JP2005251566A - 導光板、導光板を用いた面発光装置及び導光板の製造方法 - Google Patents

導光板、導光板を用いた面発光装置及び導光板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 液晶表示装置等の面発光に用いる導光板について、ＬＥＤ等の点光源を用いた場合であっても、輝度の向上及び輝度むらの低減を図ること。
【解決手段】 導光板の反射面又は出射面の少なくともいずれかに凹凸を形成するにあたり、当該凹凸を前記入射面と直交する方向に沿う複数の直線状の溝により形成する。研削加工でこの溝形成することで溝の表面が粗面化される。このため、溝により適度な集光と拡散が得られ、輝度の向上と輝度むらの低減が図れる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、液晶表示装置等に用いられる面発光装置に関連する技術である。
液晶表示板等を照明する装置として、フロントライト或いはバックライトと称される面発光装置が提案されている。面発光装置は、導光板の側方に点状又は線状の光源を配置し、光源からの光を導光板内に入射して反射させ、導光板の上方又は下方へ出射するものである。係る出射を実現するため、導光板の所定の面又は導光板と積層される光学シートに光源からの光を反射するための凹凸が形成される。そして、この凹凸の設け方については、輝度の向上、及び、輝度むらの低減を実現するために種々の方式が提案されている。
凹凸の態様としては、円柱、円錐、半球等の各種形状の点状に形成するものと、断面が三角形状等の線状に形成するものに大別される。前者の点状のものは光の拡散が促進され、輝度むらを低減する傾向を示すが輝度に劣る傾向にある。一方、後者の線状のものは輝度が向上する傾向を示すが、その線に沿う輝度むらが生じ易い傾向にある。
従来技術の具体例としては、例えば、特許文献１では、出射面に対向する反射面に入射面に直交する方向に１対の斜面を有する凸部が、入射面と直交する方向に繰り返し形成することが記載されている。また、特許文献２では、前記と同様の凸部が出射面に施すことが記載されている。
特開平１０−２６８１３８号公報 特開２００３−８６０１２号公報
ここで、携帯型電話機のような小型の装置に面発光装置を組み込む場合には、光源を配設するスペースが乏しいため、冷陰極管等の線光源よりもＬＥＤ等の点光源の方が光源として採用される。しかし、特許文献１や特許文献２のような構成のものは出射効率はよいが、点光源を使用した場合に入射面から直交方向に対して、光源正面部が直線的に明るくなりやすいという問題があり、また出射面内の光源近傍部における輝度ムラが発生しやすいという問題がある。
従って、本発明の目的は、ＬＥＤ等の点光源を用いた場合であっても、輝度の向上及び輝度むらの低減を図ることにある。
本発明によれば、反射面又は出射面の少なくともいずれかに凹凸を形成することで、入射面から入射される光を前記出射面から出射する導光板において、前記凹凸が、前記入射面と直交する方向に沿う複数の直線状の溝により形成されると共に当該溝の表面が粗面化されていることを特徴とする導光板が提供される。
この導光板では、直線状の溝により輝度の向上を図る一方、溝の表面の粗面化により光が拡散され、輝度むらの低減も図ることができ、ＬＥＤ等の点光源を用いた場合であっても、輝度の向上及び輝度むらの低減を図ることができる。また、導光板の入射面と直交する方向に沿って溝を設けたので、光源から遠方の部位でも導光板内の光の伝播が向上する。
また、本発明によれば、反射面又は出射面の少なくともいずれかに凹凸を形成することで、入射面から入射される光を前記出射面から出射する導光板と、前記入射面に光を照射する光源と、を備えた面発光装置において、前記導光板の前記凹凸が、前記入射面と直交する方向に沿う複数の直線状の溝により形成されると共に当該溝の表面が粗面化されていることを特徴とする面発光装置が提供される。
この面発光装置では、その導光板の直線状の溝により輝度の向上を図る一方、溝の表面の粗面化により光が拡散され、輝度むらの低減も図ることができ、ＬＥＤ等の点光源を用いた場合であっても、輝度の向上及び輝度むらの低減を図ることができる。また、導光板の入射面と直交する方向に沿って溝を設けたので、光源から遠方の部位でも導光板内の光の伝播が向上する。
また、本発明によれば、反射面又は出射面の少なくともいずれかに凹凸を形成することで、入射面から入射される光を前記出射面から出射する導光板の製造方法において、導光板の原基板のうち、出射面又は反射面となるいずれかの面に、複数の直線状の溝を研削加工によって設けることで前記凹凸を形成する工程を備えたことを特徴とする導光板の製造方法が提供される。
