| 【発明の名称】 |
面光源装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】串田 尚
【氏名】内山 昭彦
【氏名】河田 功
【氏名】小野 雄平
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| 【要約】 |
【課題】散乱性のフィルムを用いた面光源装置の輝度の面内均質性を得る。
【解決手段】透明媒体からなり、光出射面と端面を有する端面入射型の導光体３、導光体３の光出射面と反対側に設置された正反射板、および導光体３の端面に装着した光源を主要な構成要素とし、導光体３の少なくとも片面に接着層を介してヘイズフィルムを接着することにより、光を出射する面光源装置であって、導光体３とヘイズフィルムとの接着部位を所望の面積および／または位置とすることにより出射光量をコントロールする面光源装置。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 透明媒体からなり、光出射面と端面を有する端面入射型の導光体、該導光体の光出射面と反対側に設置された正反射板、および該導光体の端面に装着した光源を主要な構成要素とし、該導光体の少なくとも片面に接着層を介してヘイズフィルムを接着することにより、光を出射する面光源装置であって、該導光体と該ヘイズフィルムとの接着部位を所望の面積および／または位置とすることにより、出射光量をコントロールする面光源装置。
【請求項２】 透明媒体からなり、光出射面と端面を有する端面入射型の導光体、該導光体の光出射面と反対側に設置された正反射板、および該導光体の端面に装着した光源を主要な構成要素とする面光源装置であって、パターニングされた接着層を介して該導光体の少なくとも片面にヘイズフィルムの一部分を接着することにより出射光量をコントロールする面光源装置。
【請求項３】 透明媒体からなり、光出射面と端面を有する端面入射型の導光体、該導光体の光出射面と反対側に設置された正反射板、および該導光体の端面に装着した光源を主要な構成要素とし、該導光体の少なくとも片面に接着層を介してヘイズフィルムを接着することにより、光を出射する面光源装置であって、該導光体の表面には凹凸が形成され、該ヘイズフィルムと該凸部が接着していることにより出射光量をコントロールする面光源装置。
【請求項４】 ヘイズフィルムがヘイズ異方性フィルムである請求項２または３記載の面光源装置。
【請求項５】 導光体とヘイズフィルムとの接着面積／非接着面積の割合が光源灯から離れるにしたがって大きくなる請求項１〜４のいずれかに記載の面光源装置。
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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に関し、更に詳しくは端面入射型の導光板にヘイズフィルムを設けることにより出射光量を制御できる面光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置は、薄く軽量であり、低電圧駆動であるため消費電力が少ないといった特徴を有しており、有力な画像情報表示装置として急成長している。
【０００３】液晶表示素子は捻じれた液晶を基板で保持したセルとその両側に直交に配置した偏光板によって構成されている。偏光板としては例えばPVA-よう素系のような配向した二色性色素を用いた二色性偏光板が用いられている。この二色性偏光板は互いに直交する偏光成分のうち一方の直線偏光性分のみを選択的に吸収し、他方の直線偏光性分のみを透過する事により、非偏光光を直線偏光に変換している。
【０００４】液晶表示装置ではバックライトにより出射された非偏光光は偏光板により直線偏光に変換され、液晶セル内を液晶分子の捻じれに沿って旋光するため出射側の偏光板で吸収されず表示光として出射される。反対にセルに電圧を印加すると液晶分子が電界方向に配列して捻じれがなくなるために、セルを透過した偏光は出射側偏光板で吸収される。
【０００５】液晶表示装置の光利用効率は、主として■偏光板の光透過率、■液晶パネルの開口率、■カラーフィルタの光透過率により規制される。ここで光利用効率が低い場合は映像光のコントラスト（相対輝度）が低くなるために、表示品位が低下してしまう。一方光源の出力を増強すれば、映像光のコントラストは増加するが、消費電力が増えてしまい、特に携帯機器として用いる場合に駆動時間が低下するといった問題が生じる。
【０００６】また映像光のコントラストを増す目的で、プリズムシート等を用いて光を集光する方法もあるが、この場合正面方向のコントラストは向上するもののそれ以外の角度では輝度が著しく低下し、近年の広視野角化の流れに相反するものとなる。
