JP4288834B2 - 液晶表示装置用バックライトおよび液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、透過型の液晶表示装置に使用される液晶表示装置用バックライトおよびこれを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の液晶表示装置用バックライトの構成を示す断面図である。
（例えば、松本正一編「液晶ディスプレイ技術」（産業図書）ｐ．２５５）
図６において、１０１は冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Flurescent Lamp）、１０２は反射鏡、１０３は導光板、１０７は反射シート、１１０は光を広く放射状に散乱する反射用白色ドットパターン、１１１は配向分布を整えるプリズムシート、１１２は配向ムラ除去用の散乱シート、１２０は入射端面、１２１は導光板１０３の出光面、１２２は導光板１０３の底面である。
図６に示すように、冷陰極蛍光ランプ１０１からの光が導光板１０３の入射端面１２０から入光し、底面１２２と出光面１２１との間で全反射を繰返しながら出光面１２１から出射される。
【０００３】
その際に、導光板１０３の底面１２２に形成された反射用白色ドットパターン１１０に光が当たると、光は散乱されて底面１２２から導光板１０３の外へ出射される。
導光板１０３の底面１２２から出射した光は、反射シート１０７で反射されて底面１２２に入射し、さらにこのような全反射を繰返しながら出光面１２１から出射される。
導光板１０３の出光面１２１から出射した光は、１枚または２枚のプリズムシート１１１によって配光分布を整えられ、散乱シート１１２で細かな配光むらを取り除き、その上部（即ち、バツクライト前方）に配置された図示しない液晶表示装置の液晶パネルを照射する。
【０００４】
図６に示した液晶表示装置用バックライトでは、光を取り出すために反射用白色ドットパターン１１０を用いて光を散乱させるため、導光板１０３からの出射直後には広い角度に広がった配光分布を持ち、必ずしも視認方向にのみ光が向いているわけではない。
従って、１枚または複数枚の高価なプリズムシート１１１を配置し、この光集光効果によって視認方向に偏った配光分布に調整する必要があり、装置が高価となるばかりか、部材の数も増え、組立工程も複雑となっていた。
【０００５】
そのため、例えば、特開平１０−２８２３４２号公報では、図７に示したようなプリズム光学素子一体型導光板が提案された。
図７において、１０３は導光板、１０４は導光板１０３の底面に形成されたくさび（楔）状反射溝、１０６は導光板１０３の出光面に形成されたプレズム状凹凸部、１２０は入射端面である。
図７に示すように、導光板１０３は、入射端面１２０が延びる方向に平行に延びると共に、導光板１０３の深さ方向にくさび状に穿たれた空間である複数のくさび状反射溝１０４と、その複数本の平行な稜線が入射端面１２０と直交する方向に延びるプリズム状凹凸部１０６とを備えている。
【０００６】
入射端面１２０から導光板１０３に入射した光は、導光板１０３内を全反射を繰返しながら伝播する。
その際、くさび状反射溝１０４の入射端面１２０側の斜面に当った光は、その斜面によって上方に反射さる。
反射された光は全反射条件が崩れており、全反射することなく出光面（導光板１０３の上面）から出射し、出光面のプリズム状凹凸部１０６により、配光分布が狭められる。
このような構成をとることによって、高価なプリズムシートを付加することなく、出射光の配光分布を制御できる。
なお、このような構成の場合、導光板１０３の各位置にわたって出射光の強度分布を均一に制御するためには、くさび状反射溝１０４の形状を導光板内の位置に応じて制御することが必要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示した従来の液晶表示装置用バックライトは、前述のように構成されていたので、出射光の適正な配光分布を得るために、多数の独立した部材が必要となり、コストの高いものとなっていた。
また、図７に示したような従来のプリズム光学素子一体型導光板を用いた液晶表示装置用バックライトは、くさび状反射溝１０４が規則的に配列（形成）されていたので、空間的な出射光強度分布を均一に制御するためには、光反射をするくさび状反射溝１０４の形状を導光板１０３内の位置に対応して制御する必要があり、導光板１０３の光入射部付近では高さ数μｍ程度の極めて微細な溝を形成する必要があった。
また、くさび状反射溝は、入射端面と平行な方向には均一に形成されるため、この方向の空間分布の制御が非常に難しくなっていた。
