JPH095739A - 導光シ−ト及びその製造方法、及び前記導光シ−トを用いたバックライト及び前記バックライトを用いた液晶表示装置 - Google Patents

導光シ−ト及びその製造方法、及び前記導光シ−トを用いたバックライト及び前記バックライトを用いた液晶表示装置

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JPH095739A
JPH095739A JP7155735A JP15573595A JPH095739A JP H095739 A JPH095739 A JP H095739A JP 7155735 A JP7155735 A JP 7155735A JP 15573595 A JP15573595 A JP 15573595A JP H095739 A JPH095739 A JP H095739A
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Masaru Suzuki
優 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、光源からの光を液晶表示パネルに伝
達させる導光シ−トを用いたバックライトを用いた液晶
表示装置に関し、明るさが均一で高輝度の画像表示が得
られる液晶表示装置を提供することを目的とする。 【構成】導光シ−ト１は、屈折率の異なる２種以上の透
明なアモルファス層がシ−ト表面８に対して所定の角度
を為して積層されているものである。この導光シ−ト１
をバックライトに用いるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置のバック
ライトに利用され、光源からの光を液晶表示パネルに伝
達させる導光シ−ト及びその製造方法に関し、さらに前
記導光シ−トを用いたバックライト及び前記バックライ
トを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータやワード
プロセッサの表示装置として液晶表示パネルが多く用い
られるようになってきており、また液晶テレビ等も普及
していきていることから、それらの表示画質を向上させ
るために、液晶表示画面の明るさを均一にし、且つ高輝
度にする要求が高まってきている。
【０００３】従来の透過型液晶表示装置の構造を図１４
を用いて説明する。液晶表示パネル１００は所定のセル
ギャップで対向する上下２枚のガラス基板の間に液晶が
封入され上下２枚のガラス基板の内面に形成された電極
により液晶に電圧を印加して液晶を駆動するものであ
る。封入された液晶の液晶分子は上下方向にほぼ９０°
又は２７０°ねじれて配向させられており、液晶表示パ
ネル１００の両面には偏光板１１６、１１８が設けられ
ている。液晶表示パネル１００の裏面にはパネルに光を
供給するバックライト１０２が取付けられている。
【０００４】バックライト１０２の構造を説明する。例
えば断面がくさび形で液晶表示パネル１００裏面側に対
向する平面を有するアクリル樹脂等からなる導光体１０
４が設けられている。導光体１０４のくさび形断面の根
元部分に沿って例えば冷陰極管の線状光源１１４が取付
けられている。導光体１０４は、線状光源１１４からの
入射光を液晶表示パネル１００側に出射させるためにあ
る。
【０００５】図１４における導光体１０４の裏面には導
光体１０４中を伝播する光を乱反射させるためのドット
パターンが印刷されている。導光体１０４裏面全体には
反射シ−ト１０８が張り付けられている。偏光板１１６
と導光体１０４との間には光拡散板１１０、及び１又は
２枚のプリズムシ−ト１１２が設けられている。導光体
１０４を出射した輝度分布を有する光は光散乱板１１０
で拡散されてより均一にされ、１又は２枚のプリズムシ
−ト１１２を通過することにより所定の方向に集光され
て所定の出射角となって液晶表示パネル１００に入射す
る。
【０００６】従来よりバックライトに用いられている導
光体の導光方式を図１５を用いて説明する。図１５にお
いて、例えばアクリル樹脂からなる導光体１０４は平面
が長方形であり、一断面形状がくさび形をしており、こ
のくさび形状の両端において長さの長い方の端部側面に
光源として例えば冷陰極管の線状光源１１４が取付けら
れている。
【０００７】図１５（ａ）は、図１４に例示したものと
同一であるいわゆるドット印刷方式と呼ばれる導光体で
あり、導光体１０４の裏面に導光体１０４の屈折率とほ
ぼ同等又はより高い屈折率を有するインクによりドット
パターン１０６を形成したものである。このドットパタ
ーン１０６により導光体１０４中に入射した光を拡散さ
せて導光体１０４表面に導くようにしたものである。
【０００８】図１５（ｂ）は、いわゆる、しぼ方式と呼
ばれる導光体であり、導光体１０４を形成する金型にし
ぼ加工を施して導光体１０４裏面に光拡散のための微小
な凹凸を形成するようにしたものである。
【０００９】図１５（ｃ）は、いわゆる拡散散乱方式と
呼ばれる導光体で、２種以上の屈折率の異なるアクリル
系樹脂を混ぜ合わせることにより拡散反射を行わせよう
とするものである。
【００１０】図１５（ｄ）は、いわゆるグレータ方式と
呼ばれるもので、導光体１０４裏面にあたかもおろし金
のような形状の光反射面を形成したものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の導
