JP4262944B2 - 照明装置および液晶表示装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示ユニットなどを照明する照明装置に用いられる反射防止膜に関し、詳しくは反射防止膜を構成するAR格子を保護する反射防止膜に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、導光板に隣接して反射防止膜を備えた液晶表示装置が知られている。反射防止膜は、外光や液晶表示パネルの表面に設けられた照明装置の照明光が液晶表示パネルに到達する前に反射されてしまうことを防止し、もって外光や照明光を液晶表示パネルに向けて効率よく入射させ、液晶表示装置の視認性を高めるのに大いに役立つものとして知られている。この種の反射防止膜の一例として、例えば膜表面にAR(Anti-Reflective)格子と称される多数の微細な突起を形成したものが知られており、このAR格子によって外光や照明光が液晶表示パネルに入射する前に反射されてしまうことを防ぐことができるようになっている。
【0003】
近年、この種の液晶表示パネルに表示されたオブジェクトなどを直接選択あるいは指示するために、液晶表示装置の表面にタブレット(タッチパネル)を備えたものが知られている。タブレットは、表示されたオブジェクトを手指や指示具で押圧したり、つついたりすることで、メニュー表示などの選択操作を実現する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
反射防止層を構成するAR格子は、極めて微細な突起の集合体であり、上述したタブレットなどを備えた液晶表示装置に適用した場合、タブレット操作による外圧でAR格子が潰れたり傷ついたりする可能性がある。こうして反射防止層が損傷すると、液晶表示装置の視認性が低下したり、表示画面の美観を損ねるといたことが懸念される。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、外部から押圧など外圧が加えられてもAR格子の損傷を防止することができる反射防止膜や、こうした反射防止膜を備えた照明装置と液晶表示装置とを提供することを目的とする。
【0006】
【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、本発明によれば、光源と、入射面と出射面とを有し前記光源からの光を前記入射面から前記出射面に向けて導く導光板と、前記導光板の出射面に形成された反射防止膜とを備え、前記反射防止膜の前記導光板と対向する面には微細な突起が周期的に多数形成されたAR格子と、前記突起間に散在し、前記突起の高さよりも高い保護柱とが形成されていることを特徴とする照明装置が提供される。
【0007】
こういった反射防止膜によれば、反射防止膜に押圧がかかっても押圧力は保護柱で受け止められる。AR格子が直接強く押圧される危険性は少ない。よってAR格子が潰されたり損傷したりすることは防がれ、反射防止膜の機能は適正に維持される。
【0008】
保護柱はAR格子と同一の材料で一体に形成されることが好ましい。AR格子と同一の材料で一体に形成されれば、保護柱とAR格子の屈折率が同じになり、視認性を良好に維持することが可能になる。反射防止膜の表面におけるAR格子に対する保護柱の存在割合は単位面積あたり10%以下が好ましい。保護柱の存在割合を10%以下にすれば、保護柱が形成されても透過率はほとんど低下することはない。保護柱の高さおよび幅は20μm以下に設定されることが好ましい。保護柱の高さおよび幅を20μm以下に設定すれば、視認性を良好に維持することが可能になる。
【0009】
この反射防止膜によれば、照明装置に押圧力がかかっても押圧力の大部分は保護柱で受け止められる。AR格子に異常な押圧力が作用することは押圧がかかっても生じにくいので、AR格子が潰されたり損傷したりすることは防がれ、照明装置の機能は適正に維持される。
【0010】
このような反射防止膜が液晶表示装置に適用されれば、照明装置の前面に座標入力手段を備えた場合に、座標入力時に反射防止膜が異常に強く押圧されても反射防止膜の損傷は回避され、液晶表示パネルの視認性の低下を避けることが可能になる。
【0011】
【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、本発明の反射防止膜を適用した照明装置を備えた液晶表示装置の一実施形態を示す断面図である。この形態の液晶表示装置1は、反射型の液晶表示ユニット20と、その前面(上面)に配設されたフロントライト(照明装置)10とを備えている。更にフロントライト10には座標入力手段としてのタブレット3を備えている。
【0012】
