(57)【要約】【課題】画像表示装置が大画面化及び薄型化されたときであっても、十分に高い輝度で均一性の高い面状の光を供給することが可能な導光板を提供すること。【解決手段】出射面１２ｂ及び背面１２ｃを有する導光板基材１２と、導光板基材１２の背面１２ｂ側に設けられた光拡散処理部２４と、を有する導光板１１。導光板基材１２が光拡散粒子を含んでいる。光拡散粒子の量が、光拡散処理部２４が設けられていない状態で側面１２ａから導光板基材１２に光量Ｌ１［Ｗ］の光が入射したときに、出射面１２ｂから出射される光の光量Ｌ２［Ｗ］の光量Ｌ１［Ｗ］に対する比率が５〜８５％となるように定められている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面状の光を出射する出射面及び前記出射面に対向する背面を有する導光板基材と、前記導光板基材の背面側に設けられた光拡散処理部と、を有する導光板であって、
前記導光板基材が光拡散粒子を含んでおり、
前記光拡散粒子の量が、前記光拡散処理部が設けられていない状態で前記導光板基材の前記出射面及び前記背面と交差する側面から前記導光板基材に光量Ｌ１［Ｗ］の光が入射したときに、前記出射面から出射される光の光量Ｌ２［Ｗ］の光量Ｌ１［Ｗ］に対する比率が５〜８５％となるように定められている、導光板。
【請求項２】
請求項１に記載の導光板と、前記導光板の側面に光を供給する光源と、を備える面光源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の面光源装置と、
前記面光源装置の出射面と対向して配置された透過型画像表示部と、
を具備する透過型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光板、面光源装置及び透過型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置等の透過型画像表示装置は、一般に、導光板により面状の光を供給する面光源装置をバックライトとして有している。面光源装置の方式としては、導光板の背面側に光源が設けられる直下式と、導光板の側面に沿って光源が設けられるエッジライト方式とがある。エッジライト方式は画像表示装置の薄型化の観点で有利であり、エッジライト方式による高輝度且つ大型の面光源装置の開発が強く望まれている。
【０００３】
エッジライト方式の面光源装置の場合、導光板の側面から入射した光が、導光板の背面側に設けられた白色ドット等の拡散処理部の作用により拡散し、臨界角度以上の角度成分の光が導光板の出射面から出射する。面光源装置の輝度向上を図る方法として、例えば、二酸化チタンの粒子を含有した透明熱可塑性樹脂組成物を用いることが検討されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４８４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、画像表示装置の大画面化及び薄型化にともなって、従来の導光板では十分に高い輝度で均一性の高い面状の光を供給することが困難となりつつある。消費電力を低く抑えるために、光源の光量はできるだけ小さくすることが望まれるが、特に大画面の画像表示装置の場合、小さい光量で十分な輝度を達成することが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、画像表示装置が大画面化及び薄型化されたときであっても、十分に高い輝度で均一性の高い面状の光を供給することが可能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】
【０００７】
本発明は、面状の光を出射する出射面及び出射面に対向する背面を有する導光板基材と、導光板基材の背面側に設けられた光拡散処理部と、を有する導光板に関する。導光板基材は光拡散粒子を含んでいる。光拡散粒子の量は、光拡散処理部が設けられていない状態で出射面及び背面と交差する側面から導光板基材に光量Ｌ１［Ｗ］の光が入射したときに、出射面から出射される光の光量Ｌ２［Ｗ］の光量Ｌ１［Ｗ］に対する比率が５〜８５％となるように定められている。
【０００８】
本発明に係る面光源装置は、上記導光板と、この導光板の側面に光を供給する光源と、を備える。
【０００９】
上記本発明に係る導光板及び面光源装置によれば、画像表示装置が大画面化及び薄型化されたときであっても、十分に高い輝度で均一性の高い面状の光を供給することが可能である。
【００１０】
本発明はまた、上記面光源装置と、この面光源装置の出射面と対向して配置された透過型画像表示部と、を具備する透過型画像表示装置に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、画像表示装置が大画面化及び薄型化されたときであっても、十分に高い輝度で均一性の高い面状の光を供給することが可能な導光板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】透過型画像表示装置の一実施形態を示す端面図である。