光体を有するバックライトを液晶表示パネルに用いた場
合の表示の明るさや輝度分布について説明する。
【００１２】液晶表示パネル１００に封入されほぼ９０
°又は２７０°ねじれて配向された液晶分子には偏光光
を入射させる必要があるが、上述のいずれの導光体１０
４からも偏光光は出射し得ないので、導光体１０４と液
晶表示パネル１００との間には偏光板１１６を設けるこ
とが必須である。
【００１３】また導光体１０４からパネル方向に出射す
る光は充分に拡散／均一化されていないので、偏光板１
１６と導光体１０４との間には光拡散板１１０を設ける
必要があり、さらに、所定の方向に集光させるために１
又は２枚のプリズムシ−ト１１２を設けることも必要で
ある。
【００１４】このような構造のバックライトを有する液
晶表示装置の輝度について図１６を用いて説明する。導
光体１０４を出たばかりの出射光の輝度を１０００（ｃ
ｄ／ｍ２）とすると、この光は光拡散板１１０及びプリ
ズムシ−ト１１２を通過して所定の出射角の方向に集光
されて約１．９倍の１９００（ｃｄ／ｍ２）の輝度とな
る。
【００１５】次に、偏光板１１６を通過することにより
所定の偏光角で偏光され、ほぼ５５％の光量が失われて
（０．４５倍されて）、８５５（ｃｄ／ｍ２）の光量の
光で液晶表示パネル１００に入射する。液晶表示パネル
１００内では各表示画素の境界に設けられた遮光層（ブ
ラックマトリクス）等により規定される開口率により一
定量の光は失われ（ここでは、開口率は０．６５とし
た。）５５６（ｃｄ／ｍ２）の光量に減じられ、さら
に、カラー表示をさせる場合の赤（Ｒ）、青（Ｇ）、緑
（Ｂ）三原色のカラーフィルタを通過することにより
０．３３倍に減じられ、結局導光体１０４を出射した１
０００（ｃｄ／ｍ２）の光が１８３（ｃｄ／ｍ２）に減
少してしまう。
【００１６】このように、従来の構造のバックライト及
び液晶表示パネルを用いたのでは光源から出た光を充分
に効率よく伝達することができないという問題が生じて
いる。
【００１７】また、従来のバックライトの構造ではその
厚さが相対的に厚く、上述のパーソナルコンピュータや
ワードプロセッサ等の小型化に対応してバックライトを
薄型化させるのが困難であるという問題も有している。
【００１８】本発明の目的は、光源からの光を効率よく
伝達できる導光シ−トを提供することにある。また本発
明の目的は、光源からの光を効率よく伝達できるバック
ライトを提供することにある。さらに本発明の目的は、
システムの小型化に対応できる薄型のバックライトを提
供することにある。またさらに本発明の目的は、明るさ
が均一で高輝度の画像表示が得られる液晶表示装置を提
供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的は、入射した光
を導光して所望の方向に変換して出射する導光シ−トで
あって屈折率の異なる２種以上の透明なアモルファス層
がシ−ト表面に対して所定の角度を為して積層されてい
ることを特徴とする導光シ−トにより達成される。
【００２０】また上記目的は、導光シ−トのアモルファ
ス層の夫々の厚さは、アモルファス層の積層方向に所定
の層厚分布を有していることを特徴とする導光シ−トに
より達成され、層厚分布がシ−ト表面から出射する光の
強度分布がシ−ト表面中央を頂上とする山なりの分布と
なるような層厚分布、或はシ−ト表面から出射する光の
強度が平坦な分布となるような層厚分布であることを特
徴とする導光シ−トにより達成される。
【００２１】また上記目的は、導光シ−トの所定の角度
は、アモルファス層毎に所定の角度分布を有しているこ
とを特徴とする導光シ−トにより達成され、所定の角度
分布は、シ−ト表面中央部の角度と前記シ−ト表面周囲
部の角度とが異なる分布であることを特徴とする導光シ
−トにより達成される。
【００２２】さらに上記目的は、導光シ−トと、導光シ
−トの一端部に設けた光源とを有することを特徴とする
バックライトにより達成される。
【００２３】また上記目的は、導光シ−トの各アモルフ
ァス層の角度は、光源からの光を直接液晶表示パネル側
に反射させる角度であり、導光シ−トの液晶表示パネル
側と反対側の面に反射板が取付けられ、導光シ−ト他端
部端面にλ／４板及び反射板がこの順に設けられている
ことを特徴とするバックライトにより達成される。
【００２４】またさらに上記目的は、導光シ−トの各ア
モルファス層の角度は、光源からの光を直接液晶表示パ
ネル側に反射させない角度であり、導光シ−トの液晶表
示パネル側と反対側の面に偏光板と反射板とがこの順に
取付けられ、導光シ−ト他端部端面にλ／４板及び反射
板がこの順に設けられていることを特徴とするバックラ
イトにより達成される。
【００２５】さらに上記目的は、導光シ−トの液晶表示
パネル側に導光体が設けられていることを特徴とするバ
ックライトにより達成される。
【００２６】さらにまた上記目的は、液晶表示パネルの
透明基板を導光体の代わりに用いることを特徴とするバ
ックライトにより達成される。
【００２７】また上記目的は、導光シ−トで周囲を囲ま
れた光源を有することを特徴とするバックライトにより
達成される。
【００２８】また上記目的は、上記いずれかのバックラ
イトを備えたことを特徴とする液晶表示装置により達成
される。
【００２９】また上記目的は、所定の屈折率を有し所定
の厚さに形成されたフィルムを順次接着剤により接着し
て貼り重ねてほぼ直方体形状のフィルム積層体を形成
