JPWO2006061961A1 - 面光源装置及び当該装置を用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

透明基板１１４上に透明ゴム状樹脂１１３を形成した保護シート１１２が、導光板１１１の光出射面１２３とプリズムシート１１５のプリズム部１１６形成面の間に、透明ゴム状樹脂１１３とプリズム部１１６の頂部が接するようにして配置されている。透明ゴム状樹脂１１３は、外力のない状態では変形することなくプリズムシートを保持しており、プリズムシート１１５と保護シート１１２の間で光学密着が発生しないようになっている。一方、外力が作用した状態においては、透明ゴム状樹脂１１３が変形することによりプリズム部１１６の破損を防止する。【選択図】 図１

Description

本発明は、面光源装置及び当該装置を用いた液晶表示装置に関する。特に、本発明は、プリズムシートを利用して光の利用効率を高めた面光源装置において、プリズムシートが外力によって破損するのを防止することができる面光源装置に関する。

面光源装置には、プリズムシートを利用して導光板の光出射面から出射された光を光出射面に垂直な方向へ偏向させ、光の利用効率を高めたものがある。その例として、特開２００３−２１５５８４号公報（特許文献１）に開示された発明がある。

図１９は、従来の液晶表示装置４０１の構造（例えば、特許文献１）を示す断面図である。液晶表示装置４０１は、液晶パネル４０２、導光板４０３、発光部４０４、プリズムシート４０５から構成されている。導光板４０３は、ポリカーボネイト樹脂やメタクリル樹脂等の屈折率の高い透明樹脂によって成形されている。また、導光板４０３の裏面には、導光板４０３の成形時に三角柱状の拡散パターン４０６が凹設されている。発光部４０４は、図示しないが回路基板などに発光ダイオード（ＬＥＤ）を１個乃至複数個実装したものであって、導光板４０３の側面の光入射面４１０に対向している。プリズムシート４０５は、透明なプラスチックシート４０７の片面に頂部が鋭角（頂角が５０度程度）の透明なプリズム４０８を複数個形成したものである。さらに、プリズムシート４０５は、導光板４０３の光出射面４０９上に載せて保持されている。このため、導光板４０３とプリズム４０８の頂部は常時接している。液晶パネル４０２は、プリズムシート４０５の導光板４０３と反対側の面に対向している。また、図示しないが、液晶パネル４０２はホルダなどに保持されることによって、液晶パネル４０２とプリズムシート４０５の間に空間を形成してプリズムシート４０５と接しないようになっている。

しかして、この液晶表示装置４０１にあっては、図２０（ａ）に示すように、光ｐは導光板４０３の光出射面４０９から光出射面４０９とほぼ平行な方向に出射され、空気中を通過してプリズムシート４０５に形成されたプリズム４０８に入射する。プリズム４０８に入射した光ｐは、プリズム４０８で屈折及び反射されて光出射面４０９に垂直な方向に偏向され、プリズムシート４０５のプリズム４０８形成面と反対側の面から垂直な方向に出射される。

しかしながら、この液晶表示装置４０１に外力が加わった場合、プリズム４０８が導光板４０３に押し当てられてプリズム４０８全体或いは頂部の一部がつぶれてしまうことがある。その場合、図２０（ｂ）に示すように、つぶれた部分においては屈折及び反射される光ｐの方向が変化し、プリズム４０８のつぶれた部分に入射した光ｐは光出射面４０９に垂直な方向へ出射されずに迷光となり、液晶表示装置４０１の画面における正面輝度の低下、輝度均一性の悪化、迷光による見栄えの悪化を招くという問題があった。なお、この様な外力が加わる要因としては、組立・検査時に誤って導光板４０３の裏側を押さえてしまう場合や、液晶表示装置４０１を検査用治具等の角にぶつけてしまう場合など、多岐にわたる。

図２１はプリズムシート４０５を透過して出射される光の指向特性（計算結果に基づく。）を示す図であって、横軸はプリズムシート４０５から出射される光の光出射角度θ（プリズムシート４０５に垂直な方向を０度とする。）を示し、縦軸は各光出射角度θで出射される光の相対輝度を表わしている。また、図２１には、プリズム４０８の頂角が５０度のプリズムシート４０５を用いた場合の指向特性と、プリズム４０８の頂角が６０度のプリズムシート４０５を用いた場合の指向特性とを比較して表わしている。図２１から分かるように、プリズムシート４０５の０度方向の輝度（正面輝度）を比較すると、頂角が６０度のプリズムシート４０５では、頂角が５０度のプリズムシート４０５に比べて約２０％の輝度低下が見られる。従って、液晶表示装置４０１の正面輝度を高くするためには、プリズム４０８の頂角を小さくすることが望まれるが、プリズム４０８の頂角が小さくなると、プリズム４０８が導光板４０３に接触したときにつぶれ易くなるという問題がある。

このような課題への対策として、特開平１１−３０５０１１号公報（特許文献２）では、プリズムの頂部を曲率半径１０〜２５μｍの円弧状とすることによりプリズムシートの耐擦傷性を向上させることが提案されている。このような対策によれば、プリズムの頂部もつぶれにくくなるが、このように頂部の曲率半径を大きくするとプリズムシートの光学特性が損なわれてプリズムシートに垂直な方向へ出射される光が少なくなり、液晶表示装置の正面輝度が著しく低下してしまう。

