(57)【要約】【課題】光の利用効率が高く、少ない消費電力で輝度が高く輝度むらの少ない表示画面を実現することができる液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置を提供する。【解決手段】管状光源、導光板及びリフレクタを備えてなる液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置において、前記導光板が前記管状光源の近傍の少なくとも１側面に入光面を有し、該入光面と前記管状光源を囲うように前記リフレクタが設けられ、前記導光板の入光面の厚さが前記管状光源の直径の２〜１０倍であることを特徴とする液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状光源、導光板及びリフレクタを備えてなる液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置において、前記導光板が前記管状光源の近傍の少なくとも１側面に入光面を有し、該入光面と前記管状光源を囲うように前記リフレクタが設けられ、前記導光板の入光面の厚さが前記管状光源の直径の２〜１０倍であることを特徴とする液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置。
【請求項２】
導光板の入光面に、微細な凹形状若しくは凸形状又は蒸着面若しくは塗装面からなる反射防止面を有する請求項１記載の液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置。
【請求項３】
導光板の入光面の垂直入射反射率が、２％以下である請求項２記載の液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置。
【請求項４】
導光板が、脂環式構造を有する合成樹脂からなる請求項１、請求項２又は請求項３記載の液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、光の利用効率が高く、少ない消費電力で輝度が高く輝度むらの少ない表示画面を実現することができる液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータ、薄型テレビジョン、カーナビゲーションシステムなどの表示画面に、液晶表示装置が広く用いられている。液晶表示装置用のバックライト装置としては、管状光源を導光板のエッジ部に設置するエッジライト型バックライト装置と、管状光源を光拡散板を介して表示画面の直下に設置する直下型バックライト装置が一般的に用いられている。エッジライト型バックライト装置は、透明なアクリル樹脂板などで作られた導光板のエッジ部の入光面に冷陰極管などの光源を配置する方式であり、薄型で輝度むらの少ないバックライト装置を実現することができる。しかし、直下型に比べて実装できる光源の数が限られるために、光の利用効率を高めて大型の機種を実現することが望まれている。また、バッテリー駆動の液晶表示装置が増えていることから、消費電力を少なくするためにも、光の利用効率を高めることが望まれ、さまざまな試みがなされている。
例えば、十分な輝度が得られ、少なくとも出光面に降ろした法線方向に対しては、消費電力−輝度変換効率が高い高性能機として使用できるバックライトとして、導光板の出光面側に、少なくとも１枚の出光面が入光面よりも粗面の透光性材料からなるフィルムを配したパネル用バックライトが提案されている（特許文献１）。また、薄型、軽量、低消費電力のカラー表示装置が達成でき、かつ明るく、高コントラストの表示が得られるカラー液晶表示装置として、正の誘電異方性を有し、旋光性物質が添加されたネマチック液晶が、対向配置された上下一対のいずれか一方にカラーフィルタを備えた電極基板間に挟持され、その厚さ方向にねじれたらせん構造を形成した液晶素子、この液晶素子を挟んで設けられた一対の偏光板とバックライトからなるツイステッド・ネマチック型カラー液晶表示装置において、カラーフィルタとして、高透過率カラーフィルタ又は淡色フィルタを具備したカラー液晶表示装置が提案されている（特許文献２）。さらに、薄型、軽量、低消費電力のカラー表示装置が達成でき、かつ明るく、高コントラストの表示が得られるカラー液晶表示装置として、正の誘電異方性を有し、旋光性物質が添加されたネマチック液晶が、対向配置された上下一対のいずれか一方にカラーフィルタを備えた電極基板間に挟持され、その厚さ方向にねじれたらせん構造を形成した液晶素子、この液晶素子を挟んで設けられた一対の偏光板とバックライトからなるツイステッド・ネマチック型カラー液晶表示装置において、高透過率のブラックマトリックス及びカラーフィルタを具備したカラー液晶表示装置が提案されている（特許文献３）。しかしながら、これら従来の液晶表示装置においては、輝度が高く、輝度むらが少ないが、消費電力の低減が十分ではなかった。
【特許文献１】特開平６−１６０６３５号公報（第２頁）
