JP2005203182A - 導光板及びそれを用いた面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、指向性バックライト方式の面光源装置において、反射面へのシート材の貼り付きを防止し、均一な発光輝度が得られる装置を提供する。
【解決手段】 この発明の面光源装置は、面状の導光板１と、導光板１の入射面側に配設される光源３と、導光板１の反射面側に設けられた反射シートと、導光板１の出射面側に配設されるプリズムシートと、を備え、導光板１は、導光板１内を伝播した光が出射される出射面と、出射面より出射する光を出射面の法線方向より所定の方向に指向させて出射させるために前記導光板に形成されたパターン領域と、出射面と対向する反射面に入射面から入射面に対向する反対側端面に向かう縦軸に対して平行する方向に形成された複数のプリズム１２と、プリズム１２の稜線に複数個設けられた微細な凸部または凹部からなる反射シート密着防止部１３と、で構成される。
【選択図】 図３

Description

この発明は、導光板及び面光源装置に関し、導光板の出射面側にプリズムシートを配設し、照明光の利用効率を向上させた面光源装置に関するものである。

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。

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。

これらの照明装置は、線状光源或いは点光源と、この線状光源或いは点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。このような面光源装置は、ほぼ均一な板厚により導光板を形成した方式のものと、線状光源より遠ざかるに従って導光板の板厚を徐々に薄く形成した形式のものとがある。

従来のこの種の導光板を用いた面光源装置として、入射面より入射した光源からの光の利用効率を向上させ、しかも高品位の照明光を出射することができる面光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この種の面光源装置を図７に示す。導光板１０１は、透明部材からなる例えば、アクリル（ＰＭＭＡ樹脂）を射出成形して断面楔型形状に形成された板状の部材であり、図示はしないが、反射シート１０２側の平面（導光板１０１の裏面）に、１対の斜面を有する凸部が繰り返し形成されている。また、導光板１０１の出射面の全面がマット処理により一様に粗面に形成され、この出射面に光拡散面を形成する。導光板１０１の出射面に配置されるプリズムシート１１０の導光板１０１側に同種の凸部が繰り返し形成されている。

蛍光ランプ７から出射された照明光は、直接またはリフレクタ８で反射した後、入射面より導光板１０１の内部に入射し、出射面により散乱を受けながら、裏面と出射面との間で反射を繰り返して導光板１０１の内部を伝播する。このとき、この照明光は、裏面で反射する毎に出射面に対する入射角が低下し、出射面に対して臨界角以下の成分が出射面より出射される。

この出射面より出射される照明光は、導光板１０１の出射面に形成された粗面により拡散されて出射面からの出射が促進される。また、導光板１０１の裏面より漏れ出す照明光が、裏面側に配置された正反射部材である反射シート１０２により反射されて効率よく導光板１０１の内部に戻され、これにより効率よく出射面より出射される。

入射面と平行に裏面に設けられた繰り返し形成される凸部の斜面により、入射面と平行な面内において、外側に広がるように出射される照明光が内側に向くように、指向性が補正されて出射される。これにより、入射面と平行な面内において出射光の指向性を出射面の正面方向に補正することが出来る。従って、プリズムシートを１枚省略してその分照明光の利用効率を向上させることができる。

このようにして、出射面より出射された照明光は、続くプリズムシート１１０を透過し、正面方向に補正され、このプリズムシート１１０の前面に配置された液晶パネル１２０を照明する。
特開平１０−２６８１３８号公報

しかしながら、この種のバックライト方式の面光源装置においては、長時間、温度の高い環境に放置されると、図８に示すように、種々の模様や輝度ムラが発生するということが判明した。

この現象を詳細に検討したところ、反射シート１０２が導光板１０１の裏面に貼り付いた状態（以下、滑りの悪い状態という。）で、温度の高い環境に放置された場合に発生し、また、反射シート１０２と導光板１０１の材質の違いによる熱膨張（伸び縮み）の差により、反射シート１０２が変形し、歪んでしまうことに起因するということが分かった。

このような種々の模様や輝度ムラは、バックライト方式の面光源装置を液晶パネルの後方に配置して液晶表示装置を構成した際に、表示画面の品位を著しく劣化させる。

また、反射シートは、電子機器の軽量化や薄型化の実現のため、それ自身の厚みをできる限り薄くする必要があり、更には、指向性バックライト方式の場合、指向性のある光を導光板から出射させるため、反射シート部材の表面状態は、鏡面状態である必要がある。そのため、導光板の反射面と反射シート表面が密着しやすく、材質の違いによる熱膨張の差により、反射シートに負荷がかかり変形し、歪が発生することになる。

特に、導光板裏面に設けられた繰り返し形成される凸部によって指向性が補正されて出射される指向性バックライト方式の場合、照明光の利用効率を向上することができるためプリズムシート等のシート部材が少なくなり、この出射面側のシート部材により、この種の模様を目立たなくする効果が低減するため、種々の模様や輝度ムラの発生は顕著である。