フロントライト10は、本発明に係る照明装置の一実施の形態であり、図1に示すように、導光板12、光源13およびタブレット3を備えている。導光板12は、例えばアクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂からなる透明の略平板状の部材である。導光板12は光源13が配設された側端面12aが入射面とされる。導光板12の上面には反射面12cが形成されている。この反射面12cは光源13から導入された光の方向を変化させるくさび型の凸部14が三角波状に多数配列されたものである。導光板12の下面(液晶表示装置20と対向する面)は、照明光が出射される出射面12bとされている。
【0013】
くさび型の凸部14は一対の斜面部からなる。凸部14の一方の斜面は緩斜面部14aとされ、他方は緩斜面部14aよりも急な傾斜角度で形成された急斜面部14bとされる。即ち、反射面12cには緩斜面部14aと急斜面部14bとが交互に周期的に形成されている。なお、この反射面12cの形状は、上記の形状に限定されず、側端面12aから導入されて導光板12内部を伝搬する光を、出射面12bへ均一に誘導できる形状であればいかなる形状でもよい。
【0014】
導光板12の下面(液晶表示ユニット20側の面)12bには反射防止膜17が形成されている。反射防止膜17の表面にはAR格子5が形成されている。このAR格子5は、図2に示されるように、多数の微細な凸部(突起)30が周期的に配列形成された形状を成す。これら多数の凸部30のピッチは、例えば0.1μm以上0.4μm以下の範囲にすることが好ましい。また凸部30の高さは例えば0.05μm〜0.8μmの範囲にすることが好ましい。ピッチが0.1μm未満では凸部形状の高さを大きくすることが困難であり、結果として反射防止効果が弱まってしまう。一方、ピッチが0.5μmを越えると、回折光の分光作用でフロントライト10の色調が色づいて見えてしまう。
【0015】
凸部30の高さが0.05μm未満、あるいは0.8μmを越える場合には、導光板の出射面12bにおける反射防止効果が低くなる。その結果、液晶表示ユニット20を表示させた際のコントラストは低下する。
【0016】
図3に示されるように、反射防止膜17の表面に広がるAR格子5の間には、保護柱4が多数散在する。後ほど詳述するが、保護柱4は反射防止膜17が押圧された時にAR格子5を構成する多数の凸部30が潰されることを防止する。こういった保護柱4は例えば四角柱であればよい。他にも、保護柱4は円柱、円錐、四角錐、三角錐、楕円柱など、高さのある形状ならどのような形状ものであってもよい。
【0017】
図3に示す保護柱4の高さhは少なくともAR格子5を構成する凸部30の高さよりも高ければよい。保護柱4の高さhが凸部30よりも低いと、外力がかかった際に凸部30の頂上が潰される可能性がある。また保護柱4の高さhは例えば20μm以下であることが望ましい。保護柱4の高さが20μmよりも高いと、フロントライト10を点灯させた際に保護柱4が輝点として視認されてしまうおそれが高い。保護柱4の径(幅)wは、加わった外力に対して容易に潰されない強度を維持する程度であればよい。保護柱4の径wは例えば20μm以下であることが望ましい。保護柱4の径wが20μmよりも大きいと、フロントライト10を点灯させた際に保護柱4が輝点として視認されてしまうおそれが高い。
【0018】
AR格子5に対する保護柱4の存在割合は単位面積あたり10%以下にすることが好ましい。保護柱4の存在割合が10%を超えると反射防止機能が低下するとともに、保護柱4で光が乱反射してしまう。また、隣接する保護柱4どうしの間隔tは例えば1mm以下が好ましい。保護柱4どうしの間隔tが開きすぎると、外力が加わった際に凸部30が潰される可能性が高くなる。
【0019】
前記AR格子5および保護柱4は、樹脂材料を用いて導光板12を射出成形する際に、同時に導光板の出射面に形成すればよい。すなわち、導光板12の射出成形用金型のキャビティ内の導光板の出射面を形成する部分に、AR格子5および保護柱4の形状と逆凹凸の形状のスタンパーを形成して射出成形を行えばよい。このAR格子5および保護柱4を形成するためのスタンパーは、Ni電鋳などの技術を用いて作製することができる。
【0020】
また、反射防止膜17を形成する場合、導光板12を射出成形等により作製した後、導光板の出射面に向けてレーザ光を間欠に照射しつつ走査してもよい。こうして導光板の一部を溶融、急冷して凸部30および保護柱4を形成することもできる。なお、AR格子5を形成した後に別部材で保護柱4を形成しても良い。この場合、保護柱4を構成する材料は光の屈折率がAR格子層17を構成する材料の屈折率と近いものが好ましい。例えば、保護柱4を構成する材料とAR格子5を構成する材料との屈折率の差を0.05以内に抑えることが好ましい。保護柱4を構成する材料とAR格子層17を構成する材料の屈折率を近づけることで、液晶表示ユニット20を表示させた際に表示がムラになって見えたり、保護柱4が輝点となって現れるのを防止することができる。
【0021】
