JP4262944B2

JP4262944B2 - 照明装置および液晶表示装置

Info

Publication number: JP4262944B2
Application number: JP2002231729A
Authority: JP
Inventors: 良彦石高
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: JP2004070164A

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】

【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】

【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
５ＡＲ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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。