JP4742596B2 - バックライトユニットおよび液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、導光板を備えるエッジライト型のバックライトユニット、および当該バックライトユニットを備えた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置では、液晶パネルの背後にはバックライトユニットが設置されている。バックライトユニットは、光源を液晶パネルの直下に設置する直下型と、導光板を使用するエッジライト型の２種類に大別できる。

図９は、従来のエッジライト型のバックライトユニットの構成を示す図である。

バックライトユニットは、光源１０２と、導光板１０３と、反射シート１０４と、拡散シート１０５と、２つのプリズムシート１０６，１０７とを有する。

例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなる光源１０２から出射した光は、導光板１０３に入射し、導光板１０３の下面に形成されたドットパターン１０３ｂにより導光板１０３の上面へ出射される。ドットパターン１０３ｂの代わりに、プリズムパターンが形成されている場合もある。

導光板１０３から出射された光は、拡散シート１０５により全方向に広がりをもった面内均一な光にされて出射される。拡散シート１０５により拡散出射された光は、２枚のプリズムシート１０６，１０７によって、正面方向に集光されて出射する。従来のプリズムシート１０６，１０７は、光源１０２に対して水平方向と垂直方向の光を集光するために２枚必要となる。

従来のエッジライト型のバックライトユニットでは、導光板１０３は、射出成形により形成されている（特許文献１，２参照）。ところで、フィルム状の拡散シート１０５や、プリズムシート１０６，１０７は、押し出し成形などにより作製された大型のフィルムから切り出されて作製されている。

図１０は、射出成形を説明するための図である。図１０に示すように、射出成形では、シリンダ１１０の原料注入口１１０ａから原料１０３ａを注入し、シリンダ１１０内で原料１０３ａを加熱し、流動状態にさせる。そして、スクリュー１１１により、流動状態となった原料１０３ａを冷却された２つの金型１１２，１１３の閉じた空間に圧入することにより成形する。
特開平８−６８９１０号公報 特開平１１−１２０８１１号公報

しかしながら、射出成形を採用した場合には、導光板１０３を作製するために、射出成形用の金型１１２，１１３が必要であった。そのため、金型作製の期間（約１．５ヶ月〜２ヶ月）と金型費用が発生する。

また、従来、導光板１０３の厚さは１〜２ｍｍ程度であったが、さらなる液晶表示装置の薄型化を実現するためには、導光板１０３の厚さをさらに薄くする必要がある。これは、拡散シート１０５や、プリズムシート１０６，１０７の厚さは、６０μｍ（０．０６ｍｍ）程度であるため、導光板１０３の厚さを薄くすることが、最も液晶表示装置の薄型に寄与するからである。しかしながら、射出成形では、０．５〜０．６ｍｍの厚さが限界である。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コスト化および薄型化を図ることができるバックライトユニットを提供することにある。

また、本発明は、バックライトユニットの低コスト化および薄型化により、低コスト化および薄型化を図った液晶表示装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のバックライトユニットは、光源と、前記光源からの光をエッジ部から入射し、出射する、厚さが２０μｍ以上で１ｍｍ未満のフィルム状導光板と、前記フィルム状導光板から出射された光を受け、全方向に広がりをもった面内均一な光にして出射する拡散シートと、前記拡散シートとは反対側の液晶パネルに臨む側の面に第１のプリズムが形成され、前記フィルム状導光板から出射され前記拡散シートを透過した光を前記液晶パネルに出射するプリズムシートと、前記フィルム状導光板の前記拡散シートとは反対側に配置された反射シートと、を有し、前記フィルム状導光板の前記拡散シート側の光出射面には、第２のプリズムが形成されており、前記フィルム状導光板の前記反射シート側の面には、光を前記光出射面に反射するドットパターンが形成され、前記第１のプリズムと前記第２のプリズムの配列は直交して配列されている。

上記の本発明のバックライトユニットでは、フィルム状導光板を採用している。フィルム状導光板は、大型のフィルムから切り出されて作製されたものである。フィルムは、例えば押し出し成形により形成される。フィルムから切り出されたフィルム状導光板では、薄型化が可能となり、個別の金型も不要である。

