WO1999053370A1 - Plaque guide optique, dispositif source de lumiere superficielle, ecran a cristaux liquides reflectif - Google Patents

Description

明 細 書 導光板、 面光源装置及び反射型液晶表示装置 技術分野

本発明は、 明るくて見易い反射型液晶表示装置を形成しうる導光板、 及びそれ を用いた光の有効利用効率に優れる面光源装置に関する. 景技術

反射型液晶表示装置の暗部等での視認を可能とする照明装置が求められている 中、 本発明者らは透過型液晶表示装置に用いられているバックライ トを液晶セル の視認側に配置するフロントライ トシステムの適用を試みた。 かかるバヅクライ トは、 側面からの入射光を光出射手段を介し上下面の一方より出射する導光板を 使用したものであり、 フロントライトシステムではその導光板を介して表示内容 を視認することとなる。

しかしながら、 従来の導光板を用いたバックライトでは、 点灯時におけるコン トラスト不足や非点灯時における明るさ不足、 表示の乱れなどを生じて実用が困 難な問題点があった。 ちなみに拡散ドットゃ微細凹凸を光出射手段とする導光板 使用のものでは、 点灯時の視認でコントラストに乏しく、 また室内照明等の外光 による非点灯時の視認にてもコントラストに乏しくて表示の明るさにも乏しいと 共に 導光板を介した表示像が著しく乱れて明瞭さに乏しい問題を発生する。 一方、 傾斜角が 4 5度の斜面と 0度のフラヅト面からなる階段状のプリズム構 造を光出射手段とする導光板 （特開昭 6 2— 7 3 2 0 6号公報） を使用したもの でも、 点灯時の視認でコントラストに乏しく、 表示の明るさにも乏しい問題を発 生する。

また前記のフロントライトシステムでは導光板が視認側の表面に位置すること となり、 その表面が傷付くと前記の微細凹凸に準じて表示像を乱す原因となり、 特に導光板の光出射手段が表面に位置してそれが傷付くと漏れ光が増大したり、 そこが輝部や暗部となり易く、 さらに払拭等で光出射手段が徐々に磨耗すると光 出射特性も大きく変ィ匕する問題を発生する。 従って本発明は、 非点灯時及び点灯時の視認におけるコントラストに優れ、 表 示の明るさにも優れると共に、 導光板を介した表示像が乱れにくくて明瞭性に優 れ、 しかも初期の光出射特性ないし表示特性の維持性に優れる反射型液晶表示装 置、 並びにそれを形成しうる導光板や面光源装置の開発を課題とする。 発明の開示

本発明は、 入射側面からの入射光を上面に形成した光出射手段を介して下面よ り出射し、 その下面の基準平面に対する法線に対して 3 0度以内に下面からの出 射光の最大強度の方向があり、 かつ前記 3 0度以内の方向における上面からの漏 れ光の最大強度が下面における前記最大強度の 1ノ5以下であると共に、 前記上 面の表面にハードコート層を有して、 下面からの入射光が上面より透過すること を特徴とする導光板を提供するものである。

また本発明は、 前記導光板の入射側面に光源を有することを特徴とする面光源 装置、 及びその面光源装置における下面側に、 反射層を具備する液晶セルを有す ることを特徴とする反射型液晶表示装置を提供するものである.

本発明の作用効果は、導光板に付与した特性に基づく。すなわち本発明者らは、 上記の課題を克服するために鋭意研究を重ねる中で、 上記した従来の拡散ドット や微細凹凸を光出射手段とする導光板では、 図 9、 図 1 0に示した如く、 導光板 1 8の光出射手段による散乱で側面より入射した伝送光はほぼ全方位に発散し、 その散乱特性により下面よりの出射光ひ！も上面からの漏れ光 ? 3も下面に対す る法線（正面方向） Hに対し約 6 0度の方向 0₄に最大強度 B、 bを示し、 その 強度もほぼ同じであるため、 視認に有効な方向、 特に前記法線を基準に縦方向の 上方約 1 5度〜下方約 3 0度及び横方向の左右約 3 0度の視角範囲における光量 が少なくて表示の明るさに乏しくなり、 また表示像を形成する下面よりの出射光 ひ ₂が上面からの漏れ光 ? ₄と重複してコントラストに乏しくなると共に、 非点 灯時では前記の散乱光ァ ₂による表示像の白呆けでコントラストに乏しくなり、 導光板による散乱で表示光ァ ァ ₃が混交して表示像を著しく乱すことを究明 した。

また特開昭 6 2— 7 3 2 0 6号公報によるプリズム式光出射手段を有する導光 板にても、 前記と同様に上面からの漏れ光が多くてそれが表示像を形成する下面 からの出射光と重複してコントラストを低下させ、 また出射角度の大きレ、出射光 が多くて視認に有効な方向の光量が少なく、 表示の明るさを低下させて表示品位 の低下問題を発生させることを究明した。

