JP2004192909A - 導光板及びこの導光板を用いた面光源装置並びにこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、出射光量を可変にでき、輝度の均一性を向上させ、外形形状が殆ど変化しない導光板を提供することを目的とする。
【解決手段】この発明は、光を入射する側面に対して平行に延びるプリズム１８が上面に形成された導光板１４において、プリズム１８の長さ方向の断面は山形に形成される。そして、少なくとも光入射側の斜面のなす角度（α）並びに頂角（γ）が入射側からの距離により異なるように形成され、α角は、光入射側から遠ざかるほど大きくする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、導光板及びこの導光板を用いた面光源装置並びにこれを用いた表示装置に関し、特に、液晶表示装置に適用され、複数のプリズムが上面に形成された導光板、面光源装置並びに表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の軽量化、小型化及び低消費電力化を図る技術は著しく発展してきている。この技術の流れの中で、液晶表示装置に代表される非発光表示デバイスを用いることにより、電子機器が軽量化、小型化され、しかも低消費電力化されてきている。
【０００３】
液晶表示装置としては、透過型と反射型とがあり、透過型の液晶表示装置には、液晶表示装置を裏側から照明する照明装置、いわゆるバックライトが設けられ、反射型の液晶表示装置には、液晶表示装置を表側から照明する照明装置、いわゆるフロントライトが設けられている。
【０００４】
これらの照明装置は、線状光源と、この線状光源の光を一端面より入射され、表裏のいずれか一面より平面的に分散させて出射させる面状の導光板とを備えた面光源装置が知られている。
【０００５】
従来のこの種の導光板を用いた面光源装置としては、例えば、図６に示すような液晶表示装置１に適用されたものがある。同図に示すように、この液晶表示装置１は、反射型の液晶パネルユニット２、液晶パネルユニット２の上面に配置された導光板３、及び導光板３の一側面３ａに平行に延びる線状光源４と、を備える。導光板３の上面３ｂには、線状のプリズム５が側面３ａと平行に多数形成されている。
【０００６】
図７に示すように、各プリズム５、５…の長さ方向の断面は山状に形成され、側面３ａに対峙する側の斜面７は反射面を形成する。即ち、線状光源４から側面３ａを経て導光板３内に入射された光は、同図に一点鎖線の矢印６で示すように、各反射面７、７…で反射され下面３ｃから出射される。この出射光は、液晶パネルユニット２内の図示しない反射部材によって反射された後、同図に二点鎖線の矢印８で示すように導光板３を通過して上面３ｂから外方に出射される。
【０００７】
尚、各プリズム５、５…は、線状光源４から離れた位置に形成されているものほど、反射面７の高さ寸法Ｈ、即ち、面積が大きくなるように形成されている。これによって、線状光源４から離れた（反射面７への入射光量の小さい）場所でも、線状光源４に近い（反射面７への入射光量の大きい）場所と同等の出射光量を得ることができ、下面３ｃ全体に亘って均一な輝度分布を得ることができる。このように、出射する光量が均一になるように、線状光源から離れるに従い反射面を構成する為の溝の深さを順次深くしたり、溝のピッチを順次狭くする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
上記したように、フロントライト導光板においては、複数のプリズムを一定深さの連続パターンにした場合、輝度均一性が著しく低下する。輝度均一性を向上させるためには、線状光源から離れた位置に形成されているものほど、反射面の面積が大きくなるように溝の深さを深くするなどの方法が用いられている。反射面の面積を大きくする方法としては、溝の深さを線状光源から離れた位置に形成されているものほど深くする、いわゆる深さ可変パターン、或いは、山形プリズムの入射角度を大きくしていく入射側角度可変パターン（以下、α角可変パターンという。）を実施している。
【０００９】
深さ可変パターンは、導光板の外形形状が太鼓形状となり、液晶モジュールの薄肉化の障害になる。α角可変パターンは、外形形状が殆ど変化しないために、液晶モジュールの薄肉化、生産性にも有利である。
【００１０】
上記したα角可変パターンは、図８に示すように、各々のプリズム５の頂角をγ、プリズム５の斜面と導光板３の下面３ｃとがなす入射側角度をα、及び反射面と導光板３の下面３ｃとがなす角をβとした場合、α角を線状光源から離れた位置に形成されているものほど大きくする。尚、各プリズム５，５…間のピッチ（各谷間間の距離）は一定としている。
【００１１】
従来のα角可変パターンの導光板において、光の入射側からの距離に対する視野角のピーク角度を測定した。測定は、導光板として、入射面の高さが１．０ｍｍ、幅寸法Ｗが７４．２ｍｍ、長さ寸法Ｌが５６．５６ｍｍのものを用い、各プリズム間のピッチは１４０μｍ、α角は最初のプリズムが１．６°、反射面のなす角度（以下、β角という）は４６°で徐々に変化させ、α角を大きくした。そして、図１１に示すように、１２個の測定ポイントで光度ベースでの視野角を測定した。
【００１２】
図１１の測定ポイントは、表１に示す座標位置（ｍｍ）である。
【００１３】
【表１】

