JP6277650B2 - Light guide plate, surface light source device, video source unit, and liquid crystal display device - Google Patents
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Description
本発明は、光源からの光を導いて面状光源を提供するための導光板、該導光板を具備する面光源装置、映像源ユニット、及び液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a light guide plate for guiding light from a light source to provide a planar light source, a surface light source device including the light guide plate, an image source unit, and a liquid crystal display device.
液晶テレビ、携帯端末等に代表される液晶表示装置は、映像情報を含む液晶パネルと、液晶パネルに光を供給するために液晶パネルの背面側に配置された面光源装置(バックライト)と、を備える映像源ユニットを具備しており、これにより液晶パネルに形成された映像情報を観察者に視認可能に提供する。 A liquid crystal display device represented by a liquid crystal television, a portable terminal, etc. includes a liquid crystal panel containing video information, a surface light source device (backlight) disposed on the back side of the liquid crystal panel to supply light to the liquid crystal panel, The video source unit is provided, and thereby the video information formed on the liquid crystal panel is provided to the viewer so as to be visible.
このような面光源装置は光源から入射した光を導光方向に導いて面状に広げて出光する導光板を有して構成される。ここで、導光板の種類の1つに、特許文献1、2に開示されているような、エッジライト式用の導光板がある。この導光板に対しては、光源が導光板の側端部(エッジ)に配置されており、これによれば面光源装置を薄く形成できる利点がある。
Such a surface light source device includes a light guide plate that guides light incident from a light source in a light guide direction and spreads the light in a planar shape to emit light. Here, as one type of the light guide plate, there is an edge light type light guide plate as disclosed in
このようなエッジライト式の面光源装置に用いられる導光板については、光源から出光した光は、その方向が観察者側に向いていないので、導光板で光源から出射された光の向きを観察者側に向かうように変える必要がある。その際には、光源から出射された光を面状に広げることも同時に行わなければならない。そのため、導光板にはその表裏に凹凸が設けられていることが多い。 For the light guide plate used in such an edge light type surface light source device, the direction of the light emitted from the light source is not directed to the observer side, so the direction of the light emitted from the light source is observed with the light guide plate. It is necessary to change so that it goes to the person side. At that time, the light emitted from the light source must be spread at the same time. Therefore, the light guide plate is often provided with irregularities on the front and back.
上記のように、エッジライト式の面光源装置はその構造上薄く形成することが可能である。しかしながら、近年における更なる薄型化の要望がある。これに対して導光板を薄くする試みがあり、溶融押出法、フィルム賦形法、スリーブ法等の手法用いた研究がされている。しかしながら、いずれの方法でも適切な形状を維持して両面に凹凸を有する導光板を薄く作製することに限界があった。 As described above, the edge light type surface light source device can be formed thin due to its structure. However, there is a demand for further thinning in recent years. On the other hand, there is an attempt to make the light guide plate thin, and research using techniques such as a melt extrusion method, a film shaping method, and a sleeve method has been conducted. However, any method has a limit in thinly producing a light guide plate having irregularities on both sides while maintaining an appropriate shape.
そこで本発明は上記問題に鑑み、表裏に凹凸を有していても薄く形成することができる構造を有する導光板を提供することを課題とする。また、これを用いた面光源装置、映像源ユニット、及び液晶表示装置を提供する。 Then, this invention makes it a subject to provide the light-guide plate which has the structure which can be formed thinly even if it has an unevenness | corrugation in front and back in view of the said problem. In addition, a surface light source device, an image source unit, and a liquid crystal display device using the same are provided.
以下、本発明について説明する。なお、ここでは本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。 The present invention will be described below. Here, in order to facilitate understanding of the present invention, reference numerals in the accompanying drawings are appended in parentheses, but the present invention is not limited to the illustrated form.
請求項1に記載の発明は、入光面(22a)に配置される光源(26)の光を導き面光源を得る導光板(21)であって、光透過性を有するシート状の基部(22)を有し、基部の表裏それぞれには、凸となる部位が形成されており、一方の面に形成される凸となる部位(24、122)は基部と同じ材料である溶融押出樹脂からなる柱状の要素が設けられ、他方の面に形成される凸となる部位(23)は電離放射線硬化樹脂からなる複数の柱状の要素が配列されている、導光板である。 The invention described in claim 1 is a light guide plate (21) that obtains a surface light source by guiding light from a light source (26) disposed on a light incident surface (22a). 22), and convex portions are formed on each of the front and back surfaces of the base, and the convex portions (24, 122) formed on one surface are made of the same material as the base. columnar element is provided Do that, sites (23) that is convex is formed on the other surface a plurality of columnar elements consisting of ionizing radiation curable resin are arranged, a light guide plate.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の導光板(21)において、他方の面に形成される凸となる部位(23)は、導光方向に直交する方向に該凸の稜線が延びる単位裏面プリズム(23a)であり、単位裏面プリズムが導光方向に複数配列される。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の導光板(21)において、一方の面に形成される凸となる部位は、入光面を延長するように設けられた光導入部(122)である。
The invention described in claim 3 is the light guide plate (21) according to
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の導光板(21)において、一方の面に形成される凸となる部位(24)は、導光方向に該凸の稜線が延びる単位光学要素(24a)であり、単位光学要素が導光方向に直交する方向に複数配列される。 According to a fourth aspect of the present invention, in the light guide plate (21) according to any one of the first to third aspects, the convex portion (24) formed on one surface is in the light guide direction. It is a unit optical element (24a) in which a convex ridge line extends, and a plurality of unit optical elements are arranged in a direction orthogonal to the light guide direction.