従って明るくて明瞭な表示像の形成には、 側面からの入射光が下面より指向性 よく、 就中、 図 4に例示の如く下面に対する法線 Hの方向に可及的に近い角度 6> ₃で、 特に前記の視角範囲において集光性よく出射する導光板であることが求め られる。 反射型液晶表示装置では通例、 平均拡散角度が 5〜1 5度程度の粗面系 反射層を介して表示の均一化と明確化を図っている. 従って反射層に大きい角度 で入射する光が多いと （図 9 ： B， 図 1 0 ： ひ！）、 視認に有効な方向の光量が減 少して明るい表示が困難となり、 また大きい角度の視認には表示の反転が生じ易 く、電界複屈折型の表示では色変化が大きくなるなどの問題も発生しやすくなる。 またコントラストの向上には、 図 4に例示の如く上面からの漏れ光 aが表示像 を形成する下面からの出射光 Aと可及的に重複しないこと、 特に前記の視角範囲 での重複が可及的に少ないことが求められる。反射型液晶表示装置では、通例 1： 5〜1 ： 2 0のコントラスト比であるから、 漏れ光と表示像の重複がコントラス ト比に与える影響は大きい。

さらに表示像を乱すことの防止には、 上面から下面及び下面から上面に透過す る光が可及的に散乱されないことが求められる。 反射型液晶表示装置に設けるフ ロントライ トは、 暗所での視認を可能とする補助光源であり、 本来は消費電力の 低減を目的とした室内光や自然光等の外光の利用による視認であるから、 その本 来の非点灯状態で導光板により外光の入射が阻害されると表示が暗くなるし、 導 光板で散乱を生じると表面白化によるコントラストの低下や、 表示像の混交等に よる乱れが生じることとなる。

カロえて前記の光出射特性や表示品位を長期に維持する点よりは、 導光板、 特に その上面に形成した光出射手段が傷付きにくく、 払拭等で磨耗しにくいことが求 められる。 また液晶表示装置の画素ピッチは、 1 0 0〜3 0 0〃mが一般的であ るから、 導光板の透過光に対する影響を可及的に抑制して、 ピッチが 1 0 0 zm 程度の情報を明瞭に視認できることが望まれ、 画素との干渉によるモアレも抑制 した良好な表示品位も望まれる。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の導光板の斜視説明図である。

図 2は、 本発明の他の導光板の側面説明図である。

図 3は、 プリズム状凹凸の側面説明図である。

図 4は、 実施例による出射特性の説明図である。

図 5は、 面光源装置の側面断面図である。

図 6は、 反射型液晶表示装置の側面断面図である。

図 7は、 他の反射型液晶表示装置の側面断面図である。

図 8は、 ^例による表示像の説明図である。

図 9は、 ^例による出射特性の説明図である。

図 1 0は、 従来例による表示像の説明図である。 発明を実施するための最良の形態

本発明による導光板は、 入射側面からの入射光を上面に形成した光出射手段を 介して下面より出射し、 その下面の基準平面に対する法線に対して 3 0度以内に 下面からの出射光の最大強度の方向があり、 かつ前記 3 0度以内の方向における 上面からの漏れ光の最大強度が下面における前記最大強度の 1 / 5以下であると 共に、 前記上面の表面にハードコート層を有して、 下面からの入射光が上面より 透過するものからなる。

本発明による導光板の例を図 1、 図 2 ( a )〜（c ) に示した。 1が導光板で あり、 1 1， 1 6 , 1 7が光出射手段を形成した上面、 1 2が光出射側となる下 面、 1 3が入射側面であり、 1 4は横側面、 1 5は入射側面に対する対向端であ る。 また 2が、 上面の表面に付設したハードコート層である。

本発明による導光板は、 入射側面からの入射光を上面に形成した光出射手段を 介して下面より出射するものであり、 一般に上面、 それに対向する下面、 及び上 下面間の側面からなる入射側面を有する板状物よりなる。板状物は、 同厚板等で もよいが、 好ましくは図例の如く、 入射側面 1 3に対向する対向端 1 5の厚さが 入射側面のそれよりも薄いもの、 就中 5 0 %以下の厚さとしたものである。 前記対向端の薄厚化により、 図 3、 図 4に示した太矢印の如く、 入射側面より 入射した光が対向端に至るまでに、上面に形成した光出射手段に効率よく入射し、 反射等を介し下面より出射して入射光を目的面に効率よく供給でき、 また導光板 を軽量化することができる利点などがある。 ちなみに、 上面が図 2 aの如き直線 面の場合、 均一厚の導光板の約 7 5 %の重量とすることができる。

導光板は、 上記の出射特性を示すものであればよい。従って前記した板状物の 上面に設ける光出射手段は、 かかる特性を示す適宜なものにて形成しうるが、 当 該特性の達成性などの点よりはプリズム状凸凹からなる光出射手段が好ましい。 前記のプリズム状凸凹は、 等辺面からなる凸部又は凹部にても形成しうるが、 光の利用効率などの点よりは短辺面と長辺面からなる凸部又は凹部にて形成する ことが好ましい。 そのプリズム状凸凹の例を図 3 ( a ), ( b ) に示した。 2 a が凸部、 2 bが凹部であり、 2 1 , 2 3が短辺面， 2 2， 2 4が長辺面である。 なお凸部又は凹部は、 短辺面及び長辺面等とその形成面との交点を結ぶ直線に基 づき、短辺面及び長辺面等の交点（頂点）が当該直線よりも突出しているか（凸） 、 窪んでいるか （凹） による。

