JP2001093319A - 面光源装置及びこれを用いた液晶ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より簡易かつ量産性に優れた方法で導光体に
光取出し機構を形成でき、しかもファインピッチ化され
たパターニングを可能とし、高輝度且つ生産の容易な面
光源装置及びこれを用いた液晶ディスプレイ装置を提供
すること。 【解決手段】 一表面を光出射面とする導光体１１の少
なくとも１つの側端部に光源１２が配設され、この光源
１２にはこれを覆うようにリフレクタ１３が配設され、
光源１２から発する光が直接及びリフレクタ１３で反射
されて導光体１１に入射し、この入射光を光取出し手段
１６で散乱させて導光体１１の光出射面から出射させる
面光源装置において、光取出し手段１６がインキの印刷
パターンから構成され、この印刷パターンは金属板に光
取出し手段のパターンに相当する開口を有するメタルマ
スクを用いてスクリーン印刷によって形成されたもので
あることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は面光源装置及びこれ
を用いた液晶ディスプレイ装置に関し、更に詳細には面
光源装置の光学特性、生産性等を向上させる技術であ
り、更にこの面光源装置を例えばバックライトとして好
適に用いた液晶ディスプレイ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、ワードプロセッサやパーソナルコ
ンピュータ等の表示装置として透過型の液晶表示（ディ
スプレイ）装置が多用されており、このような液晶表示
装置では、通常、液晶素子の背面に面状の照明装置即ち
バックライトが配設されている。このバックライトは冷
陰極放電管等の光源（細い棒状の光源で、線状光源と呼
ぶ場合がある）を面状の光に変換する機構とされてい
る。

【０００３】具体的には、液晶素子の背面直下に複数の
光源を併設する方法や、側面に光源を設置し、アクリル
板等の透明な導光板を用いて面状の光に変換して面光源
を得る方法（サイドライト方式）が代表的であり、光出
射面にはプリズムアレー等からなる光学素子を配設して
所望の光学特性を得る機構とされている。

【０００４】ここで、このサイドライト方式について
は、例えば特開昭６１−９９１８７号公報や特開昭６３
−６２１０４号公報に開示されている。特に、軽量、薄
型という液晶表示装置の一般的な特徴をより有効に引き
出すためには、バックライトを薄くすることができるサ
イドライト方式の利用が好適であり、携帯用パーソナル
コンピュータ等の液晶表示装置にはサイドライト方式の
バックライトが多く使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらバックライトに
要求される性能は、近時、ますます高度化する方向にあ
るが、特に、カラー液晶ディスプレイを用いた携帯型パ
ーソナルコンピュータやＴＶモニターでは、カラー液晶
セル自体の光線透過率が極めて低いため、必然的にバッ
クライト光源の輝度値は高いものが要求されることにな
る。

【０００６】このため、前述したサイドライト方式のバ
ックライトにおいては、プリズムアレー等のシートを多
用した光学的集光作用によって正面輝度を確保する態様
が代表的である。しかし、これら光機能性シート類を用
いたとしても、得られる輝度値は未だ不十分であり、簡
易かつ低コストな方法でより高い輝度値を得る技術の開
発が待ち望まれている。

【０００７】この状況について従来の代表的な実施態様
である図３に示される面光源装置１００を例にとって説
明する。線状光源である冷陰極管１２から出射した光線
はリフレクタ１３で反射、集光され、導光体１１の光入
射面１４から当該導光体１１に入射し、スネルの法則に
したがって導光体１１内を伝搬する。

【０００８】光線は、白色インキ等からなる光取出し機
構１０１を構成する光散乱性ドット１０１ａ、１０１
ｂ、１０１ｃ………によって散乱され、導光体１１内に
留まることなく光出射面１５より出射する。出射光は、
アクリルビーズのコート層が形成される等した光拡散シ
ート１７によって拡散され、更には三角プリズムアレー
等よりなるプリズムシート１８において集光され、所望
の照明光特性を備えた光線とされた上で観察者の目に届
くことになる。

【０００９】この際に、非常に重要な役割を果たすのが
導光体に設けられた光取出し機構１０１を構成する光散
乱性ドット１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、………であ
るが、従来、これらのドットは白色インキのスクリーン
印刷等によってアクリル樹脂等からなる導光体１１に直
接パターニング（印刷形成）されるのが代表的であっ
た。

