JP2004071413A

JP2004071413A - 面状光源及びその成形金型の製造方法

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Publication number: JP2004071413A
Application number: JP2002230685A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hirata; 平田　弘之
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】本発明の目的は、輝度むらをさらに抑圧できて、さらに均一な輝度分布、高視野角を得ることができるようにした面状光源を提供することにある。
【解決手段】導光板３の１つの端面を入射端面３ａとし、その中央部に光源チップ２を配置して、その位置から導光板３内に光を入光させる。導光板３の出射面３ｂとは反対側の面には、同心状に複数の円弧状をなしたプリズム４が設けられており、これらプリズム４は、導光板３の端面から端面まで連続したものとなっている。プリズム４の同心円中心Ｓｏは、光源チップ２の発光面２ａの中心を通る法線上にあり、発光面２ａに対して該プリズムと対向する側にオフセットされている。また、これらプリズム４は、導光板３の奥行き方向（即ち、中心点Ｓｏからの距離Ｌの方向）そのピッチＰが一定であるが、出射面３ｂに平行な仮想平面３ｃからのその深さＤは、距離Ｌの増加とともに、大きくなっている。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、小型の液晶表示パネルに用いられる照明装置などに係り、特に、液晶表示パネルをその背面側から光照射するバックライトや液晶表示パネルを前面側から光照射するフロントライトなどの面状光源とその金型の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報通信の高速化やＩＴ化に伴い、比較的小型の携帯情報端末が民生向け商品として急速に市場に浸透しつつある。その代表的なものに携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、スマートフォンがあり、これら携帯情報端末の基幹デバイスとして液晶表示装置が使われる。その中でも、カラー表示可能なＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）型液晶、ＴＦＤ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｄｉｏｄｅ）型液晶が従来の主流であったモノクロ液晶に急速に置き換わりつつあり、より高精細で小型、省電力、低コストなものが求められている。
【０００３】
液晶表示装置自身は発光性を持たないために、バックライト或いはフロントライトと呼ばれる照明ユニットが付属され、これによって初めて色表示が可能となる。バックライトは透過型或いは半透過型液晶に用いられ、文字通り液晶の背面側から照射することにより、その照明光が液晶内のカラーフィルターを透過し、色表示が可能となる。また、フロントライトは反射型液晶に用いられ、液晶表示装置の前面側から照射することによって、液晶内の反射電極前面に設けられたカラーフィルターを透過し、色表示が可能となる。
【０００４】
これらの照明ユニットは、一般に、導光板と呼ばれる透明プラスチック製の面状発光体を冷陰極蛍光管やＬＥＤ（発光ダイオード）などを用いて照射する構造をなしている。特に、携帯電話やＰＤＡでは、屋外で使うモバイルユースとして低消費電力化も然ることながら、通信時の電気ノイズの問題からＬＥＤが主として使われる傾向にある。このＬＥＤは、液晶カラー表示の色演出性や表示品位を損ねないようにするために、白色のものが使われる。従来、赤色、緑色、青色の、所謂ＲＧＢ３原色のＬＥＤを組み合わせて白色を発光させていたが、最近では、日亜化学工業社に代表されるＧａＮ系青色ＬＥＤ素子から発する青色光をパッケージに塗布したＹＡＧ系蛍光体に照射させて、１つのチップから白色光を得ることが可能とされる。
【０００５】
一般に、携帯電話では、対角長が２インチ前後の液晶が搭載され、これに対応して、表示パネル用照明ユニットの導光板も略同サイズとなり、これに使われるＬＥＤは２個から、多いものでは、４個となる。また、ＰＤＡには、対角長が３〜４インチサイズの液晶が搭載され、同様に、これに対応して表示パネル用照明ユニットの導光板も略同サイズとなり、使用されるＬＥＤは４個から、多いものでは、６個となる。
【０００６】
液晶表示パネルの高精細化に伴って、照明ユニットから照射される光の透過する部分の面積、即ち、開口率は狭まり、これに対応してバックライト、フロントライトとも年々高輝度化が求められている。このため、照明ユニット側の光利用効率を向上させる目的で、導光板のプリズム形状や光源配置など様々な工夫がなされている。
【０００７】
ＬＥＤから発する光の導光板への入射方法としては、ＬＥＤの発光面を導光板の端面に向けて配置し、直接導光板へ入射する方法が多用されるが、構造がシンプルである反面、導光板内での輝度むらが発生し易いという問題を抱えている。
【０００８】
このような問題を解消するものとして、特許第３１５１８３０号公報（以下、公知文献という）に、導光板の下面に形成する拡散パターン素子の配置を考慮し、その上面の光出射面からの出射光量の分布、即ち、輝度分布を均一にするようにした面状光源が提案されている。