すなわち図 3に例示のものに基づく場合、 凸部 2 a又は凹部 2 bを形成する短 辺面と長辺面 （2 1と 2 2又は 2 3と 2 4 ) の形成面との交点を結ぶ仮想線で示 した直線 2 0に基づき、 短辺面と長辺面の交点 （頂点） が当該直線 2 0よりも突 出しているか （凸)、 窪んでいるか （凹） による。

本発明による導光板は、 図 4に例示した如く入射側面 1 3よりの入射光（太矢 印） の下面 1 2よりの出射光における最大強度 Aの方向 0 ₃が、 下面の基準平面 に対する法線 Hに対して 3 0度以内にあり、 かつ前記 3 0度以内の方向における 上面からの漏れ光の最大強度が下面における前記最大強度 Aの 1 / 5以下である ものである。

前記した上面からの漏れ光は、 反射層を介した最大強度 Aを示す光の反射光と 重複しやすく、 前記の上面漏れ光/下面出射光の最大強度比が大きいと表示像の 強さを相対的に減殺しやすく、 コントラストを低下させやすい。

反射型液晶表示装置とした場合の明るさやコントラスト等の表示品位の向上な どの点より好ましい導光板は、 図 4の如く入射側面 1 3と下面 1 2の両基準平面 に対する垂直面 （図上の断面） において前記 0 ₃が 2 8度以内、 就中 2 5度以内、 特に 2 0度以内にあるものである。

加えて、 前記の法線 Hを基準に入射側面 1 3の側を負方向としたとき、 最大強 度 Aの方向と同じ角度 0₃の上面 1 1からの漏れ光 aの強度が当該最大強度 Aの 1/10以下の可及的に小さい値であること、 就中 1ノ 15以下、 特に 1/20 以下であるものである。 当該漏れ光 aは、 最大強度 Aを示す光の正反射方向と重 複するため、 前記 a/Aの値が大きいと表示像の強さを相対的に減殺し、 コント ラストを低下させる.

上記した最大強度方向や漏れ光強度/最大強度比等の特性を達成する点などよ り好ましい光出射手段は、 図 3に例示した如く下面 12の基準平面に対する傾斜 角が 30〜45度の短辺面 (Θ と 0超〜 10度の長辺面 （0₂) からなるプ リズム状凸凹 （2 a又は 2 b) の繰返し構造よりなるものである。

前記において、 入射側面 （13) の側より対向端 （15) の側に下り傾斜する 斜面として形成した短辺面 21 , 23は、 側面よりの入射光の内、 その面に入射 する光を反射して下面 （光出射面） に供給する役割をする。 その場合、 短辺面の 傾斜角 0iを 30〜45度とすることにより図 3に折線矢印で例示した如く、 伝 送光を下面に対し垂直性よく反射して図 4の如く下面の法線 Hに対し 30度以内 に最大強度 Aの方向 0₃を示す下面出射光が効率よく得られる。

漏れ光の抑制やそれによる視認妨害の抑制等の前記性能などの点より短辺面の 好ましい傾斜角 Siは、 32〜43度、 就中 35〜42度である。 なお短辺面の 傾斜角 iが 30度未満では下面出射光の最大強度方向が法線に対して大きい角 度となり、 視認に有効利用できる光量が減少して明るさが低下しやすく、 45度 を超えると上面よりの漏れ光が増大しやすくなる。

一方、 長辺面は、 それに入射する伝送光を反射して短辺面に供給すると共に、 反射型液晶表示装置とした場合に液晶セルからの表示像を透過させることを目的 とする。 かかる点より、 下面の基準平面（12) に対する長辺面の傾斜角 6» ₂は、 0超〜 10度であることが好ましい。

前記により、 図 3に折線矢印で例示した如く、 当該傾斜角 Θ₂より大きい角度 の伝送光が長辺面 22, 24に入射して反射され、 その場合に当該長辺面の傾斜 角に基づいて下面 12により平行な角度で反射されて短辺面 21, 23に入射し、 反射されて下面 12より前記平行ィ匕により良好に集束されて出射する。

前記の結果、 短辺面に直接入射する伝送光に加えて、 長辺面に入射してその反 射を介し短辺面に入射する伝送光もその短辺面を介した反射にて下面に供給する ことができ、 その分の光利用効率の向上をはかりうると共に、 長辺面で反射され て短辺面に入射する光の入射角を一定化でき、 反射角のバラツキを抑制できて出 射光の平行集光化をはかることができる。 従って短辺面と長辺面の当該傾斜角を 調節することにより、 出射光に指向性をもたせることができ、 それにより下面に 対して垂直方向ないしそれに近い角度で光を出射させることが可能になる。 長辺面の当該傾斜角 ₂が 0度では伝送光を平行化する効果に乏しくなり、 1 0度を超えると長辺面への入射率が低下して対向端側への光供給が不足し発光が 不均一化しやすくなる。 また、 導光板の断面形状においても対向端側の薄型化が 困穀となり、 プリズム状凹凸への入射光量も減少して発光効率も低下しやすくな る。 伝送光の平行光化による出射光の集光化や漏れ光の抑制等の前記性能などの 点より長辺面の好ましい傾斜角 ₂は、 8度以下、 就中 5度以下である。

