JP3785093B2 - 導光板、その製造方法、照明装置、及び液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置及び液晶表示装置に関するものであり、特に、液晶パネルの前面に配設されて使用される照明装置の構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近特に応用範囲が拡大している携帯情報端末や携帯電話機などの表示部として、反射型の液晶パネルの前面に、フロントライトと称する照明装置が幅広く採用されている。すなわち、液晶パネルの上方(観察者側)にこのフロントライトを配置し、上方から液晶パネルを照明するものである。また、これらには必要に応じてデータ入力手段であるタブレットなどがフロントライトの上側に配置されることもある。
図12は、フロントライトを備えた液晶表示装置の断面構成図であり、この図に示す液晶表示装置100は、液晶パネル120と、この液晶パネル120の前面側に配設されたフロントライト110とから構成されている。液晶表示装置120は、互いに対向して配置された上基板121、下基板122との間にシール材124で封止された液晶層123を挟持しており、上基板121の内面側(液晶層123側)に、電極や配向膜などからなる液晶制御層126が形成され、下基板122の内面側(液晶層123側)には、アルミニウムや銀等の高反射率の金属薄膜からなる反射層127と、電極や配向膜などからなる液晶制御層128とが下基板122上に順に積層されている。
【0003】
フロントライト110は、平板状の導光板112と、この導光板112の側端面112aに配設された棒状の光源113とを備えて構成されており、光源113から出射された光を導光板112の側端面112aから導光板112内へ導入し、この光を、プリズム形状が形成された導光板112の反射面112cで反射させることにより光の伝搬方向を変え、導光板112の出射面112bから液晶パネル120へ向けて照射するようになっている。
また、フロントライト110の出射面112bには、防反射層117が形成されており、導光板112内部を伝搬する光を効率よく液晶パネル120側へ取り出すことができるようになっており、また、反射型の液晶パネル120からの反射光が導光板112表面で反射して減衰するのを防ぐことができるようになっている。
【0004】
上記防反射層117は、通常屈折率の異なる材料からなる複数層(典型的にはSiO2層とTiO2層)を周期的に積層したものが用いられており、各層をスパッタリング法や蒸着法などの成膜法により所定の膜厚に形成して、いわゆる1/4λの光学条件を作り出すことで、この防反射層117に入射する光を高い透過率で透過させるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の防反射層117の形成方法には、解決が必要な課題が多々存在する。このように屈折率の異なる複数の層を、蒸着やスパッタリングにより形成する方法では、この防反射層117の成膜がバッチ単位で行われるために生産性が低く、製造コストが非常に高くなるという問題がある。
また、防反射層117を構成する各層の屈折率、膜厚の組み合わせにより防反射効果を得ているため、全ての可視波長領域で防反射効果を得るのは本質的に困難である。そして、このような防反射層を備えた照明装置を斜め方向から観察すると、防反射層が色づいて見え、表示色の再現性が低下するという問題もある。
さらに、複数の層が周期的に積層された多層膜構造であるため、特に高温、高湿環境での耐久性が問題となる可能性があり、導光板及びフロントライトの信頼性を確保する上で制約となる場合がある。
【0006】
そこで、生産性を考慮した簡便法として、屈折率を低めに制御した有機系化合物の溶液を用いた浸漬、塗布により防反射層を形成する方法も提案されている。
しかしながら、この方法により防反射膜を形成するためには、屈折率を任意に変えることができ、かつ実使用可能な処理液を作製可能な材料が必要となるが、この屈折率の制御性と、処理液作製の容易性を両立できる材料はほとんどないため、優れた防反射効果を得ることができる防反射層を形成することが困難である。また、実用的な防反射効果を得るためには上記有機系化合物を導光板に塗布した後に、さらに加熱処理などの後処理を施す必要があり、この後処理によって導光板の特性が劣化することも問題となっていた。
【0007】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、優れた防反射効果を得ることができ、信頼性に優れた防反射層を備えた導光板を提供することを目的の一つとする。
また本発明は、上記防反射層を備えた導光板を安価かつ容易に製造することができる導光板の製造方法を提供することを目的の一つとする。
また本発明は、上記防反射層を備えた導光板を備えた照明装置を提供することを目的の一つとする。
また本発明は、上記照明装置を備えた液晶表示装置を提供することを目的の一つとする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。本発明に係る導光板は、光源からの光を側端面から導入し、内部を伝搬する前記光を出射面から出射させる構造を備え、前記出射面に、サブミクロンオーダーの微細な凹部又は凸部が格子状に直接配列形成された防反射層を備え、前記微細な凹部又は凸部が千鳥格子状に配列されるとともに、前記千鳥配列に形成された凹部又は凸部の配列方向が、当該導光板の面内における主導光方向への凹部又は凸部の実効ピッチが最小となる方向とされたことを特徴とする。
