JP5410474B2 - 表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置に関する。
サイドライト方式のバックライトを備える液晶表示装置では、導光板の端面に入射した光が、導光板の内部を進行し、裏面側の界面で反射して表面から出射するようになっている(特許文献1参照)。詳しくは、裏面側に、光の進行方向に対して直交する方向に稜線が延びるように山状の凸部又は谷状の凹部が形成されており、この凸部又は凹部で反射した光が表面から出射するようになっている。また、表面では界面で反射して内部に戻る光もあり、この光を収束させるために、表面側には光の進行方向に平行に稜線が延びるように山状の凸部又は谷状の凹部が形成されている。
特開2009−276531号公報
導光板の内部を進行する光には、裏面側の界面で反射する光のほかに、裏面を通過する光があり、通過した光を導光板に戻すために反射シートが配置されている。近年、反射率の高い反射シートが使用されることがあるが、導光板との密着性の高さから、導光板の裏面の界面で反射するはずの光が反射シートに吸収されてしまうという問題が生じている。
その対策として導光板の裏面をブラスト加工で荒らして密着性を下げることが考えられるが、そうすると、裏面の凸部又は凹部の形状が変わってしまうため、輝度分布が変わってしまう。
本発明は、反射シートとの密着による輝度分布の変化にかかわらず、光を収束させながら効率的に光を出射させる導光板を備えた表示装置を提供することを目的とする。
(1)本発明に係る表示装置は、光源と、表面及び前記表面とは反対側の裏面並びに前記表面及び前記裏面を接続する端面を有し、前記光源に前記端面が対向するように配置され、前記端面から入射した光を内部で反射させて前記表面から面発光させる導光板と、前記導光板の前記表面と対向するように配置され、前記導光板の前記表面から出射した前記光の通過及び遮断を制御して画像を表示する光シャッター方式の表示パネルと、前記導光板の前記裏面と対向するように配置された反射シートと、を有し、前記表面には凹凸が形成され、前記凹凸は、前記光の進行方向である第1方向に沿って第1稜線がそれぞれ続く複数の第1凸部と、前記第1方向に交差する第2方向に沿って第2稜線がそれぞれ続く複数の第2凸部と、を組み合わせた形状によって形成されていることを特徴とする。本発明によれば、光が出射する表面に凹凸が形成されるので、裏面と反射シートとの密着による輝度分布の変化にかかわらず、光を収束させながら効率的に光を出射させることができる。
(2)(1)に記載された表示装置において、前記第2凸部は、前記第2稜線から相互に反対方向に傾斜する一対の第2側面を有し、前記光が入射する側に位置する一方の前記第2側面よりも、反対側の他方の前記第2側面が、緩やかな角度で傾斜していることを特徴としてもよい。
(3)(1)又は(2)に記載された表示装置において、前記複数の第1凸部及び前記複数の第2凸部に囲まれた領域は平坦であることを特徴としてもよい。
(4)本発明に係る表示装置は、光源と、表面及び前記表面とは反対側の裏面並びに前記表面及び前記裏面を接続する端面を有し、前記光源に前記端面が対向するように配置され、前記端面から入射した光を内部で反射させて前記表面から面発光させる導光板と、前記導光板の前記表面と対向するように配置され、前記導光板の前記表面から出射した前記光の通過及び遮断を制御して画像を表示する光シャッター方式の表示パネルと、前記導光板の前記裏面と対向するように配置された反射シートと、を有し、前記表面には凹凸が形成され、前記凹凸は、前記光の進行方向である第1方向に沿って第1谷線がそれぞれ続く複数の第1凹部と、前記第1方向に交差する第2方向に沿って第2谷線がそれぞれ続く複数の第2凹部と、を組み合わせた形状によって形成されていることを特徴とする。本発明によれば、光が出射する表面に凹凸が形成されるので、裏面と反射シートとの密着による輝度分布の変化にかかわらず、光を収束させながら効率的に光を出射させることができる。