上記した導光板の長辺面を介した表示像の視認性などの点より好ましい長辺面 は、 その傾斜角 0 ₂の角度差を導光板の全体で 5度以内、 就中 4度以内、 特に 3 度以内としたものであり、 最寄りの長辺面間における傾斜角 θ ₂の差を 1度以内、 就中 0 . 3度以内、 特に 0 . 1度以内としたものである。

前記により、 透過する長辺面の傾斜角 ₂の相違等により表示像が受ける影響 を抑制することができる。 長辺面による透過角度の偏向が場所によって大きく相 違すると不自然な表示像となり、 特に近接画素の近傍における透過像の偏向差が 大きいと著しく不自然な表示像となりやすい。

前記した傾斜角 0 ₂の角度差は、 長辺面の傾斜角 0 ₂が上記した 0超〜 1 0度 の範囲にあることを前提とする。 すなわち、 かかる小さい傾斜角 0 ₂として長辺 面透過時の屈折による表示像の偏向を抑制して許容値内とすることを前提とする ものであり、 これは観察点を垂直方向近傍に設定して最適化した液晶表示装置の 最適視認方向を変化させないことを目的とする。

表示像が偏向されると最適視認方向が垂直方向近傍からズレると共に、 表示像 の偏向が大きいと導光板上面からの漏れ光の出射方向に近付いてコントラストの 低下などその影響を受けやすくなる場合もある。 なお長辺面の傾斜角 θ ₂を 0超 〜1 0度とする条件には、 5 光の分散等の影響も無視できる程度のものとする ことなども含まれている。

また明るい表示像を得る点よりは、 外光の入射効率に優れ、 液晶セルによる表 示像の透過光率ないし出射効率に優れるものが好ましい。 かかる点より、 下面の 基準平面に対する長辺面の投影面積が短辺面のそれの 5倍以上、就中 1 0倍以上、 特に 1 5倍以上のプリズム状凹凸とすることが好ましい。 これにより、 液晶セル による表示像の大部分を長辺面を介して透過させることができる。

なお液晶セルによる表示像の透過に際して、 短辺面に入射した表示像は入射側 面側に反射されて上面より出射しないか、 下面に対する法線を基準に長辺面透過 の表示像とは反端側の大きく異なる方向に偏向されて出射し、 長辺面を介した表 示像に殆ど影響を及ぼさない。 従ってかかる点より短辺面は、 液晶セルの画素に 対して極在しないことが好ましい。 ちなみに極論的にいえば、 画素の全面に対し て短辺面がオーバ一ラップすると長辺面を介した垂直方向近傍での表示像の視認 が殆どできなくなる。

よつて表示光の透過不足で不自然な表示となることを防止する点などより、 画 素と短辺面がオーバ一ラヅプする面積を小さくして長辺面を介した充分な光透過 率を確保することが好ましい。 液晶セルの画素ビヅチは 1 0 0〜 3 0 0 mがー 般的であることを鑑みた場合、 前記の点より短辺面は、 下面の基準平面に対する 投影幅に基づいて 4 0 zm以下、 就中 l〜2 0 zm、 特に 5〜 1 5 mとなるよ うに形成されていることが好ましい。

また前記の点より短辺面の間隔は大きいことが好ましいが、 一方で短辺面は上 記したように側面入射光の実質的な出■能部分であるから、 その間隔が広すぎ ると点灯時の照明が疎となってやはり不自然な表示となる場合があり、 それらを 鑑みた場合、図 3に例示した如くプリズム状凸凹 2 a、 2 bの繰返しピッチ Pは、 5 0 / m〜 l . 5 mmとすることが好ましい。 なおピッチは、 一定であってもよ いし、 例えばランダムピヅチゃ所定数のピヅチ単位をランダム又は規則的に組合 せたものなどの如く不規則であってもよい。

プリズム状凹凸からなる光出射手段の場合、 液晶セルの画素と干渉してモアレ を生じる場合がある。 モアレの防止は、 プリズム状凹凸のピッチ調節で行いうる が、 上記したようにプリズム状凹凸のピッチには好ましい範囲がある。 従ってそ のピヅチ範囲でモアレが生じる場合の解決策が問題となる。

本発明においては、 画素に対してプリズム状凹凸を交差状態で配列しうるよう に、 プリズム状凹凸を入射側面の基準平面に対し傾斜状態に形成してモアレを防 止する方式が好ましい。 その場合、 傾斜角が大きすぎると短辺面を介した反射に 偏向を生じて出射光の方向に大きな偏りが発生し、 導光板の光伝送方向における 発光強度の異方性が大きくなって光利用効率も低下し、 表示品位の低下原因とな りやすい。

