JP2006011445A - バックライトユニット用の導光板、それを利用したバックライトユニット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 バックライトユニット用の導光板、それを利用したバックライトユニット及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 バックライトユニット用の導光板の輝度の均一度を向上させ、かつ光損失を減らすために、一側面が光入射面である中実な透明板であり、その内部は、光入射面に対して傾斜した複数の傾斜面で区画されており、各傾斜面は、部分反射コーティングされているバックライトユニット用の導光板である。
【選択図】図４

Description

本発明は、バックライトユニット用の導光板、それを利用したバックライトユニット及びその製造方法に係り、特に、輝度の均一度を向上させ、光損失を押さえて光利用効率を上昇させ、製造コストを下げ、簡単な工程によって製造可能なバックライトユニット用の導光板、それを利用したバックライトユニット及びその製造方法に関する。

バックライトユニットは、線光源を均一な面光源に変えて、液晶表示パネル（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）の背面に面光を入射させる装置である。初期のバックライトユニットは、ＬＣＤの背面に光源である複数のランプが一定の間隔で配置される形態が主流であったが、現在では、ＬＣＤの薄型化及び寿命の延長に有利なエッジライト型のバックライトユニットが一般的に使われており、特に本発明は、このようなエッジライト型のバックライトユニットに関連する。

図１は、従来のバックライトユニットの構造を分解した側断面図である。
図１に示すように、従来のバックライトユニットは、ランプ１０、ランプリフレクタ１１、反射板３０、導光板２０、拡散板４０、輝度向上フィルム５０、及び偏光向上フィルム６０から構成されている。
ランプ１０は、バックライトユニットの線光源であり、ランプリフレクタ１１は、ランプ１０から導光板２０の反対側に放射される光を反射させて導光板２０側に入射させ、導光板２０は、ランプ１０及びランプリフレクタ１１から放射された一次元的な線光を、一側面から受けて導光板２０の領域全体にかける面光に変えて拡散板４０側に入射させる。反射板３０は、導光板２０の下面に抜け出される光を反射させて導光板２０側に戻す。拡散板４０は、導光板２０から出た光を散乱させて均一な光分布を形成し、輝度向上フィルム５０は、拡散板４０から出る光を屈折及び集光させて、光の直進性を高めることにより輝度を向上させ、偏光向上フィルム６０は、偏光効率を上昇させて光効率を向上させる。

導光板２０は、線光源を均一な面光源に変えるバックライトユニットの核心的な部品である。従来の導光板２０は、透明なアクリル樹脂からなる板の下面に光を散乱させ得る光散乱層が形成されている。導光板２０の一側面に線光源で照明すれば、照射された光は、導光板２０の上下面に全反射されて進行しつつ、前記光散乱層により垂直方向へ散乱されて、導光板２０の上面に光が放出する。

導光板２０の下面に形成されている光散乱層は、例えば、図２に示したように、相異なる直径、密度、ピッチで配置されたドット光散乱パターン２１から構成されることが一般的である。図２の例では、ランプ１１からの距離によって、ドットパターンのサイズが次第に大きくなる構造を示している。ドットパターン２１が同じ直径、密度、及びピッチを有するように形成された場合には、ランプ１０から遠い部分より、近い部分で高い輝度が得られて、導光板２０から出射される光の輝度の分布が不均一になってしまう。そこで、可能な限り均一な輝度の分布を有する光を出射させるために、位置によって直径、密度、及びピッチを異ならせてドットパターン２１を形成する。その形成方法としては、スクリーン印刷方法が主に使われる。

前記したように、導光板２０の光散乱層を形成する際に、輝度の均一度を高めるには、ドットパターン２１を変える。すなわち、導光板２０に入射された光の強度は、ランプ１０からの距離が遠くなるにつれて低下し、導光板２０に沿って伝播されてパターン２１で散乱される光の輝度は、ドットパターン２１の面積に比例するため、導光板２０の全領域で輝度の分布を均一にするには、線光源から遠くなるにつれて、ドットパターン２１の直径がある関数によって大きくなるように設計し、それと共に、ドットピッチも各ドットパターン２１の散乱光が十分に重なって均一度が上昇するように設計し、ドットの密度も適切に設計する。しかし、実際に満足すべき輝度の均一度を有するようにパターンの配置を設計することは決して容易ではなく、数回の試行錯誤を経ても、満足すべき輝度の均一度が得られ難いことが一般的である。

