(57)【要約】【課題】  導光体に反射部材を形成することなく光を取り出すとともに、高い指向性が制御可能な導光体を用いて高輝度の液晶表示装置を提供する。【解決手段】  隣接層での屈折率が異なる多層構造で導光体を形成した。これにより、導光体より出射する光の方向性と出射間隔・位置が制御できる。各層の屈折率の層幅と屈折率値は導光体からの出射状態に応じて適宜変更が可能であるため、製造容易で視認性に優れた液晶表示装置が実現できる。【選択図】  図２
2007178581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶素子と、光源と、前記光源から入射された光を前記液晶素子に導く導光板を備える液晶表示装置であって、前記導光板は前記入射された光の入射方向に対して積層された多層構造を持ち、前記多層構造を構成するそれぞれの層は隣接する層と異なる屈折率であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記多層構造が、前記導光板の横断面から見て斜方に積層したことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記導光板に、特定の光波長成分に作用してこれの反射率を低減させる無反射コート層を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光体、照明装置、及び液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、カラー液晶表示装置は、携帯用ノートパソコンや、カラー液晶パネルを使った携帯用液晶ＴＶあるいはビデオ一体型液晶ＴＶ等として種々の分野で広く使用されてきている。また、情報処理量の増大化、ニーズの多様化、マルチメディア対応等に伴って、液晶表示装置の大画面化、高精細化が盛んに進められている。液晶表示装置は、基本的にバックライトと液晶表示素子を備えている。バックライトとしては、液晶表示素子の直下に光源を設けた直下方式や導光体の側面に光源を設けたエッジライト方式があり、液晶表示装置のコンパクト化からエッジライト方式が多用されている。このエッジライト方式は、板状の導光体の側面部に光源を配置して、導光体の表面全体を発光させる方式のバックライトである。
【０００３】
従来の液晶表示装置の断面構成を図９に模式的に示す。図示するように、透過型又は半透過反射型の液晶素子７の背面側にバックライト１４が配置されている。バックライト１４は、略点光源の白色ＬＥＤなどの光源１からの光を、板状の導光板１５内にその入射面（側面）１６ａから入射させるとともに、導光板１５の液晶素子７と対向する出射面（上面）１６ｂから出射させるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
導光板１５の出射面１６ｂの反対側の面（下面）１６ｃには、白色又は反射性を有する多数の突起部又はドット状平面パターンからなる反射部材１７が形成されることにより、光反射性が付与されている。導光板１５の下面１６ｃに上記のような反射部材１７を設ける場合、輝度ムラが生じるために導光板１５の出射面１６ｂに、拡散シート１８を配置することで、均一な輝度が得られるようにしている。しかし、この拡散シート１８では光が出射される範囲が広くなり過ぎるため、この拡散シート１８上に２枚のプリズムシート１２ａ、１２ｂを順に積層している。図１０にプリズムシートの構成を模式的に示す。図示するように、プリズムシートは、基材層に一連の断面三角状突出部１９と一連の断面くさび状溝２０とが形成されたものである。２枚のプリズムシート１２ａ、１２ｂは、一方のプリズムシートの突出部１９の稜線の延在方向と他方のプリズムシートの突出部１９の稜線の延在方向が９０度異なるように配置される（換言すると、プリズム構造が直交するように配置される）。このような構成により、導光板１５の出射面１６ｂから出射された光のうちある方向の光が一方のプリズムシート１２ａを透過することとなる。そのため、出射光Ｌ１は、ある角度範囲（例えば７０度まで）の視野角に集光されて出射される。また、他の方向の光が他方のプリズムシート１２ｂを透過することで、ある角度範囲の視野角（例えば７０度まで）に集光され、出射光Ｌ２として出射されるようになっている。
