JP2007200741A

JP2007200741A - エッジライト式バックライト用導光板

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Publication number: JP2007200741A
Application number: JP2006018619A
Authority: JP
Inventors: Eri Miyamoto; 恵理宮本
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】射出光として利用されずに終端面に達した成分を導光板内に戻し、光の利用効率を上げたエッジライト式バックライト用導光板を提供すること。
【解決手段】終端面７に直進成分８の一部分を導光板２の表面又は裏面方向に反射する機能を有する表面レリーフ構造１２を設けたこと。終端面の外側に金属反射面１０を配し、表面レリーフ構造により屈折、透過散乱した直進成分の一部分を該金属反射面で反射させ、該表面レリーフ構造により導光板の表面又は裏面方向とする。表面レリーフ構造の表面に金属薄膜層１１を設け、該金属薄膜層により直進成分の一部分を導光板の表面又は裏面方向に反射、反射散乱させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置用のエッジライト式バックライトに用いられる導光板に関するものである。

現在、広く普及している携帯電話や携帯情報端末用の液晶表示装置では、照明装置として主にエッジライト方式のバックライトが用いられている。このような液晶表示装置のバックライトは、高輝度でしかも輝度ムラがなく平面全体を照明する必要がある。

バックライトに用いられる導光板での射出方式は、従来の白色ドット印刷方式に代わって、近年では、数十μｍオーダーのＶ字溝を加工する方式が主流となってきている。また、輝度ムラの低減、高輝度化のために、さらに散乱性拡散板、プリズムシートなどの光学シートを用いるのが一般的である。

図１に一般的なエッジライト式バックライトの一例の構成を示す。このバックライトは、液晶パネルの背面に設けられ、発光ダイオード（ＬＥＤ）や冷陰極管ランプ（ＣＣＦＬ）などの白色光源１と、Ｖ字溝の射出パターン３が配置された導光板２と、導光板２の裏面側に設けられた反射板４と、導光板２の表面側に設けられた散乱性拡散板５と、光を集光させるために散乱性拡散板の表面側に設けられたプリズムシート６からなっている。

光源１からの光は、導光板２の端面から導光板２に入射する。導光板２は、端面から入射した光を平面に広げて射出するための透明な板であり、主としてアクリル樹脂もしくはポリカーボネートが用いられる。導光板２の、主に下面にはＶ字溝の射出パターン３が形成されている。導光板２に入射した光は、内部で全反射を繰り返して伝播していき、射出パターン３により散乱もしくは反射して導光板２の上面から射出される。

反射板４は導光板２の裏面側に設けられ、導光板２の裏面から漏れた光を導光板２の方へ戻す働きをしている。

散乱性拡散板５は、導光板２の射出面側に設けられ、輝度の面内分布を均一化する役割を持っている。導光板２の上面にも拡散パターンが設けられていることがあり、散乱性拡散板５とあわせて輝度ムラを低減させている。

プリズムシート６は、散乱性拡散板５の上側に設けられ、散乱性拡散板５から射出された光に指向性を持たせて射出面のピーク輝度を上げる働きをしている。また、散乱性拡散板５から射出される光の進行方向を導光板の表面にほぼ垂直な方向へ揃える役割を果たしている。

エッジライト式バックライトの問題点として、光の利用効率が低いことがある。端面から光を入射するため、光源からの直進成分など、使われずに終端面から抜けてしまう成分が多く発生する。このような成分は、光の利用効率を低下させるだけでなく、終端面付近での輝度ムラの原因となってしまう。ここで終端面７とは、光源を配置した端面に対向する端面である。

この問題を解決する手段として従来より終端面７の外側に反射層を設けることが提案されているが、この方法では導光板の終端面から抜ける成分をある程度再利用することはできるが、反射角を意図的に制御することは難しいため十分に光の利用効率を上げることが
できず、またノイズ光やムラの発生も防ぐことができない。また、別の手段として終端面に黒色の吸収層を設ける方法がある。特開２００２−１３１５５１号に記載の方法によれば、光の抜けおよび端面反射を防ぐことができるが、光の利用効率向上の効果はない。
特開２００２−１３１５５１号公報

本発明は、エッジライト式バックライトに用いられる導光板において、射出光として利用されずに終端面に達した成分を導光板内に戻し、光の利用効率を上げたエッジライト式バックライト用導光板を提供することを課題とする。

