JP2007220347A - 可変プリズム導光板 - Google Patents

Abstract

【課題】 解決しようとする課題は良品率が良、かつ液晶ディスプレイパネルとの干渉縞が生じにくく、さらに金型の再研磨、再加工がしやすい導光板を実現することである。
【解決手段】 本発明の可変プリズム導光板は、小型受光型ディスプレイの照明用に用いる導光板において該導光板に深さが一定でピッチが変化するプリズムを導光板のほぼ全面に設けた。また可変プリズム導光板の総厚は１ｍｍ以下とし前記プリズムの深さを２０ミクロン以下に押さえた。さらに前記ピッチは導光板の光源に近い領域では遠い領域よりも大きくした。さらにまた可変プリズム導光板は射出成形で製造され、該成形の際成形材料が注入されるゲート部分を前記光源の反対側の辺に設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯電話・ＰＤＡ等用の小型液晶ディスプレイを照明する照明装置に用いられる導光板に関する。

図３は現在用いられている、携帯電話・ＰＤＡ等用の小型液晶ディスプレイを照明する照明装置を説明する図である。
図３（ａ）は２枚の輝度上昇フィルムを使う例で、発光ダイオード（以下ＬＥＤと略記する）光源１２の出射する光を導光板１０が水平方向に導きながら、導光板に設けられたプリズムによって上方向に出射する。下方向に出射されてしまった光は反射板５６によって導光板１０内に戻される。導光板１０から上方向に出射された光は拡散板５０で拡散された後プリズムを有し互いに該プリズムの稜線がほぼ直行するように配置された２枚の輝度上昇フィルム５２，５４によって液晶ディスプレイパネル５８にほぼ垂直な光とされて該パネルを照明する。
このような輝度上昇フィルムは例えば住友スリーエム社の製品を使い得る。
図３（ａ）においては、ＬＥＤ光源１２，導光板１０、反射板５６、拡散板５０、２枚の輝度上昇フィルム５２，５４が照明装置を構成している。
なお以下の図において、同様の部材には同様の番号を付している。

図３（ｂ）は１枚の輝度上昇フィルムを使う例で、図３（ａ）と異なるのは導光板１０の上に輝度上昇フィルム６０を置いて照明光を液晶ディスプレイパネル５８にほぼ垂直な光とした後拡散板５０で照明光を拡散している点である。
このような輝度上昇フィルムは例えば三菱レイヨン社の製品を使い得る。
図３（ｂ）においては、ＬＥＤ光源１２，導光板１０、反射板５６、拡散板５０、輝度上昇フィルム６０が照明装置を構成している。
図３（ａ）の構成を取る場合も（ｂ）の構成を取る場合も照明装置は導光板を必要とし、均一な照明光を得るために導光板の品質は非常に重要である。

図４は従来からの導光板の基本的な構造を示した図である。
図４において、導光板７０にはプリズム面が設けられているが、ＬＥＤ光源１２に近い部分には第１プリズム７２，遠い部分には第２プリズム７４とプリズムのピッチ、深さ、等が異なる少なくとも２種のプリズムが設けられていた。
ＬＥＤ光源１２の出射光は導光板７０に入力されるが、第１プリズム７２でＬＥＤ側輝度ムラの調整、第２プリズム７４で全体的な輝度分布の調整を行っている。第１プリズム７２と第２プリズム７４とはプリズムのピッチ、深さ等を変えて前記調整を行っている。

図５は従来の導光板の例を説明する図である。
図５（ａ）において、導光板７６にはＬＥＤ光源１２の出射光が入力されるが、導光板７６に設けられたプリズムのピッチＰ１〜Ｐ６は同じ値とし、プリズムの深さＤを徐々に変えて輝度分布の調整を行っていた。調整にあたっては、輝度、輝度ムラ、分布のさらなる改善を図るため、導光板に２種類のプリズムを設けるのみではなく、プリズムのピッチは一定としたうえで、導光板の位置によりプリズムの角度、深さを変化させていた。プリズムの角度はＬＥＤ光源１２の反対側ほど大きく、深さも深くなっている。
このような技術は特許文献１にも詳述されており、輝度ムラ、分布の改善のためには一般的な技術となっていた。

