JP2015102579A - Light guide plate, backlight unit, and liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、照明光路制御に用いられる凹凸形状光学シート、光源ユニットおよび液晶ディスプレイ装置に関するものであって、とくに、フラットパネルディスプレイに代表される画像表示装置における照明光路制御に使用される導光板、バックライト・ユニット及び液晶ディスプレイ装置に関するものである。 The present invention relates to a concavo-convex optical sheet used for illumination light path control, a light source unit, and a liquid crystal display device, and in particular, a light guide plate used for illumination light path control in an image display device typified by a flat panel display, The present invention relates to a backlight unit and a liquid crystal display device.
近年、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）型液晶パネルやＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶パネルを使用した液晶ディスプレイ装置は、主としてＯＡ分野のカラーノートＰＣ（パーソナルコンピュータ）を中心に商品化されている。このような液晶ディスプレイ装置においては、液晶パネルの背面側（観察者側とは反対側）に光源を配置し、この光源からの光で液晶パネルを照明する方式、いわゆる、バックライト方式が採用されている。 In recent years, liquid crystal display devices using TFT (Thin Film Transistor) type liquid crystal panels and STN (Super Twisted Nematic) type liquid crystal panels are mainly commercialized mainly for color notebook PCs (personal computers) in the OA field. Such a liquid crystal display device employs a so-called backlight method in which a light source is disposed on the back side of the liquid crystal panel (opposite to the observer side) and the liquid crystal panel is illuminated with light from the light source. ing.
この種のバックライト方式に採用されているバックライト・ユニットとしては、大別して冷陰極管（ＣＣＦＴ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｔｕｂｅ）等の光源ランプを、光透過性に優れたアクリル樹脂等からなる平板状の導光板内で多重反射させる「導光板ライトガイド方式」（いわゆる、「エッジライト方式」）と、導光板を用いずに冷陰極管（ＣＣＦＬ）等の光源ランプからの光で直接照明する「直下型方式」とがある。 The backlight unit employed in this type of backlight system is roughly divided into a light source lamp such as a cold cathode fluorescent tube (CCFT), and a flat plate made of an acrylic resin having excellent light transmittance. “Light guide plate light guide method” (so-called “edge light method”) for multiple reflection in the light guide plate and direct illumination with light from a light source lamp such as a cold cathode tube (CCFL) without using the light guide plate. "Direct type".
導光板ライトガイド方式のバックライト・ユニットが搭載された液晶ディスプレイ装置としては、例えば、図４に示すものが一般に知られている。 As a liquid crystal display device on which a light guide plate light guide type backlight unit is mounted, for example, the one shown in FIG. 4 is generally known.
図４に示す液晶ディスプレイ装置５０は、表裏両面を偏光板５１、５２で挟んでなる液晶パネル５３が上部に位置して配設され、液晶パネル５３の下面側に略長方形板状のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）やアクリル等の透明な基材からなる導光板５４が設置されており、この導光板５４の上面（光出射面３側）に拡散フィルム５５（拡散層）が設けられている。さらに、導光板５４の下面には、導光板５４に導入された光を効率よく液晶パネル５３に向け均一となるように散乱して反射させるための散乱反射パターン部（図示省略）が印刷などによって設けられるとともに、前記散乱反射パターン部の下方に反射フィルム５６（反射層）が設けられている。
A liquid
また、導光板５４には、その側端部に光源ランプ５７が設けられており、さらに光源ランプ５７の光を効率よく導光板５４中に入射させるべく、光源ランプ５７の背面側を覆うようにして高反射率の反射板５８が設けられている。前記散乱反射パターン部は、白色である二酸化チタン（ＴｉＯ２）粉末を透明な接着剤等の溶液に混合した混合物を、所定パターン、例えばドットパターンにて印刷し乾燥、形成したものであり、導光板５４内に入射した光に指向性を付与し、光射出面３側へと導くようになっている。これは、高輝度化を図るための工夫である。
In addition, the
しかし、図４に例示した装置では、視野角の制御が拡散フィルム５５の拡散性のみに委ねられており、その制御が難しいという問題があった。例えば、正面方向から見た場合は液晶ディスプレイの表示画面は明るいが、横方向から見た場合には表示画面が暗くなる場合があり、また液晶表示画面の中心部は明るく、周辺部が暗くなる欠点もあった。このように、光の利用効率が悪いという問題があった。
However, in the apparatus illustrated in FIG. 4, the control of the viewing angle is left only to the diffusibility of the
一方、直下型方式は、導光板の利用が困難な大型の液晶ＴＶなどの液晶表示装置が用いられている。 On the other hand, in the direct type, a liquid crystal display device such as a large liquid crystal TV in which the use of a light guide plate is difficult is used.
直下型方式の液晶ディスプレイ装置としては、図５に例示する装置が一般的に知られている。 As a direct-type liquid crystal display device, a device illustrated in FIG. 5 is generally known.
