JP3773865B2

JP3773865B2 - 導光板および表示装置

Info

Publication number: JP3773865B2
Application number: JP2002060943A
Authority: JP
Inventors: 後藤　　陽一郎; 徹能瀬; 博司山下; 良昭前納; 政廣樋口
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2022-03-06
Also published as: JP2003255140A; US6825896B2; US20030169386A1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、導光板および表示装置に関し、特にたとえば、幅が徐々に狭くなる断面を有する複数の突起を光の波長よりも短いピッチで表面に形成した導光板およびこの導光板を備える表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
導光板を備える表示装置として、たとえば図１３に示すような液晶表示装置１がある。この液晶表示装置１は、線状光源２、この線状光源２の長さ方向（図１３において紙面の表裏方向）に一側面３ａを沿わせた状態で配置された導光板３、および導光板３の下面３ｂ側に配置された反射型の液晶パネル４を含む。
【０００３】
導光板３の上面３ｃには、線状のプリズム５が、側面３ａと平行に多数形成されている。各プリズム５，５，・・・の長さ方向断面は山状であり、各々のプリズム５を構成する２つの斜面５ａおよび５ｂのうち側面３ａから離れている側（図１３において右側）にある斜面５ａは反射面として作用する。すなわち、線状光源２から側面３ａを経て導光板３内に入射された光は、図１３に点線の矢印６で示すように各々の反射面５ａによって反射され、下面３ｂから出射される。そして、この出射光は、液晶パネル４に照射され、当該液晶パネル４の底部に設けられた反射層４ａによって反射された後、導光板３を通って上面（プリズム面）３ｃから出射される。
【０００４】
しかし、上述の反射面５ａによって反射された光が下面３ｂから出射されるとき、当該光の一部は、図１３に一点鎖線の矢印６ａで示すように下面３ｂで反射（フレネル反射）され、液晶パネル４を経ることなく上面３ｃから出射される。すると、上面３ｃからの出射光には液晶パネル４を通る本来の光６と液晶パネル４を通らない光６ａとが混在することになり、その結果、いわゆる白ボケが発生したり、画面のコントラストが低下したりする。
【０００５】
そこで、従来技術（１）では、導光板３の下面３ｂに反射防止膜を形成することで、当該下面３ｂでの光の反射量を低減させ、ひいてはその反射光６ａによる画質への影響を軽減していた。なお、反射防止膜としては、二酸化珪素（SiO₂）などの低屈折材料から成る低屈折層と二酸化チタン（TiO₂）などの高屈折材料から成る高屈折層とを交互に積層した多層膜が多く用いられる。
【０００６】
一方、上述のような光学部品において表面反射を低減するための別の従来技術（２）として、当該光学部品の表面に微細な凹凸を設ける技術が知られている。具体的には、たとえば図１４に示すように、光学部品の表面に円錐状の突起７を多数形成する。ここで、各突起７，７，・・・の間隔である（ここでは各々の突起７の底面の直径に相当する）ピッチＰ’を、当該光学部品を透過する光の波長よりも小さくすれば、その波長の光に対して反射防止効果が得られることが知られている。また、この反射防止効果は、各々の突起７のピッチＰ’に対する高さＨ’の比率、いわゆるアスペクト比Ｓ’（＝Ｈ’／Ｐ’）を大きくするほど向上する。したがって、かかる突起７を図１３における導光板３の下面３ｂに形成することによっても、当該下面３ｂでの光の反射を低減し、ひいては反射光６ａによる画質への影響を軽減することができる。なお、このような円錐状の突起７，７，・・・を形成する方法の一例が、平成１３年１０月５日付けで出願公開された特開２００１−２７２５０５号公報［Ｇ０２Ｂ１／１１］に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術（１）では、気温や湿度などの環境の変化によって導光板３（下面３ｂ）と反射防止膜との密着性が悪化し、導光板３から反射防止膜が剥がれたり、反射防止膜にマイクロクラックが発生したりするという問題がある。
