CN102713417A - 导光板、面状照明装置以及液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
为了提供一种光的利用效率高,可使亮度不均匀少的光射出且可获得画面的中央部附近比周边部更明亮的分布的导光板,本发明的导光板包括:矩形状的光出射面、使朝与光出射面大致平行的方向前进的光入射的光入射面、光出射面的相反侧的背面、以及分散于内部的散射粒子,该导光板构成为包括有在大致垂直于光出射面的方向上重迭且散射粒子的粒子浓度不同的两个以上的层,该两个以上的层包括:粒子浓度为Npo的光出射面侧的第1层、与粒子浓度为Npr且位于比第1层更靠背面侧的第2层,满足Npo<Npr的关系,垂直于光入射面的方向的剖面形状于光出射面侧为凹形,且第1层以及第2层的大致垂直于光出射面的方向上的厚度分别发生变化,藉此来使导光板的垂直于光入射面的方向上的合成粒子浓度发生变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用于液晶显示装置等的导光板。
背景技术
于液晶显示装置中使用有背光单元(backlight unit),该背光单元自液晶显示面板(panel)的背面侧照射出光,对液晶显示面板进行照明。使用导光板、将自导光板射出的光予以均一化的棱镜片(prism sheet)或扩散片等的零件来构成背光单元,上述导光板使照明用的光源所发出的光扩散,对液晶显示面板进行照射。
目前,对于大型的液晶电视的背光单元而言,将导光板配置于照明用的光源的正上方的所谓的直下型的方式为主流方式。于该方式中,将多根作为光源的冷阴极管配置于液晶显示面板的背面,将内部设为白色的反射面以确保均一的光量分布与必需的亮度。
然而,对于直下型的背光单元而言,为了使光量分布均一,与液晶显示面板垂直的方向的厚度必须为30mm左右,且难以使该厚度较30mm更薄。
相对于此,作为可实现薄型化的背光单元,存在使用如下的导光板的背光单元,该导光板将自照明用的光源射出之后入射的光引导至规定方向,且使光自与入射面不同的面即光出射面射出。
作为此种使用导光板的背光单元,已提出有使用板状的导光板的方式的背光单元,该板状的导光板是将用以使光散射的散射粒子混入至透明树脂而成,使光自侧面入射,然后使光自表面射出。
例如,于专利文献1中揭示有一种光散射导光光源装置,该光散射导光光源装置的特征在于包括:光散射导光体,具有至少一个光入射面区域及至少一个出光面区域;以及光源单元,用以使光自上述光入射面区域入射,上述光散射导光体包括如下的区域,该区域具有随着远离上述光入射面而厚度减小的倾向。
又,于专利文献2中揭示有一种面光源装置,该面光源装置包括:光散射导光体、配置于光散射导光体的出光面侧的棱镜片、以及配置于光散射导光体的背面侧的反射体。又,于专利文献3中揭示有一种包括板状的包含光学材料的光出射方向修正元件的液晶显示器(display),该光出射方向修正元件包括:具有棱镜列状的重复起伏的光入射面、与具有光扩散性的光出射面,于专利文献4中揭示有一种光源装置,该光源装置包括:于内部具有散射能力的光散射导光体、与自上述光散射导光体的端面部供给光的光供给单元。
又,作为导光板,除了上述导光板以外,亦提出有:中间部的厚度形成得比入射侧的端部及对向侧的端部的厚度更大的导光板;具有随着远离入光部而朝厚度变厚的方向成倾斜的反射面的导光板;以及具有如下形状的形状的导光板,该形状是指于入射部处,表面部与背面部之间的距离最小,于最远离入射部的位置,厚度最大(例如参照引用文献5至引用文献8)。
此外,于专利文献10中揭示有一种导光体的出射面为凹面的照光装置,于专利文献11中揭示有一种导光板的光出射面为朝下凸出的曲面(即,光出射面为凹面)的导光板。
又,于专利文献11中揭示有如下的导光板(剖面形状为等腰三角形),该导光板为双层构成的导光板,第1层与第2层的边界面是随着自端部朝向导光板的中央而朝接近于光出射面的方向成倾斜的倾斜面。
此外,于专利文献12中揭示有一种面光源装置,其特征在于:在具有重迭有至少一个非散射导光区域与至少一个散射导光区域的部分的板状体上,将光源灯安装于端面,并且利用两个区域的板厚来局部地对粒子的浓度进行调整,藉此来对来自主面的出射两的分布状态进行控制,上述至少一个散射导光区域是使折射率不同的粒子均一地分散于与上述至少一个非散射导光区域相同的材料而成的区域,散射导光区域为凸状的导光体区块(block),非散射导光区域为与凸状的导光体区块相对应的凹状的导光体区块。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开平7-36037号公报
专利文献2:日本专利特开平8-248233号公报
专利文献3:日本专利特开平8-271739号公报
专利文献4:日本专利特开平11-153963号公报
专利文献5:日本专利特开2003-90919号公报
专利文献6:日本专利特开2004-171948号公报
专利文献7:日本专利特开2005-108676号公报
专利文献8:日本专利特开2005-302322号公报
专利文献9:日本专利特开平8-220346号公报
专利文献10:日本专利特开2009-117349号公报
专利文献11:日本专利特开2009-117357号公报
专利文献12:日本专利第4127897号(日本专利特开平11-345512号)公报
发明内容
发明要解决的技术课题
然而,对于使用随着远离光源而厚度变薄的导光板的串列(tandem)方式等的背光单元而言,虽可实现薄型的背光单元,但存在如下的问题,即,由于冷阴极管与反射器(reflector)的相对尺寸的关系,光利用效率较直下型更差。又,当使用将冷阴极管收容在形成于导光板的槽的形状的导光板时,虽可形成随着远离冷阴极管而厚度变薄的形状,但若导光板的厚度变薄,则存在如下的问题,即,配置于槽的冷阴极管的正上方的亮度会增强,光出射面的亮度不均变得显著。又,上述方式的导光板的形状均复杂,因此,加工成本上升,当形成大型的导光板,例如形成画面尺寸为37时以上尤其为50时以上的液晶电视的背光用的导光板时,存在成本升高的问题。
又,于专利文献5至专利文献8中提出有如下的导光板,为了实现制造稳定化,或为了利用多重反射来抑制亮度(光量)不均,随着远离光入射面,该导光板的厚度变厚,但这些导光板为透明体,自光源入射的光会直接朝相反方向的端部侧射出,因此,必须于下表面安装棱镜或使下表面具有点图案(dot pattern)。
又,亦存在如下的方法,即,将反射构件配置于光入射面的相反侧的端部,对入射的光进行多重反射而使该光自光出射面射出,但为了实现大型化,必须使导光板变厚,从而该导光板会变重,成本亦会升高。又,亦存在产生光源的映入而导致亮度不均及/或照度不均的问题。
对于专利文献9所揭示的照光装置而言,由于在反射面上设置锯齿槽(serration gap)而形成漫反射面,因此,为了实现大型化,必须使导光板变厚。因此,存在如下的问题,即,该导光板变重,而且由于需要复杂的加工,故而成本亦升高。
对于专利文献10所揭示的面状照明装置而言,确实是将导光板的光出射面设为凹面,但散射粒子均一地混合于整个导光板,于光学特性方面,难以进一步实现薄型化。又,由于光入射面小,因此,在不增加导光板的重量下不能使光利用效率(入射效率)提高。
专利文献11所揭示的导光板确实为双层构成的导光板,对于该导光板而言,第1层与第2层的边界面的随着自端部朝向导光板的中央而朝接近于光出射面的方向倾斜的剖面形状为等腰三角形,但并未考虑对第2层的形状进行调整以将出射光量予以最佳化。
专利文献12所揭示的面光源装置亦同样为考虑对散射导光区域的形状进行调整以将出射光量予以最佳化。又,对于大型的导光板而言,由周围的温度、湿度引起的伸缩大,当尺寸为50时左右时,会重复地伸缩5mm以上。因此,若导光板为平板,则无法获知光出射面侧与反射面侧的哪一侧产生翘曲,当光出射面侧产生翘曲时,伸缩的导光板会将液晶面板顶起,自液晶显示装置射出的光会产生波纹(pool)状的不均。为了避免上述情形,考虑预先增大液晶面板与背光单元之间的距离,但如此则存在无法使液晶显示装置实现薄型化的问题。
本发明的目的在于消除上述先前技术的问题点且提供如下的导光板,该导光板呈大型且薄型的形状,光的利用效率高,可使亮度不均匀少的光射出,且可获得大画面的薄型液晶电视所要求的画面的中央部附近比周边部更明亮的分布,即,可获得所谓的中间高或吊钟状的明亮度的分布。
解决课题的技术手段
为了解决上述问题,本发明提供一种导光板,包括:矩形状的光出射面、设置于上述光出射面的端边侧且使朝与上述光出射面大致平行的方向前进的光入射的至少一个光入射面、设置于上述光出射面的相反侧的背面、以及分散于内部的散射粒子,该导光板的特征在于:上述导光板包括有在大致垂直于上述光出射面的方向上重迭且上述散射粒子的粒子浓度不同的两个以上的层,上述两个以上的层至少包括:上述粒子浓度为Npo的上述光出射面侧的第1层、与上述粒子浓度为Npr且位于比上述第1层更靠上述背面侧的第2层,上述Npo与上述Npr的关系满足Npo<Npr,自上述至少一个光入射面朝向上述光出射面的中央部且垂直于上述至少一个光入射面的方向的剖面形状于上述光出射面侧为凹形,且上述第1层以及上述第2层的大致垂直于上述光出射面的方向上的厚度分别发生变化,藉此来使上述导光板的垂直于上述光入射面的方向上的合成粒子浓度发生变化。
又,较佳为于自上述至少一个光入射面朝向上述光出射面的中央部且垂直于上述至少一个光入射面的方向的剖面中,上述第1层与上述第2层的边界面于上述光出射面的中央部成为朝上述光出射面凸出的形状。
而且,较佳为使用逆偏置(bias)浓度来求出上述合成粒子浓度,根据该合成粒子浓度,上述第2层的厚度以自上述光出射面的中央部朝上述至少一个光入射面变薄的方式而连续地发生变化,且于上述至少一个光入射面附近,以朝上述至少一个光入射面再次变厚的方式而连续地发生变化。
又,较佳为上述光出射面与上述背面为平面形状,使上述导光板朝上述背面侧弯曲而形成上述光出射面侧的凹形。
又,为了解决上述问题,本发明提供一种导光板,包括:矩形状的光出射面、设置于上述光出射面的端边侧且使朝与上述光出射面大致平行的方向前进的光入射的至少一个光入射面、设置于上述光出射面的相反侧的背面、以及分散于内部的散射粒子,该导光板的特征在于:上述导光板包括在大致垂直于上述光出射面的方向上重迭且上述散射粒子的粒子浓度不同的两个以上的层,上述两个以上的层至少包括:上述粒子浓度为Npo的上述光出射面侧的第1层、与上述粒子浓度为Npr且位于比上述第1层更靠上述背面侧的第2层,上述Npo与上述Npr的关系满足Npo<Npr,上述第2层的厚度以随着远离上述光入射面而暂时变薄的方式发生变化之后,以再次变厚的方式而连续地发生变化。
此处,较佳为上述第2层的厚度于上述光出射面的中央部最厚。
又,较佳为上述第1层与上述第2层的边界面为平面,上述第2层为朝上述光出射面的相反侧凸出的形状,而且包括与上述第2层的凸形相对应且上述光出射面侧为凹形的第3层。
又,较佳为上述第1层与上述第2层的边界面是将一个上述光入射面侧的朝上述光出射面凹陷的曲面、与上述光入射面的相反侧的面侧的朝上述光出射面凸出的曲面予以接合而成的面。
或者,较佳为上述第1层与上述第2层的边界面包括:一个上述光入射面侧的朝上述光出射面凹陷的曲面、上述光入射面的相反侧的面侧的平行于上述光出射面的平行平面、以及将上述凹陷的曲面与上述平行平面予以接合的朝上述光出射面凸出的曲面。