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の導光板(21)と、導光板の入光面(22a)に配置される光源(26)と、を備える面光源装置(20)である。 Invention of Claim 5 is provided with the light-guide plate (21) of any one of Claims 1 thru | or 4, and the light source (26) arrange | positioned at the light-incidence surface (22a) of a light-guide plate. A surface light source device (20).
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の面光源装置(20)と、面光源装置の出光側に配置される液晶パネル(15)と、を備える、映像源ユニット(10)である。 The invention according to claim 6 is an image source unit (10) comprising the surface light source device (20) according to claim 5 and a liquid crystal panel (15) disposed on the light output side of the surface light source device. is there.
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の映像源ユニット(10)と、映像源ユニットを内包する筐体と、を備える液晶表示装置である。 A seventh aspect of the present invention is a liquid crystal display device comprising the video source unit (10) according to the sixth aspect and a housing containing the video source unit.
本発明によれば、表裏に凹凸を有していても薄く形成することができる構造を有する導光板を提供できる。またこれを用いれば、薄い面光源装置、薄い映像源ユニット、及び薄い液晶表示装置を得ることもできる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it has an unevenness | corrugation in the front and back, the light-guide plate which has a structure which can be formed thinly can be provided. If this is used, a thin surface light source device, a thin video source unit, and a thin liquid crystal display device can be obtained.
本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら形態に限定されるものではない。また、以下に示す各図では、理解しやすさのため部材の大きさや形状を誇張して記載することがあり、見易さのため、繰り返しとなる符号は省略することがある。 The above-described operation and gain of the present invention will be clarified from embodiments for carrying out the invention described below. Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings. However, the present invention is not limited to these forms. Moreover, in each figure shown below, the magnitude | size and shape of a member may be exaggerated and described for easy understanding, and the code | symbol which becomes repeated may be abbreviate | omitted for easiness to see.
図1は第一の形態を説明する図であり、液晶表示装置に含まれる映像源ユニット10を概念的に表した分解斜視図である。
液晶表示装置は、映像源ユニット10を有しており、映像源ユニット10に含まれる面光源装置20から出射された白色の光源光が液晶パネル15を透過して映像情報を得てから観察者側に提供される。液晶表示装置は不図示の筐体を備え、ここに映像源ユニット10が内蔵される。筐体は液晶表示装置の外殻を形成し、液晶表示装置を構成する部材の大部分をその内側に収める部材である。また筐体は映像源ユニット10を支持可能に開口を有しており、該開口に映像源ユニット10が嵌め込まれて取り付けられている。その他、液晶表示装置には液晶表示装置として機能するための各種公知の構成部材が備えられている。
FIG. 1 is a diagram illustrating a first embodiment, and is an exploded perspective view conceptually showing a
The liquid crystal display device has an
映像源ユニット10は、液晶パネル15、面光源装置20、及び機能性シート41を備えている。ここで図1では紙面上方が観察者側となる。
The
液晶パネル15は、観察者側に配置された上偏光板13、面光源装置20側に配置された下偏光板14、及び、上偏光板13と下偏光板14との間に配置された液晶セル12を有している。上偏光板13、下偏光板14は、入射した光を直交する二つの偏光成分(P波及びS波)に分解し、一方の方向(透過軸と平行な方向)の偏光成分(例えば、P波)を透過させ、当該一方の方向に直交する他方の方向(吸収軸と平行な方向)の偏光成分(例えば、S波)を吸収する機能を有している。
The liquid crystal panel 15 includes an upper
液晶セル12は、一つの画素を形成する領域毎に、電界印加がなされ得るようになっており、この画素が所定のピッチで無数に配列されている。そして、電界印加された液晶セル12の配向は変化するようになる。面光源装置20側(すなわち入光側)に配置された下偏光板14を透過した特定方向の偏光成分(例えばP波)は、電界印加された液晶セル12を通過する際にその偏光方向を90°回転させ、その一方で、電界印加されていない液晶セル12を通過する際にその偏光方向を維持する。このため、液晶セル12への電界印加の有無によって、下偏光板14を透過した特定方向の偏光成分(P波)が、下偏光板14の出光側に配置された上偏光板13をさらに透過するか、又は、上偏光板13で吸収されて遮断されるか、を制御することができる。
In the
このようにして液晶パネル15では、面光源装置20からの光の透過又は遮断を画素毎に制御し、映像を表現することができるように構成されている。液晶パネルにはその形式に様々なものがあるが、特に限定されることなく用いることができる。 In this way, the liquid crystal panel 15 is configured to be able to express an image by controlling transmission or blocking of light from the surface light source device 20 for each pixel. There are various types of liquid crystal panels, but they can be used without any particular limitation.
次に面光源装置20について説明する。図2には、図1にII−IIで示した線に沿った面光源装置20の厚さ方向(図1の紙面上下方向)断面図、図3には図1にIII−IIIで示した線に沿った面光源装置20の厚さ方向(図1の紙面上下方向)断面図を表した。
面光源装置20は、液晶パネル15を挟んで観察者側とは反対側に配置され、液晶パネル15に面状の光を出射する照明装置である。図1〜図3よりわかるように、本形態では面光源装置20は、エッジライト型の面光源装置として構成され、導光板21、光源26、プリズムシート30、及び反射シート40を有している。
Next, the surface light source device 20 will be described. 2 is a cross-sectional view of the surface light source device 20 in the thickness direction (vertical direction in FIG. 1) along the line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is indicated by III-III in FIG. A sectional view of the surface light source device 20 in the thickness direction (vertical direction in FIG. 1) along the line is shown.