図５（ｂ）は導光板７６部のみを描いた図であるが、導光板７６のプリズム部７８は、ＬＥＤ光源１２に近い右辺近傍では深さがＤ１と浅く、遠い左辺近傍ではＤ２と深くなっている。
一方導光板７６は射出成形によって製造するが、ＬＥＤ光源１２側には輝度ムラ解消等で微妙な構造を設ける必要があるため、成形材料を注入するゲート部８０はＬＥＤ光源１２を置く反対側に設ける必要がある。なおＬＥＤ光源１２を置く位置に対して右辺もしくは左辺にゲート部を設けると照明光のバランスに問題を生じることがあり、輝度の均一性向上を図る上では好ましくない。

このような問題があるので図５（ｂ）に示すようにゲート部８０はＬＥＤ光源１２を置く反対側の左辺に設けるのが一般的である。
ところが左辺はプリズムの深さがＤ２と深いため、導光板７６の厚さＷＧに対し成形材料の例えばポリカーボネイトが流動できる幅はＷＧからＤ２を減じたＷのみとなってしまい、成形材料の流動性に問題が出てしまう。その結果導光板の良品率に問題が生じていた。このような問題は特許文献１で提案された技術一般に避けられない問題であった。
また従来は導光板のプリズムのピッチが一定であるため液晶ディスプレイパネルとの干渉縞すなわちモアレが発生する場合があった。

図６は従来技術のさらに別の問題を説明する図で、成型用金型の入駒の断面を示した図である。８４は成形の際のメッキ駒、８２はメッキ駒上のメッキ層を示している。導光板のプリズム層は図６のメッキ層８２のプリズム面８６が転写されて形成されている。
このような金型、特にプリズムを形成するための金型の入駒部分の金属層に関しては特許文献２の図１及び−０１２２−以下に詳述されている。

メッキ層８２のプリズム面８６には寿命があるため、一定の数量の導光板を作成後は再加工の必要がある。
ところが金型の入駒のメッキ厚は１２０ミクロン〜１５０ミクロンが一般的であり、加工できる深さに制限がある。従来のプリズムは最も深いところで７０ミクロン程度の深さがあるためメッキ厚が１２０ミクロン〜１５０ミクロンであると再研磨、再加工が不可能になってしまう。再研磨、再加工が不可能な場合はメッキ駒８４に再メッキしてメッキ層を再形成する必要があり、再形成費用、必要時間が大きなものになるという問題もあった。

特開２００４−５３６６５ 特開２００３−１４９３８

解決しようとする課題は良品率が良く、かつ液晶ディスプレイパネルとの干渉縞が生じにくく、さらに金型の再研磨、再加工がしやすい導光板を実現することである。

本発明の可変プリズム導光板は、小型受光型ディスプレイの照明用に用いる導光板において該導光板に深さが一定でピッチが変化するプリズムを導光板のほぼ全面に設けたことを特徴とする。

また本発明の可変プリズム導光板の総厚は１ｍｍ以下であることを特徴とする。

また本発明の可変プリズム導光板は、前記プリズムの深さを２０ミクロン以下に押さえたことを特徴とする。
また本発明の可変プリズム導光板は、該導光板の側面に置いた発光ダイオードを光源とし、前記ピッチは該光源に近い領域では遠い領域よりも大きいことを特徴とする。

また本発明の可変プリズム導光板は射出成形で製造され、該成形の際成形材料が注入されるゲート部分は、前記光源の反対側の辺に設けられていることを特徴とする。
また本発明の可変プリズム導光板の総厚は１ｍｍ以下であることを特徴とする。

