(57)【要約】【課題】ロスが少なくかつ容易に、干渉縞がなく外観の良好な導光板を提供することを目的とする。【解決手段】光源からの光を取り入れる入射面と、光を射出する光射出面と、光射出面に対面する底面とを少なくとも有する透明基板からなる導光板であって、底面は、複数の光制御要素を有し、光制御要素は、入射面に対し平行な方向（Ｙ方向）に所定の間隔で並んで列を形成し、列は、入射面に対し垂直な方向（Ｘ方向）に複数形成され、任意の列内の任意の光制御要素のＹ方向中点のＹ方向位置と、任意の列の隣の列内の光制御要素であって任意の光制御要素から最も近くにある光制御要素のＹ方向中点のＹ方向位置との差が、所定の間隔に対して、１／１１以上５／１１以下の比である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を取り入れる入射面と、前記光を射出する光射出面と、前記光射出面に対面する底面とを少なくとも有する透明基板からなる導光板であって、
前記底面は、複数の光制御要素を有し、
前記光制御要素は、前記入射面に対し平行な方向（Ｙ方向）に所定の間隔で並んで列を形成し、
前記列は、前記入射面に対し垂直な方向（Ｘ方向）に複数形成され、
任意の前記列内の任意の前記光制御要素のＹ方向中点のＹ方向位置と、前記任意の列の隣の前記列内の前記光制御要素であって前記任意の光制御要素から最も近くにある前記光制御要素のＹ方向中点のＹ方向位置との差が、前記所定の間隔に対して、１／１１以上５／１１以下の比であることを特徴とする導光板。
【請求項２】
前記底面における単位面積あたりの前記光制御要素の数を表す光制御要素密度は、前記入射面からの前記Ｘ方向の距離が増大するにつれて増大し、
前記光制御要素の配列パターンは複数の領域に分けられており、
同一の前記領域内においては、前記所定の間隔は一定であり、前記Ｘ方向における前記列の配列間隔は前記入射面から離れるほど小さくなるように変化し、
前記所定の間隔は、前記複数の領域の境界において非連続的に変化するとともに、前記入射面から離れる領域ほど小さくなり、
前記列の配列間隔は、前記複数の領域の境界において非連続的に変化するとともに、前記入射面から遠い側の領域の方が、前記入射面から近い側に隣接する他の領域より小さいことを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
【請求項３】
前記複数の領域は、前記入射面に対し垂直な方向に分割されていることを特徴とする、請求項２に記載の導光板。
【請求項４】
前記光制御要素は、前記導光板の底面の内側に凹の形状であることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の導光板。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の導光板と、光源ユニットとを含むことを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項５に記載の照明装置と、液晶パネルとを含むことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光板、それを用いた照明装置および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な液晶ディスプレイのような表示装置は、透過型液晶パネルの背面に照明装置を有する。このバックライトユニットは、光源ランプの光を、光透過性に優れた平板状の導光板内で多重反射させるライトガイドによる所謂エッジライト型と、光源ランプで直接照明する、直下型の２方式に大別される。
【０００３】
この種の、導光板の側端部近傍に光源が配されてなる照明装置では、導光板の該側端面から導光板内に入射した光は、導光板の平面部を全反射しながら導光板内を進む。なお、この光源の形状は限定されず、例えば線状や点状であってもよい。
【０００４】
導光板の、表示装置と対面する面（以下、光射出面）およびその反対側の面（以下、底面）が全域にわたり平坦であると、入射した光の多くはこれらと外気との境界面において全反射してしまい、導光板からの光射出効率、つまり表示装置に対する照射効率が低下する。このため、多くの導光板は、その光射出面あるいは光反射面に多数の微細な凹凸形状を有し、これにより全反射のみの繰り返しを妨げることで、光射出効率を向上させている。