本発明は、液晶表示装置のエッジライト式バックライト用導光板において、光源を配置した端面に対向する終端面に、光源からの光の直進成分の一部分を導光板の表面又は裏面方向に反射、反射散乱し、他の一部分を屈折、透過散乱する機能を有する表面レリーフ構造を設けたことを特徴とするエッジライト式バックライト用導光板である。

また、本発明は、上記発明によるエッジライト式バックライト用導光板において、前記表面レリーフ構造は、シリンドリカルレンズ状、プリズム状、正弦波状、又は矩形波状の断面形状を有する光学素子構造であることを特徴とするエッジライト式バックライト用導光板である。

また、本発明は、上記発明によるエッジライト式バックライト用導光板において、前記光学素子構造の作用面の終端面に対する傾斜角が、１５°〜２２．５°の範囲であることを特徴とするエッジライト式バックライト用導光板である。

また、本発明は、上記発明によるエッジライト式バックライト用導光板において、前記表面レリーフ構造は、その主散乱方向が導光板の表面又は裏面方向にある一方向性散乱の光学素子構造であることを特徴とするエッジライト式バックライト用導光板である。

また、本発明は、上記発明によるエッジライト式バックライト用導光板において、前記主散乱方向の終端面に対する傾斜角が、４５°〜６０°の範囲であることを特徴とするエッジライト式バックライト用導光板である。

また、本発明は、上記発明によるエッジライト式バックライト用導光板において、前記表面レリーフ構造は、等方性散乱の粗面を有する光学素子構造であることを特徴とするエッジライト式バックライト用導光板である。

また、本発明は、上記発明によるエッジライト式バックライト用導光板において、前記終端面の外側に金属反射面を配し、表面レリーフ構造により屈折、透過散乱した直進成分の他の一部分を該金属反射面で反射させ、該表面レリーフ構造により導光板の表面又は裏面方向とすることを特徴とするエッジライト式バックライト用導光板である。

また、本発明は、上記発明によるエッジライト式バックライト用導光板において、前記表面レリーフ構造の表面に金属薄膜層を設け、該金属薄膜層により直進成分の他の一部分を導光板の表面又は裏面方向に反射、反射散乱させることを特徴とするエッジライト式バックライト用導光板である。

また、本発明は、上記発明によるエッジライト式バックライト用導光板において、前記
表面レリーフ構造が、終端面に一体成形されていることを特徴とするエッジライト式バックライト用導光板である。

また、本発明は、上記発明によるエッジライト式バックライト用導光板において、前記表面レリーフ構造が、表面レリーフ構造を有するシートを終端面に密着させて設けられていることを特徴とするエッジライト式バックライト用導光板である。

本発明は、光源を配置した端面に対向する終端面に、光源からの光の直進成分の一部分を導光板の表面又は裏面方向に反射する機能を有する表面レリーフ構造を設けたエッジライト式バックライト用導光板であるので、射出光として利用されずに終端面に達した成分を導光板内に戻し、光の利用効率を上げたエッジライト式バックライト用導光板となる。

また、本発明は、終端面の外側に金属反射面を配し、表面レリーフ構造により屈折、透過散乱した直進成分の他の一部分を該金属反射面で反射させ、該表面レリーフ構造により導光板の表面又は裏面方向とするエッジライト式バックライト用導光板、或いは、表面レリーフ構造の表面に金属薄膜層を設け、該金属薄膜層により直進成分の一部分を導光板の表面又は裏面方向に反射、反射散乱させるエッジライト式バックライト用導光板であるので、光の利用効率を更に上げたエッジライト式バックライト用導光板となる。

以下に本発明のエッジライト式バックライト用導光板の実施の形態を詳細に説明する。図２は、本発明のエッジライト式バックライト用導光板を用いたエッジライト式バックライトを断面で示す概念図である。図２に示すように、エッジライト式バックライトは、発光ダイオード（ＬＥＤ）や冷陰極管ランプ（ＣＣＦＬ）などの白色光源１と、裏面にはＶ字溝の射出パターン３、終端面７には表面レリーフ構造１２が配置された導光板２と、導光板２の裏面側に設けられた反射板４と、導光板２の表面側に設けられた散乱性拡散板５と、光を集光させるために散乱性拡散板の表面側に設けられたプリズムシート６からなっている。

図３に示すように、光源１から導光板２に光が入射し伝播していくとき、伝播する光は、全反射条件を満たす角度で反射を繰り返して進んでいく。導光板２がアクリル樹脂からなる場合、その屈折率を約１．５とすると臨界角θ₀は４１．８°（≒４２°）であり、導光板の下面２１ａおよび上面２１ｂに４２°以上の角度で入射した光は全反射によって導光板内に閉じ込められ、伝播していく。