これに対し、特開２００１−３４３５０７号公報（特許文献３）では、正面輝度の低下を最小限に抑えるため、頂部の曲率半径を５μｍ以下にすることが提案されている。しかし、このように曲率半径を小さくするとプリズムの頂部が鋭くなるので、プリズムのつぶれ防止の効果は薄れ、特にプリズム頂部の角度を小さくしているプリズムシートの場合にはほとんど効果を発揮しない。したがって、上記のようなプリズム形状の工夫による対策では、正面輝度の低下を抑えつつプリズムのつぶれを防止する対策として不十分であった。

一方、別の対策方法として、特開２００２−２３１０３０号公報（特許文献４）には、プリズムを保護する緩衝剤を用いた方法が提案されている。この方法では、プリズムを形成された導光板のプリズム形成面を覆うカバー基板と導光板のプリズム形成面との間にゲル状または液体状の透光性材料からなる流動体を封入し、この流動体を緩衝剤とする方法が開示されている。この方法によると導光板のプリズム形成面と流動体とが空気層を介さず密着することとなり、両者の屈折率の差が小さいことから、プリズムによって光が充分に偏向されず、漏れ光が発生して正面輝度の低下を招く。さらに、流動体に気泡等の異物が混入しないように流動体を均一に充填及び封止することは難易度が高く、製造コストが高くなるなどの問題があった。

また、特許文献１に開示されているようなプリズムシートにおいて、プリズムシートを柔らかく弾性のある樹脂で作製する方法が考えられる。このようなプリズムシートであれば、プリズムが導光板に衝突してもプリズム頂部の破損は防止でき、プリズムが導光板から離れれば、再びプリズムは元の形状に復帰する。しかしながら、このような樹脂では、従来の紫外線硬化樹脂のように良好な転写性が得られず、成形時にプリズム頂部の曲率半径が大きくなってしまい、液晶表示装置の正面輝度が低下してしまう。

特開２００３−２１５５８４号公報 特開平１１−３０５０１１号公報 特開２００１−３４３５０７号公報 特開２００２−２３１０３０号公報

本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、正面輝度を低下させることなくプリズム頂部の外力による破損を防止するとともに、光学密着による見栄えの悪化を招くことがない面光源装置を提供することにある。

本発明にかかる面光源装置は、光源と、内部に導入された前記光源の光を光出射面に向けて偏向させる凹凸パターンを形成され、前記光出射面とほぼ平行な方向へ向けて前記光出射面から光を出射させる導光板と、前記光出射面から出射された光を前記光出射面にほぼ垂直な方向へ向けて偏向させるためのプリズムを複数形成され、前記プリズムが前記導光板側を向くようにして配置されたプリズムシートとを備えた面光源装置において、透明でかつ表面が所定の弾性率を有し、前記所定の弾性率を有する表面が前記プリズムと対向するように配置された保護シートを有することを特徴としている。

本発明の面光源装置は、導光板とプリズムシートの間に表面が所定の弾性率を有する透明な保護シートを配置しているので、面光源装置の正面輝度を低下させることなく、プリズムシートと導光板の接触によるプリズムの破損を防止することができる。

本発明にかかる面光源装置のある実施態様によれば、前記保護シートは、透明基板上に所定の弾性率を有する透明ゴム状樹脂を１層又は複数層形成したものであることを特徴としている。

本発明のある実施態様は、導光板の光出射面やプリズムシートのプリズム形成に透明ゴム状樹脂を直接形成するのではなく、保護シートとして独立することで、光学特性の均一な保護シートの製造が容易になる。また、透明基板上に透明ゴム状樹脂を形成することにより、取り扱いが容易になる。

本発明にかかる面光源装置の別な実施態様によれば、前記保護シートの表面の前記所定の弾性率は、前記プリズムシートが外力を受けた場合にのみ表面が変形するものであることを特徴としている。かかる別な実施態様によれば、プリズムシートが外力を受けていない通常の状態では保護シートの表面が変形していないので、プリズムシートに形成されたプリズムとプリズムの間を保護シートの表面材料で埋めることがなく、光学密着が発生せず、見栄えが悪くならない。一方、外力を受けた場合にには保護シートの表面が変形することにより、外力を分散することができるので、プリズムシートの破損を防ぐことができる。さらに、外力を受けた状態から、外力が除去されると、外力を作用させる前の状態に戻るので、この場合においても光学密着が発生しない。

本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様によれば、前記保護シートの表面は前記プリズムの頂部と接し、前記表面を変形させることなく前記プリズムを支持できる弾性率を有していることを特徴としている。かかる実施態様によれば、面光源装置の厚みを薄くすることができる。

本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様によれば、前記保護シートに微細なビーズを分散させたことを特徴としている。

本発明のさらに別な実施態様は、保護シートに微細なビーズが分散されているので、外力からプリズムシートを保護するだけでなく、入射した光を拡散させて透過させる拡散板としての機能も有するので、別途拡散板を設ける必要がなくなる。

本発明の液晶表示装置は、本発明にかかる面光源装置と、液晶表示パネルとを備えたものである。これによって液晶表示装置の厚みを厚くすることなく、液晶表示装置が外力を受けた場合にも画像表示面に圧痕などの破損が起こらないようにできる。