し、フィルム積層体を所望の角度と厚さで斜めに切断す
ることにより形成されることを特徴とする導光シ−トの
製造方法によって達成される。
【００３０】
【作用】本発明によれば、入射した光を導光して所望の
方向に変換して出射する導光シ−トが、屈折率の異なる
２種以上の透明なアモルファス層をシ−ト表面に対して
所定の角度を為すように積層させて形成されているの
で、この導光シ−トをバックライトに利用することによ
り、バックライトの導光体部分の光利用効率を向上させ
ることができる。また、導光体部分で予め偏光した光を
発生させることができるので、従来偏光板で吸収されて
いた光を減らすことができ、光利用効率をさらに向上さ
せることができる。さらにバックライトの光源の周囲に
この導光シ−トを使用することにより背面光の利用率を
向上させることができる。さらに液晶表示パネルからの
光放射角を制御可能にして視角特性を改善することもで
きるようになる。
【００３１】また、従来のバックライトの導光体を用い
ずに液晶表示装置のガラス基板に直接光を入れてバック
ライトとすることも可能で、さらに導光シ−トそのもの
が導光体の機能を有しているので導光体の代わりの用い
ることができ、従ってバックライトを極めて薄くするこ
とができるようになる。
【００３２】
【実施例】本発明の導光シ−ト及びその製造方法、及び
それを用いたバックライト及びそれを用いた液晶表示装
置の実施例を図１乃至図１３を用いて説明する。
【００３３】まず、本発明の導光シ−トの構造の実施例
を図１及び図２を用いて説明する。図１は本実施例にお
ける導光シ−トの斜視図である。図２は図１のＡ−Ａ断
面での部分断面図である。図１及び図２に示すように本
実施例の導光シ−ト１は、屈折率の異なる２種以上の透
明なアモルファス層がシ−ト表面８に対して所定の角度
を為して積層されているものである。ここで透明なアモ
ルファス層とは、ガラス等の無機物質、アクリル、ポリ
エチレン、ポリカーボネイト等の有機系フィルム、及び
硫化亜鉛、フッ化カルシウム、水晶石等の無機物質薄膜
等を指す。
【００３４】この導光シ−ト１を液晶表示装置のバック
ライトに利用する際に要求される種々の設計条件、例え
ば必要な光量、シ−ト表面での光量分布、集光特性等に
応じて、各アモルファス層の屈折率ｎ、厚さｔ、シ−ト
表面に対する傾き角θ、及びシ−トの厚さｈは、適宜変
化させることができる。
【００３５】図２に示した導光シ−ト１の断面図は、屈
折率１．５８及び１．４９の２種類のフィルム材例えば
ポリカーボネイト板、及びアクリル板からなる厚さｔ＝
６０μｍのフィルム４、６をシ−ト表面に対してθ＝４
５°傾けて空気層を介さずに積層した導光シ−ト１であ
る。導光シ−トの厚さｈは０．５ｍｍである。この実施
例では導光シ−ト１の形状は厚さの薄い直方体形状であ
り、幅ｗは２２ｃｍ、奥行きｄは１６ｃｍである。
【００３６】従って、奥行き方向にアモルファスのフィ
ルムは夫々９５０枚ずつ積層されている。アモルファス
層の厚さは人間の目で直視した場合でも線として認識で
きない位薄ければよいので、２００μｍ以下の厚さであ
ることが望ましい。また、導光シ−ト１のアモルファス
層の屈折率の分布は、１．１〜３．０であることが望ま
しい。
【００３７】このような構造の導光シ−ト１によれば、
この導光シ−ト１の一端部２から光を入射させると入射
光は導光シ−ト１内を導光しつつ一部は順次フィルム
４、６の境界面で反射して導光シ−ト１表面８から出射
し、一部は境界面で屈折して導光シ−ト１内を進んでい
く。また、逆進の法則により導光シ−ト１表面８から光
を入射させれば導光シ−トの一端部２から光を取り出す
ことができる。
【００３８】導光シ−ト１中を進む光をｓ偏光とｐ偏光
の光に分けて考えると、例えば屈折率が１．５３と１．
５０のフィルムがθ＝４５°に傾いて積層されている場
合、ｓ成分の光の反射率は０．０３７７２５、ｐ成分の
反射率は０．００００１４であり、ｓ成分の光の方がｐ
成分の光よりも約２６５０倍反射されるようになってい
る。
【００３９】次に、図３及び図４を用いて本実施例の導
光シ−ト１の製造方法を説明する。図３に示すように、
まず所定の屈折率を有し所定の厚さに形成されたフィル
ム４、６、・・・を順次接着剤５により接着して貼り重
ねていく。フィルムの厚さは現実には、量産のために入
手できるフィルム厚の限界という製造上の理由により６
０μｍ以上必要である。また、フィルムを接着する接着
剤５の厚さは、光学的薄膜干渉の生じない０．５μｍ以
上（通常は５〜３０μｍ）とすることが好ましい。
【００４０】このようにして、必要なフィルムが数百枚
から数千枚重なった例えば１０ｃｍ程度の高さの直方体
形状に形成する（図４（ａ））。そして、図示のよう
に、直方体形状のフィルム積層体７を所望の角度と厚さ
になるように斜めに切断してやることにより所望の導光
シ−ト１が完成する。図４（ｂ）に示した例は厚さ０．
５ｍｍに形成した導光シ−ト１の上下表面に、厚さ例え
ば０．０６ｍｍのフィルム９を貼り合わせたものであ
る。こうすることにより、導光シ−ト１は折り曲げたり
湾曲させて使用することも可能である。
【００４１】次に、上述の導光シ−トを従来の導光体に
取付けてバックライトを形成した実施例を図５及び図６
を用いて説明する。図５を用いて第１の実施例として導
光シ−ト１を用いたバックライトの構造を説明する。図
５は図１４で示した断面がくさび形の導光体１０４の裏