【０００５】
この種の照明装置を用いた表示装置において、液晶パネルと、光学シートや導光板の構造によって発生する干渉縞（所謂モアレ）を低減させる方法として、特許文献１に記載の照明装置が提案されている。特許文献１には、図１１に示すような、導光板の光射出面または光反射面のいずれかの面上に、ドット状パターンを、液晶表示パネルの画素配列方向に対して角度をもたせて配置する構造が示されている。また、その他、拡散シートを重ねることにより、モアレを目立たなくする方法もしばしば採られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１６２５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
導光板表面の形状が、液晶表示パネルの表示画面に一定間隔で配列された画素と干渉を起こし、モアレが生じる。モアレを減じる方法に、画素の配列方向に対して導光板表面の形状に角度を持たせるものがあるが、このような形状配列を賦形するか、またはより大きい導光板を作製し、角度を持たせた型で切り出す必要があり、製造が困難であり、または大きな材料ロスが伴う。
【０００８】
そこで、本発明は、低ロスかつ容易に、高輝度でしかもモアレが生じない外観の良好な導光板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】
【０００９】
本発明の一局面は、光源からの光を取り入れる入射面と、光を射出する光射出面と、光射出面に対面する底面とを少なくとも有する透明基板からなる導光板であって、底面は、複数の光制御要素を有し、光制御要素は、入射面に対し平行な方向（Ｙ方向）に所定の間隔で並んで列を形成し、列は、入射面に対し垂直な方向（Ｘ方向）に複数形成され、任意の列内の任意の光制御要素のＹ方向中点のＹ方向位置と、任意の列の隣の列内の光制御要素であって任意の光制御要素から最も近くにある光制御要素のＹ方向中点のＹ方向位置との差が、所定の間隔に対して、１／１１以上５／１１以下の比である。
【００１０】
また、底面における単位面積あたりの光制御要素の数を表す光制御要素密度は、入射面からのＸ方向の距離が増大するにつれて増大し、光制御要素の配列パターンは複数の領域に分けられており、同一の領域内においては、所定の間隔は一定であり、Ｘ方向における列の配列間隔は入射面から離れるほど小さくなるように変化し、所定の間隔は、複数の領域の境界において非連続的に変化するとともに、入射面から離れる領域ほど小さくなり、列の配列間隔は、複数の領域の境界において非連続的に変化するとともに、入射面から遠い側の領域の方が、入射面から近い側に隣接する他の領域より小さいことが好ましい。
【００１１】
また、複数の領域は、入射面に対し垂直な方向に分割されていることが好ましい。
【００１２】
また、光制御要素は、導光板の底面の内側に凹の形状であることが好ましい。
【００１３】
本発明の他の局面は、上述の導光板と、光源ユニットとを含むことを特徴とする照明装置である。
【００１４】
本発明のさらに他の局面は、上述の照明装置と、液晶パネルとを含むことを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の導光板を用いることで、光制御要素を入射面に対し垂直な方向に整列しないことで、液晶表示パネルにおけるブラックマトリックスの同方向に延びる線とのモアレを軽減できる。これにより、モアレを避ける目的で拡散シートを挟む必要がないため、拡散シートによりモアレを実質的に除去する構成に比べ低コストであり、さらに高輝度が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の表示装置の分解斜視図
【図２】本発明の実施形態の導光板内部での、光源からの入射光の進路を示す図
【図３】本発明の実施形態の光制御要素の配列を示す概略図
【図４】本発明の実施形態の光制御要素のずれ率が一定である場合における、占有面積率の変化に伴う光制御要素の配列の変化の一例を示す図
【図５】本発明の実施形態の導光板の底面の分割の一例を示す図