【0009】
上記構成の導光板によれば、可視光の波長以下の微細な凹凸形状が導光板の出射面に直接配列形成されていることで、この出射面に入射する光が反射されるのを防ぎ、導光板の出射面における光の透過率を高めることができる。従って、導光板内部を伝搬する光をより効率よく出射面から出射させることができ、光源の利用効率が高く、高輝度の照明装置を構成し得る導光板である。また、導光板の出射面に微細な凹凸形状が直接配列形成されていることにより、金型による導光板の製造時に同時に微細な凹凸形状を作り込むことができる。
また、本発明に係る導光板は、前記微細な凹部又は凸部が、千鳥格子状に配列された構成となることで、正方格子状に前記凹部又は凸部を配列した場合に比して、より高密度に凹部又は凸部を配置することができるので、実効的な配列ピッチを小さくすることができ、防反射効果を高めるとともに、この防反射層を透過する光、又は反射される光の色づきを防止することができる。
次に、本発明に係る導光板においては、前記千鳥配列に形成された凹部又は凸部の配列方向が、当該導光板の面内における主導光方向への凹部又は凸部の実効ピッチが最小となる方向とされる。このような構成とすることで、さらに優れた防反射効果を得ることができる。
本発明における「実効ピッチ」とは、ある凸部(凹部)の中心を通る第1直線と、この凸部と隣接する凸部の中心を通り、前記第1直線と平行な第2直線との距離に相当し、正方格子状に配列された複数の凸部における凸部配列方向への実効ピッチは、これらの凸部のピッチと同一となるが、正方格子の対角線方向への実効ピッチは、凸部のピッチの1/√2となり、実際のピッチよりもやや小さくなる。さらに、防反射層の凸部が六方格子状の千鳥配列に最密状態で配列されている場合には、前記実効ピッチは、実際のピッチの1/2まで小さくなる。また、導光板面内の「主導光方向」とは、導光板の側端面に配設される光源から導光板内へ導入された光の導光板面内における巨視的な伝搬方向であり、通常は、光源が配設された側端面から、この側端面と対向する側端面に向かう方向とされる。
【0010】
次に、本発明に係る導光板においては、前記配列形成された微細な凹部又は凸部のピッチが、0.3μm以下とされることが好ましい。このような構成とすることで、短波長側の光も十分に透過させることができ、優れた防反射効果を得ることができる。上記ピッチが0.3μmを越えると、出射光の一部が反射されて出射面の透過率が低下する。また、この防反射層に透過又は反射される光の色づきが生じやすくなり、例えば液晶パネルの前面に配置されるフロントライトの導光板として使用された場合には、表示の色再現性が低下する。また、前記ピッチは小さいほど光の反射を防止する効果が高くなるが、ピッチが細かくなるほど正確に配列された凹部/凸部を形成するが困難になるため、実用的には0.2μm以上とするのがよい。
【0011】
次に、本発明に係る導光板においては、前記配列形成された微細な凹部又は凸部のピッチが、0.3μm以下とされ、前記導光板出射面の反射率が波長域400nm〜700nmの範囲で0.5%未満であり、前記導光板出射面の法線に対して±30゜の範囲における漏れ光の輝度が低く、白色光に対する漏れ光の色度を白色光を基本としてその周囲にxy色度図においてxは0.20〜0.35の範囲内にyは0.15〜0.35の範囲に収めてなることを特徴とすることができる。
【0012】
次に、本発明に係る導光板においては、前記導光板面内における主導光方向への凹部又は凸部の実効ピッチが、0.15μm以下とされ、前記導光板出射面の反射率が波長域400nm〜700nmの範囲で0.5%未満であり、前記導光板出射面の法線に対して±30゜の範囲における白色光に対する漏れ光の色度を白色光を基本としてその周囲にxy色度図においてxは0.25〜0.35の範囲内にyは0.25〜0.35の範囲に収めてなることを特徴とすることができる。
【0014】
次に、本発明に係る導光板においては、前記導光板面内における主導光方向への凹部又は凸部の実効ピッチが、0.15μm以下とされることが好ましい。このような構成とすれば、さらに優れた防反射効果が得られるとともに、透過光又は反射光の色づきが抑制された導光板とすることができる。
【0015】
次に、本発明に係る導光板の製造方法は、光源からの光を側端面から導入し、内部を伝搬する前記光を出射面から出射させる構造を有する導光板を、金型を用いた射出成形により製造する方法であって、前記導光板を形成するためのキャビティ部の導光板出射面に対応する壁面に、サブミクロンオーダーの微細な凹部又は凸部が千鳥格子状に配列形成された金型を用い、前記千鳥格子状の微細な凹部又は凸部の形状を、前記千鳥配列に形成された凹部又は凸部の配列方向が、当該導光板の面内における主導光方向への凹部又は凸部の実効ピッチが最小となる方向になるように射出成形時に導光板の出射面に転写することを特徴とする。
【0016】
係る構成の製造方法を採用することで、導光板の射出成形時に同時に出射面に防反射層を形成することができるので、防反射層を成膜又は塗布するための工程を別途設ける必要が無く、極めて効率的に防反射層を備えた導光板を製造することができる。 本発明の製造方法により得られた導光板においては、前記千鳥配列に形成された凹部又は凸部の配列方向が、当該導光板の面内における主導光方向への凹部又は凸部の実効ピッチが最小となる方向とされる。このような構成とすることで、さらに優れた防反射効果を発揮できる導光板を得ることができる。