面に、印刷によるドットパターンの代わりに本実施例の
導光シ−ト１を張り付けたものである。そして、導光体
１０４のくさび形断面の根元部分に例えば冷陰極管等の
線状光源１１４が取付けられ、くさび形断面の先端部端
面にはλ／４板１２６を介して反射板１２４を取付けて
いる。本実施例においては、くさび形断面を有する導光
体を用いているが、平行平板の導光体を用いてもよいの
はもちろんである。
【００４２】図５中図示は省略したが導光体１０４表面
（図中上側）上に液晶表示パネルのガラス基板面が位置
している。導光体１０４とガラス基板との間には、偏光
板１１６のみが設けられているだけで拡散板１１０及び
プリズムシ−ト１１２は不要であるので取り除かれてい
る。
【００４３】導光シ−ト１は、積層されたアモルファス
層である各フィルム４、６等の界面で反射した光が直接
液晶表示パネルのガラス基板側に向かうように、図５に
示すように各フィルムの界面が左下から右上に向かう方
向でほぼ導光体１０４面に対して４５°の角度で導光体
１０４の裏面に張り付けられている。導光シ−ト１の裏
面には光反射板１０８が取付けられている。
【００４４】導光シ−ト１の積層されたフィルムは、交
互に屈折率が１．５３及び１．５８であり、導光体１０
４の屈折率は、それらより少し低い１．４９（例えば、
アクリル樹脂製）である。導光体１０４の屈折率は、導
光シ−ト１の積層フィルムの屈折率のうち最も大きい値
より小さい屈折率のものを使用すれば問題ないが、積層
フィルムの屈折率の最も小さい値より小さい屈折率のも
のを用いることが好適である。
【００４５】次に、動作を説明する。光源１１４から出
射された光は、導光体１０４に入射して導光体１０４内
を伝播する。このとき、導光体１０４内を伝播する光は
屈折率のわずかに大きい導光シ−ト１に屈折して入射し
各フィルムの界面で反射されて（図５の光の経路ａ）直
接ガラス基板に向かう。この光源１１４から導光シ−ト
１で直接反射した光はｓ偏光成分が多く、ｓ偏光を透過
させる偏光板１１６によりそのほとんどが液晶表示パネ
ルのガラス基板に入射する。
【００４６】次に、導光体１０４内を伝播する光は相対
的にｐ偏光の光が多くなり、それらの光は導光体１０４
線端部端面まで到達し、λ／４板１２６を通過して反射
板１２４で反射し再びλ／４板１２６を通過して導光体
１０４内に戻される。このときλ／４板を２回通過する
ことにより光はｐ偏光からｓ偏光に変換されている。こ
のｓ偏光にされた光が導光体１０４から導光シ−ト１に
屈折して入射して各フィルム層の界面で反射され、裏面
の反射板１０８により反射されてガラス基板方向に出射
する（図５の光の経路ｂ）。この光もｓ偏光成分を多く
含んでおり、従って偏光板１１６を通過してガラス基板
に到達することができる。
【００４７】さらに、ガラス基板まで到達したがガラス
基板面等で反射してしまった光は、本実施例のバックラ
イトが従来のような拡散板やプリズムシ−トを有してい
ないことからそのまま再び導光体１０４内に進み、反射
板１０８で反射されて再度ガラス基板方向に反射される
（図５の光の経路ｃ）。
【００４８】このように本実施例によれば、従来のバッ
クライトの導光体の裏面に、印刷のドットパターンの代
わりに各積層フィルムが導光体１０４に対してほぼ４５
°傾いた導光シ−ト１を用い、そして導光体１０４端面
にλ／４板１２６及び反射板１２４を張り付けることに
より、導光体１０４面に垂直に出射する光の量が増大
し、バックライトの導光体部分の（導光）効率を向上さ
せることができ、また、プリズムシ−トを用いなくても
液晶表示パネルからの光放射角を制御可能にして視角特
性を改善することもできるようになる。
【００４９】図６は第２の実施例として直方体の導光板
を用い、ランプからの一次光が導光シ−トの裏面側に反
射する角度でアモルファス層を積層した導光シ−トを用
いた例である。図６を用いて第２の実施例の導光シ−ト
１を用いたバックライトの構造を説明する。図６は図Ｘ
で示した断面がくさび形の導光体１０４の裏面に、印刷
によるドットパターンの代わりに本実施例の導光シ−ト
１を張り付けたものである。そして、導光体１０４の一
端部に例えば冷陰極管等の線状光源１１４が取付けら
れ、他端部端面にλ／４板１２６を介して反射板１２４
を取付けている。本実施例においては、薄い直方体（平
行平板）の導光体を用いているが、くさび形断面の導光
体を用いてもよいのはもちろんである。
【００５０】図６中図示は省略したが導光体１０４表面
（図中上側）上に液晶表示パネルのガラス基板面が位置
している。導光体１０４とガラス基板との間には、偏光
板１１６、拡散板１１０及びプリズムシ−ト１１２のい
ずれも不要であるので取り除かれている。本実施例のバ
ックライトの場合には、偏光板１１６は導光シ−ト１の
裏面に設けられている。
【００５１】導光シ−ト１は、積層されたアモルファス
層である各フィルム４、６等の界面で反射した光が一度
導光シ−ト１の裏面側に張り付けられた反射板１０８に
入射し、その反射光が液晶表示パネルのガラス基板側に
向かうように、図６に示すように各フィルムの界面が左
上から右下に向かう方向でほぼ導光体１０４面に対して
４５°の角度で導光体１０４の裏面に張り付けられてい
る。導光シ−ト１の裏面には偏光板１１６を介して光反
射板１０８が取付けられている。
【００５２】導光シ−ト１の積層されたフィルムは、交
互に屈折率が例えば１．５０及び１．５３であり、導光