(5)(4)に記載された表示装置において、前記第2凹部は、前記第2谷線から相互に反対方向に傾斜する一対の第2側面を有し、前記光が入射する側に位置する一方の前記第2側面が、反対側の他方の前記第2側面よりも、緩やかな角度で傾斜していることを特徴としてもよい。
(6)(4)又は(5)に記載された表示装置において、前記複数の第1凹部及び前記複数の第2凹部に囲まれた領域は平坦であることを特徴としてもよい。
(7)(1)から(6)のいずれか1項に記載された表示装置において、前記反射シートは、ESR反射シートであることを特徴としてもよい。
(8)(7)に記載された表示装置において、前記導光板の前記裏面は、粗面になっていることを特徴としてもよい。
(9)(1)から(8)のいずれか1項に記載された表示装置において、前記裏面には、前記第1方向に沿って第3稜線がそれぞれ続く複数の第3凸部が形成され、それぞれの前記第3凸部は、前記第3稜線を挟む一対の第3側面を有することを特徴としてもよい。
(10)(1)から(8)のいずれか1項に記載された表示装置において、前記裏面には、前記第1方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第3凹部が形成されていることを特徴としてもよい。
本発明の実施形態に係る表示装置を示す断面図である。 導光板の表面(表示パネル側の面)の一部を示す斜視図である。 図2に示す導光板のIII−III線断面図である。 図2に示す導光板のIV−IV線断面図である。 導光板の裏面(表示パネルとは反対側の面)を示す斜視図である。 図5に示す導光板の裏面のVI−VI線断面図である。 従来の導光板を使用した構成のバックライトと本発明に係る導光板を使用した構成のバックライトの輝度分布の光進行方向の極角(垂直方向からのずれ)に対する依存性を示す図である。 従来の導光板を使用した構成のバックライトと本発明に係る導光板を使用した構成のバックライトの輝度分布の光進行方向に垂直方向の極角(垂直方向からのずれ)に対する依存性を示す図である。 図3に示す導光板の表面の変形例を示す図である。 図4に示す導光板の表面の変形例を示す図である。 図6に示す導光板の裏面の変形例を示す図である。 実施例の導光板の光進行方向に垂直な凹凸部の傾斜角θ1と輝度との関係を示す図である。 実施例の導光板の光進行方向に垂直な凹凸部の傾斜角θ1を示す図である。 実施例の導光板の光進行方向に平行な凹凸部の傾斜角θ2と輝度との関係を示す図である。 実施例の導光板の光進行方向に平行な凹凸部の傾斜角θ2を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係る表示装置を示す断面図である。
表示装置は、表示パネル10を有する。表示パネル10は、光の通過及び遮断を制御して画像を表示する光シャッター方式のものである。図1に示す表示パネル10は、液晶表示パネルであって、ガラス等からなる一対の基板12,14とその間に挟まれた液晶層16を含み、一対の基板12,14の外側にそれぞれ偏光板18,20を有する。
表示装置は、光源22を有する。光源22は、LED(Light Emitting Diode)などの点光源又は線光源である。
表示装置は、導光板24を有する。導光板24は、表面26及びその反対側の裏面28を有し、さらに表面26及び裏面28を接続する端面30を有している。導光板24は、光源22に端面30が対向するように配置されている。光源22から出射された光は、端面30から導光板24に入射し、導光板24の内部でも、光源22から端面30に向かう方向(以下、「光の進行方向」という。)に進む。導光板24は、端面30から入射した光を内部で反射させて表面26から面発光させる。導光板24によって、点光源又は線光源が面光源に変換される。導光板24は、その表面26が表示パネル10と対向するように配置されている。したがって、導光板24の表面26から出射した光が表示パネル10に進行する。
導光板24の上(表示パネル10に近い側)に、光拡散シート32が配置されている。光拡散シート32は弱い光拡散作用を持つので、これを光が透過することで光分布への影響が弱められる。光拡散シート32の上(表示パネル10に近い側)には、2枚のプリズムシート34,36が配置されている。プリズムシート34,36を光が透過することで、光を正面に集光させ、正面輝度を向上させることができる。さらに、プリズムシート34,36の上(表示パネル10に近い側)には、偏光を変換するフィルム38が配置されており、偏光板18の光透過軸方向に振動する偏光を有する光の成分を増加させている。