【０００９】
これは、拡散パターン素子を、底面が長方形状をなして（なお、その長辺に沿う方向を拡散パターン素子の長手方向とする）、この底面に垂直な方向の断面形状が半円をつぶしたような形状、直角三角形や二等辺三角形としたもの、あるいは三角錐状にしたもの（従って、底面は三角形状）であり、かかる拡散パターン素子を所定の配置分布とするものである。その配置分布としては、公知文献での第１９図に示される拡散パターン素子の密度と光出光面での出光率との関係と、この関係を満たす第２１図に示される点光源からの距離に対する拡散パターン素子の密度との関係から、ＬＥＤなどの点光源に対し、複数の同心円上に配置し（即ち、同じ列の拡散パターン素子の配列方向は、点光源を中心とする同じ円上となる）、かつこの点光源から遠ざかるほど拡散パターン素子の密度が大きくなるようにする。この場合、各拡散パターン素子は、公知文献の第１２図に示されるような拡散パターン素子での光の入射角と光出射面での出射率との関係から、その長さ方向が点光源からの放射線に対してほぼ９０゜となるようにし、各拡散パターン素子の面が点光源の方向を向くようにしている。
【００１０】
具体的には、一例として、上記のように、拡散パターン素子の配列方向と密度とが規定されるが、引用文献の第９図に示されるように、狭い範囲で見ると、拡散パターン素子の配列がランダムになっているものである。他の例としては、引用文献の第２３図に示されるように、点光源からの放射線方向に拡散パターン素子を配列するようにするものである。この場合、点光源から遠い拡散パターン素子ほど、その長さが長くなるようにする。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公知文献に記載の面状光源によると、拡散パターン素子はその長さ方向に有限の長さを持つものであり、これら拡散パターン素子が点光源を中心とする円周状に配列されるとしても、その円周方向（拡散パターン素子の長さ方向）では、拡散パターン素子が不連続に配列されているものであるから、拡散パターン素子が配置されていない拡散パターン素子間の平坦なスペースが存在することになり、このスペースでは、拡散パターン素子とは異なる作用をすることになる。特に、点光源に近い領域では、拡散パターン素子の密度が低いために、かかるスペースの占める割合が大きくなり、しかも、出光面に反射される光量はかかるスペースの部分と拡散パターン素子とで異なるものであるから、出射面を部分的に見ると、輝度分布が不均一であって輝度むらが生ずることになる。
【００１２】
また、引用文献に記載の面状光源では、光源を点光源としていても、有限の発光面を持つものであるから、幅方向ばかりでなく、高さ方向の範囲でも光を出射しているが、各拡散パターン素子の高さを等しくしているため、導光板での点光源から離れた拡散パターン素子ほど、出射面からの反射光に対しては有効であるが、点光源からの光に作用しないものとなる。このため、このような光源からの光には有効なものとなっておらず、この点からも点光源側とその反対側とで輝度分布に違いが生ずることになる。
【００１３】
他方、本出願人が先に考案した特願２００２−２０７１３９号では、プリズム円弧を光源チップ発光面の略中央点を中心として、導光板の端面から端面まで連続した円弧状に配置したものであるが、この場合は光源チップ発光面からの全ての光が同じ状態で反射、偏向されることになり、光を極めて有効に活用出来るものの、法線方向の出射角が狭いが故に液晶表示パネルを配置した際の視認性に劣るとの欠点がある。
【００１４】
本発明の目的は、かかる問題を解消し、輝度むらをさらに抑圧できて、さらに均一な輝度分布、高視野角を得ることができるようにした面状光源を提供することにある。
【００１５】
また、上記公知文献に記載の面状光源では、有限の長さの拡散パターン素子が数多く導光板の下面に形成することが必要であり、なおかつ配置密度も考慮して拡散パターン素子を形成する必要があるから、その作成に非常に手間のかかるものとなっている。
【００１６】
本発明の他の目的は、導光板での拡散素子としてのプリズムを容易に作成することを可能とした面状光源の製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、光源チップと略正方形若しくは略長方形をなす導光板とからなり、該導光板は該光源チップからの光を入光する光入射部と該光入射部から入光された該光を反射、偏向させるプリズム面と該プリズム面に対向して光を外部に出光する出射面とを有する面状光源において、該プリズム面は、断面形状が鋸刃状をなす複数のプリズムからなり、複数の該プリズムは夫々、該導光板の端面から端面まで連続した円弧状をなして、かつ同心円状に形成されてなり該プリズムの同心円の中心は、該光源チップの発光面の略中央を通る法線上で該発光面に対して該プリズムと対向する側にオフセットされており、複数の該プリズムの円弧状をなす稜線は全て該出射面に平行、若しくは該出射面に対して１．５°以下の傾きを持った仮想平面上にあって、該プリズムの該仮想平面からの深さが、該光源チップの発光面から遠ざかるほど、深くなるものである。
【００１８】
また、円弧状を成すプリズムの中心が光源チップ発光面に対して１ｍｍ以上後方にオフセットされており、且つそのオフセット量が導光板の光入射部から光入射部と相対する対向面までの距離以下としたものである。
【００１９】