体１０４の屈折率は、それらより少し低い１．４９（例
えば、アクリル樹脂製）である。導光体１０４の屈折率
と導光シ−ト１の積層フィルムの屈折率との関係は第１
の実施例と同様である。
【００５３】次に、動作を説明する。光源１１４から出
射された光は、導光体１０４に入射して導光体１０４内
を伝播する。このとき、導光体１０４内を伝播する光は
屈折率のわずかに大きい導光シ−ト１に屈折して入射し
各フィルムの界面で反射されて一旦偏光板１１６を通過
して反射板１０８で反射し再度偏光板１１６を通過して
ｓ偏光の光としてガラス基板に入射する（図６の光の経
路ａ）。
【００５４】次に、導光体１０４内を伝播する光は相対
的にｐ偏光の光が多くなり、それらの光は導光体１０４
線端部端面まで到達し、λ／４板１２６を通過して反射
板１２４で反射し再びλ／４板１２６を通過して導光体
１０４内に戻される。このときλ／４板を２回通過する
ことにより光はｐ偏光からｓ偏光に変換されている。こ
のｓ偏光にされた光が導光体１０４から導光シ−ト１に
屈折して入射して各フィルム層の界面で反射され、ガラ
ス基板方向に出射する（図６の光の経路ｂ）。
【００５５】さらに、ガラス基板まで到達したがガラス
基板面等で反射してしまった光は、本実施例のバックラ
イトが従来のような拡散板やプリズムシ−トを有してい
ないことからそのまま再び導光体１０４内に進み、反射
板１０８で反射されて再度ガラス基板方向に反射される
（図６の光の経路ｃ）。
【００５６】このように、従来のバックライトの導光体
の裏面に印刷のドットパターンの代わりに各積層フィル
ムが導光体１０４に対して４５°傾いた導光シ−ト１を
用い、そして導光体１０４端面にλ／４板１２６及び反
射板１２４を張り付けることにより、導光体１０４面に
垂直に出射する光の量が増大し、バックライトの導光体
部分の（導光）効率を向上させることができ、また、プ
リズムシ−トを用いなくても液晶表示パネルからの光放
射角を制御可能にして視角特性を改善することもできる
ようになる。
【００５７】次に、図７を用いて導光シ−トの輝度分布
と導光シ−トを構成する積層フィルムの層厚の制御につ
いて説明する。上記第１及び第２の実施例においては、
導光シ−ト１の各積層フィルムの層厚は一定としていた
が、これだと輝度分布は当然光源１１４に近い方が明る
くなる。
【００５８】この場合各層の透過率をＴ、光源近傍を基
準とした層の番号をｎ （Ｔ＜１、ｎ＝１，２，３，・
・・）とすると、 Ｌ（ｎ）＝Ｌ０・Ｔｎ ・・・（１） 但し、Ｌ（ｎ）：ｎ番目の輝度、Ｌ０：光源の輝度とな
る。
【００５９】式（１）をもとにして、例えば全く均一な
輝度分布を得たいならば、各層でのフィルム厚を Ａ（ｎ）＝Ａ０（１／Ｔｎ） ・・・（２） とすればよい。
【００６０】このように、積層フィルムの層厚をコント
ロールすることにより任意の輝度分布を得ることが可能
になる。
【００６１】図７に示したものはこれを中央山形の輝度
分布にさせたものである。図７は、第１の実施例での構
造を例として主要構造のみを（ｂ）に示している。図７
（ａ）に目標とする輝度分布を示している。液晶表示パ
ネルの中央から左右に例えば９０ｍｍの範囲を区切り、
中央の輝度を１００とした場合破線で示すようになだら
かな中央山形の輝度分布を得るには、図７（ｃ）の実線
で示す平均層厚で各積層フィルムの層厚を変化させれば
よい。ここで横軸は各フィルムの導光シート内での位
置、縦軸は平均層厚を示している。
【００６２】図７においては、積層フィルムの層厚に着
目して説明した。更なる説明は省略するが導光シ−ト１
内の各フィルムの角度、屈折率を連続的に又は段階的に
変化させることにより、さらに所望の輝度分布を得るこ
とができるのはもちろんである。
【００６３】次に、本実施例の導光シ−トを液晶表示装
置のアレイ側ガラス基板に直接取付けた液晶表示装置を
第３の実施例として図８を用いて説明する。図８に示す
液晶表示装置は、従来のような導光体やプリズムシ−ト
からなるバックライト構造を有さず、液晶表示パネルの
アレイ側ガラス基板に直接導光シ−ト１が張り付けられ
ている点に第１の特徴を有している。
【００６４】図８を用いて第３の実施例としての導光シ
−ト１を用いたバックライトの構造を説明する。液晶表
示パネル１００は例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等
のスイッチング素子と画素電極等が形成されたアレイ側
ガラス基板１２０と、所定のセルギャップで対向して設
けられ、Ｒ、Ｇ、Ｂ三原色のカラーフィルタが各画素電
極に対応して形成され、各カラーフィルタ間に遮光層で
あるブラックマトリクスが形成されたセル側ガラス基板
１２２とからなる。アレイ側ガラス基板１２０とセル側
ガラス基板１２２との間には液晶１３０が封入されてい
る。
【００６５】アレイ側ガラス基板１２０のセル側基板１
２２と反対側の面（以下、裏面という。）に導光シ−ト
１が張り付けられている。本実施例においては、アレ
イ、セル基板共厚さは約１．１ｍｍであり、導光シ−ト
１の厚さは約０．５ｍｍである。
【００６６】アレイ側ガラス基板１２０及び導光シ−ト
１の一端部に例えば冷陰極管等の線状光源１１４が取付
けられ、他端部端面にλ／４板１２６を介して反射板１
２４が取付けられている。
【００６７】導光シ−ト１は、積層されたアモルファス
層である各フィルム４、６等の界面で反射した光が一度