また、導光板内からドットパターン２１に達するまで、全反射を通じて光が伝播されるため、光の移動経路が長くなることにより光の損失が発生し、それにより、光源から出た総光量の一部のみが導光板２０の上面に出るため、光利用効率が低下する。

また、導光板２０の製作時において、ドットパターン２１を印刷する工程も簡単ではない。一つの導光板に対するドットパターン２１は、数千ないし数万個に達し、そのサイズは、最小数十μｍないし最大数千μｍに達する。小さなパターンを形成する場合には、印刷用のインクがスクリーンを通過し難いため、印刷用のインクの粘度を低下させる必要があり、逆に、大きなパターンを形成する場合には、印刷用のインクがスクリーンを通過しやすいため、印刷用のインクの粘度を高める必要がある。このような相反する要求条件により、粘度を適切なレベルに調整することが難しく、小さな直径のドットパターンの一部が印刷されない欠陥（粘度が高い場合）や、大きな直径のドットパターンが分散される欠陥（粘度が低い場合）が頻繁に発生する。このように、ドットパターンの数が非常に多くかつ多様なサイズが必要であるため、適切な粘度の調節が難しく、工程の歩留りが低下して製造コストが上昇する問題点がある。

前記したような問題点を鑑みてなされた本発明が達成しようとする技術的課題は、前記問題点を解決することによって輝度の均一度を向上させ、光損失を抑制して光利用効率を向上させ、製造コストを下げて、簡単な工程によって製造可能なバックライトユニット用の導光板、それを利用したバックライトユニット及びその製造方法を提供するところにある。

前記目的を達成するために、線光源から出た光を面光源に変換させるための導光板であって、一側面が光入射面である中実な透明板であり、その透明板の内部は、その光入射面に対して傾斜した複数の傾斜面で区画されており、各傾斜面は、部分反射コーティングされていることを特徴とするバックライトユニット用の導光板を提供する。

また、バックライトユニット用の導光板を製造する方法として、複数の透明板を部分反射コーティングするステップと、部分反射コーティングされた複数の透明板を積層して結合することにより透明板の結合体を生成するステップと、透明板の結合体を光入射面に対して斜めに切断して、所定の厚さを有する複数の導光板を得るステップと、を含むことを特徴とするバックライトユニット用の導光板の製造方法を提供する。

本発明のバックライトユニット用の導光板を使用すれば、簡単で且つ正確に輝度の均一度を向上させ得る。また、上下面での全反射で進みつつドットパターンで散乱されて初めて導光板から抜け出た従来の導光板とは違って、傾斜面での反射を利用するため、全般的な光の移動経路が短くなって光損失が抑制され、光利用効率が向上する。また、複雑なドットパターンの形成過程が不要になり、製造コストが低く、かつ簡単な工程により製造することができる。

以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照して、本発明を更に詳細に説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る導光板を利用したバックライトユニットの構造を分解した側断面図であり、図４は、斜視図である。

図３に示すように、本発明の一実施形態によるバックライトユニットは、ランプ１０、ランプリフレクタ１１、反射板３０、導光板１００、拡散板４０、輝度向上フィルム５０、及び偏光向上フィルム６０を備えて構成されている。

ランプ１０は、バックライトユニットの線光源であり、ランプリフレクタ１１は、ランプ１０から導光板１００の反対側に放射される光を反射させて導光板１００側に入射させるものであり、導光板１００は、ランプ１０及びランプリフレクタ１１から放射された線光を一側面から受けて、導光板１００の領域全体にかけて面光に変えて拡散板４０側に入射させるものである。反射板３０は、導光板１００の下面に抜け出る光を反射させて、導光板１００側に戻すものである。拡散板４０は、導光板１００から出た光を散乱させて、均一な光分布を形成し、輝度向上フィルム５０は、拡散板４０から出る光を屈折及び集光させて、光の直進性を上昇させることで輝度を向上させるものであり、偏光向上フィルム６０は、偏光効率を上昇させて光効率を向上させるものである。

