JP4408494B2

JP4408494B2 - 導光板および平面照明装置ならびに液晶ディスプレイ

Info

Publication number: JP4408494B2
Application number: JP26272299A
Authority: JP
Inventors: カリルカランタル; 伸吾松本; 智久尾西; 忠明中根
Original assignee: 日本ライツ株式会社
Priority date: 1999-09-16
Filing date: 1999-09-16
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2019-09-16
Also published as: JP2001083511A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型液晶ディスプレイのバックライト光源として用いられ、側端面から導入した光を表面から均一に出射させるための導光板およびこの導光板を用いた平面照明装置ならびに液晶ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来技術】
透過型液晶ディスプレイのバックライト光源などに使用される平面照明装置は、光源である冷陰極管（ＦＣＬ）やＬＥＤアレイなどの光を透明な導光板の側端面から導き、導光板内での光の全反射などを利用して導光板の表面部あるいは裏面部全域から均一に出射させるようにしたものである。このため、透過型液晶ディスプレイなどに対して平面照明装置に要求される機能としては、薄く軽量であって光源に対する出射光の変換効率が高く、しかも均一であることが重要である。
【０００３】
このような観点から、導光板の裏面部に散乱物質などを混入させた白色系塗料などで丸状や角状のパターンを印刷し、導光板の裏面部からその表面部へ向けて光を拡散状態で反射させるようにした方法が知られている。また、表面部や裏面部などに微細な凸凹にて形成された梨地加工を施し、導光板の表面部や裏面部に到達した光を梨地加工の凹凸によって散乱させ、これにより導光板の表面部から出射する光が一様な明るさとなるようにする方法も知られている。さらに、本件特許出願人による特願平１０−１４６３５４号に記載されているように、導光板の表面部や裏面部に１５０μm以下の凸部を表面部や裏面部の面積の１〜２０％の占有率となるようにランダムに形成し、これら凸部に入射した光を全反射させることにより、表面部から出射する光を均一化すると共にその輝度を高めるようにした技術がすでに提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
導光板の裏面部に白色系塗料などによって所定のパターンを印刷したものは、この白色系塗料に混入された散乱物質などにより、導光板内を伝播する光が吸収されてエネルギー損失を招くため、導光板の表面部から出射する光が相当量減衰してしまう上、導光板の裏面部に対する印刷処理が後工程として必要である。
【０００５】
また、導光板の表面部や裏面部に梨地加工を施したものは、光の透過率が低下するために輝度の高い照明光を得ることができず、しかも表面部から出射する光を任意の方向に制御することが困難であり、プリズムシートなどを併用する必要が生ずる。
【０００６】
さらに、特願平１０−１４６３５４号に記載されているように、導光板の表面部や裏面部に１５０μm以下の凸部を表面部や裏面部の面積の１〜２０％の占有率となるようにランダムに形成したものでは、凸部の大きさが１５０μm程度の大きな寸法の場合、凸部を肉眼によって識別することが可能となり、透過型液晶ディスプレイの画質をプリズム現象によって損なうおそれが生ずる。逆に、凸部が極めて小さな寸法でその占有率が小さい場合、表面部から出射する光の輝度を充分に高めることが困難となる。
【０００７】
【発明の目的】