【０００８】
一方、従来技術（２）では、反射防止効果を十分に発揮することができないという問題がある。すなわち、各々の突起７は円錐状の形状をしているので、各突起７，７，・・・の間には必然的に図１５に斜線で示すような隙間８，８，・・・が生じる。これらの隙間８，８，・・・の部分では反射防止効果が得られず、よって下面３ｂの有効領域（つまり、液晶パネル４に対して有効に光を照射する領域）全体として十分な反射防止効果が得られない、という問題がある。
【０００９】
それゆえに、この発明の主たる目的は、高い耐久性を維持しつつ、しかも画質を向上させることのできる、導光板または表示装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、幅が徐々に狭くなる断面を有する複数の突起を光の波長よりも短いピッチで表面に形成した導光板において、隣り合う突起の底辺の間隔を均一にし、前記表面は、前記複数の突起が行方向において直線状に配置されている第１突起行と、前記複数の突起が行方向において直線状に配置されている第２突起行とを有し、前記第１突起行の突起と前記第１突起行の突起に隣接する前記第２突起行の突起とは、列方向においてずらして形成され、前記複数の突起の各々は六角錐状に形成され、前記複数の突起の各々の前記ピッチに対する高さの比率を１以上３以下とし、かつ前記複数の突起の底面の総面積を前記表面の面積の９０％程度とすることを特徴とする、導光板である。
【００１１】
第２の発明は、幅が徐々に狭くなる断面を有する複数の突起を光の波長よりも短いピッチで表面に形成した導光板において、隣り合う突起の底辺の間隔を均一にし、前記表面は、前記複数の突起が行方向において直線状に配置されている第１突起行と、前記複数の突起が行方向において直線状に配置されている第２突起行とを有し、前記第１突起行の突起と前記第１突起行の突起に隣接する前記第２突起行の突起とは、列方向においてずらして形成され、前記複数の突起の各々は線状に形成され、前記複数の突起の各々の前記ピッチに対する高さの比率を１以上３以下とし、かつ前記複数の突起の底面の総面積を前記表面の面積の９０％程度とすることを特徴とする、導光板である。
【００１２】
【作用】
この発明では、導光板の表面に複数の六角錐状または線状の突起が形成されている。各々の突起の断面の幅は、徐々に狭くなっている。また、各突起間のピッチは、光の波長よりも短い。このような突起が形成されている表面においては、当該波長の光に対して反射防止効果を得ることができる。しかも、隣り合う突起間で各々の底辺の間隔を均一としているので、当該間隔を狭めることができ、換言すれば隣り合う突起間の隙間を小さくすることができる。よって、その分、反射防止効果を向上させることができる。
【００１３】
そして、複数の突起の各々のピッチに対する高さの比率を１以上３以下とするという制限と、複数の突起の底面の総面積を表面の面積の９０％程度とする制限とを課すことによって、比較的に製造が容易であると共に高い反射防止効果を得ることができる。
【００１４】
また、複数の突起をハニカム状に配置するのが望ましい。
【００１８】
これらの発明の導光板は、表示装置に適用することができる。
【００１９】
【発明の効果】
この発明によれば、隣り合う突起間の隙間を小さくすることができるので、従来技術（２）に比べて、高い反射防止効果を得ることができ、ひいては不本意な光の反射による画質の低下を軽減することができる。しかも、従来技術（１）のような反射防止膜を設ける必要がないので、高い耐久性を得ることができる。つまり、高い耐久性を維持しつつ、画質を向上させることができる。
【００２０】
また、突起のピッチに対する高さの比率を制限するとともに、当該突起の総面積を制限することによって、従来技術（２）よりも高い反射防止効果を得ている。