本発明の可変プリズム導光板はプリズムの深さが浅いため、ゲート部を設ける部分が厚く設定出来、成形材料の流動性がよく、良品率を上昇させることが出来る。
またプリズムのピッチを導光板上の位置によって異ならせため、液晶ディスプレイパネルとの干渉縞が生じにくい。
さらに、プリズムの深さを浅くしたため、従来と同様の金型のメッキ層厚で再研磨、再加工が可能となり、再加工時間、再加工費用を大きく減少させることが出来る。

本発明の可変プリズム導光板は、小型受光型ディスプレイの照明用に用いる導光板において該導光板に深さが一定でピッチが変化するプリズムを導光板のほぼ全面に設けた。 また可変プリズム導光板の総厚は１ｍｍ以下とし前記プリズムの深さを２０ミクロン以下に押さえた。
さらに前記ピッチは可変プリズム導光板の光源に近い領域では遠い領域よりも大きくした。さらにまた可変プリズム導光板は射出成形で製造され、該成形の際成形材料が注入されるゲート部分を前記光源の反対側の辺に設けた。

図１は本発明による可変プリズム導光板の断面図で、例えば図３に示したような照明装置に用いられる導光板を示している。図１（ｂ）は図１（ａ）に導光板を成形加工するためのゲート部１８を書き加えた図である。
図１（ａ）において、本発明の可変プリズム導光板１０は右辺に置かれたＬＥＤ光源１２の出射光１４を左方に導くと共に、導光板のほぼ全面に設けられたプリズム１６の働きで主に上方に出力する働きをする。

注目すべきは該プリズム１６のピッチと深さで、深さは可変プリズム導光板１０全面にわたって導光板１０の層厚Ｄ３に対しＤ１の深さと一定にし、ピッチはＬＥＤ光源１２の近傍ではＰ１０、左辺近傍ではＰ１２というように、ＬＥＤ光源１２から遠ざかるにつけて小さく、光源に近い領域では遠い領域よりも大きくなるよう設定している。ピッチが異なって深さが一定なため、各プリズムの角度も可変プリズム導光板１２上の位置によって変化している。
このように可変プリズム導光板１２上の位置によってプリズムの角度及びピッチ変えることにより光の出射量を制御し輝度、輝度分布、光の利用効率を制御可能としている。

図１（ｂ）に示すように、ＬＥＤ光源１２側には微細なプリズムを設けることなどが必要なため、射出成形のためのゲート部１８はＬＥＤの反対側に設けた。ＬＥＤ光源１２を置く位置に対して右辺もしくは左辺にゲート部を設けると照明光のバランスに問題を生じることがあり、輝度の均一性向上を図る上では好ましくなかった。
本発明の可変プリズム導光板においては、プリズム１６の深さを導光板１０のほぼ全面にわたってＤ１と一定の値にしている。可変プリズム導光板１０の厚さは１ｍｍ以下、特に薄型化が要求される場合は０．６ｍｍ以下に設定しており、従来の導光板はプリズムの深さがゲート部１８に最も近い部分で７０ミクロン程度あったため成形材料の流動性に問題を生じていた。

ところが本発明の可変プリズム導光板においては、標準で可変プリズム導光板１０の厚さＤ３を１ｍｍ以下、プリズムの深さを２０ミクロン以下に設定し、ゲート部１８を設ける部分を厚く設定したため成形材料の例えばポリカーボネイトが流動できる幅をＷＧからＤ１を減じたＷ＝約０．９８ｍｍとできたため、成形材料の流動性の問題を解消でき、導光板の良品率を高めることが出来たという効果を生じている。
また特に薄型化が要求される機器の場合には可変プリズム導光板１０の厚さＤ３を０．６ｍｍ以下、プリズムの深さを１０ミクロン以下に設定し、成形材料の流動できる幅を約０．５９ｍｍとし、照明装置の薄型化と導光板の高良品率化の双方を実現している。