本発明の目的は、透過型液晶ディスプレイのバックライト光源として好ましい特性を有し、表面部から出射する光の方向性を制御して輝度を高く保つと共にその光量分布をほぼ均一にし得る導光板およびこの導光板を用いた平面照明装置ならびに液晶ディスプレイを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の形態は、光源からの光が導入される入射端面部と、この入射端面部から導入された光を出射する表面部と、この表面部と反対側に位置する裏面部とを有する導光板であって、前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成され、前記表面部および／または前記裏面部の全域に亙りほぼ一様な分布を持つ多数の第１光偏向要素と、前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成されて前記入射端面部から遠ざかるほどその占有率が大きくなる複数の光偏向部とを具え、個々の前記光偏向部は、それぞれ３〜３５０個の第２光偏向要素の集合体からなり、個々の前記第２光偏向要素は、曲率半径が３０〜７０μmで高さまたは深さが０.１〜２μmの球面の一部にて形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明によると、入射端面部から導光板内に入射した光の一部は、表面部および裏面部で全反射を繰り返しつつ導光板内を伝播するが、第１光偏向要素および光偏向部によってそれぞれ全反射状態が破られ、第１光偏向要素によって拡散状態となり、また、入射端面部から遠ざかるほどその占有率が大きくなる光偏向部により導光板の表面部からほぼ均一な光量分布となって出射する。
【００１０】
本発明の第２の形態は、本発明の第１の形態による導光板と、この導光板の前記入射端面部に向けて照明光を投射する光源と、前記導光板の前記表面部および前記入射端面部以外の部分を覆う光反射シートとを具えたことを特徴とする平面照明装置にある。
【００１１】
本発明によると、光源からの照明光が入射端面部から導光板内に入射するが、入射端面部から導光板内に入射した光の一部は、表面部および裏面部で全反射を繰り返しつつ導光板内を伝播する間に、第１光偏向要素および光偏向部によってそれぞれ全反射状態が破られる。また、入射端面部および表面部以外の導光板の部分から出射した光は、光反射シートによって拡散状態で再び導光板内に入り、最終的に導光板の表面部から出射するが、これらの光は第１光偏向要素によって拡散状態となり、また、入射端面部から遠ざかるほどその占有率が大きくなる光偏向部により導光板の表面部からほぼ均一な光量分布となって出射する。
本発明の第３の形態は、液晶パネルと、この液晶パネルの裏面側に配置される導光板とを具え、前記導光板が光源からの光が導入される入射端面部と、前記液晶パネルの裏面と対向して前記入射端面部から導入された光を出射する表面部と、この表面部と反対側に位置する裏面部とを有する液晶ディスプレイであって、前記導光板は、
前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成されて前記表面部および／または前記裏面部の全域に亙りほぼ一様な分布を持つ多数の第１光偏向要素と、
前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成され、前記液晶パネルの１つの画素面積当りの占有率が２〜１０％となるように点在して前記入射端面部から遠ざかるほどその占有率が大きくなる複数の光偏向部と
を具え、個々の前記光偏向部は、それぞれ３〜３５０個の第２光偏向要素の集合体からなり、個々の前記第２光偏向要素は、曲率半径が３０〜７０μmで高さまたは深さが０.１〜２μmの球面の一部にて形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の形態による導光板において、第１光偏向要素は、それぞれ曲率半径が３０〜７０μmで高さまたは深さが０.１〜２μmの球面の一部にて形成され、表面部または裏面部の面積に対して０.５〜３％の占有率を有するものであってもよく、これにより光がより均一に散乱して導光板の表面部から均一な分布の光が出射する。
【００１３】
また、１つの光偏向部の大きさが３０〜１００μmであってもよく、この範囲内で光偏向部の大きさを自由に選択可能である。
【００１４】
本発明の第３の形態による液晶ディスプレイにおいて、第１光偏向要素は、それぞれ曲率半径が３０〜７０μmで高さまたは深さが０.１〜２μmの球面の一部にて形成され、表面部または裏面部の面積に対して０.５〜３％の占有率を有するものであってもよく、これにより光がより均一に散乱して導光板の表面部から均一な分布の光が出射する。
