JP2006128072A - 導光板及び面発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、低コストで、構成が簡単で、出射光の出射角度を制御できる導光板及び面発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明にかかわる導光板は、上下二層の機構を備え、下層が少なくとも光源からの光を受ける入射面と、底面に位置する反射面とを含み、上層が基板を含み、基板の上表面に出射面を備え、基板において、導光板の下層に密着する底面には凸部が配列される。面発光装置は前記導光板を採用して、光源からの光を導光板の出射面から均一に出射させる。導光板の上層底面には、倒立台形に類似する機構が設置されることにより、出射面から出射する光線の出射角度を制御でき、従って、伝統的な導光板に使われるプリズムを省くことができ、面発光装置のコストを減らし、機構を更に簡単にする。また、本発明は前記導光板を使用する面発光装置も提供する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、面発光装置に関し、特に凸部を有する導光板及び面発光装置に関するものである。

最近、平面ディスプレイの発展が速く、パーソナルコンピュータ、テレビ、移動通信及び家電電子製品などの分野に広く使用されていると共に、電子製品は、平面ディスプレイ（例えば液晶ディスプレイ）に対する要求が不断に高まっているので、高輝度化、軽薄化、低コスト化、低消費電力化、長寿命化が面発光装置の発展する方向となってきた。

光源が設置される位置によって、面発光装置は直射型とサイドライト型に分けられる。直射型とは、光源を導光板の底部に設置して直接に照明するものである。当該直射型の面発光装置はより厚くて、発光装置に対する軽量化という消費者の要求を満足できない欠点がある。前記サイドライト型面発光装置は、普通、光源を導光板の側面に設置して、光線が該側面から導光板に入射してから、途切れずに前方向へ伝えると共に、全反射条件を崩すことで、該光線が導光板の出射面から均一に出射できる。このような構成は薄くて軽いので、ユーザーのニーズに非常に適する。導光板の材料、性能、原理及び特性などの内容に関しては、非特許文献１にその関連事項が紹介されている。

図１を参照すると、伝統的なサイドライト型面発光装置１０の概略構成図が示されている。面発光装置１０は、光源１２と、導光板１１と、導光板１１の底部に密着する反射シート１３と、導光板１１の上表面に位置する拡散シート１４及び拡散シート１４の上表面に二つ直交するように配置されるプリズム１５を有し、導光板１１は光源と対面する入射面１１１と、反射面１１２と、反射面１１２と対向する出射面１１３と、入射面１１１と対向する端面１１４と、を備える。光源１２からの光線が入射面１１１から導光板１１の内部に入射して、反射面１１２の微細構造により反射されて出射面１１３から均一に出射し、該光線が拡散シート１４により均一に散乱され、プリズム１５に導入されて導光板の出射面１１３の法線方向に集められて、受光素子を照明する。すなわち、面発光装置１０の発光を実現する。

図１に示す伝統的な構成において、導光板１１の反射面１１２の凸部は円弧形状であり、光線が反射面１１２で散乱反射されるので、出射面１１３から出射する光線の方向性が良好でなくなり、光の利用率が低くなる。従って、輝度を高めるために、二つのプリズムで光線の方向性を高める必要があって、光線を出射面の法線方向に集まらせる。プリズムを使用する面発光装置はコストが高まって、光の利用率を減らす欠点がある。

特許文献１は台形の凸部を備える導光板を提供する。該台形の凸部が倒立台形の微細構造を導光板の出射面にボンディングしてなるものである。このような構成では各倒立台形の凸部共通の基板は有しておらず、製造が不便になる。

特許文献２には倒立台形の凸部を備える導光板を有する発光装置を提供する。図２は該導光板の凸部の局部の拡大模式図である。図２を参照すると、導光板２０は基板２１と、基板２１の出射面２２に位置する凸部２３を備える。該凸部２３は倒立台形にしてもよく、倒立台形の凸部２３の側面と出射面２２の法線との成す角度が１０度以内である。このような構成が出射光の方向性を改善できるにもかかわらず、倒立台形の凸部と導光板を一体に成型する過程において、前記角度がより大きい時には、離型しにくいので、射出成型を採用すれば、ロット生産を行うことが不便になる。前記角度が小さ過ぎる時には、出射光が完全に出射面の法線方向に集められない。そして、輝度を高めるために、該発光装置ではプリズムで出射光の角度を制御する必要があるが、コストが高くなる。

