JPWO2015068741A1 - ガラス板、導光板ユニット、面状発光装置、および、液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明は、本発明のガラス板を用いた導光板ユニット、当該導光板ユニットを用いた面状発光装置、及び当該面状発光装置を用いた液晶表示装置に関する。
面状発光装置としては、直下型とエッジライト型のものがある。直下型は、光出射面に対して反対側となる背面に光源が配置されるため、光出射面と同程度の寸法の光源が必要になる。エッジライト型は光出射面に対して直交方向となる側面に光源が配置されるため、光出射面よりも寸法が小さい光源を使用できるので、液晶表示装置の大画面化に適している。
エッジライト方式の面状発光装置に使用される導光板ユニットの一構成例を図1に示す。図1に示す導光板ユニット10は、側面に配置された光源(図示せず)からの光を全反射により内部に伝播させるとともに面状に出射させるための導光板20と、この導光板20の主として光を出射する光出射面(図中、上面)に対して反対側となる光反射面(図中、下面)から出射する光を再び導光板20に戻すための反射板30と、で構成されている。導光板20の光反射面には、ドットパターン状の光散乱部40設けられている。この光散乱部40は、その内部で全反射する光を散乱させて光出射面から出射させるとともに、光源が点光源である場合の光出射面における輝度の不均一、また光源からの距離の違いによる光出射面における輝度の不均一等を抑制する。
液晶表示装置の大画面化に対応するため、面状発光装置を大型化した場合、より高出力の光源が用いられる。これにより、光源の発熱量も多くなり、導光板にも耐熱性が要求されるようになる。上記した樹脂材料製の導光板は、ガラス転移点(Tg)が、アクリル樹脂の場合、80〜100℃、またポリカーボネート樹脂の場合、145〜150℃と低いため耐熱性が不十分である。また、アクリル樹脂は、波長780nm付近に吸収がある点でも問題がある。
上記した樹脂材料製の導光板よりも耐熱性に優れた導光板としては、ガラス材料製の導光板が提案されている(特許文献1,2参照)。ガラス材料の組成にもよるが、ガラス転移点(Tg)は530℃程度まで高めることができる。
なお、本明細書における内部透過率Tinとは、ある光路長をL(cm)、入射光強度をI0(%)、ある光路長L(cm)を透過した後の光の強度をI1(%)、反射による光の減衰率をR(%)としたときに下記の式で表せられる値を指す。
logTin=(log(I1/I0)−logR)
本発明は、上述した従来技術における問題点を解決するため、可視光域の光線の内部透過率に優れたガラス板、当該ガラス板を用いた導光板ユニット、当該導光板ユニットを用いた面状発光装置、および当該面状発光装置を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
本明細書において、ガラスの組成成分の含有割合は、特に断りがない限り、質量百分率表示(質量%)または質量ppmで表し、これらを単に%またはppmとも記している。
また、本発明の上記したガラス板のガラス組成において、Fe2O3に換算した総鉄の含有量が、5〜150ppmであることが好ましい。
また、本発明の上記したガラス板のガラス組成において、Fe2O3に換算した総鉄中の、Fe2O3に換算したFe2+の含有量が、0.02〜30ppmであることが好ましい。
本明細書において数値範囲を示す「〜」とは、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含む意味で使用され、特段の定めがない限り、以下本明細書において「〜」は、同様の意味をもって使用される。
本発明のガラス板は、ガラス製であるため、導光板として使用した際に耐熱性が良好である。
本発明のガラス板は、図1に示す導光板ユニット10の導光板20として使用される。本発明のガラス板は、液晶表示装置の大画面化に対応するため、その有効光路長が、25〜200cmである。ここで、有効光路長とは、導光板としての使用時において、光が入射する端面から反対側の端面までの距離を指し、図1に示す導光板20の場合、水平方向の長さに相当する。
有効光路長が、25cm以上であれば、20インチ以上のサイズの液晶表示装置の導光板ユニットに使用可能である。