図５に示す液晶ディスプレイ装置６０は、表裏両面を偏光板６１、６２に挟んでなる液晶パネル６３が上部に位置して配設され、液晶パネル６３の下面側に蛍光管等からなる光源６４が配置される。さらに、光源６４の上面側に拡散フィルム６５のような光学シートが設けられている。また、光源６４の背面には、光源６４から液晶パネル６３と反対の方向に向かう光を液晶パネル６３側へ反射させる反射板６６が配置されている。これによって、光源６４から射出される光は拡散フィルム６５で拡散され、この拡散光を高効率で液晶パネル６３の有効表示エリアに集光させるものである。
In the liquid
しかし、図５に示した液晶ディスプレイ装置６０では、視野角の制御が拡散フィルム６５の拡散性のみに委ねられているため、その制御は難しいという問題があった。例えば、液晶表示画面を正面方向から見た場合はその表示画面は明るいが、液晶表示画面を横方向から見た場合にはその表示画面が暗くなる場合があり、また液晶表示画面の中心部は明るく、周辺部が暗くなる欠点もあった。このように、光の利用効率が悪いという問題があった。
However, in the liquid
そこで、上述の問題を解決する一つの方法として、図６に示す液晶ディスプレイ装置７０では、米国３Ｍ社の登録商標である輝度強調フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ：ＢＥＦ）７１がバックライト用照明光源７４の上方に位置して配置され、さらに、輝度強調フィルム７１の上方である光出射面側に図示しない光拡散フィルムを配置する方法が採用されている。輝度強調フィルム７１は、透明基材７２の上面である光出射面に、断面が三角形状の単位プリズム７３が一方向に一定のピッチで配列されたフィルムである。この単位プリズム７３は光の波長に比較して大きいサイズ（ピッチ）である。ＢＥＦは、“軸外（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）”からの光を集光し、この光を視聴者に向けて“軸上（ｏｎ−ａｘｉｓ）”に方向転換（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）または“リサイクル（ｒｅｃｙｃｌｅ）”する。
Therefore, as one method for solving the above-described problem, in the liquid
輝度強調フィルム７１は、ディスプレイ装置の使用時（観察時）に、軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させ、ディスプレイ装置の表示品位を向上させる。ここで言う「軸上」とは、視聴者の視覚方向に一致する方向であり、一般的にはディスプレイ画面に対する法線方向である。また、輝度強調フィルム７１は、通常、単位プリズムの反復的アレイ構造が１方向のみの配列からなり、その配列方向での方向転換またはリサイクルのみが可能となる。そのため、水平方向及び垂直方向の両方向での表示光の輝度制御を行なうためには、単位プリズム群の配列方向が互いに略直交するように、２枚のＢＥＦシートを重ねて組み合わせて用いる必要がある。
The
そこで、最近では、光利用効率をアップして高輝度化を図るために、図７に示すように、拡散フィルム５５と液晶パネル５３との間に、光集光機能を備えたプリズムフィルム（プリズム層）５９（５９１、５９２）を設けることが提案されている。このプリズムフィルム５９１、５９２は導光板５４の光射出面３から射出され、拡散フィルム５５で拡散された光を高効率で液晶パネル５３の有効表示エリアに集光させるものである。このようなＢＥＦを採用することにより、ディスプレイ設計者が電力消費を低減しながら所望の軸上輝度を達成することができるようになった。このようなＢＥＦに代表されるプリズムの反復的アレイ構造を有する輝度制御部材をディスプレイ装置に採用した技術は、例えば特許文献１〜３などにおいて従来から知られている。
Therefore, recently, in order to increase the light use efficiency and increase the brightness, as shown in FIG. 7, a prism film (prism) having a light condensing function between the
また、液晶表示装置には、薄型、高輝度、軽量、低消費電力であることが市場ニーズとして強く要請されており、それに伴い液晶表示装置に搭載されるバックライト・ユニットも軽量、高輝度、低消費電力であることが要求されている。特に、最近、目覚しく発展しているカラー液晶表示装置においては、液晶パネルの透過率がモノクロ対応の液晶パネルに比べ格段に低いため、バックライト・ユニットの輝度向上を図ることが、装置自体の低消費電力を得るために必須となっている。 In addition, liquid crystal display devices are strongly required as market needs to be thin, high brightness, light weight, and low power consumption. Accordingly, backlight units mounted on liquid crystal display devices are also light weight, high brightness, Low power consumption is required. In particular, in color liquid crystal display devices that have been remarkably developed recently, the transmittance of the liquid crystal panel is much lower than that of a monochrome-compatible liquid crystal panel. It is essential to obtain power consumption.
さらに、最近では映像媒体の多様化に伴い、高画質化が進み、それに映像の臨場感を味わいたいというニーズから、３Ｄ表示が可能な液晶表示装置の需要が増加している。３Ｄ表示を液晶表示装置で行なう場合、専用メガネを必要とする「アクティブシャッター方式」という方式が現在一般的である。この方式は、右目用と左目用の映像を交互に表示し、専用メガネにあるシャッターが開閉することで、映像を右目用と左目用に振り分け立体的に表示させるものである。しかしながら、この方式では、発光時間が通常の半分になり、また専用メガネの偏光板や反射などのロスもあって通常の２Ｄ表示時に比べて輝度が１０分の１程度にまで低下することが知られている。そのため、３Ｄ用液晶表示装置には２Ｄ表示の通常の液晶表示装置よりも高輝度化が求められる。 Furthermore, with the recent diversification of video media, the demand for liquid crystal display devices capable of 3D display has increased due to the need for higher image quality and the desire to experience the realism of video. When 3D display is performed on a liquid crystal display device, a method called “active shutter method” that requires special glasses is currently common. In this method, right-eye and left-eye images are alternately displayed, and a shutter in dedicated glasses is opened and closed, so that the images are distributed and displayed three-dimensionally for right-eye and left-eye. However, with this method, it is known that the light emission time is reduced to half of the normal time, and the luminance decreases to about 1/10 compared to the normal 2D display due to the loss of the polarizing plate and reflection of the dedicated glasses. It has been. For this reason, the 3D liquid crystal display device is required to have higher luminance than a normal liquid crystal display device for 2D display.
液晶表示装置の輝度向上を実現するための方法として、最も確実かつ簡便であるのは光源を増やすことだが、これは上述した低消費電力という市場ニーズに反し、また発熱によって装置の劣化を誘発し、更にコストアップにも繋がるなど、多くの問題を生じさせるため、完全な解決策とはならない。 The most reliable and simple method for improving the brightness of a liquid crystal display device is to increase the number of light sources. This is contrary to the above-mentioned market demand for low power consumption, and heat generation induces deterioration of the device. In addition, it causes a lot of problems such as cost increase, so it is not a complete solution.