或者,较佳为上述第1层与上述第2层的边界面包括:一个上述光入射面侧的朝上述光出射面凹陷的曲面、上述光入射面的相反侧的面侧的与上述光出射面成倾斜的倾斜平面、以及将上述凹陷的曲面与上述倾斜平面予以接合的朝上述光出射面凸出的曲面。
或者,较佳为上述第1层与上述第2层的边界面包括:一个上述光入射面侧的朝上述光出射面凹陷的曲面、上述光入射面的相反侧的面侧的朝上述光出射面凸出的曲面、以及将上述凹陷的曲面与上述凸出的曲面予以接合的与上述光出射面成倾斜的倾斜平面。
又,较佳为上述Npo与上述Npr的范围满足Npo=0wt%,0.01wt%<Npr<0.4wt%。
又,较佳为上述Npo与上述Npr的范围满足0wt%<Npo<0.15wt%且Npo<Npr<0.4wt%。
又,较佳为上述背面为平行于上述光出射面的平面。
或者,较佳为上述背面是随着远离上述至少一个光入射面而朝远离上述光出射面的方向成倾斜的面。
或者,较佳为上述背面是随着远离上述光入射面而朝接近于上述光出射面的方向成倾斜的面。
又,较佳为自上述光入射面朝向上述光出射面的中央部且垂直于上述至少一个光入射面的方向的剖面形状于上述背面侧亦为凹形。
又,较佳为上述至少一个光入射面设置于上述光出射面的长边,且较佳为上述光入射面设置于上述光出射面的一个端边侧。
又,较佳为上述至少一个光入射面是设置于上述光出射面的相对向的两个端边侧的两个光入射面。
又,较佳为上述至少一个光入射面设置于上述光出射面的4个端边侧。
而且,较佳为使光另外自上述背面射出。
又,为了解决上述问题,本发明提供一种面状照明装置,其特征在于包括:上述任一内容所述的导光板、以及与上述至少一个光入射面相向地配置的光源。
又,为了解决上述问题,本发明提供一种面状照明装置,其特征在于包括:如上所述的导光板、以及与上述至少一个光入射面相向地配置的光源,在垂直于上述导光板的上述光出射面的方向上,上述光源的发光面的长度为上述导光板的上述至少一个光入射面的高度的70%以下。
此外,为了解决上述问题,本发明提供一种液晶显示装置,其特征在于包括:如上所述的面状照明装置、配置于上述面状照明装置的光出射面侧的液晶显示面板、以及将上述液晶显示面板予以驱动的驱动单元。
发明的效果
根据本发明,形状为薄型,且光的利用效率高,可使亮度不均匀少的光射出,且可获得大画面的薄型液晶电视所要求的画面的中央部附近比周边部更明亮的分布,即,可获得所谓的中间高或吊钟状的明亮度的分布。
又,根据本发明,由于不易朝光出射面侧翘曲,因此,可使液晶面板与导光板的间隔缩小,从而可进一步实现薄型化。
此外,由于光出射面为凹形,因此,与平均厚度相同的平板的导光板相比较,可使光入射面增大,从而可使来自光源的光的入射效率提高。又,若光入射面的大小相同,则与平板的导光板相比较,可进一步实现轻量化。
附图说明
[图1]是表示包括使用本发明的导光板的面状照明装置的液晶显示装置的一个实施形态的概略立体图。
[图2]是图1所示的液晶显示装置的II-II线剖面图。
[图3](A)是图2所示的面状照明装置的III-III线箭视图,(B)是(A)的B-B线剖面图。
[图4](A)是表示图1及图2所示的面状照明装置的光源的概略构成的立体图,(B)是放大地表示(A)所示的光源的一个LED的概略立体图。
[图5]是表示图3所示的导光板的形状的概略立体图。
[图6]是对自导光板的光出射面射出的光的照度分布进行测定所得的结果的图表。
[图7]是表示本发明的导光板的另一例的概略剖面图。
[图8]是表示导光板的光入射面中的LED尺寸与效率的关系的图表。
[图9]是表示本发明的导光板的另一例的概略剖面图。
[图10]是表示对自导光板的光出射面射出的光的照度分布进行测定所得的结果的图表。
[图11]是表示对自导光板的光出射面射出的光的亮度分布进行测定所得的结果的图表。
[图12]是表示对自导光板的光出射面射出的光的亮度分布进行测定所得的结果的图表。
[图13]是表示本发明的导光板的另一例的概略剖面图。
[图14]是表示对自导光板的光出射面射出的光的照度分布进行测定所得的结果的图表。
[图15]是表示本发明的导光板的另一例的概略剖面图。
[图16]是表示对自导光板的光出射面射出的光的照度分布进行测定所得的结果的图表。
[图17]是表示对自导光板的光出射面射出的光的照度分布进行测定所得的结果的图表。
[图18]是表示本发明的导光板的另一例的概略剖面图。
[图19]是表示本发明的导光板的另一例的概略剖面图。
[图20]是表示本发明的导光板的另一例的概略剖面图。
[图21](A)~(D)分别是表示使用本发明的导光板的另一例的背光单元的一部分的概略剖面图。
[图22]是表示对自导光板的光出射面射出的光的亮度分布进行测定所得的结果的图表。
[图23]是表示对自导光板的光出射面射出的光的亮度分布进行测定所得的结果的图表。
[图24]是表示本发明的导光板的另一例的概略剖面图。
[图25]是表示图24所示的导光板的第1层的厚度的图表。
[图26](A)及(B)是表示对自导光板的光出射面射出的光的照度分布进行测定所得的结果的图表。
[图27](A)及(B)是表示对自导光板的光出射面射出的光的亮度分布进行测定所得的结果的图表。
[图28]是表示先前的导光板的一例的概略剖面图。
[图29]是表示先前的导光板的另一例的概略剖面图。
具体实施方式
以下,基于附图所示的较佳实施形态,详细地对使用本发明的导光板的面状照明装置进行说明。
图1是表示包括使用本发明的导光板的面状照明装置的液晶显示装置的概略的立体图,图2是图1所示的液晶显示装置的II-II线剖面图。
又,图3(A)是图2所示的面状照明装置(以下亦称为“背光单元”)的III-III线箭视图,图3(B)是对(A)的B-B线剖面图。
液晶显示装置10包括:背光单元20、配置于该背光单元20的光出射面侧的液晶显示面板12、以及将液晶显示面板12予以驱动的驱动单元14。再者,于图1中,为了表示背光单元的构成,将液晶显示面板12的一部分的图示予以省略。
液晶显示面板12是部分地将电场施加于预先朝特定的方向排列的液晶分子来改变该分子的排列,利用液晶胞(liquid crystal cell)内产生的折射率的变化,将文字、图形、以及影像等显示于液晶显示面板12的表面上。
驱动单元14将电压施加于液晶显示面板12内的透明电极,改变液晶分子的朝向,从而对透过液晶显示面板12的光的透射率进行控制。
背光单元20是自液晶显示面板12的背面将光照射至液晶显示面板12的整个面的照明装置,该背光单元20包括形状与液晶显示面板12的影像显示面大致相同的光出射面24a。
如图1、图2、图3(A)以及图3(B)所示,本实施形态的背光单元20包括:照明装置本体24,具有两个光源28、导光板30及光学构件单元32;以及框体26,具有下部框体42、上部框体44、折回构件46及支持构件48。又,如图1所示,于框体26的下部框体42的背侧安装有收纳着多个电源的电源收纳部49,上述多个电源将电力供给至光源28。
以下,对构成背光单元20的各构成零件进行说明。
照明装置本体24包括:使光射出的光源28、使自光源28射出的光作为面状的光而射出的导光板30、以及使自导光板30射出的光散射或扩散而形成更不存在不均的光的光学构件单元32。
首先,对光源28进行说明。
图4(A)是表示图1及图2所示的背光单元20的光源28的概略构成的概略立体图,图4(B)是仅放大地表示图4(A)所示的光源28的一个发光二极管(Light Emitting Diode,LED)晶片(chip)的概略立体图。
如图4(A)所示,光源28包括:多个发光二极管的晶片(以下称为“LED晶片”)50、与光源支持部52。
LED晶片50是将萤光物质涂布于射出蓝色光的发光二极管的表面而成的晶片,该LED晶片50具有规定面积的发光面58,自该发光面58射出白色光。
亦即,自LED晶片50的发光二极管的表面射出的蓝色光透过萤光物质之后,萤光物质发出萤光。藉此,藉由发光二极管所射出的蓝色光、与萤光物质发出萤光而射出的光来产生白色光,自LED晶片50射出该白色光。
此处,作为LED晶片50,例示了将钇铝石榴石(yttrium aluminum garnet,YAG)系萤光物质涂布于GaN系发光二极管、InGaN系发光二极管等的表面而成的晶片。
光源支持部52是一个面与导光板30的光入射面(30c、30d)相对向地配置的板状构件。
对于光源支持部52而言,于成为与导光板30的光入射面(30c、30d)相对向的面的侧面,以彼此隔开规定间隔的状态而支持有多个LED晶片50。具体而言,构成光源28的多个LED晶片50是沿着后述的导光板30的第1光入射面30c或第2光入射面30d的长度方向而排列为阵列状,换言之是平行于光出射面30a与第1光入射面30c相交而成的线,或平行于光出射面30a与第2光入射面30d相交而成的线而排列为阵列状,上述多个LED晶片50固定于光源支持部52上。
光源支持部52由铜或铝等的导热性佳的金属形成,该光源支持部52亦具有作为将自LED晶片50产生的热予以吸收且使该热发散至外部的散热器(heat sink)的功能。再者,于光源支持部52上,可设置能够使表面积扩大且能够使散热效果提高的散热片(fin),亦可设置将热传导至散热构件的热管(heat pipe)。
此处,如图4(B)所示,本实施形态的LED晶片50具有与LED晶片50的排列方向正交的方向的长度较该排列方向的长度更短的长方形的形状,亦即,具有后述的导光板30的厚度方向(与光出射面30a垂直的方向)成为短边的长方形的形状。换言之,当将与导光板30的光出射面30a垂直的方向的长度设为a,将排列方向的长度设为b时,LED晶片50为b>a的形状。又,若将LED晶片50的配置间隔设为q,则q>b。如此,LED晶片50的与导光板30的光出射面30a垂直的方向的长度a、排列方向的长度b、以及LED晶片50的配置间隔q的关系较佳为满足q>b>a。
藉由将LED晶片50设为长方形的形状,可维持大光量的输出且实现薄型的光源。藉由将光源28予以薄型化,可使背光单元为薄型的单元。又,可使LED晶片的配置个数减少。
再者,为了可使光源28为更薄型的光源,LED晶片50较佳为以导光板30的厚度方向作为短边的长方形的形状,但本发明并不限定于此,可使用正方形的形状、圆形的形状、多角形的形状、以及楕圆形的形状等各种形状的LED晶片。
然后,对导光板30进行说明。
图5是表示导光板的形状的概略立体图。
如图2、图3以及图5所示,导光板30包括:长方形的形状的光出射面30a、与光出射面30a大致垂直地形成于该光出射面30a的长边侧的两端面的两个光入射面(第1光入射面30c与第2光入射面30d)、以及位于光出射面30a的相反侧即导光板30的背面侧且为平面的背面30b。
导光板30为凹形,即,随着自第1光入射面30c以及第2光入射面30d朝向导光板的(光出射面30a的)中央,厚度变薄,于与中央部的二等分线α相对应的部分,厚度最薄,于两端部的两个光入射面(第1光入射面30c与第2光入射面30d)处,厚度最厚。亦即,以将光出射面30a的短边的中心予以连结的二等分线α(参照图1、图3)作为中心轴而彼此对称的该光出射面30a成为凹陷的凹形。
亦即,当利用将第1光入射面30c与第2光入射面30d予以连结且垂直于各个光入射面的线,沿着导光板的厚度方向来进行切断时,切断面呈使光出射面30a凹陷而成的凹形,该光出射面30a是以在切断面上与通过上述垂直的线的中点的上述垂直的线成直角的线(在切断面上通过上述垂直的线的中点且平行于各个光入射面的线)为中心而呈线对称。
