JP2005108803A

JP2005108803A - 導光板及び面光源装置

Info

Publication number: JP2005108803A
Application number: JP2004021310A
Authority: JP
Inventors: Yoji Oki; 庸次沖; Yasuyuki Oki; 康之太期
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】面光源の発光面における集光を向上させることができる導光板及び面光源装置を得る。
【解決手段】導光板本体１の発光面側（表面側）にプリズム２を配置し、底面側（裏面側）に輝度むらなどを制御するための反射、拡散、散乱用の制御素子３を設けるとともに、この制御素子３を設けた面４と同一の面４に、導光板本体１の側端面５から入射した光源（図示せず）からの光を集光させるための配光調整ライン（調整線）６を設ける。この配光調整ライン６は、概ね太さが５μｍ〜５０μｍ、ピッチが１０μｍ〜１００μｍで、斜面角度１０°〜６０°の擬似プリズム的な線により構成するか、もしくは、概ね太さが１２μｍ、ピッチが２５μｍで、斜面角度１０°〜６０°の擬似プリズム的な線により構成する。また、概ね３０％〜８０％の比率で設ける。
【選択図】図２−１

Description

本発明は、集光を改善した印刷レスの導光板及びこれを備えた面光源装置に関するものである。

図１１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は従来の面光源装置に備えられている導光板の概略構成を示す断面図である。同図中、１０は直管状の光源で、平板状の導光板本体１１の側端面と平行に配置されている。１２は導光板本体１１の出光面側に配置されたプリズムシート、１３はその反対側に配置された反射シートである。

同図の（ａ）に示す方式Ａの導光板本体１１は、表面が散乱処理され、裏面は頂角１１０°〜１３０°程度のプリズム形状となっている。（ｂ）に示す方式Ｂの導光板本体１１は散乱剤入りで、上記方式Ａのものと同様に表面が散乱処理され、裏面は頂角１１０°〜１３０°程度のプリズム形状となっている。（ｃ）に示す方式Ｃの導光板本体１１は、表面が例えば頂角９０°のプリズム形状で、裏面には反射、散乱用の制御素子１４が設けられている。

また、この他にも輝度や性能を向上させた導光板及び面光源装置が提案されている（例えば、特許文献１〜８参照。）。
特開平６−１８８７９号公報特開平１１−２２４５１６号公報特開２０００−１０６０２２号公報特開２０００−２９４０１９号公報特開２００１−１４３５１５号公報特開２００２−５０２１９号公報特開２００２−２２８８４７号公報特開２００３−２９０４５号公報

ところで、上記のような面光源装置における導光板の出光配光は、光源であるランプの平行軸周りはプリズムシートにより、ランプの垂直軸周りは導光板本体の発光面もしくは底面のプリズム形状により、それぞれ発光面の法線方向に集光されている。

しかしながら、バックライトとしての高輝度化には更なる集光が必要であり、上記のような従来の３方式で集光を改善する場合、導光板本体の表面あるいは裏面のプリズム形状かプリズムシートのプリズム形状を変更すれば良いが、それには限界があった。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、面光源の発光面における集光を向上させることができる導光板及び面光源装置を提供することを目的としている。

具体的には、図１１の（ｄ）に示すように、導光板本体１１の表面をプリズム形状とし、裏面に反射、散乱用の制御素子１４と同時に配光調整ラインを設けることにより、発光面の集光を改善するものである。

すなわち、プリズム面ではない出光方向に寄与していなかった反射、散乱用の制御素子面に、導光板本体からの出光配光を整える機能を持たせる手法を採用している。

なお、上記の表面と裏面は逆の場合であっても良い。

本発明に係る導光板は、光源からの光を側面から内部に入射させて表面から出射させる平板状の導光板であって、前記平板状の導光板本体の輝度むらを制御するための制御素子を設けた面と同一面に集光を調整するための調整線を設けたことを特徴とするものである。

また、上記調整線は、概ね太さが５μｍ〜５０μｍ、ピッチが１０μｍ〜１００μｍで、斜面角度１０°〜６０°の擬似プリズム的な線により構成するか、もしくは、概ね太さが１２μｍ、ピッチが２５μｍで、斜面角度１０°〜６０°の擬似プリズム的な線により構成したことを特徴とするものである。

また、上記調整線は、概ね３０％〜８０％の比率で設けたことを特徴とするものである。

本発明に係る面光源装置は、上記の何れかの導光板を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、導光板及びこれを備えた面光源装置において、面光源の発光面における集光を向上させることができるという効果がある。

