JP2006073498A - 導光板及び背光モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】 他の光学素子を付けなくて出射光を垂直に出射させるような導光板及び該導光板に用いる背光モジュールを提供すること。
【解決手段】 本発明の導光板は、入射面、出射面、及び反射膜を具備する反射面を含み、該反射面は、該導光板から外部へ突出し且つ角度が同一な複数のＶ字型マイクロ構造部を有し、頂角が４０〜９５°で、反射面が位置する平面に形成した第一、及び第二底角は、それぞれ、７０〜９０°、及び１５〜５０°である。光源の光線の一部は入射面から導光板に入り、該反射面のＶ字型マイクロ構造部の反射作用により、該光線は出射面に対して垂直な方向に沿って出射する。また、本発明は該導光板を使用する背光モジュールを提供する。従来技術による導光板及び背光モジュールと比べて、システムをコンパクト化し、性能を向上させ、及びコストを低減させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、液晶ディスプレイなどに用いられる導光板及び背光モジュールに関し、特に、側光式の導光板及び背光モジュールに関する。
導光板（Lighe Guide Plate, LGP）は、主に光の入射面、反射面、出射面及び幾つかの側面を含み、液晶ディスプレイの背光モジュールシステムに対して重要な構成部である。導光板は、点光源（例えば、発光ダイオード）或は線光源（例えば、冷陰極管）の出射光を引導して予定の平面から出射させると共に、パネルが発光する際のガンマ及び輝度の均一性を向上させるものである。普通、導光板は合成樹脂材料から成り、基板の形状に伴って平板型と楔型導光板に分かれる。
導光板への入射光が完全反射原理によりその中に伝播し、光線が導光板の表面のマイ構造部（Pattern）に達する際、完全反射条件が満足されず、従って、該光線が導光板の正面から出射し、密集度及び大小の形状及び寸法が異なるマイクロ構造部によって導光板を均一に発光させる。導光板のマイクロ構造部の製造方法は印刷類法及び非印刷類法に分かれる。印刷類法はパッケージ印刷でインクを導光板に印刷させてマイクロ構造部を形成するものである。非印刷類法は、金型をマイクロ構造に構成してモールド射出成型法でマイクロ構造部を形成するものであり、製法がより簡単で、精度がより高く、現在、導光板の製造技術の主流である。また、非印刷類法は化学腐食法、レーザー直写法、精密機械加工法などに分かれる。
液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display, LCD）が移動電話、自動車ディスプレイ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）及びテレビ等の応用領域に広く用いられるに伴って、導光板を主とするより高度な背光技術が要求され、例えば、高輝度、低コスト、低エネルギー損失及び軽薄化などの性能が要求されることがある。
図１を参照されたい。従来技術による背光モジュール１０は光源１１、導光板１３、反射板１２、拡散板１４、及び光沢片１５などの光学素子を含む。反射板１２は散乱しない光線を導光板１３の中に入れるように、拡散板１４は光線を散乱させて均一に拡散し、マイクロ構造部から導光板のブライトバンドを除去するように、光沢片１５は光線を集中して輝度を高める作用を有する。
しかし、前記背光モジュールでは、光線が液晶ディスプレイから垂直に出射するため、拡散板及び光沢片を設ける必要がある。
図２を参照されたい。特許文献１には、反射面にＶ字型マイクロ構造部を具備する導光板２０が開示されており、該Ｖ字型マイクロ構造部の表面を鏡面に構成し、反射板を省略し、システムをコンパクト化できる。
米国特許第６，１３０，９３０号明細書
しかし、前記背光装置の導光板は光線の角度を制御するものではなく、出射光を垂直に出射させるように、拡散板及び光沢片などの光学素子を付ける必要がある。
従って、他の光学素子を付けなくて出射光を垂直に出射させるような導光板及び該導光板を用いられる背光モジュールを提供する必要がある。
本発明は、他の光学素子を付けなくて出射光を垂直に出射させるような導光板を提供することを一つの目的とする。
本発明は、他の光学素子を付けなくて出射光を垂直に出射させるような導光板を用いる背光モジュールを提供することを他の目的とする。
