JP3676425B2 - 導光板 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば、液晶表示面を照明する面光源装置に用いられる導光板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
平面ディスプレイとして注目を浴びている液晶は、それ自身は非発光であるので何らかの方法で照明しなければならない。照明方法として外光の反射を利用する反射型、またバックライト等を利用する透過型が知られている。中でも輝度や、薄型の点で透過型、特に導光板の側面近傍に光源を配置するエッジライト方式の導光板を用いるのが一般的である。
【０００３】
先に本出願人らは、部品点数の少ない構成で、光輝度且つ薄型の導光板として特開平6-3529号を提案した。図８は特開平6-3529号での導光板の構成図である。図において、８１は透過面８２と透過面８２と対向し光を透過面８２に反射する反射面８３とを具備する導光板である。導光板８１の反射面８３と略直交する入射面８９には、導光板８１内に光を出射する線状の光源８４が配設されている。８５は光源８４より出射する光を導光板８１方向に反射する反射板である。
【０００４】
導光板８１の透過面８２側には、透過面８２より出射する光を拡散する拡散シート８６が配設されている。一方、導光板８１の反射面８３側には、光源８４に対向する同一形状の突条８７が0.1mm以上5mm以下の間隔で複数条形成されている。突状８７は、透過面８２となす角90°である反射斜面a９２と透過面８２となす角33°である反射斜面b９１とから構成されている。図において、左方から右方へ通過する光線が突条８７に入射する場合には、反射斜面b９１に当たる構成となっている。更に、導光板８１の反射面８３には、反射蒸着膜８８が形成されている。
【０００５】
次に、上記構成の動作を説明する。光源８４から出射された光線のうち一部は、反射板８５に反射され、他の一部はダイレクトに入射面８９から導光板８１内に入射する。突条８７に入射する光線は突条８７の形状から反射斜面b９１に当り、反射蒸着膜８８で透過面８２方向に鏡面反射され、透過面８２より出射する。透過面８２を出射した光は、拡散シート８６で拡散される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各突条８７の反射斜面b９１へ入射する光線群の角度分布は、光源からの距離によって異なる。図９は本発明の第一実施例の導光板において入射面から20mmの位置の突条の反射斜面bに入射する光線の角度分布を示す図、図１０は本発明の第一実施例の導光板において入射面から150mmの位置の突条の反射斜面bに入射する光線の角度分布を示す図である。これらの図よりわかるように、光源８４から離れれば、離れるほど、突条８７へ入射する光線の角度分布のピーク角は０°方向に移動する。つまり光源８４から遠い突条８７に入射する光線は０°に近い光線の割合が多くなっている。尚、これらの図における光線角度定義は、図８に示す。
【０００７】
しかし、上記構成の導光板８１は、どの突条８７も同じ形状、つまり、反射斜面b９１の透過面８２に対するなす角はどの突条８７も等しいので、各突条８７で反射され導光板８１の透過面８２方向に進む光線群の進行方向は光源８４からの距離によって異なってくる。つまり、透過面８２での光線群の出射特性が場所により異なり、すべての場所で輝度のピークが正面方向(透過面８２に直交する方向)には向かない。
【０００８】
また、上記構成の導光板８１の突条８７の配設ピッチが0.1mm以上5mm以下と大きいため、突条８７だけが明るく、突条８７の周りが暗くなり、ピッチが大となる場所では明暗の縞が見えてしまい、面光源として好ましくない。よって、図８に示す構成では、面光源としての視覚影響を考え、導光板８１の透過面８２に拡散シート８６を配設し、光線群を拡散している。しかし、この拡散シート８６を設けることにより、正面方向の輝度が下がるという別の問題点が発生する。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、輝度ムラがなく、正面方向の輝度が高く、構成が簡単な導光板を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を本発明は、線状の光源に対向する入射面から入射した光を、該入射面と略直交する透過面を介して、外部に導く導光板において、
