JPH08227015A

JPH08227015A - 導光板

Info

Publication number: JPH08227015A
Application number: JP3347495A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Saito; 真一郎斉藤
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1995-02-22
Filing date: 1995-02-22
Publication date: 1996-09-03

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶表示素子を照射するバックライトに使用
されるエッジライト方式の導光板において、導光板内部
を導光する光を効率良く液晶表示素子側に屈折し、且つ
生産性の良い導光板を得る。【構成】線状の光源１０に隣接配置された導光板１
は、樹脂材料の基板９と、基板９の液晶表示素子１５と
略平行な面となる透過面３上に微小突起４とから形成さ
れる。突起４は2P法により多数形成される。突起４の断
面形状は略三角形の鋭角三角形状をしており、突起傾斜
角度が90度以上かつ150度以下とする。突起４の屈折率
は基板９の屈折率より大とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子のバックラ
イトに使用される導光板、特にエッジライト方式で使用
される導光板に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子の照射方法としてはエッジ
ライト方式のバックライトが主流となっている。液晶ユ
ニットの低消費電力の要求から、光の利用効率の高い導
光板に関し数多くの提案がなされている。

【０００３】図５は特開平6-75123号公報に開示されて
いる導光板を示している。図において、導光板４０上に
は、断面鈍角三角形状の突起４２が形成され、光源４１
から発せられた光がこの突起４２に入射すると必ずこの
突起４２から突起４２外部へ出射する構成となってい
る。

【０００４】これにより、導光板４０の下側に配置され
る反射シートが不要とし、突起４２に入射した光を液晶
表示素子側に出射させることができる。図６は、特開平
6-235917号公報に開示されている導光板を示している。
図において、屈折率n₁の導光板５０上に、屈折率n₂がn₂
≧n₁を満足する透明な高屈折率部分としての角柱５１が
設けられ、この屈折率の条件から、導光板５０内の光が
透明な高屈折率部分としての角柱５１から外部に出射す
る構成となっている。

【０００５】図７は同じく、特開平6-235917号公報に開
示された導光板を示している。図において、屈折率n₁の
導光板６０上に、屈折率n₂がn₂≧n₁を満足する透明な高
屈折率部分としての楕円状突起６１が設けられ、この屈
折率の条件から、導光板６０内の光が透明な高屈折率部
分としての楕円状突起６１から外部に出射する構成とな
っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来技
術の各導光板においては、下記のような問題点がある。 (1) 特開平6-75123号公報記載の導光板突起４２に入射した光線はこの突起４２から外部へ出射
するが、この事から突起に入射した光線が導光板から必
ず出射するとは限らない。図８は特開平6-75123号公報
記載の実施例の突起について、光線のトレースを行った
一例である。導光板の屈折率を1.50とし、開口率75％(3
/4)・透過面に対してなす角6度を持って突起４２に入射
した光線は一旦突起４２外部へ出射するが、隣の突起４
２に再入射してしまい、結局は3個の突起４２を経由し
た後、導光板４０内部を再導光してしまう。

【０００７】また、透過面に対してなす角6度を持って
入射しても、突起４２に当たる場所が異なると、図９に
もあるように3個の突起４２を経由した後、導光板４０
の反射面から下側に透過してしまう。

【０００８】よって、特開平6-75123号公報の明細書内
に記載された『導光板の下面から外部に出射することの
ない』を満足する突起形状は示されていないことにな
る。更に、図５に示すように、突起４２の断面形状にお
いて、突起傾斜角度４３が70度である鈍角三角形状をし
ている。従って、金型加工が難しく、成形法による形成
は非常に困難である。又、この突起４２を微小に形成す
ることは難しいので、導光板の厚みが増したり拡散シー
トを用いてもこの突起形状が観察されてしまうといった
問題が生じる。

【０００９】(2) 特開平6-235917号公報記載の導光板図６に示す導光板５０においては、角柱５１の上部平面
５２から外部に出射する光線が記載されているが、この
屈折がなされるのは、導光板５０の透過面に導光板の臨
界角以下の入射角を以て光線が角柱５１に入射しなくて
はならない。