なお、本発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組合わせることができる。

図１は、本発明の実施例１による液晶表示装置の概略断面図である。 図２（ａ）は、同上の液晶表示装置において、外力が作用していない状態を示す概略図である。図２（ｂ）は、同上の液晶表示装置において、外力が加えられている状態を示す概略図である。 図３は、保護シートが光学密着したときに発生する光学密着模様を表わした図である。 図４は、耐荷重性を満たす保護シート及びその構成部材の特性例を表示した図である。 図５は、保護シートにプリズム部がめり込んだ状態における、光の挙動を説明する図である。 図６は、ユニバーサル硬度測定方法を説明するための図である。 図７は、弾性回復仕事率を説明するための図である。 図８は、評価した保護シートのユニバーサル硬度及び弾性回復仕事率を示した図である。 図９は、保護シートの耐荷重性の評価方法を説明するための図である。 図１０は、保護シートの耐荷重性の評価結果を表示した図である。 図１１は、本発明の実施例２で用いた保護シートの側面図である。 図１２は、本発明の実施例３で用いた保護シートの側面図である。 図１３は、本発明の実施例４による液晶表示装置の概略断面図である。 図１４は、本発明の実施例５による液晶表示装置の概略断面図である。 図１５は、実施例５における凸パターンの働きを説明する概略図である。 図１６は、本発明の実施例６による液晶表示装置の概略断面図である。 図１７は、実施例６の変形例による液晶表示装置の概略断面図である。 図１８は、実施例６の別な変形例による液晶表示装置の概略断面図である。 図１９は、従来の液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図２０（ａ）は、同上の液晶表示装置のプリズムシートにおいて、正常な状態の光の挙動を説明する図である。図２０（ｂ）は、同上の液晶表示装置のプリズムシートにおいて、プリズムシートが破損した状態の光の挙動を説明するための図である。 図２１は、プリズムシートのプリズム頂部の角度による面光源装置における正面輝度の違いを示す図である。

符号の説明

１０１ 液晶表示装置
１０２ 面光源装置
１１１ 導光板
１１２、２１１、２１４ 保護シート
１１３ 透明ゴム状樹脂
１１４ 透明基板
１１５ プリズムシート
１１７ 液晶パネル
１１８ ホルダ
１１９ 反射板
１２２ 光源
１２３ 光出射面
１２４ 光拡散パターン
１２５ 光入射面
１３０ 測定台
１３１ ガラス板
１３２ ビッカース圧子
１３３ 押し込み面
２１２ 第１の透明ゴム状樹脂
２１３ 第２の透明ゴム状樹脂
２１６ ビーズ

以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものでないことは勿論である。

図１は、本発明の実施例１による液晶表示装置１０１の概略断面図である。但し、図１は模式的に表わした図であって、液晶表示装置１０１は実際には厚み方向で薄くて面状に形成されている。液晶表示装置１０１は、液晶パネル１１７と面光源装置１０２及び、液晶パネル１１７と面光源装置１０２を固定して保持するためのホルダ１１８で構成される。

液晶パネル１１７と面光源装置１０２は、液晶パネル１１７と面光源装置１０２の光出射側が対向するようにして配置され、ホルダ１１８の中心部に形成された貫通孔１２７内に納められている。また、液晶パネル１１７は、面光源装置１０２よりも若干大きく、ホルダ１１８の貫通孔１２７内部に形成された段差面１２８に第１の両面テープ１２０で周囲を固定して保持されており、面光源装置１０２と液晶パネル１１７の間に空間を有している。したがって、外力が加わらない場合、液晶パネル１１７が面光源装置１０２に接することはない。

面光源装置１０２は、導光板１１１、プリズムシート１１５、保護シート１１２、光源１２２、反射板１１９で構成されている。導光板１１１は、ポリカーボネイト樹脂やメタクリル樹脂等の屈折率の高い透明樹脂によって成形されている。また、導光板１１１の裏面には、導光板１１１の成形時に三角柱状の拡散パターン１２４が凹設されている。

光源１２２は、特に図示しないが、１個乃至数個のＬＥＤを透明なモールド樹脂中に封止し、モールド樹脂の正面以外の面を白色樹脂で覆ったものであり、ＬＥＤから出射された光は、直接に、或いはモールド樹脂と白色樹脂との界面で反射した後、光源１２２の前面から出射される。この光源１２２は、その前面が導光板１１１の側面に設けられた光入射面１２５と対向している。

反射板１１９は、表面にＡｇメッキによる鏡面加工を施されたものであり、導光板１１１の裏面全体に対向するように配置されている。また、反射板１１９は、第２の両面テープ１２１により周囲をホルダ１１８と接着固定されている。

プリズムシート１１５は、導光板１１１側を向いた面に入射面１３４と反射面１３５を有するプリズム部１１６が形成されている。プリズム部１１６は、プラスチックシート１２６の上面に紫外線硬化樹脂を滴下し、スタンパで紫外線硬化樹脂を押圧してスタンパとプラスチックシート１２６の間に紫外線硬化樹脂を押し広げた後、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させること（Photo Polymerization法）によって成形される。プリズム部１１６を形成した面と反対側の面は、液晶パネル１１７と対向している。また、図示例ではプリズム部１１６は均一な断面形状を有しており、光入射面１２５と平行な方向に沿ってプラスチックシート１２６の全幅にわたって形成されている。