【００１５】
また、１つの光偏向部の大きさが３０〜１００μmであってもよく、この範囲内で光偏向部の大きさを自由に選択可能である。
さらに、導光板の入射端面部に向けて照明光を投射する光源と、導光板の表面部および入射端面部以外の部分を覆う光反射シートとを具えることができる。
【００１６】
【実施例】
本発明を透過型液晶ディスプレイに応用した一実施例について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。
【００１７】
本実施例における平面照明装置の外観を分解状態で図１に示し、その導光板の反射端面部側の断面構造を図２に示す。すなわち、本実施例における平面照明装置１１は、矩形の板状をなす導光板１２と、この導光板１２の入射端面部１３に沿って配置される光源１４と、導光板１２の入射端面部１３および表面部１５以外の部分を覆う光反射シート１６とを有し、冷陰極管や複数のＬＥＤあるいは半導体レーザーにて構成される光源１４は、反射面が凹曲面となったリフレクタ１７で囲まれており、この光源１４からの光は、リフレクタ１７からの反射光と共に導光板１２の入射端面部１３から導光板１２内に入射するようになっている。
【００１８】
リフレクタ１７は、白色の絶縁性材料やアルミニウムなどの金属を蒸着したシート状または金属などからなり、導光板１２の入射端面部１３と光源１４とを包囲するようにし、光源１４からの光を反射し、反射光を導光板１２の入射端面部１３に再び入射させる。
【００１９】
光反射シート１６は、熱可塑性樹脂に例えば酸化チタンのような白色材料を混入したシートや、熱可塑性樹脂のシートにアルミニウムなどの金属蒸着を施したり、あるいは金属箔を積層したものやシート状金属からなり、光源１４からの光が導光板１２の表面部１５および入射端面部１３以外の部分から導光板１２の外に出射する光を反射または乱反射させ、再び導光板１２内に入射させて光源１４からの光を全て表面部１５から出射するようにしている。
【００２０】
導光板１２は、屈折率が１.４〜１.７程度の透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）などで形成され、光源１４からの光を導く入射端面部１３と、この入射端面部１３の反対側に位置する反射端面部１８と、これら入射端面部１３と反射端面部１８とに接続する側面部１９と、光を出射する表面部１５と、この表面部１５と反対側に位置する裏面部２０とからなる。
【００２１】
導光板１２の裏面部２０全域には、それぞれ曲率半径Ｒ₁が３０〜７０μmで深さが０.１〜２μmの球面の一部にて形成された多数の第１光偏向要素２１がほぼ一様な分布でランダムに点在しており、裏面部２０に対するこれら第１光偏向要素２１の占有率は、０.５〜３％に設定されている。つまり、裏面部２０に形成されたすべての第１光偏向要素２１の面積の和は、裏面部２０の面積の０.５〜３％となっている。
【００２２】
これによって、透過型液晶パネル２２を通して平面照明装置１１の表面、つまり導光板１２の表面部１５を見た場合、第１光偏向要素２１を個々に視認することが不可能となる上、導光板１２の裏面部２０全域に亙って拡散光を得ることができるため、光がより均一に散乱して導光板の表面部から均一な分布の光が出射し、表面部１５から出射する光の方向性をなくすことが可能である。
【００２３】
また、導光板１２の表面部１５には、この導光板１２の上に重ねられる透過型液晶パネル２２を構成する１つの画素（ピクセル）に対する占有率が２〜１０％となるように点在するそれぞれ３０〜１００μmの大きさの光偏向部２３が設けられており、これら光偏向部２３の分布状態を表す図３に示すように、基本的には入射端面部１３から遠ざかるほどその占有率が大きくなるように設定されている。この場合、導光板１２の入射端面部１３に近接する表面部１５は、光源１４からの光が直接透過して輝度が高くなる傾向を有するため、入射端面部１３に近接する表面部１５における光偏向部２３の占有率をこれに続く部分よりも小さめに設定している。同様に、導光板１２の反射端面部１８に近接する表面部１５は、反射端面部１８からの反射光が透過して輝度が高くなる傾向を有するため、反射端面部１８に近接する表面部１５における光偏向部２３の占有率をこれに続く部分よりも小さめに設定している。