The surface light source device 20 is an illuminating device that is disposed on the side opposite to the observer side with the liquid crystal panel 15 interposed therebetween and emits planar light to the liquid crystal panel 15. As can be seen from FIGS. 1 to 3, in this embodiment, the surface light source device 20 is configured as an edge light type surface light source device, and includes a
図4には導光板21の斜視図を示した。導光板21は、図1〜図4よりわかるように、基部22、裏面プリズム部23、及び単位光学要素部24を有している。導光板21は透光性を有する材料により形成された全体として板状(シート状)の部材であり、一方の板面側に単位光学要素部24が配置されて出光面が形成されている。他方の板面側は裏面とされ、裏面プリズム部23が形成されている。すなわち導光板21にはその表裏面のそれぞれに凸を形成する部材が配置されている。
FIG. 4 shows a perspective view of the
基部22、裏面プリズム部23、及び単位光学要素部24をなす材料は次の通りである。
本形態では基部22と単位光学要素部24とが一体に形成され、これが溶融押出樹脂で構成されている。これには例えば脂環式構造を有する重合体樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体、ABS樹脂、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン系樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂等の熱可塑性樹脂を挙げることができる。溶融押出樹脂は色の変化が少なく高い透明性を維持できる利点がある。
一方、裏面プリズム部24は、電離放射線硬化樹脂により形成されている。電離放射線硬化樹脂としては、例えば、ウレタンアクリレートやエポキシアクリレート等のアクリル系紫外線硬化型樹脂等が挙げられる。
The materials constituting the
In this embodiment, the
On the other hand, the
すなわち、本発明では、表裏それぞれに凸を形成する部材のうち一方は基部と一体に形成され溶融押出樹脂により構成されている。そして凹凸のうち他方は電離放射線硬化樹脂により形成されている。これにより適切な形状を有しつつ、導光板の表裏の凸の頂部間の厚さを薄く成型することが可能となる。具体的な成型手順については後で説明する。本形態では基部22と単位光学要素部24とを一体として溶融押出樹脂で形成し、裏面プリズム部23を電離放射線硬化樹脂とした例を説明した。これに限らず、基部22と裏面プリズム部23を一体として溶融押出樹脂で形成し、単位光学要素部24を電離放射線硬化樹脂としてもよい。
That is, in the present invention, one of the members that form protrusions on the front and back sides is formed integrally with the base and is made of a melt-extruded resin. The other of the irregularities is formed of an ionizing radiation curable resin. Thereby, it becomes possible to form thinly the thickness between the convex top parts of the front and back of the light guide plate while having an appropriate shape. A specific molding procedure will be described later. In the present embodiment, the
以下、導光板21の各構成について説明する。
基部22は、裏面プリズム部23及び単位光学要素部24のベースとなる部位で、所定の厚さを有する板状である。また、光源26が配置される端面は入光面22aとされている。
Hereinafter, each configuration of the
The
裏面プリズム部23は、基部22の裏面側(単位光学要素部24が配置される側とは反対側の板面)に形成される凸形状である。図5には図2のうち導光板21の一部を拡大して示した。図1〜図5よりわかるように、本形態では裏面プリズム部23では、矩形(台形)断面を有する柱状の複数の単位裏面プリズム23aが配列されている。単位裏面プリズム23aは、その稜線が図1、図3、図4からわかるように一方(導光方向に直交する方向)に延びる柱状であり、複数の単位裏面プリズム23aは当該延びる方向に直交する方向(導光方向)に所定のピッチで並べて配列されている。本形態の単位裏面プリズム23aは断面が矩形であるがこれに限定されることはなく、三角形、その他の多角形、半球状、球の一部、レンズ形状等いずれの形状であってもよい。
The
本発明によれば、図5に示した単位裏面プリズム23aの厚さH1は、0.4μm以上44μm以下程度にまで薄くすることができる。好ましくは20μm以下である。
ここで、本形態では裏面プリズム23aに電離放射線硬化樹脂を用いている。電離放射線硬化樹脂は色味を有していることがあり、ここを通過する光が当該色味の影響で変化することが懸念される。しかしながら本形態では、電離放射線硬化樹脂を用いる単位裏面プリズム23aの厚さが上記のように薄くされているので、ここを通過する光の色の変化は問題とならないほどに小さく抑えることができる。
単位裏面プリズム23aの形態は、単位裏面プリズムとしての機能を発揮することができるように設定することが可能である。例えば、単位裏面プリズム23aのうち、全反射面として機能する面の基部22に対する成す角αは0.5度以上5度以下とすることができる。また、単位裏面プリズム23aのピッチP1は50μm以上500μm以下としてもよい。
According to the present invention, the thickness H 1 of the unit back
Here, in this embodiment, ionizing radiation curable resin is used for the
The form of the unit back
単位光学要素部24は、基部22のうち裏面プリズム部23とは反対側(観察者側の面)に形成される凹凸形状であり、複数の凸部である単位光学要素24aが配列されている。単位光学要素24aは導光板21を面光源装置に用いた場合に出光面として機能する部位である。
単位光学要素24aは、図3に表されるように本形態では断面略五角形を有しており、単位光学要素24aはこの断面を維持して稜線が一方(導光方向)に延びる柱状である。この稜線が延びる方向は、単位光学要素24aが配列される方向(導光方向に直交する方向)及び単位裏面プリズム23aの稜線が延びる方向に対して直交する方向である。すなわち本形態では、単位光学要素24aはその稜線が単位裏面プリズム23aの稜線と平面視で直交するように構成されている。
The unit
As shown in FIG. 3, the unit
図6には図3のうち導光板21の一部を拡大した図を示した。単位光学要素24aは、基部22の一方の面上に1つの辺を有し、他の4つの辺が基部22から突出する凸部となる略五角形形状を有している。
FIG. 6 shows an enlarged view of a part of the
また、本形態では、単位光学要素24aは図3、図4に現れる断面(単位光学要素24aが配列される方向に沿った断面)において、左右対称である。これによれば、正面方向輝度を効果的に上昇させること、及び、単位光学要素24aの配列方向に沿った面内での輝度の角度分布に対称性を付与することができる。
ただし、本形態の断面は、これに限定されることなく、三角形、四角形をはじめとする多角形、半球状、球の一部、レンズ形状等いずれの形状であってもよい。
Further, in this embodiment, the unit
However, the cross section of the present embodiment is not limited to this, and may be any shape such as a triangle, a polygon including a quadrangle, a hemisphere, a part of a sphere, or a lens shape.
