JPH11190844A

JPH11190844A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11190844A
Application number: JP9359256A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Hiyoshi; 康夫日良; Hitoshi Taniguchi; 斉谷口; Yuji Mori; 裕ニ森
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Electronic Devices Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Electronic Devices Co Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【目的】光利用効率が高く、輝度むら発生のない、また
モアレの発生のない、安定した特性を有した液晶表示装
置を提供する。【解決手段】光源からの光を導光板を介して液晶表示パ
ネルに導くようになした液晶表示装置において、導光板
として、適切な平面形状、深さまたは高さ、断面形状、
面粗さもつマイクロドットを有する導光板を用い、光源
からの光を、上記導光板を介して液晶表示パネルに導く
ようになしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光を導
光板を介して液晶表示パネルに導くようになした液晶表
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の小型化が
推進され、ラップトップ形といわれる携帯可能な機種が
広く普及している。このラップトップ形においては、そ
の表示は通常液晶装置が用いられているが、近年のカラ
ー表示化に伴い、液晶表示板の背後に光源を配設し、表
示面全体を裏側から照明するようにしたバックライト形
の表示装置が普及しつつある。このような表示装置のバ
ックライトとしての光源は、輝度が高く、しかも輝度の
ムラがなく平面全体を照明する必要がある。輝度を向上
させるためには、光源の輝度を上げれば簡単であるが、
ラップトップ形のパーソナルコンピュータ等においては
電池などを駆動源としているために、光源の輝度を上げ
るのは限界があり、従来有効な方法がなかった。

【０００３】特開平４−１６２００２号公報、特開平６
−６７００４号公報が公知例として挙げられる。従来の
液晶表示素子用エッヂライト方式の照明装置としては、
図２に示すように、光源１として冷陰極管や熱陰極管等
のランプを使用し、これを透過性材料からなる導光板２
の端面に配置し、導光板２の上面に照明面の輝度を面全
体に渡って均一化するための光散乱効果を有する乳白色
の合成樹脂からなる拡散シート３が設けられている。更
にその上面には、拡散光をある程度収束して、表示装置
の正面の輝度を向上させるための第１プリズムシート４
および第２プリズムシート５が配置されている。

【０００４】また、導光板２の光出射表面と反対側の導
光板裏面には、導光板２に導かれた光を拡散シート３方
向に散乱させるための光拡散層６が設けられている。こ
こで、光拡散層６から出射された光の輝度をさらに均一
化するために、光拡散層の構造および製造方法は次のよ
うになっている。

【０００５】図３に光拡散層の構造を示す。すなわち、
光拡散層６は、導光板２の裏面に酸化チタン、ガラスビ
ーズ等を用いた複数の光拡散物質が、印刷等の技法を用
いて形成されている。光源１からの光強度は、光源から
遠ざかるに従って低下する。従って導光板２における光
拡散層６の光拡散物質の面積は、光源１から遠ざかるに
従って大きくなるように形成されている。光拡散層６の
下面には、反射シート７が配置されている。

【０００６】また特開平７−２９４７４５号公報のよう
に、導光板底面にグレーティング溝を形成して、導光板
に入射した光を反射させる方式の導光板が提案されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の照明装置では、光源１から出射された光は、導光板
２に導かれ、光拡散層６の光拡散物質により散乱される
構成になっているため、導光板に入射した光量のかなり
の部分が損失し、液晶表示パネルに対して水平方向に出
射してしまい、液晶表示装置の輝度向上を図る上での隘
路となっていた。

【０００８】また、グレーティング溝を形成した従来の
導光板の場合には、輝度の向上は図れるものの、グレー
ティング溝による導光板の出射光と、液晶表示装置を構
成する部材例えば液晶セルの規則的パターンとが干渉し
て、モアレが発生するという問題点がある。これを解決
するためには、光を強力に拡散させるためのシートを併
用しなければならないという欠点があり、結果的に十分
な輝度向上を図ることができない。また、グレーティン
グ溝を形成する方式の場合、導光板面の全面にわたって
均一な輝度を得ることが困難であるばかりか、バックラ
イトの輝度分布を調整すること、即ち意識的にバックラ
イトの輝度分布を不均一にして、液晶表示装置本体の面
内透過率の不均一性を補正する必要が有り場合、これを
実現することが困難であった。

【０００９】本発明はこのような現状を打開するために
なされたもので、従来の欠点を改善して、光源の輝度を
上げることなく、輝度の向上を図ることのできる液晶表
示装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の液晶表示装置は、光源からの光を導光板を
介して液晶表示パネルに導くようになした液晶表示装置
において、導光板入射面からの光を透過面方向に所定の
角度に光の進行方向を変化させるための複数のマイクロ
ドットを形成した導光板を用いる。また必要に応じて、
導光板の下面に反射シートを配置する。

【００１１】さらに、光の進行方向を変化させるために
形成したマイクロドットの大きさ、形状、具体的には断
面形状、平面形状及び配置、分布を適正化する。またマ
イクロドットを含む導光板面の平滑性を向上させて光の
散乱を小さくして、散乱光の発生を抑制する。即ち、光
の散乱成分を小さくして、導光板の光透過面から出射し
た光束の方向が、導光板面に対して光束の中心が鉛直に
対して適切な方向に輝度が最も高くなるようにマイクロ
ドットの断面形状を定める。