さらには、光入射部は、導光板の４つの端面のうちの１つの端面の中央部に設けたものである。
【００２０】
あるいは、光入射部は、導光板の４つの端面のうちの隣り合う２つの端面の角部に設けたものである。
【００２１】
また、プリズムは夫々等ピッチで形成され、プリズム稜線を基準とした時、光入射部側の仮想平面に対する第１の傾斜角が、光源チップの発光面から遠ざかるにつれて、大きくなる形状をなし、第１の傾斜角とは反対側の仮想平面に対する第２の傾斜角を一定としたものである。
【００２２】
あるいは、プリズムは夫々等ピッチで形成され、プリズム稜線を基準とした時、光入射部側の仮想平面に対する第１の傾斜角が、光源チップの発光面から遠ざかるにつれて、大きくなり、第１の傾斜角とは反対側の仮想平面に対する第２の傾斜角が、光源チップの発光面から遠ざかるにつれて、小さくなり、かつ第１の傾斜角と第２の傾斜角との和が一定となる形状をなしているものである。
【００２３】
また、光入射部は、光源チップの発光面に対向して設けられたくぼみ部と、くぼみ部の奥面に設けられた複数のＶ字プリズムとからなり、そのくぼみ量を０．０５〜０．５ｍｍとしたものである。
【００２４】
あるいは、Ｖ字プリズムの頂角を８０±１０°、ピッチを０．０５〜０．５ｍｍ、平坦部幅をピッチの１０〜５０％の比率に設定したものである。
【００２５】
さらには、そのＶ字プリズム表面に面粗さＲｔ５〜５０μｍの範囲の凹凸シボ加工を施したものである。
【００２６】
上記目的を達成するために、本発明は、上記の面状光源用成形金型の製造方法であって、導光板の平面形状と略同形状に外形加工された成形用駒と成形用駒を嵌め込む孔部、若しくは凹部を備えた円形ブロック状、若しくは角形ブロック状のダミー駒とを用い、成形用駒とダミー駒との表面にＮｉ鍍金、Ｎｉ合金鍍金、Ｃｕ鍍金、Ｃｕ合金鍍金のいずれかの鍍金層を形成して、成形用駒をダミー駒の孔部、若しくは凹部に嵌め込む第１の工程と、成形用駒が孔部、若しくは凹部に嵌め込まれたダミー駒を回転させ、切削バイトにより、ダミー駒と成形用駒との鍍金層に同時に複数の環状のプリズムパターンを同心円状に形成する第２の工程と、第２の工程によってプリズムパターンが形成されたダミー駒の孔部、若しくは凹部から成形用駒をはずす第３の工程とからなり、第３の工程によって得られた成形用駒を用いた面状光源用成形金型を製造するものである。
【００２７】
あるいは、円形ブロック状、若しくは角形ブロック状の母材の表面にＮｉ鍍金、Ｎｉ合金鍍金、Ｃｕ鍍金、Ｃｕ合金鍍金のいずれかの鍍金層を形成して、母材を回転させて、切削バイトにより、母材の鍍金層に複数の環状のプリズムパターンを同心円状に形成し、プリズムパターンが形成された母材の一部を切り取って導光板成形用駒とし、本駒を用いた面状光源用成形金型を製造するものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面により説明する。
【００２９】
図１は本発明による面状光源の第１の実施形態を示すものであって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の対称軸線Ｓに平行な分断線に沿う断面図であり、１はこの第１の実施形態の面状光源、２は光源チップ、２ａは発光面、３は導光板、３ａは入射端面、３ｂは出射面、３ｃは仮想平面、３ｄは対向面、４はプリズム、４ａはプリズム面、４ｂはその稜線、４ｃはプリズム４間の谷部である。
【００３０】
図１（ａ）において、面状光源１は、平面形状が略正方形若しくは略長方形をなす平板状の導光板３とＬＥＤなどの光源チップ２とから構成されており、この導光板３の１つの端面を入射端面３ａとし、この入射端面３ａの中央部に光源チップ２が設けられている。光源チップ２の発光面２ａは導光板３の入射端面３ａに対向しており、光源チップ２の発光面２ａから出光される光は、この入射端面３ａから導光板３内に入光される。
【００３１】
ここで、導光板３の入射端面３ａの中心を通り、かつこの入射端面３ａに垂直な直線を対称軸線Ｓとする。面状光源１は、この対称軸線Ｓに関して、左右対称の構成をなしている。
【００３２】
導光板３には、この対称軸線Ｓに沿って複数のプリズム４が同心円状に形成されている。即ち、これらプリズム４は夫々、光源チップ２の発光面２ａのほぼ中心点を通る対称軸線Ｓ上に中心点Ｓｏを持ち、この中心点Ｓｏを共通中心とした円弧状の連続した形状をなしており、これらプリズム４の両側の端部はいずれも導光板３の端面にほぼ達している。この中心点Ｓｏは光源チップ２の発光面２ａに対し、プリズム４からの距離が遠ざかる方向の対称軸線Ｓ上にその中心がオフセットされており、プリズム円弧の中心点Ｓｏと光源チップ２の発光面２ａとの距離をオフセット量Ｙとすると、オフセット量Ｙは１ｍｍ以上が望ましく、また、その上限は導光板３の光入射端面３ａからこの入射端面３ａと相対する対向面３ｄまでの距離以下とすることが望ましい。このオフセット量Ｙが１ｍｍ未満であれば、プリズム４で反射、偏向した光は出射面３ｂに対し、その法線方向に集中して出射するものの、その出射角は狭い範囲となる。つまり、本面状光源を液晶表示パネルに搭載し、法線方向に見た場合は明るいものの、見る角度が少しでもずれると極端に暗いものとなってしまう。逆にこのオフセット量Ｙが光入射端面３ａからこの入射端面３ａと相対する対向面３ｄまでの距離を超えると、プリズム４で反射、偏向した光が出射面３ｂに対し、出射角は広い範囲となるが、その分、光が広がってしまうため、法線方向の輝度が低下してしまう。つまり、オフセット量Ｙを調整することによって、出射面３ｂから出射する光の輝度、出射角が任意に調整可能となる。