有効光路長が増加すると、それに応じて平均内部透過率およびY値(以下、総称して内部透過率とする場合がある。)が低下する。有効光路長が200cmよりも大きくなると、後述するガラス板の総鉄量の制限、およびFe2+の量の制限を講じても、要求される内部透過率の達成が難しくなる。
本発明のガラス板は、有効光路長が30〜150cmであることが好ましく、35〜120cmであることがより好ましい。
ガラス板の内部透過率は、該ガラス板の厚さによっても影響される。ガラス板の厚さが0.5mmより小さいと、導光板としての使用時において、ガラス表面で反射する回数が増加することになり、反射による減衰が大きくなり有効光路長での内部透過率が低下する。このため、後述するガラス板の総鉄量の制限、およびFe2+の量の制限を講じても、要求される内部透過率の達成が難しくなる。好ましくは1mm以上であり、より好ましくは1.5mm以上である。
一方、ガラス板の厚さが10mmより大きいと、導光板としての使用時において、伝搬する光が導光板下の光散乱部(図1の40)に散乱される回数が減少するため、外に取り出される光量が減少するため、有効光路長での内部透過率が低下する。このため、後述するガラス板の総鉄量の制限、およびFe2+の量の制限を講じても、要求される内部透過率の達成が難しくなる。好ましくは5mm以下であり、より好ましくは2.5mm以下である。
可視光域の平均内部透過率が高い場合であっても、可視光域のうち、特定波長域で光線吸収が大きいと、導光板の輝度が低下する、輝度ムラが生じる、色ムラが生じる等の問題がある。
このため、本発明のガラス板は、可視光域の平均内部透過率が有効光路長で80%以上であることに加えて、JIS Z8701(附属書)でのXYZ表色系における三刺激値のY値(以下、本明細書において、「Y値」という。)が有効光路長で90%以上である。
Y値は、下記式により求められる。
Y=Σ(S(λ)×y(λ))
ここで、S(λ)は、各波長における透過率であり、y(λ)は各波長の重みづけ係数である。したがって、Σ(S(λ)×y(λ))は、各波長の重みづけ係数と、その透過率と、を掛け合わせたものの総和をとったものである。
なお、y(λ)は、眼の網膜細胞のうち、M錐体(G錐体/緑)に対応し、波長535nmの光に最も反応する。
本発明のガラス板は、可視光域の平均内部透過率が有効光路長で82%以上であることが好ましく、85%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましい。
本発明のガラス板は、Y値が有効光路長で91%以上であることが好ましく、92%以上がより好ましく、93%以上がさらに好ましい。
多成分系の酸化物ガラスの製造時には、ガラスの熔解性を向上させるため、鉄をガラス原料に配合する。但し、鉄は、可視光域に吸収が存在するため、鉄の含有量が高くなると、可視光域の内部透過率が低下する。
本発明のガラス板は、該ガラス板の総鉄量が、後述する条件を満たすことで、380nmから500nm、および600nmから780nmの光の吸収を抑えられ、エッジライト型のようにディスプレイの大きさにより有効光路長が変化する場合でも有効に使用できる。
具体的には、ガラス板の有効光路長をL(cm)とし、該ガラス板のFe2O3に換算した総鉄の含有量(以下、総鉄量ともいう。)をA(ppm)とするとき、125(cm・ppm)≦L×A≦10000(cm・ppm)の関係を満たすことが好ましい。なお、上記したLとAの関係式は、本願発明者が実験的に導き出したものである。
L×A<125(cm・ppm)であると、本発明で想定する、導光板の有効光路長が25〜200cmとなるサイズの面状発光装置で使用するガラス板中の総鉄量が1〜2ppmになってしまい、低コストでの大量生産が難しくなる。
L×A>10000(cm・ppm)であると、ガラス板中の総鉄量が多くなるため、380nmから500nmの波長域と、600nmから780nmの波長域の光の吸収が多くなり、可視光域の内部透過率が低下し、有効光路長で上述した可視光域の平均内部透過率およびY値を満たさなくなるおそれがある。
また、本発明のガラス板は、250(cm・ppm)≦L×A≦9000(cm・ppm)の関係を満たすことがより好ましく、500(cm・ppm)≦L×A≦8000(cm・ppm)の関係を満たすことがさらに好ましい。
一方、本発明のガラス板の総鉄量Aは、5ppm以上であることが、多成分系の酸化物ガラス製造時において、ガラスの熔解性を向上させるうえで好ましく、10ppm以上であることがより好ましく、20ppm以上であることがさらに好ましい。
