JP2007141843A - 入射光を満遍なく分布させるための導光板 - Google Patents

Abstract

【課題】光源から入射された光が全面に満遍なく分布出来るよう形成される導光板が提供される。
【解決手段】本発明における導光板は、入射される光の経路のうち上記光が入射される面と一定距離離間された位置に光の経路と直角を成すよう形成される二つ以上の貫通溝が導光板の幅方向に配列されるよう構成される。
本発明における導光板は、光源の大きさや個数を増大させること無く入射される光の均一度を向上させることができ、入射される光をより広い角に分布させることによりミキシング区域を減少させることができ、製造工程が簡単で生産原価を低減させることが出来るという長所がある。
【選択図】図５

Description

本発明は、導光板に関するものであって、さらに詳細には、光源から入射した光が全面に満遍なく分布出来るよう形成された導光板に関する。

現在、様々な種類の薄型表示装置が使用されており、このような薄型表示装置の主流を成しているのは液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）と言える。

ＬＣＤは、薄型の壁掛け型テレビ、ノート型パソコン、デスクトップパソコン用モニタ、航法装置、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、ゲーム機に至るまで様々な装置に応用が行われている。このような液晶表示装置の表示素子を構成する液晶は自ら発光出来ず、印加される電気信号によって単純に光を透過させたり遮断する機能を遂行したりするのみである。

従って、液晶パネルに情報を表示するために、液晶パネルを後方から照明するための面発光装置、即ちバックライトが液晶表示装置内に別途で備えられる。このようなバックライトは、光の輝度を高め均等な面光源を形成して液晶パネルを均一に照射すべきであり、これは製品の品質面から非常に重要である。

従来の一般的なバックライトは、光源、導光板、拡散シート、プリズム及び保護シートを含む。光源としては、通常、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）のような蛍光ランプや発光ダイオード（ＬＥＤ）等が使用される（比較的小型の液晶表示装置には軽量化及び小型化が可能なＬＥＤが多く用いられる）。導光板は光源からの光を上方へ満遍なく誘導する役目をする。拡散シートは、光を散乱させ光輝度を均一化する役目をし、プリズムは上下左右に光を屈折させ集光して輝度を向上させる。保護シートは、プリズムの山と山の間の溝にほこり等の異物質が付かないよう保護しスクラッチが生じることを防ぐ。

一方、上記導光板の下方には導光板から下方へ出射される光を反射させ光効率を向上させる反射シートが設けられ、上記のような各部材はフレームに収容されＬＣＤ基板に固定されるようになっている。

この際、上記光源は導光板の一側へ光を出射し、導光板は側面から光源の光の伝達を受け前面へ放出させるよう構成されている。

以下、添付の図面を参照して従来の導光板について詳細に説明する。
図１は従来の導光板にＬＥＤが配置された形状を示した正面図で、図２は従来の導光板にＬＥＤの光が伝達された時の光経路を示した拡大図である。

図１及び図２に示した導光板１０の下側端に、一例として、点光源の一つであるＬＥＤ２０が多数装着されている。導光板１０の一側端から入射するＬＥＤ２０の光は、空気と導光板１０との屈折率の差によって一定角度屈折し導光板１０へ入射する。この際、ＬＥＤ２０からの入射光の分布度は、導光板１０の入射部と垂直を成す方向で最も高く、フレネル反射損失（Ｆｒｅｓｎｅｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ）によって左右９０度方向に傾斜するにつれ急激に減少する。即ち、上記導光板１０は、ＬＥＤ２０と同一の垂直線上に位置する地点が、ＬＥＤ２０から左側或いは右側に一定角度傾斜した方向の地点に比べて明るくなる。

図３は、従来の導光板に多数のＬＥＤ光が伝達された時の形状を示した正面図である。

ＬＥＤ２０は導光板１０の幅と比べて大きさが非常に小さいので、導光板１０全体に光を印加するためには、図１に示すように、多数のＬＥＤ２０を一定間隔離間させて導光板１０の一側に備えるようにする。