即ち、図７に示したような従来のプリズム光学素子一体型導光板を用いたバックライトは、均一な空間分布および適正な配向分布を得るためにはプリズム加工に高精度を要する。
【０００８】
また、従来のプリズム光学素子一体型導光板を用いたバックライトでは、導光板１０３の表面（出光面）および底面のそれぞれにプリズム状の溝（即ち、プリズム状凹凸部１０６およびくさび状反射溝１０４）が規則的に形成されているので、表裏面（即ち、出光面および底面）のプリズムの間でモアレ縞が発生したり、これらプリズムと導光板１０３の上方い配置される液晶パネルのマトリックス状に規則正しく配置されている画素との間でモアレ縞を発生することがあり、液晶パネルで表示される画面で輝度の均一性が低下したり、表示むらが生じて、表示品位が低下する問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、均一な空間分布および適正な配向分布を得ると共に、プリズム構造によるモアレ発生を低減し、表示むらのない高品位な液晶表示装置用バックライトおよびこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶表示装置用バックライトは、液晶パネル表示のための光照射に用いられる光を供給す円筒状光源と、円筒状光源の軸に平行に沿う側方の入射端面と、液晶パネルに対向して平行に配置される出光面と、出光面に平行に対面する底面とを有した平板状の導光板であって、底面にはこの底面から導光板の内部方向への深さが入射端面からの距離によって変化し、かつ、入射端面に沿う方向に延びる複数のくさび状反射溝と、くさび状反射溝が上記入射端面に沿う方向に連続して形成されないようにくさび状反射溝が延びる方向と交差する方向に延びてくさび状反射溝を分断する帯状の分断平坦部とが設けられるとともに、出光面には入射端面に直交する方向にその複数本の稜線が延びるプリズム状凹凸部が設けられている導光板と、導光板のプリズム状凹凸部の上方に配置され、導光板の入射端面と平行な方向に進む光を散乱させる異方性散乱板とを備えたものである。
【００１１】
また、この発明に係る液晶表示装置用バックライトは、帯状の分断平坦部の幅が、入射端面からの距離によって漸減することを特徴とする。
【００１２】
また、この発明に係る液晶表示装置用バックライトは、くさび状反射溝の深さが、入射端面からの距離によって漸増することを特徴とする。
【００１３】
また、この発明に係る液晶表示装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置用バックライトを備えたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態による液晶表示装置用バックライトの構成を模式的に示す斜視図である。
図１において、１は液晶パネル表示のための光照射に用いられる光を供給する円筒状（棒状）光源である冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）、２は反射鏡、３は導光板、４はくさび状反射溝、５は帯状の分断平坦部、６はプリズム状凹凸部、７は反射シート、８は異方性散乱板、１５は溝間平坦部、２０は入射端面、２２は底面である。
【００１５】
また、図２は、図１に示した液晶表示装置用バックライトの導光板３に設けられたくさび状反射溝４の構造を説明するための図であり、図２（ａ）は導光板３に設けられたくさび状反射溝４の底面図、図２（ｂ）は導光板３に設けられたくさび状反射溝４の入射端面に沿う方向から見た正面図である。
なお、図２において、２４はくさび状反射溝４の入射側（即ち、入射端面２０側）の斜面であって、入射端面２０から入射された光の一部を反射する。
また、２１はくさび状反射溝４の入射側の斜面２４で反射された光が出射される出光面である。
【００１６】
くさび状反射溝４は、入射側の斜面２４の傾き角度αが４５°、出射側の斜面の角度が８５°となっている。
また、くさび状反射溝４の間隔ピッチは２００μｍであり、溝の深さは最小５０μｍ、最大１６０μｍで、円筒状光源（即ち、冷陰極蛍光ランプ１）から離れるにしたがって深くなっている。
ここで、「深さ」とは、底面２２からくさび状反射溝４の先端までの導光板の内部方向への距離をさす。
【００１７】
導光板３は、底面２２において、くさび状反射溝４が延びる方向（即ち、入射端面２０と平行な方向）に直交してくさび状反射溝を分断する帯状の分断平坦部５と、くさび状反射溝の間の溝間平坦部１５を備え、また、底面２２の下方には近接して反射シート７を有している。
そして、図２（ａ）に示したように、帯状の分断平坦部５の幅は入射端面２０から遠ざかるほど漸減している。