【００１２】これらによって、導光板光出射面からの光
出射方向を、光出射面に対して平行方向の出射光成分を
減少させて、液晶パネルに対して鉛直方向の出射光成分
を増加させ、液晶表示装置の輝度を向上し、同時に液晶
表示装置の輝度分布を適正化するものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
例に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の液晶表
示装置に使用されるバックライトの斜視図及び、導光板
２の光の進行方向を変化させるための複数の小凸部また
は小凹部からなるマイクロドット９を形成した導光板の
斜視図及びマイクロドット９の断面図である。この液晶
表示装置におけるバックライトは、光源１、導光板２、
反射シート７を最小構成要素としており、導光板２に
は、裏面または上面にクレータ状の多数のマイクロドッ
ト９が形成されている。

【００１４】図１において、光源１からの出射光はリフ
レクタ１４で集光されて導光板２の入射端面８で導光板
入射光１０として導光板２に入射し、導光板導波光１２
となり、他方の端面１１（右端）に向かって、導光板底
面１３および光透過面１６で全反射を繰り返しながら進
行する。導光板導波光１２のうちマイクロドット斜面１
５に入射した光は反射して光透過面１６にあたり、そこ
で屈折して光透過面１６から出射して液晶表示素子に照
明光として入射する。また、導波光１２のうち導光板底
面１３を透過した光は、反射シート７で反射して、再び
導光板内にもどり、反射を繰り返しながら光透過面１６
から出射し、拡散シート、プリズムシート（図示せず）
を通過した後、液晶表示素子への照明光となる。

【００１５】光源１からの光強度は、一般的に導光板２
内で光源１から遠ざかるにつれて低下するので、それに
応じてマイクロドットの密度、すなわち単位面積当たり
のマイクロドットの数を変化させ、照明光の強度分布す
なわちバックライト輝度が導光板２の全面に渡って均一
になるようにする。本発明では、単一光源の場合、マイ
クロドットの密度は光源側入射端面８から相対する導光
板端面１１に向かって、指数関数的、あるいはべき乗的
に増加するように形成するのがよい。

【００１６】図４（イ），（ロ），（ハ）は導光板に形
成されたマイクロドットを示したものであり、（イ）の
ように矩形、（ロ），（ハ）のように円形等各種の形状
のマイクロドットを用いることができ、また導光板面に
対してマイクロドットが凹状であったり、凸状であった
りすることができる。

【００１７】表１は、本発明の最も好ましい実施形態を
まとめたものであり、マイクロドットの断面傾斜角、深
さ、高さ、平面形状、大きさ、マイクロドットの配置、
マイクロドットの密度分布等の具体的内容とその効果を
示した。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１に基づいて本発明を説明するのに先立
ち、各種パラメータの定義、測定方法等に関して述べ
る。図５は導光板の配置を説明するための図である。光
源の長手方向とは、図５のＸ方向即ち、光源に対して平
行方向である。光源に対して垂直方向とは、Ｙ方向のこ
とである。

【００２０】図６〜８はマイクロドット形状を示した図
である。まずマイクロドット深さｄは、図６〜８で定義
される。即ちマイクロドットが凹の場合、マイクロドッ
ト上面とマイクロドット底面の距離の最大値をマイクロ
ドット深さｄと定義する。またマイクロドットが凸の場
合にも、同様にして凸マイクロドット下面と導光板平面
の距離の最大値をマイクロドット深さｄと定義する。

【００２１】マイクロドット断面傾斜角α、α’は、図
６に示すようにマイクロドット深さｄを３等分した点
ａ，ｂまたはａ’、ｂ’を結んだ直線と導光板面のなす
角度として定義される。

【００２２】マイクロドット形状が略矩形の場合、長辺
の長さＬ、短辺の長さＷｓは図７のように定義される。
図８はマイクロドット形状が略楕円もしくは略台形の場
合のパラメータの定義である。この場合短辺長さＷｓ
は、最も短い部分の辺の長さをＷｓ１、最も部分の辺の
長い辺の長さをＷｓ２とし、その平均値をＷｓとする。

【００２３】図９は、導光板の平面部分の名称を示した
図である。光源１に対して垂直に導光板を３分割した場
合、その中心部分を導光板中心部２ａと称する。左右の
端部をそれぞれ導光板左端部２ｂ，右端部２ｃと称す
る。一方光源１に対して平行に導光板２を分割した場
合、光源１に近い部分を導光板上流部２α、光源１から
遠い部分を導光板下流部２γ、中間部分を導光板中流部
２βと称する。

【００２４】次に導光板のマイクロドット形成面の面粗
さに関して述べる。図１０は凸マイクロドット、図１１
は凹マイクロドットに関する導光板の面粗さの測定箇所
を示した図である。面粗さは、図１０、図１１に示した
ように、マイクロドットの形成部分における（２）〜
（７）の部分、及びマイクロドットが形成されていない
箇所即ち図における（１）と（８）の部分に関しても規
定される。面粗さの測定にはレーザ顕微鏡を用いる。図
１０，１１の各測定箇所の面積は、約２００平方マイク
ロメータ（１０×２０μｍ）で、面粗さは算術平均面粗
さＲａで定義される。具体的測定装置としては、レーザ
テック株式会社製：１ＬＭ２１型レーザ顕微鏡（倍率：
１０００倍）を用いることができる。