この製造方法により製造された導光板では、直線状の溝が研削加工により形成されるため、溝の表面が粗面化される。このため、直線状の溝により輝度の向上を図る一方、溝の表面の粗面化により光が拡散され、輝度むらの低減も図ることができ、ＬＥＤ等の点光源を用いた場合であっても、輝度の向上及び輝度むらの低減を図ることができる。
以上述べた通り、本発明によれば、ＬＥＤ等の点光源を用いた場合であっても、輝度の向上及び輝度むらの低減を図ることができる。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る面発光装置Ａを液晶表示装置に適用した例を示す構造断図である。この液晶表示装置は、面発光装置Ａの上面側に液晶パネルＢが設けられており、面発光装置Ａが上方へ発光することにより液晶パネルＢを照明するバックライト形式の装置である。本実施形態では、このバックライト形式の液晶表示装置を例に挙げて説明するが、本発明はフロントライト形式の液晶表示装置にも適用可能である。面発光装置Ａは、複数の光源１０と、導光板２０と、光学シート３０と、反射枠４０と、を有する。以下、図１並びに図２を参照して面発光装置Ａの構成について説明する。図２（ａ）は光学シート３０の下面図、（ｂ）は光源１０及び導光板２０の部分の上面図である。
光源１０は、ＬＥＤ等の点光源である。本実施形態では光源としてこのような点光源を採用した場合であっても輝度の向上及び輝度むらの低減を図ることができるが、冷陰極管等の線状の光源を用いてもよいことは言うまでもない。導光板２０は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂に代表される合成樹脂等の透光性材料からなる板状の部材である。本実施形態の場合、導光板２０は、直方体形状をなしており、４つの側面２１ａ乃至２１ｄと、導光板２０内へ入射した光が液晶パネルＢへ向けて出射する出射面２２と、出射面２２と対向する反射面２３と、を有する。４つの側面２１ａ乃至２１ｄのうち、側面２１ａが光源１０からの光が入射する入射面を構成する。側面２１ｂは、入射面２１ａに対向すると共に反射枠４０により反射した反射光が再入射する面を構成している。出射面２２には後述する凹凸が形成されている。反射面２３は反射枠４０により反射した反射光が再入射する面を構成している。
光学シート３０は、導光板２０の出射面側の下面３１と下面３１に対向する上面３２とを有しており、透光性を有するシートから構成される。下面３１には後述する凹凸が形成されている。反射枠４０は、側面２１ａ及び出射面２２を除いて導光板２０を取り囲むように構成されており、その内面は導光板２０から出射される光を反射して導光板２０へ再入射させる鏡面状に構成されている。
係る構成からなる面発光装置Ａにおける面発光の基本原理について説明する。図１の矢印は光の経路の一例を示しており、光源１０の発光により側面２１ａから導光板２０内に入射した光は、出射面２２及び反射面２３で光の方向が反射しつつ導光板２０内を伝播する。そして、出射面２２に対して法線方向に向く光は、出射面２２から出射して光学シート３０を通過して液晶パネルＢを照明することになる。
次に、導光板２０の出射面２２に設けられた凹凸の態様について説明する。なお、本実施形態では出射面２２にのみこの凹凸を設けているが、反射面２３に設けてもよい。また、出射面２２及び反射面２３の双方に設けてもよく、この場合、輝度の向上及び輝度むらの低減に最も効果的である。図２（ｂ）を参照して、導光板２０の出射面２２には、入射面となる側面２１ａと直交する方向（同図のＹ方向）に沿う複数の直線状の微細な溝２２ａが略等間隔で相互に平行に設けられており、これにより出射面２２に凹凸が形成されている。なお、図２（ｂ）における溝２２ａは説明の便宜上、誇張されて実際よりも大きく表現されている。更に、本実施形態では、この溝２２ａの表面が粗面化され、更に微細な凹凸が形成されている。図３（ａ）及び（ｂ）は出射面２２の表面状態を示す部分拡大図であり、図３（ａ）は溝２２ａの断面方向の表面状態を示し、図３（ｂ）は溝２２ａに沿った方向（側面２１ｃ、２１ｄと平行な方向。Ｙ方向）の表面状態を示す。
同図に示すように、出射面２２には、Ｙ方向に沿う幅０．１ｍｍ程度の微細な溝２２ａがＸ方向に繰り返し設けられており、これが出射面２２の凹凸（第１の凹凸という）を形成している。一方、溝２２ａの表面には、複数の凸部Ｐが形成されて粗面化され、第１の凹凸よりも微細な第２の凹凸が形成されている。この凸部Ｐは溝２２ａのように直線状に設けられているわけではなく、ランダムに形成されている。