導光シ−ト１の裏面側に張り付けられた反射板１０８に
入射し、その反射光が液晶表示パネルのガラス基板側に
向かうように、図８に示すように各フィルムの界面が左
上から右下に向かう方向でほぼガラス基板１２０面に対
して４５°の角度でガラス基板１２０の裏面に張り付け
られている。導光シ−ト１の裏面と反射板１０８との間
には偏光板１１６が挿入されている。
【００６８】導光シ−ト１の積層されたフィルムは、交
互に屈折率が例えば１．６５及び１．６２であり、ガラ
ス基板１２０の屈折率は、それらより少し低い１．６０
である。ガラス基板１２０の屈折率と導光シ−ト１の積
層フィルムの屈折率の関係も第１の実施例で説明したの
と同様である。
【００６９】次に、動作を説明する。光源１１４から出
射された光は、ほとんどがガラス基板１２０に入射し、
一部は直接導光シ−ト１端面から入射する。ガラス基板
１２０を伝播する光は屈折率のわずかに大きい導光シ−
ト１に屈折して入射し各フィルムの界面で反射されて一
旦偏光板１１６を通過して反射板１０８で反射し、再度
偏光板１１６を通過してｓ偏光の光としてガラス基板に
入射する（図８の光の経路ａ）。
【００７０】次に、ガラス基板１２０及び導光シ−ト１
内を伝播する光は相対的にｐ偏光の光が多くなり、それ
らの光はガラス基板１２０及び導光シ−ト１先端部端面
まで到達し、λ／４板１２６を通過して反射板１２４で
反射し再びλ／４板１２６を通過してガラス基板１２０
及び導光シ−ト１内に戻される。このときλ／４板を２
回通過することにより光はｐ偏光からｓ偏光に変換され
ている。このｓ偏光にされた光がガラス基板１２０から
導光シ−ト１に屈折して入射して各フィルム層の界面で
反射され、ガラス基板方向に出射する（図８の光の経路
ｂ）。
【００７１】さらに、ガラス基板１２０まで到達した
が、ガラス基板１２０面等で反射してしまった光は、再
びガラス基板１２０内に進み、反射板１０８で反射され
て再度ガラス基板１２０方向に反射される（図８の光の
経路ｃ、ｄ）。
【００７２】また、セル側ガラス基板１２２で反射した
光も再びアレイ側ガラス基板１２０及び導光シ−ト１を
通過して結局反射板１０８で反射して再度ガラス基板１
２０方向に反射される（図８の光の経路ｅ）。
【００７３】このように、液晶表示パネルのガラス基板
に直接導光シ−ト１を張り付け、ガラス基板１２０端面
にλ／４板１２６及び反射板１２４を張り付けることに
より、ガラス基板１２０面に垂直に出射する光の量が増
大し、導光効率を向上させることができ、また、プリズ
ムシ−トを用いなくても液晶表示パネルからの光放射角
を制御可能にして視角特性を改善することもできるよう
になる。さらに、導光体を不要としているのでバックラ
イト領域を薄くすることができる。
【００７４】次に、導光シ−トのみでバックライトを実
現した実施例を第４の実施例として図９を用いて説明す
る。図９に示す液晶表示装置は、第３の実施例の図８に
示した導光シ−トの厚さが０．５ｍｍであったのに対し
て、導光シ−トの厚さを例えば５ｍｍ程度に厚くした点
で相違している。導光シ−ト１の厚さを厚くして導光シ
−ト１端面から光源１１４の光を大部分直接入射させる
ようにして、光源１１４の径の大きさに合わせて導光シ
−ト１の厚さを決めてやることにより、ガラス基板１２
０を導光体の代わりに利用する必要をなくしたものであ
る。本実施例においても、導光効率を向上させるととも
にバックライトの厚さを極端に薄くさせることができる
利点を有している。
【００７５】図９で示した液晶表示装置の表示の明るさ
について図１０を用いて説明する。導光シ−ト１を伝播
する光の光量を１０００（ｃｄ／ｍ２）とすると、この
光は偏光板１１６を通過し反射板１０８で反射されガラ
ス基板１２０の方向に出射する。このとき光のロスを２
割程度見込みガラス基板１２０に入射する光は約８００
（ｃｄ／ｍ２）の光量となる。
【００７６】次に、液晶表示パネル１００内では各表示
画素の境界に設けられた遮光層（ブラックマトリクス）
等により規定される開口率（例えば、０．６５とする）
により、６５％の光は透過し（図中ａ）、３５％の光は
反射して再び導光シ−ト１及び偏光板１１６を通過して
反射板１０８で反射してガラス基板１２０に入射する
（図中ｂ）。
【００７７】従って、全体としてガラス基板１２０に入
射する光は、８００ｘ（０．６５＋０．３５ｘ０．８）
＝８００ｘ０．９３＝７４４（ｃｄ／ｍ２）となる。さ
らに、カラー表示をさせる場合の赤（Ｒ）、青（Ｇ）、
緑（Ｂ）三原色のカラーフィルタが形成されたセル側ガ
ラス基板１２２を通過することにより０．３３倍に減じ
られ、また、セル側ガラス基板１２２で反射されて再び
反射板１０８で反射されてセル側ガラス基板１２２に入
射する光が６割あるとして、７４４ｘ（０．３３＋０．
６７ｘ０．６）＝７４４ｘ０．７３＝５４３（ｃｄ／ｍ
２）の光量を得ることができるようになる。
【００７８】本実施例の導光シ−トを用いたバックライ
トであれば、従来の構造のバックライトを用いた場合の
１８３（ｃｄ／ｍ２）に比較して約３倍程度の光量の増
加を達成することができると共に、バックライトを極め
て薄く形成することもできるようになる。
【００７９】次に、導光シ−トを利用して液晶表示装置
の視覚特性を改善させた実施例を図１１及び図１２を用
いて説明する。図１１は液晶表示パネル１００の表示画
面１３２を観察者１３４が見ている状態を示している。
パネル１００の左右点から引かれた実線は、左右夫々の