保護シート１１２は、導光板１１１とプリズムシート１１５の間に設置されており、透明基板１１４上に透明ゴム状樹脂１１３を積層して形成されている。透明基板１１４は、導光板１１１の光出射面１２３と対向し、透明ゴム状樹脂１１３は、プリズムシート１１５のプリズム部１１６が形成された面と対向している。また、透明ゴム状樹脂１１３は、図２（ａ）に示すように、プリズム部１１６の頂部と接するように配置されており、プリズムシート１１５を変形することなく保持している。さらに、図２（ｂ）に示すように、面光源装置１０２に外力Ｐが加わった状態では、透明ゴム状樹脂１１３にプリズム部１１６がめり込むことによって保護し、プリズム部１１６の破損を防止している。一方、外力Ｐが加えられていない状態では、図２（ａ）に示すように、プリズム部１１６は透明ゴム状樹脂１１３にめり込まず、プリズムシート１１５を保持し、かつ、透明基板１１４と導光板１１１の光出射面１２３との間で光学密着を発生させない。さらに、外力Ｐが加えられた状態から、外力Ｐを除くと、外力Ｐが加えられる前の状態に戻るようになっている。

ここで光学密着とは、プリズム部１１６が透明ゴム状樹脂１１３にめり込むことによって、図３に示すように、プリズムシート１１５を透過した光を観察すると領域Ａと領域Ｂ（梨地模様を施した領域）のように明るさの異なる模様（光学密着模様）が生じるような現象を起こす状態にあることを意味している。この光学密着模様は、透明ゴム状樹脂１１３が変形してプリズム部１１６が透明ゴム状樹脂１１３にめり込むと、その部分で図５に示したように透明ゴム状樹脂１１３からの出射光ｐが空気層を通過せずに直接プリズム部１１６に入射し、空気層を通る場合と比べて屈折方向が変化してしまうために発生する。また、別の光学密着として、保護シート１１２に外力Ｐが加えられたときに保護シート１１２が局所的にうねったり、反ったりすることで、導光板１１１の光出射面１２３と保護シート１１２の透明基板１１４の間で空気層の間隔が干渉縞を生じさせる条件に合致すると、異なる色彩の多色模様となって発生する場合もある。これは完全に平行でない２枚のガラス板を密着させた際に、反射光で見ても透過光で見てもガラス板の最も密着している点の周りに一群の着色縞（単色光では、明暗縞）が生じる現象であり、お互いのガラス板の間の空気層に起因する光の干渉の結果生じる。これらの光学密着が発生すると、面光源装置１０２の見栄えが悪化してしまう。

図４にプリズム部の耐強度が従来比１０倍、光学密着なし、従来品からの正面輝度低下率１０％以下という条件を満たす保護シート１１２の構成例を示す。なお、図４中の構成例１は、構成例２に示した保護シート１１２の特性範囲内でより最適と思われる特性を記載したものである（透明基板の材料を除く）。

次に、図４に示した各パラメータについて説明する。実施例１に示した保護シート１１２の透明基板１１４には市販の高透過率のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を用い、透明ゴム状樹脂１１３にはシリコン系ゴム状樹脂を用いた。また、透明基板１１４及び透明ゴム状樹脂１１３は、従来の面光源装置の正面輝度を基準として、面光源装置１０２の正面輝度低下率が１０％以内であるものを選定した。選定した透明基板１１４の全光線透過率は、フレネル反射の影響も考慮して、９２％以上であり、ヘイズは２％以下（＝ほぼ散乱しない）であった。また、透明ゴム状樹脂１１３単体で、全光線透過率及びヘイズを測定できないため、保護シート１１２の全光線透過率及びヘイズを測定したところ、透明ゴム状樹脂１１３の影響はほとんどなく、フレネル反射を考慮して、全光線透過率は９２％以上、ヘイズは２％以下であった。なお、ヘイズは、（散乱透過率／全光線透過率）×１００で表され、試料を透過した光のうち散乱されている度合を示すものである。なお、全光線透過率及びヘイズは、ＪＩＳ−Ｋ７１０５に準拠して測定を行なった。

次に透明ゴム状樹脂１１３の最低厚さは、プリズム部１１６の高さの半分程度必要である。これはプリズム部１１６の半分まで透明ゴム状樹脂１１３に押し込んだとき、プリズム部１１６が埋まったことによって盛り上がった透明ゴム状樹脂１１３がプリズム部１１６とプリズム部１１６の間の空気層に逃げてプリズム部１１６間の空気層をすべて埋めるためである。例えば、プリズム部１１６の高さが３０μｍの場合、透明ゴム状樹脂は、最低１５μｍの厚さが必要になる。

保護シート１１２の厚さは、薄型化の観点から６５〜２５０μｍ程度に設定することが望ましい。この厚さよりも薄いと保護シート１１２のコシが弱いため、組立てる際に保護シート１１２が自重で折れ曲がってしまってハンドリング性が低下したり、夏場の自動車内などの高温下に長時間放置された場合、透明ゴム状樹脂１１３と透明基板１１４の熱膨張率の差から保護シート１１２が反ってしまい、導光板１１１やプリズムシート１１５との間で光学密着を引き起こし易くなる。また、ある程度の厚さがあることで外力Ｐが働いて保護シート１１２が局所的にうねったりした場合でも復元することができるが、厚さが６５μｍ未満であると、導光板１１１やプリズムシート１１５と光学密着を起こす恐れがある。