以下、本発明の実施例を図面について説明する。

図１−１は本発明に係る導光板の構成を示す図である。この導光板は、裏面に反射と配光調整を兼ねた面構成を持っている。

すなわち、同図の（ａ）に示すように、導光板本体１の発光面側（表面側）にプリズム（鏡面でも可）２を配置し、底面側（裏面側）に輝度むらなどを制御するための反射、拡散、散乱用の制御素子３を設けるとともに、この制御素子３を設けた面４と同一の面４に、導光板本体１の側端面５から入射した光源（図示せず）からの光を集光させるための配光調整ライン（調整線）６を設けている。

上記導光板本体１の発光面の集光を調整するための配光調整ライン６は、概ね太さが５μｍ〜５０μｍ、ピッチが１０μｍ〜１００μｍで、斜面角度１０°〜６０°の擬似プリズム的な線により構成するか、もしくは、概ね太さが１２μｍ、ピッチが２５μｍで、斜面角度１０°〜６０°の擬似プリズム的な線により構成している。また、この配光調整ライン６は、概ね３０％〜８０％の比率（擬似プリズム的な線とそうでないものの比率）で設けている。

同図の（ｂ）に、上記導光板本体１の裏面の反射と配光調整を兼ねた面４の詳細を示す。Ａ−Ａ線断面、Ｂ−Ｂ線断面及びＣ−Ｃ線断面の凸部、凹部は、金型加工、フォトリソグラフィー、印刷焼成などの微細凹凸が生成できるプロセス等で製作されるものである。当然のことであるが、Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ線断面において、その形状がそれぞれ異なり、配光調整ラインと反射、拡散、散乱用の制御素子の断面形状（特に斜面角度）はその光学的意図が異なれば、その断面形状は異なるものである。

同図の（ｃ）は、この配光調整ラインの基本形状及び変形例をＡ−Ａ線断面で示すものであり、台形形状を基本形状とし、これと類似する正弦波形状、円弧形状、プリズム形状、プリズムの頂部が曲線（Ｒ）となった形状、プリズムの頂部が平坦になった形状、上下非対称の台形形状等に変形が可能である。この他にも光学的特性が所望のものとなる形状であれば種々のものが適応可能である。

図１−２に比較例として従来の導光板の構成を参考までに示す。同図の（ａ）に示すように、従来の導光板は裏側の反射、散乱用の制御素子３を設けた面４には集光を調整するための機能はない。また、同図の（ｂ）に示す制御素子３のＣ−Ｃ線断面の凹凸部の形状は、方式によって異なっている。

一般的に、印刷レス導光板は、その裏面もしくは表面に散乱、拡散、反射を目的とした素子がフォトリソグラフィー、金型加工、印刷焼成等を用いて形成された金型により配置される。それらは主に面光源としての輝度むらの制御に用いられており、おおよそ配光特性を制御するものではない。対して、それらが配置されている反対側には面光源の出光配光を発光面の法線方向に集光するためのプリズム等が配置されることがある。本発明は、散乱、拡散、反射を目的とした素子を配置する面に面光源の出光配光を発光面の法線方向に集光する機能を付加するものである。

図２−１は本発明の実施例の構成を示す図であり、図１−１と同一符号は同一構成要素を示している。散乱、拡散、反射用の制御素子３を設けた面４は波状に形成されており、この面４に集光調整用の配光調整ライン６が設けられている。なお、本形状は一例であり、凹凸が逆、発光面と底面が逆の場合もありえる。また本実施例では、散乱、拡散、反射用の制御素子３を生成するプロセスと同じプロセスで、面光源の出光配光を発光面の法線方向に集光させる機能を付加することができる。

図２−２に参考例として従来の構成を示す。同図の（ａ）は導光板本体１の発光面側にプリズム２を配置し、底面側に制御素子３を設けた例を示し、（ｂ）は発光面側に散乱面７を設け、底面側にプリズム２を配置した例を示している。

ここで、導光板本体の発光面側にプリズムを設け、裏面側（底面側）に鏡面もしくは配光調整ラインのみを設けた導光板を用いたバックライトの配光シミュレーション結果を図３に示す。同図の（ａ）は「表面プリズム」＋「裏面鏡面」の場合を示し、（ｂ）は「表面プリズム」＋「裏面配光ライン」の場合を示している。

