JP2007103354A

JP2007103354A - 導光板

Info

Publication number: JP2007103354A
Application number: JP2006242882A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Ishijima; 英明石島; Teruo Tejima; 照雄手島; Yoshiyasu Ishikawa; 善康石川; Hisayuki Takaiwa; 寿行高岩
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2026-09-07
Also published as: JP4984763B2

Abstract

【課題】導光板に光の利用効率を高め、照り返しの発生を抑制し、出射面内の出射光強度の均一性を改善する。
【解決手段】一つの側面を入射面（５）とし、側面に直交し、互いに平行な上面又は下面の一方を出射面（３）とし、入射面（５）とは反対側の面とをしてなる、入射面（５）方向に延びる、断面が三角形状のグループを複数有し、入射面か数えてｎ番目のグループにおける入射面側の面と出射面（３）とのなす傾斜角をα１ｎとしたとき、傾斜角α１ｎはα11≦α１２≦…α１ｉ≦α１ｎ…α１１ｋ…（ｎ＝1、2、3…、ｉ…、ｋ、…）を満たし、かつi番目からk番目の範囲で、α１ｎ=ａ＋ｂを満たし、ａが０＜ａ≦０．１、ｂが０＜ｂ≦１．４である導光板。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示素子などを背面から照射するバックライト装置に用いられる導光板に関する。

従来、携帯電話機等の液晶表示装置を照明するため、光源から出射された光を液晶表示装置に導く導光板及びこの導光板を備え液晶表示装置を背面から照明するバックライト装置が提供されている。

図１は、従来の導光板（１）の外観を示す斜視図である。図中には、光源の発光ダイオード（２）も同時に示す。

導光板（１）は、例えばメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂又は環状オレフィン系透明樹脂のような透明な材料からなり、略板状の平坦な形状を有している。そして、上面及び下面をそれぞれ出射面（３）及び反射面（４）、一つの側面を入射面（５）としている。反射面（４）には、入射面（５）から入射された光を出射面（３）に向けて反射するために複数の同一な偏向パターン素子（１０）による偏向パターンが形成されている。

光源の発光ダイオード（２）から出射された光は、入射面（５）から導光板（１）に入射し、反射面（４）に形成された偏向パターン素子によって出射面（３）の方向に偏向して反射され、出射面（３）から出射される。このように、側面にある入射面（５）から入射された光を主面にある出射面（３）から出射する導光板（１）をサイドエッジ方式と称し、携帯電話機等において広く使用されている。

図２は、従来の導光板及びバックライト装置の使用態様を示す図である。

導光板（１）は、光学フィルム（プリズムシート）（９）を挟んで液晶表示装置（６）の直下に、出射面（３）が液晶表示装置（６）の下面（６ａ）に対向するように配置される。導光板（１）には、発光ダイオード（２）から出射された光が入射面（５）から入射される。

入射面（５）から導光板（１）に入射された光は、出射面（３）に対向する反射面（４）に形成された断面が三角形状のグルーブによる偏向パターン素子（１０）によって偏向して反射されて、出射面（３）から出射される。

導光板（１）の出射面（３）から光学フィルム（プリズムシート）（９）の下面（９ｂ）に入射された光は、光学フィルム（プリズムシート）（９）の一方の面に形成されたプリズムによって偏向して液晶表示装置（６）の方向に立ち上げられ、光学フィルム（プリズムシート）の上面（９ａ）より出射する。

しかしながら従来の導光板（１）においては、グレーブによる偏向パターン素子（１０）の入射面側の面と出射面とのなす角が一定であるため、入射面（５）から入射した光の内で出射面（３）から出射される光の割合が小さく、入射面（５）から入射した光が出射面（３）から出射することなく導光板（１）内を導波し入射面（５）に対向する面で乱反射し、照り返し光が発生することが問題であった。
そこで、例えば特許文献１では、導入光の利用効率を上げるために反射面（４）における斜面の角度を入射面（５）から遠ざかるにつれて上げていくことが記載されている。
しかし、この方法は、光の効率は上げられるが、出射面（３）内全体における出射光の強度の均一性を保つことができないという問題点があった。
特開２００３−２６２７３５号公報