なお、本件明細書における形状(例えば五角形形状)とは、厳密な意味での形状(例えば厳密な五角形形状)のみでなく、製造技術における限界や成型時の誤差等を含む形状(例えば略五角形形状)を含む。また同様に、本件明細書において用いる、その他の形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」、「楕円」、「円」等の用語も、厳密な意味に縛られることなく、同様の光学的機能を期待し得る程度の誤差を含めて解釈することとする。 In addition, the shape (for example, pentagonal shape) in the present specification is not only a shape in a strict sense (for example, a strict pentagonal shape), but also a shape (for example, a substantially pentagonal shape) including limitations in manufacturing technology, errors in molding, and the like. )including. Similarly, terms used in the present specification to specify other shapes and geometric conditions, for example, terms such as “parallel”, “orthogonal”, “ellipse”, “circle”, etc. are bound to the strict meaning. Therefore, it should be interpreted including an error to the extent that a similar optical function can be expected.
以上のような構成を有する導光板21の寸法は、一例として、以下のように設定され得る。まず、単位光学要素24aの具体例として、導光板21の板面に沿った幅W1(図6参照)は20μm以上500μm以下とすることができ、導光板21の板面への法線方向ndに沿った単位光学要素24aの高さH2(図6参照)を4μm以上250μm以下とすることができる。また、単位光学要素24aの断面形状が五角形形状からなる場合には、頂角θ6(図6参照)を90°以上150°以下とすることができる。
The dimensions of the
そして、図5にH3で示した単位光学要素部24aと基部22との厚さの合計を200μm以上500μm以下とすることができる。上記したように裏面プリズム部の厚さH1が0.4μm以上44μm以下であるとすれば、導光板21の出光面と裏面との厚さを544μm以下とすることが可能である。
Then, it is possible to make the total thickness of the unit
以上のような構成を備える導光板21は次のように作製することができる。図7、図8に説明するための図を表した。
図7は基部22と単位光学要素部24とが一体に形成された中間部材61を作製する工程を説明する図である。これはいわゆるスリーブ法による溶融押出加工である。
ここでは、単位光学要素部24の形状を転写することができる凹凸を外周部に有するロール金型50を準備する。ロール金型50はその周方向に延びる溝が形成され、回転軸が延びる方向に当該溝が配列されて上記凹凸とされている。
一方、ロール金型50に対して所定の間隔を有して2つのスリーブ駆動用ロール51、52が配置される。そしてこの2つのスリーブ駆動用ロール51、52に対してスリーブ53が巻き掛けられている。スリーブ53の表面は平滑である。
また、ロール金型50を挟んでスリーブ駆動用ロール51の反対側には、ロール金型50に対して所定の間隔を有して離型ロール54が配置される。
このような各種ロールが配置された装置に対して、図7に示したように、スリーブ53とロール金型50との間に、溶融した溶融押出樹脂60を供給ノズル55から供給する。そして、各ロールを回転させることにより溶融押出樹脂60をスリーブ53とロール金型50との間に送る。これにより溶融した溶融押出樹脂60がロール金型50の凹凸に充填される。そして、その間に冷却する等の適切な硬化方法により溶融押出樹脂60を硬化させて、離型ロール54により順次離型する。離型された中間部材61は、基部22に単位光学要素部24が一体形成されたものである。中間部材61は巻き取られて巻き取り体62を得る。
The
FIG. 7 is a diagram illustrating a process of manufacturing the
Here, the roll metal mold | die 50 which has the unevenness | corrugation which can transfer the shape of the unit
On the other hand, two sleeve driving rolls 51 and 52 are arranged at a predetermined interval with respect to the
A
As shown in FIG. 7, the molten molten extruded
図8は中間部材61のうち単位光学要素部24が配置された側とは反対の平滑面に裏面プリズム部23を形成し、導光板21の層構成を有する連続したシート81を作製する工程を説明する図である。
ここでは、裏面プリズム部23の形状を転写することができる凹凸を外周部に有するロール金型70を準備する。ロール金型70はその回転軸が延びる方向に延在する溝が形成され、周方向に当該溝が配列されて上記凹凸とされている。
一方、ロール金型70に対して所定の間隔を有してニップロール71が配置される。
また、ロール金型70を挟んでニップロール71の反対側には、ロール金型70に対して所定の間隔を有して離型ロール72が配置される。
このような各種ロールが配置された装置に対して、図8に示したように、ニップロール71とロール金型70との間に巻き取り体62から順次巻き出した中間部材61を送る。このとき、ニップロール71側が単位光学要素部24となる向きとされる。そして、中間部材61とロール金型70との間に、硬化前の電離放射線硬化樹脂80を供給ノズル73から供給する。各ロールを回転させることにより電離放射線硬化樹脂80を中間部材61とロール金型70との間に送る。これにより硬化前の電離放射線硬化樹脂80がロール金型70の凹凸に充填される。そして、その間に電離放射線照射装置74により光を照射して電離放射線硬化樹脂80を硬化させて、離型ロール72により順次離型する。離型されたシート81は、基部22の一方の面に単位光学要素部24が一体形成され、他方の面に裏面プリズム部23が形成されたものである。シート81は、次の工程において順次必要な大きさに打ち抜かれ、これが導光板21となる。
FIG. 8 shows a process of forming a continuous sheet 81 having the layer structure of the
Here, the roll metal mold | die 70 which has the unevenness | corrugation which can transfer the shape of the back
On the other hand, a nip roll 71 is disposed with a predetermined interval with respect to the roll mold 70.