この発明は、上述した従来の問題点に鑑みなされたものにして、指向性バックライト方式の面光源装置において、反射面へのシート材の貼り付きを防止し、均一な発光輝度が得られる装置を提供することを目的とする。

この発明の導光板は、導光板の一側面側に設けられ光源からの光が入射される入射面と、この入射面から入射し前記導光板内を伝播した光が出射される出射面と、前記出射面より出射する光を前記出射面の法線方向より所定の方向に指向させて出射させるために前記導光板に形成されたパターン領域と、前記出射面と対向する反射面に前記入射面から入射面に対向する反対側端面に向かう縦軸に対して平行する方向に形成された複数の凸状部と、前記凸状部の稜線に複数個形成された微細な凸部または凹部からなる反射シート密着防止部と、を備えなることを特徴とする。

また、この発明は、前記反射シート密着防止部の凸部または凹部は導光板の出射特性に影響を与えないように形成され、前記凸状部における記反射シート密着防止部の凸部または凹部は、直径が５μｍから３０μｍ、高さが−５μｍから＋５μｍにするとよい。

また、前記反射シート密着防止部の凸部または凹部は、１平方ミリメートル当たり５個から１平方ミリメートル当たり５０個の範囲で設けるとよい。

更に、前記凸状部は、プリズム形状であり、このプリズムのピッチを５μｍから５００μｍ、頂角を１００°から１５０°に設定すると良く、また、前記凸状部は、先端に丸みをつけたプリズム形状であり、このプリズムのピッチを５μｍから５００μｍ、頂角を１００°から１５０°に設定するとよい。

この発明の面光源装置は、上記に記載の導光板と、前記導光板の入射面側に配設される光源と、前記導光板の反射面側に設けられた反射シートと、前記導光板の出射面側に配設されるプリズムシートと、前記導光板の入射面と対向する面側に設けられた反射部材と、を備えたことを特徴とする。

以上説明したように、この発明によれば、指向性バックライト方式の面光源装置において、反射面へのシート材の貼り付きを防止し、均一な発光輝度が得られる。

以下、この発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。図１は、この発明の実施形態にかかる導光板並びに面光源装置を用いた液晶表示装置を示す分解斜視図、図２は、この発明の実施形態にかかる導光板並びに面光源装置を用いた液晶表示装置を示す概略側面図である。

図１に示すように、この実施形態は、透過型の液晶パネルユニット２０、液晶パネルユニット２０の下面に配置された面状の導光板１、及び導光板１の一側面に設けられた光入射側端面に平行に配置された光源としての複数の白色発光ダイオード素子（ＬＥＤ）３…と、を備える。

更に、面光源装置は、面状の導光板１の反射面側に配設される反射シート２と、導光板１の出射面側に配設されるプリズムシート５と、導光板１の入射面と対向する面側に設けられた反射部材４と、で構成される。

導光板１は、例えば、アクリル(ＰＭＭＡ樹脂)、ポリカーボネート(ＰＣ樹脂)のような透光性樹脂を射出成形法により形成された板状部材である。

導光板１には、出射面より出射する光を前記出射面の法線方向より所定の方向に指向させて出射させるために微小なシボ群１１からなるパターン領域が設けられる。このパターン領域に形成されるシボ１１（微小な凹凸）は、出射面側或いは反射面若しくは両面に設けられるが、この実施形態では図１の部分拡大図に示すように、出射面側にシボ１１が形成される。シボ１１の形状は、略球面状突起で、その表面は反射した光が散乱せず、規則正しく所定の方向を向くように平滑曲面に形成されている。指向性バックライト方式の場合、導光板１に設けるパターンは光があまり散乱しないパターンにし、極く僅かに光の方向を変えながら反射を繰り返し導光するように設計している。

反射シート２は、導光板１の反射面より漏れ出す光を効率良く導光板１の内部へ戻すために設けられる。

反射シート２は、具体的には、銀などを蒸着した高反射率の正反射部材やポリエステルの多層膜から成る高反射率の正反射部材により構成され、厚みは５０〜１００μｍで、漏れ出す光を正反射で導光板１の内部へ戻すため、鏡面状態となっている。

この実施形態では、導光板１に設けるシボ１１にはグラデーションを設け、入射側端面から対向する反射側端面に向けて密から粗というようにシボ密度を変化させて形成する。すなわち、光源３から遠ざかるにつれて被覆率が低くなるようなパターン面が導光板１に施されている。