ここで、このような凹凸を設けたことの利点について説明する。まず、一般的に光源としてＬＥＤ等の点光源を採用した場合、図４（ａ）に示すように、光に対しての指向性があるため、角度による光強度に違いが発生する。また、導光板に対して点光源から光が入射する際には臨界角以内の入射に対して屈折もある。このため、図４（ｂ）に示すように、導光板内における点光源から見た角度に対する光強度に違いが発生し、光源から見て０°方向が一番強く、角度が大きくなるに従って光が減少する傾向がある。光源として点光源を採用した場合、通常点光源は複数個使用されるため、図４（ｃ）に示すように、光源から見た直線方向の領域１００が一番明るくなりやすく、この領域１００の光は最も強いため、線状の輝線が発生する。そして、一定角度で入射されている領域１０１が次に明るく、点光源間の領域１０２が最も暗くなる。この領域による明るさの違いが輝度むらとなる。
そこで、本実施形態では、上述した溝２２ａにより出射面２２の第１凹凸を形成することで、光の集光効果を高め、輝度を向上することができる。他方、溝２２ａの表面を粗面化して、第１凹凸よりも微細な第２凹凸を形成することで光の拡散効果を高め、輝度むらを低減することができる。つまり、第１凹凸と第２凹凸とにより適度な集光と拡散が得られ、輝度向上と輝度むら低減の双方を同時に実現できる。しかも、溝２２ａが入射面である側面２１ａと直交する方向に設けられているので、光源１０からの直線方向の光の導光が溝２２ａに妨げられることが防止され、光源１０から遠方の側面２１ｂにまでより多くの光が届くことになり、導光板２０全体の輝度をアップできる。更に、いわば２種類の凹凸（第１凹凸、第２凹凸）を導光板２０自体に形成したことで、当該凹凸を形成するための別途の光学シートも不要となる。
溝２２ａの幅ｗとしては、例えば、０．０５ｍｍ＜ｔ＜０．２ｍｍの範囲に設定されることが望ましく、また、深さｄとしては、例えば、０．００２ｍｍ＜ｄ＜０．０２ｍｍの範囲に設定されることが望ましい。更に、各溝２２ａのピッチｔとしては、例えば、０．０５ｍｍ＜ｔ＜０．２ｍｍの範囲に設定することが望ましい。なお、図３（ａ）の例では、幅ｗとピッチｔとが略一致している。一方、凸部Ｐの幅及び高さは、それぞれ溝２２ａの幅ｗ及び深さｔの１／２以下に設定されることが望ましい。また、一般には、凸部Ｐの幅及び高さが０．０００１ｍｍ以下であると略鏡面と評価でき、粗面化による光拡散の効果が実質的に得られないので、凸部Ｐの幅及び高さは０．０００１ｍｍよりも大きく設定される。
次に、導光板２０の製造方法、特に、溝２２ａの形成方法について説明する。一般に導光板２０に溝を設ける場合には切削加工が用いられる。しかし、この切削加工では溝の表面が略鏡面となり粗面化ができない。そこで、本実施形態では研削加工により溝２２ａを形成する。図５は、導光板２０の製造時、特に、研削加工により溝２２ａの形成時の態様を示す図である。同図に示すように、導光板２０の原基板２０’に対して、回転駆動される砥石車５０により溝２２ａを形成する。より具体的には、砥石車５０を原基板２０’接触された状態で、砥石車５０と原基板２０’とを相対的に第１の方向に直線的に移動し、溝２２ａを一つ形成する。その後、砥石車５０と原基板２０’とを相対的に、第１の方向と直交する方向に直線的に移動し、次の溝２２ａを形成する。以下、これらの処理を繰り返すことにより、溝２２ａ群が形成される。溝２２ａの形成と同時に、砥石車５０の表面粗さに応じて、溝２２ａの表面が粗面化されることになる。そして、砥石車５０の幅により溝２２ａの幅が、砥石車５０の切り込み深さにより溝２２ａの深さが、砥石車５０の粗さにより溝２２ａの表面の粗さが、更に、砥石車５０の第２の方向への移動量により溝２２ａのピッチが、それぞれ設定されることになる。
砥石車５０は、例えば、ガラスの切断用の砥石車５０を用いることができ、直径５６ｍｍ程度のものが採用できる。砥石車５０の幅としては、溝２２ａに設定される幅に左右されるが、例えば、０．４ｍｍ程度のものを用いることができる。また、砥石車５０は、例えば、ダイヤモンド粉等の砥粒が付着しているものが望ましく、この砥粒により溝２２ａの表面の粗さが決定される。砥石車５０の表面粗さとしては、例えば、＃６００番程度のものが望ましい。
次に、光学シート３０の下面３１の凹凸の態様について説明する。図２（ａ）は光学シート３０の下面３１を示す図であり、当該下面３１には導光板２０の入射面である側面２１ａと平行に複数の直線状の溝３１ａが設けられている。この溝３１ａは、断面が３角形状となるプリズム溝として形成されており、その幅、ピッチは、導光板２０の溝２２ａよりも大きく設定されている。光学シート３０は、輝度向上をより一層促進するために設けられている。各溝３１ａを側面２１ａと平行に設けたのは、図２におけるＹ方向の光を集光させるという理由である。溝３１ａの幅、深さ、ピッチは、それぞれ、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲が好ましい。