此处,上述两个光源28分别与导光板30的第1光入射面30c以及第2光入射面30d相对向地配置。此处,于本实施形态中,在与光出射面30a大致垂直的方向上,光源28的LED晶片50的发光面58的长度与第1光入射面30c以及第2光入射面30d的长度为大致相同的长度。
如此,背光单元20的两个光源28配置为夹持着导光板30。亦即,于隔开规定间隔且相向地配置的两个光源28之间配置有导光板30。
导光板30是将用以使光散射的散射粒子混入分散于透明树脂而形成。作为用于导光板30的透明树脂的材料,例如可列举如聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯(Methylmethacrylate Styrene,MS)树脂、或环烯聚合物(Cycloolefin Polymer,COP)般的光学性透明的树脂。可使用超微硅粉(Tospearl)、聚硅氧、硅土、氧化锆、以及介电体聚合物等作为混入分散于导光板30中的散射粒子。
此处,当利用将导光板30的第1光入射面30c与第2光入射面30d予以连结且垂直于各个光入射面的线,沿着导光板的厚度方向来进行切断时,剖面形状大致为矩形状,光出射面30a为凹形。又,形成分为光出射面30a侧的第1层60与背面30b侧的第2层62的双层构造。第1层60与第2层62的边界面z为朝光出射面30a侧凸出的大致圆弧状。
第1层60是由光出射面30a、第1光入射面30c及第2光入射面30d、边界面z所包围的剖面的区域,第2层62是邻接于第1层的背面30b侧的层,且是由边界面z与背面30b所包围的剖面的区域。
例如,当画面尺寸为42时时,利用曲率半径R为75000mm的圆的圆弧来构成光出射面30a的凹形。此时,对应于光出射面30a的中央部的二等分线α的部分、与第1光入射面30c以及第2光入射面30d的光出射面30a侧的端部之差,即,光出射面30a的凹形的凹陷量d为0.44mm。
再者,根据光学特性与机械特性(强度)的平衡,凹形的曲率半径R较佳处于35000mm~1850000mm的范围,凹陷量d较佳处于0.1mm~0.6mm的范围。此处,表1表示各画面尺寸的光入射面30c、30d之间的长度、凹陷量d、曲率半径R、以及凹形的圆弧的弦长的例子。又,凹形不仅可为圆的圆弧,而且可为椭圆的圆弧或将圆与椭圆加以组合而成的圆弧,光出射面30a的中央部亦可使用圆弧,朝第1光入射面30c以及第2光入射面30d而呈斜面地连接。
[表1]
表1
此处,导光板30是由边界面z分为第1层60与第2层62,但第1层60与第2层62仅粒子浓度不同,该第1层60与第2层62为使相同的散射粒子分散于相同的透明树脂而成的构成,于构造上,该第1层60与第2层62成为一体。亦即,当以边界面z为基准来对导光板30进行划分时,各个区域的粒子浓度不同,但边界面z为假想线,第1层60以及第2层62成为一体。
若将上述第1层60的散射粒子的粒子浓度设为Npo,将第2层62的散射粒子的粒子浓度设为Npr,则Npo与Npr的关系为Npo<Npr。亦即,对于导光板30而言,背面30b侧的第2层的散射粒子的粒子浓度高于光出射面30a侧的第1层的散射粒子的粒子浓度。
导光板30的内部的各区域以不同的粒子浓度而含有散射粒子,藉此,可使亮度分布(照度分布)为中间高的分布且亮度不均匀以及照度不均匀少的照明光自光出射面30a射出。可使用挤压成形法或射出成形法来制造此种导光板30。
此处,对于本发明的导光板而言,亮度分布与照度分布、亮度不均与照度不均基本上为相同的倾向。亦即,于产生了亮度不均的部分产生同样的照度不均,亮度分布与照度分布为相同的倾向。
于图2所示的导光板30中,自光源28射出且自第1光入射面30c以及第2光入射面30d入射的光因导光板30的内部所含的散射体(散射粒子)而散射,并且通过导光板30内部,然后直接自光出射面30a射出,或由背面30b反射之后,自光出射面30a射出。此时,亦存在一部分的光自背面30b漏出的情形,但漏出的光会被配置于导光板30的背面30b侧的反射板34反射,然后再次入射至导光板30的内部。于后文中详细地对反射板34进行说明。
如此,将导光板30设为如下的形状,即,随着远离在相对向的位置配置有光源28的第1光入射面30c或第2光入射面30d,与第2层62的光出射面30a大致垂直的方向的厚度变厚,藉此,可使自光入射面30c、30d入射的光到达更远离光入射面30c、30d的位置为止,从而可使光出射面30a增大。又,由于可适当地使自光入射面30c、30d入射的光到达远处的位置为止,因此,可将导光板30予以薄型化。
此外,将导光板30内的粒子浓度分为第1层60与第2层62该两个层的粒子浓度,使光出射面30a侧的第1层60的粒子浓度较第2层62的粒子浓度更低,藉此,与一种浓度的导光板(即,整体的浓度均一的导光板)的情形相比较,可使上述照度分布以及亮度分布成为中间更高的分布,从而可使光的利用效率提高。
亦即,如本实施形态般,将第1层60的散射粒子的粒子浓度Npo、与第2层62的散射粒子的粒子浓度Npr的关系设为Npo<Npr,藉此,随着朝导光板的中心远离光入射面30c、30d(朝两个光入射面之间的中心),散射粒子的合成粒子浓度逐步变高,因此,随着远离光入射面30c、30d,利用散射粒子的作用而朝光出射面30a反射的光增加,结果,可以适当的比例来使照度分布成为中间高的分布。亦即,可表现出与在垂直于光入射面的方向(纵深方向)上具有散射粒子的浓度分布的平板导光板相类似的效果,而且,藉由对边界面z的形状进行调整,亦可任意地对亮度分布(散射粒子的浓度分布)进行设定,从而可最大限度地使效率提高。
再者,于本发明中,所谓合成粒子浓度,是指于朝其他入射面远离光入射面的某位置,使用在与光出射面大致垂直的方向上相加(合成)所得的散射粒子量,将导光板视为相当于光入射面的厚度的平板时的散射粒子的浓度。亦即,当于远离光入射面的某位置,将上述导光板视为相当于光入射面的厚度的一种浓度的平板导光板时,上述合成粒子浓度是在与光出射面大致垂直的方向上相加所得的散射粒子的每单位体积的数量、或相对于母材的重量百分率。
又,亦可使光的利用效率与一种浓度的导光板的情形大致相同或更高。亦即,根据本发明,可于维持与一种浓度的导光板相同程度的高光利用效率的状态下,使照度分布以及亮度分布较一种浓度的导光板的照度分布以及亮度分布更高。又,由于可使光出射面侧的层的粒子浓度降低,因此,可使整体的散射粒子的量减少,从而亦使成本降低。
而且,第1层60的散射粒子的粒子浓度Npo、与第2层62的散射粒子的粒子浓度Npr的关系较佳为满足0wt%<Npo<0.15wt%且Npo<Npr<0.4wt%。
使导光板30的第1层60与第2层62满足上述关系,藉此,对于导光板30而言,粒子浓度低的第1层60可几乎不使入射的光散射而将该光引导至导光板30的深处(中央)为止,随着靠近导光板的中央,藉由粒子浓度高的第2层来使光散射,从而可使自光出射面30a射出的光的量增加。亦即,可使光的利用效率更高,并且可以适当的比例来使照度分布成为中间高的分布。
此处,所谓粒子浓度[wt%],是指散射粒子的重量相对于母材的重量的比例。
而且,第1层60的散射粒子的粒子浓度Npo、与第2层62的散射粒子的粒子浓度Npr亦较佳为满足Npo=0wt%、以及0.01wt%<Npr<0.4wt%。亦即,亦可不使散射粒子混入分散于第1层60而是将入射的光引导至导光板30的深处为止,使散射粒子仅混入分散于第2层62,随着靠近导光板的中央,使光进一步散射,从而使自光出射面30a射出的光增加。
使导光板30的第1层60与第2层62满足上述关系,藉此,亦可使光的利用效率更高,并且以适当的比例来使照度分布成为中间高的分布。
又,本发明的导光板的厚度并无特别的限定,可为厚度为数毫米的导光板,或者亦可为厚度为1mm以下的薄膜状的所谓的导光片材。作为使不同粒子浓度的散射粒子混入分散于两个层而成的薄膜状的导光板的制作方法,除了如下的方法之外,亦存在双层挤压成形法等,上述方法是利用挤压成型法等来制作成为第一个层的含有散射粒子的基底薄膜,将分散有散射粒子的单体树脂液体(透明树脂的液体)涂布于已制作的基底薄膜上之后,照射紫外线或可见光,使单体树脂液体硬化,藉此来制作具有所期望的粒子浓度的第二个层,从而形成薄膜状的导光板。
即使当将导光板设为厚度为1mm以下的薄膜状的导光片材时,藉由形成双层导光板,可使光的利用效率更高,并且可以适当的比例来使照度分布成为中间高的分布。
然后,对光学构件单元32进行说明。
光学构件单元32用以使自导光板30的光出射面30a射出的照明光进一步成为无亮度不均以及无照度不均的光,且使该光自照明装置本体24的光出射面24a射出,如图2所示,该光学构件单元32包括:扩散片32a,使自导光板30的光出射面30a射出的照明光扩散以使亮度不均以及照度不均减少;棱镜片32b,形成有平行于光入射面30c、30d与光出射面30a的接线的微棱镜列;以及扩散片32c,使自棱镜片32b射出的照明光扩散以使亮度不均以及照度不均减少。
扩散片32a及扩散片32c、棱镜片32b并无特别的限制,可使用众所周知的扩散片或棱镜片,例如可应用与本申请人的申请案相关的日本专利特开2005-234397号公报的[0028]~[0033]所揭示的扩散片或棱镜片。
再者,于本实施形态中,利用2块扩散片32a及扩散片32c、与配置于2块扩散片之间的棱镜片32b来构成光学构件单元,但棱镜片以及扩散片的配置顺序或配置数并无特别的限定,而且棱镜片、扩散片亦无特别的限定,只要可进一步使自导光板30的光出射面30a射出的照明光的亮度不均以及照度不均减少,则可使用各种光学构件。
例如,除了可使用上述扩散片以及棱镜片作为光学构件以外,或代替上述扩散片以及棱镜片,亦可使用根据亮度不均以及照度不均而配置有包含扩散反射体的多个透射率调整体的透射率调整构件。又,亦可使用棱镜片以及扩散片各一块,或仅使用2块扩散片来将光学构件单元设为双层构成。
然后,对照明装置本体24的反射板34进行说明。
设置反射板34的目的在于对自导光板30的背面30b泄漏的光进行反射,使该光再次入射至导光板30,该反射板34可使光的利用效率提高。反射板34为与导光板30的背面30b相对应的形状,且形成为将背面30b予以覆盖。于本实施形态中,如图2所示,由于导光板30的背面30b形成为平面,即,剖面形成为直线形状,因此,反射板34亦形成为与上述形状互补的形状。
反射板34只要可对自导光板30的背面30b泄漏的光进行反射,则可由任何材料形成,例如,可藉由将填料(filler)混入于PET或PP(聚丙烯)等然后进行延伸而形成空隙(void)以使反射率提高的树脂片材;利用铝蒸镀等而于透明或白色的树脂片材表面形成镜面的片材;铝等的金属箔或承载有金属箔的树脂片材;或者于表面具有充分的反射性的金属薄板来形成上述反射板34。
上部诱导反射板36设置于导光板30与扩散片32a之间,亦即,以将光源28以及导光板30的光出射面30a的端部(第1光入射面30c侧的端部以及第2光入射面30d侧的端部)予以覆盖的方式,分别设置于导光板30的光出射面30a侧。换言之,上部诱导反射板36配置为在平行于光轴方向的方向上,自导光板30的光出射面30a的一部分覆盖至光源28的光源支持部52的一部分为止。亦即,两个上部诱导反射板36分别配置于导光板30的两端部。
如此,藉由配置上部诱导反射板36,可防止:自光源28射出的光不入射至导光板30而朝光出射面30a侧漏出。
藉此,可效率良好地使自光源28射出的光入射至导光板30的第1光入射面30c以及第2光入射面30d,从而可使光利用效率提高。