そこで本発明は、前述の実情に鑑みて、光の利用効率を高め、照り返しの発生を抑制するとともに、出射面内における出射光の強度の均一性を改善できる導光板を提供することを目的とする。
すなわち、本発明に係る導光板は、一つの側面を入射面とし、前記側面に直交し、互いに平行な上面又は下面の一方を出射面とし、他方を反射面とした略板状の導光板であって、前記反射面は、入射面側の面と、入射面とは反対側の面とを有してなる、前記入射面と平行な方向に延びる、断面が三角形状のグルーブを複数有し、入射面から数えてn番目のグルーブにおける入射面側の面と出射面とのなす傾斜角をα_１ｎとしたとき、傾斜角α_１ｎは、α_１１≦α_１２≦α_１３≦・・・≦α_１ｉ≦・・・≦α_１ｎ≦・・・≦α_１ｋ≦・・・（ｎ＝１,２,３・・・,ｉ,・・・,ｋ，・・・）を満たし、かつｉ番目からｋ番目の範囲で、α_１ｎ＝ａ×ｎ＋ｂを満たし、aが０<ａ≦０．１、ｂが０≦ｂ≦１．４である。

好ましくは、１番目のグルーブの角α_１１は、０°≦α_１１≦２°を満たす。

好ましくは、出射面と反射面との距離tは０．４ｍｍ≦t≦０．７ｍｍであり、さらに好ましくは０．５≦t≦０．８ｍｍ、さらに好ましくは０．５５≦t≦７．５ｍｍ、さらに好ましくは０．５≦t≦０．６５ｍｍである。

好ましくは、定数aは０＜ａ≦０．７であり、さらに好ましくは０．００１０≦ａ≦０．０５０であり、さらに好ましくは０．００２０≦ａ≦０．０１０である。

好ましくは、定数bは０．５≦ｂ≦１．２であり、さらに好ましくは０．７≦ｂ≦１．０である。

好ましくは、ｎ番目のグルーブとｎ＋１番目のグルーブの距離ｐが７０μｍ≦ｐ≦３００μｍであり、さらに好ましくは１００μｍ≦ｐ≦２００μｍであり、さらに好ましくは１２０μｍ≦ｐ≦１６０μｍである。

以下、本発明に係る導光板について図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施の形態においては、簡単のため、幾つかの異なる図面において共通の指示符合によって同一の部材を示す。また、本実施の形態の図面は、本発明の内容を説明するために用いられるものであり、各部の寸法の比率を正確に反映するものではない。

また、参照の便宜上、図中にｘｙｚ直交座標系を設定する。すなわち、導光板における光の進行方向に導光板の上面又は下面の２つの辺に沿ってｘ軸及びｙ軸を設定し、出射面の法線方向にｚ軸を設定する。また、ｚ軸の正負方向を上下と称する。

図３は、本実施形態の導光板の概略を示す。図中には、光源の発光ダイオード（２）も同時に示す。

図３（ａ）は導光板（１）の上面図、図３（ｂ）は導光板（１）の正面図、図３（ｃ）は導光板（１）の斜視図である

本実施の形態においては、反射面（４）において、断面が三角形状のグルーブ（７）がその長手方向が入射面（５）と平行になるように形成される。このグルーブ（７）は、導光板（１）の入射面（５）から入射面（５）対向する面まで連続して形成される。このグルーブ（７）に入射面（５）側から１，２，３・・・と番号をつけたときに、ｎ番目のグルーブにおける入射面側の傾斜角をα_1ｎとする。同様に、入射面と反対側の傾斜角をα_２ｎとする。

入射面側傾斜角はα_1ｎ入射面（５）から対向する面に連れて大きくなる。すなわち、α_１１≦α_１２≦α_１３≦・・・≦α_１ｉ≦・・・≦α_１ｎ≦・・・≦α_１ｋ≦・・・（ｎ＝１,２,３・・・,ｉ,・・・,ｋ，・・・）なる関係がある。このような構成をとることにより、出射面（３）から出る光の効率を良くするという効果が得られる。

さらに本実施の形態では、入射面側傾斜角α_１ｎは、ｉ番目からｋ番目の範囲で、α_１ｎ＝ａ×ｎ＋ｂ（ａ及びｂは定数）を満たすことが求められる。ここで、ｉ及びｋは、０≦ｉ＜ｋを満たし、グルーブの範囲を示すある数である。このように、本実施の形態によると、ｉ番目のグルーブからｎ番目のグルーブまでの範囲において、入射面側傾斜角α_１ｎは前記式によって与えられることになる。この式を満たすことにより、出射面（３）内における出射光の強度の均一性を良くするという効果が得られる。