従って、成型が簡単で出射光の出射角度を制御できる導光板を提供すること、及びプリズムを採用しないで、低コストで、製造が容易で、出射光の出射角度を制御できる面発光装置を提供することが必要である。
米国特許第５，５５５，３２９号明細書 米国特許第６，０１１，６０２号明細書 「高品質液晶表示装置用軽量背光源の技術要点」、液晶と表示、（中国）、２００３年、第１８（１）巻、ｐ．５８〜６２

導光板が成型しにくく、出射光の出射角度を制御できる範囲が小さいという従来技術における問題点を解決するように、本発明は、成型が簡単で出射光の出射角度を制御できる導光板を提供することを第一の目的とする。

面発光装置がプリズムを採用するために、コストが高くて、出射光の出射角度を制御できる範囲が小さいという従来技術における問題点を解決するように、本発明は、低コストで、構成が簡単で、出射光の出射角度を制御できる面発光装置を提供することを第二の目的とする。

本発明の第一の目的を実現するために、本発明は、光源からの光を受ける入射面、その底部に位置する反射面、及び該反射面と対向する出射面を少なくとも備える導光板を提供し、前記導光板が上下の二層の機構を備え、前記導光板の入射面と反射面が導光板の下層に形成され、前記導光板の上層が基板を含み、導光板の出射面が該基板の表面に形成され、前記出射面に対する基板の底面に凸部が配列され、凸部の底面の幅がそれと平行な導光板の下層の表面に密着する凸部頂面より大きい。

前記凸部は、光源からの距離が近くから遠くへ向かうに伴って、その分布が疎から密へ、寸法が小から大へとなるように配列され、寸法が１０μｍ〜１５０μｍにあって、凸部の頂面の幅が１０μｍ〜６０μｍにあって、凸部の底面の幅とその高さの比が１：２〜２：１にあって、凸部の側面が平面、折れ曲がり面または曲面のいずれかであり、前記凸部の側面と導光板の出射面の法線との成す角度が１０度〜４５度にあって、より望ましいのは３０度である。導光板の出射面及び／または入射面が光源に垂直する方向に特定の周期変化に従うＶ字型の凹部が配列され、前記Ｖ字型の凹部の周期変化の長さが１０μｍ〜１００μｍにあって、前記Ｖ字型の凹部の頂角が６０度〜１４０度にある。

本発明の第二の目的を実現するために、本発明は、光源と、少なくとも光源からの光を受ける入射面、底部に位置する反射面、及び該反射面と対向する出射面を備える導光板と、該導光板の反射面に密着する反射シートと、を含む面発光装置を提供する。前記導光板は、上下の二層の機構を備え、前記導光板の入射面と反射面が前記導光板の下層に形成され、前記導光板の上層が基板を含み、前記導光板の出射面が該基板の表面に形成され、前記出射面と対する基板の底面に凸部が配列される。前記凸部の底面の幅がそれと平行な導光板の下層の表面に密着する凸部頂面より大きい。

前記凸部が光源からの距離が近くから遠くへ向かうに伴って、その分布が疎から密へ、寸法が小から大へとなるように配列され、寸法が１０μｍ〜１５０μｍにあって、凸部の頂面の幅が１０μｍ〜６０μｍにあって、凸部の底面の幅とその高さの比が１：２〜２：１にあって、凸部の側面が平面、折れ曲がり面または曲面のいずれかであり、前記凸部の側面と導光板の出射面の法線との成す角度が１０度〜４５度にある。

従来技術と比べて、本発明の導光板は、上下の二層の機構を備え、上層の機構の底面に倒立台形と類似した凸部が配列されるため、該構成を射出成型法、エッチング法、ボンディング法などの技術を利用して容易に成型できる。該凸部側面の傾斜角度の選択範囲が大きいので、導光板の離型に影響を及ぼすことがない。従って、該凸部の側面の傾斜角度の変化によって、出射光の方向を制御でき、光線を導光板の出射面に垂直な方向に沿って出射できる。