【００２５】次に、表１を基に各限定パラメータの限定
理由を述べる。マイクロドットの凹凸の区分即ちマイク
ロドットが導光板面に対して凸状か凹状であるかの区分
である。本発明のマイクロドットは、凹状、凸状のどち
らでも良いが、凹状であることが望ましい。この理由の
１つは輝度向上効果にあり、凹状は導光板上面の出射光
の光量が大であり且つ、導光板面に対して鉛直方向の出
射光量が大となる傾向がみられるためである。その他の
理由は、導光板をプラスチック成形で得ようとした場
合、成形性に関する差異である。即ち金型のマイクロド
ット部分に対する流動性が凹状の方が凸状に比較して良
好である。凸状の場合金型表面は凹状であり、樹脂が流
動する場合に、金型の凹状部分の先端に空気溜まりがで
きやすく、プラスチック導光板材料の金型表面の転写性
が悪くなり、不完全な凸状マイクロドットしかできない
場合が多いからである。

【００２６】マイクロドットの形成箇所は、導光板の底
面及びまたは上面である。ここで底面とは、図１におい
て反射シート４が配置されている側である。上面あるい
は底面のいずれか一方に形成する場合には、底面に形成
するのが良い。この理由は、導光板面に対して図１に示
す導光板面に鉛直な方向の出射光光量が大となるためで
ある。

【００２７】マイクロドットの形状は、半数以上が略矩
形、略楕円、略台形が良い。形状を略矩形、略楕円、略
台形に限定し、且つ各図形の長辺の方向を光源である冷
陰極管あるいは熱陰極管の長手方向に対して平行とする
のが良い。マイクロドットの形状を略矩形、略楕円、略
台形にするのは、導光板内の散乱光を減少させて、輝度
向上を図るためである。光源１から出射された光は、導
光板２の端面８から入射してマイクロドットに入射して
光の進行方向を変化させて、一部が導光板上面から出射
する。ここでマイクロドットに入射した光は、導光板上
面１６（光透過面）に対してより鉛直方向に出射するの
が望ましい。これに対して、光源１から導光板２に入射
した光線の多くは、光源１の長手方向に対して垂直に進
行し、マイクロドットの断面斜面に入射してそこで反射
し導光板上面から出射する。従って、入射光を効率よく
導光板面から出射するためには、光の進行方向に対し
て、マイクロドットの断面斜面をできるだけ垂直方向に
配置するのが良い。従ってマイクロドットの略矩形、略
楕円、略台形の長辺の方向を光源１の長手方向に対して
平行に配置するのが良い。このようにすることにより、
マイクロドットの数を増加させずに、反射効率の良い導
光板を製造することができる。なお、マイクロドットの
形状は上記図形に限定されるものではなく、後で述べる
ように輝度分布の均一性を向上させるために、導光板２
内の場所によっては、円形、正方形、三角形にする方が
良好な特性が得られる場合もある。

【００２８】以下にマイクロドットの形状が略矩形、略
楕円、略台形の場合のドットの大きさに関して述べる。
マイクロドットの短辺の長さは２０〜６０μｍ、長辺の
長さは短辺の１．５倍以上で５００μｍ以下にするのが
よい。短辺、長辺の長さを上記のように限定する理由
は、ホトリソグラフィーによりマイクロドットの原形を
ガラス原盤上に形成する場合に、２０μｍより細くしよ
うとすると、所望の輪郭を有したマイクロドット形状が
得られ難くなるという問題が生じるためである。すなわ
ちマイクロドットサイズを細くすると、ホトマスクの解
像度、露光、現像の解像度の低下が生じて、マイクロド
ットのラインの輪郭がぎざぎざになったり、断面の面精
度が劣化する。その結果光散乱の少なく、輝度の高い導
光板を得ることができなくなる。これを解決する手段と
してホトリソグラフィにおいて、解像度の高いホトマス
クと高精度な露光装置を用いる方法があるが、メタルマ
スク等の高解像度マスクや縮小露光方式等の露光装置を
用いると、ガラス原盤の製作費用が高価となり、結果と
して安価な導光板を提供することができなくなる。短辺
の長さを２０μｍ以上にすると、レーザ描画方式のフィ
ルムホトマスクや工業的に安価な密着式露光装置の使用
が可能となり、ガラス原盤及びこれ用いた金属スタンパ
を安価に製作することができる。逆に短辺の長さを６０
μｍ以下に限定するのは、これより長くするとマイクロ
ドットの面積が大きくなり、マイクロドット見え（目視
でマイクロドットが見えてしまう現象で、導光板が点光
源の集合体のように見える現象）が生じたり、隣接する
マイクロドットが重なったりしてしてしまうためであ
る。