次に、溝２２ａの表面を本実施形態のように粗面化した場合としない場合との比較例について説明する。図６及び図７は、上述した面発光装置Ａの試験品について、発光時の導光板の上面を撮影した写真であり、導光板の左側面に４つのＬＥＤを光源として配置した場合の写真である。図６は溝２２ａに相当する溝を設けたがその表面が粗面化されていない場合（切削加工により溝を形成し、その表面は略鏡面と評価できる）、図７は溝２２ａに相当する溝を設けかつその表面を粗面化（研削加工により溝を形成し、その表面は図３（ａ）と同等）した場合であり、他の条件は同じである。図６の写真では明らかに輝度むらが生じており、光源である４つのＬＥＤの存在箇所が分かり、光源から見て０°方向で最も輝度が高い。一方、図７の写真ではほとんど輝度むらがなく、光源から遠い部位において若干輝度が低減している程度であることが分かる。
本発明の一実施形態に係る面発光装置Ａを液晶表示装置に適用した例を示す構造断図である。 （ａ）は光学シート３０の下面図、（ｂ）は光源１０及び導光板２０の部分の上面図である。 出射面２２の表面状態を示す部分拡大図であり、（ａ）は溝２２ａの断面方向の表面状態を示し、（ｂ）は溝２２ａに沿った方向の表面状態を示す。 （ａ）は点光源の光強度と光の向き（角度）との関係を示す図、（ｂ）は点光源からの光の導光板内の光強度を示す図、 導光板２０の製造時、特に、研削加工により溝２２ａの形成時の態様を示す図である。 面発光装置Ａの試験品について、発光時の導光板の上面を撮影した写真であり、溝２２ａに相当する溝を設けたがその表面が粗面化されていない場合の写真である。 面発光装置Ａの試験品について、発光時の導光板の上面を撮影した写真であり、溝２２ａに相当する溝を設けかつその表面を粗面化した場合の写真である。
符号の説明
Ａ 面発光装置
１０ 光源
２０ 導光板
３０ 光学シート
４０ 反射枠
２２ａ 溝
Ｐ 凸部

Claims (9)

  1. 反射面又は出射面の少なくともいずれかに凹凸を形成することで、入射面から入射される光を前記出射面から出射する導光板において、
    前記凹凸が、前記入射面と直交する方向に沿う複数の直線状の溝により形成されると共に当該溝の表面が粗面化されていることを特徴とする導光板。
  2. 前記溝の幅ｗが、０．０５ｍｍ＜ｔ＜０．２ｍｍ、深さｄが、０．００２ｍｍ＜ｄ＜０．０２ｍｍに設定され、
    前記溝の表面に、前記溝の幅及び深さの１／２以下の幅及び高さを有する凸部を形成することにより前記溝の表面を粗面化したことを特徴とする請求項１に記載の導光板。
  3. 前記凸部の幅及び高さが、０．０００１ｍｍよりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の導光板。
  4. 反射面又は出射面の少なくともいずれかに凹凸を形成することで、入射面から入射される光を前記出射面から出射する導光板と、前記入射面に光を照射する光源と、を備えた面発光装置において、
    前記導光板の前記凹凸が、前記入射面と直交する方向に沿う複数の直線状の溝により形成されると共に当該溝の表面が粗面化されていることを特徴とする面発光装置。
  5. 更に、前記導光板の前記出射面に光学シートを設け、
    前記光学シートの前記出射面側の面には、前記入射面と平行な方向に沿う複数の直線状の溝が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の面発光装置。
  6. 反射面又は出射面の少なくともいずれかに凹凸を形成することで、入射面から入射される光を前記出射面から出射する導光板の製造方法において、
    導光板の原基板のうち、出射面又は反射面となるいずれかの面に、複数の直線状の溝を研削加工によって設けることで前記凹凸を形成する工程を備えたことを特徴とする導光板の製造方法。
  7. 前記複数の溝が相互に平行に設けられることを特徴とする請求項６に記載の導光板の製造方法。
  8. 前記研削加工では、前記溝の形成と共に前記溝の表面が粗面化されるように砥石車が選択されることを特徴とする請求項６又は７に記載の導光板の製造方法。
  9. 前記研削加工は、表面に砥粒が付着した砥石車によって行うことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の導光板の製造方法。
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