尚、このグラデーションは導光板のサイズ、厚み等により、粗−密−粗と変化させてもよい。

また、被覆率は、例えば微小な凹凸で光散乱パターンを形成する場合には、単位面積あたりのドットの面積をいう。

ここで、シボ密度は表面粗さで規定され、具体的には表面粗さＲａ１．０〜０．０１μｍになるように規定し形成した。

導光板１の反射面には、図１の部分拡大図に示すように、入射側端面から反射側端面に向かう縦軸に対して平行する方向に凸状部としての反射面プリズム１２が形成されている。具体的にはピッチ５０μｍ、頂角１３５°の山形プリズムが形成されている。

このプリズム１２の斜面により、入射面と平行な面内において、外側に広がるように出射される照明光が内側に向くように指向性が補正されて出射される。そして、このプリズム１２の頂角は、ＬＥＤ３からの光を広げ、ＬＥＤ３、３間に明暗部ができるのを防止するために所定の角度、１００°〜１５０°度の範囲に形成するとよく、また、ピッチも設けるＬＥＤ３の個数やその間の距離に応じて５μｍ〜５００μｍの範囲で選択すればよい。更に、プリズム１２の先端に設ける丸み形状、即ち、Ｒ形状は、Ｒ５μｍ〜５０μｍの範囲で選択すればよい。

プリズムシート５は、アクリル樹脂のような透光性樹脂シートで形成され、片面に断面三角形の多数の平行凸条が形成されており、凸条の延長方向に直交する方向に出射面から出た指向性ある光を法線方向に方向転角する。配置方向は図１の部分拡大図に示すように、入射側端面から反射側端面に向かう縦軸に対して直交する方向に平行凸条５１が配置される。

反射部材４は、正反射シートまたは散乱型白色シートで形成されており、導光板１の反射側端面の全面を覆うように配設されている。尚、白色ケースを近接してもよい。

また、図１には示していないが、導光板１、反射シート２、ＬＥＤ３、反射部材４とは、白色ケースで固定される。導光板１の側端面から漏れる光はこの白色ケース６で反射され、導光板１内に戻される。

また、図示はしていないが、ＬＥＤ３と導光板１との間には空気層が設けられ、これらＬＥＤ３と導光板１とを高反射部材にて囲むように構成し、ＬＥＤ３からの光をもれなく導光体１内に案内するように構成している。

図３は、導光板１を反射面側から見た平面図であり、プリズム１２の稜線を実線で、谷線を破線により示している。このプリズム１２の稜線には、図３の拡大図で示すように、この発明の特徴とする微細な凸部または凹部からなる反射シート密着防止部１３が複数個配置されている。ここで、反射シート密着防止部１３を構成する微細な凸部または凹部の形状は、図４の顕微鏡写真図、図５のプリズム１２の稜線部分を測定した測定図及び拡大断面図に示すように、略球面形状に形成されている。図４の写真では、密着防止部１３は、凸部の回りが少し凹んだ凹部になっているように見えるが、図５に示すように、この凹んだ部分は凸部からなる密着防止部１３をレーザ等で金型に形成する際や、導光板形成時の金型から離型の際などに、凸部の先端より少し凹むためであり、積極的に凹部を形成する必要はない。この実施形態では、プリズム１２の稜線より、密着防止部１３は全体として球面の凸形状に形成されている。

この密着防止部１３は、図４の顕微鏡写真のように、拡大すれば視認することが出来るが、反射面側から見ても人間の目では認識困難な小径に形成されている。

また、導光板１には、出射面より全面均一に出射させるために微小なシボ群１１からなるパターン面が設けられているため、反射面に設ける密着防止部１３の凸部または凹部は、光の出射特性に影響が無い程度の密度、大きさで配置される。

具体的には、密着防止部１３の凸部または凹部は、直径が５μｍから３０μｍ、高さが−５μｍから５μｍ、５個／ｍｍ²から５０個／ｍｍ²の範囲で設けられる。この実施の形態では、密着防止部１３は直径１５μｍ、高さ１μｍの凸部で、ピッチ０．５ｍｍの千鳥配置により形成され、少なくとも０．０６２５ｍｍ²の領域に１個の割合で凸凹形状が形成されている。

尚、密着防止部１３として、凹部で形成する場合には、稜線部が反射シート２と接触するため、凸部で形成する場合より、配置の密度は高くした方が、反射シート２の滑りがよい。

このように、導光板１の反射面のプリズム１２の稜線には、微細な凸部または凹部からなる密着防止部１３が配置されているため、導光板１と反射シート２は凸部または凹部間でのみ点接触することとなり、両者の滑りが良くなる。

これにより、反射シート２の全面において、導光板１の反射面に対して、密着や貼り付きを防止するのに十分な距離を保つことができる。

従って、反射シートが導光板の裏面に貼り付いた状態（滑りの悪い状態）で温度の高い環境に放置された場合に生じる反射シートの歪みが発生せず、液晶表示装置の表示画面の品位を劣化させることが防止できる。

