射した光の進行方向を出光面側に変更させる散乱反射パターン部１２ａが付与されている。前述のとおり、散乱反射パターン部は、印刷や蒸着で光反射層を設けても良いし、導光板成形時にレンズ形状を同時に付与しても良いし、導光板の成形後にインクジェットなどでレンズ形状を付与しても良い。

本発明の導光板の素材としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）樹脂等のアクリル樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、メタアクリルスチレン共重合体（ＭＳ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、アクリロニトリルスチレン共重合体（ＡＳ）樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）などを用いることができる。

本発明の導光板は、押出成形により製造することができる。図８に本発明の導光板を押出成形により製造するための製造装置の概略図を示した。Ｔダイ２１から、溶融した樹脂２２が押し出される。押し出された樹脂は、２つの挟圧ロール２３、２４により挟圧される。挟圧された樹脂は冷却ロール２５、２６、２７により冷却され、成形品２８を得ることができる。成形品２８は、矩形状に断裁され、本発明の導光板を得ることができる。なお、挟圧ロールには、凹凸形状が付与されていてもよい。挟圧ロールに凹凸形状を付与することにより、得られる導光板に凹凸形状を形成することができる。本発明の導光板は、図８に示した、挟圧ロール２３、２４及び該挟圧ロールの下流に位置する冷却ロール２５、２６、２７の温度バランスを整え、また、挟圧値を調整することで製造することができる。

本発明の導光板効果を示すために、ＰＭＭＡ樹脂及びＰＣ樹脂を用いて押出成形を実施し１４インチサイズの導光板を、０．４〜１ｍｍ厚で作製した。この時、性能比較のため、評価に用いる表示装置に搭載されていたものに準じて導光板を評価した。導光板の製造にあたっては、図８に示したような押出装置を用い、挟圧ロール及び該挟圧ロールの下流に位置する冷却ロールの温度バランスを整え、挟圧を調整することで、様々な反り状態の導光板を得た。

こうして作製した導光板を、既存のノート型パソコンに搭載されている導光板（既存の導光板）と置き換え、画像表示パネル越しに輝度ムラや色味ムラを比較し、画像品位の評価とした。

［表１］に製造条件および評価結果を示す。

輝度ムラ評価および色味ムラ評価は、以下の規準でおこなった。
（輝度ムラ評価）
二重丸印：既存の導光板よりも輝度ムラが大きく低下している
丸印 ：既存の導光板よりも輝度ムラが少し低下している
三角印 ：既存の導光板と同等
バツ印 ：既存の導光板より輝度ムラが大きい
（色味ムラ評価）
二重丸印：既存の導光板よりも色味ムラが大きく低下している
丸印 ：既存の導光板よりも色味ムラが大きく低下している
三角印 ：既存の導光板と同等
バツ印 ：既存の導光板より色味ムラが大きい

表１に示すように、厚みが０．６ｍｍ以下で全面略均一である導光板であって、常温下では前記出光面を上にして平置きした状態で端部が出光面側に反り、一端辺の中央を固定して持ち上げると前記出光面側に凸となる方向に湾曲し、８０℃加熱時に生じる反りの方向が前記反出光面側に凸である導光板とすることで、従来よりも高い画像を提供する導光板、バックライトユニット、画像表示装置を実現できることが確認された。
さらには、常温下での短辺及び長辺の湾曲量が各辺長の０％より大きく１％以下、常温下で出光面側を上にして平置きした際の反り量の最大値が長辺長さの０％より大きく０．７％以下、８０℃４時間加熱時に生じる反りの最大値が長辺長さの０％より大きく１％以下であると、従来のよりもきわめて高い画像を提供する導光板、バックライトユニット、画像表示装置を実現することが確認された。

本発明に関わる導光板を用いることで、光源点灯時の発熱による導光板の歪みが引き起こす画像品位の低下を回避することが可能となるため、高品位画像を提供し続ける画像表示装置が実現可能となる。

１ ・・・導光板
２ ・・・偏光板
３ ・・・偏光板
４ ・・・液晶パネル
５ ・・・拡散フィルム
６ ・・・反射フィルム
７ ・・・光源ランプ
７ａ ・・・ランプリフレクター
９ａ ・・・プリズムフィルム
９ｂ ・・・プリズムフィルム
１１ ・・・出光面
１１ａ・・・光の出光方向を調整する機能を有する形状（レンチキュラーレンズ）
１２ ・・・反出光面
１２ａ・・・散乱反射パターン部
２１ ・・・Ｔダイ
２２ ・・・原料溶融樹脂
２３ ・・・挟圧ロール１
２４ ・・・挟圧ロール２
２５ ・・・冷却ロール１
２６ ・・・冷却ロール２
２７ ・・・冷却ロール３
２８ ・・・成形品

Claims (8)

1. 厚さ方向の一方の面を出光面とし、他方の面を反出光面とし、前記出光面の縁部と前記反出光面の縁部とを接続する端面の少なくとも一部を光入射面とし、該光入射面から入射した光を前記反出光面が前記出光面へと偏向し、前記出光面から光を出射する矩形状の導光板であって、
   厚みが６００μｍ以下であり、かつ、
   常温下において短辺および長辺の中央を固定して持ち上げると前記出光面側に凸となる方向に湾曲し、かつ、
   常温下において前記出光面を上にして平置きした状態で端部が上部方向に反り、かつ、
   ８０℃で４時間保持した際に、前記反出光面を上にして平置きした状態で端部が上部方向に反る
   ことを特徴とする導光板。
2. 前記常温下において短辺及び長辺の中央を固定して持ち上げた際の短辺の湾曲量及び長辺の湾曲量が、０％より大きく１．０％以下であることを特徴とする請求項１記載の導光板。
3. 前記常温下において前記出光面を上にして平置きした際の端部の反り量の最大値が、長辺長さの０％より大きく０．７％以下になることを特徴とする請求項１または請求項２記載の導光板。
4. 前記８０℃加熱して４時間保持したときの、前記出光面を上にして平置きした際の端部の反り量の最大値が長辺長さの０％より大きく１．０％以下になることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の導光板。
5. 前記出光面に、射出される光の出光方向を調整する機能が付与されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の導光板。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の導光板と、光源とを少なくとも備えた照明装置。
7. 請求項１乃至５の少なくとも何れか１項に記載の導光板と、光源と、光学フィルムを少なくとも備えたバックライトユニット。
8. 請求項７に記載のバックライトユニットと、画像表示装置とを少なくとも備えたディスプレイ装置。

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