JP2008046601A - 光学板、及びこの光学板を用いる直下型バックライト - Google Patents

Abstract

【課題】輝度の均一性及び光線の利用率が優れ、同時に薄型化を実現することができる光学板、及びこの光学板を用いる直下型バックライト提供する。
【解決手段】光出射面と反対側に形成された光入射面とを具備する透明基板を含む光学板において、前記透明基板の光入射面に複数の点状凹部が形成され、前記複数の点状凹部に拡散層が充填されている。また、反射板と、前記反射板の上に設置された複数の点光源と、前記複数の点光源の上に設置された光学板と、を含む直下型バックライトにおいて、前記光学板は、光出射面と反対側に形成された光入射面とを具備する透明基板を含み、前記透明基板の光入射面には、前記複数の点光源に対応する複数の点状凹部が形成され、前記複数の凹部には、拡散層が充填されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に用いられる光学板、及びこの光学板を用いる直下型バックライトに関する。

液晶表示装置の液晶パネルは非発光部材である。従って、表示機能を実現するためには、液晶表示装置に面光源装置を用いなければならない。例えば、バックライトのような面光源を用いて、液晶表示装置の表示機能を実現する。

光源の位置に従って、バックライトを、直下型バックライトと側光型バックライトに分けることができる。側光型バックライトは、光源がバックライトパネルの側面に設置されることを指す。側光型バックライトは、軽く、薄く、電気を節約する等の特徴があるから、サイズが比較的小さい液晶表示装置に広く用いられる。例えば、ＰＤＡ、携帯電話等の液晶表示装置に広く用いられる。直下型バックライトは、光源がバックライトパネルの下方に設置されることを指す。直下型バックライトは、輝度が明るいという特徴があるから、サイズが比較的大きい液晶表示装置に広く用いられる。例えば、モニター、液晶テレビなどに広く用いられる。

図１は、従来の直下型バックライトを示す断面図である。前記直下型バックライト１０は、点光源１１と、反射板１２と、拡散板１３と、プリズムシート１４と、２つの拡散シート１５と、を含む。前記点光源１１は、前記反射板１２の上方に設置されている。前記拡散板１３、拡散シート１５、プリズムシート１４、他の拡散シート１５は、この順序の通り前記点光源１１の上方に設置されている。

前記拡散板１３は、ポリカーネボートからなる透明基材１３１と、前記透明基材１３１に分布され、光線を拡散させるメタクリル酸メチル粒子１３２と、を含む。前記拡散板１３は、前記光源１１の光線を拡散させ、上述した他の光学素子を支持する。

前記プリズムシート１４は、表面に形成されたＶ字状のマイクロ突起を介して、散乱された光線を約７０度の範囲内に集中させ、直下型バックライト１０の所定の視角範囲内の輝度を向上させる。

前記拡散シート１５は、光透過性が高いフィルム１５１の表面にインク層１５２を塗布して製造されたものである。前記拡散シート１５が光線をさらに拡散して、前記直下型バックライト１０から出射される光線の均一性を向上させる。

前記光源１１と前記拡散板１３の間の距離が近い時、前記光源１１の真上に置かれる前記拡散板１３の区域は、光源１１に比較的近いから、この区域の光強度は比較的強い。この区域の両側に置かれる前記拡散板１３の他の区域は、光源１１に比較的遠いから、他の区域の光強度は比較的弱い。これによって、光強度が弱い区域の光線を充分に拡散させることができるが、光強度が強い区域の光線を充分に拡散させることができない。よって、前記拡散板１３の輝度が不均一になり、従って前記バックライト１０の輝度も不均一になる。

前記バックライト１０の輝度が不均一になることを防止するために、前記拡散板１３の厚さを増加させるか、前記拡散板１３と光源１１間の距離を増加させることができる。しかしながら、こうすると、前記直下型バックライト１０の厚さが増加するという問題が生じる。

また、前記拡散板１３、拡散シート１５及びプリズムシート１４がいくら密接していても、互いの接触面の間に光線を消耗する空気層がやはり存在する。光線が前記拡散板１３、拡散シート１５及びプリズムシート１４の間で伝播する時、前記光学素子の界面によって反射されるから、光線のエネルギーが損失し、光線の利用率が低下する。

本発明の目的は、輝度の均一性及び光線の利用率が優れ、同時に薄型化を実現することができる光学板、及びこの光学板を用いる直下型バックライトを提供することである。

前記目的を達成するために、光出射面と反対側に形成された光入射面とを具備する透明基板を含む光学板において、前記透明基板の光入射面に複数の点状凹部を形成し、前記複数の点状凹部に拡散層を充填する。
また、反射板と、前記反射板の上に設置された複数の点光源と、前記複数の点光源の上に設置された光学板と、を含む直下型バックライトにおいて、前記光学板は、光出射面と反対側に形成された光入射面とを具備する透明基板を含み、前記透明基板の光入射面には、前記複数の点光源に対応する複数の点状凹部が形成され、前記複数の凹部には、拡散層が充填されている。