さらに本実施の形態では、０°≦α_１１≦２°であることが好ましい。α_１１が０°よりも低い場合、光を立ち上げる作用がなくなってしまい、出射面（３）から出る光の効率を良くする効果が得られない。α_１１が２°よりも大きくなると、入光面（５）側で光が立ち上げられてしまい、出射面（３）内の出射光の強度の均一性を良くする効果が得られない。

導光板（１）の出射面（３）と反射面（４）の距離ｔ（図４参照）は、好ましくは０．５〜０．８ｍｍ、より好ましくは０．５５〜７．５ｍｍ、さらに好ましくは０．５〜０．６５ｍｍである。ｔが０．５５ｍｍより小さいとＬＥＤからの光が入光面から十分に取り入れられなくなってしまい、０．８ｍｍより大きいと反射回数が減り出射効率が悪くなってしまう。

前記した定数ａは、０<ａ≦０．１であり、好ましくは０．００１０≦ａ≦０．０５０、より好ましくは０．００２０≦ａ≦０．０１０である。ａが０°もしくは負の角度であると、入射光が立ち上がらなくなってしまい、０．１°より大きくなると出射が早くなってしまい、面内の均一性が悪くなってしまう。定数ｂは０≦ｂ≦１．４であり、好ましくは０．５≦ｂ≦１．２であり、より好ましくは０．７≦ｂ≦１．０である。

図４は、グルーブ（７）を含む導光板（１）の詳細断面を示す。

図４に示すように、グルーブ（７）は、断面が三角形状反射面であり、光源を向く第１面（７ａ）と光源と反対を向く第２面（７ｂ）とを有する。第１面（７ａ）は、出射面（３）と対向する面に対して所定の有限角度α_１ｎ（傾斜角度）を、第２面（７ｂ）は、出射面（３）と対向する面に対して所定の有限角度α_２ｎ（傾斜角度）を有する。

図５は、第１面（７ａ）の作用を示す。

同図に示すように、第１面（７ａ）は、図５に出射面（３）の法線と角度ψ１をなして入射面（５）に入射された光を、出射面（３）の法線と角度ψ２を成す光へ立ち上げる。すなわち、入射面（５）に出射面（３）の法線に対してある角度をなして第１面へ入射した光は、前記法線とのなす角度が減少して出射される。

第１面（７ａ）で立ち上げられた光は、出射面（３）の法線となす角度が臨界角より小さくなると出射面（３）から出射される（図５に於いて点ｘ１）。

したがって、入光側で光が出射し過ぎないためには第１面（７ａ）と出射面（３）のなす角α_１ｎは小さい方が好ましい。すなわち、角α_１ｎが小さいほど、光は、第１面（７ａ）との反射により徐々に立ち上げられ、出射面（３）からの出射光の出射角（出射面の法線と出射光とのなす角）は、臨界角とほぼ等しい角度となり易く、出射面（３）から出射される光の方向は整列されるため、好ましい。

第１面（７ａ）と出射面（３）のなす角度α_１ｎ（傾斜角度）は、０〜３°が好ましく、より好ましくは０〜２．５°であり、さらに好ましくは１〜２．５°である。角度α_１ｎが０°より小さいと光が出射面から出射せずに入光面と対向する面で照り返しが発生してしまい、角度α_１ｎが３°よりも大きいと面内の均一性が悪くなってしまう。

なお、第２面（７ｂ）は、前記反射作用は有さず、反射作用の観点からは出来るだけ大きい方が望ましいが、導光板（１）を成形する際の型抜きを容易にする点から、小さいが望ましい。しかし、本発明の目的である光の利用効率と均一性のためには特に限定されるものではなく、用途等に応じて適宜選択することができる。

前記構成により、図５に示すように、光源の発光ダイオード（２）から導光板（１）の入射面（５）に入射した光は、出射面（３）の法線となす角が臨界角に達するまでは出射面（３）と反射面（４）で全反射を繰り返しながら導光板（１）の内部を進む。