なお、ガラス板の総鉄量Aは、ガラス製造時に添加する鉄の量により調節できる。
本発明のガラス板は、該ガラス板のFe2+の量が、後述する条件を満たすことで、600nmから780nmの波長域で光の吸収を抑えられ、エッジライト型のようにディスプレイの大きさにより有効光路長が変化する場合でも有効に使用できる。
本発明のガラス板は、該ガラス板の有効光路長をL(cm)とし、該ガラス板のFe2O3に換算した総鉄中の、Fe2O3に換算したFe2+の含有量をB(ppm)とするとき、2.5(cm・ppm)≦L×B≦3000(cm・ppm)の関係を満たすことが好ましい。なお、上記したLとBの関係式は、本願発明者が実験的に導き出したものである。
L×B<2.5(cm・ppm)であると、本発明で想定する、導光板の有効光路長が25〜200cmとなるサイズの面状発光装置に使用するガラス板中のFe2+が0.02〜0.1ppmになってしまい、低コストでの大量生産が難しくなる。
L×B>3000(cm・ppm)だと、ガラス板のFe2+の含有量が多くなるため、600nmから780nmの波長域の光の吸収が多くなり、可視光域の内部透過率が低下し、有効光路長で上述した可視光域の平均内部透過率およびY値を満たさなくなるおそれがある。
また、本発明のガラス板は、10(cm・ppm)≦L×B≦2400(cm・ppm)の関係を満たすことがより好ましく、25(cm・ppm)≦L×B≦1850(cm・ppm)の関係を満たすことがさらに好ましい。
一方、本発明のガラス板のFe2+の含有量Bは、0.02ppm以上であることが、多成分系の酸化物ガラス製造時において、ガラスの熔解性を向上させるうえで好ましく、0.05ppm以上であることがより好ましく、0.1ppm以上であることがさらに好ましい。
なお、ガラス板のFe2+の含有量は、ガラス製造時に添加する酸化剤の量により調節できる。ガラス製造時に添加する酸化剤の具体的な種類とそれらの添加量については後述する。
Fe2O3の量Aは、蛍光X線測定によって求めた、Fe2O3に換算した全鉄の含有量(質量ppm)である。Fe2+の含有量Bは、ASTM C169−92に準じて測定した。なお、測定したFe2+の含有量は、Fe2O3に換算して表記した。
可視光域に吸収が存在する成分としては、例えば、MnO2、TiO2、NiO、CoO、V2O5、CuOおよびCr2O3がある。
本発明のガラス板は、これらMnO2、TiO2、NiO、CoO、V2O5、CuOおよびCr2O3からなる群から選ばれる少なくとも1種の成分が含まれる場合、含まれる成分の合計含有量が、酸化物基準の質量百分率表示で0.1%以下(1000ppm以下)であることが、有効光路長で上述した可視光域の平均内部透過率およびY値を満たすうえで好ましい。より好ましくは0.08%以下(800ppm以下)であり、さらに好ましくは0.05%以下(500ppm以下)である。
本発明のガラス板は、これらCeO2、Sb2O3、SnO2およびAs2O3からなる群から選ばれる少なくとも1種の成分が含まれる場合、含まれる成分の合計含有量が、酸化物基準の質量百分率表示で0.3%以下(3000ppm以下)であることが、有効光路長で上述した可視光域の平均内部透過率およびY値を満たすうえで好ましい。より好ましくは0.25%以下(2500ppm以下)であり、さらに好ましくは0.2%以下(2000ppm以下)である。前記の群の成分の内、Sb2O3のみを含有する場合は、酸化物基準の質量百分率表示で0.5%以下(5000ppm以下)まで許容出来る。
ただし、CeO2、Sb2O3、SnO2およびAs2O3は、ガラスの酸化剤として作用するため、ガラス板のFe2+の量を調節する目的で添加してもよい。ただし、As2O3は、積極的に含有させるものではない。ガラスの酸化剤として添加する場合、酸化物基準の質量百分率表示で、それぞれ以下の添加量とすることが好ましい。
CeO2を含有させる場合、好ましくは0.05%以上(500ppm以上)であり、より好ましくは0.07%以上(700ppm以上)であり、さらに好ましくは0.1%以上(1000ppm以上)である。
Sb2O3を含有させる場合、好ましくは0.1%以上(1000ppm以上)であり、より好ましくは0.15%以上(1500ppm以上)であり、さらに好ましくは0.2%以上(2000ppm以上)である。
SnO2を含有させる場合、好ましくは0.05%以上(500ppm以上)であり、より好ましくは0.1%以上(1000ppm以上)であり、さらに好ましくは0.15%以上(1500ppm以上)である。