【特許文献２】特開平５−２７２２９号公報（第２頁）
【特許文献３】特開平５−６６３９９号公報（第２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、光の利用効率が高く、少ない消費電力で輝度が高く輝度むらの少ない表示画面を実現することができる液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、導光板の入光面の厚さを管状光源の直径の２倍以上とすることにより、光の利用効率を高め得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）管状光源、導光板及びリフレクタを備えてなる液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置において、前記導光板が前記管状光源の近傍の少なくとも１側面に入光面を有し、該入光面と前記管状光源を囲うように前記リフレクタが設けられ、前記導光板の入光面の厚さが前記管状光源の直径の２〜１０倍であることを特徴とする液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置、
（２）導光板の入光面に、微細な凹形状若しくは凸形状又は蒸着面若しくは塗装面からなる反射防止面を有する第１項記載の液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置、
（３）導光板の入光面の垂直入射反射率が、２％以下である第２項記載の液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置、及び、
（４）導光板が、脂環式構造を有する合成樹脂からなる第１項、第２項又は第３項記載の液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置、
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置は、光の利用効率が高く、少ない消費電力で輝度が高く輝度むらの少ない表示画面を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置は、管状光源、導光板及びリフレクタを備えてなる液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置において、前記導光板が前記管状光源の近傍の少なくとも１側面に入光面を有し、該入光面と前記管状光源を囲うように前記リフレクタが設けられ、前記導光板の入光面の厚さが前記管状光源の直径の２〜１０倍であることを特徴とする液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置である。
図１は、本発明装置の一態様の側面図である。本発明の液晶表示装置用エッジライト型バックライトは、管状光源１、導光板２及びリフレクタ３を備え、導光板の入光面の厚さｔが、管状光源の直径ｄの２〜１０倍であり、より好ましくは２.５〜８倍であり、さらに好ましくは３〜５倍である。導光板の入光面の厚さｔが、管状光源の直径ｄの２倍未満であると、光源から出射される光の利用効率が十分に向上しないおそれがある。導光板の入光面の厚さｔが、管状光源の直径ｄの１０倍を超えると、導光板の入光面の厚さの増加に見合う光の利用効率の向上が得られず、また、バックライト装置の厚さと重量が増大して使い易さが損なわれるおそれがある。
【０００７】
本発明装置においては、導光板は、透明なプラスチック材料又は透明なプラスチック材料に適度な散乱能が与えられた材料から形成されることが好ましい。透明なプラスチック材料としては、例えば、メタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂、脂環式構造を有する合成樹脂、ポリエーテルスルホンなどを挙げることができる。これらの中で、脂環式構造を有する合成樹脂を特に好適に用いることができる。脂環式構造を有する合成樹脂は、溶融樹脂の流動性が良好なので、射出成形金型の微細な凹凸形状を正確に転写することができ、吸湿性が極めて低いので、寸法安定性に優れ、導光板に反りを生ずることがなく、比重が小さいので、導光板を軽量化することができる。透明なプラスチック材料に散乱能を与える物質に特に制限はなく、例えば、ポリスチレン系重合体、ポリシロキサン系重合体若しくはこれらの架橋物からなる微粒子、フッ素系樹脂、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカ、タルクなどを挙げることができる。これらの中で、ポリスチレン系重合体、ポリシロキサン系重合体又はこれらの架橋物からなる微粒子は、分散性と耐熱性が良好であり、成形時に黄変しないので、好適に用いることができる。
【０００８】