A release roll 72 is disposed on the opposite side of the nip roll 71 with the roll mold 70 in between, with a predetermined distance from the roll mold 70.
As shown in FIG. 8, the
図1〜図3に戻って、光源26について説明する。光源26は、導光板21の基部22の2組の側面のうち、単位光学要素24aの稜線が延びる方向である長手方向両端となる一組の側面の一方又は両方に配置される(本形態は一方の例である。)。光源の種類は特に限定されるものではないが、線状の冷陰極管等の蛍光灯、点状のLED(発光ダイオード)、又は白熱電球等の種々の態様で構成され得る。本形態では光源26は複数のLEDを具備してなり、不図示の制御装置により各LEDの出力、すなわち、各LEDの点灯及び消灯、及び/又は、各LEDの点灯時の明るさを、他のLEDの出力から独立して調節し得るように構成されている。
Returning to FIGS. 1 to 3, the
次にプリズムシート30について説明する。図1〜図3でわかるように、プリズムシート30は、シート状に形成された本体部31と、本体部31の面のうち、導光板21に対向する面、すなわち入光側面に設けられた単位プリズム部32と、本体部31の面のうち、単位プリズム部32とは反対側の面、すなわち出光側面に設けられた光拡散層33と、を備えている。
Next, the
このプリズムシート30は、後述するように、入光側から入射した光の進行方向を変化させて出光側から出射させ、正面方向(法線方向)の輝度を集中的に向上させる機能(集光機能)を有している。この集光機能は、主として、プリズムシート30のうち、単位プリズム部32によって発揮される。また、プリズムシート30は液晶パネル15との間における干渉縞発生の防止、及びキズ等の不具合を隠す機能を有している。この機能は主として光拡散層33によって発揮される。
As will be described later, the
図1〜図3に示すように、本体部31は、単位プリズム部32及び光拡散層33を支持する機能を有する平板状のシート状部材である。本体部31をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性及び加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料、例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂(電離放射線硬化樹脂等)が好適に使用され得る。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
単位プリズム部32は、図1〜図3によく表れているように、凸状の複数の単位プリズム32aが本体部31の入光側面に沿って並べられるように配列されている。より具体的には、単位プリズム32aは、当該並べられる方向に直交する方向に、図2に示した所定の断面形状を維持して稜線が延びるように形成された柱状の部材である。その稜線が延びる方向は、単位プリズム32aが並べられる方向に直交する他、上記した導光板21の単位光学要素24aの稜線が延びる方向に対して90度ずれた方向である。従って、単位プリズム32aの稜線が延びる方向と単位光学要素24aの稜線が延びる方向とは表示装置を正面から見た場合に直交する。なお、直交することにより干渉縞(モアレ)が発生することが懸念される場合には1度以上10度以下程度の角度で直交に対してずらしてもよい。
The
また、単位プリズム32aの稜線が延びる方向である長手方向は、正面から観察した場合に、液晶パネル15の下偏光板14の透過軸と交差している。好ましくは、プリズムシート30の単位プリズム32aの長手方向は、液晶パネル15の下偏光板14の透過軸に対して、表示装置の表示面と平行な面(プリズムシート30の本体部31のシート面と平行な面)上で45°より大きく135°より小さい角度で交差している。なお、ここでいう角度は、単位プリズム32aの長手方向と下偏光板14の透過軸とによってなされる角度のうちの、小さい方の角度、すなわち、180°以下の角度のことを意味している。とりわけ、IPS液晶の場合においては、プリズムシート30の単位プリズム32aの長手方向は、液晶パネル15の下偏光板14の透過軸に対して平行とし、プリズムシート30の単位プリズム32aが並べられる方向は、液晶パネル15の下偏光板14の透過軸と直交していることが好ましい。ただし適用される液晶の種類(例えばVA液晶)によってはこれが45度程度であることが好ましい。すなわち、用いられる液晶の種類やその適用の仕方によって適宜変更することができる。
The longitudinal direction, which is the direction in which the ridge line of the
次に単位プリズム32aの配列方向の断面形状について説明する。図9は、図2のうち、プリズムシート30の一部を拡大した図である。ここでndは本体部31のシート面の法線方向を表わしている。
Next, the sectional shape of the
図9からわかるように、本形態では、単位プリズム32aは、本体部31の導光板21側に突出した凸状であり、二等辺三角形の断面を有している。すなわち、本体部31のシート面と平行な方向の単位プリズム32aの幅は、本体部31の法線方向ndに沿って本体部31から離れるにつれて小さくなりその先端には頂部が形成される。そして当該頂部はプリズムシート30が面光源装置20として組み上げられたときに導光板21の単位光学要素24aの表面に接触する。
As can be seen from FIG. 9, in this embodiment, the
また本形態では、単位プリズム32aの外輪郭は、本体部31の法線方向ndと平行な軸を対称軸として、線対称となっており、断面が二等辺三角形である。これにより、プリズムシート30の出光面における輝度は、単位プリズム32aの配列方向に平行な面において、正面方向を中心として対称的な輝度の角度分布を有するようになる。
In this embodiment also, the outer contour of the