さらに、導光板３は、出光面２１にプリズム状凹凸部６を有し、プリズム状凹凸部６の凸部のプリズムの頂角βは１００°、凹部の溝間ピッチは１８０μｍである。
【００１８】
冷陰極蛍光ランプ１から出射した光は、直接、導光板３の入射端面２０に向かうか、または反射鏡２で反射して導光板３の入射端面２０に入射し、導光板３の底面２２および出光面２１において全反射を繰り返して伝播する。
その際、くさび状反射溝４の入射側の斜面２４にあたった光は、上方（即ち、出光面２１方向）に反射される。
くさび状反射溝４は、部分的に帯状の分断平坦部５で分断されているため、分断平坦部５を通過する光は、そのまま導光板３内を伝播し、帯状の分断平坦部５で分断されるくさび状反射溝４の幅を適宜調整することにより光出射量の空間分布を制御できる。
反射面（即ち、くさび状反射溝４の入射側の斜面２４）で反射された光は、全反射条件が崩れて、出光面２１から出射される。
出光面２１ではプリズム状凹凸部６により配光分布が狭められる。
【００１９】
図３は、冷陰極蛍光ランプ１（ＣＣＦＬ）より導光板３に入射した直後の導光板３内を伝播する光の角度分布のシュミレーション結果例を示す図である。
図３（ａ）は光の強度の角度分布を、また、図３（ｂ）は角度の取り方の模式図である。
冷陰極蛍光ランプ１の軸と導光板面とを含むＣＣＦＬ平行面内の各方向、および同軸に直交するＣＣＦＬ垂直面内の各方向、の両方向において、導光板内を導光板に沿って直進する方向である０°を中心とした対象な分布になっている。
ＣＣＦＬ平行面内の角度およびＣＣＦＬ平行面内の角度ともに、原点０°は導光板内を導光板に沿って直進する方向であり、共通している。
【００２０】
このような光が、くさび状反射溝４によって反射される場合、くさび状反射溝４は導光板３の底面２２に配置されているため、くさび状反射溝４によって反射されるのは、図３（ｂ）に示されるように、ＣＣＦＬ垂直面内で角度が０°以下の光が大半となる。
それ以外の光は導光板の上面である出光面２１で反射して、０°以下の角度となった後に、くさび状反射溝４に到達する。
【００２１】
さらに、図４は、くさび状反射溝４の作用を説明するための図であり、図４に示すように、くさび状反射溝４で反射されるのは、全反射条件を満たす入射角でくさび状反射溝４に入射する光だけで、それ以外の光の大半はくさび状反射溝４を透過し、導光板内を伝播し続ける。
くさび状反射溝４の入射側の斜面２４の角度αが４５°の場合、導光板３を構成する一般的な材料（例えば、アクリル板）の屈折率ｎは１．５程度であるので、斜面２４の垂線に対して約４０°以下の入射角度で入射する光は全反射しない。
【００２２】
図４に示すように、斜面角度αが４５°の斜面に入射する、導光板３内を０°以下の角度で進む光のうち０°からー５°の範囲の光だけが反射され、導光板３の出光面２１からほぼ垂直に出射されることになる。
このため、くさび状反射溝４によって導光板３から出射される光の冷陰極蛍光ランプ１の垂直面内（即ち、ＣＣＦＬ垂直面内）における角度分布は、視認方向にのみ高い強度を有する配光特性になる。
【００２３】
図５は、出光面２１の上面に形成されたプリズム状凹凸部６の作用を説明するための図である。
出光面２１からの出射光のうち出光面２１に対して傾いた大部分の光は、図５に示すように出光面２１のプリズム状凹凸部６によって、より出光面２１に垂直な方向に屈折されて出射する。
出光面２１に対して垂直に近い光は、プリズム状凹凸部６により導光板３側に反射されるが、導光板３の下方に配置されている反射シート７により散乱反射され、再度異なる角度で出光面２１に入射し、出光面２１に対して垂直に近い角度で出射される。
これにより、プリズム状凹凸部６は、導光板３の出光面２１から出射される光の角度を、より出光面２１に対して垂直に近い角度に集光して出射する効果を持つことになる。
【００２４】
この効果によって、冷陰極蛍光ランプ１に平行な面内における光の角度分布も、出光面２１に垂直な方向に集光された配光特性をもつ。
このように、導光板３の出光面２１の上面に形成されたプリズム状凹凸部６および底面２２に形成されたくさび状反射溝４の効果により、プリズムシート等の光学素子を付加することなく出光面に垂直な方向に偏った、視認するのに適正な配光分布の光を出射できる。
【００２５】
しかしながら、導光板３の出光面２１にプリズム状凹凸部６を設け、底面２２にくさび状反射溝４を形成したことにより、バックライトの上方に配置される液晶表示パネル（図示省略）の表示観察面にモアレパターンを発生させる場合があることが判明した。
モアレパターンは、入射光が導光板３のくさび状反射溝４にて反射される時、およびプリズム状凹凸部６で集光される際の透過率変化に起因した明暗の縞と、液晶パネルの画素のモザイク模様の配列によって生じる干渉縞であり、この縞によって画像が観察しづらくなる問題が生じる。
