JP2005202244A - Ｌｃｄ用バックライトユニットのディザリングを利用した導光板パターンの設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 開示された内容は、ＬＣＤ用バックライトユニットのディザリングを利用した導光板パターンの設計方法に関するものであって、導光板上の各ドットパターン間の距離とパターンの大きさを考慮して各パターン別の最大移動距離を算出し、導光板上の各ドットパターンが算出されたパターンの最大移動距離の６０％以内においてランダムに形成されるようディザリング処理する。
【解決手段】 従って本発明は、導光板背面に形成されたパターンを微細光散乱パターンで処理し、ピッチ間隔が光源の距離に応じて全て変化され、ピッチを一定範囲内においてディザリング処理する為に、人為的な配列方式である既存の製品より光散乱の重畳性に優れることから輝度の不均一領域を解消することができ、かつパターンが肉眼で識別されることを防止するために使用された拡散シートを除去可能で、拡散シートの使用時光の重畳性を更に向上させ、モアレ不良を除くことができる効果を提供する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、導光板パターン設計方法に関する。

さらに詳細には、導光板上に配列されるドットパターンの各中心値を一定範囲内においてディザリング（ｄｉｔｈｅｒｉｎｇ）を行い設計することによって、輝度均一度や外観品質の問題を解決できるようにする、ＬＣＤ用バックライトユニットのディザリングを利用した導光板パターンの設計方法に関するものである。

ここ最近、パーソナルコンピュータ、通信装備及び家電製品等に使用される表示装置として、厚さが厚く高電圧が要求されるＣＲＴに代わって厚さが薄く軽量の平板表示装置、特に液晶を利用した表示装置であるＬＣＤが広く利用されている。

こうした液晶を利用した表示装置であるＬＣＤは、汎用化された平板型表示装置の主流をなしているため、薄型テレビジョン、ノートブックコンピュータ又は自動車用航法装置等に広く使用されているが、自ら発光できないＬＣＤの特性上、高輝度の面光源装置であるバックライトが必要で、表示装置の薄型化の為にはバックライトをも薄型化されるべきである。

ＬＣＤに使用される面光源装置は、光源で冷陰極管等の棒状の光源が採用され、光源が導光板の下部に存在していた形態から、導光板の側面に設けられ導光板を通して光源を均一な面光源に変換して、表面に垂直に光が散乱されるバックライト形態へと発展された。

図１は、従来のサイドライト型面光源装置を示した分解斜視図であり、図２は、図１のＹ−Ｙ面の断面図である。

図示された通り、従来の面光源装置は、透明なアクリルパネルを利用して側面に設けられている光源（１２）から発散される光を受け入れて、このアクリル表面に増着された一定面積と模様を有するドットパターンによって画面全領域に渡って光を均一に分布させる役割を行う導光板（１１）と、光源（１２）を覆うよう付着され光源（１２）から四方に発散される光の流出を防ぎ、導光板（１１）と反対面に抜け出る光を反射させ導光板（１１）方に再入射させ光源（１２）の効率を極大化させる機能を行うリフレクター（Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）（１３）と、導光板（１１）の下面に出る光を再び反射させ導光板（１１）内に返す機能を行う反射板（１４）と、ドットパターンが肉眼で識別されることを防止するために、導光板（１１）の上面に位置して導光板（１１）の表面から一定した方向に出る光を散乱させ、導光板（１１）の表面全体に渡って均等に広がるようにする機能を行う拡散シート（１５）と、拡散シート（１５）から出る光を屈折、集光させバックライト表面の輝度を上昇させる機能を行うプリズムシート（１６、１７）等から構成される。

以上のように構成された面光源装置の動作過程を詳細に説明すると、導光板（１１）の側面に位置した光源（１２）での直接光と、リフレクター（１３）に反射された反射光とが導光板の入射面（１１ａ）を通して導光板（１１）内部に入射され、入射された光は反射板（１４）と隣り合っている導光板背面（１１ｂ）に形成された光散乱のためのドットパターン（１１ｄ）とぶつかり散乱、反射して入射角が臨界角以下となる成分を増大させ導光板の出射面（１１ｃ）に光出射を促進させる。