【００２４】
個々の光偏向部２３は、それぞれ３〜３５０個の第２光偏向要素２４の集合体からなり、本実施例における個々の第２光偏向要素２４は、曲率半径Ｒ₂が３０〜７０μmで高さが０.１〜２μmの球面の一部にて形成されている。例えば、光偏向部２３を直径１００μmの円形領域に設定した場合、曲率半径Ｒ₂が５０μmで高さｈが１μmの第２光偏向要素２４は、表面部１５を横切るその弦の長さｃが
ｃ＝２{Ｒ₂ ²−(Ｒ₂−ｈ)²}^1/2
となる。また、直径Ｄの円に内接する直径ｃの円の数Ｎは、近似的に
Ｎ＝0.907{(D/c)−0.94}²＋3.7
で求めることができるので、上式にＲ₂＝５０,ｈ＝１,Ｄ＝１００をそれぞれ代入することにより、１つの光偏向部２３に対して１８個まで第２光偏向要素２４を形成できることがわかる。本実施例では、光偏向部２３を円形に設定したが、矩形や楕円形などの任意の形状に設定することが可能である。
【００２５】
このように、第１光偏向要素２１の他に第２光偏向要素２４の集合体で構成した光偏向部２３を設けたので、反射光量が増大して導光板１２の表面部１５から出射する光の輝度を向上させることができる。また、光偏向部２３の占有率を光源１４から離れた反射端面部１８側ほど大きくすることにより、導光板１２の表面部１５から出射する光の輝度分布を均一化させることが可能であり、その出射方向性を制御して輝度を向上させることができる。しかも、透過型液晶パネル２２を通して平面照明装置１１の表面、つまり導光板１２の表面部１５を見た場合、これら光偏向部２３を個々に視認することが不可能となり、液晶透過型パネル２２の視認性を良好に保つことができる。
【００２６】
上述した実施例では、導光板１２の表面部１５にこの表面部１５から突出する第２光偏向要素２４を持った光偏向部２３を形成したが、導光板１２の裏面部２０に光偏向部２３を形成するようにしてもよく、第２光偏向要素２４を第１光偏向要素２１と同様に窪んだ形状にすることも可能である。また、第１光偏向要素２１を第２光偏向要素２４と同様な突出形状にすることも可能であり、これを導光板１２の表面部１５に形成するようにしてもよい。さらに、第１光偏向要素２１や光偏向部２３を導光板１２の表面部１５および裏面部２０の両方に形成することも可能であるが、この場合には、上述した占有率および分布条件を満たすようにこれらの分布を振り分ける必要がある。第１光偏向要素２１と光偏向部２３とを両方とも導光板１２の表面部１５または裏面部２０に形成した場合には、光偏向部２３の輪郭、つまり境界部分の視認性を低下させることができ、表面部１５から出射する光の輝度分布の均一化の点で有効である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によると、表面部および裏面部の内の少なくとも一方に形成されて表面部および／または裏面部の全域に亙りほぼ一様な分布を持つ多数の第１光偏向要素と、表面部および裏面部の内の少なくとも一方に形成されて入射端面部から遠ざかるほどその占有率が大きくなる複数の光偏向部とを設け、個々の光偏向部がそれぞれ３〜３５０個の第２光偏向要素の集合体からなり、個々の第２光偏向要素を曲率半径が３０〜７０μmで高さまたは深さが０.１〜２μmの球面の一部にて形成したので、第１光偏向要素により表面部から出射する光の方向性をなくし、光偏向部によって表面部から出射する光の方向性を制御して輝度を向上させることができると共にその輝度分布を均一化させることができる。
【００２８】
光偏向部の大きさを３０〜１００μmにした場合には、これら光偏向部を個々に視認することが不可能となる上、表面部から出射する光の輝度分布をより均一化することができる。
【００２９】
第１光偏向要素をそれぞれ曲率半径が３０〜７０μmで高さまたは深さが０.１〜２μmの球面の一部にて形成し、表面部または裏面部の面積に対して０.５〜３％の占有率を有するようにした場合には、これら第１光偏向要素を個々に視認することが不可能となる上、導光板の表面部および／または裏面部全域に亙って拡散光を得ることができるため、表面部から出射する光の方向性をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による平面照明装置の一実施例の外観を表す分解斜視図である。