この際、各ＬＥＤ２０に電源を印加して導光板１０に光を入射すると、図３に示すように、各ＬＥＤ２０と近い地点、即ちＬＥＤ２０と同一垂直線上に位置する地点は明るく表されて明部（Ｂｒｉｇｈｔ ｓｐｏｔ）１２が形成され、各ＬＥＤ２０と遠い地点、即ちＬＥＤ２０から左側或いは右側対角線方向の地点は暗くなり暗部（Ｄａｒｋ ｓｐｏｔ）１４が形成される。

バックライトの重要な品質のうちの一つが均一度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）であるが、このように導光板１０に明部１２と暗部１４が交互に形成されると均一度が低下するという短所があり、このような導光板１０で液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）を製造する場合、混合（ミキシング）区域、即ち入光面から各ＬＥＤ２０より発光される光が満遍なく混ざる地点までの区域は、明度が不均一で使用に不適であるため、ミキシング区域が大きくなるだけ使用可能なディスプレイ画面の大きさが減少するという問題点がある。

勿論、導光板１０の下端と同一幅のＬＥＤ２０を使用すれば、このような均一度の低下を解消出来るが、ＬＥＤ２０の幅を導光板１０の下端幅だけ増大させることは製造上困難であるという問題点がある。また、導光板１０の下端にＬＥＤ２０を細かく配置することにより、上記均一度が低下する問題を解決することも出来るが、ＬＥＤ２０を細かく配置するためには多数のＬＥＤ２０を要するため、製造原価が上昇するという問題点がある。

上記のような問題点を解決するため、入光部に凹レンズ形状の凹部が形成され、入射する光を分散させるよう構成している導光板が特許文献１に提案されている。

しかし、このように入光部即ち、導光板の側面に同一の規格の凹部を多数形成することは製造上困難であり、入射光の入射角が広くはなるものの導光板の幅方向に向かうようには屈折し難いため、導光板へ入射する光の均一度を向上させるのには限界があるという短所がある。

大韓民国特許１０−０４８４５３６

本発明は、上記のような問題点を解決するため提案されたものであって、ＬＥＤの大きさや個数を増大させること無く、入射する光の均一度を向上させることができ、入射する光をより広い角に分布させることができ、製造工程が簡単で生産原価を低減させることが出来る導光板を提供することを目的とする。

上記のような目的を達成すべく、本発明における導光板は、入射する光の経路のうち上記光が入射する面と一定距離離間した位置に一つ以上の貫通溝が形成されていることを要旨とする。

上記貫通溝は、長さ方向が光の経路と直角を成すよう形成されている。

この際、導光板には二つ以上の光源から光が入射し、上記貫通溝は、各光源と隣接する位置に群を成して二つ以上形成されている。

上記群を成す貫通溝は導光板の幅方向に配列されている。

この際、上記貫通溝は隣り合う貫通溝と０．１乃至１．０ｍｍ離間するよう配列され、上記貫通溝の配列の長さは０．３乃至１０．０ｍｍであることが好ましい。

また、上記貫通溝は、横断面が円形または楕円形で形成され、この際貫通溝の直径は０．１乃至１．５ｍｍであることが好ましい。

また、上記貫通溝は、入光面から０．１乃至３．０ｍｍ離間して形成されることが好ましい。

本発明における導光板は、光源の大きさや個数を増大させること無く、入射する光の均一度を向上させることができ、入射する光をより広い角に分布させることによりミキシング区域を減少させることができ、製造工程が簡単で生産原価を低減させることが出来るという長所がある。

また、本発明における導光板を使用すると、ディスプレイ画面をより広く確保することができ、貫通溝形状の変更を通じて光の屈折角度を調整することにより、さらに簡単に多様な照明効果を得ることが可能という長所がある。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例に係る入射光を満遍なく分布させるための導光板の実施例を説明する。