また、光源としてＬＥＤに代表される点光源を使用した場合、図８に例示するように、導光板内における光入射面側の端部付近で光の明暗が生じてしまい、表示品位を低下させる「ホットスポット」という問題がある。 In addition, when a point light source typified by an LED is used as the light source, as illustrated in FIG. 8, light brightness and darkness occur in the vicinity of the end on the light incident surface side in the light guide plate, thereby reducing display quality. There is a problem of “hot spots”.
それらの問題を解決する為に、導光板の光入射面に一次元的な形状を設けるという手法があるが、それにより光入射面の耐擦性が低くなるというデメリットがあった。 In order to solve these problems, there is a method of providing a one-dimensional shape on the light incident surface of the light guide plate. However, there is a demerit that the abrasion resistance of the light incident surface is lowered.
本発明は上記のような実情を鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、単体で従来の物より光取り出し効率が高く、ホットスポットを軽減させ、且つ高い耐擦性をも実現する導光板、それを用いたバックライト・ユニット及びディスプレイ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is to achieve higher light extraction efficiency than conventional products, reduce hot spots, and achieve high abrasion resistance. A light guide plate, a backlight unit using the same, and a display device are provided.
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、光源および反射板と対向する光入射面を少なくとも一つ有し、前記光入射面と略直交する光反射面と、前記光反射面の逆面に光出射面を有する透明な導光板であって、
前記光出射面に対して略直交する方向に延在する凹凸を前記光入射面に具備し、
前記凹凸が高さの異なる二種類以上の凹凸から成ることを特徴とする導光板である。
As means for solving the above problems, the invention according to claim 1 includes at least one light incident surface facing the light source and the reflector, and a light reflecting surface substantially orthogonal to the light incident surface; A transparent light guide plate having a light exit surface on the opposite side of the light reflection surface,
The light incident surface has unevenness extending in a direction substantially orthogonal to the light exit surface,
The light guide plate is characterized in that the unevenness includes two or more types of unevenness having different heights.
その概略図を図１（ａ）（ｂ）に、前記凹凸の形状例を図２（ａ）〜（ｆ）に示す。 The schematic diagram is shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), and examples of the shape of the irregularities are shown in FIGS. 2 (a) to 2 (f).
ここでいう前記光出射面に対して略鉛直方向とは図１におけるｙ軸方向のことを指し、また凹凸の高さを表す方向は図１におけるｘ軸方向とする。 The substantially vertical direction with respect to the light emitting surface here refers to the y-axis direction in FIG. 1, and the direction representing the height of the unevenness is the x-axis direction in FIG.
また、請求項２に記載の発明は、前記二種類以上の凹凸のうち、一種類は少なくとも頂部が曲面によって構成された凹凸であり、他はその凹凸より高さの低い凹凸であることを特徴とする請求項１に記載の導光板である。
ここでいう高さとは図１におけるｘ軸方向に対して平行な、凹凸の最大長さのことを指す。
The invention according to claim 2 is characterized in that, among the two or more types of unevenness, one type is an unevenness in which at least the top portion is constituted by a curved surface, and the other is an unevenness whose height is lower than the unevenness. The light guide plate according to claim 1.
The height here refers to the maximum length of the unevenness parallel to the x-axis direction in FIG.
また、請求項３に記載の発明は、前記少なくとも頂部が曲面によって構成された凹凸の断面形状が、半円状もしくは半楕円状であることを特徴とする請求項２に記載の導光板である。
The invention according to
また、請求項４に記載の発明は、前記少なくとも頂部が曲面によって構成された凹凸の断面形状が、円もしくは楕円の一部と等脚台形を組み合わせた形状であることを特徴とする請求項２に記載の導光板である。 The invention according to claim 4 is characterized in that the cross-sectional shape of the unevenness in which at least the top part is constituted by a curved surface is a shape in which a part of a circle or an ellipse and an isosceles trapezoid are combined. It is a light-guide plate of description.
ここでいう断面形状とは、図１における凹凸のｘｚ平面への正射影形状のことを指す。 The cross-sectional shape here refers to an orthogonal projection shape on the xz plane of the unevenness in FIG.
また、請求項５に記載の発明は、前記円もしくは楕円の一部と、前記等脚台形が接する二点における接線が底辺と平行な直線と成す角の角度をＡｃ（°）、前記等脚台形の底角をＡｔ（°）としたとき、数式（１）を満たすことを特徴とする請求項４に記載の導光板である。 The invention according to claim 5 is characterized in that an angle of an angle formed between a part of the circle or ellipse and a tangent at two points where the isosceles trapezoid is in contact with a straight line parallel to the base is Ac (°), and the isosceles The light guide plate according to claim 4, wherein Formula (1) is satisfied when a trapezoidal base angle is At (°).
また、請求項７に記載の発明は、前記頂部が曲面によって構成された凹凸の高さＨｂが、前記高さの低い凹凸の高さＨａの２倍以下であることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の導光板である。 The invention described in claim 7 is characterized in that the height Hb of the unevenness in which the top part is constituted by a curved surface is not more than twice the height Ha of the low unevenness. It is a light-guide plate in any one of -6.
ここでいう底辺と平行な直線とは、図１におけるｚ軸と平行な直線のことを指す。 The straight line parallel to the base here refers to a straight line parallel to the z-axis in FIG.
また、請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の導光板と、前記光入射面に対向して配置される光源と、を備えることを特徴とするバックライト・ユニットである。
The invention according to
また、請求項９に記載の発明は、前記導光板の光出射面上に配置され、前記光出射面から出射された面状の光の輝度分布を調整する光学シートを備えることを特徴とする請求項８に記載のバックライト・ユニットである。
The invention according to claim 9 is provided with an optical sheet that is disposed on the light emitting surface of the light guide plate and adjusts the luminance distribution of the planar light emitted from the light emitting surface. The backlight unit according to
また、請求項１０に記載の発明は、請求項８または９に記載のバックライト・ユニットと、前記バックライト・ユニットから出射される光が背面側から入射されるように配置された画像表示素子と、を備えることを特徴とする液晶ディスプレイ装置である。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the backlight unit according to the eighth or ninth aspect, and an image display element arranged so that light emitted from the backlight unit is incident from the back side. And a liquid crystal display device.