脂環式構造を有する合成樹脂としては、主鎖又は側鎖に脂環式構造を有する重合体樹脂を挙げることができる。主鎖に脂環式構造を有する重合体樹脂は、機械的強度と耐熱性が良好なので、特に好適に用いることができる。脂環式構造は、飽和環状炭化水素構造であることが好ましく、その炭素数は、４〜３０であることが好ましく、５〜２０であることがより好ましく、６〜１５であることがさらに好ましい。脂環式構造を有する重合体樹脂中の脂環式構造を有する繰り返し単位の割合は、５０重量％以上であることが好ましく、７０重量％以上であることがより好ましく、９０重量％以上であることがさらに好ましい。
脂環式構造を有する合成樹脂としては、例えば、ノルボルネン系単量体の開環重合体若しくは開環共重合体又はそれらの水素添加物、ノルボルネン系単量体の付加重合体若しくは付加共重合体又はそれらの水素添加物、単環の環状オレフィン系単量体の重合体又はその水素添加物、環状共役ジエン系単量体の重合体又はその水素添加物、ビニル脂環式炭化水素系単量体の重合体若しくは共重合体又はそれらの水素添加物、ビニル芳香族炭化水素系単量体の重合体又は共重合体の芳香環を含む不飽和結合部分の水素添加物などを挙げることができる。これらの中で、ノルボルネン系単量体の重合体の水素添加物及びビニル芳香族炭化水素系単量体の重合体の芳香環を含む不飽和結合部分の水素添加物は、機械的強度と耐熱性に優れるので、特に好適に用いることができる。
【０００９】
本発明装置において、管状光源に特に制限はなく、例えば、熱陰極管、冷陰極管などを挙げることができる。これらの中で、冷陰極管は、フィラメントがなく、振動に強いので好適に用いることができる。液晶表示装置の薄型化に対する要求から、冷陰極管は年々細管化されている。冷陰極管は、一般的に管径が大きくなるほど管電流を大きくする必要があり、大きくすると発光効率は低下する。また、管径が小さすぎても、発光効率が低下する。現在市販されている冷陰極管は、直径１.６〜２.４ｍｍのものが多いが、特殊用途には、直径２.６〜４.８ｍｍのものも販売されている。本発明装置においては、導光板の入光面の厚さが、これらの冷陰極管の直径の２〜１０倍である。
本発明装置においては、図１に示されるように、導光板の入光面と管状光源を囲うように、リフレクタ３が設けられる。図１に示す態様においては、リフレクタは断面がコの字形であるが、リフレクタの形状に特に制限はなく、例えば、断面を⊂形などとすることもできる。リフレクタの内面は、反射性材料を貼付又は塗布することが好ましい。使用する反射性材料に特に制限はなく、例えば、銀箔、アルミニウム箔、白色の発泡プラスチックシートなどを挙げることができる。管状光源の発光量のうち、導光板の入光面に面する管状光源の表面からの光は直接導光板の入光面に入射するが、導光板の入光面に面しない管状光源の表面からの光は、リフレクタの内面の反射性材料により反射されて、導光板の入光面に入射する。本発明装置の光の利用効率が高い理由は明らかではないが、導光板の入光面が管状光源の直径に対して大きいために、リフレクタの内面で反射された光のうち、管状光源により遮られて導光板の入光面に達しない光の割合が減少することも、光の利用効率を高めるはたらきをしていると考えられる。
【００１０】
図１に示す態様においては、導光板の広い面の一方が出光面４である。出光面には、必要に応じて、光拡散シート、プリズムシート、保護シート、干渉縞防止シート、電磁波シールドシートなどを配置することができる。出光面と反対側の広い面である裏面５は、図１に示すように、出光面と平行でなく、出光面に対して傾きを有する面とすることが好ましい。裏面を出光面に対して傾きを有する面とすることにより、裏面における光の反射量を増やして、出光面からの出光量を増大させることができる。
裏面には、必要に応じて突起又は窪みを設けることができる。突起又は窪みの形状としては、例えば、直径１０〜５０μｍの半球状、底辺の長さと高さが１０〜５０μｍの四角錐状などを挙げることができる。裏面に突起又は窪みを設けることにより、出光面からの出光量を増大させ、輝度むらを減少させることができる。大型の導光板の場合は、突起又は窪みの分布を、入光面に近い方を疎に、入光面から遠い方を密にすることが好ましい。突起又は窪みに代えて、裏面にＶ字状の切込みなどを設けたり、あるいは、光拡散性インキを用いて特定のパターンを印刷することもできる。また、裏面には、反射シート６を配置することが好ましい。反射シートの材質に特に制限はなく、例えば、銀箔、アルミニウム箔、白色の発泡プラスチックシートなどを挙げることができる。裏面に反射シートを配置することにより、出光面からの出光量を増大することができる。
【００１１】
