技術 面光源素子およびそれを用いた表示装置

0001

本発明は、パーソナルコンピュータ、コンピュータ用モニタ、ビデオカメラ、テレビ受信機、カーナビゲーションシステム、広告用看板などに利用される面光源素子およびこれを用いた直視型の表示装置に関する。

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が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の輝度の分布が制御されるもの、蛍光管が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。

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。

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。

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を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、導光体と凸部間の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の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の感光性樹脂をコーティングし、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の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の成形品等を用いて、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。

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。

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