従来のバックライトユニットと同様に、本発明でも導光板１００は、線光源を均一な面光源に変えるバックライトユニットの核心的な部品であるが、本発明の導光板１００は、従来のものとは全く異なる構造を有している。すなわち、本発明の導光板１００は、一側面が光入射面である中実な透明板であることは従来と同じであるが、内部が別途に区画されていなかった従来のものとは違って、光入射面に対して傾斜した複数の傾斜面１０１で内部が区画されており、各傾斜面には、部分反射コーティングが施されている。言い換えれば、本発明の導光板１００は、傾斜面１０１を有する複数の透明棒１０２が傾斜面同士で接合されて構成された形態であるとも言える。導光板１００は、プラスチック、アクリル、及び光学ガラスなどを用いることができる。

部分反射コーティングは、コーティング面に達する光の一部は反射させ、他の一部は透過させるコーティングであって、例えば、ＭｇＦ_２のような誘電体物質を蒸着させることで具現することができる。傾斜面１０１に入射される光に対する反射率及び透過率は、傾斜面１０１の部分反射コーティングのコーティング仕様を変更することにより調整できる。

複数の傾斜面１０１のそれぞれは、その傾斜面１０１の線光源からの距離に比例して反射率が上昇するように、それぞれ他のコーティング仕様で部分反射コーティングされることが好ましい。また、線光源から最も遠い傾斜面の部分反射コーティングは、その傾斜面を通過して導光板の外側に出る光がないように、反射率が１００％になるように形成されることが好ましい。

ランプ１０から導光板１００に平行に出た光が、導光板１００から拡散板４０側に垂直に入射されるように、傾斜面１０１は、光入射面に対して４５°の角度で形成されていることが好ましい。

図５は、本発明の導光板１００の作用を示す図面であって、１０個の傾斜面を備える導光板を示す。図５に記載された数字は、参照番号ではなく、各境界面での反射される光量と透過される光量とを示すものである。はじめに、「１００」の光量が導光板の左側面である光入射面に沿って入れば、最初の傾斜面では「１０」が反射されて導光板の上側に出て、「９０」が透過されて次の傾斜面に進む。次の傾斜面では、「９０」の光量のうち、また「１０」が反射されて導光板の上側に出て、「８０」が透過されて次の傾斜面に進む。そのように、各傾斜面で反射される量は同じであり、透過される量は、光が進行するにつれて次第に減少し、最後の１０番目の傾斜面では、「１０」の光量が入って、「１０」が反射されて透過される光はない。

図５の例のような作用を得るためには、表１のような仕様でそれぞれの傾斜面をコーティングしてやればよい。

表１で、１ないし１０の数字は、ランプから近いものから遠いもの順にそれぞれの傾斜面を表す。そのようなコーティング仕様でそれぞれの傾斜面に対する部分反射コーティングを施せば、図５のように、導光板の上面の全体領域にかけて均一な光量を出することができる。傾斜面の数が異なる場合にも前記と同様に、導光板の上面の全体領域にかけて均一な光量を出すコーティング仕様を決定することができる。

一方、前記のような構造のバックライトユニット用の導光板を製造するための方法として、幾つかの方法が考えられる。例えば、適切な形態の透明棒（図４の１０２）の接合面に部分反射コーティングした後、相互接合する方式が可能である。しかし、そのような方法は、作業工程が簡単ではなく、あまり好ましくない。

図６は、本発明のバックライトユニット用の製造方法を説明するための図面であって、部分反射コーティングされた複数の透明板１１０を積層結合して、透明板の結合体を形成した状態を示している。その透明板の結合体を形成するそれぞれの複数の透明板１１０は、積層結合させる前に部分反射コーティングされている。また、図６で１００と表示されたものは、透明板の結合体を斜めに切断して得られる複数の導光板１００を示す。

光量の均一度または輝度の均一度が高い導光板を得るために、複数の透明板を部分反射コーティングするステップは、複数の透明板が次第に増加する反射率を有するように、相異なるコーティング仕様で部分反射コーティングするステップから構成されることが好ましく、透明板の結合体を生成するステップは、形成された部分反射コーティングの反射率順に透明板を積層して結合するステップから構成されることが好ましい。