上記の目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、光源と、液晶パネルと、前記光源からの光をエッジ部から入射させて、前記液晶パネルを照明する照明光として出射するフィルム状導光板とを有する。

上記の目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、光源と、２枚の偏光板に挟まれ、前記光源側の偏光板に反射型偏光子が設けられた液晶パネルと、前記光源からの光をエッジ部から入射し、出射する、厚さが２０μｍ以上で１ｍｍ以下のフィルム状導光板と、前記フィルム状導光板から出射された光を受け、全方向に広がりをもった面内均一な光にして出射する拡散シートと、前記拡散シートとは反対側の液晶パネルに臨む側の面に第１のプリズムが形成され、前記フィルム状導光板から出射され前記拡散シートを透過した光を前記前記液晶パネルに出射するプリズムシートと、前記フィルム状導光板の前記拡散シートとは反対側に配置された反射シートと、を有し、前記フィルム状導光板の前記拡散シート側の光出射面には、第２のプリズムが形成されており、前記フィルム状導光板の前記反射シート側の面には、光を前記光出射面に反射するドットパターンが形成され、前記第１のプリズムと前記第２のプリズムの配列は直交して配列されている。

本発明のバックライトユニットによれば、低コスト化および薄型化を図ることができる。また、本発明の液晶表示装置によれば、バックライトユニットの低コスト化および薄型化により、低コスト化および薄型化を図ることができる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るバックライトユニットの構成を示す図である。

本実施形態に係るバックライトユニット１は、光源２と、フィルム状導光板３と、反射シート４と、拡散シート５と、プリズムシート７とを有する。

光源２は、外部から供給される電源に応じて光を出射する。光源２は、例えば点状の光を出射するＬＥＤにより構成される。例えば、ＬＥＤが図中ｙ方向に複数個配置されている。光源２は、フィルム状導光板３のエッジ部に向けて、すなわち光をｘ方向に出射する。

フィルム状導光板３の光出射面には、ｘ方向に伸びるプリズム３ａがｙ方向に複数配列されおり、光出射面の裏面にはドットパターン３ｂが形成されている。なお、ドットパターン３ｂの代わりにプリズムパターンが形成されていてもよい。フィルム状導光板３に入射した光は、内部で全反射され、導光板１０３の下面に形成されたドットパターン１０３ｂにより導光板１０３の光出射面から出射される。このとき、光出射面には、プリズム３ａが形成されているため、プリズム３ａの斜面で屈折して、ｙ方向に傾いた光がｚ方向に向けられる。

拡散シート５は、フィルム状導光板３の光出射面側に配置されている。導光板１０３から出射された光は、拡散シート５により全方向に広がりをもった面内均一な光にされて出射される。

プリズムシート７は、拡散シート５の光出射面側に配置されている。プリズムシート７の光出射面にはｙ方向に伸びるプリズム７ａがｘ方向に複数配列されている。拡散シート５により拡散出射された光は、プリズム７ａの斜面で屈折して、ｘ方向に傾いた光がｚ方向に向けられて、出射される。

本実施形態では、導光板として、フィルム状導光板３を採用している。フィルム状導光板３は、拡散シート５やプリズムシート７と同様に、大型のフィルムから切り出されて作製されたものである。フィルム状導光板３は、例えば押し出し成形により作製される。

図２（ａ）および（ｂ）は、押し出し成形を説明するための図である。

押し出し成形では、押し出し機２０の原料注入口２０ａから原料３０ａを注入し、押し出し機２０内で原料３０ａを加熱し、流動状態にさせる。そして、流動状態となった原料３０ａをスクリュー２１により圧入して、押し出し機２０の先端につけた金型２２を通してフィルム状樹脂３０ｂが成形される（図２（ａ）参照）。この金型２２としては、射出成形と異なりサイズ毎に個別の金型を用意する必要はない。