【図２】拡散ドットの拡散特性を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１の透過型画像表示装置１０は、導光板１１を有する面光源装置２２と、面光源装置２２と対向して配置された透過型画像表示部１８とから構成される。
【００１４】
面光源装置２２は、導光板基材１２を有する導光板１１と、導光板基材１２の側面１２ａ近傍に配置された光源部１４と、導光板基材１２の背面１２ｃ側に配置された反射シート１６と、導光板１１と透過型画像表示部１８との間に配置された複数枚の光学フィルム２０とを備えるエッジライト方式の面光源装置である。光学フィルム２０の例は、拡散フィルム、プリズムフィルム及び輝度向上フィルムである。
【００１５】
導光板基材１２は、平面視形状が略矩形の板状体であり、面状の光を出射する出射面１２ｂ及び出射面１２ｂに対向する背面１２ｃを有する。出射面１２ｂから出射された面状の光は、透過型画像表示部１８を照明し、透過型画像表示部１８は、その照明光を利用して画像を表示する。
【００１６】
光源部１４は、入射面である側面１２ａに沿って設けられた光源１４Ａを有する。光源１４Ａは、発光ダイオード、ハロゲンランプ及びタングステンランプのような点光源であってもよいし、蛍光管のような線状光源であってもよい。赤色光、緑色光及び青色光を発光するＲＧＢタイプの発光ダイオードが好適に用いられる。
【００１７】
光源１４Ａと導光板の側面（入射面）１２ａとの距離は、通常１ｍｍ〜１５ｍｍであり、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下である。光源が点光源である場合、入射面１２ａに沿って複数の点光源が直線状に配列される。隣り合う点光源同士の間隔は、通常１〜２５ｍｍであり、省電力化の観点から、点光源の数を減らせるように好ましくは１０ｍｍ以上である。
【００１８】
光源部１４は、導光板１２と反対側に設けられた、光を反射させる反射部としてのリフレクター１４Ｂを有している。リフレクター１４Ｂは、例えば、白色樹脂板又は白色樹脂フィルムから形成される。
【００１９】
図１に示す面光源装置においては、導光板基材１２の４つの側面のうち１つの側面側のみに光源１４Ａが設けられているが、このような構成には限定されない。例えば、導光板基材１２の対向する一対の側面それぞれに沿って光源が設けられてもよいし、４つの側面全てに沿って光源が設けられてもよい。
【００２０】
導光板１１は、導光板基材１２と、導光板基材１２の背面１２ｃ上に設けられた光拡散処理部としての拡散ドット２４とを有する。導光板基材１２は、透光性材料と、透光性材料中に分散した光拡散粒子とを含む。
【００２１】
導光板基材１２を形成する透光性材料は、通常、１．４〜１．７の屈折率を有する。透光性材料は、例えば、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン系樹脂、環状オレフィン系樹脂及び非晶性ポリエステルから選ばれる。
【００２２】
これらのなかでも、メタクリル樹脂が特に好ましい。メタクリル樹脂の一例であるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の屈折率は１．４９である。メタクリル樹脂は、メタクリル酸メチル又はメタクリル酸エチルと、その他の単量体との共重合体であり得る。メタクリル酸メチル又はメタクリル酸エチルの割合は好ましくは７０重量％以上である。その他の単量体としては、特に限定されないが、例えば、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸フェニル及びメタクリル酸２−エチルヘキシルのようなメタクリル酸エステル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸フェニル及びアクリル酸２−エチルヘキシルのようなアクリル酸エステル、メタクリル酸及びアクリル酸のような不飽和酸が挙げられる。メタクリル樹脂には、耐熱性メタクリル樹脂、低吸湿性メタクリル樹脂、耐衝撃性メタクリル樹脂等が含まれる。耐熱性メタクリル樹脂は、例えば、メタクリル樹脂にエラストマーをブレンドしたものである。
【００２３】