As2O3が含有してしまう場合は、好ましくは0.14%以下(1400ppm以下)であり、より好ましくは0.1%以下(1000ppm以下)であり、さらに好ましくは0.07%以下(700ppm以下)である。Asは、化合物となっても毒性を有することから、通常では使用されない成分である。
本発明のガラス板の一構成例(構成例A)は、鉄を除いた該ガラス板の組成が、酸化物基準の質量百分率表示で実質的に、SiO2:60〜80%、Al2O3:0〜7%、MgO:0〜10%、CaO:4〜20%、Na2O:7〜20%、K2O:0〜10%、を含む。
反射板30としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等に、硫酸バリウム、二酸化チタン等を混ぜ合わせた材料が好適に用いられる。また、反射板30としては、樹脂材料中に微細な気泡を形成した材料、金属板の表面に銀を蒸着した材料、金属板の表面に、硫酸バリウム、二酸化チタン等を含む塗料を塗布した材料等を用いることができる。反射板30としては、反射率を向上させるために、複数枚を重ねて使用してもよい。反射板30の反射率を向上させることで、光出射面における輝度を上昇させることができる。通常、反射板30としては、反射率が90%以上のものが好ましい。
ドットパターン40を形成することにより、隣接するドット間に空気層(図示せず)を形成でき、導光板20の光反射面、特に隣接するドット間に露出する光反射面に屈折率の低い空気を接触させることができる。これにより、全反射条件を満たすものとすることができ、導光板20の内部に光を十分に伝播させ、光出射面における輝度の不均一等を抑制することができる。
また、光源は、導光板20の対峙する一対の側面にそれぞれ設けてもよいし、一つの側面にのみ設けてもよい。
光源本体としては、冷陰極管(Cold Cathode Fluorescent Lamp)等の線光源、発光ダイオード(Light Emitting Diode:以下LEDと称する)等の点光源を用いることができる。点光源には、上記LED以外にレーザーダイオード(Laser Diode)等が用いられる。LEDには、例えば、青色等の単色を発光する半導体発光素子と、この半導体発光素子から発せられる青色光の一部を吸収して黄色光を発する蛍光体とからなる擬似白色LEDが用いられる。また、LEDには、例えば、赤色、緑色、青色の各色を発光する素子を備え、3つの単色光の合成光で白色光を発するものが用いられる。
光源基板としては、例えば、LED等の複数の点光源を所定の間隔を保持するように搭載するものが挙げられる。光源基板には、点光源等を実装するとともに、点光源等に電力を供給するための回路パターンが形成される。
液晶ユニットは、液晶の複屈折性を応用しており、ガラス等の絶縁性基板上に着色層、遮光層、対向電極等が設けられた対向基板と、ガラス等の絶縁性基板上にスイッチング素子となる薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下TFTと記す)、画素電極等が設けられたTFTアレイ基板とを備えている。また、対向基板とTFTアレイ基板との間隔を保持するためのスペーサ、対向基板とTFTアレイ基板とを貼り合わせるためのシール材、対向基板とTFTアレイ基板との間に挟持させる液晶、液晶を注入する注入口の封止材、液晶を配光させる配向膜、および偏光板等により構成されている。
また、ガラス板の有効光路長をL(cm)とし、該ガラス板のFe2O3に換算した総鉄の含有量がA(質量ppm)であるときのL×A(cm・ppm)の値を各表に記した。
また、ガラス板の有効光路長をL(cm)とし、該ガラス板のFe2O3に換算した総鉄中の、Fe2O3に換算したFe2+の含有量がB(質量ppm)であるときのL×B(cm・ppm)の値を各表に記した。
なお、表1〜表4に記載のガラス組成は、前述した本発明のガラス板の構成例Aに係わるものであり、表6に記載のガラス組成は、前述した本発明のガラス板の構成例Cに係わるものであり、表7に記載のガラス組成は、前述した本発明のガラス板の構成例Bに係わるものである。
ただし、表2の例38および表3の例41、43、45は、参考例である。
一方、比較例のガラス板は、有効光路長での、可視光域の平均内部透過率TAveが80%未満であり、JIS Z8701(附属書)でのXYZ表色系における三刺激値のY値が90%未満である。なお、全ての比較例のガラス板は、L×A>10000(cm・ppm)である。比較例3ではさらにL×B>3000(cm・ppm)である。