金型２２を出たフィルム状樹脂３０ｂはロール２３により延伸加工が施されて、大型のフィルム３０として巻き取りロール２４に巻き取られる（図２（ｂ）参照）。ここで、ロール２３の表面に刻みを設けておくことにより、大型のフィルム３０にプリズムを形成することができる。また、ロール２３でのフィルム状樹脂３０ｂの延伸により、フィルム状樹脂３０ｂ内での分子の配列を制御して、膜厚方向のリタデーションを制御することができる。例えば、大型のフィルム３０の膜厚方向のリタデーションをほぼ０に設定したり、あるいはλ／４に設定することができる。押し出し成形は、同じ断面の長い部材の製造に適しており、拡散シート５やプリズムシート７は、この方法で作製されている。

図３に示すように、押し出し成形により大型のフィルム３０が作製される。この大型のフィルム３０にシルク印刷などの印刷を施すことにより、ドットパターンを形成する。ドットパターンは、プリズムが形成された面とは反対側の面に形成する。そして、大型のフィルム３０を切り出して、各液晶パネルのサイズに対応したフィルム状導光板３−１，３−２，３−３が形成される。

このように、本実施形態に係るバックライトユニットでは、フィルム状導光板３を採用することにより、薄膜化を実現することができる。フィルム状導光板３であれば、厚みが２０μｍ〜１ｍｍの範囲で成形可能である。

フィルム状導光板３を採用することにより、サイズ毎の個別の金型が不要となる。このため、従来金型作製に費やしていたリードタイムが短縮できる。例えば、１．５ヶ月〜２ヶ月程度であったリードタイムが、２〜３週間にまで短縮できる。

また、１枚の大型のフィルム３０の各領域にそれぞれ個別のドットパターンを印刷して、各領域を切り出すことにより、各フィルム状導光板３−１，３−２，３−３を作製できることから、１枚の大型のフィルム３０から異なる機種あるいはサイズの液晶パネル用導光板の作製が可能となるため、導光板の低コスト化を図ることができる。

また、フィルム状導光板３にプリズム３ａを形成することにより、従来２枚必要であったプリズムシートを１枚減らすことができ、バックライトユニットの低コスト化および薄型化を図ることができる。

射出成形品の導光板ではなく、フィルム状導光板３を採用することにより、フィルム状導光板３にプリズムシートの機能をもたせるほか、リタデーションを制御できるという利点がある。

図４は、上記のバックライトユニット１を備えた液晶表示装置の一構成例を示す図である。なお、図示の簡略化のため、バックライトユニット１には、拡散シート５およびプリズムシート７を省略している。

液晶表示装置は、バックライトユニット１の光出射側に配置された液晶パネル１０を有する。液晶パネル１０は、２枚の偏光板１１，１２により挟まれている。光入射側の偏光板１１上には、反射型偏光子１３およびλ／４板１４が貼り付けられている。

反射型偏光子１３は、バックライトユニット１からの入射光のうち、ｐ偏光のみを透過し、ｓ偏光を反射する。偏光板１１は、ｐ偏光の偏光方向に平行に透過軸が配置されている。偏光板１１を通過したｐ偏光は、液晶パネル１０により光変調がなされて、偏光板１２の通過量が画素毎に制御されて、所望の画像表示がなされる。偏光板１２の透過軸は、例えば偏光板１１の透過軸と直交するように配置される。

図４に示す液晶表示装置において、バックライトユニット１のフィルム状導光板３を低リタデーションに設定することにより、以下の利点がある。すなわち、バックライトユニット１から反射型偏光子１３へ入射した光のうち、ｓ偏光は反射される。ここで、反射されたｓ偏光は、λ／４板１４を通過して楕円偏光となるが、反射シート４で反射され、再びλ／４板１４を通過した後にはｐ偏光となる。したがって、反射型偏光子１３および偏光板１１を通過することができ、照明光として利用可能となる。

ここで、フィルム状導光板３がリタデーションをもっている場合には、λ／４板１４を往復した光は完全な直線偏光（ｐ偏光）とならず楕円偏光となってしまい、反射型偏光子１３で再び反射される成分が存在する。

本実施形態では、図４に示す構成において、フィルム状導光板３のリタデーションを略０に設定することにより、反射型偏光子１３により反射されて、λ／４板１４を往復した光をほぼ完全な直線偏光（ｐ偏光）にすることができ、反射型偏光子１３からの戻り光を効率良く照明光として再利用することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、バックライトユニット１の薄型化および低コスト化を図ることができることから、液晶表示装置全体の薄型化および低コスト化を図ることができる。

