JP2018022593A - 導光板、面光源装置、表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端面から入射する光のうち、板面の法線方向へ向けて出光する成分をより多くすることができ、光の利用効率を高めることができる導光板、面光源装置、表示装置を提供する。【解決手段】導光板１２は、板状に構成された導光板１２の一端面であって光が入射する入光面１２ａと、入光面１２ａに交差し光が出射する出光面１２ｂと、出光面１２ｂと対向する観察者側面１２ｃと、入光面１２ａに対向する対向面１２ｄと、を有し、入光面１２ａから入射した光を対向面１２ｄ側に導光し出光面１２ｂから出射させる導光板１２であって、導光板１２の内部に複数配置され、所定の割合の光を透過して残る光を出光面１２ｂへ向けて反射する半透過反射部１２ｇを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、導光板、面光源装置、表示装置に関するものである。

ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）パネル等の表示部を面光源装置によって照明し、映像を表示する表示装置が知られている。
面光源装置は、大きく分けて、各種光学シート等の光学部材の直下に光源を配置する直下型のものと、光学部材の端面（側面）に光源が配置されるエッジライト型のものがある。このうち、エッジライト型の面光源装置は、光源を導光板等の光学部材の端面に配置することから、直下型のものに比べて面光源装置をより薄型化できるという利点を有し、広く用いられている。
また、エッジライト型の面光源装置は、表示装置のバックライトとしてだけでなく、近年ではフロントライトとしても広く用いられている。

エッジライト型の面光源装置は、光学部材の側面に光源が配置されており、その光源からの光を板面から表示部に向かう光となるように偏向させて、照明光として利用している。このために、導光板には、例えば、特許文献１に開示されているように、微細な突起を出光側に配置するものが知られている。

特開２０１１−２０９３３３号公報

導光板から出光される光の方向は、利用用途によっても異なるものの、一般的には、板面の法線方向に出光させたいとの要求が多い。しかし、特許文献１のような形態の導光板では、端面からの光を、板面の法線方向に近い方向に出光する成分を生成することはできるが、多くの光は、不要な斜め方向へと出光してしまっており、光の利用効率が低かった。

本発明の課題は、端面から入射する光のうち、板面の法線方向へ向けて出光する成分をより多くすることができ、光の利用効率を高めることができる導光板、面光源装置、表示装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

第１の発明は、板状に構成された導光板（１２，２１２）の一端面であって光が入射する入光面（１２ａ，２１２ａ）と、前記入光面（１２ａ，２１２ａ）に交差し光が出射する出光面（１２ｂ，２１２ｂ）と、前記出光面（１２ｂ，２１２ｂ）と対向する正面（１２ｃ，２１２ｃ）と、前記入光面（１２ａ，２１２ａ）に対向する対向面（１２ｄ，２１２ｄ）と、を有し、前記入光面（１２ａ，２１２ａ）から入射した光を前記対向面（１２ｄ，２１２ｄ）側に導光し前記出光面（１２ｂ，２１２ｂ）から出射させる導光板（１２，２１２）であって、当該導光板（１２，２１２）の内部に複数配置され、所定の割合の光を透過して残る光を前記出光面（１２ｂ，２１２ｂ）へ向けて反射する半透過反射部（１２ｇ）を備える導光板（１２，２１２）である。

第２の発明は、第１の発明に記載の導光板（１２，２１２）において、前記出光面（１２ｂ，２１２ｂ）を含む出光層（１２２）と、前記正面（１２ｃ，２１２ｃ）を含む正面層（１２１）と、を備え、前記半透過反射部（１２ｇ）は、前記出光層（１２２）と前記正面層（１２１）との間の界面に配置されていること、を特徴とする導光板（１２，２１２）である。

第３の発明は、第２の発明に記載の導光板（１２，２１２）において、前記出光層（１２２）及び前記正面層（１２１）には、前記半透過反射部（１２ｇ）を構成可能な斜面（１２ｅ）を有する単位形状（１２１ａ，１２２ａ）が前記入光面（１２ａ，２１２ａ）から前記対向面（１２ｄ，２１２ｄ）へ向かう方向に沿って複数連続して配置されて前記界面が構成されており、前記半透過反射部（１２ｇ）は、前記斜面（１２ｅ）のうちの特定の部位にのみ設けられていること、を特徴とする導光板（１２，２１２）である。

