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技術 面光源素子およびそれを用いた表示装置

出願人 株式会社クラレ
発明者 大西伊久雄平松慎二
出願日 2000年4月28日 (20年9ヶ月経過) 出願番号 2000-129638
公開日 2001年11月9日 (19年3ヶ月経過) 公開番号 2001-312915
状態 拒絶査定
技術分野 液晶4(光学部材との組合せ) 液晶4(光学部材との組合せ) 照明装置の配光に係わる部品細部及び防護 面状発光モジュール
主要キーワード 押出し板 広告用看板 情報掲示板 凸部先端 進行角度 接着剤側 キャスト板 雌金型
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年11月9日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

本発明は、光の利用効率が高く高輝度面光源素子を提供することを目的とする。また、本発明は、この面光源素子を利用した、高い輝度を有する表示装置を提供することを目的とする。

解決手段

本発明の面光源素子は、光源2と、リフレクタ8と、リフレクタ8で反射された光源2からの光が対向する両端面1から入射される導光体3と、導光体3の出射面に設けられ、出射面からの光を出射面の正面方向に向かわせるための複数の凸部7が導光体3と対向する面に設けられた出射光制御板4からなり、導光体3と出射光制御板4の凸部7先端が1層以上の光学的に透明な層9を介して密着しており、出射光制御板凸部7の屈折率が導光体3の屈折率より大きく、かつ各層の屈折率が導光体3の屈折率よりも大きいことを特徴とすることで得られる。

概要

背景

液晶パネル広告用看板等に代表される透過型表示装置は、面状に光を発する面光源素子バックライト)と画像情報を与える表示パネルとで構成され、該表示パネルが与えた画像情報により光の透過率コントロールされることによって文字および映像が表示される。バックライトとしては、ハロゲンランプ反射板レンズ等が組み合わされて出射光輝度分布が制御されるもの、蛍光管導光体の端面に設けられ、蛍光管からの光が端面と垂直な面から出射されるもの、蛍光管が導光体の内部に設けられたもの(直下型)などが挙げられる。ハロゲンランプを利用したバックライトは、高輝度を必要とする液晶プロジェクタに主に用いられる。一方、導光体を利用したバックライトは薄型化が可能であるため、直視型の液晶TV、パーソナルコンピュータディスプレイなどに用いられることが多い。また、直下型のバックライトは構造が単純なため大型の広告用看板などに用いられることが多い。

概要

本発明は、光の利用効率が高く高輝度な面光源素子を提供することを目的とする。また、本発明は、この面光源素子を利用した、高い輝度を有する表示装置を提供することを目的とする。

本発明の面光源素子は、光源2と、リフレクタ8と、リフレクタ8で反射された光源2からの光が対向する両端面1から入射される導光体3と、導光体3の出射面に設けられ、出射面からの光を出射面の正面方向に向かわせるための複数の凸部7が導光体3と対向する面に設けられた出射光制御板4からなり、導光体3と出射光制御板4の凸部7先端が1層以上の光学的に透明な層9を介して密着しており、出射光制御板凸部7の屈折率が導光体3の屈折率より大きく、かつ各層の屈折率が導光体3の屈折率よりも大きいことを特徴とすることで得られる。

目的

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、光の利用効率が高く高輝度な面光源素子を提供することを目的とする。また、本発明は、この面光源素子を利用した、高い輝度を有する表示装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
5件

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請求項1

光源と、リフレクタと、リフレクタで反射された光源からの光が少なくとも一つの端面から入射される導光体と、出射面からの光を出射面の正面方向に向かわせるための複数の凸部が導光体と対向する面に設けられた出射光制御板とを備えた面光源素子において、該導光体と該出射光制御板の凸部先端とが1層以上の光学的に透明な層を介して密着しており、該出射光制御板凸部の屈折率が導光体の屈折率より大きく、かつ該各光学的に透明な層の屈折率が導光体の屈折率よりも大きい面光源素子。