また、請求項１１に記載の発明は、前記画像表示素子は画素単位での透過・遮光に応じて表示画像を規定することを特徴とする請求項１０に記載の液晶ディスプレイ装置である
。
The invention according to
正面輝度の向上を実現するためには、光ムラが生じにくいよう導光した後、光出射面から効率よく光を取り出すことが重要となる。しかしそれに先立って、光源からの光を効率よく導光板内に入射させることが出来れば、それが正面輝度の向上に大きく寄与することは自明である。 In order to improve the front luminance, it is important to efficiently extract light from the light exit surface after guiding the light so that uneven light is less likely to occur. However, prior to that, if the light from the light source can be efficiently incident into the light guide plate, it is obvious that it greatly contributes to the improvement of the front luminance.
本発明では光入射面に凹凸を設けることにより、光源からの光の全反射を抑制して入射光のロスを軽減し、その結果として高い正面輝度を実現することが出来る。 In the present invention, by providing irregularities on the light incident surface, total reflection of light from the light source is suppressed to reduce incident light loss, and as a result, high front luminance can be realized.
また、光源としてＬＥＤに代表される点光源を使用した場合、導光板内における光入射面側の端部において、光源の近傍は明るく、光源同士の中間付近は暗くなる明暗ムラが容易に視認できる。 In addition, when a point light source typified by an LED is used as the light source, light and dark unevenness in which the vicinity of the light source is bright and the middle part between the light sources is dark at the end on the light incident surface side in the light guide plate can be easily visually recognized. .
本発明では光入射面に設けた凹凸によって、入射光の拡散性を増すことにより、「ホットスポット」と呼ばれる上記の明暗ムラを軽減することが出来る。 In the present invention, the unevenness provided on the light incident surface increases the diffusibility of incident light, thereby reducing the above-described uneven brightness called “hot spot”.
更に、光入射面に高さの異なる凹凸を混在させることによって、バックライト・ユニットの内壁に接触するのは最も高さの高い凹凸（以下、これを「ピラー」と記載する）のみとなり、振動や衝撃などに起因する磨耗・欠損から大部分の凹凸を護ることが可能となる為、実質的に光入射面の耐擦性を向上させることに繋がる。 In addition, by mixing unevenness with different heights on the light incident surface, only the highest unevenness (hereinafter referred to as “pillar”) contacts the inner wall of the backlight unit, causing vibration. Most of the unevenness can be protected from wear and defects caused by impact and impact, which leads to substantially improving the abrasion resistance of the light incident surface.
以下に、本発明の導光板などの実施の形態について図１、２、３、８に基いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the light guide plate and the like of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
一般に光源からの光はある程度の範囲に分布するように射出される。光入射面が完全な平坦面であった場合、光入射面に対して一定以下の角度を持った光線は透過・屈折を伴って導光板内に入射するが、一定以上の角度の光は光入射面上における全反射により導光板内に侵入できない。 In general, light from a light source is emitted so as to be distributed in a certain range. When the light incident surface is a perfectly flat surface, light rays with a certain angle or less with respect to the light incident surface enter the light guide plate with transmission and refraction, but light with a certain angle or more is light. It cannot penetrate into the light guide plate due to total reflection on the incident surface.
そこで光入射面を微細な凹凸を有する構造にすることにより、従来のものより広範囲で光源からの光を導光板内に入射させることが可能となる。 Therefore, by making the light incident surface have a fine unevenness, it is possible to make light from the light source enter the light guide plate in a wider range than the conventional one.
本発明の導光板５４は、その光入射面１の凹凸が必ずしも一定である必要は無いが、光入射面１の位置による凹凸の状況を示す表面粗さの変化勾配があまりに急峻であると、光の入射効率が局所的に急変してしまう部位が生じることがあり、結果として表示品位を低下させる恐れがある。（図１（ａ）参照）
そのため光入射面１の凹凸の状況を示す表面粗さは、光入射面１の全面を通して大きな差異が無いことが好ましい。
In the
For this reason, it is preferable that the surface roughness indicating the unevenness of the light incident surface 1 is not significantly different throughout the light incident surface 1.
上記を鑑みると、光入射面１に具備する凹凸のうち、最も高い凹凸（本発明において「ピラー」と定義するもの）の高さＨｂと最も低い凹凸の高さＨａの差異は小さいほど好ましい。（図１（ｂ）参照）
ただし振動や衝撃によってピラー７自体が磨耗・欠損すると、ピラー７とピラー以外の凹凸８の高さの差異が無くなることが起こり得る。その場合、ピラー以外の凹凸８もバックライト・ユニットの内壁に接触するようになり、結果として光入射面１の耐擦性が低下する。
In view of the above, the difference between the height Hb of the highest unevenness (defined as “pillar” in the present invention) and the height Ha of the lowest unevenness among the unevenness provided on the light incident surface 1 is preferably as small as possible. (See Fig. 1 (b))
However, if the pillar 7 itself is worn or broken due to vibration or impact, the difference in height between the pillar 7 and the
従って本発明の優位性である、高い耐擦性を長期に渡って維持するという観点においては、ピラー７はピラー以外の凹凸８以上の高さであることが必要である。
Therefore, from the viewpoint of maintaining high abrasion resistance, which is the superiority of the present invention, over a long period of time, the pillar 7 needs to be at least as high as the
最適な凹凸の高さは、バックライト・ユニット内の光源５同士の距離や光源５から光入射面１までの距離、あるいは導光板５４のサイズなど多様な条件によって変動するが、上記の理由によりピラー７とピラー以外の凹凸８の高さの差異は適切に調整することが好ましい。
The optimum height of the unevenness varies depending on various conditions such as the distance between the light sources 5 in the backlight unit, the distance from the light source 5 to the light incident surface 1, or the size of the
ピラー７は各光入射面１に最低でも二つ以上であることが好ましいが、本発明の優位性を充分に発揮する為には、光入射面１におけるピラー７の面積率は５０％未満であることが好ましい。またピラー７の配置は周期的であっても良いし、ランダムであっても良い。 It is preferable that at least two pillars 7 are provided on each light incident surface 1. However, in order to fully exhibit the advantages of the present invention, the area ratio of the pillars 7 on the light incident surface 1 is less than 50%. Preferably there is. The arrangement of the pillars 7 may be periodic or random.