前記の点より、 入射側面の基準平面に対するプリズム状凸凹の配列方向、 すな わちプリズム状凹凸の稜線方向の傾斜角は、 ± 3 0度以内、 就中 ± 2 5度以内、 特に ± 2 0度以内とすることが好ましい。 なお、 土の符号は入射側面を基準と した傾斜の方向を意味する. モアレを無視しうる場合、 プリズム状凸凹の配列方 向は入射側面に平行なほど好ましい。

導光板は、 上記したように適宜な形態とすることができる。 楔形等とする場合 にもその形状は適宜に決定でき、 図 2 ( a ) に例示の如き直線面 1 1や、 図 2 ( b )、 （c ) に例示の如き曲面 1 6 , 1 7などのように適宜な面形状とするこ とができる。

また光出射手段を形成するプリズム状凹凸も、図 3に例示の直線面 2 1、 2 2、 2 3 , 2 4で形成されている必要はなく、 屈折面や湾曲面等を含む適宜な面形態 に形成されていてもよい。 またプリズム状凹凸は、 ピッチに加えて形状等も異な る凹凸の組合せからなっていてもよい。 さらにプリズム状凹凸は、 稜線が連続し た一連の凸部又は凹部として形成されていてもよいし、 所定の間隔を有して不連 続に配列した稜線方向に断続的な凸部又は凹部として形成されていてもよい。 導光板上面の表面には、 図例の如くハードコート層 2が設けられる。 ハードコ 一ト層は、 上面に形成した光出射手段の傷付きや払拭等による磨耗などを防止し て、 上記した光出射特性を長期に持続させることなどを目的とする. 従ってハー ドコート層は、 例えば二酸化珪素ゃジルコニァ等のガラス材料、 就中、 硬質ガラ ス材料からなる蒸着膜、 シリコーン系ゃフヅ素系等の硬質ポリマ一の塗工膜など の如く、 従来に準じた適宜な形成方式による適宜な透明硬質膜として形成するこ とができ、 特に限定はない。

またハードコート層の厚さについても特に限定はないが、 一般には実用性等の 点より 3 /m以下、 就中 2〃m以下、 特に 0. l〜l〃mとされる. プリズム状 凹凸からなる光出射手段の場合には、 その形状特性などの点より前記厚さのハー ドコート層とすることが好ましい。 導光板における下面や入射側面の形状については、 特に限定はなく、 適宜に決 定してよい。 一般には、 フラット面からなる下面や、 下面に対して垂直な入射側 面とされる。 なお下面については、 上面から視認した場合にその視認方向により 光出射手段とそれが下面に映込んだパ夕一ン同士が干渉して干渉縞を形成する場 合があり、 そのモアレ現象による表示品位低下の防止などを目的に必要に応じて 微細凹凸構造を有するものとすることもできる。 その微細凹凸は、 例えば導光板 下面の粗面化方式、 導光板下面に透明微粒子含有の樹脂層や拡散シートを付設す る方式などの従来の拡散層に準じた適宜な方式にて形成することができる。 また入射側面についても、 例えば湾曲凹形などの光源の外周等に応じた形状と して、 入射光率の向上をはかることもできる。 さらに光源との間に介在する導入 部を有する入射側面構造などとすることもできる。 その導入部は、 光源などに応 じて適宜な形 I犬とすることができる。

前記において、 散乱による表示像の乱れで視認特性が低下することを防止し、 明瞭な表示像を達成する点などより好ましい導光板は、 上下面方向の入射光、 特 に下面から上面への垂直入射光の全光線透過率が 9 0 %以上、 就中 9 2 %以上、 特に 9 5 %以上で、 ヘイズが 4 5 %以下、 就中 3 0 %以下、 特に 2 0 %以下のも のである。

導光板は、光源の波長域に応じそれに透明性を示す適宜な材料にて形成しうる。 ちなみに可視光域では、 例えばアクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂、 ェポ キシ系樹脂等で代表される透明樹脂やガラスなどがあげられる。 複屈折を示さな いか、 複屈折の小さい材料で形成した導光板が好ましく用いられる。

導光板は、 切削法にても形成でき、 適宜な方法で形成することができる。 量産 性等の点より好ましい製造方法としては、 熱可塑性樹脂を所定の形状を形成しう る金型に加熱下に押付て形状を転写する方法、 加熱溶融させた熱可塑性樹脂ある いは熱や溶媒を介して流動化させた樹脂を所定の开娥に «しうる金型に充填す る方法、 熱や紫外線ないし»寸線等で重合処理しうる液状樹脂を所定の开狱を形 成しうる型に充填ないし流延して重合処理する方法などがあげられる。

なお本発明において導光板は、 例えば光の伝送を担う導光部にプリズム状凹凸 等の光出射手段を形成したシートを接着したものの如く、 同種又は異種の材料か らなる部品の積層体などとして形成されていてもよく、 1種の材料による一体的 単層物として形成されている必要はない。 また導光板の厚さは、 使用目的による 導光板のサイズゃ光源の大きさなどにより適宜に決定することができる。反射型 液晶表示装置等の形成に用いる場合の一般的な厚さは、 その入射側面に基づき 2 0 mm以下、 就中 0 . l〜1 0 mm、 特に 0 . 5〜8 mmである。