また、透明板の結合体を生成するステップでは、図６に示したように、透明板１１０を片側に斜めに（階段状に）積層して結合することが好ましい。このように積層することによって、無駄になる材料を最小化することができる。
前記透明板は、プラスチック、アクリル及びガラスのうち選択された一つの素材から構成することができる。

本発明は、バックライトユニット用の導光板に関連した技術分野に好適に適用され得る。

従来のバックライトユニットの構造を分解した側断面図である。 図１による導光板の下面に形成されたドットパターンを示す図面である。 本発明の一実施形態に係る導光板を利用したバックライトユニットの構造を分解した側断面図である。 図３による導光板の斜視図である。 本発明に係る導光板の作用を示す図面である。 本発明のバックライトユニット用の製造方法を説明する図面である。

符号の説明

１００ 導光板
１０１ 傾斜面
１０２ 透明棒

Claims (13)

1. 線光源から出た光を面光源に変換させるための導光板であって、
   一側面が光入射面である中実な透明板であり、
   前記透明板の内部は、前記光入射面に対して傾斜した複数の傾斜面で区画されており、
   前記各傾斜面は、部分反射コーティングされていることを特徴とするバックライトユニット用の導光板。
2. 前記複数の傾斜面のそれぞれは、該傾斜面の前記線光源からの距離に比例して反射率が増加するように、それぞれ異なるコーティング仕様で部分反射コーティングされたことを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット用の導光板。
3. 線光源から最も遠い傾斜面の部分反射コーティングは、反射率が１００％になるように形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバックライトユニット用の導光板。
4. 前記傾斜面は、前記光入射面に対して４５°の角度になるように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバックライトユニット用の導光板。
5. 前記透明板は、プラスチック、アクリル及びガラスのうち選択された一つの素材からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバックライトユニット用の導光板。
6. 光を受光するための入射面と、
   所定角度で受光された光のうち、次第に大きくなる割合で光を反射させて、それぞれの連続する傾斜面が、入射光のうち更に小さな割合の光を受光するように、前記入射面に対して傾いた複数の部分反射コーティング傾斜面と、を備えていることを特徴とするバックライトユニット用の導光板。
7. 前記複数の部分反射コーティング傾斜面のそれぞれは、前記入射光のうち、同じ量の光を反射させることを特徴とする請求項６に記載のバックライトユニット用の導光板。
8. 線光源から出た光を面光源に変換させるための導光板であって、
   前記線光源の光路に沿って互いに平行に連続的に配置され、前記光路に対して所定角度で入射光の所定量を反射させ、残りの光を後続する面に透過させるように部分反射コーティングされた複数の傾斜面を有する透明板を備えていることを特徴とするバックライトユニット用の導光板。
9. バックライトユニット用の導光板を製造する方法であって、
   複数の透明板を部分反射コーティングするステップと、
   前記部分反射コーティングされた複数の透明板を積層して結合することで前記透明板の結合体を生成するステップと、
   前記透明板の結合体を光入射面に対して斜めに切断して所定の厚さを有する複数の導光板を得るステップと、を含むことを特徴とするバックライトユニット用の導光板の製造方法。
10. 前記複数の透明板を部分反射コーティングするステップは、複数の透明板を次第に大きくなる反射率を有するように、相異なるコーティング仕様で部分反射コーティングするステップから構成され、前記透明板の結合体を生成するステップは、形成された前記部分反射コーティングの反射率順に前記透明板を積層して結合するステップから構成されていることを特徴とする請求項９に記載のバックライトユニット用の導光板の製造方法。
11. 前記透明板の結合体を生成するステップは、前記複数の透明板を片側に斜めに積層して結合するステップを含むことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のバックライトユニット用の導光板の製造方法。
12. 前記透明板は、プラスチック、アクリル及びガラスのうち選択された一つの素材からなることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のバックライトユニット用の導光板の製造方法。
13. 請求項１に記載の導光板を備えていることを特徴とするバックライトユニット。