また、フィルム状導光板３の場合には、そのリタデーションを任意に設定できるため、例えば低リタデーションのフィルム状導光板３を採用することにより、反射型偏光子１３からの戻り光を効率良く再利用することができる。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態における液晶表示装置の一構成例を示す図である。なお、図示の簡略化のため、バックライトユニット１には、拡散シート５およびプリズムシート７を省略している。

液晶表示装置は、バックライトユニット１の光出射側に配置された液晶パネル１０を有する。液晶パネル１０は、２枚の偏光板１１，１２により挟まれている。光入射側の偏光板１１上には、反射型偏光子１３が貼り付けられている。

反射型偏光子１３は、バックライトユニット１からの入射光のうち、ｐ偏光のみを透過し、ｓ偏光を反射する。偏光板１１は、ｐ偏光の偏光方向に平行に透過軸が配置されている。偏光板１１を通過したｐ偏光は、液晶パネル１０により光変調がなされて、偏光板１２の通過量が画素毎に制御されて、所望の画像表示がなされる。偏光板１２の透過軸は、例えば偏光板１１の透過軸と直交するように配置される。

図５に示す液晶表示装置において、バックライトユニット１のフィルム状導光板３’のリタデーションをλ／４に設定することにより、別個のλ／４板を用いなくとも、反射型偏光子１３からの戻り光を効率良く再利用することができるという利点がある。

すなわち、バックライトユニット１から反射型偏光子１３へ入射した光のうち、ｓ偏光は反射される。ここで、反射されたｓ偏光は、フィルム状導光板３’を通過して楕円偏光となるが、反射シート４で反射され、再びフィルム状導光板３’を通過した後にはｐ偏光となる。したがって、反射型偏光子１３および偏光板１１を通過することができ、照明光として利用可能となる。

以上説明したように、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、バックライトユニット１の薄型化および低コスト化を図ることができることから、液晶表示装置全体の薄型化および低コスト化を図ることができる。

また、フィルム状導光板３’のリタデーションをλ／４に設定することにより、個別のλ／４板を用いなくても、反射型偏光子１３からの戻り光を効率良く再利用することができる。このため、λ／４板がない分だけ、液晶表示装置の低コスト化および薄型化を図ることができる。

（第３実施形態）
図６は、第３実施形態に係るバックライトユニットの構成例を示す図である。なお、図面の簡略化のため、光源２およびフィルム状導光板３以外の構成要素は省略している。

本実施形態では、複数のフィルムを積層させて一つのフィルム状導光板３が作製されている。フィルム状導光板３は、例えば、高屈折率フィルム３１と高屈折率フィルム３４とが低屈折率樹脂３３を介在させて接着されており、高屈折率フィルム３１の裏面側に低屈折率樹脂３２が形成されて構成されている。高屈折率フィルム３１と低屈折率樹脂３２との界面、および低屈折率樹脂３３と高屈折率フィルム３４との界面には、プリズムが形成されている。

上記の多層のフィルム状導光板３は、例えば押し出し成形によりプリズムをもつフィルム状の高屈折率フィルム３１および高屈折率フィルム３４を形成する。続いて、高屈折率フィルム３１および高屈折率フィルム３４の間に低屈折率樹脂３３を充填させて、高屈折率フィルム３１と高屈折率フィルム３４を接着する。そして、高屈折率フィルム３１の裏面側に低屈折率樹脂３２を塗布することにより、多層のフィルム状導光板３が完成する。

フィルム状導光板３の高屈折率フィルム３１に入射した光は、内部で全反射され、高屈折率フィルム３１と低屈折率樹脂３２の界面に施されたプリズムにより反射されて、低屈折率樹脂３３へ入射する。低屈折率樹脂３３に入射した光は、低屈折率樹脂３３と高屈折率フィルム３４の界面に施されたプリズムの屈折作用により、液晶パネルに垂直に入射するように立ち上げられて出射する。