請求項2

該導光体と該出射光制御板の間にある該各光学的に透明な層の屈折率が出射光制御板凸部の屈折率より小さい請求項1に記載の面光源素子。

請求項3

請求項1または2に記載の面光源素子の発光面上に透過型表示素子を設けてなる表示装置

請求項4

透過型表示素子が液晶表示素子である請求項3に記載の表示装置。

請求項5

請求項1または2に記載の面光源素子の発光面上に印刷フィルムを設けてなる表示装置。

請求項6

請求項1または2に記載の面光源素子の発光面上に散乱機能を有する成形体を設けてなる表示装置。

技術分野

背景技術

0002

液晶パネル、広告用看板等に代表される透過型表示装置は、面状に光を発する面光源素子(バックライト)と画像情報を与える表示パネルとで構成され、該表示パネルが与えた画像情報により光の透過率コントロールされることによって文字および映像が表示される。バックライトとしては、ハロゲンランプ反射板レンズ等が組み合わされて出射光輝度分布が制御されるもの、蛍光管導光体の端面に設けられ、蛍光管からの光が端面と垂直な面から出射されるもの、蛍光管が導光体の内部に設けられたもの(直下型)などが挙げられる。ハロゲンランプを利用したバックライトは、高輝度を必要とする液晶プロジェクタに主に用いられる。一方、導光体を利用したバックライトは薄型化が可能であるため、直視型の液晶TV、パーソナルコンピュータのディスプレイなどに用いられることが多い。また、直下型のバックライトは構造が単純なため大型の広告用看板などに用いられることが多い。

発明が解決しようとする課題

0003

液晶TV、ノートパソコンなどに用いられるバックライトでは、消費電力を軽減すること、および高輝度であることが要求されている。高輝度化を実現することは、冷陰極管などの光源を増やすことで可能であるが、この方法は消費電力の増加につながるため実用的ではない。

0004

そこで光源、導光体、マイクロプリズムアレイを用いた面光源素子が提案されている(USP5,396,350号参照)。しかし、上記の様な構成のバックライトにおいては、構成部品を成す材料の屈折率の組み合わせによっては特性が大きく低下する場合があることがわかった。

0005

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、光の利用効率が高く高輝度な面光源素子を提供することを目的とする。また、本発明は、この面光源素子を利用した、高い輝度を有する表示装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

上記課題を解決する本発明の面光源素子は、光源と、リフレクタと、リフレクタで反射された光源からの光が少なくとも一つの端面から入射される導光体と、導光体の出射面に設けられ、出射面からの光を出射面の正面方向に向かわせるための複数の凸部が導光体と対向する面に設けられた出射光制御板とを備えた面光源素子において、該導光体と該出射光制御板の凸部先端が1層以上の光学的に透明な層を介して密着しており、該出射光制御板凸部の屈折率が該導光体の屈折率より大きく、かつ該各光学的に透明な層の屈折率が該導光体の屈折率よりも大きいことを特徴としている。

0007

また、該導光体と該出射光制御板の間にある層の屈折率が出射光制御板凸部の屈折率より小さいことが望ましい。

0008

また、上記面光源素子の発光面上に透過型表示素子印刷フィルムまたは散乱機能を有する成形体を設けることで高輝度で輝度が均一な表示装置を得ることができる。

発明を実施するための最良の形態

0009

図1に本発明の面光源素子の1例の概略構成図を示す。この面光源素子は、端面1側に光源2が設けられた導光体3と、導光体3から出射された光の出射角度の分布を制御する出射光制御板4から成っている。出射光制御板4は導光体3上に配置され、入射面5に入射した光が出射面6から出射される。出射光制御板4の入射面5には多数の凸部7が形成されており、この凸部7の導光体側先端と導光体3の出射面とが接着層9を介して導光体表面と密着している。この例における凸部は1次元パターンであり、光源が配置されている側の導光体端面1と平行になるように凸部7の稜線が配置されている。光源2の周囲には、導光体端面側と反対方向に進む光を反射し、導光体端面側に進行させるリフレクタ8が設けられている。凸部7の配置は図1に示すように光源2の近くの領域で疎とし、光源2から離れた領域で密とすることが均一な輝度分布を得る観点から好ましい。

0010

光源から導光板端部へ入射した光は導光体内全反射を繰り返し伝播していく。この伝搬光が導光体と出射光制御板凸部の密着部から出射光制御板に取り込まれる。これにより、導光体内を伝搬する光は密着部から順次出射光制御板に取り出され、取り出された光は出射光制御板の凸部内で全反射されながら出射される。

0011

ここで導光体の屈折率をnA、出射光制御板の凸部屈折率をnB、導光体と凸部間M層(Mは1以上の整数)の屈折率を導光体側から順次n1、n2…nMとそれぞれ表す。導光体から効率的に光を出射光制御板の凸部に取り込むためには、
nA<nB (1)
である必要がある。