本発明に係る光学板を用いる直下型バックライトにおいて、前記複数の点光源を個別に前記透明基板の光入射面に形成された複数の点状凹部に対応するように設置し、前記複数の点状凹部に拡散層を充填する。前記光学板と光源の距離が比較的近い箇所の光強度は強いが、前記拡散層は、この箇所の光線も充分に拡散させることができる。また、前記拡散層の厚さの変化によって光強度の差異のある部分に対して異なる様に拡散を行うことができる。従って、光学板に輝度ムラが発生することを防止し、また、前記光学板を用いる直下型バックライトの薄型化を実現することができる。

前記光学板内に拡散層が設けられているから一定な強度を維持し、拡散板と拡散シートを用いなくても、光線を拡散させ、直下型バックライトからの光線の均一性を向上することができる。

また、本実施形態の光学板２０は、拡散板、拡散シート、プリズムシートの機能を具備するから、前記光学板２０を用いる直下型バックライトの薄型化を実現することができる。即ち、拡散板、拡散シート、プリズムシート等を装着する必要がないから、バックライトの薄型化を実現することができる。且つ、本発明の光学板は、複数の光学素子を一体に成形するから、光線が前記光学板２０を伝播する時、光線が前記光学素子の空気層の反射によって損失されることを防ぎ、光線の利用率を向上することができる。

以下、本発明をより詳細に説明する。

図２は、本発明の光学板の具体的な実施例を示す断面図である。前記光学板２０は、透明基板２１を含む。前記透明基板２１は、光入射面２１１と、反対側に形成される光出射面２１２と、を含む。前記透明基板２１の光入射面２１１には、複数の点状凹部２１３がマトリックス方式に形成され、前記複数の点状凹部２１３には、拡散層２２が充填されている。

前記透明基板２１は方形板である。前記透明基板２１の材料として、ポリカーネボート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、メタクリル酸メチル／スチレン共重合体等が単独または混合して用いられる。前記透明基板２１の強度を維持するために、前記透明基板２１の厚さＨを比較的厚くする。例えば、厚さＨを１．０〜６．０ｍｍにする。

図３は、図２の拡散層を除去した光学板を示す斜視図である。各々の凹部２１３は、軸中心の深さが周辺の深さより深く、軸対称な構造に構成されている。前記点状凹部２１３の形状として、円錐形、円錐台形、正角錐台形、球体形などの中の何れか１つが用いられる。本実施形態の複数の凹部２１３の形状は円錐台形である。前記透明基板２１の強度が低下することを防ぐために、前記点状凹２１３の深さｈと透明基板２１の厚さＨの比を０．３よりも小さくする。

前記拡散層２２は、前記光学板２０に入射する光線を均一に拡散させる作用をする。前記拡散層２２は、透明樹脂基材２２４と、前記透明樹脂基材２２４内に分布する第一拡散粒子２２１及び第二拡散粒子２２２と、を含む。前記透明樹脂基材２２４の材料として、アクリル酸樹脂、アクリルアミノ基樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂を単独または混合して用いる。

図４は、第一拡散粒子による光線が拡散され、屈折される様子を示す光路図である。前記第一光拡散粒子２２１の屈折率ｎ_１は１．４〜１．７である。前記第一拡散粒子２２１の材料として、ポリスチレン、ポリカーネボート、スチレン／アクリロニトリル共重合体、ポリプロピレン、二酸化珪素、ポリメタクリル酸メチル、ビーズ及び石英粉末等の粒子が単独または混合して用いられる。前記第一光拡散粒子２２１の平均粒径は１〜５０μｍである。前記第一拡散粒子２２１は、光学板２０に入射する光線を拡散させ、屈折させて、出射する光線を均一にする。

図５は、第二拡散粒子によって光線が反射され、回折される様子を示す光路図である。前記第二光拡散粒子２２２は不透明粒子である。前記第二拡散粒子２２２の屈折率ｎ_２は前記第一拡散粒子２２１よりも大きい。前記第二拡散粒子２２２の屈折率ｎ_２は２．０よりも大きく、好ましくは、２．０〜２．８である。第二光拡散粒子２２２の材料として、二酸化チタン、酸化アンチモン、硫酸バリウム、硫酸亜鉛、酸化亜鉛、炭酸カルシウム等の粒子が単独または混合して用いられる。前記第二光拡散粒子２２２の平均粒径は０．０１〜１μｍである。光線が前記第二拡散粒子２２２を経由する時、前記第二拡散粒子２２２によって回折された一部分の光線は透明基板２１へ伝播し、前記第二拡散粒子２２２によって反射された他の部分の光線は光入射面２１１へ戻る。