導光板の出射面（１１ｃ）から出射された光は、拡散シート（１５）により散乱された光の不均一性が緩和され、ドットパターン（１１ｄ）が肉眼で識別されることを防止し、拡散シート（１５）上部に位置したプリズムシート（１６、１７）を通して上下、左右方向に光を集め正面輝度を高めるようになる。

通常、導光板の背面（１１ｂ）に位置したドットパターン（１１ｄ）の形成方法は、図３に示されたように、Ｙ−Ｙ′方向にパターン面積比をｎ次関数で構成、適用して光源（１２）から離れるごとに一定比率でドットパターン（１１ｄ）の面積比を増加させ、これによる散乱及び反射の量も相対的に増加するようにした。

実際に、ドットパターン（１１ｄ）により散乱される光の輝度は、ドットパターン（１１ｄ）の面積と光源（１２）から導光板の入射面（１１ａ）を通して入射された光の強度の２乗に比例するので、光源（１２）から離れることによってドットパターン（１１ｄ）の面積比が増加するよう設計した。図３においては、実際導光板（１１）でのドットパターン（１１ｄ）の面積比の設計方法を示しており、ドットパターン（１１ｄ）のサイズ及びピッチ（Ｐ）の変化を示している。

こうしたドットパターン（１１ｄ）は、円形、楕円形、菱形、正四角形等の一定した模様をもって、その形成方法としては、スクリーン印刷として光散乱インクパターンを形成させる方法が最も多く使用され、射出の際転写フィルムを使うか、金型に直接凸凹面を加工して射出する方法及び射出された導光板（１１）に直接光散乱パターンを加工する方法などがある。

既存ドットパターン（１１ｄ）の場合、ピッチを一定に維持しながらドットパターン（１１ｄ）の大きさが変化されるため、ピッチの間隔差が大きくなる。たとえば、１４インチの印刷方式のパターンの場合、ピッチ０．９５ｍｍに一定しており、円形パターンの大きさが０．３ｍｍから０．８ｍｍに変化されるため、ピッチ差は０．６５ｍｍから０．１５ｍｍに変化される。

こうしたピッチ変化によって光の重畳が不十分となり、輝度の不均一領域が増大される問題が発生したり、また光の不均一性を緩和し肉眼でパターンを識別されることを防止するために拡散シート（１５）が必要とされるので、光損失の多い拡散シート（１５）により光の損失が発生される問題点を有し、パターン大きさとピッチの周期的な干渉でモアレ不良を引き起こす問題点を有した。

本発明の目的は、前述した問題点を解決するために、導光板の下部面に部位別の光の明るさを調節するために配列するドットパターンの各中心値を一定範囲内でディザリングを行い設計することによって、輝度の均一度と外観品質の問題を解決できるようにする、ＬＣＤ用バックライトユニットのディザリングを利用した導光板パターンの設計方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、ディザリングを利用して設計されるドットパターンの大きさを微細に構成することによって、ドットパターンが肉眼で識別されることを防止する為使用される拡散シートを除去することができ、拡散シートの使用時には光重畳性を更に向上させ得る、ＬＣＤ用バックライトユニットのディザリングを利用した導光板パターンの設計方法を提供することにある

こうした目的を達成するための本発明による、ＬＣＤ用バックライトユニットのディザリングを利用した導光板パターンの設計方法は、導光板側面に位置した光源の距離に応じてパターンの大きさが変化し、パターン間距離を漸次稠密に変化させたバックライトユニットの導光板において、導光板上の各ドットパターン間の距離とパターンの大きさを考慮して各パターン別の最大移動距離を算出する第１過程と、導光板上の各ドットパターンが第１過程から算出したパターン最大移動距離の６０％以内においてランダムに形成されるようディザリング処理する第２過程からなることを特徴とする。

このとき、上記導光板上の各ドットパターンの大きさは、光源から離れるほど漸次大きくなり、導光板上の各ドットパターンの間隔は、光源から離れるほど漸次稠密になるよう形成されるのが望ましい。