【００１４】
それぞれ視野角として１０°、２０°、３０°にピークがくるよう設計した導光板を用いて測定し、その結果を図１２乃至図１４並びに表２乃至表４に示す。図１２及び表２は視野角１０°の時にピークがくるように設計した導光板、図１３及び表３は視野角２０°の時にピークがくるように設計した導光板、図１４及び表４は視野角３０°の時にピークがくるように設計した導光板の測定結果である。
【００１５】
【表２】

【００１６】
【表３】

【００１７】
【表４】

【００１８】
これらの図及び表に示すように、従来のα角可変の導光板においては、光の入射側からの距離の違いにより視野角のピーク角度が異なるという問題があった。
【００１９】
導光板は、所定の金型を形成し、この金型を用いて、透明の樹脂を用いた樹脂成形により形成される。しかし、プリズムを形成するために金型を加工する工具頂角が一定なため、α角を可変にするに従い、β角も変化するからである。即ち、各プリズムの頂角が一定なまま入射角を変化させていることに起因する。即ち、図１０に示すように、所定の頂角に設定した工具を用いて、入射側のα角を変更させるために工具の角度を変化させて加工すると、入射側のα角の変化に依存して、β角も変化する。図９に示すように、α角を大きくするに従って、β角は小さくなってしまう。図９において、α１＜α２＜α３の場合、β１＞β２＞β３となる。尚、頂角γは一定である。
【００２０】
このように、α角可変の従来の導光板では、光の入射側からの距離の違いにより視野角のピーク角度が異なり、輝度にばらつきが生じる。
【００２１】
【特許文献１】
特開２００１−３４３５３２号公報 段落番号０００４ 図４２（ａ）
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のα角可変の導光板においては、光の入射側からの距離の違いにより視野角のピーク角度が異なるため、輝度均一性が低下するという問題があった。
【００２３】
この発明は、上記した従来の問題点に鑑みなされたものにして、出射光量を可変にでき、輝度の均一性を向上させ、外形形状が殆ど変化しない導光板を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この発明の導光板は、光を入射する側面に対して平行に延びるプリズムが上面に形成された導光板において、前記プリズムの長さ方向の断面は山形に形成され、且つ少なくとも光入射側の斜面のなす角度並びに頂角が入射側からの距離により異なるように形成されたことを特徴とする。
【００２５】
そして、前記プリズムの反射面側の斜面のなす角度を入射側からの距離により異なるように形成してもよい。
【００２６】
上記したように、線状光源に沿う方向において、当該線状光源からの距離に対する入射側の角度を調整にすることによって、線状光源に沿う方向における輝度を一定に揃えることができる。しかも、出射側の角度を入射側の角度に依存することなくを任意に調整することで、視野角のピーク角度も一定にできる。
【００２７】
又、それぞれの角度を独自に可変することで、出射光量を可変させることができ、輝度均一性を改善することができる。
【００２８】
また、この発明は、上記した導光板を備える面光源装置並びにこの面光源装置を備える表示装置を提供することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図１ないし図５に基づいて説明する。図１はこの発明の実施形態にかかる液晶表示装置の斜視図、図２は図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【００３０】