【００１０】従って、このような光線は透明な高屈折率
部分である角柱５１が存在しなくとも導光板５０の透過
面から外部に出射する。又、角柱５１の側面から出射す
る光線が記載されているが、n₂＜n₁の屈折率であっても
側面から多くの光線が出射するのは明らかである。

【００１１】又、角柱５１の高さが幅に比べて小さい場
合には、角柱５１上部に当たる確率が増えるので効果的
とは言えない。このように、単純にn₂≧n₁であることで
は不十分であり、境界面で光線の入射角が臨界角以下と
する制御法が必要である。

【００１２】又、透明グレードの高屈折率素材で、コス
ト・量産性の両方を満足する素材は限られており、n₂=
1.60が今現在限界であることを考えると、例えば、n₁=
1.492(PMMA)とn₂=1.60との差だけで光線を導光板外部に
効果的に出射することは困難である。

【００１３】次に、図７に示す導光板６０においては、
楕円形状突起６１の曲面は、全反射条件を崩すような境
界面とならなければならず、製造が難しい。更に、突起
の高さが設計値よりずれた場合、出射効率が大きく変化
し、出射光線の角度分布も大きく変化するという問題点
がある。

【００１４】以上のように、導光板から外部に光線を出
射させるには、突起の形状が量産向きであり、且つ突起
部分の屈折率を選定し空気との境界面で入射角が小さく
なる突起形状をいかにして実現するかが重要になる。
又、拡散作用を受けた光線すべてを有効活用するのは難
しいので、導光板に拡散作用物質が存在しない方が良
い。

【００１５】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、生産性に優れ、光の利用効率の高い
導光板を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する発明
は、液晶表示素子のバックライトに使用されるエッジラ
イト方式の導光板において、前記導光板は樹脂材料の基
板と、前記基板の液晶表示素子と略平行な面である透過
面もしくは反射面上にエネルギー線硬化樹脂材料でな
り、断面形状が略三角形の微小突起とから成るものであ
る。

【００１７】ここで、前記突起の断面形状は鋭角三角形
状であることが望ましい。更に、前記突起は、突起形成
面と反光源側斜面(突起斜面で光源から遠い方の斜面)と
のなす角である突起傾斜角度が、90度以上150度以下で
あることが望ましい。

【００１８】更にまた、前記突起は、導光板の透過面に
設けることが望ましい。そして、前記エネルギー線硬化
樹脂材料の屈折率は、前記樹脂材料の基板の屈折率より
も大であることが望ましい。

【００１９】

【作用】本発明の導光板の突起をエネルギー硬化樹脂材
料で形成したことにより、所謂2P法で成形でき、射出成
形法で成形した導光板の型開き時に発生した突起のえぐ
れ部分が少くなる。

【００２０】又、突起の形状を断面鋭角三角形状である
ので、通常のNC加工で切削加工が可能となり、生産性に
優れている。更に、突起傾斜角度を90度以上150度以下
とすることで、光源から発せられ突起に入射した光の空
気との境界面での入射角の値が小さくなり、光の利用効
率を高くすることができる。

【００２１】そして、下限値である90度を下回ると金型
加工が難しくなる。又、加工を行っても金型にバリ等が
発生しやすくなる。上限値である150度を上回ると光線
の突起斜面への入射角が大きくなり効率良く導光板外に
光線を出射できなくなる。

【００２２】更に、導光板の反射面に突起を設けると、
光線は反射シートで反射し導光板を再経由して液晶表示
素子を照射するが、反射シートでの反射は完全な鏡面反
射でなく一部の光線は拡散作用を受け、有効利用できな
いが、突起を導光板の透過面に設けたことにより、光の
利用効率を高くすることができる。

【００２３】又、突起の屈折率が基板の屈折率よりも高
ければ高いほど、隣の突起に入射する確率が低くなり、
効果的に光線を導光板外に出射できる。

【００２４】

【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は第１実施例の導光板を用いたバックライトの
断面構成図、図２は図１における導光板の拡大図であ
る。

【００２５】図１において、１は光線を導光させる導光
板で、導光板１に隣接して冷陰極管等の光源１０が配置
される。１１は光源からの光を導光板１側に反射させる
反射板である。尚、本願明細書では、導光板１を構成す
る面で液晶表示素子１５と略平行である二つの面のう
ち、液晶表示素子１５に近いほうの面を透過面３、液晶
表示素子１５から遠い方の面を反射面２と定義する。よ
って、導光板１をバックライトに組み込んで初めて、透
過面３と反射面２とが決定されることになる。