【図２】図１に示した実施例における導光板の反射端面部を抽出した断面図である。
【図３】入射端面部から反射端面部に至る導光板の位置と光偏向部の占有率との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１１平面照明装置
１２導光板
１３入射端面部
１４光源
１５表面部
１６光反射シート
１７リフレクタ
１８反射端面部
１９側面部
２０裏面部
２１第１光偏向要素
２２透過型液晶パネル
２３光偏向部
２４第２光偏向要素
Ｒ1 第１光偏向要素の曲率半径
Ｒ2 第２光偏向要素の曲率半径

Claims

光源からの光が導入される入射端面部と、この入射端面部から導入された光を出射する表面部と、この表面部と反対側に位置する裏面部とを有する導光板であって、
前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成されて前記表面部および／または前記裏面部の全域に亙りほぼ一様な分布を持つ多数の第１光偏向要素と、
前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成されて前記入射端面部から遠ざかるほどその占有率が大きくなる複数の光偏向部と
を具え、個々の前記光偏向部は、それぞれ３〜３５０個の第２光偏向要素の集合体からなり、個々の前記第２光偏向要素は、曲率半径が３０〜７０μmで高さまたは深さが０.１〜２μmの球面の一部にて形成されていることを特徴とする導光板。
前記第１光偏向要素は、それぞれ曲率半径が３０〜７０μmで高さまたは深さが０.１〜２μmの球面の一部にて形成され、前記表面部または前記裏面部の面積に対して０.５〜３％の占有率を有することを特徴とする請求項１に記載の導光板。
１つの前記光偏向部の大きさは、３０〜１００μmであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導光板。
請求項１から請求項３の何れかに記載の導光板と、
この導光板の前記入射端面部に向けて照明光を投射する光源と、
前記導光板の前記表面部および前記入射端面部以外の部分を覆う光反射シートと
を具えたことを特徴とする平面照明装置。
液晶パネルと、この液晶パネルの裏面側に配置される導光板とを具え、前記導光板が光源からの光が導入される入射端面部と、前記液晶パネルの裏面と対向して前記入射端面部から導入された光を出射する表面部と、この表面部と反対側に位置する裏面部とを有する液晶ディスプレイであって、前記導光板は、
前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成されて前記表面部および／または前記裏面部の全域に亙りほぼ一様な分布を持つ多数の第１光偏向要素と、
前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成され、前記液晶パネルの１つの画素面積当りの占有率が２〜１０％となるように点在して前記入射端面部から遠ざかるほどその占有率が大きくなる複数の光偏向部と
を具え、個々の前記光偏向部は、それぞれ３〜３５０個の第２光偏向要素の集合体からなり、個々の前記第２光偏向要素は、曲率半径が３０〜７０μmで高さまたは深さが０.１〜２μmの球面の一部にて形成されていることを特徴とする液晶ディスプレイ。
前記第１光偏向要素は、それぞれ曲率半径が３０〜７０μmで高さまたは深さが０.１〜２μmの球面の一部にて形成され、前記表面部または前記裏面部の面積に対して０.５〜３％の占有率を有することを特徴とする請求項５に記載の液晶ディスプレイ。
１つの前記光偏向部の大きさは、３０〜１００μmであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の液晶ディスプレイ。
前記導光板の前記入射端面部に向けて照明光を投射する光源と、前記導光板の前記表面部および前記入射端面部以外の部分を覆う光反射シートとをさらに具えたことを特徴とする請求項５から請求項７の何れかに記載の液晶ディスプレイ。