本発明の発光装置は、プリズムを採用する必要がないで、コストを減らせて、構成を更に簡単にできる。本発明は倒立台形と類似した凸部を備える導光板を採用するので、該凸部側面の傾斜角度の変化によって、出射光の方向を制御でき、光線を導光板の出射面に垂直する方向に沿って出射できる。

次に、図を参照して本発明の内容を詳しく説明する。

図３を参照すると、本発明が提供する面発光装置の概略構成図が示されている。面発光装置３０は、導光板３１と、導光板３１の側面に密着する少なくとも一つの光源３２と、導光板の底部に密着する反射シート３３を備える。前記導光板３１が上下の二層の構成を備え、該下層構成は少なくとも光源３２に密着する入射面３１１と、底部に位置する反射面３１２と、入射面３１１と対向する端面３１３を備える。該上層構成は基板３４を含み、該基板３４が少なくとも導光板の下層と対向する基板底面３４１、及び基板底面３４１と対する出射面３４２を備える。基板底面３４１に、光源からの距離が近くから遠くに向かうに伴って、その分布が疎から密へ、寸法が小から大へとなるように配列される凸部３５が形成される。凸部３５が凸部底面３５１（図中点線で示す）と凸部頂面３５２、さらに出射面３４２の法線と所定の傾斜角度を成す凸部側面３５３を備える。該凸部底面３５１は凸部頂面３５２に平行であり、凸部頂面３５２より幅が大きく、凸部側面３５３は平面、折れ曲がり面または曲面のいずれかであり、凸部側面３５３の傾斜角度は１０度〜４５度の範囲にある。

光源３２は、普通、点光源あるいは線状光源であり、例えば、螢光表示管、冷陰極表示管、発光ダイオードなどを利用でき、単光源或いは双光源を採用してもよい。単光源３２を採用する時、反射シート３３は伝統な構成を採用してもよく、反射シート３３で導光板３１の反射面３１２及び端面３１３を覆って、光線が反射面３１２及び端面３１３から漏れることができないようにし、光の利用率を高める。双光源３２を採用する時、即ち、導光板３１の端面３１３側にもう一つの光源を設置する時には、反射シート３３が導光板３１の反射面３１２だけを覆っていてもよい。

光源３２からの光線１が入射面３１１から導光板３１の内部に入射して、反射面３１２の微細構造で反射され、上層の凸部頂面３５２を透過して、凸部３５の側面３５３で反射され、出射面３４２の法線に沿って出射する。光線２は反射されてから、凸部頂面３５２に達することができず、下層構成において、反射シート３３で繰り返し反射され、上層の凸部頂面３５２を透過できるほどに達して、光線１と同じように出射面３４２の法線に沿って出射する。この光線が受光素子を照明し、即ち、面発光装置３０が均一に出射することが実現される。

図４を参照すると、本発明の導光板３１の上層構成の立体の概略構成図が示されている。導光板３１の上層構成は、基板３４、及び基板底面３４１に互いに平行な凸部３５を含み、普通は、透明材料で作る。該凸部３５が光源３２に平行な、倒立台形に近似する構成を備え、凸部頂面３５２の幅がそれと対向する凸部底面３５１（図の点線で示すように）より小さい。凸部側面３５３は平面でもよく、この時、倒立した等脚台形である（図５に示すように）。また、多くの側面からなる折れ曲がり面でもよく（図６に示すように）、この時は、別々の方向の光線が反射されてから出射面３４２に達する方向を制御するために、出射面３４２からの出射光線の方向に対する要求によって、凸部３５の別の側面の傾斜角度が選ばれる。或いは、曲面構成を採用して（図７に示すように）、光線が反射されてから出射面３４２に達する方向を制御するために、出射面３４２からの出射光線の方向に対する要求によって、曲面構成を選ぶ。とにかく、凸部３５にどんな構成を採用しても、出射光線の方向を制御するために、凸部底面３５１の幅とその高さとの比が１：１〜２：１であり、より望ましくは１：１であり、凸部側面３５３と基板３４の出射面３４２の法線との成す角度が１０度〜４５度であり、より望ましくは３０度である。導光板３１の下層から上層に入射する光線の通過量を制御するために、凸部頂面３５２の幅は１０μｍ〜６０μｍが望ましい。凸部３５は、光源３２からの遠近によって、疎から密へとなるように配列される。即ち、光源３２から近い場所の凸部の配列を疎にして、光源３２から遠い場所の凸部の配列を密にする。同じように、凸部３５の大きさは光源３２からの遠近によって、小から大となるように配列され、光源３２から離れるに従って凸部が大きくなる。その他に、光の干渉現象が発生すること、及び表示パネルを通じて、凸部３５の形成する像が見えることを避けるために、凸部の寸法は１０μｍ〜１５０μｍが好ましい。凸部３５の変化を調節することによって、導光板からの出射光線の角度に対する制御を実現でき、光線を出射面から均一に出射させる。