しかし、図４に示すように、光源から導光板に入射する光のうち、例えば、直進成分８は大部分が利用されずに終端面７まで達してしまい、光の利用効率が低い原因となっている。この直進成分８を有効に利用するためには、直進成分８を終端面７で進行方向を導光板内に変えれば良い。

その際、導光板の表面又は裏面方向に伝播する成分に変換されれば、図５のように裏面の射出パターン３により散乱もしくは反射して導光板２の上面２１ｂから適宜射出される。このように、利用されずに終端面７に達していた成分を導光板上面２１ｂからの射出光として利用できるようにすることで、光の利用効率を向上させることができる。

図６に示すように、終端面７に表面レリーフ構造１２として、凸もしくは凹のシリンドリカルレンズが少なくとも一つ以上の構造（ａ）、プリズムが少なくとも一つ以上の構造（ｂ）、正弦波状の断面形状を持つ構造（ｃ）、矩形波状の断面形状を持つ構造（ｄ）等の光学素子構造を設けることにより、利用されずに終端面７に達した光の一部分の進行方
向を導光板の表面又は裏面方向に変えることができる。これにより、導光板内の有効な導波光成分を著しく増大させることができる。

上記光学素子構造が設けられている終端面７に直進成分８が達したとき、設けられた光学素子構造に応じて光は、その一部分づつが反射、反射散乱、屈折、透過散乱をし、光の進行方向が変わる。そのとき、図７のように、屈折および透過散乱が主として起こる。このようにして生じた透過光を再利用するためには、終端面７の後方に金属板等の金属反射面１０を配置する必要がある。また、より効率よく光を再利用するためには、光学素子構造が設けられた終端面の表面に金属薄膜層１１を設ければよい。そうすれば、図８のように、上記光学素子構造が設けられている終端面に直進成分が達したとき、上記主とする屈折および透過散乱となる光は、反射および反射散乱となり、導光板の表面又は裏面方向に進行方向を変える。

導光板がアクリル樹脂からなる場合、臨界角θ₀は約４２°であり、導光板の上面２１ａ又は下面２１ｂに入射する光の望ましい角度は４５°〜６０°程度である。

図９に示すように、終端面７に光学素子構造１２を設け、直進成分が光学素子構造の作用によって反射すると仮定した場合、光学素子構造１２の作用面１７の終端面７に対する傾斜角をθとすると、終端面に対する入射角はθ、反射角はθ、反射して導光板の下面２１a又は上面２１ｂに入射する角度は９０−２θとなる。このとき、導光板の下面２１ａ又は上面２１ｂに入射する光の望ましい角度が４５°〜６０°程度であるので、
９０−２θ＝４５°〜６０°
２θ＝３０°〜４５°
θ＝１５°〜２２．５°
となる。

図１０のように、例えば上記光学素子構造が少なくとも一つ以上のシリンドリカルレンズである場合、ピッチは１００μｍ程度が望ましい。またφは半角値に相当し、上述のθ内であるとが望ましい。曲率半径ｒは
ｒ＝Ｐ／２・ｓｉｎφ
ｒ：曲率半径
Ｐ：レンズピッチ
φ：半角値
より求められ、例えば、φ＝２２．５°、Ｐ＝１００μｍのとき、ｒ＝１３０μｍである。

図１１のように、例えば、上記光学素子構造が少なくとも一つ以上のプリズムである場合、ピッチは１００μｍ程度が望ましい。また、作用面の傾斜角θは１５°〜２２．５°が望ましい。

図１２のように、例えば、上記光学素子構造が正弦波状の断面形状を持つ構造である場合、ピッチは１００μｍ程度が望ましい。また、作用面の傾斜角θは１５°〜２２．５°が望ましい。

上記表面レリーフ構造は、散乱方向に限定を設けた一方向の散乱構造であってもよい。このとき、主散乱構造が導光板の表面又は裏面方向であるように配置する。

一方向性の散乱構造とは、数ミクロン程度の長さおよび幅および深さ等をもつ細長い凹凸構造がランダムに配置されているものであり、凹凸構造の短軸方向が導光板の厚み方向と概平行に設置されていることとする。このような構造では、細長い凹凸構造の短軸方向
に強く散乱するため、凹凸構造の短軸方向を導光板の厚み方向に概ね一致するように設置することによって、導光板の表面又は裏面方向への散乱効果を得ることができる。