図２に示すように、ＬＥＤ３を点灯すると、ＬＥＤ３から出た光は、導光板１の入射側端面から導光板１内に入射する。入射した光は、反射側端面に向かって出射面と反射面との間を反射しながら進んでいく。導光板１のシボ１１及びプリズム１２の表面は平滑球面状であるから、表面にて反射された光は散乱されず、極く僅かに光の方向を変えながら反射を繰り返し導光する。シボ１１及びプリズム１２の表面にて反射され、徐々に光の進行角度が変化し出射面に臨界角以下の角度で当たるようになった時点で出射面より出射する。

導光板１より出射する光は非常に絞られて寝た光となり、この出射面から出た指向性のある光をプリズムシート５により法線方向に方向を変える。視野角０度付近で効率良く光が出光される。

上記した導光板１は、次のように金型を形成し、この金型を用いて射出成型により形成する。導光板用金型の製造は、導光板用金型に平行にエネルギー量の高いレーザービームを照射させ、微細な凸部または凹部を形成する。このレーザー加工の際、レーザーのエネルギー量、レーザーのスポット径を変化させ、微細な凸部または凹部の直径および高さをコントロールすることができる。また、加工機に取り付けられたカメラにより、正確に凸状部の稜線（金型では谷部）に加工することが可能である。

上記した実施形態においては、密着防止部１３の凸部形状は、直径１５μｍ、高さ１μｍ、ピッチ０．５ｍｍの千鳥配置により形成され、少なくとも０．０６２５ｍｍ²の領域に１個の凸凹形状が形成されるように構成しているが、図６に示すように（ａ）正方配置、（ｂ）ランダム配置等で構成しても構わない。

また、上記した実施形態においては、光源として点光源を用いたが、線状光源を用いても同様の効果が得られる。尚、線状光源を用いた場合においても、導光板１の反射面には、入射側端面から反射側端面に向かう縦軸に対して平行する方向にプリズムを形成することが好ましい。この場合のプリズムは、頂角を線状光源からの光を導光板に収束させるように、所定の角度、７０°から１００°の範囲に形成するとよく、また、ピッチも５μｍから５００μｍの範囲で選択すればよい。

この発明の実施形態にかかる導光板並びに面光源装置を用いた液晶表示装置を示す分解斜視図である。 この発明の実施形態にかかる導光板並びに面光源装置を用いた液晶表示装置を示す概略側面図である。 この発明の実施形態の導光板を反射面側から見た平面図である。 この発明の実施形態にかかる導光板のプリズムの稜線部分の表面を顕微鏡で観察したものを示す図である。 この発明の実施形態にかかる導光板のプリズムの稜線部分を測定した測定図及び拡大断面図である。 この発明の実施形態にかかる導光板のプリズムの稜線部分に設ける密着防止部の配置例を示す平面図である。 従来の面光源装置を用いた液晶表示装置の概略断面図である。 従来の面光源装置における輝度ムラを測定した観察写真である。

符号の説明

１ 導光板
２ 反射シート
３ ＬＥＤ
４ 反射部材
５ プリズムシート
１１ シボ
１２ プリズム
１３ 密着防止部

Claims (7)

1. 導光板の一側面側に設けられ光源からの光が入射される入射面と、この入射面から入射し前記導光板内を伝播した光が出射される出射面と、前記出射面より出射する光を前記出射面の法線方向より所定の方向に指向させて出射させるために前記導光板に形成されたパターン領域と、前記出射面と対向する反射面に前記入射面から入射面に対向する反対側端面に向かう縦軸に対して平行する方向に形成された複数の凸状部と、前記凸状部の稜線に複数個形成された微細な凸部または凹部からなる反射シート密着防止部と、を備えてなる導光板。
2. 前記反射シート密着防止部の凸部または凹部は導光板の出射特性に影響を与えないように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
3. 前記凸状部における前記反射シート密着防止部の凸部または凹部は、直径が５μｍから３０μｍ、高さが−５μｍから＋５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
4. 前記反射シート密着防止部の凸部または凹部は、１平方ミリメートル当たり５個から１平方ミリメートル当たり５０個の範囲で設けられていることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
5. 前記凸状部は、プリズム形状であり、このプリズムのピッチを５μｍから５００μｍ、頂角を１００°から１５０°に設定したことを特徴とする請求項１に記載の導光板。
6. 前記凸状部は、先端に丸みをつけたプリズム形状であり、このプリズムのピッチを５μｍから５００μｍ、頂角を１００°から１５０°に設定したことを特徴とする請求項１に記載の導光板。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の導光板と、前記導光板の入射面側に配設される光源と、前記導光板の反射面側に設けられた反射シートと、前記導光板の出射面側に配設されるプリズムシートと、導光板の入射面と対向する面側に設けられた反射部材と、を備えてなる面光源装置。
   

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