点での視角を表しており、当該視角はバックライトから
の光の方向に依存する割合が大きい。図１１に示す実線
の視角では、観察者１３４はほんの少し視点を移動させ
ても左右両方又はいずれかの領域が暗く見えてしまう。
そこで、図１１の破線に示すように視角の中心を表示領
域の内側に移動させてやるようにすれば、観察者１３４
のある程度の視点の移動があっても表示が暗くなる領域
を減少させることができるようになる。
【００８０】図１２（ａ）に示すように導光シ−ト１の
積層フィルムの傾きが４５°の場合は面から垂直方向を
中心として光は出射される。一方図１２（ｂ）に示すよ
うに中央より左右の積層フィルムの傾きを小さくしてや
ると左から来た光は右側に、右から来た光は左側に出射
される。このような導光シ−ト１を形成するにはシ−ト
の製造時にシ−トが固化する際に圧力をかけると層の傾
きが小さくなることを利用して特定の形状でプレスする
ことにより形成することができる。
【００８１】このように導光シ−ト１の積層フィルムの
角度を位置により変化させることにより視角特性を改善
させることができる。
【００８２】次に、導光シ−トを利用して光源の背面光
を有効利用して光量を増加させたバックライトについて
図１３を用いて説明する。光源の背面光とは、光源から
導光体（或はアレイ側ガラス基板）、或は導光シ−トに
直接入射する方向とは逆に光源のカバー（図示せず）側
に向かう光である。
【００８３】図１３（ａ）に示すように、線状光源１１
４の周囲には例えば屈折率１．６で厚さ１．０ｍｍ程度
の透明フィルム１４０が形成され、透明フィルム１４０
の外側に上記実施例の導光シ−ト１が接着されている。
導光体シ−ト１の外周には反射シ−ト１４４が巻きつけ
られている。導光シ−ト１の上下端面及び透明フィルム
１４０の上下端面は、液晶表示パネルのアレイ側ガラス
基板、或はガラス基板下部面に位置する導光体或は導光
シ−トに接続されている。
【００８４】図１３（ｂ）に示すように、導光シ−ト１
の各積層フィルムの角度は透明フィルム１４０面に対し
て約６０°に設定してある。背面光として透明フィルム
１４０に入射した光は導光シ−ト１に入射して各積層フ
ィルムで反射されて反射フィルム１４４に到達しそこで
反射されて再び透明フィルム１４０に入射する。透明フ
ィルム１４０に入射した光はほとんどが透明フィルム１
４０内を全反射してフィルム上端面に到達し、そこから
導光体等に入射する。
【００８５】光源１１４の周囲を導光シ−トを利用して
このような構造にすることにより、従来は利用できなか
った背面光を利用して光量の増加を図ることができるよ
うになる。
【００８６】以上のとおり、上記実施例によれば、バッ
クライトの導光体部分の（導光）効率を向上させること
ができ、またバックライトのランプの背面光の利用率を
向上させることができ、液晶表示パネルからの光放射角
を制御可能にして視角特性を改善することもでき、バッ
クライトの導光体を無くして、液晶表示装置のガラス基
板に直接光を入れてバックライトとすることによりバッ
クライトを極めて薄くすることができる。
【００８７】本発明は、上記実施例に限らず種々の変形
が可能である。例えば、上記実施例において、光源の背
面光を有効利用するために光源周囲に透明フィルム１４
０、導光シ−ト１の順に配置したが、逆に光源側から導
光シ−ト、透明フィルムの順に配置しても同様の効果を
得ることができる。
【００８８】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、光源から
の光を効率よくパネルに伝達させることができるととも
に、バックライトを薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による導光シ−トを示す斜視
図である。
【図２】本発明の一実施例による導光シ−トのＡ−Ａ断
面図である。
【図３】本発明の一実施例による導光シ−トの製造方法
を示す図である。
【図４】本発明の一実施例による導光シ−トの製造方法
を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例によるバックライトを示
す図である。
【図６】本発明の第２の実施例によるバックライトを示
す図である。
【図７】平均層厚と輝度分布を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施例によるバックライトを示
す図である。
【図９】本発明の第４の実施例によるバックライトを示
す図である。
【図１０】図９で示した液晶表示装置の表示の明るさに
ついての説明図である。
【図１１】視角特性を説明する図である。
【図１２】導光シ−トの積層フィルムの角度を変化させ
て視角特性を改善指せる方法を示す図である。
【図１３】導光シ−トを利用して光源の背面光を導光体
等に伝播させる構造を示す図である。
【図１４】従来の液晶表示装置の構造を説明する図であ
る。
【図１５】従来の導光体を説明する図である。
【図１６】従来の液晶表示装置の表示の明るさを説明す
る図である。
【符号の説明】