【０００７】光の利用効率の点で最も規制を受けるのは偏光板の光透過率である。光源光（非偏光光）から直線偏光を偏光板により抽出する過程では、理論上光の５０％以上が失われる。そこで光源光を直線偏光に変換し、この振動面を偏光板を透過する直線偏光の振動面を一致させると、光の利用効率は著しく向上する。
【０００８】例えばUSP 3,610,729号公報、USP 5,094,788号公報、USP 5,486,949号公報、WO95/17303号公報、WO95/17691号公報、WO95/17692号公報、WO95/17699号公報、等において2種類のフィルムを多層に積層した光学フィルムを用いて、一方の直線偏光のみを分離し、直交方向の直線偏光を反射、再利用する方法が開示されている。また特開平1−１３３００３号公報、特開平３−４５９０６号公報、特開平１０−３０７９号公報およびD.J.Broer, J.A.M.M.van.Haaren, G.N.Mol, F.Leenhouts; Asia Display '95, 735(1995)等において、コレステリック液晶と１／4波長板を用いる事により、一方の円偏光のみを選択的に透過し、他方を反射、再利用する事により光の利用効率を高める方法が開示されている。
【０００９】これらの方法は偏光への変換効率、光の利用効率向上といった点では効果が高いものの、厳密な高次構造を要求される事から製造が難しく、従って高価であるといった問題点がある。
【００１０】また特開平９−２６５０１０号公報、特開平９−２７４１０９号公報およびF.M.Weber; SID 93 DIGEST, 669(1993)においてブリュースター角を利用して、偏光分離を行う方式が開示されている。これらの方式は比較的安価に製造可能であるものの、偏光変換効率が不十分であり、更には偏光出射角の角度依存性が大きく、また得られる直線偏光の種類が限定されるといった問題がある。
【００１１】またO.A.Aphonin, et al.; Liq. Cryst., 15, 3, 395(1993)、O.A.Aphonin; Liq. Cryst., 19, 4, 469(1995)、特開平８−７６１１４号公報、特開平９−２７４１０８号公報において高分子と液晶の複合体を延伸する事により添加物を配向させた異方性散乱体を散乱型偏光板として用いる方法が開示されている。またH.Yagt, et al.; Adv. Mater., 10, 2, 934(1998)、M.Miyatake, et al.; IDW'98,247(1998)等で非相溶系の高分子ブレンドフィルムを延伸することにより同様に散乱型偏光板とする方法が開示されている。これらの方法は複合体の屈折率が液晶成分または高分子成分により限定されること、散乱効果を十分に取るには多重散乱させる必要がありその結果透過方向の透過率が低下すること等により大きな偏光効率を得る事が難しい。また散乱であるため光が散逸してしまい好ましくない。更には製造時に相分離等の技術を用いる必要があり、安定した製造が難しい。
【００１２】一方特開平９−２９７２０４号公報においては異方散乱を発現させる成分としてアスペクト比が1以上の繊維状あるいは板状の無機物を配列させたフィルムが開示されている。この方法で十分な異方散乱性を得るには、大量の無機物を添加する必要があり力学物性上非常に問題がある。従って大面積化や連続生産性に非常に問題がある。
【００１３】これらを解決する目的で特開平１１−２８１９７５号公報においてヘイズ異方性フィルム用いた偏光バックライトが開示されている。この方法の場合、利用されない偏光成分を導光板の複屈折性を用いて偏光解消し再利用している。この方法は光の利用効率が高まるという利点を有するものの、散乱性のフィルムを導光板に貼付する事から光の出射バランスが崩れる。また偏光を乱すことから背面のスクリーン印刷等を用いる事が好ましくないため均斉化の方法が問題であった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、散乱性のフィルムを用いた面光源装置の輝度の面内均質性を得ることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、ライトガイド（導光体）表面とヘイズフィルムが接着されているところのみから光が出射することに着目し、かかる接着部位を所望の大きさ、位置とすることが上記課題を解決することに極めて有効であることを見出した。
【００１６】すなわち本発明は、次のとおりのものである。
１． 透明媒体からなり、光出射面と端面を有する端面入射型の導光体、該導光体の光出射面と反対側に設置された正反射板、および該導光体の端面に装着した光源を主要な構成要素とし、該導光体の少なくとも片面に接着層を介してヘイズフィルムを接着することにより、光を出射する面光源装置であって、該導光体と該ヘイズフィルムとの接着部位を所望の面積および／または位置とすることにより、出射光量をコントロールする面光源装置。