【００３３】
ここで図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれオフセット量Ｙを変化させたものであり、（ａ）に対し（ｂ）、（ｃ）とオフセット量を大きくしている。本図からオフセット量が大きい程、円弧状のプリズム４の曲率は大きくなり、光源チップ２から出射された光はプリズム４で反射、偏向され、出射面３ｂから出射する際、本図の左右方向に広がることになり、これに伴って出射角が広がる。
【００３４】
図１（ｂ）において、導光板３は、図面上その上側の面を出射面３ｂとしている。下側の面には、上記のプリズム４が鋸刃状の断面形状で形成されており、従って、この下側の面はこれらプリズム４によるプリズム面４ａをなしている。これらプリズム４の頂部をなす稜線（プリズム稜線）４ｂが、図１（ａ）に示すように、円弧状をなしている。
【００３５】
このように、各プリズム４が光源チップ２の発光面２ａの中心を通る対称軸線Ｓ上にある中心点Ｓｏを中心とした円弧状をなすことにより、光源チップ２からの光は、その光路に垂直な線上となる対称軸線Ｓ上が最も効率良く法線方向に出射されるものの出射角は狭く、この対称軸線Ｓから平行方向に遠ざかるほど、法線方向の輝度は低下するものの、出射角の広いものとなる。ここで、法線方向の輝度を重視すれば、プリズム円弧の中心点Ｓｏと光源チップ２の発光面２ａとのオフセット量Ｙは小さく設定し、逆に視野角特性を重視すれば、このオフセット量Ｙを大きくすることで、任意に輝度と出射角を設定することが出来る。
【００３６】
各プリズム４の稜線４ｂは、導光板３の出射面３ｂとは反対側のこの出射面３ｂと平行、若しくは出射面３ｂに対して１．５°以下の傾きを持った仮想平面３ｃ上にある。また、これらプリズム４の中心点Ｓｏからの距離方向のピッチＰは一定である。ここで、各プリズム４の稜線４ｂは基本的には出射面に対して平行とするが、面状光源１を取り付ける機器に応じて傾きを持たせる場合もあり、１．５°以下の傾きであれば特性的に支障は無い。さらに、この仮想平面３ｃからプリズム４間の谷部４ｃまでの距離をプリズム４の深さＤとするが、このプリズム４の深さＤは入射端面３ａからの距離Ｌに応じて異なり、一例として、入射端面３ａから遠ざかるほど（即ち、距離Ｌが大きいほど）順次増大する。
【００３７】
このプリズム４の深さＤとしては、一例として、距離Ｌをパラメータとして、非線形の高次関数に応じて変化するものとし、他の例としては、距離Ｌの取り得る最大距離をＬｍ（図１（ａ）及び（ｂ）の導光板３の長手方向寸法）とすると、中心点Ｓｏから（Ｌｍ／３）以下の位置を変曲点とし、例えばＬ＜（Ｌｍ／３）の範囲とＬ≧（Ｌｍ／３）の範囲とで異なる非線形高次関数もしくは線形一次関数で変化し、かつこの変曲点でこれらの範囲の関数が連続するようにすることができる。図２は後者の具体例を示すものであって、ここでは、変曲点をＬ＝１０ｍｍとし、この変曲点よりも距離Ｌが小さい範囲では、式（１）としている。
【００３８】
また、この変曲点と距離Ｌが等しい、若しくはこれを超える範囲では、式（２）としている。ここでＬ、Ｄの単位はｍｍとする。
【００３９】
【表１】

【００４０】
このようにプリズムの深さＤを距離Ｌに応じて変化させるのは、この距離Ｌに応じて出射光の光量の違いを補正するためであり、これを補正するように、上記の非線形高次関数や線形一次関数などの関数を選定するものである。
【００４１】
また、プリズム４の仮想平面３ｃに対する傾斜角は、プリズム稜線４ｂの頂点を基準とした場合、中心点Ｓｏ側の傾斜角（以下、内側プリズム角という）θ２とこれとは反対側のプリズム角（以下、外側プリズム角）θ１とがある。いずれにおいても、外側プリズム角θ１は、光源チップ２の発光面２ａからの光を出射面３ｂ側に出射し、出射面３ｂに対してその法線方向に反射、出光させることがより望ましく、４０゜から４８゜の範囲内に設定され、さらに望ましくは４２°から４６°の範囲に設定することにより、法線方向の輝度を高めることが出来る。また、内側プリズム角θ２は、出射面３ｂで反射された光を再び出射面の方に反射、偏向させるために、極力平面（０°）に近い角度範囲、例えば、１゜から１０゜の範囲内に設定される。ここで、内側プリズム角θ２は外側プリズム角θ１、プリズムピッチＰ、プリズム深さＤによって、式（３）で求めることが出来る。
【００４２】
【表２】

【００４３】
一例として、外側プリズム角θ１は、光源チップの発光面２ａからの光を出射面３ｂ側に反射、偏向させるために、入射端面３ａからの距離Ｌに関係なく一定とするが、内側プリズム角θ２は、プリズムの深さＤが入射端面３ａからの距離Ｌが大きくなるに従って深さを増すため、これに伴って同様に角度を増すことになる。また、他の例としては、θ１＋θ２＝一定とし、入射端面３ａからの距離Ｌが大きくなるに従ってプリズム深さＤを増し、これに伴って内側プリズム角θ２は増加し、外側プリズム角θ１は減少するようにする。このようにすることにより、成形用プリズム駒の加工の際、プリズム先端を中心に切削バイトを回転させることによって、プリズムの深さの徐変加工を容易にするものである。
【００４４】