図４はそれぞれの場合の集光度（ｃｏｕｎ‐ｔｒａｙ）を示し、図５に比較のために最大値を１００％としたものを示す。それらの図で、（ａ）は垂直方向（ｖｅｒｔｉｃａｌ）を示し、（ｂ）は水平方向（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）を示している。また、実線は裏面に配光調整ラインを持つ構成（ＤｏｔｗｉｔｈＬｉｎｅｓｕｒｆａｃｅ）、破線は持たない構成の場合を示している。

上記のシミュレーション結果は、輝度むらを制御する制御素子を配置していない場合であるが、それがない場合に本実施例の配光調整ラインを付加することによって、バックライトの出光配光が法線方向で集光し、最大値で１１％程度向上することを示している。この特徴としては、垂直、水平方向両者の集光性が良くなっている点であり、本実施例はこの効果を利用し、配光調整ラインを従来使用されている上述の反射、散乱、拡散用の制御素子と共存させるようにしている。

この配光調整ラインは製造プロセスによって異なるが、上述のようにピッチ１０μｍ〜１００μｍ、線太さ５μｍ〜５０μｍ、ピッチ２５μｍ、線太さ１２μｍ、斜面角度１５°〜６０°程度が望ましい。

図６は本実施例を基に試作した導光板の配光特性を示す図であり、（ａ）に垂直方向の輝度（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）、（ｂ）の水平方向の輝度を示す。また、図７の（ａ）、（ｂ）に集光の比較のためにそれらの最大値を１００％としたものを示す。

上述のシミュレーション結果の特徴と等しく、垂直方向では全体的に集光が見られ、特に０°−６０°、１２０°−１８０°での出光配光が低減した分６０°−９０°の輝度が上昇している。水平方向ではシミュレーション結果のような傾向は見られないが、ほぼ従来方式と配向は変わらない。これは、輝度むら調整のドット（制御素子）があるためと考えられる。また、明るさは測定結果から最大で９％〜２０％の輝度上昇がみられた。

このように、本実施例によれば、面光源の発光面における集光を向上させた導光板及びこれを備えた面光源装置を実現することができる。

ここで、上述の導光板の調整線の姿勢（出射面から見たときの光源に対する角度）及びその設定例について述べる。

調整線の姿勢は、光源が１または対になる２光源であれば、図８の（ａ）に示ように、その光源１０が沿う入光面に対して垂直な方向を基本とするが、目的に応じて例えば同図の（ｂ）に示すように、平行な直線でなくても良い。（ｂ）に示すものはあるアルゴリズムに従った直線であるが、曲率を持った線としても良い。

また、調整線のピッチや太さは、概ね等ピッチ、等太さとするのが基本であるが、目的に応じて図９及び図１０に示すような設定であっても良い。

図９に示すものは、図８の（ａ）の平行な線を基本とするものであり、ここでは線方向で太さが不均一な例、不等ピッチの例、不等太さの例、ランダムな点線の例、太さが徐々に変わる例を示している。図１０に示すものは、図８の（ｂ）のあるアルゴリズムに従って線の存在比率を変えたものであり、ここでは境界処理を行った例、点線での処理を行った例、太さでの処理を行った例を示している。

本発明は、液晶表示装置に用いられる導光板及び面光源装置として有効である。

本発明に係る導光板の構成を示す図比較例の構成を示す図本発明の実施例の構成を示す図参考例の構成を示す図試作品の配光シミュレーション結果を示す図試作品の集光度を示す図最大値を１００％とした集光度を示す図実施例の試作品の輝度を示す図最大値を１００％とした輝度を示す図調整線の姿勢を示す図調整線の設定例を示す図調整線の設定例の他の例を示す図従来例の構成を示す断面図

符号の説明

１導光板本体
２プリズム
３制御素子
４面
５側端面
６配光調整ライン
１０光源

Claims

光源からの光を側面から内部に入射させて表面から出射させる平板状の導光板であって、前記平板状の導光板本体の輝度むらを制御するための制御素子を設けた面と同一面に集光を調整するための調整線を設けたことを特徴とする導光板。
前記調整線は、概ね太さが５μｍ〜５０μｍ、ピッチが１０μｍ〜１００μｍで、斜面角度１０°〜６０°の擬似プリズム的な線により構成したことを特徴とする請求項１に記載の導光板。
前記調整線は、概ね太さが１２μｍ、ピッチが２５μｍで、斜面角度１０°〜６０°の擬似プリズム的な線により構成したことを特徴とする請求項１に記載の導光板。
前記調整線は、概ね３０％〜８０％の比率で設けたことを特徴とする請求項１ないし３何れかに記載の導光板。
請求項１ないし４何れかに記載の導光板を備えたことを特徴とする面光源装置。