２． 透明媒体からなり、光出射面と端面を有する端面入射型の導光体、該導光体の光出射面と反対側に設置された正反射板、および該導光体の端面に装着した光源を主要な構成要素とする面光源装置であって、パターニングされた接着層を介して該導光体の少なくとも片面にヘイズフィルムの一部分を接着して接着部位から光を出射させ、出射光量をコントロールする面光源装置。
３． 透明媒体からなり、光出射面と端面を有する端面入射型の導光体、該導光体の光出射面と反対側に設置された正反射板、および該導光体の端面に装着した光源を主要な構成要素とし、該導光体の少なくとも片面に接着層を介してヘイズフィルムを接着することにより、光を出射する面光源装置であって、該導光体の表面には凹凸が形成され、該ヘイズフィルムが該凸部のみと接着している接着部位から光を出射させ出射光量をコントロールする面光源装置。
４． ヘイズフィルムがヘイズ異方性フィルムである上記２、３の面光源装置。
５． 導光体とヘイズフィルムとの接着面積／非接着面積の割合が光源灯から離れるにしたがって大きくなる上記１〜４の面光源装置。
【００１７】本発明によれば、接着層を所望の大きさ、位置等にパターニングしてヘイズフィルムとライトガイドが接着している面積、位置を選定することにより、その接着部位からの光の出射量をコントロールすることができ、ひいてはバックライトの均斉化を達成することが可能になる。特にヘイズフィルムとしてヘイズ異方性フィルムを用いた場合は、出射する光は偏光度が大きいため偏光性面光源装置とすることが可能であり、液晶ディスプレイ等の輝度向上に極めて有効である。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明する。
【００１９】透明媒体からなる端面入射型の導光体、該導光体の出射面と反対側に設置された正反射板、及び該導光板の端面に装着した棒状の光源灯を主要な構成要素とする面光源装置において、透明な平板導光体を用いた場合、光は導光体内を導光体と空気の界面で全反射しながら進むため導光体の端面以外から出射することはない。しかしそこに散乱能を有するもの等光の反射角度を変化させるものが存在すると、散乱により導光体／空気界面への入射角が変わり、それにより導光体の全反射角を破って光が出射する。通常のバックライトはこの性質を利用し、散乱要素のスクリーン印刷、プリズムの形成、微小光学系の形成により光を出射させている。また均斉化を行うため、そのパターンも光源灯付近ほど少なく離れるにしたがって多くする等の工夫がなされている。
【００２０】同様に導光体に散乱能を有するフィルムを貼付すると、散乱により全反射が破られて光が出射する。しかし光源灯に近いところで光が強く出射し、離れるにしたがって導光体内の光の絶対量が低下するため出射光が弱くなり均斉化を達成する事ができない。
【００２１】そこで本発明ではヘイズフィルムと板状等の導光体との接着部位の面積や位置をコントロールすることにより、光の出射量をコントロールし均斉化を図るものである。この際接着部位においては導光体中の光が粘着層を通過してヘイズフィルムに達し、散乱を受ける事により出射する。一方接着されていない部位は導光体とフィルムの間に空気層が存在するため、導光体／空気界面で反射され、光がヘイズフィルムに達することはないため、散乱を受けず、したがって光は実質的に出射しない。
【００２２】そこでこの性質を利用して光源から離れるにしたがって接着面積や接着位置を増やすことにより、面光源装置としての均斉化を達成することが可能となる。
【００２３】導光体とヘイズフィルムとの接着部位を所望の面積および／または位置とする方法としては、接着層をパターニングする方法、表面に凹凸が形成されている導光板を用い、該導光板の凹凸表面に、接着層を有するヘイズフィルムを配置する方法等が挙げられる。
【００２４】接着層をパターニングして接着部位の位置や面積をコントロールする方法としては、例えば、スクリーン印刷あるいはディッピィング等を用いて粘着剤を予め決められたパターンにしたがって塗布することにより塗布部分に接着剤を設ける方法等が挙げられる。
【００２５】導光体に凹凸をつける方法としては、例えばスタンパー成型等により導光体表面に微細な凹凸状のパターンを形成させる。そこで接着剤付きのヘイズフィルムを該導光板の凹凸面に貼付すれば凸部のみがフィルムと接着する事になり、パターンを形成することが可能になる。
【００２６】なお、上記接着層は、接着剤、粘着剤のいずれを用いても形成することができる。
【００２７】本発明はヘイズフィルムとしてヘイズに異方性を有するフィルム（ヘイズ異方性フィルムという）を用いる事が好ましい。ヘイズとはＨ(%) ＝ Ｔｄ／Ｔｔ ｘ １００で表わされる値である。ここでＴｄは拡散光透過率、Ｔｔは全光線透過率である。つまりヘイズとは透過光に対する拡散光の割合を示しており、値が大きいほど光が散乱され易い。本発明におけるヘイズの異方性とは、直線偏光を入射光とする場合に、その直線偏光の振動方向により、散乱の効率が異なる現象を言う。