【００２１】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００２２】
【実施例】
図１を参照して、第１実施例のフロントライト方式の液晶表示装置１０は、線状光源１２、この線状光源１２の長さ方向に一側面１４ａを沿わせた状態で配置された導光板１４、および導光板１４の下面１４ｂ側に配置された板状の液晶パネル１６を含む。
【００２３】
ここで、線状光源１２は、冷陰極管である。そして、導光板１４は、透光性を有するアクリル（ＰＭＭＡ）樹脂製であり、その上面１４ｃには、線状のプリズム１８が側面１４ａに対して平行に延びるように多数形成されている（ただし、図１では、説明の便宜上、各々のプリズム１８を拡大して示しているので、図示しているプリズム１８の数は実際よりも少ない）。具体的には、各々のプリズム１８の長さ方向断面は山状であり、各プリズム１８，１８，・・・は幅方向において互いに隣り合うもの同士が接するように連続的に形成されている。なお、後述するが、各々のプリズム１８を構成する２つの斜面１８ａおよび１８ｂのうち、導光板１４の側面１８ａから離れている側にある斜面１８ａは、反射面として作用する。液晶パネル１６は、底部に反射層１６ａを有する反射型のものであり、図には詳しく示さないが、ガラス基板上に当該反射層１６ａ，液晶層，カラーフィルタ，ガラス板および偏光板をこの順番で積層したものである。
【００２４】
さらに、導光板１４の下面１４ｂには、図２に示すような四角錐状の突起２０が下方向きに多数形成されている（なお、図２における上下方向は図１における上下方向と逆である）。この図２に示すように、各突起２０，２０，・・・は、マトリクス状に、かつ互いに密着し合うように形成されている。具体的には、図３に示すように、互いに隣り合う突起２０および２０間では、各々の底面の一側縁２０ａおよび２０ａが各々の両端を揃えた状態で互いに密着している。
【００２５】
なお、各々の突起２０の底面形状は、正方形とされている。そして、各突起２０，２０，・・・の間隔である（ここでは突起２０の底面の一側縁の寸法に相当する）ピッチＰは、導光板１４を透過する光２２の波長λ（たとえばλ＝３５０[nm]〜７５０[nm]）よりも小さく、たとえば２５０[nm]とされている。また、各々の突起２０の高さＨは、２５０[nm]とされている。つまり、突起２０のピッチＰに対する高さＨの比率であるアスペクト比Ｓ（＝Ｈ／Ｐ）は、１とされている。このような突起２０，２０，・・・は、射出成形などの成形法によって形成できる。これ以外にも、機械加工や化学的な加工によっても当該突起２０，２０，・・・を形成することができる。
【００２６】
このように構成された液晶表示装置１０では、線状光源１２から発せられる光は、次のような軌跡を辿る。すなわち、線状光源１２から側面１４ａを介して導光板１４内に入射された光は、図１に点線の矢印２２で示すように、斜面１８ａ，１８ａ，・・・によって反射され、導光板１４の下面１４ｂから出射される。そして、この出射光は、液晶パネル１６に照射され、上述した液晶層などを透過して反射層１６ａによって反射された後、導光板１４を通って上面１４ｃから出射される。
【００２７】
なお、導光板１４の出射面である下面１４ｂには複数の突起２０，２０，・・・が形成されているので、図１４に示す従来技術（２）と同様、当該下面１４ｂにおいて反射防止効果を得ることができる。したがって、反射面１８ａ，１８ａ，・・・で反射された光２２が当該下面１４ｂによって反射されるのを抑制でき、ひいてはこの反射光による画質への影響（白ボケの発生や画面のコントラストの低下）を軽減できる。この突起２０，２０，・・・を設けることによる反射防止効果を、図４にグラフで示す。
【００２８】