かかる構成の面状光源１においては、図１（ｂ）において、破線で示すように、入射端面３ａから入射された光源チップ２からの光は、出射面３ｂやプリズム面４ａにその全反射の臨界角以上で入射される限り、この出射面３ｂとプリズム面４ａとの間で反射が繰り返され、出射面３ｂやプリズム面４ａで入射角がその全反射の臨界角よりも小さくなった光が出射面３ｂから、出射面３ｂの法線方向に出射される。
【００４５】
なお、導光板３において、入射端面３ａに対向する端面、さらには、その両側の端面に、例えば、面粗さＲｔ５〜５０μｍの凹凸シボ加工を施すことにより、これら端面で反射される光はこのシボ面によって拡散され、これら端面で光が導光板３内に均一な光量で反射されることになり、面状光源１としての光の利用率を高め、均一な輝度分布でかつ高い輝度が得られることになる。本明細文での面粗さの定義はＪＩＳ−Ｂ０６０１規格に基づくものである。かかる面粗さの測定機としては、位相差法であるＷＹＫＯ社製ＴＯＰＯ−２Ｄ・３Ｄ、非点収差法である東京精密社製Ｓｕｆｃｏｍ９２０Ａ、原子間力顕微鏡であるＤｉｇｉｔａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　社製Ｎａｎｏ　ＳｃｏｐｅＩＩＩ、触針式であるＴｅｎｃｏｒ社製Ｐ１２ＥＸ等を用いることができ、本発明の実施例においてはＴｅｎｃｏｒ社製Ｐ１２ＥＸを用いた。
【００４６】
以上のように、この第１の実施形態では、各プリズム４を光源チップ２の発光面２ａのほぼ中心点を通る対称軸線Ｓ上に中心点Ｓｏを持ち、この中心点Ｓｏを共通中心とした円弧状の連続した形状をなすことにより、光源チップ２の発光面２ａから出射された光を出射面３ｂに対して法線方向に出射することが出来、高い輝度が得られる。また、プリズム円弧の中心点Ｓｏと光源チップ２の発光面２ａとのオフセット量Ｙを任意に調整することにより、法線方向輝度と出射角を任意に設定することが出来る。
【００４７】
更にはプリズム４の深さＤを入射端面３ａからの距離Ｌに応じて異ならせることにより、出射面３ｂでのこの距離Ｌに応じた出射光の光量の違いを補正することができて、導光板３の全面から均一な光量で光を出光させることができる。この結果、面状光源として、輝度、視野角特性が良好で、全面にわたって均一な輝度分布が得られることになる。
【００４８】
なお、図１では、導光板３の平面形状を長方形とし、その短い方の端面の１つを入射端面３ａとして、これに光源チップ２を配置するようにしたが、長い方の端面の１つを入射端面３ａとし、これに光源チップ２を配置するようにしてもよい。
【００４９】
図３は図１における導光板３の入射端面３ａでの光源チップ２との対向部分を示すものであって、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）は斜視図、同図（ｃ）は同図（ａ）の拡大図である。これらの図面において、４ｄはくぼみ部、５は光入射部、６はＶ字プリズム、６ａはその稜線、６ｂはＶ字プリズム６間の平面部であり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けている。
【００５０】
まず、図３（ａ）において、導光板３の入射端面３ａの中央部に、対称軸線Ｓに関して対称となるように、くぼみ部４ｄを備えた光入射部５が形成されており、この光入射部５のくぼみ部４ｄに発光面２ａが対向するようにして、光源チップ２が設けられている。そして、図３（ｂ）に示すように、このくぼみ部４ｄ内には、導光板３の厚さ方向に出射面３ｂから仮想平面３ｃ（図１（ｂ））にわたって連続した稜線６ａを持つＶ字型のプリズム、即ち、Ｖ字プリズム６が複数形成されている。
【００５１】
図３（ｃ）を用いてさらに詳細に説明すると、光入射部５には、深さｄのくぼみ部４ｄが形成されており、このくぼみ部４ｄの奥面に複数のＶ字プリズム６が形成されている。これらＶ字プリズム６は、このくぼみ部４ｄの奥面からＶ字状に突出した形状をなしており、これらＶ字プリズム６間は入射端面３ａに平行な平面部６ｂをなしている。
【００５２】
このくぼみ部４ｄの幅（Ｖ字プリズム６の配列方向の長さ）は、光源チップ２の発光面２ａの幅よりも若干長く設定されており、この発光面２ａがくぼみ部４ｄ内に配列されている全てのＶ字プリズム６と対向している。
【００５３】
光源チップ２の発光面２ａから出射した光は、光入射部５のくぼみ部４ｄから導光板３に入光されるが、このくぼみ部４ｄ内のＶ字プリズム６により、拡散されて入光される。これにより、このくぼみ部４ｄから導光板３に入光した光は、このくぼみ部４ｄから導光板３の幅方向（入射端面３ａに平行な方向）に広がるようにして入光されることになり、Ｖ字プリズム６を持つかかるくぼみ部４ｄが設けられない場合に比べ、光量が均一となるようにして導光板３全体にわたり光が入光されることになる。また、光入射部５にくぼみ部４ｄを設けたことにより、発光面２ａから斜め方向に出光される光もこのくぼみ部４ｄの壁面から導光板３に入光されるようになり、これにより、導光板３の入射端面３ａの端部まで光が入光されることになって、導光板３の全面にわたってさらに輝度分布が均一なものとなる。このくぼみ部４ｄの深さｄとしては、０．０５〜０．５ｍｍの範囲で設定され、このくぼみ量が０．０５ｍｍ未満であれば、Ｖ字プリズムの中心近傍に光が集中し、前記した導光板３全体にわたり光が入光されることなく、入射端面３ａ部では左右の隅部が暗いものとなってしまう。また、くぼみ量が０．５ｍｍを超えれば無駄なスペースとなって、発光エリアに対して光源チップを含む寸法が大きくなってしまう。
【００５４】