前記拡散層２２において、前記透明樹脂基材２２４の重量％は５〜９０であり、前記第一光拡散粒子２２１と第二光拡散粒子２２２の重量％は１０〜９５である。前記第二光拡散粒子２２２と第一光拡散粒子２２１の重量％の比率は１／５〜１／１００である。前記第二拡散粒子２２２の重量％を制御することによって、前記光学板２０の光透過率を制御することができる。

前記拡散層２２において、前記第一拡散粒子２２１は、光線を数回拡散させ、屈折させる。前記第二拡散粒子２２２は、第一拡散粒子２２１間に分布して、前記第一拡散粒子２２１の分布をさらに均一にする。また、前記第二拡散粒子２２２は、光線を反射し、回折させる機能をも持つ。即ち、前記第二拡散粒子２２２は、前記第一拡散粒子２２１によって拡散されない光線を前記第一拡散粒子２２１へ反射し、回折させて、第一拡散粒子２２１によって再び拡散されるようにする。

もし、前記第二拡散粒子２２２によって反射された光線が前記拡散層２２から出て、前記反射板に到達すると、反射板の反射によって再び前記拡散層２２へ入射する。前記拡散層２２に再び入射した光線は、前記第一拡散粒子２２１と第二拡散粒子２２２によって再び拡散される。上述したように、前記第一拡散粒子２２１と第二拡散粒子２２２を含む前記拡散層２２は、入射する光線を易く、均一に拡散することができる。従って、従来の拡散板と拡散シートの代りに、本発明の拡散層２２を用いて、光学板２０へ入射する光線を均一に拡散することができる。

前記拡散層２２に、第三拡散粒子２２３を更に添加する。前記第三拡散粒子２２３は、吸収した紫外光線を可視光線へ変換する蛍光粉末粒子である。前記蛍光粉末粒子と第一拡散粒子２２１の重量％の比は０．０１よりも小さい。

図２及び図６に示すように、前記透明基板２１の光出射面２１２に複数の球面マイクロ突起２３がマトリックス方式に形成されている。前記複数の球面マイクロ突起２３は、射出成型、圧縮成型、ロール成型、射出圧縮成型を介して製造することができる。

互いに隣接する球面マイクロ突起２３の間に一定の間隔があるように配置することもできるし、互いに隣接する球面マイクロ突起２３の底面の周縁が透明基板２１の光出射表面２１２で互いに連接されるように配置することもできる。

前記光出射面２１２に設けられた球面マイクロ突起２３によって、光出射面２１２から出射する光線が光出射面２１２の前方へ集光されるから、前記光学板２０はプリズムシートの機能を具備すると見なすことができる。前記光出射面２１２に集光作用を起こす他の構造のマイクロ突起を設けることもできる。例えば、連続的に分布されるＶ型マイクロ突起を設けても、プリズムシートの機能を実現することができる。

本実施形態の光学板２０において、前記透明基板２１の光入射面２１１には、点状凹部２１３が形成され、前記点状凹部２１３には、第一拡散粒子２２１、第二拡散粒子２２２及び第三拡散粒子２２３を含む拡散層２２が充填されている。前記光学板２０に入射する光線が前記拡散層２２によって均一に拡散されるから、表示装置に輝度ムラが発生するのを防止することができる。また、前記透明基板２１の光出射面２１２に形成されるマイクロ突起２３によって、前記光学板２０は集光機能を更に実現することができる。

本実施形態の光学板２０は、拡散板、拡散シート、プリズムシートの機能を具備するから、前記光学板２０を用いる直下型バックライトの薄型化を実現することができる。即ち、拡散板、拡散シート、プリズムシート等を装着する必要がないから、バックライトの薄型化を実現することができる。且つ、拡散板、拡散シート、プリズムシート等を装着しないから、光線が前記光学板２０を伝播する時、光線が前記光学素子の空気層の反射によって損失されることを防ぎ、光線の利用率を向上することができる。

図７は、本発明の直下型バックライトの具体的な実施方式を示す断面図である。前記直下型バックライト３０は、反射板３１と、前記反射板３１の上に設置される複数の点光源３２と、前記複数の点光源３２の上方に設置される光学板２０と、を具備する。前記反射板３１と光学板２０の光入射面２１１が対向し、前記光入射面２１１に形成された点状凹部２１３と反射板３１の上の点光源３２が個別に対応する。

本実施形態の点光源３２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、互いに隣接した点光源３２間の距離Ｄが前記点状凹部２１３の幅ｄより大きい。