【００２９】長辺の長さを短辺の長さの１．５倍以上と
するのは、マイクロドットの数が多くなるのを防止する
ため、より具体的には、マイクロドットの重なりを防止
し、マイクロドットの数を増やさずに、光の進行方向を
変化させる効果のある、マイクロドットの傾斜断面面積
を増加させるためである。長辺の長さを５００μｍ以下
に限定するのは、これより長いとマイクロドットが大き
くなり過ぎて、マイクロドット見えが生じてバックライ
トの品位、品質が低下するためである。即ちマイクロド
ットの大きさが大きいと、液晶表示パネルを接近して眺
めた場合、バックライトの輝点となるマイクロドットが
目視で判別できるようになり、液晶表示が示す文字、絵
を判別する場合の妨げとなるからである。

【００３０】次に図１０に基づきマイクロドットの形状
と配置を説明する。図１０の導光板中心部２ａのマイク
ロドットの大きさは、導光板両端部２ｂ，２ｃのマイク
ロドットの大きさに比較して小さいほうが良い。この理
由は、輝度分布の均一化、特に光源の長手方向と平行な
方向即ち、図５におけるＸ方向の輝度分布を均一化する
ためである。

【００３１】図１２はバックライトの輝度分布を示した
図である。一般的に、マイクロドットの大きさを一定に
すると、バックライト周辺部分（図９における導光板左
右端部２ｂ，２ｃ）の輝度が中心部２ａに比較して低下
する。この理由は、光源１からの光の供給量が導光板両
端部２ｂ，２ｃは中心部２ａに比較して相対的に少ない
からである。従来技術においてこれを解決するために、
中心部の輝度を故意に低下させて相対的に周辺部分の輝
度を向上させて、パネル全体の輝度分布を均一化してい
る。このことは、バックライトの輝度を向上させる上で
の隘路となっていた。

【００３２】一方本発明においては、中心部分のマイク
ロドットの大きさを小にして、１つのマイクロドットに
占めるマイクロドットエッヂの面積を増大し、ベクトル
で考えて光源１に対して平行方向Ｘに進行する光の成分
を増加させ、中心部２ａの光量を周辺両端部２ｂ，２ｃ
に送り込み、全体の輝度分布を均一化する。このように
することにより、輝度を低下させることなく、輝度分布
の均一化を図ることができる。上記のことを図９を用い
てより具体的に説明する。図９は導光板の平面図であ
り、好ましいマイクロドットの大きさ形状を示した図で
ある。マイクロドット形状が略矩形の場合、導光板中心
部２ａのマイクロドットの大きさは、長辺の長さを８０
〜１５０μｍとするのが良く、このときの導光板左右端
部２ｂ，２ｃの長辺の長さは１５０〜５００μｍとする
のが良い。また図９に示すように、導光板中心部２ａの
マイクロドットの形状を円形或いは三角形とし、導光板
左右端部２ｂ，２ｃの形状を矩形とするのも効果的であ
る。

【００３３】上記の内容を図を用いてさらに詳しく説明
する。図１３は、長さの異なる矩形マイクロドットに入
射した光の±Ｘ方向への広がりを模式的に示した図であ
る。矩形の長さが長い場合には、矩形のエッヂ部分の相
対的面積が小さいため±Ｘ方向に広がる光の割合は小さ
い。これに対して矩形の長さを短くした場合、矩形エッ
ヂ部分の相対的面積が大きくなって±Ｘ方向に光を広げ
る効果が大きく成る。従って導光板中心部２ａに矩形の
長さの短いドットを形成して、光が導光板の端部２ｂ，
２ｃに広がるように工夫し、且つ導光板の左右端部２
ｂ，２ｃは、矩形長さの長いドットを形成して、光が中
心部２ａに広がらないようにすることにより、図１２に
示した導光板左右端部の輝度むら（暗い部分）を解消す
ることができる。図１４に上記ドット配置の具体例を示
した。即ち、導光板中心部２ａはマイクロドットの矩形
の長さが短く、導光板左右端部２ｂ，２ｃのマイクロド
ットの矩形の長さは長く形成されている。

【００３４】導光板左右端部２ｂ，２ｃの輝度むらを解
消するために有効な導光板中心部２ａに形成するマイク
ロドットの形状としては、図１３（Ａ）に示した円形ド
ット、三角形ドットがある。また図１５は矩形ドットを
光源１に対して斜めに配置した例であり、図１５（Ａ）
は、導光板２の左端部２ｂに向かって光を供給するに有
効な効果がある。図１５（Ｂ）は導光板右端部２ｃに向
かって光を供給するのに効果がある。上記事項は、バッ
クライトの輝度分布の設計に応じてバックライト全体の
輝度バランスを調整、補正するのに有効な手段となる。

【００３５】図１６は三角形ドットを用いた輝度分布補
正法を示したものである。図１６（Ａ）は導光板の左端
部２ｂに向かって光をより多く供給するのに効果があ
り、図１６（Ｂ）は導光板の右端部に向かって光を供給
するのに効果がある。

【００３６】なお上記手法と共に、導光板周辺部２ｂ，
２ｃのマイクロドット占有率（マイクロドットの占める
面積／導光板の面積）を導光板中心部２ａのマイクロド
ット占有率に比較して大きくすることにより出射光の量
を増加する方法も有効であり、両者を併用するのも輝度
分布の均一化に有効な手段である。