１ 導光シ−ト ２ 一端部 ４ フィルム ５ 接着剤 ６ フィルム ７ フィルム積層体 ８ 表面 ９ フィルム １００ 液晶表示パネル １０２ バックライト １０４ 導光体 １０６ ドットパターン １０８ 反射板 １１０ 拡散板 １１２ プリズムシ−ト １１４ 光源 １１６ 偏光板 １１８ 偏光板 １２０ アレイ側ガラス基板 １２２ セル側ガラス基板 １２４ 反射板 １２６ λ／４板 １３０ 液晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 優 神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本ア イ・ビー・エム株式会社 大和事業所内 (72)発明者 百瀬 佳典 神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本ア イ・ビー・エム株式会社 大和事業所内

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入射した光を導光して所望の方向に変換し
    て出射する導光シ−トであって、 屈折率の異なる２種以上の透明なアモルファス層がシ−
    ト表面に対して所定の角度を為して積層されていること
    を特徴とする導光シ−ト。
  2. 【請求項２】請求項１記載の導光シ−トにおいて、 前記アモルファス層の夫々の厚さは、前記アモルファス
    層の積層方向に所定の層厚分布を有していることを特徴
    とする導光シ−ト。
  3. 【請求項３】請求項２記載の導光シ−トにおいて、 前記層厚分布は、前記シ−ト表面から出射する光の強度
    分布が前記シ−ト表面中央を頂上とする山なりの分布と
    なるような層厚分布であることを特徴とする導光シ−
    ト。
  4. 【請求項４】請求項２記載の導光シ−トにおいて、 前記層厚分布は、前記シ−ト表面から出射する光の強度
    が平坦な分布となるような層厚分布であることを特徴と
    する導光シ−ト。
  5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の導光シ
    −トにおいて、 前記アモルファス層の最大層厚は２００μｍ以下である
    ことを特徴とする導光シ−ト。
  6. 【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の導光シ
    −トにおいて、 前記所定の角度は、前記アモルファス層毎に所定の角度
    分布を有していることを特徴とする導光シ−ト。
  7. 【請求項７】請求項６記載の導光シ−トにおいて、 前記所定の角度分布は、前記シ−ト表面中央部の角度と
    前記シ−ト表面周囲部の角度とが異なる分布であること
    を特徴とする導光シ−ト。
  8. 【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載の導光シ
    −トにおいて、 前記アモルファス層の屈折率の分布は、１．１〜３．０
    であることを特徴とする導光シ−ト。
  9. 【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載の導光シ
    −トと、 前記導光シ−トの一端部に設けた光源とを有することを
    特徴とするバックライト。
  10. 【請求項１０】請求項９記載のバックライトにおいて、 前記導光シ−トの前記各アモルファス層の角度は、前記
    光源からの光を直接液晶表示パネル側に反射させる角度
    であり、 前記導光シ−トの前記液晶表示パネル側と反対側の面に
    反射板が取付けられ、 前記導光シ−ト他端部端面にλ／４板及び反射板がこの
    順に設けられていることを特徴とするバックライト。
  11. 【請求項１１】請求項９記載のバックライトにおいて、 前記導光シ−トの前記各アモルファス層の角度は、前記
    光源からの光を直接液晶表示パネル側に反射させない角
    度であり、 前記導光シ−トの前記液晶表示パネル側と反対側の面に
    偏光板と反射板とがこの順に取付けられ、 前記導光シ−ト他端部端面にλ／４板及び反射板がこの
    順に設けられていることを特徴とするバックライト。
  12. 【請求項１２】請求項９乃至１１のいずれかに記載のバ
    ックライトにおいて、 前記導光シ−トの前記液晶表示パネル側に導光体が設け
    られていることを特徴とするバックライト。
  13. 【請求項１３】請求項１２記載のバックライトにおい
    て、 前記液晶表示パネルの透明基板を前記導光体の代わりに
    用いることを特徴とするバックライト。
  14. 【請求項１４】請求項１記載の導光シ−トで周囲を囲ま
    れた光源を有することを特徴とするバックライト。
  15. 【請求項１５】請求項９乃至１３のいずれかに記載のバ
    ックライトにおいて、 請求項１記載の導光シ−トで周囲を囲まれた光源を有す
    ることを特徴とするバックライト。
  16. 【請求項１６】請求項９乃至１５のいずれかに記載のバ
    ックライトを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  17. 【請求項１７】所定の屈折率を有し所定の厚さに形成さ
    れたフィルムを順次接着剤により接着して貼り重ねてほ
    ぼ直方体形状のフィルム積層体を形成し、 前記フィルム積層体を所望の角度と厚さで斜めに切断す
    ることにより形成されることを特徴とする導光シ−トの
    製造方法。
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