本発明装置においては、導光板の入光面に、微細な凹形状若しくは凸形状又は蒸着若しくは塗装面からなる反射防止面を設けることが好ましい。導光板の入光面に反射防止面を設けることにより、管状光源から導光板への入光量を増大し、光の利用効率を高めることができる。図２は、微細な凹凸形状からなる反射防止面の２例の平面図及び断面図である。図２の上例は、密集した正四角錐状の凹凸形状であり、図２の下例は、密集したプリズム状の凹凸形状である。微細な凹凸形状は、凸部の高さ又は凹部の深さｈの平均値が５０〜６００ｎｍであることが好ましく、１００〜４００ｎｍであることがより好ましい。また、隣接する凸部の頂点又は凹部の最低点の最短距離ａの平均値が５０〜４００ｎｍであることが好ましく、１００〜３５０ｎｍであることがより好ましい。密集した正四角錐状の凹凸形状は、導光板を射出成形により製造する場合、アンダーカットの処理が必要になり、スライドコアなどの複雑な金型が必要になる。密集したプリズム状の凹凸形状は、プリズムの溝の方向を、導光板の出光面と垂直にすることにより、導光板を射出成形により製造する場合、金型からの導光板の突き出しを容易に行うことができる。
空気の屈折率をｎA、導光板の屈折率をｎRとすると、空気と導光板がそれぞれ体積分率ｖAとｖRで混合している系の屈折率ｎは、次式により表される。
ｎ ＝ ｖA・ｎA ＋ ｖR・ｎR
表面に微細な凹形状又は凸形状からなる反射防止面を有する入光面において、隣接する凹又は凸部間の距離が可視光線の波長より短いと、凹凸形状を有する反射防止面は、空気層から導光板基材まで面内屈折率が連続的に変化する構造として作用し、可視光線の反射を防止する。空気の屈折率ｎAは１.００であり、導光板の屈折率ｎRを１.５３とすると、導光板の入光面の面内屈折率は１.００から１.５３まで連続的に変化するので、優れた反射防止効果が得られる。
【００１２】
図３は、蒸着面又は塗装面からなる反射防止面の２例の説明図であり、上は単層の例、下は２層の例である。単層の厚さを入射光の波長の１／４の奇数倍とすることにより、空気層と蒸着面又は塗装面との界面における反射光と蒸着面又は塗装面と導光板との界面における反射光の位相を逆転させ、導光板の入光面における反射を軽減することができる。単層の場合、２つの反射光の位相を逆転させても、通常は、空気層と蒸着面又は塗装面との界面における反射光が、蒸着面又は塗装面と導光板との界面における反射光よりも強く、反射を完全に防止することは困難である。蒸着面又は塗装面を２層構造とし、例えば、導光板の屈折率が１.５３のとき、上層の屈折率を１.３８、下層の屈折率を１.７０とし、かつ各層の厚さを入射光の波長の１／４の奇数倍とすることにより、空気層と上層の界面における強い反射光を、上層と下層の界面及び下層と導光板の界面における位相が逆転した２つの弱い反射光で相殺して、反射を防止することができる。
本発明装置においては、上記のような構成により、管状光源から放射された光の多くの部分が、直接あるいは間接に入光面から導光板内に導入され、導光板の出光面と裏面間における繰り返し反射と、導光板内部における光散乱の複合作用によって、徐々に出光面から出光される。
本発明の液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置は、複数個を縦横に連結して、大型画面の液晶表示装置とすることができる。図４は、本発明装置の一態様の模式的説明図である。管状光源７とリフレクタ８と反射シート９を備えた１つの導光板１０において、入光面と対する面の近傍の裏面の下に管状光源１１とリフレクタ１２を設け、次の導光板１３を設置する。このようにして複数個の導光板を縦横に連結することにより、大型画面の液晶表示装置を得ることができる。
【実施例】
【００１３】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例において、入光面の垂直入射反射率は、分光光度計［日本分光(株)、Ｖ−５７０］を用いて測定した。
実施例１
脂環式構造を有する合成樹脂［日本ゼオン(株)、ゼオノア１０６０Ｒ］を用いて、図１に示す形状の導光板を、射出成形により作製した。導光板の寸法は、縦４０ｍｍ、横６０ｍｍであり、入光面の厚さ１０ｍｍで、入光面の反対側の面の厚さは１ｍｍである。導光板の裏面には、直径３０μｍの半球状の窪みが５０μｍのピッチで格子状に配列されている。この導光板の入光面の垂直入射反射率は、４％であった。
冷陰極蛍光灯［ウエスト電気(株)、管径２.０ｍｍ、有効発光長４０ｍｍ］を、導光板の入光面から０.２ｍｍ離し、導光板の入光面の中央部に配置した。アルミニウム板を、高さ１０ｍｍ、深さ３.２ｍｍの断面コの字形に成形し、その内側に白色の反射シート［東レ(株)、Ｅ６０Ｌ］を同じ形状に折り曲げて貼り付け、リフレクタとして使用した。冷陰極蛍光灯用インバータ［サンケン電気(株)、ＳＣＦ−０２７７、調光機能付き］と冷陰極蛍光灯の間に高周波電流計を接続し、管電流が６ｍＡになるように調整し、２３℃の恒温室で冷陰極蛍光灯を２０分間点灯させた。導光板から出光される光束を、積分型全光束測定機で計測したところ２２ルーメンであった。同じ条件で冷陰極蛍光灯を点灯させ、冷陰極蛍光灯から出光される光束を、同様にして計測したところ３５ルーメンであった。したがって、この冷陰極蛍光灯と導光板の組み合わせで作製されたエッジライト型バックライト装置の光の利用効率は、６３％である。
実施例２