本発明の一つの目的を解決するために、本発明は導光板を提供し、それは入射面、出射面及び反射膜を具備する反射面を含む。該反射面は、該導光板から外部へ突出し且つ角度が同一な複数のＶ字型マイクロ構造部を有し、頂角が４０〜９５°で、反射面が位置する平面と成す第一、及び第二底角は、それぞれ、７０〜９０°、及び１５〜５０°である。使用する際、光源の光線の一部は入射面から導光板に入り、該反射面のＶ字型マイクロ構造部の反射作用により、該光線は出射面に対して垂直な方向に沿って出射する。
前記Ｖ字型マイクロ構造部は、前記入射面から離れる方向に沿って疎から密へと推移するように分布される。
前記Ｖ字型マイクロ構造部の寸法は、前記入射面から離れる方向に沿って小寸法から大寸法へと推移するように分布される。該Ｖ字型マイクロ構造部の寸法は以下の式によって決定される。
Figure 2006073498
ここで、ｘはＶ字型マイクロ構造部と入射面との間の平均距離であり、ｙはＶ字型マイクロ構造部の幅値であり、且つｘの増加に伴って増加する。
前記Ｖ字型マイクロ構造部の幅は２００μｍより大きくなく、１０〜１１２μｍが好ましい。
前記Ｖ字型マイクロ構造部は柱形構造体であり、入射面の一側から相対する他側へ伸び、且つ各Ｖ字型マイクロ構造部が互いに平行である。各Ｖ字型マイクロ構造部では、頂点と該反射面が位置する平面との距離は同一である。
前記導光板は平板型或は楔型導光板が選択される。
本発明の他の目的を解決するために、本発明は背光モジュールを提供し、それは側光源及び導光板を含む。該導光板は入射面、出射面及び反射膜を具備する反射面を含む。該反射面は、該導光板から外部へ突出し且つ角度が同一な複数のＶ字型マイクロ構造部を有し、頂角が４０〜９５°で、反射面が位置する平面と成す第一、及び第二底角は、それぞれ、７０〜９０°、及び１５〜５０°である。使用する際、前記側光源の光線の一部は入射面から導光板に入り、該反射面のＶ字型マイクロ構造部の反射作用により、該光線は出射面に対して垂直な方向に沿って出射する。
従来技術と比べて、本発明の導光板及び背光モジュールはＶ字型マイクロ構造及び反射膜によって、導光板の出射光を出射面に対して垂直な方向に沿って出射することが簡単に制御され、従って、光エネルギーを十分に利用し得る。このような導光板及び背光モジュールは、発光輝度を高めて全体の性能を向上させ、且つ従来技術による背光モジュールの反射板、拡散板及び光沢片などの光学素子を省き、システムをコンパクト化してコストを低減させることができる。
また、本発明はＶ字型マイクロ構造部の分布、寸法及び形状の大小を制御することによって出射光の輝度の均一性を高め、光源からの光線の伝播する方向に対して垂直及び水平方向でその均一性は８２％以上に達し、且つ、光線の前記二つの方向での出射角の半幅は３０度より小さく、大部分の光線は前記導光板に対して垂直な方向に沿って出射することが分かる。
図面を参照して、本発明の第一実施形態を詳細に説明する。
図３及び図４を参照されたい。本実施形態は平板型導光板３０を提供し、それは入射面３１、出射面３３、出射面３３と相対する反射面３２及び他の三つの側面（図示せず）を含む。特に、入射面３１は導光板３０の光源４０に隣接した側面に形成され、出射面３３は導光板３０の頂面に形成され、反射面３２は導光板３０の底面に形成され且つその上に反射膜３６が設けられる。
複数のＶ型マイクロ構造３２０は、反射面３２に位置し、出射面３１から離れる方向に沿って且つ導光板３０から外部へ突出する。Ｖ字型マイクロ構造部３２０は、頂角θ1が４０〜９５°で、反射面３２が位置する平面と成す第一底角θ2、及び第二底角θ3は、それぞれ、７０〜９０°、及び１５〜５０°である。
使用する際、光源４０からの光線の一部は入射面３１から導光板３０に導入し、反射面３２のＶ字型マイクロ構造部３２０の反射作用によって、該光線は出射面３３に対して垂直な方向に沿って出射する。
本実施形態において、Ｖ字型マイクロ構造部３２０は頂角θ1が６５°で、より大きい第一底角θ２が８５°で、より小さい第二底角θ３が３０°である。
また、出射光の均一性を高めるため、Ｖ字型マイクロ構造部３２０の寸法は、入射面３１から離れる方向に沿って小寸法から大寸法へと推移しながら分布される。つまり、光源４０に隣接するＶ字型マイクロ構造部３２０の寸法が最も小さく、光源４０から最も離れたＶ字型マイクロ構造部３２０の寸法が最も大きい。Ｖ字型マイクロ構造部３２０の寸法は、非線形的に漸増し、且つ導光板の材料特性及び出射光の輝度要求に伴ってほぼ以下の式に合わせて変更し得る。
Figure 2006073498