図８、図９、図１０を参照すると、本発明の導光板３１の下層反射面及び入射面のＶ字型凹部の概略構成図が示されている。図８において、導光板の下層構成の反射面３１２が互いに平行な複数のＶ字型凹部に設置され、該Ｖ字型凹部は、延びる方向が線状光源に垂直であり、線状光源に平行な方向における光線の出力角度を制御するのに利用される。該Ｖ字型凹部の深さは、普通、１００μｍ以内である。入射面３１１に互いに平行なＶ字型凹部の構成を設置してもよく（図９に示すように）、この場合、Ｖ字型凹部が線状光源に垂直となる。光源からの光線が出射する角度の違いによって、前記二種類の場所に設置されるＶ字型凹部の頂角は変化の範囲は大きくてもよく、例えば６０度〜１４０度であり、より望ましくは、１２０度である。その他、光の干渉現象が発生すること、及び表示パネルを通じてＶ字型凹部の像が見えることを避けるために、前記Ｖ字型凹部の寸法は１０μｍ〜１００μｍが好ましい。反射面３１２及び入射面３１１に前記のようなＶ字型凹部を設置すれば（図１０に示すように）、入射面３１１のカップリングの効率を高めることができ、光源に平行な方向において、光線の均一性を高めることができ、陰影現象を避けることができる。

図１１、図１２、図１３を参照すると、それぞれは本発明の導光板が関連する表面の鍍金の概略構成図である。導光板３１の基板３４の底面３４１に反射膜を鍍金すれば（図１１に示すように）、外部の光線が導光板３１の上層に入射する時、底面３４１の反射膜に反射され、光の利用率を高めることができる。また、凸部側面３５３に反射膜を鍍金してもよく（図１２に示すように）、この場合、外部からの光線を多く反射でき、光線が凸部の側面３５３から導光板３１の外部に漏れることを防止でき、更に光の利用率を高めることができる。

また、導光板３１の反射面３１２と端面３１３に反射膜を鍍金して、光線が導光板３１の反射面３１２と端面３１３から外部に漏れることを防止でき、反射シート３３を省け（図１３に示すように）、コストを減らさせ、光の利用率を高めることができる。

導光板３１の上層と下層を接続する界面の隙間には、空気或いはその他の低い屈折率の物質が存在させて、導光板の下層において、光線の完全反射を形成できる。従って、光源３２からの光線が入射面３１１から導光板３１の内部に入射する場合には、反射面３１２と端面３１３に反射膜を鍍金することにより、大部分の光線が反射され、そして上層の凸部頂面３５２を透過して、再び凸部側面３５３の反射膜に反射され、最後に出射面３４２の法線に沿って出射する。その他の光線は下層構成において、反射シート３３に何度も完全反射され、凸部頂面３５２を透過できるほどに達し、それから、凸部側面３５３の反射膜に反射され、出射面３４２の法線方向に沿って出射する。前記方式を通じて、出射光の角度の制御を実現でき、光線を導光板３１の出射面３４２から均一に出射させることができる。