次に、Ｖ字プリズム６の形状としては頂角αは８０゜±１０゜、ピッチＰｖは０．０５〜０．５ｍｍ、Ｖ字プリズム６間の平坦部の幅ＷはピッチＰｖの１０〜５０％の範囲で設定される。これらはフレネルの式に基づいて頂角α、ピッチＰｖ、平坦部の幅Ｗの組み合わせでそれぞれ最適化しており、一つでもその範囲を外れると、Ｖ字プリズムの中心近傍に光が集中し、入射端面３ａ部で左右の隅部が暗いものとなってしまい、導光板の輝度分布が不均一なものになってしまう。
【００５５】
なお、Ｖ字プリズム６の表面に表面粗さＲｔ５〜５０μｍの範囲の凹凸シボ加工を施すことにより、光源チップ２からの光をさらに効率的に拡散させて導光板３に入光することが出来る。
【００５６】
図４（ａ）はこの第１の実施形態を液晶表示パネルの光源として用いた一具体例を示すものであって、この具体例では、導光板３の出射面３ｂ側に偏光板８を設けた透過型液晶板７ａを配置し、さらに、導光板３のプリズム面４ａ側に反射板９を配置したものであり、これにより導光板３に入光した光はプリズム面４ａ及び反射板９にて漏れなく反射、偏向され、出射面３ｂから出光する。出射面３ｂから出光した光は偏光板８を介して透過型液晶板７ａを照明するようにしたバックライト型の液晶表示パネルを構成することが出来る。
【００５７】
図４（ｂ）はこの第１の実施形態を液晶表示パネルの光源として用いた他の一具体例を示すものであって、この具体例では、導光板３の出射面３ｂ側に偏光板８を設けた反射型液晶板７ｂを配置したものであり、これにより、導光板３の出射面３ｂから出光した光が偏光板８を介して反射型液晶板７ｂを照明する。そして、光は反射型液晶板７ｂ内にある反射電極（図示せず）で反射され、再び導光板３を通るようにしたフロントライト型の液晶表示パネルを構成することができる。
【００５８】
また、図４（ｃ）はこの第１の実施形態を液晶表示パネルの光源として用いた更に他の一具体例を示すものであって、この具体例では、導光板３のプリズム面４ａ側に偏光板８を設けた透過型液晶板７ａを配置し、導光板３の出射面３ｂに反射板９を配置したものであり（なお、反射板９を設ける代わりに、反射膜を面３ｂに形成するようにしてもよい）、これにより、導光板３の出射面３ｂ側の反射板９で反射されてプリズム面４ａから出光した光が偏光板８を介して透過型液晶板７ａを照明するようにしたバックライト型の液晶表示パネルを構成することができる。
【００５９】
図５は本発明による面状光源の第２の実施形態を示す平面図であって、図１に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００６０】
この第２の実施形態は、図５において、導光板３の２つの端面が隣り合う角部に光入射部５を設けたものである。この光入射部５も図３に示した構成をなしており、図３で説明したようにして、この光入射部５で光源チップ２から導光板３に光が入光される。また、第１の実施形態と同様、この場合、中心線Ｓは外形的に軸対称とはならないが、光入射部５の中央を通り、この光入射部５や光源チップ２の発光面２ａに垂直な直線であり、この発光面２ａでの中心線Ｓが通る位置の中心点Ｓｏを中心とした同心円状に、複数のプリズム４が設けられている。これらプリズム４も、導光板３の端部から端部へ渡って連続した円弧状をなしている。
【００６１】
また、この第２の実施形態においても、各プリズム４に関し、第１の実施形態と同様、図１（ｂ）を示す構成をなしている。この場合、光源チップ２が導光板３の隅部に配置されていることから、光源チップ２から出光される光の平面方向の出射角は９０°あれば導光板３内を均一に照射することが出来るメリットがあるが、その反面、非対称であることから、液晶板に搭載し、液晶表示パネルとして用いた場合、視野角的に左右、若しくは上下が非対称のものとなってしまう。また、本実施例では入射端面３ａに相対する対向面は存在せず、対角長が導光板３の最大長さＬｍとなり、オフセット量ＹはＬｍ以下で設定される。
【００６２】
以上のように、この第２の実施形態も、各プリズム４を同心円状に配列した円弧状とすることにより、出射された光を出射面３ｂに対して、法線方向に出射することが出来、高い輝度が得られる。また、プリズム円弧の中心点Ｓｏと光源チップ２の発光面２ａとのオフセット量Ｙを任意に調整することにより、法線方向の輝度と出射角を任意に設定することが出来る。更にこれらプリズム４の深さＤを光入射部５からの距離Ｌに応じて異ならせることにより、出射面３ｂでのこの距離Ｌに応じた出射光の光量の違いを補正することができて、導光板３の全面から均一な光量で光を出光させることができる。この結果、面状光源として、全面にわたって均一な輝度分布が得られることになる。
【００６３】
図６は図１に示した面状光源１における導光板３の成形金型の製造方法の一実施形態を示す工程図であり、１０は成形用駒、１０ａはくぼみ部、１１はダミー駒、１１ａは孔部、１１ｂは突起部、１２は切削バイト、１３はプリズムパターン、１４は鍍金層、１５は凹部である。
【００６４】
図６（ａ）において、この実施形態は、成形用駒１０とダミー駒１１とを用い、成形用駒１０にプリズムパターンを形成して導光板３を製造するものである。成形用駒１０は外形が目的とする導光板３の外形形状と略同形状に加工したものであり、また、ダミー駒１１には、この成形用駒１０ががたつきなくきちんと嵌め込まれる孔部１１ａが設けられている。この孔部１１ａは、ダミー駒１１のほぼ中心点からほぼ外周にまで達している。成形駒１０には、導光板３の光入射部５でのくぼみ部３ｄに相当するくぼみ部１０ａが設けられている。ダミー駒１１の孔部１１ａには、このくぼみ部１０ａに嵌り込む突起部１１ｂが設けられている。孔部１１ａの深さは成形用駒１０の厚さに等しく、成形用駒１０をこの孔部１１ａに嵌め込んだ時には、成形用駒１０の表面とダミー駒１１の表面とが同一平面上にある。