【特許文献１】特表平１１−５０００７１号公報  （第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の照明装置の構成によると、導光板１５の内部を伝搬する光を反射部材１７で散乱させながら導光板の外へ取り出す構成のため、プリズムシートでの集光に寄与しない光線の存在や、導光体の奥へ行くほど出射光線が減少するなどの輝度ムラの発生が指摘されていた。これを解決するために従来では、反射部材１７のドットサイズと分布を調整して導光体の奥での均斉度を向上させる技術や、導光板１５の上面に均斉度を向上させる目的の拡散シート１８を配置するなどの方法で輝度ムラの発生を最小限度にする構成が採られているが、プリズムシートへ入射する光線状態がまばらで、また散乱板も使用しているために正面方向での輝度が得にくい問題がある。
【０００６】
さらに、昨今の薄型化トレンドに伴い、導光体部材の薄型化が要求されているが、導光体を薄型にすると反射部材の転写性が低下する弊害があり、転写性を上げるための材質改善や煩雑な光学シミュレーションを必要とするなどの課題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、比較的簡便な方法で導光体に反射部材を形成することなく光を取り出す技術と、高い指向性を制御できる方法とを備えた導光体を用いた照明装置及び液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、導光体に、隣接層間での屈折率が異なる多層構造を形成することとした。ここで、各層の屈折率の層幅と屈折率値は導光体からの出射状態に応じて適宜変更が可能である。隣接層の屈折率差は比較的小さくても実現できるため、一例としてシクロオレフィンポリマー樹脂・ポリカーボネート樹脂・アクリル樹脂等の比較的安価で加工の難易性を必要としない複合素材でも構成する事ができる。
【０００９】
このような構成の導光体は出射光に強い指向性があるため、特にプリズムシート１枚を使った方式全反射方式の照明装置と組み合わせた場合との整合性が良く、光取出し効率を高く取ることができる。またプリズムシート２枚を使った方式でも、導光体全体で整列光として出射するため均斉度を向上させる意味での拡散シートが不要になり、輝度低下を低減することができる。
【００１０】
導光体内の屈折率については、屈折率の変更を加える層の前段、後段の屈折率を当該屈折率よりも大きくなるよう配置するが、導光体からの出光角度は出光領域とその一つ前段の領域での屈折率比で定まるため、出光状況に応じて適宜変更が可能である。
【００１１】
なお、多層構造の積層方法としては導光体の横断面から見て垂直方向に積層するが、斜めに積層する構成でも良い。
【００１２】
このようにして、導光体内に屈折率の異なる二つ以上の領域を設けた導光体とすることで、容易に導光体より出射する光の方向性と出射間隔・位置を制御する事ができる。このため、従来の導光体で例えば反射部材をグルーブ構造とした全反射方式の液晶表示装置では、グルーブ溝によって生じる輝線の影響を回避するためグルーブ構造の最適化が必要であったが、本発明の導光体ではこれら加工の難易性を必要とせず、また光の指向性と出射間隔を合わせるための加工の難易性も不要なため、製造容易で視認性に優れた液晶表示装置が提供できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の導光体では、導光体からの出光角度が出光領域とその一つ前段の領域での屈折率比で決まるため、各層の屈折率の層幅と屈折率を変えることで容易に導光体より出射する光の方向性と出射間隔・位置を制御する事ができる。このため特に全反射方式の照明装置と組み合わせた場合の光線状態の整合性が良く、光の取り出し効率が高い。また従来の反射部材を付けた導光体に見られる加工の難易性を必要とせず、薄型にしたときの転写性の問題からもフリーのため、より製造容易で高輝度、且つ視認性に優れた液晶表示装置が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の導光体を適用した液晶表示装置の実施例を図１〜図１０に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の導光体を適用した液晶表示装置の一例を示す構成図である。本実施例の液晶表示装置は、図示するように、導光板２の下方に放出される光を導光板２の内部に反射する反射シート３が導光板２とＬＥＤ光源１と導光板２の下方に配置されている。また、導光板から出射される光を液晶素子の正面方向へと変角する光学シート層４ａが導光板２と液晶素子７の間に設けられている。導光板２は、屈折率が異なる二もしくはそれ以上の材質からなる多層構造を形成しており、隣接層で屈折率が互いに異なっている。光学シート層４ａは、導光板２の出光面５の上方に配置され、出光面５と対向する表面に所定の間隔をおいてプリズム山４ｂが形成された逆プリズム形状を成す。逆プリズム形状の光学シート層４ａを用いることにより、液晶表示パネルに入光される光の垂直方向の成分が増加する。そのため、光の正面輝度が向上する。