ここで、ｘはＶ字型マイクロ構造部３２０と入射面３１との間の平均距離であり、ｙはＶ字型マイクロ構造部３２０の幅値であり、且つｘの増加に伴って増加する。
各Ｖ字型マイクロ構造部３２０の最小な幅Ｌは１０μｍが好ましいが、機械加工によって１０μｍより小さくもし得る。その最大な幅Ｌは２００μｍが好ましく、肉眼ではＬＣＤの導光板３０のＶ字型マイクロ構造部３２０を見ることはできない。本実施形態において、Ｖ字型マイクロ構造部３２０の最小幅は１０μｍであり、最大幅は１１２μｍである。
また、Ｖ字型マイクロ構造部３２０は入射面３１から離れる方向に沿って疎から密へと推移するように分布される。つまり、Ｖ字型マイクロ構造部３２０の分布密度は、光源４０に近寄るに伴って長くなり、光源４０に近接する隣接する二つのＶ字型マイクロ構造部３２０間の距離はより長く、その分布密度は光源４０から離れるに伴って短くなり、光源４０から最も離れた、隣接する二つのＶ字型マイクロ構造部３２０の距離はより短い。
実際の使用過程において、導光板３０は、局部で輝度が高過ぎれば、Ｖ字型マイクロ構造部３２０の大小及び分布密度は減少させる一方で、局部で輝度が低過ぎれば、Ｖ字型マイクロ構造部３２０の寸法及び形状の大小及び分布密度は増加する。
また、精密機械加工をするため、Ｖ字型マイクロ構造部３２０は、柱形構造が選ばれ、入射面３１の一側から相対した他側へ伸び且つ互いに平行である。各Ｖ字型マイクロ構造部３２０では、頂点と該反射面が位置する平面との距離は同一である。
導光板３０は、普通、合成樹脂から成り、本実施形態ではポリメタクリル酸メチルが選択される。
反射膜３６として金属或は誘電体のめっき膜、例えば、アルミニウム膜、が選択される。突出したＶ字型マイクロ構造部３２０に反射膜３６をめっきして反射率が高まる。エネルギーの使用効率を向上させるため、入射面３１を除いた三つの側面に反射膜３６をめっきすることがある。
光線を全部で入射面３１に沿って導光板３０に導入させるように、光源４０として点光源を選択してもよく、例えば、冷陰極管のような発光ダイオードの線光源を選択してもよい。光源４０がＵ字型のランプかさ４１内に位置し、Ｕ字型のランプかさ４１の開口を導光板３０の入射面３１に対して正対させる。
図６及び図７を参照されたい。出射光線の角度分布状況を示す。直立及び水平方向での出射角の半幅は３０°より小さく、大部分の光線は導光板３０の出射面３３に対して垂直な方向に沿って出射することが分る。
図８及び図９を参照されたい。輝度が位置に伴って変化する状況及び導光板３０の出射輝度の均一性を示す。特に、図８は図６の正規化輝度が光源４０からの距離に伴って変化する状況であり、図９は図７の正規化輝度が位置（光線に対して垂直な方向に沿う）に伴って変化する状況を示す。従って、導光板３０の輝度は前記二つの方向で８２％以上の均一性を有することが分る。
図１０を参照されたい。本発明の第二実施形態であり、Ｖ字型マイクロ構造部３２０は楔形導光板にも用いられる。本実施形態は楔型導光板９０を提供し、それは入射面９１、出射面９３、反射面９２及び他の三つの側面（図示せず）を含む。入射面９１が導光板９０の光源８０に隣接する側面に形成され、出射面９３が導光板９０の頂面に形成され、反射面９２が導光板９０の底面に形成され且つその上に反射膜（図示せず）が設置される。
複数のＶ字型マイクロ構造部９２０は、反射面９２に位置し、出射面９１から離れる方向に沿って且つ導光板９０から外部へ突出する。Ｖ字型マイクロ構造部９２０の頂角、及び反射面９２が位置する平面と成す第一底角と第二底角の大小は、それぞれ、第一実施例と同一である。
使用する際、光源８０からの光線の一部は入射面９１から導光板９０に入り、反射面９２のＶ字型マイクロ構造部９２０の反射作用により、該光線は出射面９３に対して垂直な方向に沿って出射する。
また、本発明は背光モジュールを提供し、それは側光源及び導光板３０或は９０から構成され、反射板、拡散板及び光沢片などの光学素子を付けなくて出射光を垂直に出射させるものである。
従来技術と比べて、本発明の導光板及び背光モジュールはＶ字型マイクロ構造及び反射膜によって、導光板の出射光を出射面に対して垂直な方向に沿って出射するように制御することは容易であり、従って、光エネルギーを十分に利用し得る。このような導光板及び背光モジュールは、発光輝度を高めて全体の性能を向上させ、且つ従来技術の背光モジュールの反射板、拡散板及び光沢片などの光学素子を省き、システムをコンパクト化してコストを低減させることができる。