【００２８】上記ヘイズ異方性フィルムは、直線偏光の偏光面を面内で回転させてヘイズ測定を行った場合、最も高いヘイズの値をＨMAX、最も低い値をＨMINとした場合、ＨMAX／ＨMINの値が大きいほど好ましい。特にＨMIN〜０であることが理想である。好ましくはＨMAX／ＨMIN≧１．０５である。より好ましくはＨMAX／ＨMIN≧１．２０である。
【００２９】本発明ではこのようなヘイズフィルムとしてヘイズ異方性フィルムを用いることにより、偏光性面光源装置とすることが可能であり、液晶表示素子等に用いた場合輝度が著しく向上する。
【００３０】本発明においては、偏光度δの値がδ＞１５％であると、出射する光が偏光性に富む偏光性面光源装置を提供することができる。ここで偏光度δは、偏光板を面内で廻しながら出射偏光の輝度測定を行った場合にδ＝（最大輝度−最小輝度）／（最大輝度＋最小輝度）
で表すものとする。
【００３１】以下本発明の偏光分離の原理を説明する。図２の様なライトガイドに端面から光を入射した場合、入射光はライトガイドと空気の界面で反射を繰り返しながら進んでいくため、光は端面以外から出射することはない。
【００３２】しかし本発明では以下の図１および図３のように、ライトガイド表面にヘイズ異方性フィルムを設ける。本発明ではヘイズ異方性フィルム（１）の貼付方向により、好適な偏光を任意に選択することが可能であるが、ここでは例としてヘイズの異方性が、紙面に垂直な電界の振動面を持つ直線偏光に対してヘイズが高く、紙面と平行な電界の振動面を持つ直線偏光に対してヘイズが低い場合を挙げて説明する。この場合ライトガイド内（及びヘイズ異方性フィルム）を進んできた非偏光光のうち紙面に垂直な偏光成分は散乱異方性因子によって散乱され、一部はヘイズ異方性フィルムと空気の界面に臨界角より深い角度で入射するため反射を受けず透過し、偏光光として出射する。一方紙面と平行な偏光成分は散乱されないためこれまで通り臨界角より浅い角度でヘイズ異方性フィルム（１）と空気の界面に入射し、従って全反射されライトガイド（及びヘイズ異方性フィルム）の中を伝達して行く。従って図の上面、あるいは下面から出射する光は常に紙面と垂直な電界の振動面を持つ直線偏光となり、非偏光光から特定の直線偏光を分離することが可能となる。
【００３３】以上のような機構で偏光分離を行うため、ヘイズ異方性フィルムは接着層（２）を介して導光体（３）に貼付される必要がある。また取り出される直線偏光は散乱軸と平行な振動面をもつ光となるため、ヘイズ異方性フィルムの散乱軸と偏光板の透過軸は一致させる必要性がある。
【００３４】このシステムにおいて散乱されなかった紙面と平行な偏光成分は導光体に閉じ込められ、導光体の複屈折性により偏光解消され、再び非偏光光として有効利用される。
【００３５】図４においては、ヘイズフィルムと導光体の接着部位がパターニングされている。その結果フィルムと導光体が接着している部位からは偏光光が出射し、一方非接着部位は導光板−空気界面で全反射するため光は出射しない。従って接着部位と非接着部位のバランスを取る事により全体として均斉化された（偏光性）面光源装置とする事が可能である。
【００３６】接着部位のパターンはヘイズフィルムの散乱能により異なってくるが、光源灯から離れるにしたがって接着面積は広くする事が好ましい。接着部位は円形、楕円形、線形、点状など特に制限はない。
【００３７】接着層の厚みとしては、通常、１０〜６０μｍである。
【００３８】ヘイズフィルムは、ある程度の散乱性を有し、基本的に着色のないフィルムであれば制限はない。例えばポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム、アクリルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、ポリスルホンフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、アセテートフィルム等を好ましく例示できる。これらは延伸して用いてもよい。また、ヘイズフィルム中には粒子等の添加剤を含むことができる。
【００３９】
【発明の効果】本発明によると、導光体表面にヘイズフィルムを、接着面をコントロールして貼付することにより、面内の均斉化を達成した面光源装置を得ることが可能である。特にヘイズフィルムとしてヘイズ異方性フィルムを用いることにより、偏光を出射する偏光性面光源装置とすることが可能であり、これにより汎用液晶表示装置のように直線偏光を用いる画像表示装置における光の利用効率を向上させる事ができ、偏光光が必要な液晶表示素子のバックライトとして用いた場合、輝度向上、低消費電力化を達成することができる。