本発明の導光板に関連する表面の反射膜は銀鍍金またはアルミ鍍金が採用でき、例えば、反射シート３３だけを使用する場合には、反射面にアルミまたは銀を鍍金してもよく、高反射を実現することができる。このような反射膜を通じて、面発光装置において透射型と反射型の二つのタイプの照明を実現できる。

本発明の導光板は、普通、ポリメタクリレートまたはポリカーボネート などの屈折率の大きい透明材料を利用して作られる。導光板は射出成型法、エッチング法、ボンディング法などの技術で容易に成型できる。

従来技術の面発光装置の概略構成図である。 従来技術の導光板の凸部の一部の拡大模式図である。 本発明の面発光装置の概略構成図である。 本発明の導光板の上層構成の概略構成図である。 本発明の導光板の上層で第一種の凸部の概略構成図である。 本発明の導光板の上層で第二種の凸部の概略構成図である。 本発明の導光板の上層で第三種の凸部の概略構成図である。 本発明の導光板の下層反射面のＶ字型凹部の概略構成図である。 本発明の導光板の下層入射面のＶ字型凹部の概略構成図である。 本発明の導光板の下層のＶ字型凹部の概略構成図である。 本発明の導光板の上層基板の鍍金の概略構成図である。 本発明の導光板の上層の鍍金の概略構成図である。 本発明の導光板の下層の鍍金の概略構成図である。

符号の説明

１ 光線
２ 光線
１０ 発光装置
１１ 導光板
１２ 光源
１３ 反射シート
１４ 拡散シート
１５ プリズム
２０ 導光板
２１ 基板
２２ 出射面
２３ 凸部
３０ 面発光装置
３１ 導光板
３２ 光源
３３ 反射シート
３４ 基板
３５ 凸部
１１１ 入射面
１１２ 反射面
１１３ 出射面
１１４ 端面
３１１ 入射面
３１２ 反射面
３１３ 端面
３４１ 基板底面
３４２ 出射面
３５１ 凸部底面
３５２ 凸部頂面
３５３ 凸部側面

Claims (9)

1. 光源からの光を受ける入射面、底部に位置する反射面、及び前記反射面と対向する出射面を少なくとも備える導光板において、
   上下二層の機構を備え、該入射面と反射面が該二層のうちの下層に形成され、該二層のうちの上層が基板を含み、該出射面が該基板の表面に形成され、該出射面と対向する基板の底面に凸部が配列され、該凸部の底面の幅がそれと平行な該下層の表面に密着する凸部の頂面より大きいことを特徴とする導光板。
2. 前記凸部は、光源からの距離が近くから遠くへ向かうに伴って、その分布が疎から密へ、寸法が小から大へとなるように配列されることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
3. 前記寸法が１０μｍ〜１００μｍにあることを特徴とする請求項２に記載の導光板。
4. 前記凸部頂面の幅が１０μｍ〜６０μｍにあることを特徴とする請求項３に記載の導光板。
5. 前記凸部底面の幅とその高さとの比が１：１〜２：１にあることを特徴とする請求項４に記載の導光板。
6. 前記凸部の側面が平面、折れ曲がり面または曲面のいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の導光板。
7. 前記凸部の側面と導光板の出射面の法線との成す角が１０度〜４５度にあることを特徴とする請求項６に記載の導光板。
8. 前記導光板の反射面及び／または入射面には光源に垂直な方向に、所定の周期変化に従うＶ字型凹部が配列されることを特徴とする請求項７に記載の導光板。
9. 光源と、
   光源からの光を受ける入射面、底部に位置する反射面、及び前記反射面と対向する出射面を少なくとも備える導光板と、
   前記導光板の反射面に密着する反射シートと、を含む面発光装置において、
   該導光板が上下の二層の機構を備え、該入射面と反射面が該二層のうちの下層に形成され、該二層のうちの上層が基板を含み、該出射面が該基板の表面に形成され、該出射面と対向する基板の底面に凸部が配列され、該凸部の底面の幅がそれと平行な導光板の下層の表面に密着する凸部頂面より大きいことを特徴とする面発光装置。
   

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