【００６５】
導光板３の成形金型（図示せず）を製造する場合、まず、成形用駒１０をダミー駒１１の孔部１１ａに嵌め込む前に、これら成形用駒１０とダミー駒１１との夫々の表面に、Ｎｉ鍍金、Ｎｉ合金鍍金、Ｃｕ鍍金、若しくはＣｕ合金鍍金のいずれかの鍍金層１４を厚さ１００ｕｍで形成し、成形用駒１０をダミー駒１１の孔部１１ａに嵌め込む。この孔部はがたつきなく嵌れば、図６（ｅ）に示すように凹部１５であっても良く、また、その外形も円形ブロック状、角形ブロック状であっても良い。
【００６６】
ここでの鍍金は電気鍍金、無電解鍍金のいずれでも良く、鍍金厚みとしては１００μｍから３００μｍが好ましく、鍍金厚みがこれ以下であれば、プリズム加工の際の基準面出しを含めた切削代が少なく、鍍金厚みが３００μｍを越える場合は、鍍金に時間がかかったり、不必要な鍍金を載せることになる。
【００６７】
しかる後、図６（ｂ）に示すように、ダミー駒１１をその中心点を中心にして回転させ、単結晶ダイヤモンドバイトなどの切削バイト１２を用いて成形用駒１０とダミー駒１１の鍍金層１４に所望とするプリズムパターン１３を形成する。この場合、このプリズムパターン１３は、成形用駒１０の鍍金層１４に図１で説明したようなプリズム４が得られるように、加工されることになる。
【００６８】
この加工が終了すると、図６（ｃ）に示すように、ダミー駒１１の孔部１１ａから成形用駒１０が取り外される。このように加工されて得られる成形用駒１０が、図６（ｄ）に示すように、鍍金層１４にプリズムパターン１３が形成された導光板３を射出成形するための、成形金型用の駒である。
【００６９】
このようにして、旋盤加工によってプリズム４が容易にかつ高精度に形成された導光板３の成形金型を得ることが出来る。
【００７０】
ここで本金型を用いて射出成形するプラスチック材料、即ち導光板３の材質としては、特に限定されないが、透過率や成形性の面からＰＭＭＡ（ポリメタクリ酸メチル）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＣＯＰ（環状オレフィンポリマー）、ＣＯＰとポリエチレンの共重合体であるＣＯＣ（環状オレフィンコポリマー）などが挙げられる。
【００７１】
図７は図５に示した面状光源１における導光板３の製造方法の一実施形態の１工程を示す工程図であって、図６に対応する部分には同一符号を付けている。
【００７２】
この実施形態も、図６に示した製造方法と同様であるが、ダミー駒１１の孔部１１ａを、その１つの角部がダミー駒１１の回転中心に近接するように形成する。この実施形態においても、成形用駒１０も、その１つの角部が、図５で説明したように、光入射部５をなすように既に加工されており、この角部が孔部１１ａの上記角部に嵌り込むことになる。
【００７３】
これ以外は、図６に示した実施形態と同様であり、図５に示した導光板３が得られることになる。
【００７４】
なお、図６及び図７に示した実施形態では、予めダミー駒１１と成形用駒１０とを用意し、成形用駒１０はプリズム４を形成するばかりのものとしたが、本発明はこれのみに限るものではなく、図６及び図７に示すような孔部１１ａを持たない円板状の母材の表面に上記の鍍金層を形成し、これに、図６（ｂ）で説明したように、切削バイト１２でプリズムパターン１３を形成し、しかる後、図６（ｂ）若しくは図７で成形用駒１０として示す範囲を切り取り、外形加工することによって図６（ｄ）に示す導光板３を成形する金型用の成形駒１０を得ることもできる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の面状光源によると、各プリズム４を光源チップ２の発光面２ａのほぼ中心点を通る対称軸線Ｓ上に中心点Ｓｏを持ち、この中心点Ｓｏを共通中心とした円弧状の連続した形状をなすことにより、光源チップ２の発光面２ａから出射された光を出射面３ｂに対して法線方向に出射することが出来、高い輝度が得られる。また、プリズム円弧の中心点Ｓｏと光源チップ２の発光面２ａとのオフセット量Ｙを任意に調整することにより、法線方向輝度と出射角を任意に設定することが出来る。
【００７６】
更にはプリズム４の深さＤをこの中心点Ｓｏからの距離Ｌに応じて異ならせることにより、出射面３ｂでのこの距離Ｌに応じた出射光の光量の違いを補正することができて、導光板３の全面から均一な光量で光を出光させることができる。この結果、面状光源として、輝度、視野角特性が良好で、全面にわたって均一な輝度分布が得られることになる。
【００７７】
また、本発明による面状光源の製造方法によると、旋盤加工によってプリズム面を精度良く形成することが可能であり、面状光源の製造がより簡単なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による面状光源の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１（ｂ）におけるプリズムの深さＤの距離Ｌに応じた変化の一具体例を示す図である。
【図３】図１における導光板の光入射部の部分を示す図である。
【図４】図１に示す第１の実施形態を用いた液晶表示パネルの構成例を示す図である。