上記表面レリーフ構造は、等方散乱する粗面であってもよい。等方散乱とは、全方向に一様な散乱であり、導光板の表面又は裏面方向以外への散乱も発生するが、使われずに終端面に達する角度の光を有効な角度範囲の光に変換する効果も期待できる。

上記のような光学素子構造の作製は、例えば、射出成形において、射出成形金型の終端面部分へ金属刃によるバイト切削等によって金型加工して光学素子構造を付与し、作製することができる。これにより、終端面に光学素子構造を一体成形することができる。

また、光学素子構造に金属薄膜層を設ける場合、終端面以外には金属薄膜層が形成されないようにマスクをかけて蒸着する。

もしくは、光学素子構造を形成したシートを導光板の終端面に密着させて配置してもよい。このとき、導光板と光学シートは光学的に密着していることとする。また、光学シート表面にあらかじめ蒸着等によって金属薄膜層を設けてあってもよい。

一般的なエッジライト式バックライトの概念図である。本発明のエッジライト式バックライト用導光板を用いたエッジライト式バックライトを断面で示す概念図である。本発明における導光板内への光の入射と導光板内での光の伝播とを示す説明図である。一般的なエッジライト式バックライトにおいて、終端面から光が抜けることを示す説明図である。本発明における終端面での光の振る舞いを示す説明図である。本発明における表面レリーフ構造の説明図である。本発明における終端面での光の振る舞いを示す説明図である。本発明における終端面での光の振る舞いを示す説明図である。本発明において、終端面で光が反射する様子を示す説明図である。表面レリーフ構造がシリンドリカルレンズ状であるときの説明図である。表面レリーフ構造がプリズム状であるときの説明図である。表面レリーフ構造が正弦波状であるときの説明図である。

符号の説明

１・・・光源
２・・・導光板
３・・・射出パターン
４・・・反射板
５・・・散乱性拡散板
６・・・プリズムシート
７・・・終端面
８・・・直進成分
９・・・抜け光
１０・・・金属反射面
１１・・・金属薄膜層
１２・・・表面レリーフ構造（光学素子構造）
１７・・・作用面
２１ａ・・・導光板の下面
２１ｂ・・・導光板の上面

Claims

液晶表示装置のエッジライト式バックライト用導光板において、光源を配置した端面に対向する終端面に、光源からの光の直進成分の一部分を導光板の表面又は裏面方向に反射、反射散乱し、他の一部分を屈折、透過散乱する機能を有する表面レリーフ構造を設けたことを特徴とするエッジライト式バックライト用導光板。
前記表面レリーフ構造は、シリンドリカルレンズ状、プリズム状、正弦波状、又は矩形波状の断面形状を有する光学素子構造であることを特徴とする請求項１記載のエッジライト式バックライト用導光板。
前記光学素子構造の作用面の終端面に対する傾斜角が、１５°〜２２．５°の範囲であることを特徴とする請求項２記載のエッジライト式バックライト用導光板。
前記表面レリーフ構造は、その主散乱方向が導光板の表面又は裏面方向にある一方向性散乱の光学素子構造であることを特徴とする請求項１記載のエッジライト式バックライト用導光板。
前記主散乱方向の終端面に対する傾斜角が、４５°〜６０°の範囲であることを特徴とする請求項４記載のエッジライト式バックライト用導光板。
前記表面レリーフ構造は、等方性散乱の粗面を有する光学素子構造であることを特徴とする請求項１記載のエッジライト式バックライト用導光板。
前記終端面の外側に金属反射面を配し、表面レリーフ構造により屈折、透過散乱した直進成分の他の一部分を該金属反射面で反射させ、該表面レリーフ構造により導光板の表面又は裏面方向とすることを特徴とする請求項１、２、３、４、又は５記載のエッジライト式バックライト用導光板。
前記表面レリーフ構造の表面に金属薄膜層を設け、該金属薄膜層により直進成分の他の一部分を導光板の表面又は裏面方向に反射、反射散乱させることを特徴とする請求項１、２、３、４、又は５記載のエッジライト式バックライト用導光板。
前記表面レリーフ構造が、終端面に一体成形されていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のエッジライト式バックライト用導光板。
前記表面レリーフ構造が、表面レリーフ構造を有するシートを終端面に密着させて設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のエッジライト式バックライト用導光板。