下部诱导反射板38是以将光源28的一部分予以覆盖的方式而配置于导光板30的背面30b侧。又,下部诱导反射板38的导光板30中心侧的端部与反射板34连结。
此处,上部诱导反射板36以及下部诱导反射板38可使用上述反射板34中所使用的各种材料。
藉由设置下部诱导反射板38,可防止:自光源28射出的光不入射至导光板30而朝导光板30的背面30b侧漏出。
藉此,可效率良好地使自光源28射出的光入射至导光板30的第1光入射面30c以及第2光入射面30d,从而可使光利用效率提高。
再者,于本实施形态中,将反射板34与下部诱导反射板38予以连结,但并不限定于此,亦可将上述反射板34与下部诱导反射板38分别设为不同的构件。
此处,上部诱导反射板36以及下部诱导反射板38只要可使自光源28射出的光朝第1光入射面30c或第2光入射面30d侧反射,使自光源28射出的光入射至第1光入射面30c或第2光入射面30d,且可将入射至导光板30的光引导至导光板30中心侧,则上述上部诱导反射板36以及下部诱导反射板38的形状以及宽度并无特别的限定。
又,于本实施形态中,将上部诱导反射板36配置于导光板30与扩散片32a之间,但上部诱导反射板36的配置位置并不限定于此,可配置于构成光学构件单元32的片材状构件之间,亦可配置于光学构件单元32与上部框体44之间。
然后,对框体26进行说明。
如图2所示,框体26收纳且支持着照明装置本体24,而且自该照明装置本体24的光出射面24a侧与导光板30的背面30b侧夹持着该照明装置本体24,对该照明装置本体24进行固定,该框体26包括:下部框体42、上部框体44、折回构件46、以及支持构件48。
下部框体42为如下的形状,即,上表面开放,且由底面部、与设置于底面部的4条边且垂直于底面部的侧面部构成。亦即,该下部框体42为一个面开放的大致长方体的箱型形状。如图2所示,下部框体42是以底面部以及侧面部来对自上方收纳的照明装置本体24进行支持,并且将照明装置本体24的光出射面24a以外的面予以覆盖,即,将照明装置本体24的光出射面24a的相反侧的面(背面)以及侧面予以覆盖。
上部框体44为长方体的箱型形状,即,于上表面形成有成为开口部且比照明装置本体24的矩形状的光出射面24a更小的矩形状的开口,且下表面开放。
如图2所示,上部框体44配置为以自照明装置本体24及下部框体42的上方(光出射面侧),将照明装置本体24及收纳着该照明装置本体24的下部框体42的4个侧面部予以覆盖的方式,覆盖于照明装置本体24及下部框体42。
折回构件46呈剖面形状总是为相同的凹(U字)型的形状。亦即,折回构件46是垂直于延伸方向的剖面的形状为U字形状的棒状构件。
如图2所示,折回构件46嵌插于下部框体42的侧面与上部框体44的侧面之间,U字形状的一个平行部的外侧面与下部框体42的侧面部连结,另一个平行部的外侧面与上部框体44的侧面连结。
此处,作为下部框体42与折回构件46的接合方法、以及折回构件46与上部框体44的接合方法,可使用利用螺栓及螺帽等的方法、以及利用接合剂的方法等各种众所周知的方法。
如此,藉由将折回构件46配置于下部框体42与上部框体44之间,可使框体26的刚性提高,从而可防止导光板30翘曲。藉此,例如,即便当使用可效率良好地使无亮度不均及照度不均或亮度不均及照度不均匀少的光射出,却容易产生翘曲的导光板时,可更确实地对翘曲进行矫正,或可更确实地防止导光板产生翘曲,从而可使无亮度不均及无照度不均匀等或亮度不均及照度不均匀等都已减少的光自光出射面射出。
再者,可于框体的上部框体、下部框体以及折回构件中使用金属、树脂等的各种材料。再者,对于材料而言,较佳为使用轻量且高强度的材料。
又,于本实施形态中,将折回构件设为另外的构件,但亦可与上部框体或下部框体成一体地形成折回构件。又,亦可设为不设置折回构件的构成。
支持构件48是垂直于延伸方向的剖面的形状相同的棒状构件。
如图2所示,支持构件48配置于反射板34与下部框体42之间,更具体而言,配置于与导光板30的背面30b的第1光入射面30c侧的端部以及第2光入射面30d侧的端部相对应的位置的反射板34与下部框体42之间,将导光板30以及反射板34固定于下部框体42,且对该导光板30以及反射板34进行支持。
利用支持构件48来对反射板34进行支持,藉此,可使导光板30与反射板34紧密接合着。此外,可将导光板30以及反射板34固定于下部框体42的规定位置。
又,于本实施形态中,将支持构件设置为独立的构件,但并不限定于此,亦可与下部框体42或反射板34成一体地形成支持构件。亦即,可于下部框体42的一部分形成突起部,且将该突起部用作支持构件,亦可于反射板34的一部分形成突起部,且将该突起部用作支持构件。
又,配置位置亦并无特别的限定,可配置于反射板与下部框体之间的任意的位置,但为了稳定地保持导光板,较佳为配置于导光板的端部侧,即,于本实施形态中,较佳为配置于第1光入射面30c附近、或第2光入射面30d附近。
又,支持构件48的形状并无特别的限定,可设为各种形状,而且,亦可利用各种材料来制作该支持构件48。例如,亦可设置多个支持构件,且隔开规定间隔地配置多个支持构件。
又,亦可将支持构件设为填埋由反射板与下部框体所形成的整个空间区域的形状,即,亦可将反射板侧的面设为沿着反射板的形状,将下部框体侧的面设为沿着下部框体的形状。如此,当藉由支持构件来对反射板的整个面进行支持时,可确实地防止导光板与反射板分离,从而可防止因反射板所反射的光而产生亮度不均以及照度不均。
背光单元20基本上是以上述方式构成。
对于背光单元20而言,自分别配置于导光板30的两端的光源28射出的光入射至导光板30的光入射面(第1光入射面30c以及第2光入射面30d)。自各个面入射的光因导光板30的内部所含的散射体而散射,并且通过导光板30内部,然后直接自光出射面30a射出,或由背面30b反射之后,自光出射面30a射出。此时,自背面漏出的一部分的光会被反射板34反射,然后再次入射至导光板30的内部。
如此,自导光板30的光出射面30a射出的光透过光学构件32,自照明装置本体24的光出射面24a射出,对液晶显示面板12进行照明。
液晶显示面板12利用驱动单元14,根据位置来对光的透射率进行控制,藉此来将文字、图形、以及影像等显示于液晶显示面板12的表面上。
然后,使用具体的实例来更详细地对面状照明装置20进行说明。
于本实例中,针对单层导光板(光出射面为平面,背面为朝背面方向凸出的形状:参照图28)与双层及三层的导光板,藉由电脑模拟(simulation)来求得出射光的正规化照度分布。
又,于模拟(simulation)中,将导光板的透明树脂的材料作为PMMA而予以模型(model)化,将散射粒子的材料作为聚硅氧而予以模型化。该点于以下的实例中亦完全相同。
(实例1)
使用画面尺寸对应于42时的导光板30作为实例1。具体而言,使用如下的导光板,该导光板的自第1光入射面30c至第2光入射面30d为止的长度设为545mm,二等分线α处的自光出射面30a至背面30b为止的长度,即,厚度最薄的部分的厚度D设为2.56mm,第1光入射面30c以及第2光入射面30d的厚度,即,厚度最厚的部分的厚度设为3.0mm,第1层60的二等分线α处的自光出射面30a至边界面z为止的长度,即,第1层60的厚度最薄的部分的第1层60的厚度D1设为2.12mm,第2层62的二等分线α处的自边界面z至背面30b为止的长度,即,第2层62的厚度最厚的部分的第2层62的厚度D2设为0.44mm,光出射面30a的曲率半径R设为75000mm,凹陷量d设为0.44mm。又,混入分散于导光板的散射粒子的粒径设为4.5μm。
使用上述形状的导光板,针对实例11与实例12来对照度分布进行测定,实例11将第1层60的粒子浓度Npo设为0.02wt%,且将第2层62的粒子浓度Npr设为0.10wt%,实例12将第1层60的粒子浓度Npo设为0.02wt%,且将第2层62的粒子浓度Npr设为0.15wt%。又,作为比较例11,对将第1层60、第2层62的粒子浓度均设为0.05wt%时,即,使导光板的粒子浓度均一时的图28所示的形状的单层的导光板102进行测定。再者,对于比较例11的导光板102而言,光出射面104为平面,背面106为朝背面方向凸出的形状。
再者,当实际使用时,在入射部附近所测定的亮度急遽上升的区域配置有外罩反射构件,该区域的光不会自面状照明装置的光出射面射出,因此,不会看到亮度不均,而且,由于不会看到自光出射面射出的光,因此,忽视该光。该点于以下的实例中亦相同。
将测定出的照度的结果表示于下述表2中,将正规化照度分布表示于图6。此处,于图6中,将纵轴设为正规化照度,将横轴设为与导光板中央相隔的距离[以mm来表示],以细实线来表示实例11,以虚线来表示实例12,以粗实线来表示比较例11。
[表2]
表2
如图6以及表2所示,实例11以及实例12的导光板与图28所示的形状的粒子浓度均一的单层的导光板102相比较,中央部的照度提高了10%以上。又,如图6所示,与比较例11相比较,形成了中间更高的照度分布。
此处,对光入射面的厚度与入射效率的关系进行说明。
图8表示由与40时的画面尺寸相对应的各种形状的导光板中的作为光源的LED的尺寸所引起的入射效率的变化。
针对双层导光板的实例101,对入射效率进行测定,该双层导光板的形状与图2所示的导光板30相同,仅将画面尺寸变更为40时,光入射面的厚度即大致垂直于光出射面的方向的光入射面的厚度为2.62mm。又,针对作为比较例101的光入射面的厚度为1.50mm且粒子浓度均一的图28所示的形状的单层导光板、作为比较例102的光入射面的厚度为1.96mm的图29所示的形状的粒子浓度不同的双层的导光板108、以及作为比较例103的光入射面的厚度为2.29mm的呈平板形状且粒子浓度不同的双层导光板,对入射效率进行测定。再者,LED的发光面与导光板的光入射面的距离为0.2mm。
于图8中,将纵轴设为经正规化的效率,将横轴设为LED的发光面的尺寸,以黑三角来表示实例101,以黑菱形来表示比较例101,以黑四角来表示比较例102,以星标(asterisk)来表示比较例103。
如图8所示,已知:当使用发光面的高度较各导光板的光入射面的厚度更小的LED时,入射效率为95%以上,但若为了使光源的光量提高而使用大型的LED,即,使用发光面的高度方向的尺寸较导光板的光入射面的厚度更大的LED,则入射效率会急遽下降。因此,已知:为了使用光量大的大型的LED,重要的是使导光板的光入射面的厚度增大。
作为实例1的变形例,如图7所示,亦可将导光板的背面设为朝光出射面侧凸出的形状(即,朝背面侧凹陷的形状)的背面30b′。于该情形时,根据光学特性与机械特性(强度)的平衡,背面30b′的凹形的曲率半径R较佳是处于150000mm~1850000mm的范围。又,凹形不仅可为圆的圆弧,而且可为椭圆的圆弧或将圆与椭圆加以组合而成的圆弧,光出射面30a的中央部亦可使用圆弧,且朝第1光入射面30c以及第2光入射面30d而呈斜面地连接。
表3表示各画面尺寸的光出射面的凹形以及构成背面的凹形的圆弧的半径的例子。
[表3]
表3
画面尺寸(时) | 37 | 46 | 100 |
光出射面侧半径R1(mm) | 60000 | 75000 | 175000 |
背面侧半径R2(mm) | 250000 | 350000 | 750000 |
如此,藉由设为光出射面为凹形且粒子浓度不同的双层导光板(实例11、实例12、实例101),与图28以及图29所示的形状的导光板相比较,可获得大的光入射面,因此,可使光的入射效率提高,从而可使照度分布成为中间高的分布。