【００１６】
次に、この液晶表示装置における光の挙動について図２、図３を使って説明する。図２は本発明の導光体を適用した液晶表示装置を説明する模式図であり、導光板２の屈折率の境界が分かるようにしたものである。また、図３は図２において屈折率の領域ｎ１とｎ２の部分を拡大して示した図である。ここで、図２、図３において図１と同一部分には同一符号を付し、ここではその説明を省略する。また、下記の説明文中に登場するθcは臨界角、θ0〜θ5は図３にある導光体の各位置においての入射角を表す。ＬＥＤ光源１から導光板２に入射した光は、屈折率の領域ｎ１にて背面６（もしくは出光面５）に対して臨界角よりも浅い角度で入射するため（θ0＜θc）、界面で全反射をするが（図中ｍ１）、屈折率の領域ｎ２に差し掛かった光は、屈折率ｎ１、ｎ２の界面で臨界角を越えるため（θ1＝９０゜−θ0＞θc）、下記したスネルの法則に従い、屈折率の比に相当する角度だけ曲がって進行する（図中ｍ２）。
【００１７】
【数１】
2007178581.tif 000003
【００１８】
いま、屈折率ｎ２をｎ１に対して若干小さくなるようにすると、屈折率の領域ｎ２を進行し出光面５へ到達した光は臨界角よりも大きい角度で界面へ入射するため（θ3＝９０゜−θ2 ＞θc）、一部は全反射することなく導光板２より出射し（図中ｍ３）、他は導光板２内へと反射する（図中ｍ４）。
【００１９】
反射した光はさらに屈折率の領域ｎ３へと差し掛かるが（θ4＝９０゜−θ3 ＜θc）、ここで屈折率ｎ３をｎ２に対して若干大きくなるように取る事で、界面で全反射することなく屈折率の比に相当する角度だけ曲がって進行する（図中ｍ５）。
【００２０】
【数２】
2007178581.tif 000004
【００２１】
そして、屈折率の領域ｎ３にて背面６で全反射した光は、屈折率ｎ４の界面で屈折進行して出光面５へと到達し、一部が導光板２外部へと出射し（図中ｍ６）、他は導光板２内へと反射する（図中ｍ７）。以降も同様に、（隣接層での屈折率を最適化することで）一部の光を出光面５から導光板２外部へと取り出し、他の光を導光板２内へ反射することを繰り返す。そして出光面５の各位置から取り出された光は光学シート層４ａのプリズム山４ｂの斜面により全反射され（図中ｍ８、ｍ９）、バックライトの正面方向に変角して正面方向への輝度を向上させている。
【００２２】
本発明の導光体を適用したこの方式（以降全反射方式と称する）の液晶表示装置では、従来の導光体を適用した場合と比較して、屈折率領域の層構造（幅と屈折率）を適宜変更することで容易に導光体より出射する光の方向性と出射間隔・位置を制御する事ができる。このため、従来の導光体で例えば反射部材をグルーブ構造とした全反射方式の液晶表示装置では、図４で示すように導光体９の端面からの戻り光（図中ｍ１）がグルーブ溝８に照射。反射した光が出光面５に到達する事で輝線が出る問題があり（図中ｍ２）、これを解決するため従来ではグルーブ構造の最適化が必要であった。また図５で示す形に、反入光側での輝度ムラ改善策として、グルーブ形状を導光体の奥へ行くほど深く取る可変型反射溝を形成する技術を必要としたが、本発明の導光体ではこれら加工の難易性を必要としない。
さらに、他の反射部材を適用した場合に課題となる輝度ムラや光の指向性と出射間隔を合わせるための加工の難易性（例えば、Ｖ溝構造の反射部材では不等間隔ピッチにするなど）がないため、製造容易で視認性に優れた液晶表示装置が提供できる。
【実施例２】
【００２３】
図６は、本発明の導光体を適用した第２の液晶表示装置の実施例を示す構成図である。本実施例の液晶表示装置は、図６で示すように、導光板２と導光板２の両側端面に配設したＬＥＤ光源１、１１と導光板２の下方に配置されて導光板２の下方に放出される光を導光板２の内部に反射する反射シート３、導光板２の出光面５より出射した光をそれぞれｘ方向、ｙ方向に集光させるための第１プリズムシート１２ａ、第２プリズムシート１２ｂと液晶素子７を備える。
【００２４】