前記透過面と対向し、光を前記透過面に反射する反射面に突条あるいは溝を形成した反射部を設け、
前記反射部と前記透過面とのなす傾斜角度を光源から遠ざかるにつれて大きくし、
隣り合う反射部の間隔を100μm以下としたものである。
【００１１】
上記発明において、導光板は、プラスチック材料から成ることが望ましい。
又、導光板の各面および溝または突起の各面は、略平滑面であることが望ましい。
【００１２】
反射面の単位面積に占める前記反射部の前記反射面への投影面積が、光源から遠ざかるにつれて増加していることが望ましい。
【００１３】
導光板は、光源から遠ざかるにつれてその厚さが薄くなることが望ましい。
【００１４】
【作用】
本発明の導光板において、光源からの光は、光源から離れるほど、図９及び図１０に示すように角度分布のピーク角が0°方向に移動する。よって、光源から遠ざかるにつれて反射部と透過面とのなす傾斜角を大きくすることにより、光の角度分布のピーク角度が同一方向に向かうように反射部で反射され、透過面を透過する光線群の輝度の最大値が正面方向に向かう。
【００１５】
又、隣り合う反射部の間隔を100μm以下にしたことにより、明暗の縞が見えなくなる。また乱数的なピッチで反射部を形成したことにより、広い範囲でモアレが発生するのを防ぐことができる。これらにより、面光源装置の拡散シートを不要とすることができる。
【００１６】
更に、導光板内の光は、光源から遠ざかる程反射部への到達光量は少なくなるが、図１１に示すように反射面の単位面積に占める反射部の反射面への投影面積(図の斜線で囲んだ部分の面積)を増加させることで光量の減少分をカバーしているので、透過面を透過する光量は光源からの位置に関わらず略一定する。
【００１７】
【実施例】
次に、図面を用いて本発明の実施例を説明する。図１は本発明の第一実施例を説明する構成図、図２は図１における反射部を説明する図、図３は図１におけるA方向矢視図、図４は図１における反射斜面bの傾斜角度と反射部の入射面からの距離との関係を説明する図、図５は図１における反射面の単位面積に占める反射部の反射面への投影面積の割合と入射面からの距離を説明する図、図６は図１における構成の導光板の光源からの距離とその場所での正面輝度との関係を説明する図、図７は突条の他の実施例の構成図、図１２は図１における乱数的なピッチを説明する図、図１３は本発明の第二実施例を説明する構成図、図１４は図１３における反射部を説明する図である。
【００１８】
先ず、図１において、１は透過面２と、透過面２と対向し透過面２に光を反射する反射面３とを具備する導光板である。導光板１の反射面３と略直交する入射面１１には、発散光を出射する線状の光源４が配置されている。５は光源４より出射する発散光を導光板１方向に反射する反射板である。尚、本実施例の導光板１は光源４からの距離に応じて漸次的に厚さが薄くなるように形成されている。ここでいう厚さとは、透過面２と反射面３との間隔のことであり、突条８部分はこの限りではない。
【００１９】
導光板１の反射面３側には、光源４と略平行に反射斜面a９および反射斜面b１０を持つ反射部６である突条８が形成されている。反射部６とは、反射面３に対し凹凸である形状であればよく、反射部６で鏡面反射した光線が透過面から透過させる働きを持つ。
【００２０】
尚、図１に示す本実施例の導光板１の大きさは、下記の通りである。
L = 160mm
h1= 3mm
h2= 2mm
d = 20μm以上60μm以下
突条８は100μm以下の乱数的なピッチで複数条形成されている。尚、ここでいう乱数的なピッチとは、図１２にあるようにピッチを数列で表した場合全く無相関な数列であるようなピッチという意味である。更に、導光板１の反射面３には、アルミ・銀などの光の吸収の少ない反射膜としての反射蒸着膜７が形成されている。凹凸のある面に対して膜厚均一性の制限がない条件下では、蒸着法により反射膜を形成すると大量生産に有利となる。更に、導光板１の透過面２側には、液晶表示面１４が配設されている。
【００２１】
図２は反射部としての突条を説明する図である。各突条８は反射斜面a９および反射斜面b１０を持ち、各突条８に入射する光線は突条８の形状すなわち反射斜面a９の傾斜角度a１２および反射斜面b１０の傾斜角度b１３により反射後の光線経路が求まる。
【００２２】