【図６】本発明の実施例の光制御要素の形状の一例を示す図
【図７】ずれ率が０の場合の光制御要素の配列の一例を示す図
【図８】ずれ率が５／１１の場合の光制御要素の配列の一例を示す図
【図９】ずれ率が１／１１の場合の光制御要素の配列の一例を示す図
【図１０】ずれ率が１／２の場合の光制御要素の配列の一例を示す図
【図１１】従来の導光板における光制御要素の配列の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る導光板による照明装置２を用いた表示装置１の構成の一例を示す分解斜視図である。図１に示すように、照明装置２は、たとえば光学シート７や８と導光板６と反射シート５と光源４とを備えて矩形板状や楔形状に構成される。
【００１８】
光源４は、たとえばＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ）、ＨＣＦＬ（Ｈｏｔ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ）、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子からなる。光源４には、光源４の光を覆うように、光を反射して効率よく導光板６に入射させるハウジングが設けられると、なおよい。光源４は、図１に示すように、導光板６の一側面にのみ配されてもよいが、入射面は一面に限られず、たとえば図３に示すように、第二の光源が第一の光源が近接する面に対する面に対照的に配されてもよい。
【００１９】
反射シート５は、導光板に入射した光がその底面から抜け出ることによる光の損失を防ぐために設けられる。反射シート５として、たとえば、ＰＥＴやＰＰ等にフィラーを混練後延伸することによりボイドを形成して反射率を高めた樹脂シート、表面にアルミ蒸着などで鏡面を形成した透明または白色の樹脂シート、アルミ等の金属箔もしくは金属箔を担持した樹脂シート、表面に十分な反射性を有する金属薄板、などを用いることができる。
【００２０】
導光板６は、光源４の光を画像表示パネル３全面に導く働きを有する。図２に、光源４からの入射光の導光板６内部での進路の一例を示す。導光板６の入射面６１から入射した光は、導光板６の平面部を全反射しながら、導光板６の内部を進む。導光板６の底面６２には、多数の光制御要素６３があり、入射光は光制御要素６３界面においてその進路を変更される。
【００２１】
導光板６は、光透過性が高く、複屈折性が低い素材からなる。たとえばガラスのような基材上にＵＶや放射線硬化樹脂を用いて作られるか、またはポリメチルメタクリレート（ＯＰＭＭＡ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）や環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）などの熱可塑性樹脂材を用いて、既知の押出成形法や、射出成形法などによって成形される。
【００２２】
導光板６の厚みはとくに限定されないが、０．５〜３ｍｍ程度が好ましい。０．５ｍｍより薄いと割れやすく取り扱い性が悪化し、３ｍｍより厚いとバックライトユニット全体が大きくなり用途が限定され、たとえば薄型ディスプレイなどには不向きとなる。
【００２３】
図３に、光制御要素６３の配列の概略を示す。導光板６の底面６２において、微細な光制御要素６３が、入射面６１に対し平行な方向（Ｙ方向）に一定間隔Ｐｙで列をなして連なり、この列が入射面６１に対し垂直な方向（Ｘ方向）に間隔Ｐｘを隔てて並んで配置される。さらに、Ｘ方向に隣接する列は、Ｙ方向位置がずれて配値される。すなわち、光制御要素６３から成るＹ方向列が、Ｘ、Ｙ両方向にずれた位置に隣接するＹ方向列が配置される。
【００２４】
ある列内のある光制御要素６３をＡとし、その列と隣接する列内の、Ａともっとも近い他の光制御要素６３をＢとしたとき、ＡのＹ方向中点およびＢのＹ方向中点のＹ方向における位置の差を、Ｙ方向ずれＤとする。Ｙ方向ずれＤは、とくに限定されないが、Ｐｙの１／１１〜５／１１程度が望ましい。この割合をずれ率ｔとおくと、Ｙ方向ずれＤはｔＰｙで表される。ｔが１／１１以上かつ５／１１以下であれば、光制御要素６３の配置が好適に乱れ、モアレ軽減の効果が大きい。ｔが１／１１より小さいと光制御要素６３の配置が乱れずモアレ軽減の効果が小さく、５／１１を超えてあまり１／２に近い値となると、ある列とその２つ隣の列とのＹ方向ずれが小さくなるため配置の乱れが弱く、やはりモアレ軽減の効果が小さい。