0012

図2に示すように、導光体から接着層9の第1層への入射角をθA、各層での進行角度をθ1、θ2…θMとすると、
nA・sin(θA)
=n1・sin(θ1)=n2・sin(θ2)= … =nM・sin(θM)
=nB・sin(θB) (2)
が成り立つ。ここで、n1〜nMの内のいずれかがnAより小さいとし、その屈折率をnLとすると、この場合、θAが
θC=sin-1(nL/nA) (3)
で決まる臨界角θC以上の角度で入射した光は全反射を起こし、出射光制御板の凸部には入射しない。そのため出射光制御板への入射光量が減少することから輝度の低下が生じる。この全反射による輝度の低下を抑えるには、n1〜nMは何れもがnAより大きいことが必要である。

0013

また、全反射が抑えられた場合でも、屈折率差による反射光が発生し、輝度が低下する場合がある。この輝度低下を軽減するためには、各層を透過後のトータル反射率を抑えればよい。このためには、
nA≦n1、n2、…nM≦nB (4)
とするのが有効である。

0014

1例を挙げれば、アクリル導光体(屈折率1.49)に1層で構成される接着層を介して、出射光制御板の凸部を密着した場合に関し、該接着層の屈折率を変えたときの輝度特性について検討した結果、接着層の屈折率が1.51〜1.54の間にあるのが好ましいことが見出された。

0015

本発明の面光源素子に用いる導光体としては、アクリル樹脂ポリカーボネート樹脂ポリスチレン樹脂等の透明性に優れた樹脂およびガラスを所定の形状に加工したものを用いることができる。なかでもアクリル樹脂を用いるのが軽量性、透明性の点で好ましい。加工方法としては、押出し板若しくはキャスト板から切り出す方法または加熱プレス射出成形等の溶融成形法などが好適に用いられる。また、出射光制御板の表面形状は、スタンパまたは雌金型などを用いて、熱プレス法、紫外線硬化による2P法、熱硬化によるキャスト法射出成形法押出し成形法等によって透明な基材上に形成することができる。該透明な基材としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂ポリスチレン樹脂等の樹脂またはガラスが用いられる。出射光制御板の作製に用いるスタンパは、例えばガラス基板上にネガ型あるいはポジ型感光性樹脂コーティングし、この感光性樹脂をフォトマスクを介して露光し、現像後、電鋳を行うことにより作製することができるし、切削によって作製することもできる。出射光制御板は板状である必要はなく、フィルム状であってもよい。

0016

ここで出射光制御板凸部は1次元的配置のレンチキュラレンズタイプ、あるいは2次元的配置のレンズアレイタイプのものを利用することができる。また出射光制御板凸部の断面は台形放物線楕円、およびこれらの組合わせからなる形状を用いることができる。また、出射光制御板の光出射面にマイクロレンズアレイが設けられていても良い。

0017

上記の通り説明した面光源素子を用い、その出射面に透過型表示素子を設けることで、直視型の表示装置を構成することができる。この透過型表示素子としては、STN、TFT、MINIなどの液晶パネルが挙げられる。また、透過型の表示素子の代わりに透明または乳半フィルム上に印刷を施した印刷フィルム、あるいは着色プラスチック成形品等を用いて、広告看板情報掲示板等の直視型表示装置を構成することができる。

0018

出射光制御板は、基材となる厚さ200μmのポリカーボネートフィルム上にアクリル系の紫外線硬化型樹脂硬化後の屈折率1.55)を100μm塗布し、金型に押し当てた後、フィルム側から紫外線照射により1次元的配置のレンチキュラー状凸部を成形して得た。金型は切削加工により作製した。導光体としては、厚み8mmのアクリル板(屈折率1.49)を300mm角に切出したものを使用した。片方の表面に接着剤(屈折率1.54)をコートし、もう一方の面には粘着剤(屈折率1.53)をコートした透明なポリカーボネートフィルム(屈折率1.58)を準備し、該ポリカーボネートフィルムの接着剤側に出射光制御板を貼り付けた後、粘着剤と導光体を貼り合せ複合板を得た。この時の接着部の構成を図3に示す。得られた複合板を光源およびリフレクタと組み合わせて面光源素子を組み立てた。この面光源素子ついて評価した結果、良好な輝度特性が認められた。

発明の効果

0019

本発明の面光源素子によれば、正面方向から外れた斜め方向へ出射される光を低い輝度に抑えることができるので、光の利用率が高く高輝度な面光源素子を得ることができる。この面光源素子を利用した表示装置は高い輝度を有する。

図面の簡単な説明

0020

図1本発明の面光源素子の1例の概略構成図である。
図2接着層内での光の進行方向を示す図である。
図3本発明の実施例で用いた接着層の概略構成図である。

--

0021

2…光源、3…導光体、8…リフレクタ、4…出射光制御板、9…接着層

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