第４の発明は、第３の発明に記載の導光板（１２，２１２）において、前記半透過反射部（１２ｇ）は、前記入光面（１２ａ，２１２ａ）からの距離が離れるにしたがい、配置される密度が密になっていること、を特徴とする導光板（１２，２１２）である。

第５の発明は、第１の発明から第４の発明までのいずれかに記載の導光板（２１２）において、前記入光面（２１２ａ）には、入射する光を偏向させる入射光制御部（２１２ｈ）が設けられていること、を特徴とする導光板（２１２）である。

第６の発明は、第１の発明から第５の発明までのいずれかに記載の導光板（１２，２１２）と、前記導光板（１２，２１２）の前記入光面（１２ａ，２１２ａ）と対向して配置され、前記入光面（１２ａ，２１２ａ）へ光を投射する光源部（１１）と、を備える面光源装置（１０）である。

第７の発明は、第６の発明に記載の面光源装置（１０）と、前記面光源装置（１０）の前記出光面（１２ｂ，２１２ｂ）側に配置された反射型の表示部（１３）と、を備える表示装置（１）である。

第８の発明は、第６の発明に記載の面光源装置（１０）と、前記面光源装置（１０）の前記出光面（１２ｂ，２１２ｂ）側に配置された透過型の表示部と、を備える表示装置である。

本発明によれば、端面から入射する光のうち、板面の法線方向へ向けて出光する成分をより多くすることができ、光の利用効率を高めることができる導光板、面光源装置、表示装置を提供することができる。

本発明による導光板１２を用いた表示装置１の第１実施形態を示す図である。 面光源装置１０を光源部１１付近において、導光板１２の板面に直交し、かつ、前記入光面に直交する方向（ＸＺ平面）で切断した断面図である。 面光源装置１０を正面方向（＋Ｚ側）から見た図である。 第１実施形態の面光源装置１０における光路の例を示す図である。 比較例の導光板５００における光路の例を示す図である。 本発明の第２実施形態における導光板２１２を示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明による導光板１２を用いた表示装置１の第１実施形態を示す図である。
なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
また、以下の説明では、具体的な数値、形状、材料等を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。
本明細書において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
本明細書中において、板面とは、各板状部材において、その板状部材全体として見たときにおける、板状部材の平面方向となる面を示すものであるとする。

また、図１を含め以下の図中及び以下の説明において、理解を容易にするために、ＸＹＺ座標系を設定した。表示装置１の使用状態において、表示装置１の画面に平行であって互いに直交する２方向のうち導光板１２の入光面１２ａに直交する方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とする。また、表示装置１の画面に直交する方向（厚み方向）をＺ方向とする。なお、厚み方向（Ｚ方向）のうち＋Ｚ側を観察者側とし、−Ｚ側を裏面側とする。
本実施形態の表示装置１の画面は、面光源装置１０の最も＋Ｚ側（観察者側）の面（以下、表示面という）１０ａに相当し、表示装置１の「正面方向」とは、この表示面１０ａの法線方向であり、Ｚ方向に平行であり、後述する導光板１２の板面等の法線方向と一致するものとする。

本実施形態の表示装置１は、面光源装置１０と、反射型ＬＣＤパネル１３とを備えている。表示装置１は、反射型ＬＣＤパネル１３を観察者側から面光源装置１０で照明し、反射型ＬＣＤパネル１３に形成される映像情報を表示する。なお、必要に応じて、面光源装置１０のさらに観察者側に、タッチパネルや保護パネル等を設けてもよい。本実施形態の表示装置１は、例えば、３０インチ以上の大画面の広告や看板等として用いられる。なお、本発明は、このような大画面のものに限らず、より小型の携帯端末等に用いてもよい。

反射型ＬＣＤパネル１３は、液晶表示素子により形成され、その表示面に映像情報を形成する反射型の表示部である。この反射型ＬＣＤパネル１３は、略平板状に形成されている。反射型ＬＣＤパネル１３の外形は、Ｚ方向から見て矩形形状であり、Ｘ方向に平行な対向する２辺と、Ｙ方向に平行な対向する２辺とを有している。

図２は、面光源装置１０を光源部１１付近において、導光板１２の板面に直交し、かつ、前記入光面に直交する方向（ＸＺ平面）で切断した断面図である。
面光源装置１０は、反射型ＬＣＤパネル１３を観察者側（＋Ｚ側）から照明する装置であり、光源部１１と、導光板（フロントライト用導光板）１２とを備えている。この面光源装置１０は、端面から光を入光するエッジライト型の面光源装置（フロントライト）である。

