| 【発明の名称】 |
面光源装置及びこれを用いた液晶ディスプレイ装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】菅 義訓
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| 【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。 |
【特許請求の範囲】
【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。
【請求項２】 前記印刷パターンは、平均直径が５〜５００μｍ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。
【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。
【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。
【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【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。
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【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、１０１ｂ、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１２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、１６ｂ、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、１６ｂ、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１７、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（ＨＡＺＥ）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５０％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２５０μｍ｝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１３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２２０％（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。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５９６８
【氏名又は名称】三菱化学株式会社
【識別番号】３９３０３２１２５
【氏名又は名称】油化電子株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年９月２０日（１９９９．９．２０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８９２４４
【弁理士】
【氏名又は名称】遠山 勉 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−９３３１９（Ｐ２００１−９３３１９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年４月６日（２００１．４．６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２６６３１９ |
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