【００２６】１２は導光板１の反射面２から下部に透過
した光を液晶表示素子１５方向に反射させる反射シー
ト、１３は導光板１から出射した光の均質性を高める拡
散シート、１４は液晶表示素子１５に垂直な方向に光線
を集光させる集光シートである。反射シート１２,拡散
シート１３,集光シート１４はバックライトの仕様によ
って、各シートの使用有無や使用枚数等が決定される。

【００２７】次に、図２を用いて導光板１の詳細な説明
を行なう。導光板１は、PMMA・PC等の樹脂材料の基板９
と、この基板９上に2P法で形成され、エネルギー線硬化
樹脂材料の突起４とからなっている。

【００２８】尚、本実施例で使用するエネルギー硬化樹
脂としては、多価アクリレート及び/または多価メタク
リレート、モノアクリレート及び/またはモノメタクリ
レート、及びエネルギー線による光重合開始剤を主成分
とするのが望ましい。

【００２９】代表的な多価アクリレート及び/または多
価メタクリレートとしては、ポリオールポリ(メタ)アク
リレート、ポリエステルポリ(メタ)アクリレート、エポ
キシポリ(メタ)アクリレート、ウレタンポリ(メタ)アク
リレート等がある。

【００３０】代表的なモノアクリレート及び/またはモ
ノメタクリレートとしては、モノアルコールのモノ(メ
タ)アクリル酸エステル、ポリオールのモノ(メタ)アク
リル酸エステル等がある。

【００３１】基板９は軽量化のため断面くさび状の略直
方体形状で樹脂材料からなっている。突起４は断面鋭角
三角形状をしており、光源側斜面５と反光源側斜面６の
２つの斜面から形成される。

【００３２】尚、本実施例では、２つの斜面のなす角を
突起頂角７、反光源側斜面と突起が形成されている面
(この実施例では透過面３)とのなす角を突起傾斜角度８
と定義した場合に、突起頂角を65度・突起傾斜角度を92
度とした。又、突起４部分の屈折率が1.59であるエネル
ギー線硬化樹脂とした。

【００３３】突起４は100mm当たり約2000本存在する。
隣り合う突起４のピッチ及び突起４の幅のオーダーは数
十ミクロンであり、光源１０から遠ざかるにつれてピッ
チを狭めたり突起の幅を広くして、透過面３に対する突
起４の割合を多くして、液晶表示素子１５の画面全体を
略均一に照射させるようにした。

【００３４】上記構成によれば、下記のような効果を得
ることができる。 (1) 本実施例のような導光板を射出成形法で製造する場
合、金型を形成するために先端頂角65度のダイヤモンド
バイトを入手し、NC加工機を用いて100mm当たり約2000
本の溝を適宜ピッチ及び幅で金型に切削加工を行う必要
がある。

【００３５】図３に示すように、突起傾斜角度が92度で
あり、透過面３３と反光源側斜面３５とがほぼ垂直とな
るので、通常のサイクルで金型の型開きを行なうと、反
光源側斜面３５に「えぐれ部分」が多数発生してしま
う。

【００３６】このえぐれ発生は、金型の冷却時間を長く
する、所謂、長成形サイクル射出成形によりある程度解
消できるが、成形サイクルが長くなり生産性が悪くなる
といった別の問題点が発生する。

【００３７】更に、えぐれが発生した導光板と長成形サ
イクル導光板(えぐれ発生の少い導光板)とをバックライ
トに組み込み画面の平均輝度値を比べた場合、えぐれ発
生導光板は長成形サイクル導光板の90％の平均輝度値と
なり、光の利用効率が低くくなる。

【００３８】一方、本実施例の導光板１の突起４は、2P
法で製造したことにより、突起４の頂点部分や突起４と
透過面３との交点部分の形状の出来上がりが、長成形サ
イクルの射出成形法で成形した導光板に比べても理想形
状に近い形状を形成できる。

【００３９】その為、導光板１内部で光線が拡散される
ことが殆ど無くなり、光の経路を集光シート１４などで
コントロールしやすくなり、利用効率の高い導光板とす
ることができる。