光源部１１は、反射型ＬＣＤパネル１３を照明する光を発する。この光源部１１は、導光板１２のＸ方向の一方（＋Ｘ側）の端面である入光面１２ａに対面する位置に、Ｙ方向に沿って配置されている。
光源部１１は、点光源がＹ方向に所定の間隔で複数配列されて形成されている。この点光源は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源を用いている。なお、光源部１１は、例えば、冷陰極管等の線光源としてもよいし、Ｙ方向に延在するライトガイドの端面に光源を配置した形態としてもよい。
また、光源部１１の発する光の利用効率を向上させたり、不要な光を遮光したりする観点から、光源部１１の外側を覆うように不図示の反射板や、遮蔽板を設けてもよい。

面光源装置１０を構成する導光板１２は、正面方向（Ｚ方向）から見て矩形形状であり、Ｘ方向に平行な対向する２辺と、Ｙ方向に平行な対向する２辺とを有している。
導光板１２は、入光面１２ａと、出光面１２ｂと、観察者側面１２ｃと、対向面１２ｄとをその外周面に有している。

入光面１２ａは、導光板１２の一端面（＋Ｘ側の端面）に設けられており、光源部１１からの光が入射する。

出光面１２ｂは、入光面１２ａに交差する面に設けられており、入光面１２ａから入射した光が出射する。本実施形態では、出光面１２ｂは、−Ｚ側の面に設けられている。

観察者側面（正面）１２ｃは、出光面と対向する面に配置されており、観察者は、この観察者側面１２ｃの側から反射型ＬＣＤパネル１３に表示される画像を観察する。

対向面１２ｄは、入光面１２ａと対向する位置に配置されている。

また、導光板１２は、正面層１２１と、出光層１２２との２層を備える構成となっている。
正面層１２１は、観察者側面１２ｃを含む側に構成されており、光透過性を備えた樹脂を硬化させて構成されている。
出光層１２２は、出光面１２ｂを含む側に構成されており、光透過性を備えた樹脂を硬化させて構成されている。なお、正面層１２１と出光層１２２とは、同一素材により構成されていることが望ましい。例えば、正面層１２１及び出光層１２２は、両方を紫外線硬化型樹脂とするよい。なお、これに限らず、例えば、正面層１２１及び出光層１２２のどちらか片方を紫外線硬化樹脂により構成し、他方にポリカーボネート樹脂を用いてもよい。
正面層１２１と出光層１２２との界面は、図２中に一点鎖線と一部実線で示したように、斜面１２ｅと垂直面１２ｆとを連続して組み合わせた形状となっている。
また、正面層１２１と出光層１２２との界面の斜面１２ｅのうちの特定の複数の斜面には、半透過反射部１２ｇが設けられている。図１２中では、この半透過反射部は、太い実線で示されている。半透過反射部１２ｇは、導光板１２の内部に複数配置されており、入光面１２ａから入射する光のうちの所定の割合の光を透過して残る光を出光面１２ｂへ向けて反射するように構成されている。

導光板１２を作製するときには、正面層１２１、又は、出光層１２２のいずれか一方を先ず作製し、所定の斜面１２ｅに対してのみ半透過反射部１２ｇとなる膜を成膜し、その後、初めに作製した層に対して軟化した樹脂を塗布して硬化させることにより、他方の層を構成することができる。
例えば、正面層１２１を最初に作製する場合には、斜面１２ｅ及び垂直面１２ｆの形状に対応した型形状を備えた成形型を用いた樹脂成形によって正面層１２１を作製する。そして、作製された正面層１２１には、斜面１２ｅ及び垂直面１２ｆを備える単位形状１２１ａが連続して配置された状態となる。この多数ある斜面１２ｅのうち、予め決めた特定の斜面１２ｅについてのみ、スパッタや蒸着等の手法により、金属薄膜を形成して、半透過反射部１２ｇを作製する。このときの膜厚を調整することにより、半透過反射部１２ｇを透過する光と反射する光との光量比を任意に設定することが可能である。半透過反射部１２ｇが作製された後、その上に出光層１２２となる軟化した樹脂を塗布して硬化させることにより、単位形状１２１ａに対応した逆形状の単位形状１２２ａを備えた出光層１２２が形成されて、導光板１２が完成する。なお、出光層１２２を最初に作製してもよい。