【００３７】上記マイクロドットを活用した特別な利用
例として、バックライトの局所的輝度むら解消法があ
る。その具体例としては、導光板の左右端部２ｂ，２ｃ
にバックライト枠に対する導光板の位置決めに便利な小
突起を形成する場合があるが、この小突起による輝度む
ら解消法があげられる。小突起を形成した部分は、光が
供給されにくいために暗部となる傾向ある。このような
場合、暗部の発生を防止するために上記の考え方を導入
し、例えば小突起の周辺部分に小突起に向かって光が供
給できる図１３（Ａ）、図１５、図１６に示したマイク
ロドットを形成する。このようにすることにより小突起
部分に多くの光線が供給されて輝度むらの解消が可能と
なる。

【００３８】次にマイクロドットの密度（単位面積当た
りのマイクロドットの個数）と配置に関して説明する。
マイクロドットは、輝度分布の均一化を図るために、光
源１に近いほど即ち上流部２αほどマイクロドット密度
を小にする。また、マイクロドットの平面的配置は、導
光板全面に渡ってランダムであることが有効である。そ
の理由は、本発明のマイクロドットは微細であるため、
液晶表示装置を構成するその他の部材例えば液晶セル、
カラーフィルタ、ＴＦＴパターン、ブラックストライプ
等の規則的パターンと干渉して発生するモアレを防止す
るためである。マイクロドットの平面形状が略矩形の場
合、その配置は矩形の長い辺が光源に対してほぼ平行に
配置するのが良い。その理由は出射角分布の適正化が図
り易くなるためである。

【００３９】次に、マイクロドット深さの適正値に関し
て述べる。好ましいマイクロドット深さは、１〜２０μ
ｍ特に３〜１２μｍである。マイクロドットの深さを３
μｍ以上とするのは、これより浅いと傾斜断面面積が小
さくなり、導光板２に入射した光線の進行方向を変化さ
せる機能が小さくなり、導光板出射光の出射効率を所定
の値以上に向上させることができ難くなることによる。
一方、マイクロドットの深さを１２μｍ以下に限定する
のは、これより深くなると光源の入り口での出射光量が
大きくなり過ぎて輝度分布の均一化を達成するための補
正がしにくくなり、導光板面全体の輝度の均一性が低下
する傾向が現れやすくなるためである。更にマイクロド
ットの深さを深くするとマイクロドットの製造上の不都
合も生じてくる。即ち、マイクロドットを深くするため
には、その原型となるレジストの厚さを厚くする必要が
あるが、レジスト膜を大面積にわたって均一に塗布する
事は、工業的に困難な技術であり、更にホトリソグラフ
ィによりマイクロドットパターニングして原型を形成す
る際も、レジスト膜が厚いとパターンの解像度が低下し
て、所定の形状が得られにくいという問題が生じやす
い。結果的にマイクロドットの深さの面内分布の均一性
が低下し、輝度分布の均一性に優れた導光板が得られ難
いという問題点が生じてくる。

【００４０】次に、マイクロドット断面傾斜角について
説明する。マイクロドット断面傾斜角は、図７のαで定
義される。好ましいαは、１０〜５０°であり、特に１
２〜４０°が良い。その理由は、光の進行方向を変化さ
せるための反射機能が大で、散乱あるいは透過を抑制し
やすく、結果として高輝度が得られるためである。

【００４１】次に導光板の面粗さに関して説明する。図
１７は測定箇所と面粗さの関係を示した図である。また
図１８、図１９は、図１７の面粗さを示す導光板を用い
て測定した導光板からの直接出射光の角度分布を示した
図である。図１７に示すように、特別な処置を施さない
場合は、［レジストアニールなし、マイクロドットを有
する金型面（スタンパ）研磨なし］の結果に示したよう
に、導光板の面粗さは悪く、Ｒａは０.６μm以上で、特
に面粗さ測定箇所（３）（６）では１.５μmを越える値
を示している。

【００４２】このような導光板を用いた場合、図１８、
１９に示したようにＹ方向の輝度の角度依存性は、＋９
０°方向の輝度或いは＋９０°に近い方向の輝度が高
く、導光板面に対して鉛直方向の輝度（図１８の０°方
向）が小さいため、液晶パネルを正面から見たときの輝
度が小さくなるという問題点が生じる。その原因は、導
光板の面粗さが悪い場合、導光板内の散乱光の光量が大
きくなるためと推定される。

【００４３】これに対して、図１７に示した［レジスト
アニールあり、マイクロドットを有する金型面（スタン
パ）研磨あり］の場合には、Ｒａは０.８μm以下でこの
様な導光板を用いた場合、図１８、図１９に示したよう
にＹ方向の輝度の角度依存性は、＋９０方向の輝度が小
さく、導光板面に対して鉛直方向の輝度（図１８の０°
方向）が大きいため、液晶パネルを正面から見たときの
輝度が大きくなる。

【００４４】図２０は、導光板の面粗さＲａと導光板鉛
直方向の輝度を示した図である。面粗さが０.８μm以下
の場合、鉛直方向の輝度が高くなることが分かる。従っ
て本発明のマイクロドット方式の導光板の場合、マイク
ロドット形成面の導光板の面粗さの向上は、輝度向上に
重要なパラメータである。