ポリカーボネート樹脂としては、ビスフェノールＡに代表される二価フェノール系化合物から誘導される重合体が好ましい。環状オレフィン樹脂は、ノルボルネン及びシクロヘキサジエン等の環状オレフィン骨格をポリマー鎖中に含む重合体又はそれらを含む共重合体であり、非晶性熱可塑性樹脂に属する。環状オレフィン樹脂には、必要に応じて軟質重合体が添加されていてもよい。軟質重合体としては、例えば、α−オレフィンを含むオレフィン系軟質重合体、イソブチレンを含むイソブチレン系軟質重合体、ブタジエン及びイソブレン等の共役ジエンを含むジエン系軟質重合体、ノルボルネン及びシクロペンテン等の環状オレフィンを含む環状オレフィン系軟質重合体、有機ポリシロキサン系軟質重合体、α，β−不飽和酸又は誘導体を含む軟質重合体、不飽和アルコール及びアミン、又はそれらのアシル誘導体若しくはアセタールを含む軟質重合体、エポキシ化合物の重合体、並びにフッ素系ゴムが挙げられる。スチレン系樹脂は、スチレンを含むホモポリマー、コポリマー又はこれらと他の樹脂とから形成されるポリマーブレンドである。特に、ポリスチレン、アクリロニトリルとスチレンとの共重合体であるＡＳ樹脂、及びメタクリル酸エステルとスチレンとの共重合体が好ましい。非晶性ポリエステルは、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール及びヘキサメチレングリコール等の脂肪族グリコール、シクロヘキサンジメタノール等の脂環族グリコール、ビスフェノール、１，３−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン及び１，４−ビス（ヒドロキシエトキシ）ベンゼン等の芳香族ジヒドロキシ化合物、並びにこれらの２種以上の組み合わせから選ばれるヒドロキシ化合物単位と、テレフタル酸、イソフタル酸及び２，６−ナフタリンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸、シュウ酸、アジピン酸、セバシン酸、コハク酸及びウンデカジカルボン酸等の脂肪族ジカルボン酸、ヘキサヒドロテレフタル酸等の脂環族ジカルボン酸、並びにこれらの２種以上の組み合わせから選ばれたジカルボン酸単位とから形成される非晶性のポリエステルである。非晶性ポリエステルの市販品の例としては、イーストマン・コダック社製のＫＯＤＡＲ  ＰＥＴＧ及びＰＣＴＡがある。
【００２４】
光拡散粒子は、導光板基材１２を構成する透光性材料と屈折率が異なる粒子であって透過光を拡散し得るものであれば、特に限定されない。光拡散粒子は、例えば、ガラスビーズ、シリカ粒子、水酸化アルミニウム粒子、炭酸カルシウム粒子、硫酸バリウム粒子、酸化チタン粒子及びタルク等の無機粒子、並びにスチレン系重合体粒子、アクリル系重合体粒子及びシロキサン系重合体粒子等の樹脂粒子から選ばれる少なくとも１種である。
【００２５】
光拡散粒子の量は、光拡散処理部（拡散ドット２４）が設けられていない状態で、入射面である側面１２ａから導光板基材１２に光量Ｌ１［Ｗ］の光が入射したときに、出射面１２ｂから出射される光の光量Ｌ２［Ｗ］の光量Ｌ１［Ｗ］に対する比率（以下、「出射効率Ｅ１」という。）が５〜８５％となるような範囲内に調整される。光量Ｌ１［Ｗ］は、側面１２ａから導光板基材１２内に入射する光（光度エネルギー）の合計である。光量Ｌ２［Ｗ］は、出射面１２ｂの全体から出射される光（光度エネルギー）の合計である。光量Ｌ１及びＬ２は、面受光器を用いて測定することができる。導光板基材の２以上の側面が入射面として用いられる場合、少なくとも１つの入射面に関して出射効率Ｅ１が５〜６５％であればよい。
【００２６】
通常、光拡散粒子の種類が同じであれば、光拡散粒子の量が多くなるほど出射効率Ｅ１が大きくなる傾向がある。例えば、平均粒子径が２５０〜３００ｎｍの二酸化チタン粒子の場合、その量が導光板基材１２全体に対して０．０１ｐｐｍ〜１０ｐｐｍ質量％の範囲内であれば、出射効率Ｅ１が５〜８５％となる可能性が高い。
【００２７】
光拡散粒子の量は、出射効率Ｅ１が７５％以下となるように調整されることが好ましい。これにより、出射光の分布がより均一になり、出射光のムラを容易に抑制できる。同様の観点から、光拡散粒子の量は、出射効率Ｅ１が６５％以下となるように調整されることがより好ましい。また、出射効率Ｅ１が６５％以下であると、拡散ドット２４による背面１２ｃの被覆率が通常のスクリーン印刷により形成可能な程度に大きいときでも、十分な輝度が達成されるという利点もある。スクリーン印刷により拡散ドット２４を形成する場合、拡散ドット２４による背面１２ｃの被覆率には下限がある。更に、導光板の輝度向上の観点からは、光拡散粒子の量は、出射効率Ｅ１が好ましくは２４％以上、より好ましくは４０％以上となるように調整される。
【００２８】
導光板基材１２は、必要により、紫外線吸収剤、熱安定剤、酸化防止剤、耐候剤、光安定剤、蛍光増白剤及び加工安定剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。
【００２９】