図2は、導光板24の表面26(表示パネル10側の面)の一部を示す斜視図である。図3は、図2に示す導光板24のIII−III線断面図である。図4は、図2に示す導光板24のIV−IV線断面図である。
導光板24の表面26には凹凸が形成されている。凹凸は、複数の第1凸部40(縦突出部)と複数の第2凸部42(横突出部)を組み合わせた形状によって形成されている。複数の第1凸部40及び複数の第2凸部42に囲まれた領域は平坦である。
第1凸部40は、光の進行方向である第1方向D1に沿って第1稜線44が続く。第1凸部40は、第1稜線44から相互に反対方向に傾斜する一対の第1側面46を有する。第1側面46は平坦面であってもよいし、凸曲面又は凹曲面であってもよい。第1凸部40を形成することで光の発散を抑制することができる。隣同士の第1凸部40の第1稜線44同士のピッチは、表示パネル10の画素ピッチの1/3である。図では第1凸部40は、第2凸部42よりも高くなって、第1稜線44が途切れないように形成されているが、全面において必ずしもこの限りではない。
第2凸部42は、第1方向D1(光の進行方向)に交差する第2方向D2に沿って第2稜線48が続く。隣同士の第2凸部42の第2稜線48同士のピッチは、表示パネル10の画素ピッチに等しくなるように設計されている。また、第2凸部42の高さは導光板24からの出光分布が均一になるように調整されている。このため、あまりにも細かい画素ピッチの場合には、第2凸部42の高さが場所によっては非常に小さくなり、金型加工が難しくなる場合があるので、この場合には隣同士の第2凸部42の第2稜線48同士のピッチは、画素ピッチの2倍程度とすることもある。なお、この出光分布の調整によって、図とは異なって第1凸部40が第2凸部42よりも低くなって、第1稜線44が途切れる場所も発生する。
図では第2凸部42は、第1凸部40の頂部によって第2稜線48が途切れるように、隣同士の第1凸部40の間に表れるが、出光分布の調整によって、途切れなく形成される場所もある。第2凸部42は、第2稜線48から相互に反対方向に傾斜する一対の第2側面50を有している。第2側面50は平坦面であってもよいし、凸曲面又は凹曲面であってもよい。光が入射する側(図1参照)に位置する一方の第2側面50aよりも、反対側の他方の第2側面50bが、緩やかな角度で傾斜している。これにより、光の入射側の第2側面50aよりも、緩やかな角度の第2側面50bの方が大きく(広く)なっている。
第2凸部42は、光の進行方向と交差(例えば直交)する方向に第2稜線48が延びる凸形状であるため、導光板24の内部を進行する光は、一方の第2側面50aでは全反射しやすく、他方の第2側面50bでは通過しやすくなっている。詳しくは、第2稜線48を挟んで光源22に近い側に位置する一方の第2側面50aは、入射する光とのなす角度が浅く(小さく)なるため、光が全反射しやすい。これに対して、第2稜線48を挟んで光源22から遠い側に位置する他方の第2側面50bは、入射する光とのなす角度が深く(大きく)なるため、光が通過しやすい。そのため、光が通過しやすい方の第2側面50bを大きくして、導光板24から出射する光を増加させている。
図5は、導光板24の裏面28(表示パネル10とは反対側の面)を示す斜視図である。図6は、図5に示す導光板24の裏面28のVI−VI線断面図である。裏面28には、第1方向D1(光の進行方向)に沿って第3稜線52がそれぞれ続く複数の第3凸部54が形成されている。それぞれの第3凸部54は、第3稜線52を挟む一対の第3側面56を有する。
表示装置は、導光板24の裏面28と対向するように配置された反射シート58を有する。図1に示す反射シート58は、ESR(Enhanced Specular Reflector)反射シートである。ESR反射シートはポリエステル系樹脂を用いた多層膜構造を有し、可視光範囲で98%程度の高い反射率を有するシートである。ESR反射シートは輝度の向上に寄与する。ただし、ESR反射シートは、表面26が滑らかな鏡面になっており、導光板24の裏面28との密着性が高くて付着しやすい。