図４において、横軸は下面１４ｂに対する光２２の入射角（下面１４ｂの法線と光２２とが成す角）θを示し、縦軸は当該下面１４ｂにおける光２２の反射率（厳密には波長λ＝３５０[nm]〜７５０[nm]の範囲での平均値）Ｒを示す。そして、実線の曲線Ｘが、この第１実施例における入射角θと反射率Ｒとの関係を示す。一方、点線の曲線Ｙは、突起２０，２０，・・・を設けない場合、つまり上述した図１３の構成での入射角θと反射率Ｒとの関係を示す。この図４から判るように、突起２０，２０，・・・を設けることによって反射防止効果が得られることは明らかである。たとえば、入射角θが０度（すなわち垂直入射）の光２２に対しては、突起２０，２０，・・・を設けない場合、反射率Ｒは約４[％]となる。これに対して、突起２０，２０，・・・を設けた場合の直接入射に対する反射率Ｒは、０．２[％]以下である。なお、入射角θが４２度という臨界角以上の入射光２２に対しては、反射率Ｒは１００[％]となり、いわゆる全反射となる。
【００２９】
さらに、この第１実施例では、各突起２０，２０，・・・の形状を四角錐状とし、これら各突起２０，２０，・・・をマトリクス状に、かつ互いに密着し合うように形成している。つまり、導光板１４の下面１４ｂ全体（厳密には下面１４ｂの有効領域全体）が隙間なく突起２０，２０，・・・で覆われている。したがって、従来技術（２）に比べて下面１４ｂ全体における反射防止効果が向上する。この第１実施例と従来技術（２）とで、下面１４ｂ（または３ｂ）の反射率Ｒがどれくらい違うのかをシミュレーションした結果を、図５に示す。
【００３０】
図５において、横軸は下面１４ｂに入射される光２２の波長λを示し、縦軸は当該下面１４ｂにおける光（厳密には垂直入射される光）２２の反射率Ｒを示す。そして、丸印（○）でプロットした線Ａが、この第１実施例における波長λと反射率Ｒとの関係（アスペクト比Ｓが１のとき）を示す。一方、三角印（△）でプロットした線Ｂが、従来技術（２）における波長λと反射率Ｒとの関係（アスペクト比Ｓ’を３としたとき）を示す。この図５から明らかなように、従来技術（２）における反射率Ｒの平均は、波長λ＝３５０[nm]〜７５０[nm]の範囲で約０．２５[％]であるのに対し、この第１実施例では、当該反射率Ｒの平均は約０．８[％]と極めて低い。すなわち、この第１実施例によれば、従来技術（２）よりも高い反射防止効果を得ることができる。しかも、このシミュレーションにおけるアスペクト比Ｓは、従来技術（２）のアスペクト比よりも小さい。したがって、各々の突起２０の高さＨを高くしてアスペクト比Ｓをより大きくすれば、さらに高い反射防止効果を得られることが期待できる。
【００３１】
また、各突起２０，２０，・・・は、上述したように射出成形によって形成されるので、従来技術（１）よりも高い耐久性を維持できる。
【００３２】
なお、この第１実施例においては、上述の図３に示すように各突起２０，２０，・・・をマトリクス状に形成したが、これに限らない。すなわち、導光板１４の下面１４ｂ全体を覆うことができるのであれば、たとえば図６に示すように各突起２０，２０，・・・をずらして形成してもよい。
【００３３】
また、各突起２０，２０，・・・の形状は、四角錐に限らず、三角錐や五角以上の多角錐状としてもよい。図７に、各突起２０，２０，・・・の形状を六角錐とした場合の一例を示す。この場合、各突起２０，２０，・・・をハニカム状に形成（配置）することで、導光板１４の下面１４ａ全体を隙間なく当該突起２０，２０，・・・で覆うことができる。
【００３４】
さらに、図８に示すように、各突起２０，２０，・・・を細長い山脈状に形成してもよい。具体的には、長さ方向断面が三角形である線状の突起２０，２０、・・・を幅方向において互いに隣り合うもの同士が接するように連続的に形成する。この場合も、各突起２０，２０，・・・の間隔である（ここでは突起２０の長さ方向断面である三角形の底辺の長さ寸法に相当する）ピッチＰに対して、各々の突起２０の高さ寸法Ｈを大きくすれば（つまりアスペクト比Ｓを大きくすれば）、より高い反射防止効果を得ることができる。
【００３５】
また、図には示さないが、各突起２０，２０，・・・の断面形状が階段状（いわゆるピラミッド状）になるように当該各突起２０，２０，・・・を形成してもよい。
【００３６】