導光板基材１２の厚さは、好ましくは１〜３０ｍｍ、より好ましくは１〜１０ｍｍである。導光板基材１２の側面１２ａは、研磨処理等により平滑化されていることが好ましい。導光板基材１２は、樹脂板の成形方法として通常採用されている方法により得ることができる。例えば、熱プレス法、溶融押出法及び射出成形法が挙げられる。
【００３０】
拡散ドット２４は、典型的には白色ドットであり、面状の出射光が均一になるように設計されたパターンで形成される。拡散ドット２４は、例えば、スクリーン印刷又はインクジェット印刷により形成することができる。
【００３１】
光拡散処理部は拡散ドットに限定されるものではなく、導光板基材１２の背面側に設けられ、導光板基材１２の背面に到達した光を拡散させる機能を有するものであればよい。例えば、背面１２ｃが所定のパターンを有する凹凸形状を形成し、この凹凸形状を有する背面１２ｃを光拡散処理部としてもよい。この凹凸形状は、レーザー光により形成することができる。あるいは、レンズ形状の透明又は半透明のドットを光拡散処理部として背面１２ｃ上に設けてもよい。レンズの効果により光の進行方向を変えて、光を出射面から出射させることができる。レンズ形状のドットとしては、例えば、インクジェット印刷によるマイクロレンズドット、レーザー印刷による透明ドット、射出成形によるドット、又はスクリーン印刷による半透明ドット若しくは透明ドットが挙げられる。
【００３２】
本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形が可能である。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３４】
光線追跡ソフトのＬｉｇｈｔｔｏｏｌｓ（サイバネット社）を用いて、導光板を仮想的に想定したシミュレーションによる実験を行った。シミュレーションに際して、導光板の屈折率を１．５４（ＰＭＭＡの屈折率に相当）に、導光板のサイズを厚さ４ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ５００ｍｍに設定した。光源は５４５ｎｍの単色光を６０度の開き角で発光する点光源とした。導光板の一対の側面それぞれの側に、側面の中心からの距離が０．１ｍｍの位置に点光源を１個ずつ配置させた。１個の点光源から供給される光量は１Ｗで、導光板に入射する光の光量の合計（Ｌ１）は２Ｗとした。
【００３５】
拡散ドットは、反射率１００％の白色ドットを想定した。図２は、拡散ドットの拡散特性を説明するための模式図である。図２に示すように、拡散ドットを構成する材料からなる平面３６に光Ｌを入射角φで入射した場合、反射光は、鏡面反射の反射角φ方向における光度Ｐ０をピークとした一定の広がりを持つ光度分布を有する。図中のＮは平面３６の法線である。反射角φ方向に対する角度θの方向における光度Ｐ（θ）は、式：Ｐ（θ）＝ｃｏｓｍ（θ）Ｐ０（ただし、ｍは実数）により定義される。Ｐ（θ）＝Ｐ０／２となる反射角（半値幅）をθ１／２としたときに、θ１／２が１０度（ｍ＝４５．３７）となるような拡散特性を有する拡散ドットを想定した。
【００３６】
光拡散剤粒子としては、粒径３００ｎｍ、屈折率２．６（酸化チタンの屈折率に相当）の粒子を設定した。
【００３７】
導光板側面から入射し、拡散されて出射面全体から出射される光の光量Ｌ２［Ｗ］を見積もり、これの入光量２Ｗに対する比率を出射効率とした。拡散ドット無しで光拡散剤粒子のみがあるときの出射効率Ｅ１と、光拡散剤粒子及び拡散ドットの両方があるときの出射効率Ｅ２をそれぞれ求めた。さらに、光拡散剤粒子が無く、拡散ドットのみがあるときの出射効率を求め、これに対する出射効率Ｅ２の比も計算した。光拡散粒子のみの場合について、出射光の均斉度も求めた。導光板の出射面を１ｃｍ幅の区域に分け、それぞれの区域から出射される光量を求め、求められた光量の中での最大値と最小値との比を均斉度とした。
【００３８】
光拡散剤粒子の量を変化させることにより出射効率Ｅ１を変化させながら、表１に示す複数の場合に関して、シミュレーションによる実験を行った。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１に示されるように、光拡散剤粒子の量が、光拡散剤粒子のみによる出射効率Ｅ１が５〜８５％となるような範囲にある場合に、拡散ドットが設けられたときと比較して出射効率が明らかに向上した。さらに、出射効率Ｅ１が７５％以下である場合、光拡散剤粒子のみでの均斉度が９０％以上であり、ムラの少ない分布になるため、光拡散処理によるムラ消しが特に容易である。また、光拡散剤粒子の量は、輝度向上の観点から出射効率Ｅ１が２０％以上となるような範囲にあることが好ましく、輝度向上及び均斉度向上の観点から出射効率Ｅ１が３０％以上となるような範囲にあることが更に好ましいことが確認された。
【図１】
2012124064.tif 000004
【図２】
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