【0017】
次に、本発明に係る導光板の製造方法においては、前記導光板出射面に対応するキャビティ部壁面に、0.3μm以下のピッチで、千鳥格子状に微細な凹部又は凸部が配列形成された金型を用いることが好ましい。このような構成とすることで、防反射効果が高く、また透過/反射光の色づきが抑えられた導光板を容易に製造することができる。
【0018】
次に、本発明に係る照明装置は、先のいずれかに記載の導光板と、該導光板の側端面に配設された光源とを備えたことを特徴とする。係る構成の照明装置は、上記本発明に係る導光板を備えたことで、光源から導光板に導入された光を効率よく導光板の出射面から出射させることができる。これにより、光源の利用効率が高く、高輝度の照明装置とされている。
【0019】
次に、本発明に係る液晶表示装置は、先に記載の照明装置を、液晶パネルの前面側に備えたことを特徴とする。係る構成の液晶表示装置は、上記本発明に係る照明装置を備えたことで、液晶パネルからの反射光が、照明装置の導光板下面で反射されて減衰するのを防ぎ、高輝度の表示が可能とされている。また、カラー表示を行った場合にも、導光板を透過する光の色づきが抑えられているので、優れた色再現性を得ることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施の形態である液晶表示装置の斜視構成図であり、図2は、図1に示す液晶表示装置の断面構成図である。これらの図に示す液晶表示装置は、反射型の液晶パネル20と、その前面側に配設されたフロントライト(照明装置)10とを備えて構成されている。
【0021】
フロントライト10は、略平板状の透明の導光板12と、この導光板12の側端面(入光面)12aに配設された光源13とを備えて構成されている。導光板12は、アクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂などから構成され、この導光板12の図示下面側(液晶表示ユニット20側)は、フロントライト10の照明光が出射される出射面12bとされており、図示上面側(液晶表示ユニット20と反対側)には、断面視三角波状のプリズム形状が形成されている。より詳細には、前記出射面12bに対して傾斜して形成された緩斜面部14aと、この緩斜面部14aよりも急な傾斜角度で形成された急斜面部14bとからなる断面視三角形状の複数の凸部14が互いに平行に形成されている。そして、導光板12の出射面12b上に防反射層17が形成されている。
【0022】
導光板12の側端面12aに配設された光源13は、導光板12の側端面12aに沿って設けられた棒状の光源であり、具体的には棒状の導光体13bの両端部に白色LED(Light Emitting Diode)などからなる発光素子13a、13aが配設されている。そして、これらの発光素子13a、13aから出射された光を導光体13bを介して導光板12に導入するようになっている。このように発光素子13a、13aと導光板12との間に棒状の導光体13bを設けることで、点光源である発光素子13a、13aの光を、導光板12の側端面12aに均一に照射することができる。
尚、光源13は、導光板12の側端面12aに光を導入し得るものであれば問題なく用いることができ、例えば導光板12の側端面12aに沿って発光素子を並べた構成であっても良い。また、発光素子13aが1つのみ備えられた構成であっても良い。
【0023】
上記構成のフロントライト10は、光源13から出射された光を、導光板12の側端面12aから導光板12内部へ導入し、内部を伝搬するこの光を、反射面12cに設けられた凸部14の急斜面部14bで反射させることで光の伝搬方向を変化させ、出射面12bから照明光として出射させるようになっている。
【0024】
本実施形態に係るフロントライト10の導光板12は、その出射面12b側に、防反射層17が形成されており、この防反射層が、サブミクロンオーダーの微細な凹部又は凸部を格子状に配列形成された構成であることが大きな特徴の一つである。
この防反射層17について、図3及び図4を参照して以下に説明する。図3は、反射防止層17の表面形状を模式的に示す部分斜視図である。図4は、防反射層を構成する微細な凸部(凹部)の配列の例を示す模式平面図であり、図4Aは前記凸部を正方格子状に配列させた例であり、図4Bは、千鳥格子状に配列させた例である。
【0025】
図3に示すように、防反射層17の表面には、直径0.15〜0.4μm程度の多数の微細な凸部7が千鳥格子状に配列されて形成されており、幅広い波長域の光を高い透過率で透過させることができるようになっている。このような微細な凹凸形状を設けることにより光の反射を防止できるのは、独Faunhofer Gesellshaft社の記述情報に開示されているように、それぞれの凸部が可視領域の波長以下の高さ及び繰り返しピッチで配列形成されているために、入射した光の反射が生じないことによる。
そして、この防反射層17が設けられていることで、導光板12内部を伝搬する光が出射面12bに入射した際に反射光がほとんど生じず、効率よく液晶パネル20を照明できるようになっている。また、出射面12bの内面側での反射がほとんど生じないことで、出射面12bで反射された光が使用者に到達することにより生じる白化現象を抑え、コントラストを向上させて表示品質を向上させることができる。