又,即便与平均厚度相同的平板导光板相比较,亦可获得大的光入射面,因此,可使光的入射效率提高,且可使导光板变轻。而且,可使照度分布成为中间高的分布。
(实例2)
作为实例2,使用如下的导光板80,该导光板80是外形为与实例1相同的形状且画面尺寸为46时的导光板,如图9所示,第1层60与第2层62的边界面z是以第2层62自二等分线α处的光出射面30a(即,光出射面的中央部)朝第1光入射面30c以及第2光入射面30d变薄的方式而连续地发生变化,而且以于第1光入射面30c以及第2光入射面30d附近,朝光出射面30a侧再次变厚的方式而连续地发生变化。此时,使用逆偏置浓度来求出合成粒子浓度,根据求出的合成粒子浓度来求出第1层60以及第2层62的厚度(边界面z的形状)。
亦即,合成粒子浓度的分布(profile)为以如下的方式而发生变化的曲线,即,于导光板30的中央具有最大值,且于该中央的两侧具有最小值,在图示的例子中,于自中央至光入射面(30d及30e)为止的距离的约2/3的位置具有最小值。
此处,所谓逆偏置浓度,是指特别适用于导光板的厚度朝中央部变薄的弓型导光板的方法,且是为了求出无粒子时的照度分布(亮度分布),然后使求出的分布均匀,而将某常数乘以合成浓度所得的粒子浓度(分布)。
为了求出逆偏置浓度,首先,求出在无粒子的状态下自导光板射出的照度分布(亮度分布)。此时,尤其于厚度朝中央部变薄的情形时,可求出中央部为凹状的照度分布(亮度分布)。然后,求出该照度分布与均匀的分布之间的差分,将常数乘以导光板的纵深方向的各单位体积,求出各单位体积的粒子浓度,将该粒子浓度设为逆偏置浓度。根据该逆偏置浓度求出双层导光板的剖面形状。然后,求出平板双层导光板所需的成为所期望的中间高的分布的粒子浓度分布,将该粒子浓度分布换算为双层导光板的剖面形状。最后,将根据逆偏置浓度分布而求出的双层剖面形状与平板所需的双层剖面形状相加,从而求出所期望的双层剖面形状。
此处,导光板80是如下的导光板,第1层60的二等分线α处的自光出射面30a至边界面z为止的长度,即,第1层60的厚度D1设为0.25mm,第2层62的二等分线α处的自边界面z至背面30b为止的长度,即,第2层62的厚度D2设为0.75mm,光入射面(30c、30d)的厚度设为1.5mm,第1光入射面30c以及第2光入射面30d的第2层62的厚度D2′设为0.2mm,光出射面30a的曲率半径R设为75000mm,凹陷量d设为0.5mm。又,混入分散于导光板的散射粒子的粒径设为7μm。
使用上述形状的导光板,针对将第1层60的粒子浓度Npo设为0.02wt%,且将第2层62的粒子浓度Npr设为0.10wt%的实例21,对照度分布进行测定。又,比较例21为将第1层60、第2层62的粒子浓度均设为0.05wt%时,即,使导光板的粒子浓度均一时的图28所示的形状的单层导光板,比较例22为双层的平板导光板,该导光板的背面侧的第2层朝光出射面侧凸出,使用比较例21的导光板、与比较例22的导光板,对将第1层的粒子浓度Npo设为0wt%且将第2层的粒子浓度Npr设为0.07wt%的导光板进行测定。再者,对于比较例21的导光板102而言,光出射面104为平面,背面106为朝背面方向凸出的形状。
图10表示作为已测定出的照度的结果的正规化照度分布。此处,于图10中,将纵轴设为正规化照度,将横轴设为与导光板中央相隔的距离[mm],以细实线来表示实例21,以粗实线来表示比较例21,以虚线来表示比较例22。
如图10所示,实例21的导光板与比较例21的导光板102相比较,中央部亮度提高了20%以上。又,与比较例22相比较,光入射面附近的照度提高。此处,薄膜构成为扩散薄膜、棱镜片、以及扩散薄膜,因此,亮度亦与照度成比例,故而可谓亮度已提高。
如此,形成光出射面为凹形且根据逆偏置浓度来将粒子浓度不同的两个层中的第2层予以最佳化的导光板(实例21),藉此,与实例11、实例12的导光板相比较,光入射面附近的照度提高,可形成更良好的中间高的照度分布。
又,于图9所示的导光板80中,当以垂直于光入射面的长度方向的段面来进行观察时,第1层60与第2层62的边界面z于第1光入射面30c以及第2光入射面30d的附近的区域中为朝光出射面30a凹陷的曲面,于导光板80中央的区域中为朝光出射面30a凸出的曲面。
形成边界面z的凹形以及凸形的曲面在垂直于光入射面的长度方向的剖面上,可为以圆或椭圆的一部分来表示的曲线,可为以二次曲线或多项式来表示的曲线,亦可为将上述曲线加以组合而成的曲线。
此处,当形成边界面z的凹形以及凸形的曲面是以圆的一部分来表示时,若导光板的尺寸为32,则凹形的曲面的曲率半径Ry1较佳为2500mm≤Ry1≤110000mm,凸形的曲面的曲率半径Ry2较佳为2500mm≤Ry2≤120000mm,若导光板为46时,则凹形的曲面的曲率半径Ry1较佳为2500mm≤Ry1≤230000mm,凸形的曲面的曲率半径Ry2较佳为2500mm≤Ry2≤250000mm,若导光板为65时,则凹形的曲面的曲率半径Ry1较佳为5000mm≤Ry1≤450000mm,凸形的曲面的曲率半径Ry2较佳为5000mm≤Ry2≤490000mm。
(实例3)
作为实例3,图9所示的导光板80是画面尺寸为32时的导光板,改变边界面z的凹形以及凸形的曲面的曲率半径Ry1、Ry2、与第1层60以及第2层62的粒子浓度来进行测定。
具体而言,使用如下的导光板作为实例3,该导光板的自第1光入射面30c至第2光入射面为止的长度设为413mm,第1光入射面30c以及第2光入射面30d的厚度,即,厚度最厚的部分的厚度D2设为3mm,凹陷量d设为0.5mm,光出射面30a的曲率半径设为42500mm,第1光入射面中的第2层62的厚度D3设为0.5mm,第2层62的厚度最薄的部分的厚度D4设为0.48mm,第2层62的厚度最厚的部分的厚度D5设为1.0mm。又,混入分散于导光板的散射粒子的粒径设为4.5μm。
使用上述导光板,针对实例31、实例32、实例33、实例34、以及实例35,对照度分布进行测定,实例31将边界面z的凹形的曲面的曲率半径Ry1设为2500mm,将凸形的曲面的曲率半径Rz2设为35000mm,将第1层60的粒子浓度Npo设为0.003wt%,且将第2层62的粒子浓度Npr设为0.125wt%,实例32将边界面z的凹形的曲面的曲率半径Ry1设为2500mm,将凸形的曲面的曲率半径Rz2设为35000mm,将第1层60的粒子浓度Npo设为0.003wt%,且将第2层62的粒子浓度Npr设为0.15wt%,实例33将边界面z的凹形的曲面的曲率半径Ry1设为30000mm,将凸形的曲面的曲率半径Rz2设为2500mm,将第1层60的粒子浓度Npo设为0.003wt%,且将第2层62的粒子浓度Npr设为0.125wt%,实例34将边界面z的凹形的曲面的曲率半径Ry1设为30000mm,将凸形的曲面的曲率半径Rz2设为2500mm,将第1层60的粒子浓度Npo设为0.003wt%,且将第2层62的粒子浓度Npr设为0.15wt%,实例35将边界面z的凹形的曲面的曲率半径Ry1设为30000mm,将凸形的曲面的曲率半径Rz2设为2500mm,将第1层60的粒子浓度Npo设为0.003wt%,且将第2层62的粒子浓度Npr设为0.175wt%。
图11表示作为测定出的照度的结果的正规化照度分布。于图11(A)中,将纵轴设为正规化照度,将横轴设为与导光板中心相隔的距离[mm],以虚线来表示实例31,以实线来表示实例32,以粗实线来表示比较例31。同样地,于图11(B)中,以虚线来表示实例33,以实线来表示实例34,以一点锁线来表示实例35。
如图11(A)以及(B)所示,当导光板的尺寸为32时时,将边界面z的凹形的曲面的曲率半径Ry1设为2500mm≤Ry1≤110000mm,将凸形的曲面的曲率半径Ry2设为2500mm≤Ry2≤120000mm,藉此,可形成中间高的照度分布。
(实例4)
作为实例4,图9所示的导光板80是画面尺寸为65时的导光板,改变边界面z的凹形以及凸形的曲面的曲率半径Ry1、Ry2、与第1层60以及第2层62的粒子浓度来进行测定。
具体而言,使用如下的导光板作为实例4,该导光板的自第1光入射面30c至第2光入射面为止的长度设为830mm,第1光入射面30c以及第2光入射面30d的厚度,即,厚度最厚的部分的厚度D2设为1mm,凹陷量d设为0.2mm,光出射面30a的曲率半径设为165000mm,第1光入射面中的第2层62的厚度D3设为0.18mm,第2层62的厚度最薄的部分的厚度D4设为0.16mm,第2层62的厚度最厚的部分的厚度D5设为0.35mm。又,混入分散于导光板的散射粒子的粒径设为4.5μm。
使用上述导光板,针对实例41、实例42、实例43、实例44、实例45、以及实例46,对照度分布进行测定,实例41将边界面z的凹形的曲面的曲率半径Ry1设为5000mm,将凸形的曲面的曲率半径Rz2设为490000mm,将第1层60的粒子浓度Npo设为0.003wt%,且将第2层62的粒子浓度Npr设为0.02wt%,实例42将Ry1设为5000mm,将Rz2设为490000mm,将Npo设为0.003wt%,且将Npr设为0.03wt%,实例43将Ry1设为5000mm,将Rz2设为490000mm,将Npo设为0.003wt%,且将Npr设为0.04wt%,实例44将Ry1设为450000mm,将Rz2设为5000mm,将Npo设为0.003wt%,且将Npr设为0.02wt%,实例45将Ry1设为450000mm,将Rz2设为5000mm,将Npo设为0.003wt%,且将Npr设为0.04wt%,实例46将Ry1设为450000mm,将Rz2设为5000mm,将Npo设为0.003wt%,且将Npr设为0.09wt%。
图12表示作为测定出的照度的结果的正规化照度分布。于图12(A)中,将纵轴设为正规化照度,将横轴设为与导光板中央相隔的距离[mm],以虚线来表示实例41,以实线来表示实例42,以一点锁线来表示实例43,以粗实线来表示比较例41。同样地,于图12(B)中,以虚线来表示实例44,以实线来表示实例45,以一点锁线来表示实例46。
如图12(A)以及(B)所示,当导光板的尺寸为65时时,将边界面z的凹形的曲面的曲率半径Ry1设为5000mm≤Ry1≤450000mm,将凸形的曲面的曲率半径Ry2设为5000mm≤Ry2≤490000mm,藉此,可形成中间高的照度分布。
(实例5)
使用导光板82作为实例5,该导光板82为外形与实例1相同的导光板,且具有3个粒子浓度不同的层。如图13所示,导光板82包括第1层60、第2层62、以及第3层64a、64b。
对于导光板82而言,第1层60与第2层62的边界面z为平面,第2层62与第3层64a、64b的边界面y为与光出射面30a相同的凹形。亦即,第3层64a、64b的厚度随着自第1光入射面30c以及第2光入射面30d朝向中央而变薄,在与中央部的二等分线α相对应的部分,厚度最薄,在两端部的两个光入射面(第1光入射面30c与第2光入射面30d)处,厚度最厚。