本実施形態によれば、光が出射する表面26に凹凸が形成されるので、裏面28と反射シート58との密着による輝度分布の変化にかかわらず、光を収束させながら効率的に光を出射させることができる。
本実施形態では、導光板24の裏面28は粗面になっている。導光板24を射出成型するときに使用する金型に、数μmの粒径の鉄球を吹き付けるブラスト加工を施すことで、導光板24の裏面28に数多くの小さな粒状突起を設けることができる。導光板24の裏面28を粗面にすることで、裏面28と反射シート58の密着性を下げることができる。その場合、裏面28が粗面になっているため、導光板24の内部を進行して裏面28の界面で反射して戻る光による輝度分布が変化する。しかし、本実施形態によれば、光が出射する側の第1凸部40によって光の発散を抑制するので、輝度分布の調整を行う必要がない。
上述した導光板24、光源22及び反射シート58などからバックライトが構成される。バックライト及び表示パネル10は、フレーム60に収容されている。
図7及び図8は、従来の導光板を使用した構成のバックライトと本発明に係る導光板24を使用した構成のバックライトの輝度分布の極角(垂直方向からのずれ)に対する依存性を示す図である。図7には、光進行方向の極角に対する輝度の測定結果を示し、図8には、光進行方向に垂直方向の極角に対する輝度の測定結果を示してある。バックライトは、下側の偏光板を有し、一方向に偏光された光をリサイクルするフィルム(PCF)が有り、無しの両方で比較している。
測定結果から、本発明の導光板24の採用によって、極角0°での輝度は従来の導光板を用いた場合に較べて、PCFの有り無しのどちらの場合も15%程度向上しており、十分な輝度向上が得られていることが分かった。
図9及び図10は、導光板の変形例を説明する断面図である。変形例に係る導光板124は、図2に示す凹凸を逆にした形状の表面126を有する。図9には、図3に示す断面の変形例が示してあり、図4に示す断面の変形例が示してある。
図9及び図10に示すように、導光板124の凹凸は、複数の第1凹部(あるいは第1V溝)62と複数の第2凹部(あるいは第2V溝)64を組み合わせた形状によって形成されている。複数の第1凹部62は、光の進行方向である第1方向D1に沿って第1谷線66がそれぞれ続く。複数の第2凹部64は、第1方向D1に交差する第2方向D2に沿って第2谷線68がそれぞれ続く。
図2に示す形状を、図9及び図10に示す断面を有するように変形したものが変形例に係る導光板124である。この図では第1凹部62は、第2凹部64よりも深くなって、第1谷線66が途切れないように形成されているが、出光分布の調整によっては途切れる場所もある。第2凹部64は、第1凹部62の底部によって第2谷線68が途切れるように、隣同士の第1凹部62の間に表れる。複数の第1凹部62及び複数の第2凹部64に囲まれた領域は平坦である。第1凹部62は、第1谷線66から相互に反対方向に傾斜する一対の第1側面146を有する。第2凹部64は、第2谷線68から相互に反対方向に傾斜する一対の第2側面150を有する。
図4では、第2凸部42が凸であることから、傾斜が緩くて広い第2側面50bは、第2稜線48から光の進行方向(光源22から離れる方向)に延びる。これに対して、図10では、第2凹部64が凹であることから、傾斜が緩くて広い第2側面150bは、第2谷線68から光の進行方向とは反対方向(光源22に近づく方向)に延びる。つまり、光が入射する側に位置する一方の第2側面150bが、反対側の他方の第2側面150aよりも、緩やかな角度で傾斜しており大きくなっている。
図4及び図10を比較して分かるように、第2凸部42及び第2凹部64のいずれを形成した場合であっても、緩やかな角度で傾斜する第2側面50b,150bは、その法線が光の進行方向に近づくように傾斜している。