【００１０】しかしながら、スクリーン印刷によるパタ
ーニングには解像度の点で自ずから限界が生じ、観察者
の目にドットパターンが見えてしまう、所謂「ドットパ
ターン見え」を回避するために必然的に高いヘーズ（曇
り度の高い）、言い換えれば光損失の大きい光拡散シー
ト１７を用いなければならず、結果として輝度低下を招
いていた。

【００１１】また、スクリーン印刷に伴う別な問題とし
て、スクリーン印刷に用いるスクリーンは、通常、布状
基材に樹脂を塗布、含浸や積層する等した構成の膜が用
いられ、この膜の樹脂部分を除去してパターニングして
いるので、インキを通す部分には網状に布目が存在す
る。

【００１２】この網状の布目は繰り返し印刷を行う上で
スクリーンの強度上必要なものである。このような従来
のスクリーンでは、微細なパターニングを行い、印刷し
ようとすると、インクの成分の微細な凝固物や混入した
異物等が布目に詰まり、微細なパターンが再現されなく
なる。

【００１３】その結果、面光源装置としての外観品質に
著しい欠陥を引き起こすという問題が生じる。この問題
を解決するための一つの方策として、微細加工を施した
金型を用い、粗面ドットパターン等を直接導光体に転
写、形成することで光取出し機構とする試みも検討され
てはいるが、一般に金型の微細加工には長い加工時間を
必要とし、かつ高コストとなるため、実用的な解決策と
はなっていなかった。

【００１４】本発明の目的は、かかる従来の問題点を解
決するためになされたもので、より簡易かつ量産性に優
れた方法で導光体に光取出し機構を形成でき、しかもフ
ァインピッチ化されたパターニングを可能とし、高輝度
且つ生産の容易な面光源装置及びこれを用いた液晶ディ
スプレイ装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は面光源装置であ
り、前述した技術的課題を解決するために以下のように
構成されている。すなわち、本発明の面光源装置は、一
表面を光出射面とする導光体と、この導光体の少なくと
も１つの側端部に配設された光源と、この光源を覆うよ
うに配設されたリフレクタと、前記導光体に設けられた
光取出し手段とを備える面光源装置において、光取出し
手段がインキの印刷パターンから構成され、この印刷パ
ターンは金属板に前記光取出し手段のパターンに相当す
る開口を有するメタルマスクを用いてスクリーン印刷に
よって形成されたものであることを特徴とする。

【００１６】＜本発明における具体的構成＞本発明の面
光源装置は、前述した必須の構成要素からなるが、その
構成要素が具体的に以下のような場合であっても成立す
る。その具体的構成とは、印刷パターンが平均直径５〜
５００μｍの多数のドット状図形の集合模様よりなり、
単位領域当たりに占める各ドット状図形の面積が光源か
ら離れるにしたがって増加していることを特徴とする。

【００１７】また、本発明の面光源装置では、各ドット
状図形が楕円形、もしくは四辺形であり、且つ各ドット
状図形がピッチを２０〜５０００μｍ、好ましくは２０
〜５００μｍ、ピッチ間に占める各ドット状図形の割合
をピッチの０．１〜９５％、好ましくは３０〜９５％に
として配列していることを特徴とする。

【００１８】更に、本発明の面光源装置を製造する際、
言い換えれば導光体の表面に前述した多数のドット状図
形を形成する際に用いられるメタルマスクの材質は、ス
テンレス、アルミ、銅の何れかであることが好ましく、
このメタルマスクに設けられた印刷パターンからなる開
口部は、レーザー穴開け加工により得られていることが
好ましい。

【００１９】更にまた、本発明は高輝度な面光源装置で
あり、光出射面上にはＨＡＺＥ値６０％以下、好ましく
は５０％以下、さらに好ましくは４５％以下なる光拡散
シートが設けられていることが好ましい。

【００２０】また、本発明は前述した特徴を備える面光
源装置を用いた液晶ディスプレイ装置であり、前述の面
光源装置をバックライト光学系として使用していること
を特徴としている。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の面光源装置及びこ
れを用いた液晶ディスプレイ装置を図に示される実施形
態について更に詳細に説明する。図１には本発明の一実
施形態に係る面光源装置１０が概略的に示されている。
この実施形態に係る面光源装置１０は、一表面を光出射
面とする導光体１１を備えている。

【００２２】この導光体１１の一側端部には光源１２が
配設されている。この光源１２は、蛍光管、ＬＥＤアレ
ー等特に限定されるものではないが、光源輝度に優れ、
細管化の容易な冷陰極管の利用が最も好適である。この
光源１２の周囲にはリフレクタ１３が配設され、光源１
２から出射した光線をできるだけ無駄なく導光体１１の
光入射面１４に入射させる機構とされている。