本発明による導光板によれば、 上面及び下面からの入射光が下面又は上面より 良好に透過し、 それを用いて精度よく平行化された光を視認に有利な垂直性に優 れる方向に出射し、光源からの光を効率よく利用して明るさに優れる面光源装置、 さらには明るくて見やすく低消費電力性に優れる反射型液晶表示装置などの種々 の装置を形成することができる。

図 5に本発明による導光板 1を有する面光源装置 3を例示した。面光源装置は、 例えば図例の如く導光板 1の入射側面に光源 3 1を配置することにより形成でき、 サイドライト型のフロントライト等として好ましく用いうる。

導光板の入射側面に配置する光源としては、 適宜なものを用いうる。 一般には 例えば （冷， 熱） 陰極管等の線状光源、 発光ダイオード等の点光源やそれを線状 や面状等に配列したアレイ体、 あるいは点光源を一定又は不定間隔の線状発光状 態に変換する装置を用いた光源などが好ましく用いうる. 低消費電力性や耐久性 等の点よりは、 冷陰極管が特に好ましい。

面光源装置の形成に際しては、 必要に応じて図 5の如く光源 3 1からの発散光 を導光板 1の入射側面に導くために光源を包囲する光源ホルダ 3 2や、 図 6等の 如く均等な面発光を得るために導光板の下面に配置した拡散層 4などの適宜な補 助手段を配置した組合せ体とすることもできる。

光源ホルダとしては、 高反射率金属薄膜を付設した樹脂シートや金属箔などが 一般に用いられる。 光源ホルダを導光板の端部に接着剤等を介して接着する場合 には、 その接着部分については光出射手段の形成を省略することもできる。

拡散層は、 明暗ムラの防止による明るさの均等化や隣接光線の混交によるモア レの低減などを目的に、 必要に応じて予め面光源装置の光出射面、 従って導光板 1の下面 1 2に配置するものである。 本発明においては、 導光板出射光の指向性 の維持や光の有効利用効率などの点より、 拡散範囲の狭い拡散層が好ましく用い うる。

拡散層は、 上記した下面の微細凹凸に準じて、 例えば ίδ®折率の透明樹脂中に 高屈折率の透明粒子を分散させて塗布硬化させる方式や気泡を分散させた透明樹 脂を塗布硬ィ匕させる方式、 表面を溶媒を介し膨潤させてクレイズを発生させ る方式や不規則な凹凸面を有する透明樹脂層を形成する方式、 あるいは前記に準 じて形成した拡散シートを用いる方式などの適宜な方式で形成でき、 その形成方 式について特に限定はない。 前記の不規則な凹凸面は、 基材やその上に設けた透 明樹脂の塗布層の表面に粗面ィ匕処理したロールや金型等の粗面形状を転写する機 械的方式又は/及び化学的処理方式などの適宜な方式で形成してよい。

上記のように本発明による面光源装置は、 光の利用効率に優れて明るくて垂直 性に優れる光を提供し、 大面積化等も容易であることより反射型液晶表示装置等 におけるフロントライ トシステムなどとして種々の装置に好ましく適用でき、 明 るくて見やすく低消費電力の反射型液晶表示装置等を得ることができる。

図 6、 図 7に本発明による面光源装置 3をフロントライトシステムに用いた反 射型液晶表示装置を例示した。 5 , 5 1は偏光板、 6は液晶セルで、 6 1 , 6 3 はセル基板、 6 2は液晶層であり、 7 , 6 4は反射層である。 反射型液晶表示装 置は、 図例の如く面光源装置の光出射側、 すなわち面光源装置における導光板 1 の下面側に、 反射層 7， 6 4を具備する液晶セル 6を配置することにより形成す ることができる。

反射型液晶表示装置は一般に、 液晶シャヅ夕として機能する透明 具備の液 晶セルとそれに付随の駆動装置、 偏光板、 フロントライ ト、 反射層及び必要に応 じての補償用位相差板等の構成部品を適宜に組立てることなどにより形成される。 本発明においては、 上記した面光源装置を用いる点を除いて特に限定はなく、 図 例の如く従来に準じて形成することができる。 なお図 6の例では、 透明電極の記 入を省略している。

従って用いる液晶セルについては特に限定はなく、 例えば液晶の配向形態に基 づく場合、 T N液晶セルゃS T N液晶セル、 垂直配向セルや H A Nセル、 O C B セルの如きツイスト系や非ヅィスト系、 ゲストホスト系ゃ強誘電性液晶系の液晶 セルなどの適宜なものを用いうる。 また液晶の駆動方式についても特に限定はな く、 例えばァクティブマトリクス方式ゃノ ッシブマトリクス方式などの適宜な駆 動方式であってよい。