また、本発明はＶ字型マイクロ構造部の分布及び寸法の大小を制御することによって出射光の輝度の均一性を向上させ、光源の光線の伝播する方向に対して垂直及び水平方向でその均一性は８２％以上に達し、且つ、光線が前記二つの方向での出射角の半幅は３０度より小さく、大部分の光線は前記導光板に対して垂直な方向に沿って出射することが分かる。
従来技術による背光モジュール構造の模式図である。 米国特許第６，１３０，９３０号明細書の導光板の断面図である。 本発明の平面型導光板の立体図である。 図３の局部ＩＶの拡大図である。 本発明の平板型導光板の光路図である。 本発明の平板型導光板が光源の光線の伝導する方向に対して平行な方向（水平方向）における、正規化輝度と角度の関係を示す曲線を示す図である。 本発明の平板型導光板が光源の光線の伝播する方向に対して垂直な方向（直立方向）における、正規化輝度と角度の関係を示す曲線を示す図である。 図６の正規化輝度が光源からの距離（光線の伝播する方向に沿う）に伴って変化する状況を示す曲線を示す図である。 図７の正規化輝度が位置（光線に対して垂直な方向に沿う）に伴って変化する状況を示す曲線を示す図である。 本発明の別の実施形態による楔型導光板の斜視図である。
符号の説明
３０、９０ 導光板
３１、９１ 入射面
３２、９２ 反射面
３２０、９２０ Ｖ字型マイクロ構造部
３３、９３ 出射面
３６ 反射膜
４０、８０ 光源
４１ ランプかさ
Ｌ Ｖ字型マイクロ構造部の最小な幅
θ１ 頂角
θ２ 第１底角
θ３ 第２底角

Claims (12)

  1. 入射面、出射面及び反射膜を具備する反射面を含み、該反射面は、該導光板から外部へ突出し且つ角度が同一な複数のＶ字型マイクロ構造部を有し、頂角が４０〜９５°で、反射面が位置する平面と成す第一、及び第二底角は、それぞれ、７０〜９０°、及び１５〜５０°であることを特徴とする導光板。
  2. 前記Ｖ字型マイクロ構造部は前記入射面から離れる方向に沿って疎から密へと推移するように分布されることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
  3. 前記Ｖ字型マイクロ構造部の寸法は前記入射面から離れる方向に沿って小寸法から大寸法へと推移するように分布されることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
  4. 前記Ｖ字型マイクロ構造部の寸法は以下の式によって決定され、
    Figure 2006073498
     ここで、ｘはＶ字型マイクロ構造部と入射面との間の平均距離であり、ｙはＶ字型マイクロ構造部の幅値で、且つｘの増加に伴って増加することを特徴とする、請求項３に記載の導光板。
  5. 前記Ｖ字型マイクロ構造部の幅は２００μｍより大きくないことを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の導光板。
  6. 前記前記Ｖ字型マイクロ構造部の幅は１０μｍ〜１１２μｍであることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の導光板。
  7. 前記Ｖ字型マイクロ構造部は柱形構造体であり、入射面の一側から相対した他側へと伸び、且つ各Ｖ字型マイクロ構造部が互いに平行であることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の導光板。
  8. 前記各Ｖ字型マイクロ構造部の頂点と該反射面が位置する平面との距離は同一であることを特徴とする、請求項７に記載の導光板。
  9. 前記Ｖ字型マイクロ構造部の第二底角は３０°であることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の導光板。
  10. 前記Ｖ字型マイクロ構造部の頂角は６５°であることを特徴とする、請求項９に記載の導光板。
  11. 前記導光板として、平板型或は楔型導光板が選択されることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
  12. 側光源及び導光板を含み、該導光板は入射面、出射面及び反射膜を具備する反射面を含み、該反射面は、該導光板から外部へ突出し且つ角度が同一な複数のＶ字型マイクロ構造部を有し、頂角が４０〜９５°で、反射面が位置する平面と成す第一、及び第二底角は、それぞれ、７０〜９０°、及び１５〜５０°であることを特徴とする背光モジュール。
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