また、反射型の液晶パネル20により反射された光が、導光板12の出射面12bに入射する際にも、この防反射層17が有効に作用し、高い透過率で液晶パネル20の反射光を透過させ、結果として高輝度の表示が得られるようになっている。これは、液晶パネル20の反射光が、導光板12の出射面12bで反射されると表示光の一部が損失されて輝度が低下することとなり、また出射面12bでの反射により導光板12の白化がおこるために表示のコントラストが低下することとなるが、本発明に係る導光板12では、防反射層17が設けられていることで、上記の現象を防止することができるためである。
【0026】
本発明において、凸部7のピッチは0.3μm以下とすることが好ましく、また凸部7の高さは0.2μm以上とすることが好ましい。これは、ピッチが0.3μmを越えると、導光板に光を入射させた際に色づきが発生するからである。また、凸部30の高さが0.2μm未満であると、防反射効果が不十分であり、反射率が高くなるからである。
上記凸部7のピッチは、小さくするほど防反射層17の透過率を高めることができるが、0.2μm以下の極微細な凸部7を、均一な寸法で配列形成するのは困難であり、製造コストの増加の原因となるため、実用的には凸部7のピッチの下限値は、0.2μm程度である。
【0027】
次に、防反射層17を構成する凸部7の配列について図4を参照して以下に説明する。本実施形態に係る防反射層17においては、凸部7は、図4Aに示す正方格子状、図4Bに示す千鳥格子状のいずれに配列されていてもよいが、図4Bに示す千鳥格子状とすることが好ましく、その実効ピッチが最小となる方向と、導光板12の面内における主導光方向とが平行となるようにして防反射層17を形成するのがよい。
導光板12面内の主導光方向は、図4A,Bに示すように、本実施形態のフロントライト10のように導光板12の側端面12aに棒状の光源13が配設されている場合には、導光体13bの光出射面から導光板12側端面に向かう方向(導光板側端面12aからこの側端面12aの対向面に向かう方向)とされる。
また、図4Aにおいて、凸部7の実効ピッチPeは、図示上下方向において、隣接する凸部7のピッチPと等しく、図4Bの上下方向では、図示斜め方向に隣接する凸部7,7の中心間の図示上下方向の距離が実効ピッチPeとされ、実際のピッチPの1/2に等しくなる。
このように、図4Aに示す正方格子状の配列よりも図4Bの千鳥格子状の配列の方が、凸部7の実効ピッチPeを小さくすることができ、この実効ピッチPeが最小となる方向と、導光板12の主導光方向を平行にすることで、防反射層17における光の反射をより生じ難くすることができ、防反射層17において透過/反射した光が色づいて液晶表示装置の色再現性が低下するのを防止することができる。
従って、図4Aに示す正方格子状に凸部7を配列させた場合でも、導光板12の主導光方向が図示上下方向の時、凸部7の配列方向を図示斜め45°方向とすることで実効ピッチPeを小さくすることができる。逆に、図4Bに示す千鳥格子状の配列としても、主導光方向が図示上下方向の場合に、図に示す配置ではなく、例えば凸部7の配列方向が図示左右方向となるように(隣接する凸部7の中心同士を結ぶ直線の向きが図示左右方向となるように)配置した場合には、図示上下方向での実効ピッチPeが凸部7のピッチPと等しくなるため、実効ピッチPeが最小となるように配置した場合よりも防反射効果が低下することとなる。
【0028】
本発明に係る導光板12においては、導光板12の主導光方向における上記凸部7の実効ピッチは、0.15μm以下とすることが好ましい。このような範囲とすることで、防反射層17の防反射効果を高めることができ、液晶表示装置の表示品質を向上させることができる。実効ピッチが0.15μmを越えると、防反射層17の防反射特性を向上させる効果が小さくなる。
【0029】
尚、本発明に係る導光板12において、反射防止層17は、出射面12bのみに設けられるものではなく、光源13が配置される側端面12aにも反射防止層を形成しても良い。このような構成とすることで、光源13(導光体13b)から導光板12に光が導入される際の導光板12の側端面12aでの反射も抑えることができるので、光源の利用効率を更に高めて、フロントライト10の輝度を向上させることができる。
【0030】
液晶パネル20は、対向して配置された上基板21と下基板22との間に液晶層23が挟持され、この液晶層23が基板21,22の内面側周縁部に沿って額縁状に設けられたシール材24により封止された構成とされており、図1に示す液晶表示装置1では、下基板22の外面側に設けられたモールド230により支持された状態とされ、このモールド30の図示下面側(液晶パネル20と反対側)に設けられた制御回路(図示せず)と、モールド30の外周を回り込むように引き回されたフレキシブル基板29a、29bを介して接続されている。上基板21の内面側(下基板22側)には、液晶制御層26が形成されており、下基板22の内面側(上基板21側)には、フロントライト10の照明光や外光を反射させるための金属薄膜を有する反射層27が形成され、この反射層27上に液晶制御層28が形成されている。
液晶制御層26,28は、液晶層23を駆動制御するための電極や、配向膜等を含んで構成されており、上記電極をスイッチングするための半導体素子等も含むものである。また、場合によってはカラー表示のためのカラーフィルタを備えていてもよい。そして、図2に示すように、下基板22側の液晶制御層28が、シール材24を越えて外側まで延長されて形成され、その先端部28aにおいて、フレキシブル基板29aと接続されている。尚、上基板21側の液晶制御層26は、詳細は図示されていないが、図1に示すフレキシブル基板29bと接続されている。