この発明にかかる液晶表示装置１０は、板状の液晶パネルユニット１２、液晶パネルユニット１２の上面に配置された導光板１４及び導光板１４の側面１４ａに延びる線状光源１６を備える。このうち、液晶パネルユニット１２は、反射型のもので、図には詳細に示さないが、ガラス基板上に、反射板、液晶層、カラーフィルタ、ガラス板及び偏光板をこの順序で積層したものである。導光板１４は、透光性部材である例えば透明のアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等により略平板状に形成されてなり、その上面１４ｂには、後述する線状プリズム１８が互いに平行して多数形成されている。線状光源１６としては、熱陰極管や冷陰極管等の蛍光灯、或いは発光ダイオードを線状に配列したもの、発光ダイオードなどの点光源と線状導光板を用いたもの、白熱灯又は有機材料を線状に形成したものが用いられる。
【００３１】
図２に示すように、各線状プリズム１８，１８…の長さ方向の断面は山状に形成され、各々山を形成する２つの斜面２０及び２２の内線状光源１６に対峙する斜面２２は、線状光源１６から入射される光を反射するための反射面を形成する。即ち、線状光源１６から入射される光は、導光板１４内に側面１４ａから入射され、同図に一点鎖線の矢印２４で示すように、各プリズム１８，１８…が形成する各反射面２２，２２…で反射された後、導光板１４の下面１４ｃから出射される。この出射光は、液晶パネルユニット１２に照射され、上述した液晶層などを透過した後、反射板によって上方に反射され、再度液晶層を透過する。そして、この液晶層を透過した光が、同図二点鎖線の矢印２６で示すように、導光板１４を透過して導光板１４の上面１４ｂから外方に出射される。
【００３２】
図２に示すように、各々のプリズム１８の頂角をγ、斜面２０と導光板１４の下面１４ｃとがなす入射側角度をα、及び反射面２２と導光板１４の下面１４ｃとがなす角をβとする。そして、この実施形態では、少なくとも頂角γとα角を可変にしている。そして、各プリズム１８，１８…間のピッチ（各谷間間の距離）Ｐは一定としている。
【００３３】
上記のように、各プリズム１８，１８…の各頂角γは可変に形成され、入射側角度αを可変にし、線状光源１６から離れた位置に形成されるほど入射角度αを大きくしている。そして、各頂角γを可変にし、反射面２２と導光板１４の下面１４ｃとなす角βも必要に応じて最適な視野角になるように可変にしている。図３に示すものは、頂角γとα角を可変にし、β角を一定にしたもの、図４に示すものは、頂角γ、α角、β角を可変にしたものである。
【００３４】
このように、各プリズム１８，１８…は、線状光源１６から離れた位置に形成されているものほど、α角を大きくして反射面２２の面積が大きくなるように形成されている。図３に示す例では、入射側からα１＜α２＜α３とした場合、頂角γ１＞γ２＞γ３、β角は一定にしている。また、図４に示す例では、入射側からα１＜α２＜α３とした場合、頂角γ１＞γ２＞γ３、β１＜β２＜β３としている。
【００３５】
尚、この第１の実施形態では、導光板１４として、幅寸法が７４．３ｍｍ、長さ寸法が５６．５６ｍｍ、厚さ寸法Ｔは、側面１４ａにおいてＴ＝１．００ｍｍとしている。
【００３６】
上記した導光板１４においては、導光板１４の側面より入射した光は導光板内を伝播して行き、β角で形成されるプリズム１８の反射面２２に反射され、液晶パネルユニット１２側へ出射される。そして、この実施形態では、入射側のα角度の可変分に依存することなく、β角度を形成することで、入射側からの距離の違いに関わらず視野角のピーク角度を一定にすることができる。視野角のピーク角度を一定にすることで、輝度均一性を向上させることができる。
【００３７】
このように、線状光源１６に沿う方向において、当該線状光源１６からの距離に対するプリズムの入射側のα角を調整にすることによって、線状光源１６に沿う方向における輝度を一定に揃えることができる。しかも、β角を任意に調整することで、視野角のピーク角度も一定にできる。