次に透明基板１１４の裏面側、或いは導光板１１１の光出射面１２３に微小な凸パターンを設けることにより、導光板１１１の光出射面１２３と保護シート１１２との間の空気層に起因する光の干渉の結果生じる光学密着を防止することができる。導光板１１１側に凸パターンを形成する場合には、導光板１１１の光出射面１２３側の金型にブラスト処理等を施して、金型に凹パターンを設けておけば、導光板１１１を形成したときに金型に設けた凹パターンを反転させた凸パターンが、光出射面１２３に形成される。また、透明基板１１４の導光板１１１の光出射面１２３側に微細な粉末（ビーズ）を混ぜ込んだ透明樹脂を塗布する（ビーズコート）ことにより、透明基板１１４に凸パターンを形成することができる。この場合、ビーズの大きさを２μｍより大きくすれば、光学密着が発生しないことが確認できた。さらに、透明基板１１４の裏面側、或いは導光板１１１の光出射面１２３に微小な凸パターンを設けたり、ビーズコートを施したりすることにより、プリズムシート１１５或いは導光板１１１に光の拡散効果を持たせることができ、輝度ムラを低減することができる。

さらに、面光源装置１０２は、図２（ａ）に示すように、面光源装置１０２に外力Ｐが作用していない状態では、透明ゴム状樹脂１１３が変形せずプリズムシート１１５を保持するとともに透明基板１１４と導光板１１１が光学密着が発生せず、想定される範囲内の外力Ｐが加えられた場合においては、図２（ｂ）に示すように、保護シート１１２の透明ゴム状樹脂１１３が変形することによりプリズム部１１６の破損を防止でき、かつ、外力Ｐが加えられた状態から外力Ｐを除去すれば、図２（ａ）に示した外力Ｐが加えられる前の状態に戻る必要がある。

つまり、外力Ｐによりプリズム部１１６が破損すると、図１９（ｂ）に示した従来例と同様にプリズム部１１６の破損した部分の指向性が変化するため、プリズム部１１６の破損した部分に入射した光は垂直方向に出射されずに迷光となり、正面輝度の低下、輝度均一性の悪化、迷光による見栄えの悪化を招く。また、外力Ｐが加えられていない状態において、透明ゴム状樹脂１１３が変形してプリズム部１１６が透明ゴム状樹脂１１３にめり込むと、図３に示したような光学密着模様が発生して、見栄えが悪くなる。

実施例１の液晶表示装置１０１において、このような耐荷重特性を満たす条件は、実験によりユニバーサル硬度が０.２Ｎ／ｍｍ^２より大きく２.３Ｎ／ｍｍ^２よりも小さい値で、弾性回復仕事率が７０％以上と求められた。

ここで、ユニバーサル硬度（ＨＵ）と弾性回復仕事率の範囲を決定した実験について説明する前に、ユニバーサル硬度及び弾性回復仕事率について簡単に説明しておく。まず、ユニバーサル硬度は、図６に示す構成の試験（ＩＳＯ１４５７７−１規格）により求められる。この試験は、測定台１３０上に平坦なガラス板１３１、測定試料（本発明では、保護シート１１２）を順次重ねて配置し、測定試料の上部から先端が角錐形をしたビッカース圧子１３２に荷重Ｆをかけて押し込んでいく。なお、図６中の破線はビッカース圧子１３２に荷重を負荷して試料（保護シート１１２）に押し込んだ状態である。ユニバーサル硬度は、荷重を負荷した状態で測定され、ビッカース圧子１３２の押し込み面１３３の試料と接触している部分の面積をＡｓとすると、試験時の押し込み荷重Ｆを用いて、ユニバーサル硬度＝Ｆ／Ａｓで表される。また、通常のビッカース圧子先端部の角度φは１３６度であり、この場合、試験時の押し込み量をｈとすると、ユニバーサル硬度＝Ｆ／（２６.４３×ｈ^２）で表される。

さらに、上記試験から図７に示すような押し込み荷重Ｆと押し込み量ｈの関係を示すグラフが求められる。図７は、横軸に押し込み量ｈ、縦軸に押し込み荷重Ｆを取ったグラフである。図７中の曲線Ｃは、押し込み荷重Ｆを負荷していったときの押し込み量ｈとの関係を示す曲線である。曲線Ｄは、負荷した押し込み荷重Ｆを減らしていくときの押し込み量ｈとの関係を示した曲線である。また、領域Ｖは、曲線Ｄに沿った押し込み荷重Ｆを、曲線Ｄで最小荷重（ここでは、ゼロ）に対応する押し込み量Ｈ１から最大荷重Ｆmaxに対応する押し込み量Ｈmaxまでの範囲で押し込み量ｈにより積分して得られる領域であり、弾性仕事量と呼ばれる。また、領域Ｗは、曲線Ｃに沿った押し込み荷重Ｆと曲線Ｄに沿った押し込み荷重Ｆとの差を、押し込み量ｈ＝０から最大荷重Ｆmaxに対応する押し込み量Ｈmaxまでの範囲で押し込み量ｈにより積分して得られる領域であり、塑性仕事量と呼ばれる。また、領域Ｃと領域Ｄの和（塑性仕事量＋弾性仕事量）を全仕事量と呼ぶ。さらに、弾性回復仕事率は、全仕事量に対する弾性仕事量の割合を示すものであり、弾性回復仕事率＝弾性仕事量／全仕事量で表される。