さらに変形例として、図6に示す導光板24の裏面28を、図11に示すように変形してもよい。つまり、変形例では、裏面228には、第1方向D1(光の進行方向)に沿ってそれぞれ延びる複数の第3凹部70が形成されている。あるいは、図示しない変形例として、導光板24の裏面は平坦にしてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。
次に、導光板の光進行方向に垂直に設けられた凹または凸部(図2では第2凸部42)で穏やかな角度で傾斜している第2側面50bの傾斜角について、輝度の角度依存性に関する実験結果を図12に示す。
図13(a)には、第2側面50a,50bによって凸が形成されている例を示し、図13(b)には、第2側面50a,50bによって凹が形成されている例を示している。なお、図13に示すように第2側面50bの傾斜角θ1は、図2に示す、複数の第1凸部40及び複数の第2凸部42に囲まれた平坦な領域75に対する第2側面50bの傾斜角度となる。
従来のバックライトでは図2の導光板の表面に光進行方向に沿った第1凸部40が無い導光板が用いられており、この時の第2凸部42の第2側面50bの傾斜角θ1は10°であった。従って、図12には、第1凸部40のある実施例について、傾斜角θ1が10°であるときを基準として、傾斜角θ1に対する輝度の依存性を示す。詳しくは、図12の横軸は、光進行方向に垂直の第2凸部42(横溝)の第2側面50bの傾斜角θ1であり、縦軸は、基準に対する相対輝度(%)である。なお、光進行方向に平行の第1凸部40(縦溝)の傾斜角θ2,θ2‘(図15参照)は30°である。
図12において破線Aで囲んだ部分に示すように、傾斜角θ1が2°から5°の近傍で輝度が最大で、かつ、安定的にフラットになり、θ1を10°とした場合に対して約4%の輝度向上が認められる。従って、本実施例の特徴である高輝度化を活かすための好ましい傾斜角θ1は約2°から5°の範囲となる。
次に、導光板の光進行方向に平行に設けられた凹または凸部(図2では第1凸部40)の第1側面46の傾斜角について、輝度の角度依存性に関する実験結果を図14に示す。
図15(a)には、第1側面46a,46bによって凸が形成されている例を示し、図15(b)には、第1側面46a,46bによって凹が形成されている例を示している。なお、図15に示すように第1側面46a,46bの傾斜角θ2,θ2‘は図2に示す、複数の第1凸部40及び複数の第2凸部42に囲まれた平坦な領域75に対する第1側面46a,46bの傾斜角度となる。
従来のバックライトでは図2の導光板の表面に光進行方向に沿った第1凸部40が無い導光板が用いられており、この時の第2凸部42の第2側面50bの傾斜角θ1は10°であった。従って、図14には、第1凸部40のある実施例について、第2側面50bの傾斜角θ1が10°で第1凸部40がない導光板を基準とし、第2側面50bの傾斜角θ1を5°に固定して、第1側面46a,46bの傾斜角θ2,θ2‘(θ2=θ2‘)に対する輝度の依存性を示す。詳しくは、図14の横軸は、光進行方向に平行の第1凸部40(縦溝)の第1側面46a,46bの傾斜角θ2(θ2=θ2‘)であり、縦軸は、基準に対する相対輝度(%)である。
図14において、傾斜角θ2が40°以上では輝度は殆ど変化なく、破線Bで囲んだ部分に示すように40°以下では輝度が基準より高く、15°以下になれば、輝度向上の効果は同等以下となる。従って、本実施例の特徴である高輝度化を活かすための第1側面46の好ましい傾斜角θ2は15°から40°の範囲となる。なお、図15に示したようにこの第1側面46a,46bの形状は非対称でも良く、必ずしもθ2=θ2‘の条件は輝度向上には重要ではなく、傾斜角θ2とθ2‘の範囲はそれぞれ独立に15°から40°の範囲となる。
10 表示パネル、12 基板、14 基板、16 液晶層、18 偏光板、20 偏光板、22 光源、24 導光板、26 表面、28 裏面、30 端面、32 光拡散シート、34 プリズムシート、36 プリズムシート、38 フィルム、40 第1凸部、42 第2凸部、44 第1稜線、46 第1側面、48 第2稜線、50 第2側面、52 第3稜線、54 第3凸部、56 第3側面、58 反射シート、60 フレーム、62 第1凹部、64 第2凹部、66 第1谷線、68 第2谷線、70 第3凹部、124 導光板、126 表面、50 第2側面、228 裏面。