ここで、単位プリズム32aの寸法は、単位プリズム32aの凸状である先端における頂角θ9(図9参照)は80°以下であることが好ましい。これにより導光板21の出光面に対向して配置されるという単位プリズム32aの配置形態において、より適切な集光特性を得ることができる。より好ましい頂角θ9は61°以上71°以下、すなわち66°±5°の範囲である。また、底辺幅W2は25μm以上50μm以下程度とすることができる。
Here, as for the dimensions of the
本形態では上記のように断面形状が三角形である単位プリズムについて説明したが、これに限定されるものでなく、当該三角形の頂点部が短い上底となる台形であってもよい。また斜面の一方又は他方の形状が折れ線状や曲線であってもよい。従って断面の形状が四角形や五角形等の多角形となってもよい。 In the present embodiment, the unit prism having a triangular cross-sectional shape as described above has been described. However, the present invention is not limited to this, and a trapezoid in which the apex of the triangle is a short upper base may be used. The shape of one or the other of the slopes may be a polygonal line or a curve. Therefore, the cross-sectional shape may be a polygon such as a quadrangle or a pentagon.
単位プリズム32aをなす材料としては、種々の材料を使用することができるが、透光性を有するとともに表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性及び加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることができる。これには例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂(電離放射線硬化樹脂等)等が挙げられる。
Various materials can be used as the material forming the
光拡散層33は、透光性樹脂層34中に、該透光性樹脂層34とは屈折率の異なる多数の光拡散粒子35を含有させてなる層であり、透光性樹脂層34の表面から光拡散粒子35の一部が突出している。これにより光拡散層33は、その表面が凹凸面に形成されている。
The
透光性樹脂層34に用いられる樹脂としては、光拡散粒子35の分散ができるとともに、該光拡散粒子35を保持可能である光透過性の樹脂であれば特に制限なく適用可能である。このような樹脂としては、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂等の熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂、活性エネルギー線硬化型樹脂(電離放射線硬化樹脂)等が挙げられる。
The resin used for the light
一方、光拡散粒子35としては、アクリル−スチレン共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリウレタン、ベンゾグアナミン、及びメラミン等の架橋有機微粒子、シリコーン等の樹脂微粒子、並びにシリカ、アルミナ及びガラス等の無機系微粒子等を用いることができる。
On the other hand, as the
なお、用いる光拡散粒子は1種類である必要はなく2種類以上を混合して用いてもよい。また、光拡散粒子35の形状は、球形であってもよいし不定形であってもよい。さらに粒度分布が単分散、多分散のいずれでも良く、好適な条件を適宜選択すればよい。
The light diffusing particles to be used need not be one kind, and two or more kinds may be mixed and used. Further, the shape of the
以上のような構成を具備するプリズムシート30は、例えば本体部となる基材上に先に光拡散層を設け、次いで単位プリズム部を形成して製造される。
光拡散層33は、本体部となる基材の一方の面に、光拡散粒子を分散させた硬化前の透光性樹脂を塗布し、これを硬化することにより形成することができる。
次に本体部となる基材の他方の面に単位プリズム部32を賦型すればプリズムシート30となる。
The
The
Next, if the
なお、ここで説明したプリズムシート30では、光拡散層33が設けられた例を説明したが必ずしも光拡散層を設ける必要はない。
In the
図1〜図3に戻って、面光源装置20の反射シート40について説明する。反射シート40は、導光板21の裏面から出射した光を反射して、再び導光板21内に光を入射させるための部材である。反射シート40は、金属等の高い反射率を有する材料からなるシート、高い反射率を有する材料からなる薄膜(例えば金属薄膜)を表面層として含んだシート等のいわゆる鏡面反射を可能とするものを好ましく適用することができる。これにより、光の利用性を向上させることが可能となり、エネルギー利用効率をよくすることができる。
Returning to FIGS. 1 to 3, the
図1に戻って機能性シート41について説明する。機能性シート41は通常の液晶表示装置に用いられる各種の機能を有するシートである。これには例えば色調を補正するシート、防眩機能を有するシート、反射を防止するシート、ハードコートシート等を挙げることができる。 Returning to FIG. 1, the functional sheet 41 will be described. The functional sheet 41 is a sheet having various functions used in a normal liquid crystal display device. Examples thereof include a sheet for correcting color tone, a sheet having an antiglare function, a sheet for preventing reflection, and a hard coat sheet.