図４は、本発明の実施例に係る導光板の入光面部位を拡大した部分正面図である。
図４に示すように、本発明の実施例に係る導光板１００には、一側に位置する多数のＬＥＤ２００から光が入射し、光が入射する経路のうち上記光が入射する面、即ち入光面１０２と一定距離離間した位置には一つ以上の貫通溝１１０が形成されている。本実施例ではＬＥＤ２００が導光板１００の下側端から一定距離離間した地点に位置しているが、ＬＥＤ２００が配置される地点は導光板１００の下側端に限定されず、導光板１００の用途や使用者の選択によって導光板１００の左右側もしくは上端側に変更することが出来る。

また、本実施例では導光板１００に光を入射させるための光源としてＬＥＤ２００が適用されているが、導光板１００に光を入射させるための光源は、水銀冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）等の光が発散出来る構造であれば、如何なる物にも変更することが出来る。

貫通溝１１０は、光の経路と直角を成すよう、即ち導光板１００の厚さ方向に長さを有するよう形成され、各ＬＥＤ２００と隣接する位置に群を成すよう二つ以上形成される。上記のように群を成す多数の貫通溝１１０は、図４に示すように導光板１００の幅方向に一列で配列することもでき、アーク（Ａｒｃ）形状のように曲線で配列したり、２列以上で配列したりすることも出来る。

図５は、本発明の実施例に係る導光板１００に光が入射した時の光の経路を示した部分正面図である。

ＬＥＤ２００に電源が印加されると、図５に示すように、ＬＥＤ２００は導光板１００の入光面１０２に向かって一定角度で光を発光する。この際、導光板１００は空気と比べ屈折率が高いため、導光板１００の入光面１０２へ入射した光Ｌはスネルの法則によって入射角が小さくなる方向に、即ち垂直線に近くなる方向に屈折する。このように本発明の実施例に係る導光板１００に光を入射させるＬＥＤ２００の構造は、従来のＬＥＤ２０と同一で、入光面１０２へ入射する光が屈折する現象は、従来の導光板１００でも同一に発生するため、これに対する説明は省略する。

入光面１０２を通じて導光板１００内部へ入射した光Ｌは、図５に示すように、貫通溝１１０を通る間広く広がるよう屈折し、導光板１００の各部分へ伝達される。この際、一列で配列された各貫通溝１１０へ入射する区域の光は、分布度が相違して相互に異なる明るさを有するが、各貫通溝１１０を通る間広く広がって導光板１００の中央部に向いて進入するため、貫通溝１１０を通った地点からは分布度が高い光と分布度が低い光が均等に混合され、これによって導光板１００の各部は明るさが均等になる。

貫通溝１１０によって屈折した光は、導光板１００の左右水平方向に伝達されるほど広く広がるため、各ＬＥＤ２００の間に暗部１４が発生しなくなる。特に、各ＬＥＤ２００から発光する光の色相が相互に異なる場合、本発明の実施例に係る導光板１００を利用すると、より効果的に光を混合出来るという効果がある。

また、本発明の実施例に係る導光板１００を用いて液晶表示装置を製造すると、従来の導光板１０を用いて液晶表示装置を製造する場合よりもミキシング区域が狭くなるため、より広いディスプレイ画面を確保出来るという長所がある。

ＬＥＤ２００の光が貫通溝１１０を通る間に広く広がる現象を、図６を参照して以下に詳細に説明する。

図６は、本発明の実施例に係る導光板１００に光が入射した時、貫通溝を通る光の経路を示した拡大図である。

貫通溝１１０に向かって伝播される光は、貫通溝１１０内部へ入射する時に一度屈折し、導光板１００へ入射する時、即ち貫通溝１１０を抜け出る時もう一度屈折する。

この際、貫通溝１１０を通る間の屈折角は、貫通溝１１０のどの部位を通るかによって各々異なって表れるが、図６に示すように、貫通溝１１０の中心部を通る光は、貫通溝１１０内部へ入射したり或いは貫通溝１１０を抜け出る時に各境界面と直角を成すため、屈折せず直進することとなり、貫通溝１１０の左側もしくは右側に傾いた地点を通る光は、貫通溝１１０内部へ入射する時、及び貫通溝１１０の外部へ抜け出る時の境界面と各々斜めに交差するため、二度にわたって屈折する。