次に、図６を用いて説明した試験によりユニバーサル硬度及び弾性回復仕事率を測定し、６種類の保護シート１１２（試料１〜６）について評価を行った。評価した各試料のユニバーサル硬度及び弾性回復仕事率を図８に示す。なお、□の塗りつぶし記号及び実線で各試料の弾性回復仕事率（％）を示し、◇の塗りつぶし記号及び破線で各試料のユニバーサル硬度（Ｎ／ｍｍ^２）を示した。また、実施例１において、ユニバーサル硬度及び弾性回復仕事率の測定には、フィーシャースコープ社製Ｈ１００Ｃを用いた。また、ユニバーサル硬度及び弾性回復仕事率の測定は、透明ゴム状樹脂１１３の厚さが２５μｍ程度であることから、測定値が透明基板の影響を受けないようにするためにビッカース圧子１３２の最大押し込み量を２μｍとし、ビッカース圧子１３２の押し込みは、押し込み荷重Ｆを負荷し始めてから押し込み量が最大になるまでの時間を５秒、さらにそこから押し込み荷重Ｆを減らしていきゼロになるまでの時間を５秒（つまり、押し込み速度が０.４μｍ／秒程度）とし、各保護シート１１２につき３回測定し、その平均値を測定値とした。なお、測定は温度２３℃、湿度５０％の環境下で行った。

図９に保護シート１１２の耐荷重性（プリズム部頂部の破損しにくさと、透明ゴム状樹脂の打痕の残りにくさ）の評価時の構成を示す。詳しくは、測定台１３０上に平坦なガラス板１３１を乗せ、その上に試料１〜６を組み込んだ面光源装置１０２のプリズムシート１１５のプリズム部１１６形成面と反対側の面をガラス板１３１の上に載置した。詳しくは、ガラス板１３１上にプリズムシート１１５のプリズム部１１６形成面が上側になるようにして設置し、さらにその上から透明ゴム状樹脂１１３側をプリズム部１１６と対向させて保護シート１１２を配置し、透明基板１１４の上に導光板１１１の光出射面１２３を載置するようにして配置した。

次に、導光板１１１の光出射面１２３と反対側の面から所定の荷重Ｆ′を負荷した後、面光源装置１０２を点灯させて、見栄えが悪化したか否かを目視により判断した。また、保護シート１１２（試料１〜６）に傷が付いているかどうかも合わせて目視で確認した。なお、プリズムシート１１５には、密度が９.５×１０^−４ｇ／ｍｍ^３、ユニバーサル硬度が約９.２Ｎ／ｍｍ^２の素材を用いた。

図１０に試料１〜６の評価結果を示す。図中の×印は、評価において、「密着」の欄では光学密着が発生したことを示し、「耐荷重」の欄では、プリズム部１１６頂部の破損と透明ゴム状樹脂１１３への打痕とが発生したことを示す。これに対して、○印は、いずれも発生しなかったことを示す。

実施例１の液晶表示装置１０１の構成においては、ユニバーサル硬度が０.２Ｎ／ｍｍ^２以下では、光学密着が発生し（試料６）、２.３Ｎ／ｍｍ^２以上では、プリズム部１１６の頂部が破損すると共に透明ゴム状樹脂１１３に打痕が残った（試料４、５）。また、弾性回復仕事率が７０％以下であると、プリズム部１１６の頂部が破損すると共に透明ゴム状樹脂１１３に打痕が残った（試料４、５）。

以上から、実施例１の液晶表示装置１０１の構成において、耐荷重性を確保するためには、ユニバーサル硬度が０.２Ｎ／ｍｍ^２より大きく２.３Ｎ／ｍｍ^２よりも小さい値で、弾性回復仕事率が７０％以上必要であることがわかった。

したがって、透明基板１１４上に透明ゴム状樹脂１１３を形成した保護シート１１２を、透明ゴム状樹脂１１３がプリズムシート１１５側になるようにして導光板１１１とプリズムシート１１５の間に配設し、透明ゴム状樹脂１１３の特性をプリズムシート１１５の自重だけでは変形することがなく、通常以上の外力が加えられるとはじめて変形するようなものを用いることにより、正面輝度低下を最小限に抑えつつ、通常状態では光学密着が発生せず、想定される範囲内の外力が働いてもプリズムシート１１５が破損したり保護シート１１２に傷が付いたりすることを防止できる。つまり、図６及び図７で説明した方法で測定されるユニバーサル硬度及び弾性回復仕事率が適切な値を有する透明ゴム状樹脂１１３が形成された保護シート１１２を、導光板１１１とプリズムシート１１５の間に配置することにより、液晶表示装置１０１及び面光源装置１０２の耐荷重性を向上させることができる。

さらに、保護シート１１２を導光板１１１上に直接形成せず、独立したシートとすることにより、光学特性の均一な保護シート１１２を製造することが容易になる。また、保護シート１１２は、プリズムシート１１５の自重によって変形しないため、プリズムシート１１５を固定するための特別な固定機構を設ける必要はない。さらに、プリズムシート１１５を保護シート１１２上に置くだけでプリズムシート１１５に形成された各プリズム部１１６間に空気層が保持されるので、面光源装置１０２を必要以上に厚くすることなく、安価な構成で光を効率よく垂直方向に出射させることができる。

実施例２は、実施例１の液晶表示装置１０１に用いられている保護シート１１２の構成が異なるものである。図１１に、本発明の実施例２で用いた保護シート２１１の側面図を示す。保護シート２１１は、透明基板１１４上に第１の透明ゴム状樹脂２１２を形成し、第１の透明ゴム状樹脂２１２上にさらに第２の透明ゴム状樹脂２１３を形成してあり、透明ゴム状樹脂が２層構造となっている。例えば、この保護シート２１１では、第２の透明ゴム状樹脂２１３が主にプリズムシート１１５との光学密着を防止し、第１の透明ゴム状樹脂２１２が外力に対する、プリズム部１１６の破損を防止するように構成されている。つまり、第２の透明ゴム状樹脂２１３にはやや硬めの透明ゴム状樹脂を使い、プリズムシート１１５の自重では変形して光学密着を起こさない特性を有し、第１の透明ゴム状樹脂２１２は、第２の透明ゴム状樹脂２１３よりも柔らかい樹脂を使い、外力が加えられたときに変形して、プリズムシート１１５に形成されたプリズム部１１６の頂部の破損を防止する。