次に、以上のような構成を備える表示装置の作用について、光路例を示しつつ説明する。ただしこの光路例は概念的に表したものであり、反射や屈折の程度等を厳密に示したものではない。 Next, the operation of the display device having the above configuration will be described with an example of the optical path. However, this optical path example is conceptually shown and does not strictly indicate the degree of reflection or refraction.
まず、図2に示すように、光源26で発光された光は、導光板21の基部22の入光面22aから導光板21内に入射する。図2には、例として、光源26から導光板21に入射した光L21、L22の光路例が示されている。
First, as shown in FIG. 2, the light emitted from the
図2に示すように、導光板21に入射した光L21、L22は、導光板21の単位光学要素部24の面及びその反対側の裏面プリズム部23の面において、空気との屈折率差により全反射する。また図示は省略するが裏面から出光した光は反射シート40により反射して導光板21内に戻る。このような反射を繰り返し、光は単位光学要素24aの稜線が延びる方向(導光方向)へ進んでいく。
As shown in FIG. 2, the light L 21 and L 22 incident on the
ただし、導光板21の基部22のうち裏面側には裏面プリズム部23が形成されている。このため、図2に示すように、導光板21内を進む光L21、L22は、裏面プリズム部23により順次向きがかえられ、全反射臨界角未満の入射角度で単位光学要素部24に入射することもある。この場合、当該光は、導光板21の単位光学要素部24の面から出射し得る。単位光学要素部24から出射した光L21、L22は、導光板21の出光側に配置されたプリズムシート30へと向かう。
これにより導光板21内を進む光は、少しずつ、出光面から出射するようになり、導光板21の単位光学要素部24から出射する光の導光方向に沿った光量分布を均一化させることができる。
However, a
As a result, the light traveling in the
ここで、図示する導光板21の単位光学要素部24は、複数の単位光学要素24aによって構成され、各単位光学要素24aの断面形状は、五角形、又はその他多角形等となっている。いずれの形状であっても、単位光学要素24aは、導光板21の導光方向に対して傾斜面を有して構成されている。従って、図6に示したように、単位光学要素24aを介して導光板21から出射する光L61は導光板21から出射するときに屈折する。この屈折は、単位光学要素24aの配列方向において、シート面法線ndに近づく(法線ndとのなす角が小さくなる)屈折である。このような作用により、単位光学要素部24は、導光方向と直交する方向に沿った光の成分について、透過光の進行方向を正面方向側に絞り込むことができる。すなわち、単位光学要素部24は、導光方向と直交する方向に沿った光の成分に対して、集光作用を及ぼすようになる。
Here, the unit
以上のようにして、導光板21から出射する光の出射角度は、導光板21の単位光学要素24aの配列方向と平行な面において、正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込まれる。
As described above, the emission angle of the light emitted from the
導光板21から出射した光は、その後、図9にL91で示したように、プリズムシート30へ入射する。プリズムシート30の単位プリズム32aは、導光板21の単位光学要素24aと同様に、単位プリズム32aの入光面での屈折及び全反射によって透過光に対して集光作用を及ぼす。ただし、プリズムシート30でその進行方向を変化させられる光は、プリズムシート30のうち、単位プリズム32aの配列方向とは直交する面内の成分であり、導光板21で集光させられた成分とは異なる。すなわち、図9にL91で示したように、単位プリズム32aに入射した光は、単位プリズム32aと空気との屈折率差に基づいてその界面で全反射する。そのとき、単位プリズム32aの斜辺はシート面法線ndに対してθ9/2傾いているので、界面における反射光は入射光よりも法線ndに近付けられる角度となる。
The light emitted from the
つまり、導光板21は、導光板21の単位光学要素24aの配列方向と平行な面において、光の進行方向を正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込むようになる。その一方で、プリズムシート30では、単位プリズム32aの配列方向と平行な面において、光の進行方向を正面方向を中心とした狭い角度範囲内に絞り込むようになる。したがって、プリズムシート30での光学的作用によって、導光板21で上昇された正面方向輝度を損なうことなく、さらに、正面方向輝度を上昇させることができる。
That is, the
単位プリズム32aにより全反射した光L91は本体部31を透過し、光拡散層33で拡散され、プリズムシート30から出射される。
The light L 91 totally reflected by the
プリズムシート30を出射した光は、液晶パネル15の下偏光板14に入射する。下偏光板14は、入射光のうち、一方の偏光成分を透過させ、その他の偏光成分を吸収する。下偏光板14を透過した光は、液晶セル12における画素毎への電界印加の状態に応じて、選択的に上偏光板13を透過するようになる。このようにして、液晶パネル15によって、面光源装置20からの光を画素毎に選択的に透過させることにより、液晶表示装置の観察者が、映像を観察することができるようになる。
The light emitted from the
図10は第二の形態を説明する図で、導光板121の斜視図である。導光板121は、上記導光板21に対して単位光学要素部24のうち入光面22a側端部の一部が切り欠かれ、その代わりに光導入部122が設けられている。図11は、図10にXI−XIで示した線に沿った断面のうち光導入部122側に注目して表した図である。すなわち図11は単位光学要素24aの稜線方向(導光方向)に平行で、単位裏面プリズム23aが配列される方向の断面である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the second embodiment, and is a perspective view of the
図10、図11からわかるように、光導入部122が配置された部位では、単位光学要素部24の代わりに当該光導入部122が基部22の一方の面に対する凸を形成している。従って本形態では、基部22の一方の面については単位光学要素部24と光導入部122との両方により凸が構成されている。
As can be seen from FIGS. 10 and 11, in the portion where the
光導入部122は、図11に表れる断面を有して光源26が配列される方向、又は光源が一方に長い場合にはその長手方向に沿って延びている。従って本形態では光導入部122は単位裏面プリズム23aと平行に延びている。