此处,导光板82是如下的导光板,二等分线α处的厚度设为2.56mm,第1层60的二等分线α处的自光出射面30a至边界面z为止的长度,即,第1层60的厚度D1设为2.12mm,第2层62的二等分线α处的自边界面z至背面30b为止的长度,即,第2层62的厚度D2设为0.44mm,第1光入射面30c以及第2光入射面30d的第2层62的厚度D2′设为0mm,第1光入射面30c以及第2光入射面30d的第3层64a、64b的厚度D3设为0.44mm,光出射面30a以及边界面y的曲率半径R设为75000mm,凹陷量d设为0.44mm。又,混入分散于导光板的散射粒子的粒径设为7μm。
使用上述形状的导光板,针对实例51、与实例52,对照度分布进行测定,该实例51是将第1层60的粒子浓度Npo设为0wt%,将第2层62的粒子浓度Npr设为0.10wt%,且将第3层64a、64b的粒子浓度设为0wt%的三层的导光板,上述实例52是实例1的导光板,且是将第1层60的粒子浓度Npo设为0wt%且将第2层62的粒子浓度Npr设为0.10wt%的双层导光板。再者,第3层64a、64b的粒子浓度亦可为任意的浓度。又,作为比较例51,对将全部的层的粒子浓度设为0.05wt%时,即,使导光板的粒子浓度均一时的图28所示的形状的单层导光板进行测定。
图14表示作为测定出的照度的结果的正规化照度分布。此处,于图14中,将纵轴设为正规化照度,将横轴设为与导光板中央相隔的距离[mm],以虚线来表示实例51,以实线来表示实例52,以粗实线来表示比较例51。
如图14所示,实例51的导光板藉由设置第3层,相对于实例52的导光板而言,光入射面(30c、30d(入光部))附近的照度提高,即,可抑制照度的降低,而且可使入光部不均减小。
(实例6)
使用如图15所示的背面侧为与光出射面侧相同的形状且画面尺寸对应于42时的导光板90作为实例6。将导光板的光出射面侧与背面侧设为相同的形状(朝光出射面侧凹陷的形状),藉此,可迭合地进行加工。又,导光板90的第1层与第2层的边界面z为平面。
使用如下的导光板作为图15所示的导光板90,该导光板的自第1光入射面30c至第2光入射面30d为止的长度设为545mm,二等分线α处的自光出射面30a至背面30b为止的长度(中央部分的厚度)设为2.5mm,第1光入射面30c以及第2光入射面30d的厚度设为2mm,第1层60的二等分线α处的自光出射面30a至边界面z为止的长度,即,第1层60的厚度最薄的部分的第1层60的厚度D1设为1.56mm,第2层62的二等分线α处的自边界面z至背面30e为止的长度,即,第2层62的厚度最厚的部分的第2层62的厚度D2设为0.5mm,光出射面30a以及背面30e的曲率半径R设为75000mm,凹陷量设为0.44mm。又,混入分散于导光板的散射粒子的粒径设为4.5μm。
使用上述形状的导光板,针对实例61、与实例62,对照度分布进行测定,实例61将第1层94的粒子浓度Npo设为0.02wt%,且将第2层96的粒子浓度Npr设为0.10wt%,实例62将第1层94的粒子浓度Npo设为0wt%,且将第2层96的粒子浓度Npr设为0.10wt%。又,作为比较例61,针对图28所示的形状的单层导光板,于第1层、第2层的粒子浓度均设为0.05wt%时,即,使导光板的粒子浓度均一时来进行测定。再者,比较例61的导光板102为如下的导光板,该导光板的二等分线α处的自光出射面104至背面106为止的长度(中央部分的厚度)设为3.5mm,且端部的光入射面的厚度设为2mm。
图16表示作为测定出的照度的结果的正规化照度分布。此处,于图16中,将纵轴设为正规化照度,将横轴设为与导光板中央相隔的距离[以mm来表示],以虚线来表示实例61,以细实线来表示实例62,以粗实线来表示比较例61。
又,使用如下的导光板作为导光板90,该导光板的二等分线α处的自光出射面30a至背面30b为止的长度(中央部分的厚度)设为3.5mm,第1光入射面30c以及第2光入射面30d的厚度设为3mm,针对实例63、与实例64,对照度分布进行测定,实例63将第1层94的粒子浓度Npo设为0.02wt%,且将第2层96的粒子浓度Npr设为0.15wt%,实例64将第1层94的粒子浓度Npo设为0wt%,且将第2层96的粒子浓度Npr设为0.15wt%。又,与上述同样地,作为比较例61,对图28所示的形状的单层导光板进行测定。
图17表示作为测定出的照度的结果的正规化照度分布。此处,于图17中,将纵轴设为正规化照度,将横轴设为与导光板中央相隔的距离[mm],以虚线来表示实例63,以细实线来表示实例64,以粗实线来表示比较例61。
如图16以及17所示,实例61~实例64的导光板与实例1~实例3的各导光板同样地,形成中间高的照度分布,且与比较例61相比较,中央部的照度提高了10%~20%以上。
此外,为了于加工时易于迭合,如图18所示,亦可形成在导光板90的第1光入射面30c以及第2光入射面30d处附带有凸边65、66的形状的导光板92。于该情形时,光入射面为第1光入射面30f以及第2光入射面30g。此处,亦可进一步将凸边部分作为混合区(mixing zone)来改变粒子浓度,该粒子浓度较佳为其他部分的最大浓度以上。
再者,只要可迭合地进行加工,则光出射面侧与背面侧的曲率半径R亦可不同。又,即便光出射面侧与背面侧的曲率半径R不同,使凸边65、66的背面侧的面延长至比背面30e与二等分线α交叉的部分更靠背面侧为止,即,延长至比最朝背面侧凸出的部分更靠背面侧为止,或隔着间隔件(spacer),藉此,当迭合时,凸边彼此会发生接触,或隔着间隔件而发生接触,从而可稳定地迭合之后进行加工。又,使背面侧的曲率半径小于光出射面侧的曲率半径,即,使背面更朝背面侧凸出,藉此,亦可获得与倒楔形的导光板相同的效果。
又,作为实例6的变形例,代替如图15所示的光出射面侧为凹形且背面侧为与光出射面侧相同的形状的导光板,亦可使平板的多层导光板变形为凹形。例如,使用以树脂制的突起物来进行按压等的机械性变形方法,使薄型的导光板朝液晶面板的相反侧弯曲,即,以使光出射面侧成为凹形的方式而使薄型的导光板发生变形,藉此,可获得与图15所示的导光板相同的效果。
如此,藉由形成光出射面为凹形,背面为凸形且粒子浓度不同的双层导光板(实例61~实例64),可于加工时进行迭合,从而可一并对多块导光板的端面进行切断以及研磨。因此,可大幅度地使端面加工时的成本下降。又,由于光出射面侧为凹面,因此,可形成不易朝液晶面板侧翘曲的导光板。而且,当使平板的多层导光板变形为凹形时,生产性更良好,可进一步使成本下降。
根据以上的结果,藉由将光出射面设为凹形,可形成不易朝液晶面板侧翘曲的导光板。又,藉由形成光出射面为凹形且粒子浓度不同的双层导光板,与图28以及图29所示的形状(倒楔形)的导光板相比较,可获得大的光入射面,因此,可使光的入射效率提高,从而可使照度分布成为中间高的分布。
又,即便与平均厚度相同的平板导光板相比较,亦可获得大的光入射面,因此,可使光的入射效率提高,且可使导光板变轻。而且,可使照度分布成为中间高的分布。
又,已知:根据逆偏置浓度来将粒子浓度不同的两个层中的第2层予以最佳化,藉此,光入射面附近的照度提高,可形成更良好的中间高的照度分布。
而且,已知:藉由设置第3层,光入射面附近的照度提高,即,可抑制照度的降低,且可使入光部不均减小。
又,将光出射面侧与背面侧设为相同的形状(朝光出射面侧凹陷的形状,即,出射面为凹形且背面为凸形),藉此,可于加工时进行迭合,藉由一并对多块导光板的端面进行切断以及研磨,可大幅度地使端面加工时的成本下降。
再者,作为上述实例2的变形例,如图19所示,亦可形成将实例2的导光板80的凹陷量d设为0的导光板84,即,亦可形成具有平面性的光出射面30h的导光板。
又,作为上述实例5的变形例,如图20所示,亦可将实例2与实例5加以组合而形成三层的导光板,实例5的导光板82的边界面y是以第2层62自二等分线α处的光出射面30a(即,光出射面的中央部)朝第1光入射面30c以及第2光入射面30d变薄的方式而连续地发生变化,而且以于第1光入射面30c以及第2光入射面30d附近,朝背面30b侧再次变厚的方式而连续地发生变化(即,第2层62(中间层)相对于背面30b侧而凹陷或凸出),导光板86的浓度为使用逆偏置浓度来将合成粒子浓度予以最佳化而成的浓度。
此时,三层的粒子浓度的关系较佳为满足第1层60≤第3层64a、64b<第2层62的关系,第1层60的粒子浓度较佳为0wt%。又,较佳为将第1层60与第2层62的边界面z设为平面,或设为朝与光出射面相同的方向凹陷的形状。
如此,藉由形成三个层,可容易地对亮度分布(照度分布)进行微调整。
再者,于上述实施形态中,设为将两个光源配置于导光板的两个光入射面的两侧入射,但并不限定于此,亦可设为仅将一个光源配置于导光板的一个光入射面的单侧入射。藉由使光源的数量减少,可削减零件数,从而可使成本下降。
又,于设为单面入射的情形时,亦可形成边界面z的形状为非对称的形状的导光板。例如,亦可为具有一个光入射面且第2层的形状为非对称的形状的导光板,在比光出射面的二等分线更远离光入射面的位置,导光板的第2层的厚度最大。
图21(A)以及(B)分别是表示使用本发明的导光板的另一例的背光单元的一部分的概略剖面图。再者,于图21(A)所示的背光单元120中,代替导光板30而包括导光板122,且仅包括一个光源28,除此以外,具有与背光单元20相同的构成,又,于图21(B)所示的背光单元130中,代替导光板30而包括导光板132,且仅包括一个光源28,除此以外,具有与背光单元20相同的构成,因此,对相同的部位附上相同的符号,以下主要对不同的部位进行说明。
图21(A)所示的背光单元120包括:导光板122以及与导光板122的第1光入射面30c相对向地配置的光源28。
导光板122包括:相对向地配置有光源28的面即第1光入射面30c、与第1光入射面30c的相反侧的面即侧面122d。
又,藉由光出射面30a侧的第1层60与背面30b侧的第2层来形成导光板122。当以垂直于第1光入射面30c的长度方向的剖面来进行观察时,第1层60与第2层62的边界面z是以第2层62自第1光入射面30c朝侧面122d暂时变薄的方式而发生变化,然后,以第2层62变厚的方式而发生变化,然后以第2层62再次变薄的方式而连续地发生变化。亦即,边界面z于第1光入射面30c侧为朝光出射面30a凹陷的曲面,于侧面122d侧为朝光出射面30a凸出的曲面。
亦即,合成粒子浓度的浓度分布是以如下的方式而发生变化的曲线,即,于第1光入射面30c侧具有最小值,且于侧面122d侧具有最大值。
图21(B)所示的背光单元130包括:导光板132以及与导光板132的第1光入射面30c相对向地配置的光源28。
导光板132包括:相对向地配置有光源28的面即第1光入射面30c、与第1光入射面30c的相反侧的面即侧面122d。
又,藉由光出射面30a侧的第1层60与背面30b侧的第2层来形成导光板132。当以垂直于第1光入射面30c的长度方向的剖面来进行观察时,第1层60与第2层62的边界面z是以第2层62自第1光入射面30c朝侧面122d暂时变薄的方式而发生变化,然后,以第2层62变厚的方式而发生变化,然后,以第2层62的厚度保持固定的方式而连续地发生变化。亦即,边界面z于第1光入射面30c侧为朝光出射面30a凹陷的曲面,于导光板中央部为朝光出射面30a凸出的曲面,自凸出的曲面的顶点朝侧面122d侧为平行于光出射面30a的平面。
如此,于仅使用一个光源的单面入射的情形时,将边界面z的形状设为非对称的形状,即,于靠近光入射面的位置,第2层的厚度最小,于远离光入射面的位置,第2层的厚度最大,藉此,可将自光源射出且自光入射面入射的光引导至导光板的深处为止,可使自光出射面射出的光的照度分布成为中间高的分布,从而可使光的利用效率提高。