Claims (9)

  1. 光源と、
    表面及び前記表面とは反対側の裏面並びに前記表面及び前記裏面を接続する端面を有し、前記光源に前記端面が対向するように配置され、前記端面から入射した光を内部で反射させて前記表面から面発光させる導光板と、
    前記導光板の前記表面と対向するように配置され、前記導光板の前記表面から出射した前記光の通過及び遮断を制御して画像を表示する光シャッター方式の表示パネルと、
    前記導光板の前記裏面と対向するように配置された反射シートと、
    を有し、
    前記表面には凹凸が形成され、
    前記凹凸は、前記光の進行方向である第1方向に沿って第1稜線がそれぞれ続く複数の第1凸部と、前記第1方向に交差する第2方向に沿って第2稜線がそれぞれ続く複数の第2凸部と、を組み合わせた形状によって形成され
    前記第2凸部は、前記第2稜線から相互に反対方向に傾斜する一対の第2側面を有し、
    前記光が入射する側に位置する一方の前記第2側面よりも、反対側の他方の前記第2側面が、緩やかな角度で傾斜していることを特徴とする表示装置。
  2. 光源と、
    表面及び前記表面とは反対側の裏面並びに前記表面及び前記裏面を接続する端面を有し、前記光源に前記端面が対向するように配置され、前記端面から入射した光を内部で反射させて前記表面から面発光させる導光板と、
    前記導光板の前記表面と対向するように配置され、前記導光板の前記表面から出射した前記光の通過及び遮断を制御して画像を表示する光シャッター方式の表示パネルと、
    前記導光板の前記裏面と対向するように配置された反射シートと、
    を有し、
    前記表面には凹凸が形成され、
    前記凹凸は、前記光の進行方向である第1方向に沿って第1稜線がそれぞれ続く複数の第1凸部と、前記第1方向に交差する第2方向に沿って第2稜線がそれぞれ続く複数の第2凸部と、を組み合わせた形状によって形成され、
    前記複数の第1凸部及び前記複数の第2凸部に囲まれた領域は平坦であることを特徴とする表示装置。
  3. 請求項2に記載された表示装置において、
    前記第2凸部は、前記第2稜線から相互に反対方向に傾斜する一対の第2側面を有し、
    前記光が入射する側に位置する一方の前記第2側面よりも、反対側の他方の前記第2側面が、緩やかな角度で傾斜していることを特徴とする表示装置。
  4. 請求項1から3のいずれか1項に記載された表示装置において、
    前記反射シートは、ESR反射シートであることを特徴とする表示装置。
  5. 請求項4に記載された表示装置において、
    前記導光板の前記裏面は、粗面になっていることを特徴とする表示装置。
  6. 請求項1から5のいずれか1項に記載された表示装置において、
    前記裏面には、前記第1方向に沿って第3稜線がそれぞれ続く複数の第3凸部が形成され、
    それぞれの前記第3凸部は、前記第3稜線を挟む一対の第3側面を有することを特徴とする表示装置。
  7. 請求項1から5のいずれか1項に記載された表示装置において、
    前記裏面には、前記第1方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第3凹部が形成されていることを特徴とする表示装置。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載された表示装置において、
    前記導光板の光進行方向に垂直に設けられた凹または凸部で穏やかな角度で傾斜している部分の傾斜角が2°から5°の近傍であることを特徴とする表示装置。
  9. 請求項1から8のいずれか1項に記載された表示装置において、
    前記導光板の光進行方向に平行に設けられた凹または凸部の傾斜している部分の傾斜角が15°から40°の範囲であることを特徴とする表示装置。
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