光導入部122は、図11に表れる断面において、拡張面122a及び反射面122bを有している。拡張面122aは基部22の入光面22aを導光板21の厚さ方向に延長するように形成された面である。一方反射面122bは、拡張面122aのうち基部22とは反対側の端部から単位光学要素部24側に延びるとともに基部22に近づくように傾斜して最終的には基部22に連結する面である。
そして光導入部122は拡張面122aの部位で単位光学要素部24よりも厚く突出しており、反射面122bにより薄くなりつつ基部22に接続している。ここで、図11にW3で示した光導入部122の導光方向長さは特に限定されることはないが、2mm以上5mm以下が好ましい。
The
The
The
このような光導入部122により次のように作用する。図12に説明のための図を示した。図12は図11と同じ視点による図である。光源126が単位光学要素部24と裏面プリズム部23との間隔よりも厚いとき、光源126を図12のように、入光面22a及び拡張面122aに亘って配置する。
光源126から出光した光のうち、入光面22aに入射した光L121は上記説明した通り導光板21内を導光方向に進行して、最終的に出光面(本形態では単位光学要素部24)から出光する。
一方、光源126から出光した光のうち、拡張面122aから入射した光L122は図12からわかるように、反射面122bで全反射して基部22に入射して導光方向に進むことができる。
Such a
Of the light emitted from the
On the other hand, of the light emitted from the
このように、光導入部122を設けることにより、光源126が導光板21の単位光学要素部24と裏面プリズム部23との間隔よりも厚いときでも光源126の光の損失を抑制して効率よく光を利用することができる。また逆に、光源126の厚さによらず、薄い導光板を作製することが可能である。そしてこのような薄い導光板121は上記説明した導光板の構造により可能となる。従って、本形態で光導入部122は単位光学要素部24と同様に基部22に一体に形成されており、溶融押出樹脂により構成されている。
Thus, by providing the
図13には変形例にかかる導光板121’、121”を説明する図で図11と同じ視点による図を示した。図13(a)は1つの変形例、図13(b)は他の変形例である。
図13(a)に示した導光板121’では、反射面122’bが曲面により形成されている。また図13(b)に示した導光板121”では、反射面122”bが折れ曲がった複数の面により構成されている。このような導光板でも上記と同様の効果を奏する。
FIG. 13 is a diagram for explaining
In the
図14は第三の形態を説明する図で、導光板221の斜視図である。導光板221は、上記導光板121に対して単位光学要素部24が配置されない例の導光板である。従って、基部22の表裏に形成される凸は、一方側は光導入部122であり、他方側は裏面プリズム部23である。
FIG. 14 is a perspective view of the
図15は第四の形態を説明する図で、図15(a)が導光板321の斜視図、図15(b)が導光板421の斜視図である。
図15(a)の導光板321は、上記導光板121に対して、基部22のうち光導入部122とは反対側の端部にもう1つの光導入部322が配置された例である。この導光板321は、導光方向一方及び他方の両方に光源が配置されるための導光板である。
図15(b)の導光板421は、導光板321に対して単位光学要素部24が配置されない例の導光板である。
FIGS. 15A and 15B are diagrams for explaining the fourth embodiment. FIG. 15A is a perspective view of the
The
The
10 映像源ユニット
12 液晶セル
13、14 偏光板
15 液晶パネル
20 面光源装置
21 導光板
22 基部
23 裏面プリズム部
23a 単位裏面プリズム
24 単位光学要素部
24a 単位光学要素
26 光源
30 プリズムシート
31 本体部
32 単位プリズム部
32a 単位プリズム
33 光拡散層
34 透光性樹脂層
35 光拡散粒子
122 光導入部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
光透過性を有するシート状の基部を有し、
前記基部の表裏それぞれには、凸となる部位が形成されており、
一方の面に形成される前記凸となる部位は前記基部と同じ材料である溶融押出樹脂からなる柱状の要素が設けられ、他方の面に形成される前記凸となる部位は電離放射線硬化樹脂からなる複数の柱状の要素が配列されている、導光板。 A light guide plate that guides light from a light source disposed on a light incident surface to obtain a surface light source,
It has a sheet-like base having light permeability,
Convex parts are formed on each of the front and back of the base,
Site serving as the convex is formed on one surface columnar elements ing from the molten extruded resin is the same material as the base portion is provided, the portion which becomes the convex formed on the other surface ionizing radiation curable resin A light guide plate in which a plurality of columnar elements are arranged.
前記導光板の前記入光面に配置される光源と、を備える面光源装置。 The light guide plate according to any one of claims 1 to 4,
And a light source disposed on the light incident surface of the light guide plate.
前記面光源装置の出光側に配置される液晶パネルと、を備える、映像源ユニット。 A surface light source device according to claim 5;
A liquid crystal panel disposed on a light output side of the surface light source device.
前記映像源ユニットを内包する筐体と、を備える液晶表示装置。 A video source unit according to claim 6;
A liquid crystal display device comprising: a housing containing the video source unit.
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