光源13は導光板12の一側端面12aに配設される。光源13は、例えば導光板12の側端面12aに沿って設けられた棒状の光源である。この光源13は例えば棒状の導光体の一端面又は両端面に白色LED(Light Emitting Diode)などの発光素子を備えていればよい。ただし、光源13は導光板12の側端面12aに光を導入しうるものであれば問題なく用いることができる。例えば導光板12の側端面12aに沿って発光素子を並べてもよい。
【0022】
タブレット3は前記導光板12と対向配置された可撓性を有する透光性基板11と、導光板12の反射面12c上に形成された第1電極層18と、透光性基板11の内面側に形成された第2電極層19と、第1電極層18上に形成された複数のスペーサ15とを備える。これらの電極層18,19が、複数のスペーサ15により離間された構造を備えている。電極層18,19は例えばITO(indium Tin Oxide)等の透明導電材料で形成されればよい。スペーサ15は前記第1電極層18および第2電極層19を電気的に隔離する絶縁層の役割を果たす。以上の構成のタブレット3は抵抗式のタブレットと同等の機能、すなわち透光性基板11を指示体29などで押圧して、液晶表示ユニット20に表示されたメニュー項目などの選択操作を実現する機能を提供する。
【0023】
液晶表示装置1を構成する液晶表示ユニット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が挟持されてなる。そして液晶層23が基板21,22の内面周縁部に沿って額縁状に設けられたシール材24で封止されている。上基板21の内面側(下基板22側)には、液晶制御層26が形成されている。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金属薄膜を含む反射層25が形成されている。反射層25の表面には液晶制御層27が形成されている。
【0024】
液晶制御層26,27は、液晶層23を駆動制御する電極や、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、カラーフィルタを備えていてもよい。
【0025】
図1に示す液晶表示ユニット20は反射型とされており、フロントライト10から入射した照明光又は外部から入射した外光を反射層25により反射させて表示を行うようになっている。図4に示すように、例えばこの反射層25は表面に凹凸形状が形成されたアクリル樹脂等からなる有機膜25a上に反射膜25bを成膜したものである。反射膜25bはアルミニウムや銀などの高反射率の金属薄膜であることが好ましい。さらに反射膜25b上に表面の凹凸形状を平坦化するためにシリコン系樹脂などで平坦化膜を形成するのが好ましい。
【0026】
前記凹部25cの形状としては、球面などの滑らかな曲面や、この曲面と平面を組み合わせた形状等が適用されるとよい。内面の傾斜角や凹部のピッチ及び深さを調整することで、液晶表示装置1を表示部として備える電子機器の設計に合わせて適切な反射特性を有する反射層とすることができる。反射層25は入射光を効率よく反射させるのに役立ち、高輝度の表示を行うことができるようになる。また、入射光を外光とした時に光の正反射を防ぎ、明るく視認性に優れる表示が得られる。
【0027】
以上のような構成の本発明の作用について、照明装置を中心に説明する。タブレット3に、第1の電極層18に電位分布を形成しうる電圧を印加する。操作者がペンや手指などの指示体29を透光性基板11の外面(導光板12と反対側の面)上で押圧又は摺動させると、可撓性を有する透光性基板11の被押圧部が押下される。非操作時にはスペーサ15により離間されていた第1の電極層18と第2の電極層19とが、前記被押圧部において接触する。これにより被押圧部の位置に対応した信号が第2の電極層19から出力される。
【0028】
逆に、第2の電極層19に電圧を印加した状態で、電極層18,19が接触すると、被押圧部の位置に対応した信号が第1の電極層から出力される。従って、第1の電極層18の電位分布の方向と第2の電極層19の電位分布の方向とを交差するようにすれば、それぞれから得られる出力に基づいて透光性基板11上の指示体29の2次元の座標情報が得られる。
【0029】
こうして、操作者は液晶表示ユニット20に表示されたメニュー項目などのオブジェクトの選択動作などの座標入力動作を、上記座標入力手段により行うことができる。つまり、表示されたオブジェクトの位置に対応する透光性基板11面上の位置を指示体29で押圧することで、前記オブジェクトを選択することができる。
【0030】
このように操作者が透光性基板11を指示体29などで押圧すると、図5に示されるように反射防止膜17には圧力Gが作用する。反射防止膜17と接する導光板12の出射面12bは、AR格子5の凸部30よりも高い保護柱4の頂上面だけが接触する。従って、反射防止膜17に多少の圧力Gが作用しても、出射面12bがAR格子5に接して凸部30を押し潰してしまうことを防止できる。保護柱4は反射防止膜17の機能を維持するのに大いに役立つ。