又,即便与平均厚度相同的平板导光板相比较,亦可获得大的光入射面,因此,可使光的入射效率提高,且可使导光板变轻。
此处,图21(A)以及(B)所示的导光板122以及导光板132是将光出射面形成为凹状,但本发明并不限定于此,如图21(C)以及(D)所示的导光板142以及导光板152般,光出射面亦可为平面。
又,对于图21所示的用于单面入射的背光单元的导光板而言,合成粒子浓度为使用逆偏置浓度来制成的浓度,亦可将该浓度设为第1层以及第2层的浓度,且形成边界面z的形状。对于使用于单面入射的背光单元的导光板而言,使用相同形状且无粒子的导光板,根据使光自单面入射时的照度分布来求出逆偏置浓度即可。
又,形成边界面z的凹形以及凸形的曲面在垂直于光入射面的长度方向的剖面上,可为以圆或椭圆的一部分来表示的曲线,可为以二次曲线或多项式来表示的曲线,亦可为将上述曲线加以组合而成的曲线。
再者,对于如图21(A)所示的边界面z为凹凸形状的导光板而言,当凹形以及凸形的曲面在垂直于光入射面的长度方向的剖面上为以圆的一部分来表示的曲线时,凹形的曲面的曲率半径Rz1较佳为2500mm≤Rz1≤450000mm,凸形的曲面的曲率半径Rz2较佳为2500mm≤Rz2≤490000mm。
藉由将Rz1以及Rz2设为上述范围,可更适当地使光的照度分布成为中间高的分布。
又,对于如图21(B)所示的边界面z为将凹凸形状与平面加以组合而成的形状的导光板而言,当凹形以及凸形的曲面在垂直于光入射面的长度方向的剖面上为以圆的一部分来表示的曲线时,凹形的曲面的曲率半径Rx1较佳为2500mm≤Rx1≤450000mm,凸形的曲面的曲率半径Rx2较佳为2500mm≤Rx2≤490000mm。
藉由将Rx1以及Rx2设为上述范围,可更适当地使光的照度分布成为中间高的分布。
然后,使用具体的实例来更详细地对背光单元120以及背光单元130进行说明。
(实例7)
使用画面尺寸对应于46时的导光板120作为实例7。具体而言,使用如下的导光板,该导光板的自第1光入射面30c至侧面122d为止的长度设为592mm,二等分线α处的自光出射面30a至背面30b为止的长度,即,厚度最薄的部分的厚度D1设为0.8mm,第1光入射面30c以及侧面122d的厚度,即,厚度最厚的部分的厚度D2设为1.0mm,第1光入射面中的第2层62的厚度D3设为0.21mm,第2层62的厚度最薄的部分的厚度D4设为0.17mm,第2层62的厚度最厚的部分的厚度D5设为0.5mm,光出射面30a的曲率半径R设为87500mm,凹陷量d设为0.2mm,边界面z的凹形的曲面的曲率半径Rz1设为35000mm,凸形的曲面的曲率半径Rz2设为55000mm。又,混入分散于导光板的散射粒子的粒径设为4.5μm,散射粒子未分散于第1层60(Npo=0),第2层62的粒子浓度Npr设为0.065wt%。
又,作为比较例71,使光自图28所示的形状的单层导光板的2条边入射,对亮度分布进行测定。再者,将导光板的中央部的厚度设为3.5mm,将光入射面的厚度设为2mm,且将粒子浓度设为0.05wt%来进行测定。
图22表示作为测定出的照度的结果的正规化亮度照度分布。此处,于图22中,将纵轴设为正规化亮度,将横轴设为与导光板中央相隔的距离[mm],以细虚线来表示实例71,以粗实线来表示比较例71。
如图22所示,即便当单面入射时,边界面z为凹凸形状的实例71的导光板与比较例71的导光板相比较,中央亮度提高,可形成中间高的照度分布。
(实例8)
使用画面尺寸对应于57时的导光板130作为实例8。具体而言,使用如下的导光板,该导光板的自第1光入射面30c至侧面122d为止的长度设为730mm,二等分线α处的自光出射面30a至背面30b为止的长度,即,厚度最薄的部分的厚度D1设为0.8mm,第1光入射面30c以及侧面122d的厚度,即,厚度最厚的部分的厚度D2设为1.0mm,第1光入射面中的第2层62的厚度D3设为0.19mm,第2层62的厚度最薄的部分的厚度D4设为0.15mm,第2层62的厚度最厚的部分的厚度D5设为0.31mm,光出射面30a的曲率半径R设为135000mm,凹陷量d设为0.2mm,边界面z的凹形的曲面的曲率半径Rx1设为100000mm。又,混入分散于导光板的散射粒子的粒径设为4.5μm,散射粒子未分散于第1层60(Npo=0),第2层62的粒子浓度Npr设为0.06wt%。
又,作为比较例81,使光自图28所示的形状的单层导光板的2条边入射,对亮度分布进行测定。再者,将导光板的中央部的厚度设为3.5mm,将光入射面的厚度设为2mm,且将粒子浓度设为0.05wt%来进行测定。
图23表示作为测定出的照度的结果的正规化照度分布。此处,于图23中,将纵轴设为正规化亮度照度,将横轴设为与导光板中央相隔的距离[mm],以细虚线来表示实例81,以粗实线来表示比较例81。
如图23所示,即便当设为单面入射时,边界面z为将凹凸形状与平面加以组合而成的形状的实例81的导光板与比较例81的导光板相比较,中央亮度提高,可形成中间高的照度分布。
又,于图21(A)~(D)所示的单面入射的导光板中,背面设为与光的前进方向(光出射面)平行的平面,但本发明并不限定于此,亦可将背面设为与光的前进方向倾斜的平面。
又,于图21(B)以及(D)所示的导光板中,第1层60与第2层62的边界面z于第1光入射面30c侧为朝光出射面凹陷的曲面,于导光板中央部为朝光出射面凸出的曲面,自凸出的曲面的顶点朝侧面122d侧,设为平行于光出射面的平面,但本发明并不限定于此,亦可将多个朝光出射面凹陷的曲面、朝光出射面凸出的曲面、平行于光出射面的平面、以及与光出射面倾斜的平面加以组合而构成导光板。
图24是表示使用本发明的导光板的另一例的背光单元的一部分的概略剖面图。再者,对于图24所示的背光单元而言,除了具有导光板162来代替导光板152以外,具有与背光单元150相同的构成,因此,对相同的部位附上相同的符号,以下主要对不同的部位进行说明。
图24所示的背光单元160包括导光板162以及与导光板162的第1光入射面30c相向地配置的光源28。
对于导光板162而言,以垂直于光出射面30h的方向的厚度随着远离光入射面30c而变小的方式,背面162b与光出射面30h倾斜。
又,藉由光出射面30h侧的第1层164与背面162b侧的第2层166来形成导光板162。第1层164的散射粒子的粒子浓度高于第2层166的散射粒子的粒子浓度。
又,当以垂直于第1光入射面30c的长度方向的剖面来进行观察时,第1层164与第2层166的边界面z是以第1层164自第1光入射面30c朝侧面122d暂时变薄的方式而发生变化,然后,以第1层164变厚的方式而连续地发生变化。亦即,边界面z于第1光入射面30c侧为朝光出射面30h凸出的曲面,于侧面侧122d为朝光出射面30h凹陷的曲面,凸出的曲面与凹陷的曲面在随着远离第1光入射面30c而使第1层164的厚度变厚的方向上,由与光出射面30h倾斜的平面来平滑地连接。
如此,将曲面与平面加以组合,使边界面z的形状为如下的非对称的形状,藉此,可将自光源射出且自光入射面入射的光引导至导光板的深处为止,从而可使光的利用效率提高,上述非对称的形状使得散射粒子的粒子浓度高的层的厚度于靠近光入射面的位置为最小,于远离光入射面的位置为最大。
然后,使用具体的实例来更详细地对背光单元160进行说明。
(实例9)
使用呈图24所示的形状且画面尺寸对应于40时的导光板162作为实例9。具体而言,使用如下的导光板,该导光板的自第1光入射面30c至侧面122d为止的长度设为500mm,利用朝光入射面30c侧的光出射面30h凸出的曲面、朝侧面122d侧的光出射面30h凹陷的曲面、以及平滑地将上述凸出的曲面与凹陷的曲面予以连接的平面来构成第1层164与第2层166的边界面z,混入分散于导光板的散射粒子的粒径设为4.5μm,第2层166的散射粒子的粒子浓度设为0wt%。又,使用于光源28的LED晶片50的发光面的尺寸为纵方向长度a=1.5mm,横方向长度b=2.6mm,LED晶片50与导光板162的光入射面30c之间的间隙设为0.2mm。
此处,图25是表示与光入射面30c相隔的距离、及第1层164的厚度的关系的图表。更具体而言,第1层164的厚度设为图25所示的形状。
使用上述形状的导光板,针对实例91、实例92、实例93、实例94、以及实例95,对照度分布进行测定,实例91将光入射面30c中的自光出射面30h至背面162e为止的长度(光入射面30c的厚度)设为2mm,将侧面122d中的自光出射面30h至背面162e为止的长度(侧面122d的厚度)设为0.5mm,且将第1层164的散射粒子的粒子浓度设为0.12wt%,实例92将光入射面30c的厚度设为2mm,将侧面122d的厚度设为1.0mm,且将第1层164的散射粒子的粒子浓度设为0.163wt%,实例93将光入射面30c的厚度设为2mm,将侧面122d的厚度设为1.25mm,且将第1层164的散射粒子的粒子浓度设为0.188wt%,实例94将光入射面30c的厚度设为2mm,将侧面122d的厚度设为1.5mm,且将第1层164的散射粒子的粒子浓度设为0.203wt%,实例95将光入射面30c的厚度设为2mm,将侧面122d的厚度设为1.75mm,且将第1层164的散射粒子的粒子浓度设为0.21wt%。
又,针对将光入射面30c以及侧面122d的厚度均设为1.5mm的实例96、与将光入射面30c以及侧面122d的厚度均设为2mm的实例97,同样地对照度分布进行测定。
又,作为比较例91,针对如下的情形来对照度分布进行测定,该情形是使光自呈图28所示的形状且光入射面的厚度设为2mm,中央部的厚度设为3.5mm,粒子浓度设为0.05wt%的导光板的两个面入射的情形。
图26(A)以及(B)表示测定出的结果。此处,于图26中,将纵轴设为相对照度,将横轴设为与导光板中央部相隔的距离[mm],于图26(A)中,以细实线来表示实例91,以粗虚线来表示实例92,以一点锁线来表示实例93,以二点锁线来表示实例94,以细虚线来表示实例95,以粗实线来表示比较例91。又,于图26(B)中,以细实线来表示实例96,以虚线来表示实例97,以粗实线来表示比较例91。
如图26(A)以及(B)所示,即便当设为单面入射时,将边界面z设为将朝光出射面凹陷的曲面、朝光出射面凸出的曲面、平行于光入射面的平面、以及与光入射面倾斜的平面加以组合而成的形状,且将背面设为倾斜面,藉此,可使混入分散于导光板内的散射粒子的粒子浓度的分布为更适当的分布,且可使合成粒子浓度为更适当的分布,从而可形成中间高的照度分布,因此,即便与比较例91的双面入射的导光板相比较,中央亮度亦提高,可形成中间高的照度分布。
又,当于使用本发明的导光板的面状照明装置中,使用包括垂直于导光板的光出射面的方向的长度(高度)a为导光板的光入射面的厚度(垂直于光出射面的方向的厚度)的70%以下的长度的LED晶片50的光源28时,较佳为使用光出射面为平面的导光板。
如上所述,LED晶片50(发光面58)的高度a越高,则越可使光源28的光量增加,从而可使来自背光单元的出射光量增加,但LED晶片50的高度a越大于导光板的光入射面的厚度,则会导致自光源28射出的光入射至导光板时的效率下降。
相对于此,藉由使LED晶片50的高度a小于导光板的光入射面的厚度,可使光的入射效率提高。尤其藉由将LED晶片50的高度a设为光入射面的厚度的70%以下,可更适当地使光的入射效率提高。