ピラー７は振動や衝撃などによってバックライト・ユニットの内壁と接触・衝突し、頂部が磨耗・欠損することが有り得る。その場合、光源５からの光が欠損部位を通過して屈折・拡散させられる為、結果として効率的な光入射の阻害原因となる。 The pillar 7 may come into contact with or collide with the inner wall of the backlight unit due to vibration or impact, and the top may be worn or damaged. In that case, the light from the light source 5 passes through the defect site and is refracted and diffused, resulting in efficient light incidence inhibition.
上記を鑑みると、ピラー７に磨耗・欠損が生じた場合にも表示品位の低下を抑制できるよう、バックライト・ユニット内に配列された光源５に合わせてピラー７を的確に配置することが必要である。 In view of the above, it is necessary to accurately arrange the pillars 7 in accordance with the light sources 5 arranged in the backlight unit so that the deterioration in display quality can be suppressed even when the pillars 7 are worn or damaged. It is.
本発明の特徴は光源５と光源５の間において効率的に光を入射させることであり、そのためには光源５と光源５の間の光入射面１に凹凸が具備されていれば充分な効果を得ることが出来る。逆に光源５近傍においては、磨耗・欠損したピラー７が配置されていても充分に導光板５４内に光を入射させることが可能である。
A feature of the present invention is that light is efficiently incident between the light source 5 and the light source 5, and for that purpose, it is sufficient if the light incident surface 1 between the light source 5 and the light source 5 has irregularities. Can be obtained. On the contrary, in the vicinity of the light source 5, it is possible to allow the light to sufficiently enter the
従って本発明の導光板５４の有用性を充分に発揮する為には、光源５近傍においては光入射面１にピラー７を設け、光源５と光源５の中間位置においては光入射面１にピラー以
外の凹凸８を設けることが必要である。
Therefore, in order to fully demonstrate the usefulness of the
上記の理由により、バックライト・ユニット内に配列された光源５同士のピッチと等しいピッチで、ピラー７及びピラー以外の凹凸８を周期的に配置することが最も簡便かつ効果的である。
For the above reason, it is most simple and effective to periodically arrange the pillars 7 and the
しかし周期的に並んだピラー７及びピラー以外の凹凸８のピッチは、光源５のピッチと正確に一致していなくとも好適に使用することが出来る。
However, the pitches of the pillars 7 and the
光入射面１に高さの異なる二種類の凹凸を有する場合の断面概略図を、図１（ｂ）に示す。 FIG. 1B shows a schematic cross-sectional view when the light incident surface 1 has two types of unevenness with different heights.
図中のＢａ，Ｈａ，Ｐａは高さの低いピラー以外の凹凸８の底辺の長さ、高さ、ピッチをそれぞれ表し、またＢｂ，Ｈｂ，Ｐｂはピラー７の底辺、高さ、ピッチをそれぞれ表している。
In the figure, Ba, Ha, and Pa represent the length, height, and pitch of the bottoms of the projections and
また図１（ｂ）は、ピラー７の間に高さの低いピラー以外の凹凸８が必ずしも５つであると限定するものではない。
Further, FIG. 1B does not necessarily limit the number of the
導光板５４もしくはバックライト・ユニットに振動や衝撃が加えられた場合、ピラー７には大きな剪断応力が掛かる。それに起因してピラー７自体が欠損することを抑制するためには、より強度を強くするため、ピラー７は窪みの無い形状であることが好ましい。
When vibration or impact is applied to the
ピラー７の形状は必ずしも対称形である必要はなく、非対称形であってもよい。 The shape of the pillar 7 does not necessarily have to be symmetric, and may be asymmetric.
また、一つの光源５と導光板５４の光入射面１の面積を比較すると、図１（ａ）におけるｙ軸方向では一辺の長さの差は小さいが、ｚ軸方向は圧倒的に長さの差異があることが多い。特に、ＬＥＤ光源などの点光源の場合、その違いは顕著である。
Further, comparing the areas of the light incident surface 1 of one light source 5 and the
そのため、例えば研磨や切削などの手法によって一次元的に延在する形状の光入射面１を作製するとき、光源５からの光量のロスを軽減することを考慮すると、凹凸をｙ軸方向に略平行に延在させることが最も効果が高い。 Therefore, for example, when the light incident surface 1 having a one-dimensionally extending shape is produced by a technique such as polishing or cutting, in consideration of reducing the loss of the amount of light from the light source 5, the unevenness is substantially reduced in the y-axis direction. Extending parallel is the most effective.
その際、ｙ軸方向に対して正確に平行でなくとも好適に使用することが出来る。 In that case, it can be preferably used even if it is not exactly parallel to the y-axis direction.
また光入射面１の凹凸は一方向に延在する形状であるが、必ずしも凹凸が直線状である必要は無く、凹凸が曲線状であっても良い。 Further, the unevenness of the light incident surface 1 is a shape extending in one direction, but the unevenness is not necessarily linear, and the unevenness may be curved.