したがって、第１の透明ゴム状樹脂２１２及び第２の透明ゴム状樹脂２１３に役割を分散できるので、特性の異なる透明ゴム状樹脂をうまく組合わせることによって実施例１に示した保護シート１１２の特性範囲よりも広い範囲で必要性能（耐荷重性）を満足することができる。また、使用できる素材の種類も増えるので、より安価な材料を使って低コスト化したり、新たな機能を有する素材を使用してより付加価値の高い製品を製造することも可能となる。なお、透明ゴム状樹脂を３層以上形成してもよいが、量産性を考えると総数は少ないほうがよく２層程度が好ましい。ただし、層数を増やせば、各層に用いる樹脂の組合せの自由度が大きくなることは言うまでもない。

実施例３は、実施例１の液晶表示装置１０１に用いられている保護シート１１２の構成が異なるものである。図１２に、本発明の実施例３で用いた保護シート２１４の側面図を示す。保護シート２１４は、透明基板１１４上に透明ゴム状樹脂２１５を形成し、透明ゴム状樹脂２１５内にビーズ２１６等を混ぜ込んだものである。これにより、外力によるプリズムシート１１５の破損を防止すると共に拡散板としての機能を持たせて、輝度ムラを低減することができる。

ただし、透明ゴム状樹脂２１５内にビーズ２１６等を混ぜ込むことにより、混ぜ込んでいないものと比べて正面輝度は減少するので、必要とする正面輝度を確保できる範囲の密度でビーズ２１６を混ぜ込む必要がある。また、透明ゴム状樹脂２１５内で部分的にビーズ２１６の密度を変化させることで輝度ムラを補正し易くさせる機能を付加することも可能となる。

なお、実施例３においては、透明ゴム状樹脂２１５ではなく、透明基板１１４又は透明ゴム状樹脂２１５と透明基板１１４の両方にビーズ２１６を分散させることによって、拡散板としての機能を持たせてもよい。

なお、本発明では、片面発光タイプの液晶表示装置で説明したが、両面発光タイプの液晶表示装置及びそれに用いられる両面発光装置に組み込んで用いることもできる。

図１３は、本発明の実施例４による液晶表示装置３０１の概略断面図である。実施例４による液晶表示装置３０１は、実施例１の液晶表示装置１０１と保護シート１１２の構造が異なっている。

実施例４で用いられている保護シート１１２では、透明基板１１４の上面に透明ゴム状樹脂１１３が積層され、透明基板１１４の下面にも透明ゴム状樹脂３０２が積層されて一体化されている。下面側の透明ゴム状樹脂３０２は、上面側の透明ゴム状樹脂１１３と同じ材料によって形成されていてもよいが、透明ゴム状樹脂であれば異なる材料であってもよい。

下面側に設けられた透明ゴム状樹脂３０２は、空気を含まないようにして導光板１１１の光出射面１２３にぴったりと密着させられており、透明ゴム状樹脂３０２を光出射面１２３に密着させることによって保護シート１１２と導光板１１１を一体化している。透明ゴム状樹脂３０２を光出射面１２３に密着させるには、透明ゴム状樹脂３０２の粘弾性を利用して光出射面１２３に密着させてもよいが、接着剤やマッチングオイルを用いて透明ゴム状樹脂３０２を光出射面１２３に密着させてもよい。ただし、保護シート１１２内を光が通過するので、保護シート１１２を構成する各層の材料としては、光の吸収が少なく、光の拡散性の低いものを使用するのが好ましい。

実施例１の場合には、光出射面１２３と透明基板１１４のいずれかに凸パターンを設けたりビーズを混ぜたりすることにより、光出射面１２３と透明基板１１４裏面との間に空気層を設けていたが、実施例４の場合には光出射面１２３と透明ゴム状樹脂３０２が密着しているので、導光板１１１と保護シート１１２の間には空気層はない。

従って、実施例４の液晶表示装置３０１によれば、実施例１で密着防止のために設けた凸パターンやビーズが不要になるので、凸パターンやビーズによって導光板１１１からの出射光が拡散されない分、液晶表示装置３０１の正面輝度を向上させることができる。もっとも、保護シート１１２が導光板１１１に密着していない実施例１の構成の方が、プリズムシート１１５に斜め方向から力が加わった場合には、保護シート１１２が導光板１１１と平行に力の加わった向きへ変位できるので、衝撃吸収の効果が高い。

なお、実施例１のような透明基板１１４と光出射面１２３からなる保護シート１１２を用いる場合にも、接着剤やマッチングオイルを用いて透明基板１１４の下面を光出射面１２３に密着させてもよい。

また、実施例４では、透明基板１１４の両面に透明ゴム状樹脂１１３、３０２を設けたが、保護シート１１２のハンドリング性があまり問題にならない場合には、１枚の透明ゴム状樹脂１１３で保護シート１１２を形成してもよい。この場合には、透明ゴム状樹脂１１３の上面でプリズムシート１１５を保護し、透明ゴム状樹脂１１３の下面を導光板１１１の光出射面１２３に密着させることになる。