貫通溝１１０の左側から入射する光を例えて説明すると、貫通溝１１０の内部へ入射した光は、屈折率が低い媒質へ入射する場合となるため、より大きい角度で入射するよう、即ち時計の逆方向に一定角度屈折する。

また、貫通溝１１０の外部へ抜け出る光は、屈折率が高い媒質へ入射する場合となるため、より小さい角度で入射するよう屈折するが、この際、貫通溝１１０の外部へ抜け出る時の境界面の接線方向を考慮してみると、時計の逆方向に屈折することがより小さい角度で入射することとなる。従って、貫通溝１１０の左側から入射する光は、貫通溝１１０の内部へ入射する時、時計の逆方向に一度屈折し、貫通溝１１０の外部へ抜け出る時もう一度時計の逆方向に屈折する。

逆に、貫通溝１１０の右側に入射する光は、上記のような原理で、貫通溝１１０内部へ入射する時、時計方向に一度屈折し、貫通溝１１０の外部へ抜け出る時もう一度時計方向に屈折する。貫通溝１１０の右側に入射する光が２回にわたって屈折する原理は、貫通溝１１０の左側に入射した光が２回にわたって屈折する原理と同一であるため、これに対する詳細な説明は省略する。

このように、貫通溝１１０を通った光を全体的にみると、貫通溝１１０の内部へ進入する時より貫通溝１１０の外部へ抜け出る時、さらに広く広がることとなり、これによって導光板１００を全体でみた時には各部の照明が均一となる。

また、入光面に凹溝が形成される従来の導光板と比較すると、凹溝が形成された従来導光板の場合は、導光板に光が入射した時、入射した光が、凹溝が形成された地点でのみ一度屈折した後に導光板内部へ進入するが、本発明の実施例に係る導光板１００は、貫通溝１１０に光が入射する時一度屈折し、貫通溝１１０の外部へ抜け出る時にもう一度屈折するため、光を広く広げる効果が著しく向上するという長所がある。

この際、各貫通溝１１０の間隔の配列が狭過ぎると、貫通溝１１０を形成する時に貫通溝１１０の形状が変形して光が一定の角度で屈折し難くなり、貫通溝１１０の間隔の配列が広過ぎると、相互に隣り合う２つの貫通溝１１０の間に多量の光が直進する。このため、上記貫通溝１１０は隣り合う貫通溝１１０と０．１乃至１．０ｍｍの間隔があるよう配列されることが好ましい。

また、群を成す貫通溝１１０の配列長さＷ（図４参照）が長過ぎると、製造が難しくなるだけでなく、貫通溝１１０が形成された部位が破損される恐れがあり、貫通溝１１０の配列長さＷが短過ぎると光の屈折効果が低下するため、上記貫通溝１１０の配列長さＷは０．３乃至１０．０ｍｍであることが好ましい。

本発明の実施例に係る導光板１００に適用される貫通溝１１０は、光が屈折する角度を特定角度で屈折させることにより、使用者の所望の特別な照明効果を得ようとする場合、横断面が楕円形や多角形断面を有するよう形成することもでき、入射する光を満遍なく分布させようとする場合、本実施例のように横断面が円形を成すよう、即ち円筒形状で形成することが好ましい。この際、貫通溝１１０の直径が大き過ぎる場合には、それだけ貫通溝１１０の数が減少するため光拡散角度が狭くなり、貫通溝１１０の直径が小さ過ぎる場合には、貫通溝１１０の製造が難しくなるため、貫通溝１１０の直径は０．１乃至１．５ｍｍに設定することが好ましい。

また、上記貫通溝１１０と入光面１０２との距離Ｄ（図４参照）が長くなるほど使用可能な面積が狭くなり、貫通溝１１０と入光面１０２との距離Ｄが狭過ぎると、貫通溝１１０が入光面１０２と連結したり或いは入光面１０２が平面度を阻害する場合があるため、貫通溝１１０は入光面１０２から０．１乃至３．０ｍｍ離間されるよう形成することが好ましい。