ここで、導光板２の両端面には不要反射光を除去するための無反射コート層（ＡＲコート）１３ａ、１３ｂが貼られている。無反射コート層（ＡＲコート）は特定の光波長成分に作用してこれの反射率が効果的に低減するようにした光学フィルムで、一例として図７に示す形の反射特性を有する。このため、導光板２の両側端面に配設した２対のＬＥＤ光源から導光体２を介して出光する光の状態は、両端面にある無反射コート層１３ａ、１３ｂにより導光体からの戻り光成分が軽減されるため、図８で示す形に指向性を持った光がほぼ左右対称として出射する（図中ｍ１、ｍ２）。そして出射した光は上下２枚に配置したプリズムシートで屈折集光され（図中ｍ３、ｍ４）、光の正面方向の輝度を向上させている。ここで、ＬＥＤ光源から導光板２の出光面５より光が出射するまでの動作は実施例１で説明した図２と同様であり、ここではその説明を省略する。
【００２５】
本発明の導光体を適用したこの方式の液晶表示装置では、従来例の図９にあるそれと較べると導光体からの出射光に指向性を持たせているのが特徴で、導光体全体で整列光として出射するため均斉度を向上させる意味での拡散シート１８が不要になり、輝度低下を低減することができる。しかも導光板２の両側端面にＬＥＤ光源を備えるため、光度と有効活用できる光量を倍増する事ができる。さらに導光体からの出射光に指向性があるため、プリズムシート内での戻り光、多重反射などの輝度上昇に寄与しない光線の存在を回避することができ、結果として高輝度な液晶表示装置が提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、小型携帯情報機器の高輝度化を意図して考案したものであるが、導光体に反射部材を形成することがないため薄型化に伴う転写性の問題からはフリーであること、製造上での低コスト化が図れる他、比較的低コストで従来からある製造容易な部材（一例としてポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、アクリル樹脂など）をそのまま適用できるため、昨今の薄型化と低価格化が進む液晶表示装置の輝度改善に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の導光体を適用した液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の導光体を適用した液晶表示装置を説明する模式図である。
【図３】本発明の導光体を説明する模式図である。
【図４】グルーブ構造を成す従来の導光体で輝線発生のメカニズムを説明する模式図である。
【図５】可変型反射溝を成す従来の導光体を説明する模式図である。
【図６】本発明の導光体を適用した液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図７】無反射コート層の波長に対する反射特性を示す図表である。
【図８】本発明の導光体を適用した液晶表示装置を説明する模式図である。
【図９】従来の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図１０】従来の液晶表示装置でプリズムシートでの光の集光原理を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ＬＥＤ光源
２  導光板
３  光反射板
４ａ  光学シート層、４ｂ  プリズム山
５  導光板表面（光出光面）
６  導光板背面
７  液晶素子
８  グルーブ溝
９  従来の導光板
１０従来の導光板
１１  ＬＥＤ光源
１２ａ，１２ｂ  プリズムシート（屈折手段）
１３ａ，１３ｂ  無反射コート層（ＡＲコート層）
１４  バックライト（照明装置）
１５  導光板（従来）
１６ａ 導光板端面（光入射面）
１６ｂ 導光板表面（光出光面）
１６ｃ 導光板背面
１７  反射部材（採光手段）
１８  拡散シート（散光手段）
１９  プリズムシート突出部
２０  プリズムシート楔状溝
Ｌ１，Ｌ２  光線
【図１】
2007178581.tif 000005
【図２】
2007178581.tif 000006
【図３】
2007178581.tif 000007
【図４】
2007178581.tif 000008
【図５】
2007178581.tif 000009
【図６】
2007178581.tif 000010
【図７】
2007178581.tif 000011
【図８】
2007178581.tif 000012
【図９】
2007178581.tif 000013
【図１０】
2007178581.tif 000014