【0031】
これらの保護柱4は高さhを0.05〜20μm、好ましくは10〜20μmにしたり、径wを0.05〜20μm、好ましくは10〜20μmにしたり、あるいは存在割合を単位面積あたり10%以下にすることで、保護柱4を設けない場合と変わりない視認性を得ることができる。
【0032】
【実施例】
保護柱の適正な高さと径を検証した。検証にあたって、保護柱の高さを10,20,30の3種類に設定するととも、各種類の保護柱の径を10,20,30の3種類に設定した合計9種類の反射防止膜をそれぞれ形成したフロントライトが準備された。これら9種類のフロントライトについて、フロントライト点灯時の輝点の有無を目視で確認した結果を表1に示す。なお、フロントライト点灯時に輝点が認められたサンプルはNG、輝点が認められなかったサンプルはOKとした。
【0033】
【表1】
Figure 0004262944
【0034】
表1によれば、保護柱の高さが10〜20μmの範囲では輝点が認められず、視認性に問題のないことが確認された。また、保護柱の径が10〜20μmの範囲では輝点が認められず、視認性に問題のないことが確認された。保護柱は高さ、径ともに0.05〜20μm、好ましくは10〜20μmの範囲にすれば視認性が良好に保たれることが判明した。
【0035】
また、保護柱の適正な存在割合を検証した。検証にあたって、保護柱の凸部に対する存在割合を5,10,20%の3種類に設定するととも、各種類の保護柱の径を10,20の2種類に設定した合計6種類の反射防止膜をそれぞれ形成したフロントライトが準備された。こうした6種類のフロントライトについて、フロントライト点灯時の光の透過率を測定した結果を表2に示す。
【0036】
【表2】
Figure 0004262944
【0037】
表2によれば、保護柱の存在割合が20%では径の大きさによらず光の透過率が90%以下に低下した。保護柱の存在割合を5〜10%の範囲に設定すると透過率を高く保てることが確認された。
【0038】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、外部から押圧など外圧が加えられてもAR格子の破損を防止する反射防止膜や、こうした反射防止膜を備えた照明装置を提供することがてきる。
【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フロントライトの部分斜視図である。
【図2】 図2はAR格子の拡大斜視図である。
【図3】 図3は、図1に示す反射防止層を示す拡大断面図である。
【図4】 図4は、反射層を示す拡大斜視図である。
【図5】 図5は、保護柱の作用を示す説明図である。
【符号の説明】
3 タブレット
4 保護柱
5 AR格子
10 フロントライト(照明装置)
12 導光板
12a 側端面(入射面)
12b 出射面
12c 反射面
13 光源
20 液晶表示ユニット
30 凸部(突起)

Claims (8)

  1. 光源と、入射面と出射面とを有し前記光源からの光を前記入射面から前記出射面に向けて導く導光板と、前記導光板の出射面に形成された反射防止膜とを備え、前記反射防止膜の前記導光板と対向する面には微細な突起が周期的に多数形成されたAR格子と、前記突起間に散在し、前記突起の高さよりも高い保護柱とが形成されていることを特徴とする照明装置。
  2. 前記保護柱は前記AR格子と同一の材料で一体に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の照明装置
  3. 前記AR格子に対する前記保護柱の存在割合は単位面積あたり10%以下に設定されたことを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置
  4. 前記保護柱の屈折率と前記AR格子との屈折率の差は0.05以下に設定されたことを特徴とする請求項1ないし3いずれかに記載の照明装置
  5. 前記保護柱の高さは20μm以下に設定されたことを特徴とする請求項1ないし4いずれかに記載の照明装置
  6. 前記保護柱の幅は20μm以下に設定されたことを特徴とする請求項1ないし5いずれかに記載の照明装置
  7. 前記照明装置は座標入力手段を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  8. 液晶表示ユニットと、請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の照明装置とを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
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