図７は従来導光板に光を入射するようシミュレーションした結果の写真で、図８は本発明の実施例に係る導光板に光を入射するようシミュレーションした結果の写真で、図９は一つの導光板の一部のみに貫通溝を形成して光を入射した写真である。

図７に示すように、従来の導光板１０を用いて液晶表示装置を製造した後に光を入射すると、ＬＥＤ２０の個数だけディスプレイ画面に明部１２と暗部１４が交代で形成されるが、図８に示すように、本発明の導光板１００を用いて液晶表示装置を製造した後に光を入射すると、ＬＥＤ２００の位置や個数に関係無くディスプレイ画面が均等な明るさを表すため、製品の品質が向上することが分かる。

本シミュレーションには、本発明の実施例に係る導光板１００を液晶表示装置に使用する場合をサンプルとしているが、本発明の実施例に係る導光板１００の用途は液晶表示装置に使用されるよう限定されず、各種照明装置や発光装置、ディスプレイ装置等に適用出来る。

また、上記のような性能の差は、図９に示すように、一つの導光板の一部のみに貫通溝を形成した後に動作させることにより、さらに明確に比較出来る。図９に示した導光板は、右側の半分にのみ貫通溝を形成した後に光を入射したものであって、貫通溝が形成されていない左側の半分には明部と暗部が確実に区分されるが、貫通溝が形成された右側半分には明部と暗部が比較的微かに表され、光が混合される区域、即ちミキシング区域が狭くなることが分かる。

以上、本発明を好ましい実施例を使用して詳細に説明したが、本発明の範囲は特定の実施例に限定されず、添付の特許請求の範囲によって解釈されるべきである。また、この技術分野において通常の知識を有している者であれば、本発明の範囲を外れない範囲で様々な修正と変更が可能であることが理解出来るであろう。

従来の導光板にＬＥＤが配置される形状を示した正面図である。 従来の導光板にＬＥＤの光が伝達された時の光経路を示した拡大図である。 従来の導光板に多数のＬＥＤ光が伝達された時の形状を示した正面図である。 本発明の実施例に係る導光板の入光面部位を拡大した部分正面図である。 本発明の実施例に係る導光板に光が入射した時の光の経路を示した部分正面図である。 本発明の実施例に係る導光板に光が入射した時の貫通溝を通る光の経路を示した拡大図である。 従来の導光板に光を入射するようシミュレーションした結果の写真である。 本発明の実施例に係る導光板に光を入射するようシミュレーションした結果の写真である。 一つの導光板一部のみに貫通溝を形成して光を入射した写真である。

符号の説明

１０，１００ 導光板
１２ 明部
１４ 暗部
１１０ 貫通溝
２００ ＬＥＤ
Ｄ 貫通溝と入光面との距離
Ｗ 群を成す貫通溝の配列長さ

Claims (9)

1. 一側から光が入射するよう構成され、
   入射する光の経路のうち前記光が入射する面と一定距離離間した位置に一つ以上の貫通溝が形成されていることを特徴とする導光板。
2. 前記貫通溝は、長さ方向が光の経路と直角を成すよう形成されていることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
3. 二つ以上の光源から光が入射し、
   前記貫通溝は、各光源と隣接する位置に群を成して二つ以上形成されていることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
4. 前記群を成す貫通溝は、導光板の幅方向に配列されていることを特徴とする請求項３に記載の導光板。
5. 前記貫通溝は、隣り合う貫通溝と０．１乃至１．０ｍｍ離間して配列されていることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
6. 前記貫通溝の配列の長さは、０．３乃至１０．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
7. 前記貫通溝は、横断面が円形もしくは楕円形で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
8. 前記貫通溝の直径は、０．１乃至１．５ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載の導光板。
9. 前記貫通溝は、入光面から０．１乃至３．０ｍｍ離間して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の導光板。