【００２６】
即ち、液晶パネルにおいては、１００μｍ程度の大きさの画素が周期的にならんでいるため、バックライトがプリズム状凹凸部６やくさび状反射溝４において周期的な構造を持っていると、出射される光も周期的な分布を持つことになり、両者の間にモアレ縞が発生して、視認性が低下する。
プリズム状凹凸部６の深さや間隔ピッチをランダムにしたり、また、くさび状反射溝４の形成に際し、分断平坦部５の間隔ピッチをランダムとしたり、曲線状にすることによりモアレ縞の発生を防ぐことも可能であるが、プリズム状凹凸部６やくさび状反射溝４の形成工程が複雑になる。
【００２７】
そこで、本実施の形態では、図１に示すように異方性散乱板８を導光板３の上方に近接して配置し、入射端面２０と平行な方向に進む光のみを散乱させるようにした。
このことにより、出射光の角度分布の狭い入射端面２０と垂直な方向の角度分布を広げないため、導光板３からの出射光の角度分布が狭い入射端面２０と垂直な方向については、異方性散乱板８を通過しても散乱性の弱い方向に相当するので、散乱によって角度分布が大きく広げられることがなく、視認方向に大きく偏った配光分布のまま出射される。
一方、入射端面２０と平行な方向については、もともと導光板３から出射される際に比較的広い配光分布を持っているので、異方性散乱板８の散乱性の強い方向に方向に相当し、大きな散乱を受けても配光分布は大きく変化しない。
【００２８】
そのため、異方性散乱板８を付加したことにより、視認方向での輝度は大きく低下することはない。
しかし、異方性散乱板８を通過した光は、実際には大きな散乱を受けているため、特に入射端面２０と平行な方向については、周期的なプリズム構造による出射光の手記的な分布が均一化される。
そのため、液晶パネルの画素の周期構造ととの間で生じるモアレパターンも大幅に低減てき、輝度を落とさずにモアレによるむらが抑えられ、良好な画質を実現できる。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態による液晶表示装置用のバックライトは、液晶パネル表示のための光照射に用いられる光を供給す円筒状光源１と、円筒状光源１の軸に平行に沿う側方の入射端面２０と、液晶パネルに対向して平行に配置される出光面２１と、出光面２１に平行に対面する底面２２とを有した平板状の導光板であって、底面２２にはこの底面２２から導光板３の内部方向への深さが入射端面２０からの距離によって変化し、かつ、入射端面２０に沿う方向に延びる複数のくさび状反射溝４と、くさび状反射溝４が上記入射端面２０に沿う方向に連続して形成されないようにくさび状反射溝４が延びる方向と交差する方向に延びてくさび状反射溝４を分断する帯状の分断平坦部５とが設けられるとともに、出光面２１には入射端面２０に直交する方向にその複数本の稜線が延びるプリズム状凹凸部が設けられている導光板３と、導光板３のプリズム状凹凸部６の上方に配置され、入射端面２０と平行な方向に進む光を散乱させる異方性散乱板８とを備えている。
【００３０】
その結果、くさび状反射溝４の斜面２４による反射と、プリズム状凹凸部６の出光面による集光効果とにより、導光板単体のみで適正な配光分布をもつ光を出射でき、導光板３から出射される光の強度の空間分布を、くさび状反射溝４の深さを入射端面からの距離に応じて変化させることによって調整できる。
さらに、本実施の形態では出光面２１の上方に異方性散乱板８が配置されているので、この異方性散乱板８によって入射端面と平行な方向の光のみを散乱させて、出射光角度分布の狭い入射端面と垂直な方向の角度分布を広げない。
【００３１】
従って、導光板３の上下面の規則的なプリズム列（即ち、出光面２１に形成されたプリズム状凹凸部６および底面２２に形成されたくさび状反射溝４）および液晶パネル画素の周期構造に起因して発生するモアレ（特に入射端面と平行な方向に発生する干渉縞のモアレパターン）による表示むらを輝度の低減なく大幅に抑制でき、かつ、低コストで均一な空間分布および適正な配光分布をもつ良好な液晶表示装置用バックライトを実現できる。