【００３８】
又、それぞれの角度を独自に可変することで、出射光量を可変させることができ、輝度均一性を改善することができ、しかも外形形状が太鼓形状になることがなくほぼフラットな導光体形状を得ることができる。
【００３９】
上記した導光板１４を作成するには、導光板１４の金型加工を導光板での頂角よりも小さな頂角の工具を用いて、例えば、図５に示すように、２回加工することにより、入射側のα角の可変とは依存せずに、α角を変化させると共に、頂角γ、反射側角βを所定の角で加工できる。即ち、図５（ａ）から（ｃ）に示すように、工具の角度を変更させて２回加工することで、α角度可変分に依存することなくβ角度を形成することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、線状光源に沿う方向において、当該線状光源からの距離に対するプリズムの入射側のα角を調整にすることによって、線状光源に沿う方向における輝度を一定に揃えることができる。しかも、β角を任意に調整することで、視野角のピーク角度も一定にできる。
【００４１】
又、それぞれの角度を独自に可変することで、出射光量を可変させることができ、輝度均一性を改善することができ、しかも外形形状が太鼓形状になることがなくほぼフラットな導光体形状を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の実施形態にかかる液晶表示装置の斜視図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線断面を示す図で、導光板に形成されたプリズムの形状を示す部分拡大図である。
【図３】この発明のα角可変の導光板に形成されたプリズムの形状を示す部分拡大図である。
【図４】この発明のα角可変の導光板に形成されたプリズムの形状を示す部分拡大図である。
【図５】この発明に係るα角可変の導光板のプリズムを形成する金型の製造方法を示す模式図である。
【図６】従来の面光源装置を用いた液晶表示装置を示す概略斜視図である。
【図７】図６のＩＩ−ＩＩ線断面を示す図で、導光板に形成されたプリズムの形状を示す部分拡大図である。
【図８】従来のα角可変の導光板を示す側面図である。
【図９】従来のα角可変の導光板に形成されたプリズムの形状を示す部分拡大図である。
【図１０】従来のα角可変の導光板のプリズムを形成する金型の製造方法を示す模式図である。
【図１１】導光板の光強度を測定した位置を示す平面図である。
【図１２】視野角１０°の時にピークがくるように設計した導光板の視野角と光強度の関係を示す特性図である。
【図１３】視野角２０°の時にピークがくるように設計した導光板の視野角と光強度の関係を示す特性図である。
【図１４】視野角３０°の時にピークがくるように設計した導光板の視野角と光強度の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１０ 液晶表示装置
１２ 液晶パネルユニット
１４ 導光板
１４ａ 側面
１６ 線状光源
１８ プリズム

Claims (4)

1. 光を入射する側面に対して平行に延びるプリズムが上面に形成された導光板において、前記プリズムの長さ方向の断面は山形に形成され、且つ少なくとも光入射側の斜面のなす角度並びに頂角が入射側からの距離により異なるように形成されたことを特徴とする導光板。
2. 前記プリズムの反射面側の斜面のなす角度を入射側からの距離により異なるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の導光板。
3. 請求項１又２に記載の導光板を備える面光源装置。
4. 請求項３に記載の面光源装置を備える表示装置。

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