図３は、面光源装置１０を正面方向（＋Ｚ側）から見た図である。図３中では、半透過反射部１２ｇが設けられている位置に斜線を付して示している。
半透過反射部１２ｇは、多数ある斜面１２ｅのうち、予め決めた特定の部位についてのみ設けられている。図３には、半透過反射部１２ｇの配置例を示している。
例えば、図３（ａ）の配置例では、半透過反射部１２ｇは、斜面１２ｅの全てには設けられておらず、所定の規則にしたがって間引いた形で配置されている。また、半透過反射部１２ｇは、光源部１１に近いほど、配置されている密度が低く、光源部１１から離れるにしたがい、配置されている密度が高くなっている。なお、図３（ａ）の例では、半透過反射部１２ｇが設けられている斜面１２ｅでは、入光面１２ａに平行な方向（Ｙ方向）については半透過反射部１２ｇが一様に配置されている。

また、例えば、図３（ｂ）に示す配置例のように、半透過反射部１２ｇは、入光面１２ａに平行な方向（Ｙ方向）における配置についても、その配置される位置を特定の部位についてのみ設けられるようにしてもよい。
さらに、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、いずれも所定の規則にしたがった配列になっているが、よりランダムな配置としてもよい。

図４は、第１実施形態の面光源装置１０における光路の例を示す図である。なお、図４は、各部の大きさを誇張して示していることから、光路についても、実際の光路よりも屈折による偏向等を誇張して示している。
本実施形態の面光源装置１０では、光源部１１から入光面１２ａに入射した光のうち、観察者側面１２ｃに斜めに到達する光は、観察者側面１２ｃの外側が空気であって屈折率が導光板１２よりも低いので、観察者側面１２ｃの内面で全反射して、図４中の左側（−Ｘの向き：導光方向）に進む。
一方、出光面１２ｂに斜めに到達する光は、その外側が空気であって屈折率が導光板１２よりも低いので、出光面１２ｂの内面で全反射して、図４中の左側（−Ｘの向き：導光方向）に進む。

このように、入光面１２ａから入射した光は、導光板１２の内部を入光面１２ａから対向面１２ｄへ向かって（−Ｘの向き：導光方向）導光される。
このとき、導光されている光が、半透過反射部１２ｇに到達すると、その光のうちの所定の割合の光（例えば、半分）が半透過反射部１２ｇで反射されて出光面１２ｂへ向かい、残る光が半透過反射部１２ｇを透過して導光方向へ引き続き進む。出光面１２ｂへ向かった光は、出光面１２ｂへの入射角度が全反射条件を満たさない角度（臨界角を超えない角度）であれば、出光面１２ｂから出光する。
また、入光面１２ａから導光板１２の板面に平行に進む光についても、半透過反射部１２ｇに到達すると、その光のうちの所定の割合の光（例えば、半分）が半透過反射部１２ｇで反射されて出光面１２ｂへ向かい、残る光が半透過反射部１２ｇを透過して導光方向へ引き続き進む。

ここで、従来からフロントライトに用いられている、出光側に微細な突起を複数設けた導光板５００を比較例として、本実施形態の導光板１２の作用及び効果について、以下に説明する。
図５は、比較例の導光板５００における光路の例を示す図である。
比較例の導光板５００は、出光面側に微細な突起５０１が多数突出して配置されている。光源部１１から導光板５００に入光した光は、全反射を繰り返しながら導光板５００内を進み、突起５０１に到達すると、全反射条件を満たさないことから、突起５０１から出光する。しかし、比較例の導光板５００では、その構成上、導光板５００の法線方向（Ｚ軸方向）に近い向きで出光する光の成分は少なく、Ｚ軸方向とのなす角度が大きい光の成分が多くなっている。

このように、比較例と比べると、本実施形態の導光板１２を備えた面光源装置１０が、非常に効率よく光を利用することが可能であることがわかる。
以上説明したように、第１実施形態の導光板１２を備えた面光源装置１０は、半透過反射部１２ｇを備えたことにより、入光面１２ａから入射する光のうち、板面の法線方向へ向けて出光する成分をより多くすることができ、光の利用効率を高めることができる。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態における導光板２１２を示す斜視図である。
第２実施形態の導光板２１２は、入光面２１２ａに、入射光制御部２１２ｈが設けられている他は、第１実施形態の導光板１２と同様な形態をしている。よって、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分については、重複する説明を適宜省略する。