上記のように、多層のフィルム状導光板３を採用することにより、単一のフィルムでは実現できない、内部にプリズムを設けることが可能となる。この場合にも、フィルム状導光板３の低コスト化および薄型化を図ることができ、バックライトユニット１および液晶表示装置の低コスト化および薄型化に寄与することができる。

（第４実施形態）
図７は、第４実施形態に係るバックライトユニットの構成例を示す図である。なお、図面の簡略化のため、光源２およびフィルム状導光板３以外の構成要素は省略している。

本実施形態では、光源２と、フィルム状導光板３のエッジ部との間に、光学部材８ａ，８ｂが設けられている。従来の射出成形により形成された導光板では、光源２の入射側のエッジ部の膜厚を他の領域よりも厚くして、光源２からの光を全て取り込むことが可能であった。しかし、フィルム状導光板３では、基本的に面内で膜厚が均一なため、光源２の厚さと、フィルム状導光板３の厚さに大きな相違がある場合には、光源２から光を全て利用することができない。

本実施形態では、光源２の発光部の上側からの光を光学部材８ａにより、光源２の発光部の下側からの光を光学部材８ｂにより、フィルム状導光板３の異なるエッジ部の領域へ入射させることができ、光源２からの光を有効利用することができる。

光学部材８ａ、８ｂは、フィルム状導光板３の形状に合わせた設計が必要なため、例えば、射出成形により形成される。

以上説明したように、本実施形態に係るバックライトユニット１によれば、光源２（より詳細には光源２の発光部）と、フィルム状導光板３のエッジ部の厚さが大きく相違する場合であっても、光学部材８ａ，８ｂを用いて、光源２からの光を全てフィルム状導光板３へ入射させることができる。

このため、光源２からの光を無駄にすることなく、バックライトユニット１の小型化を図ることができる。

（第５実施形態）
第１〜第４実施形態では、押し出し成形により、プリズムを備えるフィルム状導光板３を作製した例について説明したが、本実施形態では、異なる方法によりフィルム状導光板３を作製する。図８は、本実施形態に係るフィルム状導光板の作製方法を説明するための図である。

例えば、図８（ａ）に示すように、大型のベースフィルム３００の各領域（後にフィルム状導光板３−１１，３−１２，３−１３として切り出される領域）にシルク印刷などの印刷を施すことにより、ドットパターンを形成する。なお、ベースフィルム３００は、例えば押し出し成形により作製される。

そして、図８（ｂ）に示すように、ベースフィルム３００上にプリズムシート３０１をＵＶ硬化樹脂を介して積層させて、ＵＶ照射によりＵＶ硬化樹脂を硬化させることにより、ベースフィルム３００とプリズムシート３０１とを貼り付ける。なお、プリズムシート３０１は、ドットパターンが形成された側とは反対側のベースフィルム３００上に貼り付ける。

その後、プリズムシート３０１が貼り付けられたベースフィルム３００を切断することにより、各液晶パネルのサイズに対応したフィルム状導光板３−１１，３−１２，３−１３を作製する。

以上説明したように、フィルム状導光板３は、ベースフィルム３００にプリズムシート３０１を貼り付けて作製することもできる。この場合にも、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本実施形態では、フィルム状導光板３にプリズムシートの機能をもたせる例について説明したが、プリズムシートの機能はもたせずに、別個のプリズムシートを用いることもできる。また、フィルム状導光板３の作製方法としては、押し出し成形以外にも、例えば、フィルムの作製方法として用いられている全ての方法を用いることができる。例えば、フィルムの作製方法として、キャスト法を採用することもできる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

本実施形態に係るバックライトユニットの一構成例を示す図である。 押し出し成形によりフィルムを作製する方法を説明するための図である。 押し出し成形により作製された大型のフィルムの平面図である。 液晶表示装置の一構成例を示す図である。 液晶表示装置の他の構成例を示す図である。 バックライトユニットの他の構成例を示す図である。 バックライトユニットの他の構成例を示す図である。 フィルム状導光板の他の作製方法を説明するための図である。 従来のエッジライト型のバックライトユニットの構成を示す図である。 従来の導光板の成形方法を説明するための図である。