導光板１内の光線群は、光源４から離れるほど、図９、図１０に示したように突条８への入射光線の角度分布のピーク角が0°方向に移動している。従って、図２に示す透過面２と反射斜面b１０とのなす角である傾斜角度b１３を光源４から離れるほど大きくし、各反射部６である反射斜面b１０で反射される光線の角度分布のピーク角を同一方向(正面方向)に向くように設定している。こうすることで、光源４からの位置に関わらず透過面２を透過する光線群の輝度のピークが正面方向に向かう。
【００２３】
更に、光源４から離れるほど突条８の配設ピッチを狭めて、ないしは、突条８の幅dを大きくして、図１１の斜線部分に示す反射面３の単位面積に占める突条８の反射面３への投影面積の割合を、図５に示すように光源４から離れるほど大きくしている。
【００２４】
尚、本実施例の導光板１は微幅な突条８を形成することから圧縮成形等の成形品であり、コストや光線の内部透過率及び生産品の再現性などから、アクリル・ポリカーボネイトなどの光学プラスチック材料を用いた。導光板の金型を平滑面加工しておけば、光線追跡法にて導光板１の入射面１１から入射した光線が透過面２のどこの位置からどんな角度で出射するのかがシミュレーションできる。特開平6-3529号等のように、拡散作用を持つシートまたは形状が導光板の中に存在すると、光線追跡法にて正確にシミュレーションできなくなる。導光板１の反射面３の金型は、平面研磨した金型に先端がV字型形状をしたダイヤモンドバイト、Rバイト、鋭角バイトで切削加工を行い、突条８を形成した。
【００２５】
反射斜面a９および反射斜面b１０の傾斜角度を変化させる方法として、バイトの取り付け角度を場所毎で変える方法や、また、先端形状の異なる複数のバイトを場所毎で適宜使用する方法等がある。
【００２６】
次に、上記構成の動作を説明する。光源４から出射された光線のうち一部は、反射板５に反射され、他の一部はダイレクトに入射面１１から導光板１内に入射する。
【００２７】
そして、光線の一部はダイレクトに反射面３の反射部６である突条８に、他の一部は導光板１内の透過面２や反射面３で何回か全反射した後、反射面３の反射部６である突条８に入射する。本実施例では反射斜面b１０と透過面２とのなす角である傾斜角度b１３を32°以上36°以下、突条の頂角を90°にしているため、突条８に入射する光線は反射斜面b１０に当たる。入射した光線は反射蒸着膜７があるため反射部６である反射斜面b１０で鏡面反射され透過面２方向に反射し、液晶表示面１４を照明する。
【００２８】
上記構成によれば、次のような効果を得ることができた。
(1) 各突条８に入射する光線の角度分布をシミュレーションにより求め、反射部６である反射斜面b１０と透過面２とのなす角である傾斜角度b１３を、光源４からの距離によって、変化させたことにより、場所によらず輝度の最大値が観察者方向である正面方向で得られる。
【００２９】
(2) 又、隣り合う反射部６の間隔を100μm以下にしたことにより、明暗のムラがなくなる。これにより、拡散シートが不要となり、更に、正面方向の輝度の低下を防止できる。
【００３０】
(3) 導光板１内の光は、光源４から遠ざかる程到達光量は少なくなるが、反射部の反射面への投影面積を光源４から遠ざかるにつれて増加させたことにより、光源４からの位置に関わらず透過面２を透過する光量は略一定となり、図６に示すように輝度ムラがなくなる。
【００３１】
(4) 突条８の配設ピッチを乱数的なピッチとしたことにより、たとえ、ある２つの突条８で光線の屈折が干渉を強め合う条件であったとしても、その隣の突条８との光線に対して干渉を強め合う確率は低いので、広い範囲でのアモレの発生が防止できる。
【００３２】
尚、本発明は上記実施例に限るものではない。上記実施例において、光源４は発散光を出射するので、反射板５を用いて導光板１内に光を導くようにしたが、指向性のある光源であるならば、反射板５は不要である。
【００３３】
重量の軽減、ＩＣ等の配置スペースが確保等の理由により、導光板１の厚さを光源４からの距離に応じて漸次的に薄くなるように形成したが、このようなニーズがなければ、均一な厚さでもよいことはいうまでもない。
【００３４】
導光板１を左方から右方へ通過する光線が突条８に当たる場合、反射斜面b１０にだけ当たる構成としたが、反射斜面a９にもあたるような突条８の構成にしてもよい。この場合は、傾斜角度a１２または傾斜角度b１３の少なくともどちらか一方を光源４から遠ざかるにつれて変化させればよい。
【００３５】