前記点状凹部２１３に充填して形成された各々の拡散層２２は、中心が厚く、周辺が薄い構造に形成されている。従って、前記拡散層２２に垂直に入射する光線と、傾斜して入射する斜光線が、前記拡散層２２中を経由する距離がほぼ同じになる。即ち、前記拡散層２２の正面へ入射する光線が多く反射され、屈折されるから、前記拡散層２２から出射する光線の均一性を向上することができる。

上述したように、前記光学板２０の拡散層２２によって光線が均一に拡散され、前記光学板２０の球面マイクロ突起２３によって集光される。即ち、前記光学板２０は、前記直下型バックライト３０から出射する光線を均一にし、正面の輝度を向上することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は修正が可能であり、該変形又は修正も又、本発明の特許請求の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。

従来の直下型バックライトを示す断面図である。 本発明の光学板の具体的な実施例を示す断面図である。 図２の拡散層を除去した光学板を示す斜視図である。 第一拡散粒子による光線が拡散され、屈折される様子を示す光路図である。 第二拡散粒子による光線が反射され、回折される様子を示す光路図である。 本発明の光学板の具体的な実施例を示す斜視図である。 本発明の直下型バックライトの具体的な実施例を示す断面図である。

符号の説明

２０ 光学板
２１ 透明基板
２２ 拡散層
２３ マイクロ突起
２１１ 光入射面
２１２ 光出射面
２１３ 点状凹部
２２１ 第一拡散粒子
２２２ 第二拡散粒子
２２３ 第三拡散粒子
２２４ 透明樹脂基材
３０ 直下型バックライト
３１ 反射板
３２ 点光源

Claims (14)

1. 光出射面と反対側に形成された光入射面とを具備する透明基板を含む光学板において、
   前記透明基板の光入射面に複数の点状凹部が形成され、
   前記複数の点状凹部に拡散層が充填されていることを特徴とする光学板。
2. 前記複数の点状凹部がマトリックス方式に配置され、
   各々の凹部は、軸中心の深さが周辺の深さより深く、軸対称な構造に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学板。
3. 前記点状凹部の形状として、円錐形、円錐台形、正角錐台形、球体形の中の何れか１つが用いられることを特徴とする請求項２に記載の光学板。
4. 前記拡散層は、透明樹脂基材と、前記透明樹脂基材に分布する第一拡散粒子と、前期透明樹脂基材に分布し且つ前記第一拡散粒子よりも屈折率が大きい第二拡散粒子と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学板。
5. 前記透明樹脂基材の材料として、アクリル酸樹脂、アクリルアミノ基樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂を単独または混合して用いることを特徴とする請求項４に記載の光学板。
6. 前記第一光拡散粒子の屈折率が１．４〜１．７であり、前記第二光拡散粒子の屈折率が２よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の光学板。
7. 前記第一光拡散粒子の材料として、ポリスチレン、ポリカーネボート、スチレン／アクリロニトリル共重合体、ポリプロピレン、二酸化珪素、ポリメタクリル酸メチル、ビーズ及び石英粉末の粒子が単独または混合して用いられることを特徴とする請求項６に記載の光学板。
8. 前記第二光拡散粒子材料として、二酸化チタン、酸化アンチモン、硫酸バリウム、硫酸亜鉛、酸化亜鉛、炭酸カルシウムの粒子が単独または混合して用いられることを特徴とする請求項６に記載の光学板。
9. 前記第一拡散粒子の平均粒径が第二拡散粒子の平均粒径よりも大きく、前記第一拡散粒子の平均粒径が１〜５０μｍであり、前記第二拡散粒子の平均粒径が０．０１〜１μｍであることを特徴とする請求項６に記載の光学板。
10. 前記光拡散層の透明樹脂基材内に第三拡散粒子がさらに分布し、前記第三拡散粒子が蛍光粉末粒子であることを特徴とする請求項４に記載の光学板。
11. 前記透明基板の光出射面に複数のマイクロ突起がマトリックス方式に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学板。
12. 前記マイクロ突起が球面マイクロ突起或いはＶ型突起であることを特徴とする請求項１１に記載の光学板。
13. 前記透明基板の材料として、ポリカーネボート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、メタクリル酸メチル／スチレン共重合体が単独または混合して用いられることを特徴とする請求項１に記載の光学板。
14. 反射板と、前記反射板の上に設置された複数の点光源と、前記複数の点光源の上に設置された光学板と、を含む直下型バックライトにおいて、
    前記光学板は、前記光出射面と反対側に形成された光入射面とを具備する透明基板を含み、
    前記透明基板の光入射面には、前記複数の点光源に対応する複数の点状凹部が形成され、
    前記複数の凹部には、拡散層が充填されていることを特徴とする直下型バックライト。