【００２３】また、導光体１１には、光を散乱するなど
して光出射面１５から出射させるため、光出射面１５に
対向する表面に光取出し機構１６が設けられている。こ
の光取出し機構１６は、多数のドット状図形１６ａ、１
６ｂ、１６ｃ、………から構成され、これらのドット状
図形は図２に示されるメタルマスク２０を用いたスクリ
ーン印刷法によって形成されている。

【００２４】メタルマスク２０とは、図２から明らかな
ように、厚さ０．１〜０．８ｍｍ、好ましくは０．１５
〜０．５ｍｍ程度の金属板に、所望の印刷パターン（光
取出し機構１６における多数のドット状図形１６ａ、１
６ｂ、１６ｃ、………の集合模様）に対応したパターン
の開口部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ………が設けられたも
のであり、通常用いられる樹脂材質とは異なり、金属材
質を用いているため高強度、かつ微細な加工が容易であ
り、スキージによる長時間の加圧に対して強い耐性を保
有している。

【００２５】また、メタルマスク２０では印刷インキが
印刷物に転写される際に、完全な開口部（布目等が存在
しない開口部）を通して転写されるため、インキの凝固
物や異物等の混入があっても、目詰まりすることが少な
く、耐久性も強い。従来用いられている布−樹脂製スク
リーンを用いた場合にはパターンの開口部を遮蔽してし
まうような異物がインキ中に混入していても、このメタ
ルマスク２０に貫通開口を設けたマスク（スクリーン）
を用いれば、目詰まりが発生することなく印刷を続行す
ることが可能となる。

【００２６】すなわち、同一インキを用いた場合に１枚
のマスクで生産できる導光体の数量を飛躍的に増大させ
ることが可能となる。また、インキの目詰まりの問題が
発生しないため、開口部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ………
のより小さいファインピッチパターンを印刷パターンと
して用いることが可能なため、光出射面上ではドットパ
ターンが見えづらくなることから、従来用いていた高ヘ
ーズの光拡散シートを用いる必要が無くなり、結果とし
て高輝度化が可能となる。

【００２７】具体的にはパターンの形状として各ドット
状図形の平均直径が５〜５００μｍの円形、楕円形、四
角形、三角形、菱形等の任意の形状が用いられ、パター
ンはピッチ２０〜５００μｍ、ピッチ間に占めるドット
状図形の割合を０．１〜９５％、好ましくは３０〜９５
％として配列している。

【００２８】パターンの平均直径とは、ドット状図形の
長径と短径との平均値を云う。メタルマスクの材質とし
て特に好ましいのは、ステンレス、アルミ、銅であり、
印刷パターンに対応した開口部の穴開け加工には各種の
微細加工方法を用いることができる。具体的にはフォト
リソグラフィーを用いたエッチングによる印刷パターン
の穴開け加工、ＹＡＧ、ＹＬＦレーザ等によるポジショ
ニングステージ上での穴開け加工等が代表的である。

【００２９】印刷インキの材質としては、シリカやチタ
ニア等の微粒子を含有した白色インキ、もしくは半透明
性のインキが代表的であるが、導光体内を伝搬する光を
散乱、反射させ導光体外に取り出す機能を有するもので
あればこれに特に限定されるものではない。

【００３０】印刷インキは光線透過率９５％以下のもの
が、散乱性の上から望ましい。導光体をアクリル板で構
成した場合等にはインキのベース樹脂としてアクリル系
のものを選択する等、導光体と同系のインキを選択する
のが、接着性の上から望ましい。

【００３１】本発明の面光源装置おいて好ましい態様と
しては、導光体１１および調光シート（光拡散シート１
７、プリズムアレーシート１８等）は、いずれも樹脂材
料によって形成されるのが良い。特にアクリル系樹脂、
ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、又は環
状ポリオレフィン系樹脂が好適に用いられ、調光シート
表面に形成される光学素子群はアクリル系等に代表され
る公知の熱硬化性、もしくは光硬化性樹脂によって形成
されているものが好ましい。