図６は、導光板及び光学シートを有するバックライト装置（又は面光源装置）の一部を示す図である。

導光板（１）及び光学シート（プリズムフィルム）（８）を有するバックライト装置において、導光板（１）の出射面（３）から出射された光は、出射面（３）となす角度γ１，γ２が小さい成分の光Ｌ１、Ｌ２を含んでいる。光学シート（９）は、平坦な上面（９ａ）とプリズム状の下面（９ｂ）を有し、導光板（１）の出射面（３）となす角度が小さい光Ｌ１、Ｌ２が下面（９ｂ）から入射されると、上面（９ａ）と大きな角度をなすように偏向して出射する（Ｌ１’、Ｌ２’）。このように、光学シート（９）は、液晶表示装置に出射される光の正面強度を向上させる。

長さ４６ｍｍ×幅３５ｍｍ×厚み０．６ｍｍの寸法を有する直方体形状の導光板に、長さ４６ｍｍ×幅３５ｍｍの一面に対して、断面が三角形状のグルーブを３６７本形成し、入射面側の面と出射面とのなす角をα_１ｎとしたとき、α_１１が１．４°であり、α_１３６７が２°であり、１３４番目のα_１１３４から３１２番目のα_１３１２までが、α_１ｎ＝ａ×ｎ＋ｂ（ａ及びｂは定数）である導光板を金型により作製した。ここで、ａを０．００３３とし、ｂを０．９６としたものを実施例１とした。また、ｂを１．０６としたものを実施例２とした。ａを０としたもの、すなわち、反射面の角度を一定にしたものを比較例とした。

実施例１と２は、比較例（従来例）に比べて、出射効率が向上するとともに、面内均一性が大幅に向上した。

前記バックライト装置（又は面光源装置）は、携帯電話やデジタルカメラ等の液晶表示装置に於いて、バックライトとして使用することが出来る。

なお、上述の実施の形態は、本発明の一具体例を示すものであり、本発明はこれに限定されない。本発明の範囲を逸脱しない限り、種々の対象に適用することができる。また、実施例中に示した数値は、一例に過ぎず、本発明がこれに限定されないことはいうまでもない。

例えば、前記光源は、実質的に点光源であればよく、１チップＬＥＤでも、２チップＬＥＤでも、多チップＬＥＤでもよい。

前述のように、本発明によると、導光板及び導光板を備えるバックライト装置における光の利用効率を高め、照り返しの発生を抑制し、出射面内の均一性を改善することができる。

従来の導光板の外観を示す斜視図である。従来の導光板を示す正面図である。本実施の形態の導光板を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は斜視図をそれぞれ示す。導光板の各部の寸法を示す図である。導光板における光路を示す図である。導光板及び光学シート（プリズムフィルム）で構成されたバックライト装置の一部を示す図である。

符号の説明

（１）導光板
（２）発光ダイオード
（３）出射面
（４）反射面
（５）入射面
（６）液晶表示装置
（７）グルーブ
（８）光学シート（プリズムフィルム）
（９）偏向パターン素子

Claims

一つの側面を入射面とし、前記側面に直交し、互いに平行な上面又は下面の一方を出射面とし、他方を反射面とした導光板であって、
前記反射面は、入射面側の面と、入射面とは反対側の面とを有してなる、前記入射面と平行な方向に延びる、断面が三角形状のグルーブを複数有し、入射面から数えてn番目のグルーブにおける入射面側の面と出射面とのなす傾斜角をα_１ｎとしたとき、傾斜角α_１ｎは、α_１１≦α_１２≦α_１３≦・・・≦α_１ｉ≦・・・≦α_１ｎ≦・・・≦α_１ｋ≦・・・（ｎ＝１,２,３・・・,ｉ,・・・,ｋ，・・・）を満たし、かつｉ番目からｋ番目の範囲で、α_１ｎ＝ａ×ｎ＋ｂを満たし、aが０＜ａ≦０．１、ｂが０≦ｂ≦１．４である導光板。
０°≦α_１１≦２°である請求項１記載の導光板。
出射面と反射面との距離tが、０．４ｍｍ≦t≦０．７ｍｍである請求項１または２記載の導光板。
ｎ番目のグルーブとｎ＋１番目の隣接するグルーブの間隔ｐが７０μｍ≦ｐ≦３００μｍである請求項１乃至３のいずれかに記載の導光板。