図１４は、本発明の実施例５による液晶表示装置３１１の概略断面図である。実施例５で用いられる保護シート１１２では、透明基板１１４の上面に透明ゴム状樹脂１１３が積層されており、透明ゴム状樹脂１１３の上面には透明ゴム状樹脂１１３と同一材料によって多数の微細パターン３１２が形成されている。微細パターン３１２は、プリズムシート１１５に設けられているプリズム部１１６よりも微細なものであって、例えば数μｍ〜１０μｍ程度の高さがあればよい。

このような微細パターン３１２を保護シート１１２の表面に設ければ、透明ゴム状樹脂１１３とプリズム部１１６の頂部とがより密着しにくくなり、光学密着がより一層起こりにくくなる。また、プリズム部１１６の頂部のつぶれを防止する効果もより高くなる。

さらに、微細パターン３１２のパターン形状を三角錐状や円錐状などの錐形状にすれば、図１５に示すように、保護シート１１２を通過する光ｐを微細パターン３１２で任意の方向に偏向させることも可能になる。

図１６は、本発明の実施例６による液晶表示装置３２１の概略断面図である。実施例６で用いられているホルダ１１８では、段差面１２８よりも下方において、ホルダ１１８の貫通孔１２７内面にプリズムシート１１５を支持するためのステップ面３２２を設けている。プリズムシート１１５は、周縁部下面をステップ面３２２の上に載せてホルダ１１８の貫通孔１２７内で水平に支持されており、プリズムシート１１５のプリズム部１１６と保護シート１１２の上面との間には所定の空隙３２３があけられている。空隙３２３の厚みは、１０μｍ以上あればよいが、液晶表示装置の薄型化が求められている中での空隙３２３の厚みの上限値はせいぜい１００μｍ程度となる。

また、段差面１２８とステップ面３２２との間の垂直距離はプリズムシート１１５の厚みにほぼ等しくなっており、プリズムシート１１５は段差面１２８に貼られた第１の両面テープ１２０によって周囲を押えられている。

実施例１の液晶表示装置１０１では、プリズムシート１１５を保護シート１１２の上に載せているので、透明ゴム状樹脂１１３の硬度は、プリズムシート１１５の自重で光学密着が発生しないレベルに設定する必要がある。しかし、液晶表示装置の構成や用途などによっては、ホルダ１１８の変形等で保護シート１１２やプリズムシート１１５が撓み、保護シート１１２にプリズムシート１１５の自重以上の負荷が加わって光学密着が常時発生する恐れがある。

実施例６では、この対策として、プリズムシート１１５と保護シート１１２の間に空隙３２３を形成している。すなわち、実施例６の液晶表示装置３２１によれば、ヒートサイクルが発生するような過酷な条件（例えば、−５０℃〜＋１００℃）で保護シート１１２が反るような場合や、ホルダ１１８の剛性が弱いためにホルダ１１８が撓んで恒常的に保護シート１１２やプリズムシート１１５に外力が加わって反りが発生するような場合でも、プリズムシート１１５のプリズム部１１６と保護シート１１２とが準定常的に接触するのを防ぐことができる。そして、反りが発生した上に外力が加わってプリズム部１１６の頂部が保護シート１１２に接触した場合には、透明ゴム状樹脂１１３によってプリズム部１１６頂部の破損を防ぐことができる。

図１７は実施例６の変形例による液晶表示装置３３１を示す概略断面図である。この変形例にあっては、ステップ面３２２よりも下方において、ホルダ１１８の貫通孔１２７内面にテープ貼り付け面３３２が設けられている。このテープ貼り付け面３３２は、ホルダ１１８内に納められた保護シート１１２の上面とほぼ等しい高さに形成されている。よって、テープ貼り付け面３３２から保護シート１１２の上面周囲にかけて粘着テープ３３３を貼り付けることによって保護シート１１２の周囲をホルダ１１８に固定することでき、保護シート１１２の浮き上がりを防止することができる。

また、保護シート１１２の浮き上がりを防止するためには、図１８に示す別な変形例による液晶表示装置３３４のように、導光板１１１の有効領域外において、保護シート１１２の下面外周部を第３の両面テープ３３５によって導光板１１１の上面外周部に貼り付けてもよい。

Claims (6)

1. 光源と、
   内部に導入された前記光源の光を光出射面に向けて偏向させる凹凸パターンを形成され、前記光出射面とほぼ平行な方向へ向けて前記光出射面から光を出射させる導光板と、
   前記光出射面から出射された光を前記光出射面にほぼ垂直な方向へ向けて偏向させるためのプリズムを複数形成され、前記プリズムが前記導光板側を向くようにして配置されたプリズムシートとを備えた面光源装置において、
   透明でかつ表面が所定の弾性率を有し、前記所定の弾性率を有する表面が前記プリズムと対向するように配置された保護シートを有することを特徴とする面光源装置。
2. 前記保護シートは、透明基板上に所定の弾性率を有する透明ゴム状樹脂を１層又は複数層形成したものであることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記保護シートの表面の前記所定の弾性率は、前記プリズムシートが外力を受けた場合にのみ表面が変形するものであることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
4. 前記保護シートの表面は前記プリズムの頂部と接し、前記表面を変形させることなく前記プリズムを支持できる弾性率を有していることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
5. 前記保護シートに微細なビーズを分散させたことを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
6. 請求項１〜５に記載の面光源装置と、液晶表示パネルとを備えた液晶表示装置。

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