【００３２】本発明の面光源装置における光出射面１５
上に配設する光拡散シート１７の好ましいヘーズ（ＨＡ
ＺＥ）値としては、ＪＩＳＫ７１０５に定める方法に従
って測定した際の値が、６０％以下、より好ましくは５
０％以下、さらに好ましくは４５％以下とされる。特
に、光出射面１５上にプリズムシート１８等の調光シー
トを多数配置する構成においては、ドットパターンはよ
り見えづらくなる傾向にあるため、光拡散シート１７を
省略する（設けない）ことも可能である。

【００３３】また、調光シートは前述したプリズムアレ
ーからなるシート１８以外にも、波板状の光学素子を配
設したウェーブシート、レンチキュラーレンズアレーか
らなるシート、三角垂群や円錐群、および回折光学素子
群等の光学素子を配したシート等が含まれ、所望の光学
特性に応じて適切なシートが選択される。

【００３４】また、通常、光出射面１５と反対側には反
射シート１９を設けるが、反射シート１９は表面反射率
の大きいＡｇやＡｌを蒸着した鏡面シートや、発泡性ポ
リエステル等からなる白色の光拡散反射性のシート等が
好適に用いられる。

【００３５】ところで、本発明は前述した特徴を備える
面光源装置をバックライト光学系として用いた液晶ディ
スプレイ装置でもある。液晶ディスプレイ装置とは液晶
分子の電気光学効果、すなわち光学異方性（屈折率異方
性）、配向性等を利用し、任意の表示単位に電界印加あ
るいは通電して液晶の配向状態を変化させ、光線透過率
や反射率を変えることで駆動する、光シャッタの配列体
である液晶セルを用いて表示を行うものをいう。

【００３６】具体的には透過型単純マトリクス駆動スー
パーツイステッドネマチックモード、透過型アクティブ
マトリクス駆動ツイステッドネマチックモード、透過型
アクティブマトリクス駆動インプレーンスイッチングモ
ード、透過型アクティブマトリクス駆動マルチドメイン
ヴァーチカルアラインドモード等の液晶表示素子が挙げ
られ、本発明の面光源装置をこれら液晶表示素子のバッ
クライト光源手段として用いて液晶ディスプレイ装置を
構成することにより、高輝度かつ低コストでありなが
ら、量産性に優れた液晶ディスプレイ装置として実用に
供するに好適な特性を賦与することが可能となる。

【００３７】

【実施例】次に、本発明の面光源装置を実施例により、
更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を越えない
限り、以下の実施例に限定されるものではない。 （実施例１）図１に示した構成の面光源装置を作った。
導光体１１として対角１２インチ、厚み３ｍｍのアクリ
ル板を使用した。光源１２から離れるにしたがって面積
が相対的に大きくなるようにパターニングしたドットパ
ターン１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、………｛ドット形状は
菱形、ドット平均径１５０μｍ、ドット径変化量２４０
％（ドット最大径と最少径の比率を表す。）、ピッチ２
５０μｍ｝を厚み０．２ｍｍなるステンレス板からなる
メタルマスクを用いて、アクリル樹脂をベース樹脂とし
チタニア含有の白色インキを導光体１１上に印刷して得
た。

【００３８】ここで、メタルマスクは数値制御されたポ
ジショニングステージ上に前記ステンレス板を設置し、
ＹＡＧレーザー加工によって開口加工を施して得られた
ものである。メタルマスクを用い、５万枚の印刷を行っ
たが５万枚印刷後もドット抜け等の印刷不良は観察され
なかった。

【００３９】次に、光出射面と対向する面には発泡性ポ
リエステルからなる光線反射率９５％の白色反射シート
１５を配設し、光出射面上にはＪＩＳＫ７１０５に基づ
くＨＡＺＥ値が４２．５％なる光拡散シートを配し、さ
らにその上には、厚み１２０μｍのポリエチレンテレフ
タレートを基材フィルムとする、プリズム頂角９０度、
ピッチ５０μｍなるプリズムアレーを形成したシートを
図１の向きに配置した。

【００４０】光源としては管径２．２ｍｍの冷陰極管１
３を使用し、光入射面１２に該冷陰極管を配設し、周囲
をＡｇを蒸着したフィルムからなるリフレクタ１８によ
って覆い、インバータを介して電圧印加して点灯し、面
光源装置とした。該面光源装置の中央部付近における輝
度値を輝度計（トプコム製ＢＭ−７）を用いて測定し
た。結果を表１に示す。また、この面光源装置を液晶デ
ィスプレイのバックライトとして用いたところ、ムラの
ない、明るいディスプレイが得られた。