導光板の入光面の厚さとリフレクタの高さを６ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして、導光板から出光される光束を測定したところ、１９ルーメンであり、光の利用効率は５４％であった。
実施例３
導光板の入光面の厚さとリフレクタの高さを５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして、導光板から出光される光束を測定したところ、１７ルーメンであり、光の利用効率は４９％であった。
実施例４
導光板の入光面の厚さとリフレクタの高さを１５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして、導光板から出光される光束を測定したところ、２３ルーメンであり、光の利用効率は６６％であった。
実施例５
脂環式構造を有する合成樹脂［日本ゼオン(株)、ゼオノア１０６０Ｒ］を用いて、図１に示す形状で、入光面に微細な凹凸形状を有する導光板を、射出成形により作製した。導光板の寸法は、縦４０ｍｍ、横６０ｍｍであり、入光面の厚さ１０ｍｍで、入光面の反対側の面の厚さは１ｍｍである。凹凸形状は、深さ２５０ｎｍ、幅３００ｎｍで、出光面と平行な平面で切断した断面が二等辺三角形である溝が、隣接する溝同士が接する状態に形成されている。導光板の裏面には、直径３０μｍの半球状の窪みが５０μｍのピッチで格子状に配列されている。この導光板の入光面の垂直入射反射率は、１％であった。
この導光板を使用した以外は、実施例１と同様にして、導光板から出光される光束を測定したところ、２３ルーメンであり、光の利用効率は６６％であった。
比較例１
導光板の入光面の厚さとリフレクタの高さを２.５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして、導光板から出光される光束を測定したところ、１２ルーメンであり、光の利用効率は３４％であった。
比較例２
導光板の入光面の厚さを６.０ｍｍとし、リフレクタの高さを６.０ｍｍ、深さを６.４ｍｍとし、冷陰極蛍光灯の管径を４.０ｍｍにした以外は、実施例１と同様にして、導光板から出光される光束を測定したところ、１０ルーメンであった。実施例１と同じ条件で冷陰極蛍光灯を点灯させ、冷陰極蛍光灯から出光される光束を、同様にして計測したところ３１ルーメンであった。したがって、この冷陰極蛍光灯と導光板の組み合わせで作製されたエッジライト型バックライト装置の光の利用効率は、３２％である。
実施例１〜５及び比較例１〜２の結果を、第１表に示す。
【００１４】
【表１】
2005084222.tif 000003
【００１５】
第１表に見られるように、導光板の入光面の厚さが冷陰極蛍光灯の管径の１.５倍である比較例２の導光板では、光の利用効率は３２％であるが、導光板の入光面の厚さが冷陰極蛍光灯の管径の２.５倍である実施例３では、光の利用効率は４９％に向上する。さらに、実施例２、実施例１のように、導光板の入光面の厚さを冷陰極蛍光灯の管径の３倍、５倍と大きくすることにより、光の利用率は５４％、６３％とさらに向上する。しかし、実施例４のように、導光板の入光面の厚さを冷陰極蛍光灯の管径の７.５倍としても、光の利用効率は６６％であり、冷陰極蛍光灯の管径に対する導光板の入光面の厚さの比を大きくしても、光の利用効率は飽和値に近づく。また、実施例５のように、導光板の入光面に微細な凹凸形状を形成すると、冷陰極蛍光灯の管径に対する導光板の入光面の厚さの比が同じである実施例１に比べて、光の利用効率が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明の液晶表示装置用エッジライト型バックライト装置は、光の利用効率が高く、少ない消費電力で輝度が高く輝度むらの少ない表示画面を実現することができる。本発明装置は、複数個を縦横に組み合わせることにより、広い表示画面を有する液晶表示装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明装置の一態様の側面図である。
【図２】微細な凹凸形状からなる反射防止面の２例の平面図及び断面図である。
【図３】蒸着面又は塗装面からなる反射防止面の２例の説明図である。
【図４】本発明装置の一態様の模式的説明図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  管状光源
２  導光板
３  リフレクタ
４  出光面
５  裏面
６  反射シート
７  管状光源
８  リフレクタ
９  反射シート
１０  導光板
１１  管状光源
１２  リフレクタ
１３  導光板
【図１】
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【図２】
2005084222.tif 000005
【図３】
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【図４】
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