【００４０】
【実施例】以下実施例を挙げて本発明を説明する。ただし本発明はこれに限定されるものではない。
【００４１】本実施例では貼付の有無およびヘイズフィルムのヘイズの値により光の出射量が異なる事を示し、接着のコントロールにより均斉化が理論上可能である事を示す。
【００４２】［実施例１］ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂（帝人（株）製 ＦＫ−ＯＭ）に添加剤として真球状シリカ（平均粒系0.3μｍ）を０．１５重量％加えて混練押し出しした後、１００℃にてＩＲ延伸法によりフィルムの走行方向（ＭＤ方向）に３．６倍にＭＤ1軸延伸し、厚さ５０μｍのフィルムを得た。
【００４３】このフィルムのヘイズの異方性は日本電色工業（株）製 デジタル濁度計ＮＤＨ−２０Ｄを用い、ＭＤ方向に電界の振動面を持つ直線偏光を入射光として測定した場合（ＨMD）とフィルム面内においてＭＤ方向と直交方向（ＴＤ方向）に電界の振動面を持つ直線偏光を入射光として測定した場合（ＨTD）の比ＨMD／ＨTDで表わす。
【００４４】またこのポリエチレンテレフタレートのＭＤ方向の屈折率をｎ１MD、ＴＤ方向の屈折率をｎ１TD、真球状シリカのＭＤ方向の屈折率をｎ２MD、ＴＤ方向の屈折率をｎ２TDとする。
【００４５】この1軸延伸フィルムを、粘着剤（綜研化学（株）製 ＳＫダイン登録商標１８１１Ｌ）を用いて、導光坂として８０ｍｍ×８０ｍｍ×２ｍｍのアクリル板の上面に、図１に示すように、粘着部位と非粘着部位が生じるように貼り、更に、管径３ｍｍ、管長１００ｍｍ、中心輝度１万ｃｄ／ｍ2の棒状の光源灯（冷陰極管）を、光入射端に装着した。この際冷陰極管と貼付したフィルムのＭＤ方向が平行となるようにした。この際粘着層の厚みは１０μｍであった。また光源灯の導光板に対面していない部分と、導光板の光入射面以外の端面、および導光板の出射面の裏面をアルミ蒸着フィルムで被覆した。
【００４６】上記導光板上に偏光板を置きそれを回転させながら輝度計（ミノルタカメラ（株）製 ＬＳ−１１０）にて粘着部位と非粘着部位それぞれ測定し、その輝度から偏光度を以下の式で計算した。
偏光度δ(%)＝（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ）×１００【００４７】ここでＳは光源灯と平行な電界の振動面を持つ偏光光の輝度、Ｐはそれと直交する振動面を持つ偏光光の輝度である。
【００４８】結果を表１に示した。
【００４９】［実施例２］シンジオタクチックポリスチレン樹脂０．２重量部、ポリエチレンナフタレート樹脂（帝人製 ＦＱ−ＱＢＡ）９９．８重量部を池貝鉄鋼（株）製2軸押し出し混練機 ＰＣＭ−３０を用いて３００℃で溶融混練し、製膜した。得られたフィルムを１３０℃で１ｃｍ／秒の速度で５倍にＭＤ１軸延伸してヘイズ異方性フィルムを作成した。またポリエチレンナフタレートのＭＤ方向の屈折率をn1MD、ＴＤ方向の屈折率をn1TD、シンジオタクチックポリスチレンのＭＤ方向の屈折率をn2MD、ＴＤ方向の屈折率をn2TDとして測定を行った。
【００５０】このフィルムを用いた以外は実施例１と同様にしてサンプルを作製し測定を行った。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【００５３】このように、実施例１、実施例２ともに接着部位では直線偏光が出射しているのに対し、非接着部位では光の出射が認められない。この性質を利用してヘイズフィルムと導光板の接着面積あるいは位置をコントロールする事により、面内輝度均一化（均斉化）を達成することが可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３００１
【氏名又は名称】帝人株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１２月２６日（２０００．１２．２６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７２６３
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 純博
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１９７９０９（Ｐ２００２−１９７９０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年７月１２日（２００２．７．１２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３９４４０１（Ｐ２０００−３９４４０１） |
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