本発明の導光板５４は光入射面１に凹凸が具備されていることを特徴とするが、光入射面１の一部に平坦部を有していたとしても好適に使用することが出来る。
The
その際、本発明の優位性を充分に発揮する為には、光入射面１における平坦部の面積率は５０％未満であることが好ましい。また平坦部の配置は周期的であっても良いし、ランダムであっても良い。 In that case, in order to fully demonstrate the predominance of this invention, it is preferable that the area ratio of the flat part in the light-incidence surface 1 is less than 50%. Further, the arrangement of the flat portion may be periodic or random.
また、図２（ｄ）〜（ｆ）に示すように本発明の導光板５４は光入射面１に高さの異なる３種以上の凹凸を備えていても良い。
Further, as shown in FIGS. 2D to 2F, the
光反射面２を作製するための主たる方式として、印刷方式、レーザー方式、インクジェット方式、インジェクション方式、押出賦形方式などが挙げられるが、本発明の導光板５４においては光反射面２の作製方式はこれらに限定するものではない。
The main methods for producing the light reflecting surface 2 include a printing method, a laser method, an ink jet method, an injection method, an extrusion shaping method, and the like. In the
本発明の導光板５４は、光反射面２・光出射面３に微細なレンズ形状を具備し、その微細なレンズ形状で光の反射性・集光性・拡散性を有していても良い。
The
ここで、微細なレンズ形状の種類としては、凸状シリンドリカル形状のもの、レンズ形状のもの、三角プリズム形状のものなどが挙げられるが、これらに限らず、光の反射性・集光性・拡散性が微細なレンズ形状が付与される前に比較して向上するものであれば、上記の形状に限らない。 Here, examples of the fine lens shape include a convex cylindrical shape, a lens shape, and a triangular prism shape, but are not limited thereto. The shape is not limited to the above as long as the property is improved as compared with that before the lens shape is fine.
また、微細なレンズ形状は光学密着、ムラ、ニュートンリングなどの外観特性を向上することもできる。 Further, the fine lens shape can improve appearance characteristics such as optical adhesion, unevenness, and Newton ring.
本発明の導光板５４は、光反射面２・光出射面３ともに微細なレンズ形状を有することが有り得るが、その主だった形状例を図３に示した。ただし、効率的に光の反射・集光・拡散を行える形状であれば、レンズ形状は例示したものに限らない。
The
光反射面２・光出射面３は、同じ形状であっても良いし、異なる形状であっても良い。
The light reflecting surface 2 and the
光反射面２および光出射面３が共に一方向に延在するレンズアレイ形状を有している場合、両面の形状に起因するモアレの発生を抑制することを考慮し、光反射面２・光出射面３の微細なレンズ形状同士は直交していることが最も好ましい。ただし、正確に直交していなくとも好適に使用することが出来る。
When both the light reflecting surface 2 and the
本発明の導光板５４は複層構造でも良く、層間で屈折率が異なっていても良い。
The
本発明の導光板５４は光入射面１の表面形状に依存するものであり、導光板５４の厚みについては特に制限は無い。
The
本発明の導光板５４を形成する主たる材料は、光透過性を考慮するとアクリル系樹脂が好ましく、特にＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）が良い。
The main material for forming the
ただし、ポリカーボネート樹脂やポリスチレン樹脂、フッ素系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、アクリル−スチレン共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体など、一般的によく用いられている様々な材料においても有効である。 However, polycarbonate resin, polystyrene resin, fluorine-based acrylic resin, epoxy acrylate resin, methylstyrene resin, fluorene resin, cycloolefin polymer, polyethylene terephthalate, polypropylene, acrylic-styrene copolymer, styrene-butadiene-acrylonitrile copolymer, etc. It is also effective in various commonly used materials.
また、主となる材料の中に分散された透明粒子を具備することも可能である。 It is also possible to have transparent particles dispersed in the main material.
本発明の導光板５４の製法例として、まず樹脂ペレットを溶融し、押出機にてダイより一定の厚みを有する板状に樹脂を押し出し、その板状の樹脂に賦形を施すことによって所望の形状を有する導光板５４を得ることができる。
As an example of the manufacturing method of the
なお、最終的に同一の凹凸形状を有する導光板５４を作製できるならば、その作製手段については特に制限は無い。
If the
本発明の導光板５４は、用途に応じて光学シートを積層して使用しても良く、また光学シートの枚数は適宜増やしても良い。ただしシート境界面が増え過ぎることによる光量ロスを考慮すれば、４枚以下の積層であることが好ましい。
The
本発明の導光板５４を使用したバックライト・ユニットが、導光板ライトガイド方式である場合、一辺，二辺または四辺に光源を備えたものが一般的だが、どの場合においても好適に使用できる。
When the backlight unit using the
また本発明の導光板５４は、バックライト・ユニット内において光源５が配置されている辺に対向する全ての端面４に凹凸を具備することが最も好ましいが、最低でも一辺の端面４に凹凸が具備されているならば、充分に優位性を発揮することが出来る。
The
バックライト・ユニット内において、導光板５４の光入射面１と光源５との距離が極端に離れていると、光入射面１に一度も当たらずに脇に漏れる光線量が多くなり、その結果として光出射面３の正面輝度の低下を引き起こす。
In the backlight unit, if the distance between the light incident surface 1 of the
そのため、熱によって導光板５４に反りや歪みが生じない程度に、導光板５４の光入射面１と光源５との隙間は小さくすることが好ましい。
Therefore, it is preferable to make the gap between the light incident surface 1 of the
本発明の導光板５４を使用したとき、従来の導光板と比較して光の入射角度が広く分布する為、光入射面１以外の端面４から抜け出す光が存在することを無視できない。
When the
そこで光入射面１以外の端面４と対向するように、バックライト・ユニット内部に光反射効率の高いテープ（以下、これを光反射テープと表記する）等を具備することで漏れ光を抑制し、光出射面３から出射する光量を更に増大させることが出来るが、そのような光反射テープの有無に関わらず本発明の導光板５４は好適に使用できる。
Therefore, leakage light is suppressed by providing a tape with high light reflection efficiency (hereinafter referred to as light reflection tape) inside the backlight unit so as to face the end surface 4 other than the light incident surface 1. Although the amount of light emitted from the
またバックライト・ユニット内に光反射テープを具備する場合、光入射面１以外の端面４と対向する全ての辺に光反射テープを具備することが最も好ましいが、最低でも一辺に光反射テープが具備されているならば、充分に優位性を発揮することが出来る。 When the backlight unit is provided with the light reflecting tape, it is most preferable to provide the light reflecting tape on all sides facing the end face 4 other than the light incident surface 1, but at least the light reflecting tape is provided on one side. If it is provided, it is possible to exert a sufficient advantage.