【００２５】
光制御要素６３は、入射面６１から離間するにつれ、密度すなわち導光板底面６２における単位面積あたりの光制御要素６３の占める面積である占有面積率ｄが増大すると、なおよい。導光板底面６２における占有面積率ｄの変化は、光制御要素６３一個あたりの面積の変化によるものであっても、光制御要素６３の数の変化によるものであっても、その両方によるものであってもよい。ここで、占有面積率ｄを増加させるため、Ｙ方向列の光制御要素６３のピッチＰｙを変化させるとともに、Ｙ方向のずれ量Ｄを変化させてもよい。例えば、光制御要素６３の単位面積あたりの個数を増やすことで密度ｄを増大させる場合の光制御要素６３の配列の例を図４に示す。また、占有面積率ｄの変化は、連続的であってもよいし、不連続的であってもよい。前者は複雑な配置データと高い成形精度を要するため、後者のほうが、作製が容易である。後者の例としては、図５に示すように、導光板底面６２を複数の領域に分割し、占有面積率ｄを段階的に変化させることが挙げられる。図５に示す例では、複数の領域は、Ｙ方向列の配列方向に直交する方向に分割されている。
【００２６】
導光板６の射出面には、拡散機能を有した光学シート７が配置されていることが好ましい。図１に示す例では、２枚の光学シートが用いられているが、その枚数は限定されない。光学シート７はたとえばプリズム構造を有する樹脂フィルムであるプリズムシートや、マイクロレンズ構造を有するマイクロレンズシート、屈折率の異なる微粒子が混入した拡散シートなどであり、光拡散または集光効果を発揮する。光拡散によって、光源から入射する光のｙ軸方向位置による偏りや、導光板６のきず、または汚れによる局所的な明暗の発生や、導光板６の底面６２の光制御要素６３が容易に視認されることを防ぐ。本発明においては、ヘイズ値の高い拡散シートを用いてモアレ除去を図る必要はなく、輝度損失の小さい低ヘイズ値の拡散シートを用いてもよく、拡散シートを用いなくてもよい。集光効果を有するシートは、射出光の角度の分布を絞ることにより、輝度を向上させる。
【００２７】
光学シート７には、導光板６と逆側の面に、画像表示パネル３が配設される。配設された画像表示パネル３は、２枚の偏光板（偏光フイルム）８、９とその間に挟持された画像表示素子１０とからなる。画像表示パネル３は例えば液晶パネルから構成され、画像表示素子１０は２枚のガラス基板の間に液晶層が充填されて構成される。画像表示素子１０として選択される液晶表示素子は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子と比べて、画像品位を高くすることができる。
【００２８】
以上、本発明の実施形態に係る導光板、それを用いた照明装置、さらに照明装置を備えた表示装置について説明したが、照明装置は表示装置のみに適用されるものではなく、例えば照明機器全般に適用できる。
【実施例】
【００２９】
本発明の実施例について以下に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されない。
【００３０】
各実施例の導光板６はＰＭＭＡ製の長方形平板状であり、ｘ方向長さを５００ｍｍ、ｙ方向長さを３００ｍｍ、厚みを３ｍｍとした。導光板６の底面６２に配列する光制御要素６３は図６に示す略半楕円体形状をなし、長さＬ＝２００ｕｍ、幅Ｗ＝１００ｕｍ、高さＨ＝２０ｕｍのマイクロレンズとした。
【００３１】
照明装置２は、導光板６の１辺の側面を入射面とし、これに対面させる光源４として白色ＬＥＤを用いた。導光板６の底面６２と対向して反射シート５を配設し、導光板６の光射出面６４と対向して光学シート７を配置した。
【００３２】