此处,当将LED晶片50的高度a设为光入射面的厚度的70%以下时,较佳为使用光出射面为平面的导光板。藉由使用光出射面为平面的导光板,与使用光出射面为凹面的导光板的情形相比较,可不使出射效率下降而使出射光的亮度分布成为中间高的分布。
然后,使用具体的实例,来详细地对将LED晶片50的高度a设为光入射面的厚度的70%以下时的导光板的光出射面的形状进行说明。
(实例11A)
使用包括光出射面为平面的导光板的背光单元作为实例111,具体而言,使用包括呈图19所示的导光板84的形状且画面尺寸对应于40时的导光板的背光单元作为实例111。又,使用如下的导光板,该导光板的自第1光入射面30c至第2光入射面30d为止的长度设为500mm,自光出射面30h至背面30b为止的长度,即,导光板84的厚度设为2.3mm,二等分线α处的第2层62的厚度设为0.61mm,厚度最薄的位置的第2层62的厚度设为0.21mm,光入射面(30c、30d)中的第2层62的厚度设为0.28mm,自光入射面(30c、30d)至第2层62的厚度最薄的位置为止的距离设为46.5mm。又,混入分散于导光板84的散射粒子的粒径设为4.5μm,第1层60的粒子浓度Npo设为0.02wt%,且第2层62的粒子浓度Npr设为0.26wt%。
LED晶片50的发光面58的高度a设为1.15mm。
使用上述背光单元,对亮度分布、中高度以及光的利用效率进行测定。
使用包括光出射面为凹面的导光板的背光单元作为实例112,具体而言,使用包括呈图9所示的导光板80的形状且画面尺寸对应于40时的导光板的背光单元作为实例112。
再者,对于实例112的背光单元而言,除了将二等分线α处的导光板80的厚度设为与实例111的导光板84相同的2.3mm,将光入射面(30c、30d)中的导光板80的厚度设为2.7mm且将光出射面30a设为凹面以外,全部与实例111相同。
使用上述背光单元,对亮度分布、中高度以及光的利用效率进行测定。
对于实例113的背光单元而言,除了将LED晶片50的发光面58的高度a设为1.5mm以外,全部与实例111同样地,对亮度分布、中高度以及光的利用效率进行测定。
对于实例114的背光单元而言,除了将LED晶片50的发光面58的高度a设为1.5mm以外,全部与实例112同样地,对亮度分布、中高度以及光的利用效率进行测定。
图27(A)以及(B)表示测定出的亮度分布。此处,于图27(A)中,将纵轴设为相对于实例112的最大亮度的正规化亮度,将横轴设为与导光板中央相隔的距离(位置)[mm]。同样地,于图27(B)中,将纵轴设为相对于实例114的最大亮度的正规化亮度,将横轴设为与导光板中央相隔的距离(位置)[mm]。又,于图27(A)中,以实线来表示实例111,以虚线来表示实例112。又,于图27(B)中,以实线来表示实例113,以虚线来表示实例114。
又,表4表示测定出的光的利用效率与中高度的结果。
此处,所谓中高度,是指于图27(A)以及(B)所示的图表中,对应于光入射面附近的位置的最小亮度的值、与对应于导光板中央部的位置的最大亮度的值之比。再者,光入射面附近的亮度急遽上升的区域受到自光源泄漏的光的影响,因此可忽视。又,针对实例111,以相对于实例112的比来表示中高度,针对实例113,以相对于实例114的比来表示中高度。
[表4]
利用效率 | 中高度 | |
实例111 | 100.4% | 106% |
实例112 | 100.0% | 100% |
实例113 | 100.4% | 105% |
实例114 | 100.0% | 100% |
如图27(A)及(B)、表4所示,已知:当LED晶片50的高度为导光板的光入射面的厚度的70%以下的高度时,导光板的光出射面为平板形状的实例111以及实例113与光出射面为凹面形状的实例112及实例114相比较,光的利用效率相同,且可使出射光的亮度分布成为中间高的分布。
又,使用本发明的导光板的背光单元并不限定于此,除了两个光源之外,亦可与导光板的光出射面的短边侧的侧面相对向地配置光源。藉由增加光源的数量,可使装置所射出的光的强度提高。
又,不仅可使光自光出射面射出,而且亦可使光自背面侧射出。
以上,详细地对本发明的导光板、面状照明装置、以及液晶显示装置进行了说明,但本发明并不限定于上述实施形态,亦可于不脱离本发明的宗旨的范围内进行各种改良或变更。
符号的说明
10:液晶显示装置
12:液晶显示面板
14:驱动单元
20、120、130、140、150、160:背光单元(面状照明装置)
24:照明装置本体
24a、30a、30h:光出射面
26:框体
28:光源
30、80、82、84、86、90、92、122、132、142、152、162:导光板
30b、30b′、30e、162b:背面
30c、30f:第1光入射面
30d、30g:第2光入射面
32:光学构件单元
32a、32c:扩散片
32b:棱镜片
34:反射板
36:上部诱导反射板
38:下部诱导反射板
42:下部框体
44:上部框体
46:折回构件
48:支持构件
49:电源收纳部
50:LED晶片/发光二极管的晶片
52:光源支持部
58:发光面
60、94、164:第1层
62、96、166:第2层
64a、64b:第3层
65、66:凸边
122d:侧面
α:二等分线
y、z:边界面
Claims (25)
1.一种导光板,包括:矩形状的光出射面、设置于上述光出射面的端边侧且使朝与上述光出射面为大致平行的方向前进的光入射的至少一个光入射面、设置于上述光出射面的相反侧的背面、以及分散于内部的散射粒子,该导光板的特征在于:
上述导光板包括有在大致垂直于上述光出射面的方向上重迭且上述散射粒子的粒子浓度不同的两个以上的层,
上述两个以上的层至少包括:上述粒子浓度为Npo的上述光出射面侧的第1层、与上述粒子浓度为Npr且位于比上述第1层更靠上述背面侧的第2层,上述Npo与上述Npr的关系满足Npo<Npr,
自上述至少一个光入射面朝向上述光出射面的中央部且垂直于上述至少一个光入射面的方向的剖面形状于上述光出射面侧为凹形,
使上述第1层以及上述第2层的大致垂直于上述光出射面的方向上的厚度分别发生变化,藉此来使上述导光板的垂直于上述光入射面的方向上的合成粒子浓度发生变化。
2.如权利要求1所述的导光板,其中
于自上述至少一个光入射面朝向上述光出射面的中央部且垂直于上述至少一个光入射面的方向的剖面中,上述第1层与上述第2层的边界面于上述光出射面的中央部成为朝上述光出射面凸出的形状。
3.如权利要求2所述的导光板,其中
使用逆偏置浓度来求出上述合成粒子浓度,根据该合成粒子浓度,上述第2层的厚度以自上述光出射面的中央部朝上述至少一个光入射面而变薄的方式连续地发生变化,且于上述至少一个光入射面附近,以朝上述至少一个光入射面而再次变厚的方式连续地发生变化。
4.如权利要求1至3中任一项所述的导光板,其中
上述光出射面与上述背面为平面形状,使上述导光板朝上述背面侧弯曲而形成上述光出射面侧的凹形。
5.一种导光板,包括:矩形状的光出射面、设置于上述光出射面的端边侧且使朝与上述光出射面大致平行的方向前进的光入射的至少一个光入射面、设置于上述光出射面的相反侧的背面、以及分散于内部的散射粒子,该导光板的特征在于:
上述导光板包括有在大致垂直于上述光出射面的方向上重迭且上述散射粒子的粒子浓度不同的两个以上的层,
上述两个以上的层至少包括:上述粒子浓度为Npo的上述光出射面侧的第1层、与上述粒子浓度为Npr且位于比上述第1层更靠上述背面侧的第2层,上述Npo与上述Npr的关系满足Npo<Npr,
上述第2层的厚度以随着远离上述光入射面而暂时变薄的方式发生变化之后,以再次变厚的方式而连续地发生变化。
6.如权利要求1至5中任一项所述的导光板,其中
上述第2层的厚度于上述光出射面的中央部最厚。
7.如权利要求1或5所述的导光板,其中
上述第1层与上述第2层的边界面为平面,上述第2层为朝上述光出射面的相反侧凸出的形状,
而且包括与上述第2层的凸形相对应且上述光出射面侧为凹形的第3层。
8.如权利要求1或5所述的导光板,其中
上述第1层与上述第2层的边界面是将一个上述光入射面侧的朝上述光出射面凹陷的曲面、与上述光入射面的相反侧的面侧的朝上述光出射面凸出的曲面予以接合而成的面。
9.如权利要求1或5所述的导光板,其中
上述第1层与上述第2层的边界面包括:一个上述光入射面侧的朝上述光出射面凹陷的曲面、上述光入射面的相反侧的面侧的平行于上述光出射面的平行平面、以及将上述凹陷的曲面与上述平行平面予以接合的朝上述光出射面凸出的曲面。
10.如权利要求1或5所述的导光板,其中
上述第1层与上述第2层的边界面包括:一个上述光入射面侧的朝上述光出射面凹陷的曲面、上述光入射面的相反侧的面侧的与上述光出射面成倾斜的倾斜平面、以及将上述凹陷的曲面与上述倾斜平面予以接合的朝上述光出射面凸出的曲面。
11.如权利要求1或5所述的导光板,其中
上述第1层与上述第2层的边界面包括:一个上述光入射面侧的朝上述光出射面凹陷的曲面、上述光入射面的相反侧的面侧的朝上述光出射面凸出的曲面、以及将上述凹陷的曲面与上述凸出的曲面予以接合的与上述光出射面成倾斜的倾斜平面。
12.如权利要求1至11中任一项所述的导光板,其中
上述Npo与上述Npr的范围满足Npo=0wt%,0.01wt%<Npr<0.4wt%。
13.如权利要求1至11中任一项所述的导光板,其中
上述Npo与上述Npr的范围满足0wt%<Npo<0.15wt%且Npo<Npr<0.4wt%。
14.如权利要求1至13中任一项所述的导光板,其中
上述背面为平行于上述光出射面的平面。
15.如权利要求1至13中任一项所述的导光板,其中
上述背面是随着远离上述光入射面而朝远离上述光出射面的方向倾斜的面。
16.如权利要求1至13中任一项所述的导光板,其中
上述背面是随着远离上述至少一个光入射面而朝接近于上述光出射面的方向倾斜的面。
17.如权利要求1至16中任一项所述的导光板,其中
自上述光入射面朝向上述光出射面的中央部且垂直于上述至少一个光入射面的方向的剖面形状于上述背面侧亦为凹形。
18.如权利要求1至17中任一项所述的导光板,其中
上述至少一个光入射面设置于上述光出射面的长边。
19.如权利要求1至18中任一项所述的导光板,其中
上述至少一个光入射面设置于上述光出射面的一个端边侧。
20.如权利要求1至18中任一项所述的导光板,其中
上述至少一个光入射面是设置于上述光出射面的相对向的两个端边侧的两个光入射面。
21.如权利要求1至18中任一项所述的导光板,其中
上述至少一个光入射面设置于上述光出射面的4个端边侧。
22.如权利要求1至21中任一项所述的导光板,其中
另外使光自上述背面射出。
23.一种面状照明装置,其特征在于包括:
如权利要求1至22中任一项所述的导光板、以及与上述至少一个光入射面相向地配置的光源。
24.一种面状照明装置,其特征在于包括:
如权利要求5所述的导光板、以及与上述至少一个光入射面相向地配置的光源,
垂直于上述导光板的上述光出射面的方向上的上述光源的发光面的长度为上述导光板的上述至少一个光入射面的高度的70%以下。
25.一种液晶显示装置,其特征在于包括:
如权利要求23或24所述的面状照明装置、配置于上述面状照明装置的光出射面侧的液晶显示面板、以及将上述液晶显示面板予以驱动的驱动单元。
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Application publication date: 20121003 |