上記実施例の突条８は光源４と略平行に形成したが、これに限定するものではない。例えば、図７(a)に示すように、円弧状に突条１７を形成してもよいし、図７(b)に示すように、折れ線状の突条１８を形成してもよいし、図７(c)に示すように、斜めに交差する突条１９でもよい。この様な突条を光源と非平行の形状にすることにより、光線の干渉により発生するモアレ縞の影響を低減できる。
【００３６】
更に、上記実施例では、反射蒸着膜７は導光板１の反射面３全域に形成したが、最小限反射斜面b１０に反射蒸着膜を形成することで足りる。この場合は、反射面での光線の反射率が上がるため、より輝度の高い導光板が得られる。
【００３７】
更に又、上記実施例は反射部を突条としたが、図１３に示すように逆に反射部を溝としてもよい。この場合は、図１４にあるように、溝５７の頂角６５を90°、反射斜面a５５の傾斜角度a６３を図４のように光源５３から離れるほど大きくすればよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、導光板の反射面に光源からの光の角度分布のピーク角度が同一方向になる反射部を設けたことにより、輝度の最大値が正面方向にどの場所でも向かう。隣り合う反射部の間隔を100μm以下にしたことにより、明暗の縞が見えなくなる。また、乱数的なピッチで反射部を形成したことにより、広い範囲でモアレが発生することを防ぐことができる。これらにより、拡散シートを省略可能となり構成が簡単となる。
【００３９】
導光板内の光は、光源から遠ざかる程到達光量は少なくなるが、反射部の反射面への投影面積が光源から遠ざかる程大きくすることで光量の減少分をカバーしているので、光源からの位置に関わらず、透過面を透過する光量は略一定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例を説明する構成図である。
【図２】図１における反射部を説明する図である。
【図３】図１におけるA方向矢視図である。
【図４】図１における反射斜面bの傾斜角度と反射部の入射面からの距離との関係を説明する図である。
【図５】図１における反射面の単位面積に占める反射部の反射面への投影面積の割合と入射面からの距離を説明する図である。
【図６】図１における構成の導光板の光源からの距離とその場所での正面輝度との関係を説明する図である。
【図７】突条の他の実施例の構成図でである。
【図８】特開平6-3529号での導光板の構成図である。
【図９】本発明の第一実施例の導光板において入射面から20mmの位置の突条の反射斜面bに入射する光線の角度分布を示す図である。
【図１０】本発明の第一実施例の導光板において入射面から150mmの位置の突条の反射斜面bに入射する光線の角度分布を示す図である。
【図１１】反射面の単位面積に占める反射部の反射面への投影面積を説明する図である。
【図１２】図１における乱数的なピッチを説明する図である。
【図１３】本発明の第二実施例を説明する構成図である。
【図１４】図１３における反射部を説明する図である。
【符号の説明】
１ 導光板
２ 透過面
３ 反射面
４ 光源
５ 反射板
６ 反射部
７ 反射蒸着膜
８ 突条
９ 反射斜面ａ
１０ 反射斜面ｂ

Claims (5)

1. 線状の光源に対向する入射面から入射した光を、該入射面と略直交する透過面を介して、外部に導く導光板において、
   前記透過面と対向し、光を前記透過面に反射する反射面に突条あるいは溝を形成した反射部を設け、
   前記反射部と前記透過面とのなす傾斜角度を光源から遠ざかるにつれて大きくし、
   隣り合う反射部の間隔を100μm以下としたことを特徴とする導光板。
2. 前記導光板は、プラスチック材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
3. 前記導光板の各面および溝または突条の各面は、略平滑面であることを特徴とする請求項１又は２記載の導光板。
4. 前記反射面の単位面積に占める前記反射部の前記反射面への投影面積が、光源から遠ざかるにつれて増加していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の導光板。
5. 前記導光板は、光源から遠ざかるにつれてその厚さが薄くなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の導光板。

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