実施例１〜５は、それぞれのずれ率ｔによって定まるＹ方向ずれＤ＝ｔＰｙを有する。また、いずれも、光制御要素６３の底面６２における占有面積が、入射面６１から遠ざかるにつれ大きくなるようにした。実施例１の導光板６は、底面６２全体において光制御要素６３の占有面積率を連続的に変化させた。実施例２〜５の導光板においては、底面６２は図５に示す５領域に分割され、入射面６１から遠ざかるにつれ、その領域境界で非連続的に光制御要素６３の底面６２における占有面積率が大きくなるように配置した。いずれも、占有面積率の変化に伴い、Ｙ方向列における光制御要素６３の間隔（ピッチ）Ｐｙを変化させた。占有面積率変化が連続的である実施例１の導光板６では、ずれ量Ｄも入射面６１からの距離に応じて連続的に変化させ、占有面積率変化が非連続的である実施例２〜５の導光板６では、ずれ量Ｄも非連続的に変化させた。図７から図１０に、それぞれ、ずれ率ｔが０、５／１１、１／１１、１／２の場合の光制御要素６３の配置の例を示す。
【００３３】
一方、比較例１として、光制御要素６３のＹ方向列がずれずに配列された導光板６を用意した。すなわち、比較例１において、Ｙ方向ずれＤ＝０である。さらに、比較例１においても、実施例２〜５と同様に、底面６２は図５に示す５領域に分割され、入射面から遠ざかるにつれ、その領域境界で非連続的に光制御要素６３の底面６２における占有面積率が大きくなるように配置した。
【００３４】
これら実施例１〜５および比較例１について、干渉縞の有無を目視評価した。この評価結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
2014093266.tif 000003
【００３６】
実施例１および２は、それぞれ、占有面積率の変化およびＹ方向ずれＤの変化を連続的としたものおよび非連続的としたものであるが、何れにおいても、モアレは観察されなかった（外観○）。占有面積率およびＹ方向ずれＤの変化が、連続的か非連続的であるかによらず、モアレの発生を十分抑制することが確認できた。
【００３７】
また、実施例１〜４では、モアレは見られなかったが、実施例５では、ディスプレイを見る角度によってはモアレが確認され、比較例１よりはモアレが抑制されたものの、実施例１〜４に比較して、抑制の程度は劣る結果となった（外観△）。
【００３８】
また、実施例５および比較例１の構成に、それぞれ、さらに拡散シートを追加して、実施例６、および比較例２を準備した。実施例４〜６と、比較例１および２とについて、干渉縞と輝度の評価を行った。モアレは同様に目視観察し、輝度は画面中心においてトプコン製の分光放射輝度計ＳＲ−ＵＬ２を用いて測定した。この結果を表２に示す。
【００３９】
【表２】
2014093266.tif 000004
【００４０】
ｔ＝１／２において、僅かに見られた干渉縞が、拡散シートを増やすことにより実質的に除去された（実施例６）。ｔ＝０では、拡散シートを増やしても、干渉縞がわずかに観察された（比較例２）。
【００４１】
実施例４、５および比較例１の輝度が同程度であることから、Ｙ方向ずれＤが輝度に影響しないことがわかった。しかし、拡散シートを追加すると、輝度が５％損なわれた（実施例６および比較例２）。
【００４２】
これらより、光制御要素６３の配置がＹ方向ずれＤを有することがモアレの軽減に有効であること、そのずれ率ｔは１／１１〜５／１１がとくに好ましいことがわかった。さらに、Ｙずれによるモアレの軽減は、輝度の低下を伴わないため、拡散シートを追加する手法よりコストの低減だけでなく光量ロスの低減において優れることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、導光体および導光体を備えた照明装置並びに表示装置等に有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１    表示装置
２    照明装置
３    画像表示パネル
４    光源
５    反射シート
６    導光板
７    光学シート
８    偏光板（偏光フィルタ）
９    偏光板（偏光フィルタ）
１０    画像表示素子
６１    導光板入射面
６２    導光板底面
６３    導光板底面光制御要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2014093266.tif 000012
【図９】
2014093266.tif 000013
【図１０】
2014093266.tif 000014
【図１１】
2014093266.tif 000015