反射層27は、液晶表示パネル20に入射した外光やフロントライト10の照明光を反射させるためのアルミニウムや銀などの高反射率の金属薄膜からなる反射膜を備えるものであり、特定の方向で反射光が強くなり液晶表示装置の視認性が低下するのを防止するための光散乱手段を備えることが好ましい。この光散乱手段としては、反射膜に凹凸形状を付与したものや、樹脂膜中に樹脂膜を構成する材料と異なる屈折率の樹脂ビーズを分散させた散乱膜等を用いることができる。
【0031】
以上の構成の本実施形態の液晶表示装置1は、外光が十分に得られる環境では、外光を利用した反射表示を行うことができ、外光が得られない環境においては、フロントライト10を点灯させ、導光板12の出射面12bから出射される光を照明光として表示を行うことができるようになっている。
そして、フロントライト10の導光板12に防反射層17が設けられていることで、光源13から導光板12内部に導入された光を効率よく出射面12bから取り出すことができるので、液晶パネル20に入射する照明光量を高めて高輝度の表示を行うことができる。
さらには、上記液晶パネル20に入射した光は、下基板22の反射層27により反射されて再び導光板12に入射し、この導光板12を透過して使用者に到達するようになっているが、本実施形態の液晶表示装置1では、上記導光板12に防反射層17が設けられていることで、液晶パネル20からの反射光が導光板の出射面12bでほとんど反射されずに使用者に到達する。従って、導光板12の出射面12bで反射されて表示光の輝度が低下するのを防止し、又、出射面12bで反射が生じることによる導光板12の白化も防止できるので、高輝度で高コントラストの表示を得ることができる。
【0032】
(導光板の製造方法)
次に、上記本実施形態に係る導光板の製造方法について、以下に説明する。ただし、本発明に係る導光板は、以下に示す製造方法によってのみ製造可能とされるものではない。
図1に示す導光板12は、金型を用いた射出成形により製造することができる。すなわち、導光板12を形成するための金型のキャビティ部において、導光板12の出射面を形成する壁面に、サブミクロンオーダーの微細な凹部又は凸部が配列形成された構成とし、この金型を用いて射出成形を行うことで、このキャビティ部の凹凸形状を導光板の出射面に転写して導光板の出射面に防反射層を形成することができる。
上記キャビティ部壁面に形成される凹凸形状としては、形成される凹部又は凸部のピッチが0.3μm以下で、凹部又は凸部が千鳥格子状に配列された形状とすることが好ましく、導光板12の側端面12aに対応するキャビティ部壁面と垂直な方向に対する前記凹部又は凸部の実効ピッチが最小となるように前記凹部又は凸部のピッチの配列方向を設定することがより好ましい。このような構成とすることで、上記液晶表示装置の実施形態で述べたように、さらに防反射効果が大きく、また色づきのない導光板を製造することができる。
【0033】
このような製造方法を採用することで、新たに工程を追加することなく、極めて効率よく防反射層を備えた導光板を製造することができる。従来の成膜法により防反射層を形成していた方法に比しても、安価に、かつ短時間で同等以上の防反射特性を有する導光板を製造することができる。
【0034】
本実施形態に係る製造方法に用いられる金型の防反射層を形成するための凹凸形状は、例えば、金型の壁面を電子ビーム描画装置を用いてパターニングし、その後エッチング処理を施すことで形成することができる。また、上記方法に限らず、金型のキャビティ部に凹凸形状を備えたスタンパーを配設することによっても、導光板の防反射層を形成することができる。この防反射層を形成するためのスタンパーは、Ni電鋳など公知の方向で作製することができる。
【0035】
また、上記金型において、導光板12の側端面12aに対応するキャビティ部壁面に、上記と同様の微細な凹凸形状を形成すれば、側端面12aにも防反射層が形成された導光板を作製することができる。
【0036】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。
(実施例1)
まず、導光板の外形と逆凹凸のキャビティ部が形成された金型を用意し、この金型の導光板出射面に対応する壁面に電子ビーム描画装置を用いてパターニングし、その後エッチング処理を行うことで、前記導光板出射面に対応する壁面に多数の凹部を配列形成した。この金型に形成された凹部は、千鳥格子状に配列し、ピッチは、0.25μmとし、凹部の深さは、0.25μmとした。
次に、この金型にアクリル樹脂材料を注入して射出成形を行い、(W)40mm×(L)50mm×(t)0.8mmの、出射面に防反射層を備えた導光板を作製した。作製された導光板の出射面形状をAFM(Atomic Force Microscopy)により測定したところ、高さ0.23μm〜0.24μmの微細な凸部が、0.25μmピッチで千鳥格子状に均一に配列形成されていることが確認された。
次いで、得られた導光板の出射面の反射率を測定した。この測定結果を図5に示す。図5のグラフに示すように、波長域400nm〜700nmの範囲で、反射率が0.5%未満であり、導光板の出射面が防反射機能を有することが確認された。尚、出射面に防反射層を形成しない以外は、本例で作製した導光板と同様の構成を備えた導光板を作製し、その出射面の反射率を測定したところ、反射率は4〜5%であった。
【0037】
(実施例2)