【図５】本発明による面状光源の第２の実施形態を示す平面図である。
【図６】本発明による面状光源の製造方法の第１の実施形態を示す工程図である。
【図７】本発明による面状光源の製造方法の第２の実施形態の１工程を示す平面図である。
【図８】本発明による面状光源の第１の実施形態においてオフセット量Ｙを変化させた平面図である。
【符号の説明】
１　面状光源
２　光源チップ
２ａ　発光面
３　導光板
３ａ　入射端面
３ｂ　出射面
３ｃ　仮想平面
３ｄ　対向面
４　プリズム
４ａ　プリズム面
４ｂ　稜線
４ｃ　谷部
４ｄ　くぼみ部
５　光入射部
６　Ｖ字プリズム
６ａ　稜線
６ｂ　平面部
７　液晶板
７ａ　透過型液晶板
７ｂ　反射型液晶板
８　偏光板
９　反射板
１０　成形駒
１０ａ　くぼみ部
１１　ダミー駒
１１ａ　孔部
１１ｂ　突起部
１２　切削バイト
１３　プリズムパターン
１４　鍍金層
１５　凹部

Claims

光源チップと略正方形若しくは略長方形をなす導光板とからなり、該導光板は該光源チップからの光を入光する光入射部と該光入射部から入光された該光を反射、偏向させるプリズム面と該プリズム面に対向して光を外部に出光する出射面とを有する面状光源において、該プリズム面は、断面形状が鋸刃状をなす複数のプリズムからなり、複数の該プリズムは夫々、該導光板の端面から端面まで連続した円弧状をなして、かつ同心円状に形成されてなり該プリズムの同心円の中心は、該光源チップの発光面の略中央を通る法線上で該発光面に対して該プリズムと対向する側にオフセットされており、複数の該プリズムの円弧状をなす稜線は全て該出射面に平行、若しくは該出射面に対して１．５°以下の傾きを持った仮想平面上にあって、該プリズムの該仮想平面からの深さが、該光源チップの発光面から遠ざかるほど、深くなることを特徴とする面状光源。
請求項１において、円弧状を成す前記プリズムの中心が、前記光源チップ発光面に対して１ｍｍ以上後方にオフセットされており、且つそのオフセット量が前記導光板の前記光入射部から該光入射部と相対する対向面までの距離以下であることを特徴とする面状光源。
請求項１〜２のいずれか１つにおいて、前記光入射部は、前記導光板の４つの端面のうちの１つの端面の中央部に設けたことを特徴とする面状光源。
請求項１〜２のいずれか１つにおいて、前記光入射部は、前記導光板の４つの端面のうちの隣り合う２つの端面の角部に設けたことを特徴とする面状光源。
請求項１〜４のいずれか１つにおいて、
前記プリズムは夫々等ピッチで形成され、前記プリズム稜線を基準とした時、前記光入射部側の前記仮想平面に対する第１の傾斜角が、前記光源チップの発光面から遠ざかるにつれて、大きくなる形状をなし、該第１の傾斜角とは反対側の前記仮想平面に対する第２の傾斜角が一定であることを特徴とする面状光源。
請求項１〜５のいずれか１つにおいて、前記プリズムは夫々等ピッチで形成され、前記プリズム稜線を基準とした時、前記光入射部側の前記仮想平面に対する第１の傾斜角が、前記光源チップの発光面から遠ざかるにつれて、大きくなり、該第１の傾斜角とは反対側の前記仮想平面に対する第２の傾斜角が、前記光源チップの発光面から遠ざかるにつれて、小さくなり、かつ該第１の傾斜角と該第２の傾斜角との和が一定となる形状をなしていることを特徴とする面状光源。
請求項１〜６のいずれか１つにおいて、前記光入射部は、前記光源チップの発光面に対向して設けられたくぼみ部と、該くぼみ部の奥面に設けられた複数のＶ字プリズムとからなり、前記くぼみ量が０．０５〜０．５ｍｍであることを特徴とする面状光源。
請求項１〜７のいずれか１つにおいて、前記Ｖ字プリズムの頂角を８０±１０°、ピッチを０．０５〜０．５ｍｍ、平坦部幅をピッチの１０〜５０％の比率に設定したことを特徴とする面状光源。
請求項１〜８のいずれか１つにおいて、前記Ｖ字プリズムの表面に面粗さＲｔ５〜５０μｍの凹凸シボ加工を施したことを特徴とする面状光源。
請求項１〜９のいずれか１つに記載の面状光源用成形金型の製造方法であって、前記導光板の平面形状と略同形状に外形加工された成形用駒と該成形用駒を嵌め込む孔部、若しくは凹部を備えた円形ブロック状、若しくは角形ブロック状のダミー駒とを用い、該成形用駒と該ダミー駒の表面にＮｉ鍍金、Ｎｉ合金鍍金、Ｃｕ鍍金、Ｃｕ合金鍍金のいずれかの鍍金層を形成して、該成形用駒を該ダミー駒の該孔部、若しくは該凹部に嵌め込む第１の工程と、該成形用駒が該孔部、若しくは該凹部に嵌め込まれた該ダミー駒を回転させ、切削バイトにより、該ダミー駒と該成形用駒の該鍍金層に同時に複数の環状のプリズムパターンを同心円状に形成する第２の工程と、該第２の工程によってプリズムパターンが形成された該ダミー駒の該孔部若しくは該凹部から該成形用駒をはずす第３の工程とからなり、該第３の工程によって得られた該成形用駒を用いたことを特徴とする面状光源用成形金型の製造方法。
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の面状光源用成形金型の製造方法であって、円形ブロック状、若しくは角形ブロック状の母材の表面にＮｉ鍍金、Ｎｉ合金鍍金、Ｃｕ鍍金、Ｃｕ合金鍍金のいずれかの鍍金層を形成し、該母材を回転させて、切削バイトにより、該母材の該鍍金層に複数の環状のプリズムパターンを同心円状に形成し、該プリズムパターンが形成された該母材の一部を切り取って前記導光板成形用駒とし、該成形用駒を用いたことを特徴とする面状光源用成形金型の製造方法。