第２実施形態の導光板２１２は、入光面２１２ａと、出光面２１２ｂと、観察者側面２１２ｃと、対向面２１２ｄとをその外周面に有している。このうち、出光面２１２ｂと、観察者側面２１２ｃと、対向面２１２ｄとは、それぞれ、第１実施形態の出光面１２ｂと、観察者側面１２ｃと、対向面１２ｄと同様である。また、第２実施形態の導光板２１２は、その内部に第１実施形態の導光板１２と同様な半透過反射部１２ｇを備えている。
ここで、第２実施形態の入光面２１２ａには、光源部１１から入射する光を偏向させる入射光制御部２１２ｈが設けられている。本実施形態の入射光制御部２１２ｈは、光源部１１側へ向けて突出した１つの凸レンズ形状に構成されている。

第２実施形態によれば、入射光制御部２１２ｈをさらに設けているので、光源部１１の延在する方向（Ｙ軸方向）において光の進行方向を制御できる。

（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。

（１）各実施形態において、導光板を構成する材料を具体的に記載しているが、これに限らず、材料は適宜選択可能である。例えば、導光板は、紫外線硬化型樹脂を硬化して構成してもよい。

（２）各実施形態において、半透過反射部１２ｇを設ける斜面１２ｅは、平坦な斜面である例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、斜面を曲面状の斜面としてもよい。

（３）第２実施形態において、入射光制御部２１２ｈは、光源部１１側へ向けて突出した１つの凸レンズ形状に構成されている例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、複数の微細なレンズ形状やプリズム形状等を多数並べて構成した入射光制御部としてもよい。

（４）各実施形態において、反射型の表示装置である反射型ＬＣＤパネル１３を正面から照明するフロントライトとして面光源装置１０を用いる例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、面光源装置１０は、透過型の表示装置を背面から照明するバックライトとして用いてもよい。

なお、第１実施形態〜第２実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した各実施形態によって限定されることはない。

１ 表示装置
１０ 面光源装置
１０ａ 表示面
１１ 光源部
１２ 導光板
１２ａ 入光面
１２ｂ 出光面
１２ｃ 観察者側面
１２ｄ 対向面
１２ｅ 斜面
１２ｆ 垂直面
１２ｇ 半透過反射部
１３ 反射型ＬＣＤパネル
１２１ 正面層
１２１ａ 単位形状
１２２ 出光層
１２２ａ 単位形状
２１２ 導光板
２１２ａ 入光面
２１２ｂ 出光面
２１２ｃ 観察者側面
２１２ｄ 対向面
２１２ｈ 入射光制御部
５００ 導光板
５０１ 突起

Claims (8)

1. 板状に構成された導光板の一端面であって光が入射する入光面と、
   前記入光面に交差し光が出射する出光面と、
   前記出光面と対向する正面と、
   前記入光面に対向する対向面と、
   を有し、前記入光面から入射した光を前記対向面側に導光し前記出光面から出射させる導光板であって、
   当該導光板の内部に複数配置され、所定の割合の光を透過して残る光を前記出光面へ向けて反射する半透過反射部を備える導光板。
2. 請求項１に記載の導光板において、
   前記出光面を含む出光層と、
   前記正面を含む正面層と、
   を備え、
   前記半透過反射部は、前記出光層と前記正面層との間の界面に配置されていること、
   を特徴とする導光板。
3. 請求項２に記載の導光板において、
   前記出光層及び前記正面層には、前記半透過反射部を構成可能な斜面を有する単位形状が前記入光面から前記対向面へ向かう方向に沿って複数連続して配置されて前記界面が構成されており、
   前記半透過反射部は、前記斜面のうちの特定の部位にのみ設けられていること、
   を特徴とする導光板。
4. 請求項３に記載の導光板において、
   前記半透過反射部は、前記入光面からの距離が離れるにしたがい、配置される密度が密になっていること、
   を特徴とする導光板。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の導光板において、
   前記入光面には、入射する光を偏向させる入射光制御部が設けられていること、
   を特徴とする導光板。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の導光板と、
   前記導光板の前記入光面と対向して配置され、前記入光面へ光を投射する光源部と、
   を備える面光源装置。
7. 請求項６に記載の面光源装置と、
   前記面光源装置の前記出光面側に配置された反射型の表示部と、
   を備える表示装置。
8. 請求項６に記載の面光源装置と、
   前記面光源装置の前記出光面側に配置された透過型の表示部と、
   を備える表示装置。

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