【００４１】（比較例１）樹脂製マスクを用いて、ドッ
トパターン１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、………｛ドット形
状は菱形、ドット平均径１５００μｍ、ドット径変化量
２４０％（ドット最大径と最少径の比率を表す。）、ピ
ッチ２５００μｍ｝を印刷したことのほかは、実施例と
同様にして輝度を測定した。結果を表１に示す。樹脂マ
スクを用い、５万枚の印刷を行ったが２．４万枚印刷後
ドット抜けによる印刷不良が観察された。

【００４２】（比較例２）樹脂製マスクを用いて、ドッ
トパターン１６ａ、１６ｂ、１６ｃ………｛ドット形状
は菱形、ドット平均径１０００μｍ、ドット径変化量２
２０％（ドット最大径と最少径の比率を表す。）、ピッ
チ２２００μｍ｝を印刷し、さらに光拡散シートとして
該樹脂製マスクにより得られたドットパターンがドット
見えしない範囲のＨＡＺＥ値（７８．５％）を有するも
のを使用したことのほかは、実施例と同様にして輝度を
測定した。結果を表１に示す。樹脂マスクを用い、５万
枚の印刷を行ったが３．１万枚印刷後ドット抜けによる
印刷不良が観察された。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の面光源装
置によれば、従来実現の不可能であったファインピッチ
化されたパターニングによる高輝度かつ生産の容易な面
光源装置の提供を可能とし、また印刷インキの目詰まり
発生率の低減化による、導光体の生産性向上を可能とし
た。これらの特徴は近時、高輝度と低コストの要求され
る液晶表示素子のバックライト光源手段として極めて有
効である。

【００４５】また、本発明の液晶ディスプレイ装置によ
れば、前述したような優れた面光源装置を例えばバック
ライト光学系に用いていることによって、高輝度かつ低
コストでありながら、量産性に優れた液晶ディスプレイ
装置として実用に供するに好適な特性を賦与することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る面光源装置を概略的
に示す部分的な斜視図である。

【図２】本発明の面光源装置を製造する際に使用するメ
タルマスクの一例を示す斜視図である。

【図３】従来の面光源装置の一例を示す部分的な斜視図
である。

【符号の説明】

１０ １１ 導光体 １２ 蛍光管（冷陰極管） １３ リフレクタ １４ 光入射面 １５ 光出射面 １６ 光取出し機構 １６ａ ドット状図形 １６ｂ ドット状図形 １６ｃ ドット状図形 １７ 光拡散シート １８ 調光シート １９ 反射シート ２０ メタルシート ２１ａ 開口部 ２１ｂ 開口部 ２１ｃ 開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H038 AA55 BA06 2H091 FA14Z FA16Z FA21Z FA23Z FA32Z FA42Z FB02 FC13 GA13 HA10 LA12 LA18

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一表面を光出射面とする導光体と、前記
   導光体の少なくとも１つの側端部に配設された光源と、
   前記光源を覆うように配設されたリフレクタと、前記導
   光体に設けられた光取出し手段とを備える面光源装置に
   おいて、 前記光取出し手段がインキの印刷パターンから構成さ
   れ、この印刷パターンは金属板に前記光取出し手段のパ
   ターンに相当する開口を有するメタルマスクを用いてス
   クリーン印刷によって形成されたものであることを特徴
   とする面光源装置。
2. 【請求項２】 前記印刷パターンは、平均直径が５〜５
   ００μｍの多数のドット状図形の集合模様からなり、単
   位領域当たりに占める前記各ドット状図形の面積が前記
   光源から離れるにしたがって増加していることを特徴と
   する請求項１に記載の面光源装置。
3. 【請求項３】 前記各ドット状図形が楕円形、もしくは
   四辺形であり、かつ前記各ドット状図形がピッチを２０
   〜５０００μｍ、ピッチ間に占める前記ドット状図形の
   割合をピッチの０．１〜９５％として配列していること
   を特徴とする請求項２に記載の面光源装置。
4. 【請求項４】 前記ピッチが２０〜５００μｍ、ピッチ
   間に占める前記ドット状図形の割合が前記ピッチの３０
   〜９５％であることを特徴とする請求項３に記載の面光
   源装置。
5. 【請求項５】 前記光出射面上にはヘーズ（ＨＡＺＥ）
   が６０％以下の光拡散シートが設けられていることを特
   徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の面光源装置
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の前記面
   光源装置が、バックライト光学系に用いられていること
   を特徴とする液晶ディスプレイ装置。