【００４５】なお、レジストアニールとはスタンパ製造
工程においてマイクロドット形成のためのホトリソグラ
フィ後のホトレジストパターンのアニールである。アニ
ール及びマイクロドットを有する金型面（スタンパ）研
磨に関しては、後の製造プロセスの箇所で詳細に述べ
る。

【００４６】次に、本発明の液晶表示装置の背面照明部
に使用される導光板の製造方法について説明する。導光
板の製造方法としては、基本的には、金型を製作し、プ
ラスチック成形して製造する。この金型の製造方法とし
ては、種々の機械加工法、例えば、ドリル加工、切削、
研削等の手法を用いることができる。また放電加工法も
有効な手段である。ただし、本発明の凸部９または凹部
９’からなる反射斜面マイクロドットは、一般的設計で
その数が２００から２００００個／平方センチであり、
導光板全体では１００万個を越えることもあり、膨大な
数になるため以下に述べる製造方法を適用するのがよ
い。

【００４７】図２１は、本発明の液晶表示装置に用いる
導光板２の製造方法の１実施例を示したプロセス図であ
る。この製造方法は、（１）ガラス基板面にプライマ処理する工程（２）図２１に示すようにガラス基板２０にホトレジス
ト２１を形成する工程（３）マイクロドットの反転パターンを有したホトマス
ク２２を作成する工程（４）ホトマスクを上記基板２０上に配置し、マスク２
１の上方から紫外線（ＵＶ）を照射する工程（５）その後ホトレジスト２１を現像し、ガラス基板に
マイクロドットの反転パターンを形成する工程（６）ガラス基板面にメッキ下地膜２４を形成する工程（７）メッキ下地膜を電極としてメッキを施す工程（８）メッキ膜を剥離してマスタスタンパ２５を得る工
程（９）マスタスタンパ２５のマイクロドット面に残留し
たレジストを除去するとともにマイクロドット面を研磨
する工程（１０）マスタスタンパ面に剥離層を形成するとともに
マスタスタンパ面にメッキを施しマザースタンパを形成
し、それを剥離してマザースタンパ２６を得る工程（１１）マザースタンパ面に剥離層を形成するとともに
マザースタンパ面にメッキを施し成形用スタンパを形成
し、それを剥離して成形用スタンパ２７を得る工程（１２）成形用スタンパ２７のマイクロドット面を仕上
げ研磨する工程（１３）成形用スタンパ２７の裏面を研磨する工程（１４）成形用スタンパ２７を成形機に装着して射出成
形により導光板を得る工程、からなる。

【００４８】ここで、基板２０としては、厚さ２から１
０ｍｍ程度の鏡面研磨したガラス板等が用いられる。ホ
トレジスト２１を形成する前に、ガラス基板とホトレジ
ストの接着性向上剤であるプライマを塗布する工程を実
施することは極めて重要である。ここで、図２１に示し
た工程は、工業的には光ディスク基板を形成する工程と
ほぼ同一であるが、光ディスクにおいては、ホトレジス
トの厚さはせいぜい１μｍ以下であるため、プライマ処
理を行わなくてもあとの工程でホトレジストが剥離した
り、ホトレジストに亀裂（クラック）が生じたり、メッ
キ下地膜は剥離したりする不都合は生じない。これに対
して、本発明に用いる導光板を製造する場合には、ホト
レジストの膜厚は約３〜１２μｍと厚いため、プライマ
処理を施さない場合には、剥離、クラックが生じてしま
う。プライマ処理の適正な処理方法は、プライマとして
シラン系の薬品を用いるのが適正である。その具体例と
しては、ヘキサメチルシラザンがある。上記ヘキサメチ
ルシラザンの処理方法としては、ガス拡散法が良い。ガ
ス拡散法は、ヘキサメチルシラザンを容器に入れて蒸発
させて、ガラス基板面に薄膜を形成する方法であり、均
一な膜を形成するのに最適である。

【００４９】ホトレジスト材料としては、液状あるいは
フィルム状のポジ型、ネガ型材料が使用可能である。図
２１ではポジ型材料を使用した場合の工程を示した。そ
の形成方法としては、スピンコーティング法、ロールコ
ーティング法がある。ホトレジスト２１の厚さをコント
ロールすることによりマイクロドットの高さを変化させ
ることが可能である。

【００５０】また露光、現像条件を工夫することによ
り、マイクロドットの傾斜角をコントロールすることが
できる。ホトマスク２２は、クロムマスク、フィルムマ
スク、エマルジョンマスクが使用可能であり、あらかじ
め設計したマイクロドットの大きさ、数、分布等のデー
タを作成しておき、電子ビーム、レーザビーム等により
描画することにより作成できる。

【００５１】露光、現像後に得られたマイクロドットパ
ターンの形状を平滑にするためのレジストドットパター
ン２３のアニール処理が重要である。アニールとは、レ
ジストマイクロドットを形成したガラス基板を高温下に
放置することにより行うことができる。具体的な処理条
件は、用いるホトレジストによっても異なるが、本発明
において最も重要なポジ型ホトレジストの場合、１４５
〜１８５°で３０〜６０ｍｉｎ放置するのが最適であ
る。アニール処理を施すことにより、マイクロドットの
形状、特にエッヂの部分が滑らかになり即ちエッヂ部分
に滑らかなＲが形成されるため、得られた導光板成形品
の面粗さが改善さる。具体的には、先に図１８、図１９
に示したように、輝度の高い導光板を得ることができ
る。なおアニール処理は、エッヂの部分が平滑になって
いるため、その後の工程における剥離あるいはクラック
発生の防止に対しても有効である。