そして、この第１実施例では、導光板１４の下面１４ｂに突起２０，２０，・・・を形成したが、これと同様の突起を入射面としての側面１４ａに形成してもよい。このように入射面１４ａに突起を設ければ、当該入射面１４ａにおいて反射防止効果を得ることができ、ひいては画面の輝度を向上させることができる。また、導光板１４の上面１４ｃ、特に斜面１８ｂ，１８ｂ，・・・の部分に、突起２０，２０，・・・と同様の突起を形成してもよい。この場合も、同様に画面の輝度を向上させることができる。
【００３７】
さらに、この第１実施例では、導光板１４をアクリル樹脂製としたが、ポリカーボネート（ＰＣ）などの他の透光性を有する樹脂によって形成してもよい。また、線状光源１２として、冷陰極管を用いたが、これに限らず、たとえば熱陰極管等の他の蛍光灯、或いは発光ダイオードを線状に配列したもの、さらには白熱灯または有機発光材料を線状に形成したものを用いてもよい。
【００３８】
次に、この発明の第２実施例について説明する。この第２実施例においても、上述した図２に示すのと同様の四角錐状の突起２０を導光板１４の下面１４ｂに多数形成する。ただし、この第２実施例では、図９に示すように、各突起２０，２０，・・・を互いに間隔Ｑをおいて形成する（なお、図９においても、図２と同様、図面の上下方向は図１における上下方向と逆である）。具体的には、図１０に示すように、各突起２０，２０，・・・をマトリクス状に配置する。そして、互いに隣り合う突起２０および２０間において、各々の一側縁２０ａおよび２０ａが一定の間隔Ｑを置いて（つまり平行を成して）対向するように形成する。このような構成によって、各突起２０，２０，・・・の間には、図１０に斜線で示すような格子状の隙間２４が形成される。
【００３９】
ただし、隙間２４の面積は制限されている。具体的には、導光板１４の下面１４ｂ（厳密には有効領域）において隙間２４が占める面積の割合は１０[％]未満とされており、換言すれば、当該下面１４ｂ全体のうち突起２０，２０，・・・によって覆われた部分が占める面積の割合は９０[％]以上とされている。さらに、各突起２０，２０，・・・のアスペクト比Ｓ（＝Ｈ／Ｐ）は、１以上とされている。
【００４０】
つまり、この第２実施例では、各突起２０，２０，・・・間の隙間２４の面積（厳密には、導光板１４の下面１４ｂ全体の面積に対する当該隙間２４の面積の割合）を制限するとともに、各突起２０，２０，・・・のアスペクト比Ｓの下限値を制限することで、導光板１４の下面１４ｂ全体を隙間なく突起２０，２０，・・・で覆わなくても、比較的に高い反射防止効果が得られるようにしている。図１１に、隙間２４の面積を制限することによる効果のシミュレーション結果を示す。なお、このシミュレーションでは、各突起２０，２０，・・・のアスペクト比Ｓを１として計算している。
【００４１】
図１１において、丸印（○）でプロットした線Ａは、上述した図５における線Ａと同様、隙間２４が無い場合の波長λと反射率Ｒとの関係を示す。そして、三角印（△）でプロットした線Ｃ，四角印（□）でプロットした線Ｄおよび菱形印（◇）でプロットした線Ｅは、各々、導光板１４の下面１４ｂにおいて隙間２４が占める面積の割合が１０[％]，２０[％]および３０[％]である場合の波長λと反射率Ｒとの関係を示す。この図１２から明らかなように、隙間２４の面積が小さいほど高い反射防止効果を得られることが判る。そして、各突起２０，２０，・・・のアスペクト比Ｓが１であるとき、導光板１４の下面１４ｂにおいて当該隙間２４が占める面積の割合を１０[％]以下とすれば、すなわち導光板１４の下面１４ｂ全体の９０[％]以上を突起２０，２０，・・・で覆えば、従来技術（２）（図５における線Ｂ）よりも高い反射防止効果を得られることが判る。なお、従来技術（２）では、各突起７，７，・・・の形状から、導光板３の下面３ｂにおいて当該各突起７，７，・・・間の隙間８が占める面積の割合は、必然的に２１．５[％]以上となる。
【００４２】
また、図１２に、各突起２０，２０，・・・のアスペクト比Ｓを上げることによる効果のシミュレーション結果を示す。なお、このシミュレーションでは、導光板１４の下面１４ｂにおいて上述の隙間２４が占める面積の割合を１０[％]として計算している。
【００４３】