また、上記各ドットパターンの大きさは、３００〜７００μｍの一般のパターン又は３０〜７０μｍの微細パターンで形成されるのが望ましい。

さらに、上記ドットパターンは、スクリーン印刷方法又は金型による射出方法によって形成されるのが望ましい。

本発明のＬＣＤ用バックライトユニットのディザリングを利用した導光板パターン設計方法によれば、導光板の背面に形成されたパターンを微細光散乱パターンで処理し、ピッチ間隔が光源の距離によって全て変化され、ピッチを一定範囲内でディザリング処理する為に、人為的な配列方式である既存の製品より光散乱の重畳性に優れ、輝度の不均一領域を解消することができ、かつパターンが肉眼で識別されることを防止する為使用された拡散シートを除去することができ、拡散シートの使用時、光の重畳性を更に向上させ、ピッチが一定範囲内でディザリング処理されモアレ不良を除くことのできる効果を奏する。

以下、添付された図面を参照して本発明のＬＣＤ用バックライトユニットのディザリングを利用した導光板パターンの設計方法を詳細に説明するが、当該技術分野における熟練された当業者は、下記の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から離れない範囲内において、本発明を多様に修正及び変更可能であるものとして理解され得るだろう。

本発明においては、前述した図１のサイドライト型面光源装置の構成要素を参照して説明するが、各構成要素の説明は、前述した説明と同一であるため、ここでの説明は省略し、導光板のパターンの特徴について重点的に説明する。

本発明による導光板のパターンを設計する時には、まず導光板（１１）上の各ドットパターン（１１ｄ）間の距離とパターンの大きさを考慮して各パターン別の最大移動距離を算出する。すなわち、形成する上下左右に位置した各々のドットパターン（１１ｄ）間の距離と大きさを参照して各ドットパターン（１１ｄ）が移動できる距離がどのぐらいになるのかを算出するのである。

各パターン別の最大移動距離を算出した以降には、導光板（１１）上の各ドットパターン（１１ｄ）が算出したパターンの最大移動距離の６０％以内においてランダムに形成されるようディザリング処理する。すなわち、算出したパターンの最大移動距離の一定範囲以内において各ドットパターン（１１ｄ）が自由に移動できるように形成するのである。

このように、ディザリングを利用して導光板（１１）上の各ドットパターン（１１ｄ）を形成すると、人為的に配列した従来のドットパターンを適用した既存の製品より光散乱の重畳性が優れるので、輝度の不均一領域が現れないようにすることができることはもちろん、モアレ不良を除くことができ、３００〜７００μｍ の一般的なパターンはもちろん、３０〜７０μｍの微細パターンで形成することができる為、ドットパターン（１１ｄ）が肉眼で識別されることを防止するために使用された拡散シート（１５）を除去することができ、拡散シート（１５）を使用する場合には光の重畳性を更に向上させ得ることになる。

図４は、充分な光の重畳性を得る為に、導光板の背面（１１ｂ）に微細パターンが形成された姿からパターンの大きさ、ピッチが光源（１２）からの距離に応じて変化されディザリングされた形状をみせる。こうした微細パターンはエッチング、サンドブラスト方式にて金型に加工しても良く、転写フィルムを使用して金型に付着しても構わない。

また、図４は、微細なドットパターン（１１ｄ）が光源（１２）から離れることによってパターンの大きさ、平均ピッチ、ディザリング範囲が変化されながら、パターン面積率が増加されていることをみせている。すなわち、図面上の「Ａ」部分は、光源（１２）から近い距離のドットパターン（１１ｄ）を示したものであり、「Ｂ」部分は、光源（１２）から遠い距離のドットパターン（１１ｄ）を示したものであって、ドットパターン（１１ｄ）が光源から離れることによりパターンの大きさが大きくなり、平均ピッチとディザリング範囲が減ってきていることが見受けられる。

図５は、本発明によるサイドライト型面光源装置に使用される導光板（１１）の一般的な厚さを示しており、パターンがない場合、光が導光板の入射面（１１ａ）に入射後、光源（１２）から離れることによって反射距離が短くなり、導光板の出射面（１１ｃ）側へ輝度が徐々に増加されることをみせている。

図６は、本発明によって導光板上に形成される微細パターンの大きさとピッチを説明するための図面であって、パターンは、輝度の不均一領域を緩和させてくれる役割を行い、パターンの大きさの変化は、Ｙ−Ｙ′区間の輝度不均一度を考慮して光源から離れるほど増加するよう、ｎ次関数に形成させて、実質的な範囲は、３０〜７０μｍであるが、微細であるほど更に均一な輝度分布を得ることができる。ピッチ（Ｐ）変化は、光源（１２）から離れるほどｎ次関数により変化するが、導光板（１１）の厚さに比例して形成させても構わない。パターンの大きさが３０〜７０μｍに変化される時、実質的なピッチは７０〜４５μｍである。このように生成されたパターンは、光の重畳性をさらに向上させモアレ干渉を除去する為、ピッチを不規則にディザリングさせる。