符号の説明

１…バックライトユニット、２…光源、３…フィルム状導光板、３ａ…プリズム、３ｂ…ドットパターン、４…反射シート、５…拡散シート、７…プリズムシート、７ａ…プリズム、８ａ…光学部材、８ｂ…光学部材、１０…液晶パネル、１１…偏光板、１２…偏光板、１３…反射型偏光子、１４…λ／４板、２０…押し出し機、２０ａ…原料注入口、２１…スクリュー、２２…金型、２３…ロール、２４…巻き取りロール、３０…大型のフィルム、３０ａ…原料、３０ｂ…フィルム状樹脂、３１…高屈折率フィルム、３２…低屈折率樹脂、３３…低屈折率樹脂、３４…高屈折率フィルム、３００…ベースフィルム３００、３０１…プリズムシート、１０２…光源、１０３…導光板、１０３ａ…原料、１０３ｂ…ドットパターン、１０４…反射シート、１０５…拡散シート、１０６…プリズムシート、１０７…プリズムシート、１１０…シリンダ、１１０ａ…原料注入口、１１１…スクリュー、１１２，１１３…金型

Claims (8)

1. 光源と、
   前記光源からの光をエッジ部から入射し、出射する、厚さが２０μｍ以上で１ｍｍ未満のフィルム状導光板と、
   前記フィルム状導光板から出射された光を受け、全方向に広がりをもった面内均一な光にして出射する拡散シートと、
   前記拡散シートとは反対側の液晶パネルに臨む側の面に第１のプリズムが形成され、前記フィルム状導光板から出射され前記拡散シートを透過した光を前記液晶パネルに出射するプリズムシートと、
   前記フィルム状導光板の前記拡散シートとは反対側に配置された反射シートと、を有し、
   前記フィルム状導光板の前記拡散シート側の光出射面には、第２のプリズムが形成されており、
   前記フィルム状導光板の前記反射シート側の面には、光を前記光出射面に反射するドットパターンが形成され、
   前記第１のプリズムと前記第２のプリズムの配列は直交して配列されている
   バックライトユニット。
2. 前記フィルム状導光板の膜厚方向のリタデーションが、前記液晶パネルへの入射光の波長の１／４、または略ゼロに設定された
   請求項１記載のバックライトユニット。
3. 前記フィルム状導光板は、複数のフィルムが積層されて形成された
   請求項１記載のバックライトユニット。
4. 前記光源から出射された光を、前記フィルム状導光板のエッジ部へ入射させる光学部材をさらに有する
   請求項１記載のバックライトユニット。
5. 光源と、
   ２枚の偏光板に挟まれ、前記光源側の偏光板に反射型偏光子が設けられた液晶パネルと、
   前記光源からの光をエッジ部から入射し、出射する、厚さが２０μｍ以上で１ｍｍ以下のフィルム状導光板と、
   前記フィルム状導光板から出射された光を受け、全方向に広がりをもった面内均一な光にして出射する拡散シートと、
   前記拡散シートとは反対側の液晶パネルに臨む側の面に第１のプリズムが形成され、前記フィルム状導光板から出射され前記拡散シートを透過した光を前記前記液晶パネルに出射するプリズムシートと、
   前記フィルム状導光板の前記拡散シートとは反対側に配置された反射シートと、を有し、
   前記フィルム状導光板の前記拡散シート側の光出射面には、第２のプリズムが形成されており、
   前記フィルム状導光板の前記反射シート側の面には、光を前記光出射面に反射するドットパターンが形成され、
   前記第１のプリズムと前記第２のプリズムの配列は直交して配列されている
   液晶表示装置。
6. 前記フィルム状導光板の膜厚方向のリタデーションが、前記反射型偏光子の光源側に１／４波長板が設けられている場合は前記液晶パネルへ入射する光の波長の１／４に設定され、前記１／４波長板が設けられていない場合は略ゼロに設定された
   請求項５記載の液晶表示装置。
7. 前記フィルム状導光板は、複数のフィルムが積層されて形成された
   請求項５記載の液晶表示装置。
8. 前記光源から出射された光を、前記フィルム状導光板のエッジ部へ入射させる光学部材をさらに有する
   請求項５記載の液晶表示装置。

Images