次に、導光板の防反射層を構成する凸部のピッチによる防反射効果の違いを検証するために、上記実施例1と同様の作製方法により凸部のピッチのみが異なる3種類の導光板を作製した。具体的には、前記キャビティ部に形成する凹部のピッチを0.25μm、0.3μm、0.4μmとした3種類の金型を用意し、これらの金型を用いて射出成形を行うことで3種類の導光板を作製した。
得られた導光板の出射面の形状をAFMにより確認したところ、それぞれ凸部のピッチは0.25μm、0.3μm、0.4μmに形成されており、凸部の高さはいずれの導光板も0.25〜0.27μmであった。
そして、上記にて得られた各導光板の短辺側の側端面に、両端に白色LEDを備えた棒状の光源を配設してフロントライトを作製した。
【0038】
次いで、上記各フロントライトを点灯させた状態で、導光板の上面(出射面と反対側の面)への漏れ光の測定を行った。この漏れ光測定は、導光板の法線方向を0°とし、導光板面内の導光方向に沿って、光源の配設された側端面側への傾き角度をマイナス側、それと反対側への傾き角度をプラス側として、−30°〜30°の範囲で漏れ光を検出するための検出器を移動させて測定を行った。その結果を図6のグラフに示す。図6のグラフの横軸は検出器の角度を示し、縦軸は漏れ光の輝度を示している。
図6に示すように、凸部のピッチが0.25μm、0.3μmとされた導光板の漏れ光は、凸部のピッチが0.4μmとされた導光板の漏れ光よりも大幅に小さく、優れた防反射効果が得られていることが確認された。従って、凸部のピッチが0.3μm以下とされた導光板は、光源の光を効率よく導光板出射面側へ導くことができることが確認された。また、導光板上面側への漏れ光が少ないことから、液晶パネルの前面に配置した場合にも、表示の視認性が低下することなく、高コントラストで高輝度の優れた表示品質を得られることが示唆される。
【0039】
次に、上記各導光板の漏れ光の色度の測定を行った。測定は上記漏れ光の測定と同様に、導光板面内の導光方向に沿って検出器の角度を−30°〜30°の範囲で変化させて行った。測定結果を図7に示す。図7は、xy色度図であり、グラフ中に×印で示す点がC光源(白色)である。
図7に示すように、凸部のピッチが0.25μmとされた導光板と、0.3μmとされた導光板は、色度の角度依存性が小さく、また、C光源の近傍に集中していることが分かる。つまり、液晶パネルの前面にフロントライトを配置して液晶表示装置を構成した場合に、斜め方向から観察しても表示の色つきが無く、液晶パネルの表示色再現性が高いことが示唆される。また、凸部のピッチが0.25μmとされた導光板の方が色度の分布が小さく、より色づきが小さいことから、より色再現性に優れる導光板であるといえる。これに対して、凸部のピッチが0.4μmとされた導光板では、色度がC光源から大きく離れており、また色度の分布も大きいことから、漏れ光に色づきが生じ、またその色も角度により異なるため、上記ピッチを小さくした導光板よりも色再現性に劣ると考えられる。
【0040】
(実施例3)
次に、導光板の防反射層における凸部の配列による効果を検証するために、凸部の配列のみが異なる2種類の導光板を作製した。
まず、キャビティ部の壁面に正方格子状に凹部を配列形成した金型と、千鳥格子状に凹部を配列形成した金型を用意した。いずれの金型においても、凹部のピッチは0.3μmとし、凹部の深さは0.3μmとした。次いで、それぞれの金型を用いた射出成形により導光板を作製した。得れらた導光板の出射面形状をAFMにより測定したところ、形成された凸部はそれぞれ正方格子状、千鳥格子状に配列されており、いずれの導光板もピッチ0.3μmで、高さ0.27〜0.29μmの微細な凸部が配列形成されていた。
次に、上記にて作製された各導光板の側端面に棒状の光源を配設してフロントライトを構成し、これらのフロントライトを点灯させた状態で、上記実施例2と同様にして漏れ光の色度測定を行った。その結果を図8に示す。図8に示すように、千鳥格子状に凸部が配列形成された導光板は、正方格子状に凸部が配列された導光板よりも色度の分布が小さく、かつC光源の近傍に集中しており、色づきがより少ないことが確認された。正方格子状に凸部が配列された導光板は、測定角度が大きい場合に色度がC光源から離れる傾向があり、導光板の正面から見た場合には色づきが少ないものの、斜め方向から観察した際に色づきがやや大きくなり、表示色が若干変化することが示唆される。
【0041】
(実施例4)
次に、導光板の主導光方向と、防反射層の凸部の配列方向との関係が、導光板の防反射特性に与える影響を検証するために、防反射層を構成する凸部の配列方向を変えた2種類の導光板を、上記実施例1と同様の製造方法により作製した。各導光板の凸部のピッチは0.25μmで同一とし、凸部の高さも0.23〜0.24μmでほぼ同一とした。
それぞれの導光板における凸部の配列方向は、それぞれ凸部の配列方向が導光板の主導光方向と平行となるように形成したものと、凸部の配列方向が導光板の主導光方向と直交するように形成したものを作製した。前者は、導光板の主導光方向における実効ピッチが0.125μmであり、後者の実効ピッチは0.217μmである。すなわち、前者の配列では、導光板の主導光方向で実効ピッチが最小となるように防反射層の凸部が配列されている。
【0042】