【００５２】メッキ層（２５）を形成するまえに、メッ
キ下地膜２４を形成しておくと、メッキ工程のむらがな
くなり、良好なメッキ層（２５）すなわちスタンパ２６
が形成できる。メッキ下地膜としてはＮｉ薄膜等のスパ
ッタ膜を用いることができるが、この膜厚は極めて重要
なパラメータである。上記膜を厚くすると、メッキ中に
膜が剥離するという問題点が生じる。本発明においては
メッキ下地膜の膜厚を１５０〜３５０Å特に２００〜３
００Åにコントロールすることが重要である。これより
メッキ下地膜の膜厚が薄い場合には、メッキを施した場
合均一なメッキ板を製造することが出来なくなる。一方
これより厚く下地メッキ膜を形成した場合には、メッキ
中にメッキ下地膜やマイクロドットパターンが剥離する
という問題点が生じ、良好なマスタスタンパを得ること
ができなくなる。

【００５３】メッキ下地膜２４、メッキ層（２５）の材
料としては種々の金属が使用できるが、均一性、機械的
性能の点でＮｉが最適な材料である。得られたメッキ層
（２５）は、基板２０から物理的に容易に剥離すること
が可能である。

【００５４】得られたマスタスタンパ２５、マザースタ
ンパ２６、成形用スタンパ２７のマイクロドット面を研
磨することは、輝度の高い導光板を得る為に重要なこと
である。特に、マスタスタンパ２５の研磨が重要であ
り、この研磨がマザースタンパ２６、成形用スタンパ２
７の面粗さを決定付ける。研磨は、平均粒径０.１〜１
μmのアルミナ砥粒、あるいはダイアモンド砥粒によ
り、ハンドラッピング、機械ラッピングすることに行う
ことができる。これによって導光板成形品の面粗さが改
善され、先に図１８、１９に示したように、輝度の高い
導光板を得ることができる。

【００５５】得られたスタンパ２７は、例えば図示しな
いが、射出成形機の母型にマグネット、真空チャック等
で固定する。これ以外の成形方法として、押し出し成
形、圧縮成形、真空成形等で導光板２を成形することが
可能である。

【００５６】導光板２を構成する材料としては、透明な
プラスチック材料全般が使用可能である。具体例として
は、アクリル系プラスチック、ポリカーボネート樹脂、
ポリアセタール樹脂、ポリウレタン系樹脂、紫外線硬化
型のプラスチック材料がある。このうちアクリル系材料
は、透明性、価格、成形性の点で優れており本発明に適
した材料である。

【００５７】最後に、液晶表示装置の構成を説明する。
図２２に本発明の液晶表示装置の模式的断面図を示す。
バックライトとしての導光板２の上面には拡散シート
３、プリズムシート４，５、偏光板１７、ＴＦＴ１８、
液晶セル２８、共通電極３４、カラーフィルタ２９、偏
光板１７が設置される。この構成は液晶表示装置の一般
例を示したものであり、表示装置の用途によっては、背
面照明部を含めて、種々の構成が考えられる。

【００５８】光源１の具体例としては、冷陰極管、熱陰
極管、タングステンランプ、キセノンランプ、メタルハ
ライドランプ、などが挙げられる。通常、冷陰極管のよ
うな低温系の光源が望ましい。

【００５９】本発明に用いる液晶素子ないしは液晶セル
については特に限定はなく、公知の素子、パネルが使用
できる。一般的な液晶セルとしては、ツイストネマティ
ック型やスーパーツイストネマティック型、ホモジニア
ス型、薄膜トランジスタ型のもの、またアクティブマト
リックス駆動型や単純マトリックス駆動型のものなどが
挙げられる。

【００６０】なお、必要に応じて用いられる輝度均一化
マスク（図示せず）は、光源からの距離差による輝度の
ムラを補償するためのもので、例えば光の透過率を変化
させたシートなどとして形成されるもので、輝度均一化
マスクは、導光板上の任意の位置に配置することができ
る。

【００６１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による液晶表
示装置によれば、輝度の向上、製造工数の低減を図るこ
とができる。さらに本発明によれば、光利用効率が高
く、輝度むら発生のない、またモアレの発生のない、安
定した特性を有した液晶表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置のバックライト部の斜視
図である。