図１２において、三角印（△）でプロットした線Ｃは、図１１における線Ｃと同様、各突起２０，２０，・・・のアスペクト比Ｓを１とした場合の波長λと反射率Ｒとの関係を示す。そして、丸印（○）でプロットした線Ｆおよび四角印（□）でプロットした線Ｇは、各々当該アスペクト比Ｓを３および０．８とした場合の波長λと反射率Ｒとの関係を示す。この図１３から判るように、突起２０，２０，・・・のアスペクト比Ｓが高いほど、各波長λにおいて反射率Ｒを一様に抑えることができ、換言すれば各波長λにおいて安定した反射率Ｒを得ることができる。一方、アスペクト比Ｓが低いと、波長λによって反射率Ｒが変化し、場合によっては（たとえば線Ｇについては波長λの長い領域において）反射率Ｒが極端に上昇する。
【００４４】
このように第２実施例によれば、導光板１４の下面１４ｂ全体を突起２０，２０，・・・で覆わなくても、当該突起２０，２０，・・・の条件を限定することで、従来技術（２）よりも高い反射防止効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例の液晶表示装置を横方から見た図解図である。
【図２】図１における導光板の下面を拡大して示す斜視図である。
【図３】図２に示す導光板の下面を下方から見た図解図である。
【図４】図１の実施例における導光板の下面での入射角に対する反射率の関係を示すグラフである。
【図５】図１の実施例における導光板の下面での光の波長に対する反射率のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】図１の実施例における突起の他の例を示す図解図である。
【図７】図１の実施例における突起のさらに他の例を示す図解図である。
【図８】図１の実施例における突起の別の例を示す図解図である。
【図９】この発明の第２実施例における導光板の下面を拡大して示す斜視図である。
【図１０】図９に示す導光板の下面を下方から見た図解図である。
【図１１】図９の実施例における導光板の下面での光の波長に対する反射率のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１２】図１１とは別の条件でシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図１３】従来技術が適用される液晶表示装置の一例を示す図解図である。
【図１４】従来技術の一例を示す図解図である。
【図１５】図１５に示す従来技術の構成を別の角度から見た図解図である。
【符号の説明】
１０…液晶表示装置
１２…線状光源
１４…導光板
１４ａ…側面（入射面）
１４ｂ…下面（出射面）
１４ｃ…上面
１８…プリズム
１８ａ…反射面
２０…突起

Claims

幅が徐々に狭くなる断面を有する複数の突起を光の波長よりも短いピッチで表面に形成した導光板において、
隣り合う突起の底辺の間隔を均一にし、
前記表面は、前記複数の突起が行方向において直線状に配置されている第１突起行と、前記複数の突起が行方向において直線状に配置されている第２突起行とを有し、
前記第１突起行の突起と前記第１突起行の突起に隣接する前記第２突起行の突起とは、列方向においてずらして形成され、
前記複数の突起の各々は六角錐状に形成され、
前記複数の突起の各々の前記ピッチに対する高さの比率を１以上３以下とし、かつ前記複数の突起の底面の総面積を前記表面の面積の９０％程度とすることを特徴とする、導光板。
前記複数の突起をハニカム状に配置する、請求項１記載の導光板。
幅が徐々に狭くなる断面を有する複数の突起を光の波長よりも短いピッチで表面に形成した導光板において、
隣り合う突起の底辺の間隔を均一にし、
前記表面は、前記複数の突起が行方向において直線状に配置されている第１突起行と、前記複数の突起が行方向において直線状に配置されている第２突起行とを有し、
前記第１突起行の突起と前記第１突起行の突起に隣接する前記第２突起行の突起とは、列方向においてずらして形成され、
前記複数の突起の各々は線状に形成され、
前記複数の突起の各々の前記ピッチに対する高さの比率を１以上３以下とし、かつ前記複数の突起の底面の総面積を前記表面の面積の９０％程度とすることを特徴とする、導光板。
請求項１ないし３のいずれかに記載の導光板を備える、表示装置。