反射型液晶表示装置では、 反射層 7 , 6 4の配置が必須であるが、 その配置位 置については図 6に例示の如く液晶セル 6の外側に設けることもできるし、 図 7 に例示の如く液晶セル 6の内側に設けることもできる。 その反射層についは、 例 えばアルミニゥムゃ銀、 金や銅ゃク口ム等の高反射率金属の粉末をバインダ樹脂 中に含有する塗工層や蒸着方式等による金属薄膜の付設層、 その塗工層や付設層 を基材で支持した反射シート、 金属箔などの従来に準じた適宜な反射層として形 成することができる。

なお図 7の如く液晶セル 6の内部に反射層 6 4を設ける場合、 その反射層とし ては、前記の高反射率金属等の高導電位材料にて電極ノ ターンを形成する方式や、 透明^ ノ ^夕一ン上に例えばその透明 形成材による透明導電膜を形成する方 式などによる反射層が好ましい。

また偏光板としては、 適宜なものを用いうるが、 高度な直線偏光の入射による 良好なコントラスト比の表示を得る点などよりは、 例えばョゥ素系や染料系の吸 収型直線偏光子などの如く偏光度の高いものが好ましく用いうる。

なお反射型液晶表示装置の形成に際しては、 例えば視認側の偏光板の上に設け る拡散板やアンチグレア層、 反射防止膜や保護層、 あるいは液晶セルと偏光板の 間に設ける補償用の位相差板などの適宜な光学素子を適宜に配置することができ る。

前記の補償用位相差板は、 複屈折の波長依存性などを補償して視認性の向上等 をはかることを目的とするものである。 本発明においては、 視認側又は/及び背 面側の偏光板と液晶セルの間等に必要に応じて配置される。補償用の位相差板と しては、 波長域などに応じて適宜なものを用いることができ、 1層又は 2層以上 の位相差層の重畳層として形成されていてもよい。

本発明による反射型液晶表示装置の視認は、 面光源装置、 特にその導光板の長 辺面の透過光を介して行われる。 図 8に反射層 6 4を液晶セル内に設けたものの 場合における視認状態を例示した。 これによれば面光源装置の点灯時、 導光板 1 の下面より出射した光ひが偏光板 5と液晶層 6 2等を経由して反射層 6 4を介し 反射され、 液晶層と偏光板等を逆経由して導光板 1に至り、 長辺面 2 2を透過し た表示像 （ひ） が視認される。

前記の場合、 本発明においては、 強い漏れ光 は液晶セルに対して垂直な正 面方向とは角度が大きくズレた方向に出射し、 正面方向に出射する漏れ光 5₂は 弱いことから長辺面を介して正面方向の近傍で表示品位に優れる表示像を視認す ることができる。

一方、 面光源装置が非点灯の外光を利用した場合においても、 導光板 1の上面 の長辺面 2 2より入射した光ァが偏光板や液晶層や反射層等を前記に準じ透過 · 逆経由して導光板 1に至り、 長辺面を透過した表示像 （ァ） が正面方向の近傍で 導光板による乱れ等が少な 、表示品位に優れる状態で視認することができる。 本発明において、 上記した面光源装置や液晶表示装置を形成する導光板や拡散 層、 液晶セルや偏光板等の光学素子ないし部品は、 全体的又は部分的に積層一体 化されて固着されていてもよいし、 分離容易な状態に配置されていてもよい。 界 面反射の抑制によるコントラストの低下防止などの点よりは、 固着状態にあるこ とが好ましく、 少なくとも面光源装置における導光板の下面と液晶セルの上面が 固着密着状態にあることが好ましい。

前記の固着密着処理には、 粘着剤等の適宜な透明接着剤を用いることができ、 その透明接着層に上記した透明粒子等を含有させて拡散機能を示す接着層などと することもできる。

実施例 1

ポリメチルメタクリレート （P MMA) からなる透明板の上面をダイヤモンド バイトにて切削して、 幅 8 O ram, 奥行 1 3 O mm、 入射側面の厚さ 2 mm、 対 向端の厚さ 0 . 8 mmであり、 下面 （出射面） は平坦、 上面は入射側面から対向 端に向かって平面に近い上側に突出した湾曲面 （図 2 b ) に入射側面に平行なプ リズム状凹凸を 3 9 0〃mのピヅチで有し、 短辺面の傾斜角が 3 6 . 5〜3 9度 の範囲で、 長辺面の傾斜角が 1 . 1〜： L . 5度の範囲で変化し、 最寄り長辺面の 傾斜角変化が 0 . 1度以内にあり、 短辺面の下面に対する投影幅が 1 0〜2 1〃 m、 長辺面 Z短辺面の下面に対する投影面積比が 1 7 / 1以上の板状物を得、 そ の上面に真空蒸着法にて S i 0₂からなる厚さ 0 . 3〃mのハードコート層を設 けた。

前記導光板の入射側面に直径 2 . 4 mmの冷 管を配置して銀蒸着を施した ポリエステルフィルムからなる光源ホルダにてその縁を導光板の上下端面に密着 させて包囲し、 冷陰極管にインバー夕と直流電源を接続して面光源装置を得、 そ の光出射側 （導光板下面） に背面に前記の光源ホルダに準じた反射シートを有す る白黒反射型の T N液晶セルを配置して反射型液晶表示装置を得た。