バックライト・ユニットの光源としては、ＣＣＦＬ、ＬＥＤ、有機又は無機ＥＬなど、様々な光源を使用できる。 As the light source of the backlight unit, various light sources such as CCFL, LED, organic or inorganic EL can be used.
また、バックライト・ユニットに内蔵される光源の個数には特に制限は無い。 Moreover, there is no restriction | limiting in particular in the number of the light sources incorporated in a backlight unit.
以上のように作製した導光板５４は、従来の導光板と比較して光の入射効率が高く、その結果として光出射面３における正面輝度が高い。バックライト・ユニットに使用する際は、市販の光学シートなど様々な光学部材と共に本発明の導光板５４を組み合わせて使用することにより、所望の表示性能を持つディスプレイを提供することができる。
The
本発明による導光板を作製し、その効果を確認するべく評価を実施した。その製造法として、まず樹脂ペレットを溶融し、押出機にてダイより一定の厚みを有する板状に樹脂を押出し成形し、その板状の樹脂に賦形を施すことによって本発明の導光板を得るという手法を用いた。 A light guide plate according to the present invention was produced and evaluated to confirm its effect. As the manufacturing method, first, the resin pellets are melted, and the resin is extruded and formed into a plate having a certain thickness from the die using an extruder, and the light guide plate of the present invention is formed by shaping the plate-like resin. The technique of obtaining was used.
なお光入射面に関しては、上記の方法で導光板を作製した後、端面に断裁・研磨・切削などの処理を行うことにより所望の形状を得た。 As for the light incident surface, a desired shape was obtained by producing a light guide plate by the above-described method and then performing processing such as cutting, polishing, and cutting on the end surface.
以下に示す結果は材料にＰＭＭＡを用い、光出射面としてレンチキュラーレンズ、光反射面として鏡面上の白色反射ドットを使用した、厚さ０．５ｍｍの導光板による評価結果
である。
（正面輝度評価）
液晶テレビの液晶パネルを外し、光出射面が上方に向くようにテレビを静置し、導光板・拡散フィルム・拡散フィルム・９０°プリズムをこの順番に積層した状態で、導光板の鉛直方向から輝度測定を実施した。測定装置にはＳＲ−３（株式会社トプコン製）を使用し、暗所にてＴＶと５０ｃｍの距離から俯瞰する形で実施した。
The results shown below are evaluation results using a light guide plate having a thickness of 0.5 mm using PMMA as a material, using a lenticular lens as a light emitting surface and white reflecting dots on a mirror surface as a light reflecting surface.
(Front brightness evaluation)
Remove the liquid crystal panel of the liquid crystal television and place the television still so that the light exit surface faces upward, and then stack the light guide plate, diffusion film, diffusion film, and 90 ° prism in this order from the vertical direction of the light guide plate. Luminance measurement was performed. SR-3 (manufactured by Topcon Co., Ltd.) was used as a measuring device, and the measurement was carried out in a dark place overlooking from a distance of 50 cm from the TV.
その際、光入射面に三角プリズム状の凹凸を具備した導光板は、光入射面が平坦である導光板と比較して正面輝度が向上することが確認できた。
（ホットスポット評価）
液晶テレビの液晶パネルを外し、光出射面が上方に向くようにテレビを静置し、導光板・拡散フィルム・９０°プリズムをこの順番に積層した状態で、光源から１０ｍｍの位置でｚ軸方向の明暗コントラストを測定した。
At that time, it was confirmed that the front light luminance of the light guide plate having triangular prism-like irregularities on the light incident surface was improved as compared with the light guide plate having a flat light incident surface.
(Hot spot evaluation)
Remove the liquid crystal panel of the liquid crystal television, place the television still so that the light exit surface faces upward, and stack the light guide plate, diffusion film, and 90 ° prism in this order, z-axis direction at a position of 10 mm from the light source The contrast of light and dark was measured.
光入射面が平坦であるときの上記コントラストと比較して、光入射面に凹凸を具備した場合には、凹凸の形状に依らずコントラスト値は減少しており、最もコントラスト値が小さいときには、光入射面が平坦であるときの５０％にまで減少した。 Compared with the above contrast when the light incident surface is flat, when the light incident surface has unevenness, the contrast value decreases regardless of the shape of the unevenness. It decreased to 50% when the incident surface was flat.
また導光板の表面に対する法線方向から目視で観察したとき、光入射面に凹凸を具備した場合には、明確にホットスポットの軽減が確認できた。 Further, when visually observed from the normal direction with respect to the surface of the light guide plate, when the light incident surface has irregularities, the reduction of hot spots was clearly confirmed.
次に、光入射面に凹凸を具備する部位と平坦な部位を混在させた場合についても同様に試験した。光入射面の一部が平坦であっても本発明の効果が極端に下がることはなく、特に光源近傍においては光入射面に平坦部位を、光源と光源の中間付近においては光入射面に凹凸を形成した部位を設けた導光板においては、平坦率０％のサンプルと同等のコントラスト値が測定された。 Next, the same test was performed in the case where a portion having unevenness and a flat portion were mixed on the light incident surface. Even if a part of the light incident surface is flat, the effect of the present invention is not drastically reduced, particularly in the vicinity of the light source, a flat portion on the light incident surface, and on the light incident surface near the middle of the light source In the light guide plate provided with the portion where the film was formed, a contrast value equivalent to that of the sample having a flatness of 0% was measured.