また、このような液晶表示装置用バックライトを用いることにより、モアレが低減でき、かつ、均一な空間分布および適正な配光分布をもつ高品位な液晶表示装置を低価格で実現できる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明による液晶表示装置用バックライトによれば、液晶パネル表示のための光照射に用いられる光を供給す円筒状光源と、円筒状光源の軸に平行に沿う側方の入射端面と、液晶パネルに対向して平行に配置される出光面と、出光面に平行に対面する底面とを有した平板状の導光板であって、底面にはこの底面から導光板の内部方向への深さが入射端面からの距離によって変化し、かつ、入射端面に沿う方向に延びる複数のくさび状反射溝と、くさび状反射溝が入射端面に沿う方向に連続して形成されないようにくさび状反射溝が延びる方向と交差する方向に延びてくさび状反射溝を分断する帯状の分断平坦部とが設けられるとともに、出光面には入射端面に直交する方向にその複数本の稜線が延びるプリズム状凹凸部が設けられている導光板と、プリズム状凹凸部の上方に配置され、導光板の入射端面と平行な方向に進む光を散乱させる異方性散乱板とを備えたので、高価なプリズムシートを用いることなく、導光板の上下面に形成されたプリズム列および液晶パネル画素の周期構造に起因して発生するモアレの発生を輝度の低減なく大幅に抑制でき、かつ、均一な空間分布および適正な配光分布をもつ良好な液晶表示装置用バックライトを低価格で実現できる。
【００３３】
また、本発明による液晶表示装置用バックライトによれば、帯状の分断平坦部の幅が、入射端面からの距離によって漸減させるので、バックライトの部材を増やすことなく、均一な空間分布および適正な配光分布を簡便に実現できる。
【００３４】
また、本発明による液晶表示装置用バックライトによれば、くさび状反射溝の深さが、入射端面からの距離によって漸増させるので、バックライトの部材を増やすことなく、均一な空間分布および適正な配光分布を簡便に実現できる。
【００３５】
また、この発明による液晶表示装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置用バックライトを備えているので、バツクライトの導光板上下面に形成されたプリズム列および液晶パネル画素の周期構造に起因して発生するモアレの発生を輝度の低減なく大幅に抑制でき、かつ、均一な空間分布および適正な配光分布をもつ高品位な液晶表示装置を低価格に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１による液晶表示装置用バックライトの構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】 実施の形態１による液晶表示装置用バックライトの導光板に設けられたくさび状反射溝の構造を説明するための図である。
【図３】 導光板の入射端面付近における入射光の角度シミュレーション結果を示す図である。
【図４】 くさび状反射溝の作用を説明するための図である。
【図５】 プリズム状凹凸部の作用を説明するための図である。
【図６】 従来の液晶表示装置用バックライトの概略構成を示す断面図である。
【図７】 従来のプリズム光学素子一体型導光板の構造を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 冷陰極蛍光ランプ(円筒状光源) ２ 反射鏡
３ 導光板 ４ くさび状反射溝
５ 帯状分断平坦部 ６ プリズム状凹凸部
７ 反射シート ８ 異方性散乱板
１５ 溝間平坦部 ２０ 入射端面
２１ 出光面 ２２ 底面
２４ 入射側斜面

Claims (4)

1. 液晶パネル表示のための光照射に用いられる光を供給す円筒状光源と、
   上記円筒状光源の軸に平行に沿う側方の入射端面と、上記液晶パネルに対向して平行に配置される出光面と、上記出光面に平行に対面する底面とを有した平板状の導光板であって、上記底面にはこの底面から導光板の内部方向への深さが上記入射端面からの距離によって変化し、かつ、上記入射端面に沿う方向に延びる複数のくさび状反射溝と、上記くさび状反射溝が上記入射端面に沿う方向に連続して形成されないように上記くさび状反射溝が延びる方向と交差する方向に延びて上記くさび状反射溝を分断する帯状の分断平坦部とが設けられるとともに、上記出光面には上記入射端面に直交する方向にその複数本の稜線が延びるプリズム状凹凸部が設けられている導光板と、
   上記プリズム状凹凸部の上方に配置され、上記導光板の入射端面と平行な方向に進む光を散乱させる異方性散乱板とを備えたことを特徴とする液晶表示装置用バックライト。
2. 帯状の分断平坦部の幅が、入射端面からの距離によって漸減することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用バックライト。
3. くさび状反射溝の深さが、入射端面からの距離によって漸増することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置用バックライト。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置用バックライトを備えたことを特徴とする液晶表示装置。

Images