次いで、上記にて得られた2種類の導光板の側端面に棒状の光源を配設してフロントライトを構成し、これらのフロントライトを点灯させた状態で、上記実施例2と同様にして色度測定を行った。その結果を図9に示す。図9の色度図に示すように、防反射層の実効ピッチが0.125μmとされた導光板は、防反射層の実効ピッチが0.217μmとされた導光板と比較して、色度の分布がC光源の近傍に集中しており、色づきが小さく、斜め方向から観察した場合の色度の変化も小さいことが確認された。一方、実効ピッチが0.217μmとされた導光板は、正面から観察した場合には色度がC光源の近傍にあり、色づきが小さいが、斜め方向から観察した場合に色づきが大きくなった。
【0043】
次に、上記2種類の導光板について、導光板の主導光方向と直交する方向に測定角度を変化させて色度の測定を行った。つまり、導光板の側端面と平行な向きにおける漏れ光の角度依存性の検証を行った。測定角度は−30°〜30°とした。その測定結果を図10に示す。この図に示すように、導光板側端面と平行な方向においては、上記主導光方向での測定とは逆に、導光板の主導光方向での実効ピッチが最小とされた導光板の色度分布のほうが、実効ピッチが0.217μmとされた導光板よりも大きくなった。これは、導光板の側端面と平行な向きの漏れ光は、主導光方向に対して垂直に近い方向に入射した光の反射光であり、この光に対しては実効ピッチ0.217μmの方が、進行する光と直交する形状のピッチが小さくなるためであると考えられるが、液晶パネルと組み合わせた場合には、観察者から見て上下方向の色度分布が小さいことが重要であり、左右方向での色度分布は実用上問題になりにくいことから、棒状の光源を観察者から見て導光板の上端部又は下端部に配置する用途においては、実効ピッチが最小とされた導光板を用いるのが好ましい。
【0044】
このように、凸部の実効ピッチを導光板の主導光方向で小さくすることで、漏れ光の色づきを抑えることができることが確認された。また、図9及び図10に示す結果から、防反射層の実効ピッチが0.15μm以下であれば色度をC光源の近傍にほぼ集中させることができると考えられるが、正方格子状に0.15μm以下のピッチで凸部を配列形成するのは困難であり、本発明の導光板のように、千鳥格子状に凸部を配列させることで、より凸部のピッチの小さいものと同等の特性を得られることは、製造やコストの面で極めて有効であるといえる。
【0045】
(実施例5)
次に、従来の多層膜構造の防反射層と、本発明に係る防反射層とを比較するために、比較試料として、従来の構成の導光板を作製した。具体的には、出射面に凹凸形状が形成されていない導光板を射出成形により作製し、この導光板の出射面上に真空蒸着によりSiO2層とTiO2層とが交互に周期的に積層された防反射層を形成した。そして、この導光板の側端面に棒状の光源を配設して比較用フロントライトとした。
上記比較用フロントライトを点灯させた状態で、上記実施例2と同様にして色度の測定を行った。測定結果を図11の色度図に示す。また、図11には、比較のために上記実施例2において作製した防反射層の凸部ピッチが0.25μmの導光板の色度測定結果を併記する。この図に示すように、従来の防反射層が形成された比較用フロントライトは、色度の分布が大きく、観察角度により漏れ光が色づき、液晶パネルと組み合わせた場合には、斜め方向での色再現性が大きく低下することが示唆される。従って、本発明に係る導光板と液晶パネルを組み合わせることで、従来よりも視野角の広い液晶表示装置を実現できることが確認された。
【0046】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の導光板は、光源からの光を側端面から導入し、内部を伝搬する前記光を出射面から出射させる構造を備え、前記出射面に、サブミクロンオーダーの微細な凹部又は凸部が格子状に配列形成された防反射層を備えたことで、導光板内部を伝搬する光をより効率よく出射面から出射させることができ、光源の利用効率が高く、高輝度の照明装置を構成することができる。
【0047】
また、本発明に係る導光板において、前記微細な凹部又は凸部が、千鳥格子状に配列された構成となるので、正方格子状に前記凹部又は凸部を配列した場合に比して、より高密度に凹部又は凸部を配置することができるので、実効的な配列ピッチを小さくすることができ、防反射効果を高めるとともに、この防反射層を透過する光、又は反射される光の色づきを防止することができる。
【0048】
また、本発明に係る導光板において、前記千鳥配列に形成された凹部又は凸部の配列方向が、当該導光板の面内における主導光方向への凹部又は凸部の実効ピッチが最小となる方向となるので、さらに優れた防反射効果を得ることができる。また、導光板の出射面に微細な凹凸形状が直接配列形成されていることにより、金型による導光板の製造時に同時に微細な凹凸形状を作り込むことができる。
更に本発明において、前記配列形成された微細な凹部又は凸部のピッチが、0.3μm以下とされているので、前記導光板出射面の反射率が波長域400nm〜700nmの範囲で0.5%未満であり、前記導光板出射面の法線に対して±30゜の範囲における漏れ光の輝度が低く、白色光に対する漏れ光の色度を白色光を基本としてその周囲にxy色度図においてxは0.20〜0.35の範囲内にyは0.15〜0.35の範囲に収めてなることを特徴とする導光板を提供できる。
更に本発明において、前記導光板面内における主導光方向への凹部又は凸部の実効ピッチが、0.15μm以下とされ、前記導光板出射面の反射率が波長域400nm〜700nmの範囲で0.5%未満であり、前記導光板出射面の法線に対して±30゜の範囲における白色光に対する漏れ光の色度を白色光を基本としてその周囲にxy色度図においてxは0.25〜0.35の範囲内にyは0.25〜0.35の範囲に収めてなる導光板を提供することができる。