【図２】従来のバックライトの断面図である。

【図３】従来の導光板の裏面に形成された光散乱層、光
散乱物質を示す模式図である。

【図４】本発明の液晶表示装置の導光板のマイクロドッ
トを示す斜視図である。

【図５】導光板の配置を説明するための図である。

【図６】本発明に用いられる導光板のマイクロドットの
断面図である。

【図７】本発明に用いられる導光板のマイクロドット形
状を示す図である。

【図８】本発明に用いられる導光板のマイクロドット形
状を示す図である。

【図９】本発明に用いられる導光板のマイクロドット形
状配置を示す図である。

【図１０】凸ドットの場合の導光板の面粗さの測定箇所
を示した図である。

【図１１】凹ドットの場合の導光板の面粗さの測定箇所
を示した図である。

【図１２】バックライトの輝度分布を示した図である。

【図１３】導光板面に形成したマイクロドットを示した
図である。

【図１４】導光板面に形成したマイクロドットを示した
図である。

【図１５】導光板面に形成したマイクロドットを示した
図である。

【図１６】導光板面に形成したマイクロドットを示した
図である。

【図１７】面粗さの測定結果を示す図である。

【図１８】Ｙ方向の輝度角度分布を示した図である。

【図１９】Ｘ方向の輝度角度分布を示した図である。

【図２０】面粗さと輝度の関係を示した図である。

【図２１】本発明に用いられる導光板の製造プロセス図
である。

【図２２】本発明の液晶表示装置の模式的断面図であ
る。

【符号の説明】

１：光源２：導光板３：拡散シート４、５：プリズムシー
ト６：光拡散層７：反射シート８：入射端面９：マイクロドット１０：導光板入射光１１：導光板端面１２：導光板導波光１３：導光板下面１４：リフレクタ１５：マイクロドット
斜面１６：光透過面１７：偏光板１８：ＴＦＴ１９：共通電極２０：ガラス基板２１：ホトレジスト２２：ホトマスク２３：レジストマイク
ロドットパターン２４：メッキ下地膜２５：マスタスタンパ２６：マザースタンパ２７：成形用スタンパ２８：液晶セル２９：カラーフィルタ

フロントページの続き (72)発明者森裕ニ千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所電子デバイス事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光を導光板を介して液晶表示パ
ネルに導くようになした液晶表示装置において、導光板
として、その導光板に形成した光の進行方向を変化させ
るための複数の小凸部または小凹部からなるマイクロド
ットの形状が、略矩形または略台形または略楕円で、短
辺の長さが２０〜６０μｍ、長辺の長さが短辺の長さの
１．５倍以上で且つ５００μｍ以下、深さが３〜１２μ
ｍであるマイクロドットを有する導光板を用い、光源か
らの光を上記導光板を介して液晶表示パネルに導くよう
になしたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】上記マイクロドットの長い辺が、上記光源
に対してほぼ平行に配置されていることを特徴とする請
求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】光源からの光を導光板を介して液晶表示パ
ネルに導くようになした液晶表示装置において、導光板
として、その導光板に形成した光の進行方向を変化させ
るための複数の小凸部または小凹部からなるマイクロド
ットの大きさが変化し、導光板中心部のマイクロドット
の大きさは導光板両端部の大きさに比較して小さい導光
板を用い、光源からの光を上記導光板を介して液晶表示
パネルに導くようになしたことを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項４】光源からの光を導光板を介して液晶表示パ
ネルに導くようになした液晶表示装置において、導光板
として、導光板中心部のマイクロドットの形状が略円
形、略正方形、略三角形であり、導光板両端部のマイク
ロドットの形状がほぼ略矩形及びまたは略台形及びまた
は略楕円であり、該マイクロドットの長い辺が上記光源
に対してほぼ平行に配置されている導光板を用い、光源
からの光を上記導光板を介して液晶表示パネルに導くよ
うになしたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】請求項４記載の液晶表示装置において、上
記導光板中心部のマイクロドットの長さが５０〜１５０
μmであり、上記導光板両端部のマイクロドットの長さ
が１６０〜５００μmであることを特徴とする液晶表示
装置。
【請求項６】請求項１〜５いずれかに記載の液晶表示装
置において、上記導光板のマイクロドットが概略ランダ
ムに配置されていることをを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】請求項１〜６いずれかに記載の液晶表示装
置において、上記導光板に形成したマイクロドットの単
位面積当たりの数が、上記光源側からその相対する側に
向かって増加するように形成されていることを特徴とす
る液晶表示装置。
【請求項８】液晶セルと、液晶セルの背面に配置された
導光板と、該導光板の側面に配置された光源とを具備し
た液晶表示装置において、液晶セル面と略平行な該導光
板の上面または底面または上面および底面にマイクロド
ットを有し、該マイクロドットの形状が略矩形及びまた
は略台形及びまたは略楕円であり、該マイクロドットを
有する導光板面の算術平均面粗さが０.８μm以下であ
り、光源からの光を上記導光板を介して液晶表示パネル
に導くようになしたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】液晶セルと、液晶セルの背面に配置された
導光板と、該導光板の側面に配置された光源とを具備し
た液晶表示装置において、上記液晶セル面と略平行に上
記導光板を配置し、該導光板の上面または底面または上
面および底面にはマイクロドットを有し、該マイクロド
ットの形状が略矩形及びまたは略台形及びまたは略楕円
であり、短辺の長さ２０〜６０μｍ、長辺の長さは短辺
の長さの１．５倍以上で且つ５００μｍ以下、深さが３
〜１２μｍであり、該マイクロドットの長辺が上記光源
と平行であり、マイクロドットを有する導光板面の算術
平均面粗さが０.８μm以下であり、光源からの光を上記
導光板を介して液晶表示パネルに導くようになしたこと
を特徴とする液晶表示装置。