【００４０】次に図４を用いて本発明の第２実施例の導
光板を説明する。導光板２０は、PMMA・PCといった樹脂
材料の略直方体の基板２１と、基板２１上に形成され、
突起２４を有するエネルギー線硬化樹脂層２５とから構
成されている。

【００４１】エネルギー線樹脂層２５は、突起２４と、
透過面２３と平行な平面部分とを有しており、突起２４
と突起２４との間に透過面２３と平行な平面が存在して
いても、第１実施例と光学的に殆ど差は無い。

【００４２】即ち、導光板２０から出射するか否かの判
別は、基板２１の屈折率nと空気の屈折率1.0とから決め
られる臨界角(arcsin(1/n))との大小で判別される。
又、この透過面２３と平行な平面部分から透過面外部に
出射する光線は、光源から遠い場所で極少量で存在す
る。

【００４３】本発明は上記記載に限定されるものではな
い。導光板の断面形状をくさび形状としたが、長方形形
状としてもかまわない。又、突起形状も断面形状が厳密
に三角形状でなくて良く、拡散作用を受けない範囲で突
起斜面がアール(R)形状であったり、頂点がアール(R)形
状であっても良い。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように本発明の導光板は、2P
法で突起を形成したので、射出成形法で形成した突起に
比べてより理想形状に近い形状の突起を実現できた。従
って、突起に当たっても、反射面から下部へ透過するよ
うな拡散光線が少く、光の利用効率の高い導光板を得る
ことが出来た。

【００４５】又、突起の断面形状を三角形状、特に鋭角
三角形状としたことで、通常のNC加工で加工できる。
又、金型加工時にバリ等の発生を押え、加工容易性を確
保することが出来た。その為、突起を微小に形成するこ
とも容易となる。

【００４６】更に、突起傾斜角度を制御することで、突
起に入射した光線の反光源側斜面での入射角度が小さく
なり、突起外部に出射する確率を高めることが出来た。
又、突起を反射面に形成した場合に生じる、反射シート
での一部拡散作用や、再度導光板に入射したのち液晶表
示素子に達するまでの透過率の分の光量ロスがない分、
突起を透過面に設けることでより光の利用効率を高くす
ることが出来る。

【００４７】更に又、突起の屈折率を基板の屈折率より
も大とすることで、隣の突起に入射する確率が下がると
共に、突起を出射して液晶表示素子を照射する光線がよ
り垂直になるので、集光シートの形状を工夫してより指
向性の強いバックライトとすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の導光板を用いたバックライトの断
面構成図である。

【図２】図１における導光板の拡大図である。

【図３】第１実施例の効果を説明する図である。

【図４】第２実施例の導光板の構成図である。

【図５】特開平6-75123号公報に開示されている導光板
の構成図である。

【図６】特開平6-235917号公報に開示されている導光板
の構成図である。

【図７】特開平6-235917号公報に開示されている導光板
の構成図である。

【図８】特開平6-75123号公報記載の導光板の問題点を
説明する図である。

【図９】特開平6-75123号公報記載の導光板の問題点を
説明する図である。

【符号の説明】

１導光板２反射面３透過面４突起

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶表示素子のバックライトに使用され
るエッジライト方式の導光板において、前記導光板は樹脂材料の基板と、前記基板の液晶表示素子と略平行な面である透過面もし
くは反射面上にエネルギー線硬化樹脂材料でなり、断面
形状が略三角形の微小突起とから成ることを特徴とする
導光板。
【請求項２】前記突起の断面形状が鋭角三角形状であ
ることを特徴とする請求項１記載の導光板。
【請求項３】前記突起は、突起形成面と反光源側斜面
(突起斜面で光源から遠い方の斜面)とのなす角である突
起傾斜角度が、90度以上150度以下であることを特徴と
する請求項１又は２記載の導光板。
【請求項４】前記突起は、導光板の透過面に設けられ
ることを特徴とする請求項１及至３のいずれかに記載の
導光板。
【請求項５】前記エネルギー線硬化樹脂材料の屈折率
は、前記樹脂材料の基板の屈折率よりも大であることを
特徴とする請求項１及至４のいずれかに記載の導光板。