これにより、少なくとも光源と光源の中間部において光入射面に凹凸を形成した部位が設けられていれば、光入射面に平坦部を有している導光板であっても充分にホットスポットの軽減効果があることが分かった。
（耐擦性評価）
まず、光入射面に凹凸を賦形した、３００ｍｍ×１７５ｍｍのサイズの導光板を複数種用意した。一つの導光板における光入射面の凹凸の高さは二種類とし、高さの低い凹凸は頂角６０°の三角プリズム状、高さの高い凹凸は、その断面形状が半楕円形状、半円形状、および円または楕円の一部と等脚台形を組み合わせた形状、すなわち凹凸の頂部が曲面から構成された形状とした。光入射面に形成された凹凸の概略図を図２の（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示す。
As a result, if at least an intermediate portion between the light source and the light incident surface is provided with a portion having irregularities on the light incident surface, the hot spot can be sufficiently reduced even with a light guide plate having a flat portion on the light incident surface. I found it effective.
(Rubbing resistance evaluation)
First, a plurality of types of light guide plates having a size of 300 mm × 175 mm having irregularities formed on the light incident surface were prepared. There are two types of unevenness on the light incident surface of a single light guide plate. Low height unevenness has a triangular prism shape with an apex angle of 60 °, and high height unevenness has a semi-elliptical cross section. The shape and the shape combining a part of a circle or an ellipse with an isosceles trapezoid, that is, the shape where the top of the unevenness is composed of a curved surface. Schematic diagrams of the irregularities formed on the light incident surface are shown in FIGS.
上記の各導光板を筐体内に設置した薄型液晶テレビを梱包箱に収納し、前期薄型液晶テレビが直立するように梱包箱を立てた状態で、室温にて上下、左右、前後の三方向に各６０分ずつ振動させた。その際の振動条件として、振動数は５〜５０Ｈｚ、振幅は０．２〜１９．８ｍｍとしている。振動終了後すぐに前記薄型液晶テレビ筐体から導光板を取り出し、目視及び電子顕微鏡にて光入射面の頭頂部における磨耗痕の有無および白粉の多寡を確認した。 The thin LCD TV with the above light guide plates installed in the housing is housed in a packaging box, and the packaging box is erected so that the thin LCD TV stands upright in the previous period. Vibrated for 60 minutes each. As vibration conditions at that time, the frequency is 5 to 50 Hz and the amplitude is 0.2 to 19.8 mm. Immediately after the end of vibration, the light guide plate was taken out of the thin liquid crystal television case, and the presence or absence of wear marks and the amount of white powder on the top of the light incident surface were confirmed visually and with an electron microscope.
具体的には、サンプルＮｏ．１から１５までのサンプルを作製した。その結果を表１に示す。表中におけるａ、ｂ、ｃは、光入射面が図２の（ａ）（ｂ）（ｃ）に記載した形状であることを表している。 Specifically, sample no. Samples 1 to 15 were prepared. The results are shown in Table 1. “A”, “b”, and “c” in the table indicate that the light incident surface has the shape described in (a), (b), and (c) of FIG.
また図１（ｂ）に示したように、高さの低い凹凸８の底辺の長さ及び高さをＢａ及びＨ
ａとし、ピラー７の底辺の長さ及び高さをＢｂ及びＨｂとしたとき、下記数式（２）（３）で規定されるように表１中のｍとｎの値を設定し、光入射面の凹凸を作製した。
Further, as shown in FIG. 1B, the length and height of the bottom of the low-
Assuming that the length and height of the bottom side of the pillar 7 are Bb and Hb, the values of m and n in Table 1 are set as defined by the following formulas (2) and (3), and the light incident Surface irregularities were produced.
本発明に係る導光板は様々な用途において、好適に利用することができる。本発明に係る導光板を搭載したバックライト・ユニット及びディスプレイ装置などについても、本発明の技術的範囲に含まれる。
The light guide plate according to the present invention can be suitably used in various applications. The backlight unit, the display device, and the like mounted with the light guide plate according to the present invention are also included in the technical scope of the present invention.
１・・・光入射面
２・・・光反射面
３・・・光出射面
４・・・端面
５・・・光源
６・・・導光板
７・・・ピラー
８・・・高さの低い凹凸
１０・・・ホットスポット
１１・・・明部
１２・・・暗部
５０・・・液晶ディスプレイ装置
５１・・・偏光板
５２・・・偏光板
５３・・・液晶パネル
５４・・・導光板
５５・・・拡散フィルム
５６・・・反射フィルム
５７・・・光源ランプ
５８・・・反射板
５９・・・プリズムフィルム
６０・・・液晶ディスプレイ装置
６１・・・偏光板
６２・・・偏光板
６３・・・液晶パネル
６４・・・光源
６５・・・拡散フィルム
６６・・・反射板
７０・・・液晶ディスプレイ装置
７１・・・輝度強調フィルム（ＢＥＦ）
７２・・・透明基材
７３・・・単位プリズム
７４・・・光源
５９１・・・プリズムフィルム
５９２・・・プリズムフィルム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light incident surface 2 ...
72 ...
Claims (11)
前記光出射面に対して略直交する方向に延在する凹凸を前記光入射面に具備し、
前記凹凸が高さの異なる二種類以上の凹凸から成ることを特徴とする導光板。 A transparent light guide plate having at least one light incident surface facing the light source and the reflective plate, having a light reflective surface substantially orthogonal to the light incident surface, and a light emitting surface opposite to the light reflective surface. ,
The light incident surface has unevenness extending in a direction substantially orthogonal to the light exit surface,
The light guide plate according to claim 1, wherein the unevenness comprises two or more types of unevenness having different heights.
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