図７は、本発明による導光板パターンの設計時使用されるディザリング処理を説明するための図面であって、「Ｃ」、「Ｄ」部分は、ディザリングを適用する前の光源（１２）での距離に応じたパターンの大きさとピッチが変化されることを示す部分であり、「Ｅ」、「Ｆ」部分は、ｘ、ｙ座標の一定範囲においてピッチがランダム処理されたことを示した部分である。

ディザリング処理において、Ｙ−Ｙ′での光散乱パターンの最大大きさ、最小ピッチ（Ｐ）を考慮してパターンが重畳されない最大移動距離を算出した後、最大移動距離の６０％を超えない範囲内で各パターンをディザリング処理しなければならない。このとき、各パターンのディザリングの処理の際最大移動距離の６０％以内において行う理由は、ディザリング範囲が最大移動距離の６０％を超過する場合、空隙（パターンとパターン間の空いた空間）が増大される為、光の重畳性を低下させ不均一の輝度領域を発生させるためである。

なお、ディザリング処理は、光源（１２）から離れるほどｎ次関数を適用してピッチ変化と比例して変化させても良く、導光板（１１）の全領域に渡って最大移動距離の４０〜１５％範囲において乱数を発生させディザリング処理しても構わない。

従来のサイドライト（ｓｉｄｅ ｌｉｇｈｔ）型面光源装置を示す分解斜視図。 図１のＹ−Ｙ′面断面図。 従来のサイドライト型面光源装置の導光板に形成されるドットパターンを説明するための図面。 本発明によって設計された導光板の微細パターンのディザリングされた形状を示した図面。 本発明によるサイドライト型面光源装置に使用される導光板の一般的な厚さを示した図面。 本発明により導光板上に形成される微細パターンの大きさとピッチを説明するための図面。 本発明による導光板パターンの設計の際使用されるディザリング処理を説明するための図面。

符号の説明

１１ 導光板
１２ 光源（Ｌａｍｐ）
１３ リフレクター
１４ 反射板
１５ 拡散シート
１６、１７ プリズムシート

Claims (7)

1. 導光板側面に位置した光源の距離に応じてパターンの大きさが変化し、パターン間距離を漸次稠密に変化させるバックライトユニットの導光板において、
   前記導光板上の各ドットパターン間の距離とパターンの大きさとを考慮して各パターン別の最大移動距離を算出する第１過程；及び
   前記導光板上の各ドットパターンが前記第１過程から算出したパターンの最大移動距離の６０％以内においてランダムに形成されるようディザリング処理する第２過程とからなることを特徴とする、ＬＣＤ用バックライトユニットのディザリングを利用した導光板パターンの設計方法。
2. 請求項１において、前記導光板上の各ドットパターンの大きさは、
   前記光源から離れるほど漸次稠密となることを特徴とする、ＬＣＤ用バックライトユニットのディザリングを利用した導光板パターンの設計方法。
3. 請求項１において、前記導光板上の各ドットパターンの間隔は、
   前記光源から離れるほど漸次稠密となることを特徴とする、ＬＣＤ用バックライトユニットのディザリングを利用した導光板パターンの設計方法。
4. 請求項１において、前記ドットパターンの大きさは、
   ３００〜７００μｍの一般的なパターンであることを特徴とする、ＬＣＤ用バックライトユニットのディザリングを利用した導光板パターンの設計方法。
5. 請求項１において、前記ドットパターンの大きさは、
   ３０〜７０μｍの微細パターンであることを特徴とする、ＬＣＤ用バックライトユニットのディザリングを利用した導光板パターンの設計方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかの項において、前記ドットパターンは、
   スクリーン印刷方法によって形成されたことを特徴とする、ＬＣＤ用バックライトユニットのディザリングを利用した導光板パターンの設計方法。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれかの項において、前記ドットパターンは、
   成形用金型による射出方法によって形成されたことを特徴とする、ＬＣＤ用バックライトユニットのディザリングを利用した導光板パターンの設計方法。

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