【0049】
次に、本発明に係る導光板の製造方法は、光源からの光を側端面から導入し、内部を伝搬する前記光を出射面から出射させる構造を有する導光板を、金型を用いた射出成形により製造する方法であって、
前記導光板を形成するためのキャビティ部の導光板出射面に対応する壁面に、サブミクロンオーダーの微細な凹部又は凸部が格子状に配列形成された金型を用い、前記微細な凹部又は凸部の形状を、射出成形時に導光板に転写する構成とされたことで、導光板の射出成形時に、同時に導光板の出射面に防反射層を形成することができるので、製造効率に極めて優れ、容易かつ安価に導光板を製造することができる。
【0050】
次に、本発明に係る照明装置は、上記本発明の導光板を備えて構成されたことで、光源から導光板に導入された光を効率よく導光板の出射面から出射させることができる。これにより、光源の利用効率が高く、高輝度の照明装置とされている。
【0051】
次に、本発明に係る液晶表示装置は、先に記載の照明装置を、液晶パネルの前面側に備えたことで、液晶パネルからの反射光が、照明装置の導光板下面で反射されて減衰するのを防ぎ、高輝度の表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の一実施の形態である液晶表示装置の斜視構成図である。
【図2】 図2は、図1に示す液晶表示装置の断面構成図である。
【図3】 図3は、図2に示す防反射層の表面形状を模式的に示す斜視構成図である。
【図4】 図4は、図3に示す防反射層の凸部の配列例を示す説明図であり、図4Aは正方格子状に配列した例、図4Bは千鳥格子状に配列した例である。
【図5】 図5は、実施例1の導光板の反射率測定結果を示すグラフである。
【図6】 図6は、実施例2の導光板の漏れ光の輝度測定結果を示すグラフである。
【図7】 図7は、実施例2の導光板の漏れ光の色度測定結果を示すグラフである。
【図8】 図8は、実施例3の導光板の漏れ光の色度測定結果を示すグラフである。
【図9】 図9は、実施例4の導光板の漏れ光の色度測定結果を示すグラフである。
【図10】 図10は、実施例4の導光板の漏れ光の色度測定結果を示すグラフである。
【図11】 図11は、実施例5の導光板の漏れ光の色度測定結果を示すグラフである。
【図12】 図12は、従来の構成の導光板を備えた液晶表示装置の断面構成図である。
【符号の説明】
10 フロントライト
12 導光板
13 光源
14a 緩斜面部
14b 急斜面部
17 防反射層
7 凸部
20 液晶パネル
30 モールド
Claims (8)
- 光源からの光を側端面から導入し、内部を伝搬する前記光を出射面から出射させる構造を備え、前記出射面に、サブミクロンオーダーの微細な凹部又は凸部が格子状に直接配列形成された防反射層を備え、前記微細な凹部又は凸部が千鳥格子状に配列されるとともに、前記千鳥配列に形成された凹部又は凸部の配列方向が、当該導光板の面内における主導光方向への凹部又は凸部の実効ピッチが最小となる方向とされたことを特徴とする導光板。
- 前記配列形成された微細な凹部又は凸部のピッチが、0.3μm以下とされたことを特徴とする請求項1に記載の導光板。
- 前記配列形成された微細な凹部又は凸部のピッチが、0.3μm以下とされ、前記導光板出射面の反射率が波長域400nm〜700nmの範囲で0.5%未満であり、前記導光板出射面の法線に対して±30゜の範囲における漏れ光の輝度が低く、白色光に対する漏れ光の色度を白色光を基本としてその周囲にxy色度図においてxは0.20〜0.35の範囲内にyは0.15〜0.35の範囲に収めてなることを特徴とする請求項1または2に記載の導光板。
- 前記導光板面内における主導光方向への凹部又は凸部の実効ピッチが、0.15μm以下とされ、前記導光板出射面の反射率が波長域400nm〜700nmの範囲で0.5%未満であり、前記導光板出射面の法線に対して±30゜の範囲における白色光に対する漏れ光の色度を白色光を基本としてその周囲にxy色度図においてxは0.25〜0.35の範囲内にyは0.25〜0.35の範囲に収めてなることを特徴とする請求項1または2に記載の導光板。
- 光源からの光を側端面から導入し、内部を伝搬する前記光を出射面から出射させる構造を有する導光板を、金型を用いた射出成形により製造する方法であって、前記導光板を形成するためのキャビティ部の導光板出射面に対応する壁面に、サブミクロンオーダーの微細な凹部又は凸部が千鳥格子状に配列形成された金型を用い、前記千鳥格子状の微細な凹部又は凸部の形状を、前記千鳥配列に形成された凹部又は凸部の配列方向が、当該導光板の面内における主導光方向への凹部又は凸部の実効ピッチが最小となる方向になるように射出成形時に導光板の出射面に転写することを特徴とする導光板の製造方法。
- 前記導光板出射面に対応するキャビティ部壁面に、0.3μm以下のピッチで、微細な凹部又は凸部が配列形成された金型を用いることを特徴とする請求項5に記載の導光板の製造方法。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載の導光板と、該導光板の側端面に配設された光源とを備えたことを特徴とする照明装置。
- 請求項7に記載の照明装置を、液晶パネルの前面側に備えたことを特徴とする液晶表示装置。
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