なお、2013年11月8日に出願された日本特許出願2013−232008号の明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
20:導光板
30:反射板
40:光散乱部(ドットパターン)
Claims (13)
- 多成分系の酸化物ガラスからなるガラス板であって、有効光路長が25〜200cmであり、厚さが0.5〜10mmであり、前記有効光路長での、可視光域の平均内部透過率が80%以上であり、かつ、JIS Z8701(附属書)でのXYZ表色系における三刺激値のY値が90%以上である、ガラス板。
- 前記ガラス板の有効光路長をL(cm)とし、該ガラス板のFe2O3に換算した総鉄の含有量をA(質量ppm)とするとき、125(cm・ppm)≦L×A≦10000(cm・ppm)の関係を満たす、請求項1に記載のガラス板。
- 前記ガラス板の有効光路長をL(cm)とし、該ガラス板のFe2O3に換算した総鉄中の、Fe2O3に換算したFe2+の含有量をB(質量ppm)とするとき、2.5(cm・ppm)≦L×B≦3000(cm・ppm)の関係を満たす、請求項1または2に記載のガラス板。
- MnO2、TiO2、NiO、CoO、V2O5、CuOおよびCr2O3からなる群から選ばれる少なくとも1種の成分が含まれる場合、含まれる成分の合計含有量が、酸化物基準の質量百分率表示で0.1%以下(1000ppm以下)である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガラス板。
- CeO2、Sb2O3、SnO2およびAs2O3からなる群から選ばれる少なくとも1種の成分が含まれる場合、含まれる成分の合計含有量が、酸化物基準の質量百分率表示で0.3%以下(3000ppm以下)である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガラス板。
- 鉄を除いた該ガラス板の組成が、酸化物基準の質量百分率表示で実質的に、SiO2:60〜80%、Al2O3:0〜7%、MgO:0〜10%、CaO:4〜20%、Na2O:7〜20%、K2O:0〜10%、を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガラス板。
- 鉄を除いた該ガラス板の組成が、酸化物基準の質量百分率表示で実質的に、SiO2:45〜80%、Al2O3:7%超30%以下、B2O3:0〜15%、MgO:0〜15%、CaO:0〜6%、Na2O:7〜20%、K2O:0〜10%、ZrO2:0〜10%、を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガラス板。
- 鉄を除いた該ガラス板の組成が、酸化物基準の質量百分率表示で実質的に、SiO2:45〜70%、Al2O3:10〜30%、B2O3:0〜15%、MgO、CaO、SrOおよびBaOからなる群から選ばれる少なくとも1種の成分を含み、含まれる成分の合計含有量:5〜30%、Li2O、Na2OおよびK2Oからなる群から選ばれる少なくとも1種の成分を含み、含まれる成分の合計含有量:0%以上7%未満、を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガラス板。
- 前記ガラス板のFe2O3に換算した総鉄の含有量が、5〜150ppmである、請求項8に記載のガラス板。
- 前記ガラス板のFe2O3に換算した総鉄中の、Fe2O3に換算したFe2+の含有量が、0.02〜30ppmである、請求項8に記載のガラス板。
- 導光板と、前記導光板の光出射面に対して反対側となる光反射面に設けられた光散乱部としてのドットパターンと、前記導光板の光反射面側に配置された反射板と、を有する導光板ユニットであって、前記導光板として、請求項1〜10のいずれか1項に記載のガラス板を用いた導光板ユニット。
- 請求項11に記載の導光板ユニットと、前記導光板ユニットにおける導光板の側面に配置された光源と、を有する面状発光装置。
- 請求項12に記載の面状発光装置と、前記面発光装置の光出射面側に配置された液晶ユニットと、を有する液晶表示装置。
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