比較例

上面にハ一ドコート層を設けない導光板を用いたほかは、 実施例 1に準じて面 光源装置及び反射型液晶表示装置を得た。

評価試験

実施例、 比較例で得た導光板、 面光源装置及び反射型液晶表示装置について下 記の特性を調べた。

出射強度

面光源装置を点灯状態とし、 導光板中心部の上下面における出射強度の角度特 性を輝度計 （トンプソン社製、 B M 7 ) にて調べた。 測定は、 下面と入射側面に 対し垂直な面内において下面に対する法線方向を基準に角度を変えながら行った。 得られた測定値は、 測定面積を一定とするためにそれに測定角度 0の余弦を掛け て 0における出射強度を求め、 最大強度の出射方向も併せて求めた。 その下面に おける最大強度とその方向、 及び上面における下面の最大強度方向と、 法線及び 下面を基準とした鏡対称方向の出射強度 （対応出射強度） を次表に示した。

立体 3 0度光量

直径 1 0 mmの孔を有し、 内面を艷消し黒色塗装した円筒状の治具を照度計と 対向する側に、 前記の孔と照度計の受光面がなす立体角が 3 0度となるよう設置 し、 それを用いて点灯状態の面光源装置の上下面における立体角 3 0度以内に出 射する光量を調べ、それを導光板の全光線透過率及びヘイズと共に次表に示した。 正面輝度、 視認性

反射型液晶表示装置の駆動状態において、 白状態における正面輝度と視認性を 面光源装置の点灯状態下に調べた。 その結果も次表に示した。 なお参考のために 面光源装置を配置しない場合の正面輝度を同様にして調べたところ、 2 8 c d/ m²であった。

耐擦傷性

反射型液晶表示装置における導光板の表面をスチールウールにて擦り、 前記に 準じて正面輝度と視認性を調べた。 その結果を次表に示した。 実施例 1 比 較 例 下面側最大強度角度 （度） 1 6 1 6 下面側最大強度（cd/m²) 6 8 0 6 8 0 上面側対応出射強度（cdZin² ) 34 34 上面側 下面側対応，最大出射強度比 0. 0 5 0 0. 0 5 0 下面側立体 3 0度光量 （LX) 1 4. 5 1 4. 5 上面側立体 3 0度光量 （LX) 1. 3 1. 3 全 光 線 透 過 率 （％) 9 2. 4 9 2. 4 ヘ イ ズ （％) 7. 4 7. 4 正 面 輝 度 （c d/m^J) 1 7 0 1 7 0 視 認 性 良 好 良 好 耐擦 正 面 輝 度 （c d/m²) 1 7 0 1 4 3 傷性

視 認 性 良 好 白ボケ発生 産業上の利用可能性

以上のように、 本発明によれば、 下面出射光が垂直方向への指向性に優れ、 かつ上面よりの漏れ光が表示像と重複しにくい導光板を得ることができ、 それを 用いて光の有効利用効率に優れる面光源装置を得ることができて、 非点灯時及び 点灯時の視認におけるコントラストに優れ、 表示の明るさにも優れると共に、 導 光板を介した表示像が乱れにくくて明瞭性に優れ、 光出射手段が払拭等にて摩耗 傷付きにくくて初期の光出射特性ないし表示品位を長期に持続する反射型液晶表 示装置を得ることができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 入射側面からの入射光を上面に形成した光出射手段を介して下面より出射 し、 その下面の基準平面に対する法線に対して 3 0度以内に下面からの出射光の 最大強度の方向があり、 かつ前記 3 0度以内の方向における上面からの漏れ光の 最大強度が下面における前記最大強度の 1 / 5以下であると共に、 前記上面の表 面にハ一ドコ一ト層を有して、 下面からの入射光が上面より透過することを特徴 とする導光板。

2 . 光出射手段が短辺面と長辺面からなる連続又は不運続のプリズム状凸凹の 5 0〃m〜 1 . 5 mmピツチの繰返し構造よりなり、 かつ前記短辺面が下面の基 準平面に対し傾斜角 3 0〜4 5度、 投影幅 4 0 m以下で入射側面側よりその対 向端側に下り傾斜する斜面からなると共に、 前記の長辺面が当該基準平面に対し 0超〜 1 0度の傾斜角範囲にあってその全体の角度差が 5度以内であり、 最寄り 長辺面間の傾斜角差が 1度以内で、 しかも当該基準平面に対する投影面積が短辺 面のそれの 5倍以上である斜面からなる請求の範囲第 1項記載の導光板。

3 . プリズム状凹凸の稜線方向が入射側面の基準平面に対し ± 3 0度以内に ある請求の範囲第 2項記載の導光板。

4 . 請求の範囲第 1〜 3項に記載の導光板の入射側面に光源を有することを特 徴とする面光源装置。

5 . 請求の範囲第 4項に記載の面光源装置の下面側に、 反射層を具備する液晶 セルを有することを特徴とする反射型液晶表示装置。