また可変プリズム導光板のプリズム１６のピッチをＬＥＤ光源１２の近傍ではＰ１０、左辺近傍ではＰ１２というように、ＬＥＤ光源１２から遠ざかるにつけて小さくなるよう変化させたため、液晶ディスプレイパネルとの干渉縞、いわゆるモアレの発生を押さえることが出来た。

図２は本発明による可変プリズム導光板の他の効果を説明するための図で、導光板を製造する金型の入駒の断面図である。
図２において、２２は入駒のメッキ駒で２０がメッキ層である。該メッキ層２０の層厚は１２０ミクロン〜１５０ミクロンとするのが一般的である。
メッキ層２０のプリズム面２４が転写されて可変プリズム導光板のプリズム面を形成するが、メッキ層２０のプリズム面２４には寿命があるため、一定の数量の導光板を作成後は再加工の必要がある。再加工の際は一旦メッキ層２０のプリズム面２４を削って平坦にした後プリズム面を再度削り出す手法を取る。そのため再加工にはかなりのメッキ層厚を必要とする。

従来のようにプリズムの深さが最も深いところで７０ミクロンもあった場合はメッキ層を再加工して新たにプリズム面を削り出すことは不可能であった。本発明の可変プリズム導光板においてはプリズムの深さを２０ミクロン以下、場合によっては１０ミクロン以下に押さえたため、金型の入駒のメッキ厚に対して加工深さを浅くでき、プリズム面をメッキ層２０上に再加工して現出させることが可能になった。このためメッキ駒２２にメッキ層を再形成しなくともプリズム面を再加工することが可能となり、再形成費用の削減、必要時間の短縮に大きな効果を生じた。
このようにメッキ層の厚さをプリズム深さの５倍以上、望ましくは１０倍以上としたことにより、再形成費用の削減、必要時間の短縮に大きな効果を生じている。

以上説明したように、導光板のほぼ全面に深さが一定で角度、ピッチが変化するプリズムを設けることで、バックライトユニットの輝度上昇、輝度ムラ、分布の改善を図ることが出来た。
またプリズムの深さを浅くすることで成形材料の流動性を改善して、薄肉タイプの導光板においても良品率の改善が可能になった。
さらに、導光板のプリズムピッチを導光板内で変化させたため、液晶表示パネルとの干渉縞の発生を抑える事が出来た。
さらにまた、プリズムの深さを一定にかつ浅くすることで金型の再研磨、再加工を可能にし、再加工におけるリードタイムの短縮、コストダウンを可能とした。

このように本発明は、携帯電話・ＰＤＡ等用の小型液晶ディスプレイを照明する照明装置に用いられる導光板のように、例えば総厚が１ｍｍであるような、総厚に対してプリズム深さの割合が大きな導光板に顕著な効果を生じる。
特に層厚を０．６ｍｍ以下にする必要がある薄型導光板においては効果はさらに顕著である。
前者の場合はプリズムの深さを例えば２０ミクロン以下とし、後者の場合はプリズムの深さを例えば１０ミクロン程度としている。

本発明による可変プリズム導光板の断面図である。 本発明による可変プリズム導光板を製造する金型の一部を説明する図である。 現在用いられている、液晶ディスプレイを照明する照明装置を説明する図である。 従来からの導光板の基本的な構造を示した図である。 従来の導光板を説明する図である。 従来の導光板を製造する金型の入駒の断面を示した図である。

符号の説明

１０ 可変プリズム導光板
１６ プリズム
Ｄ３ 可変プリズム導光板の総厚
Ｄ１ プリズムの深さ
１２ 光源
１８ ゲート部分

Claims (5)

1. 小型受光型ディスプレイの照明用に用いる導光板において、該導光板に深さが一定でピッチが変化するプリズムを導光板のほぼ全面に設けたことを特徴とする可変プリズム導光板。
2. 前記導光板の総厚は１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の可変プリズム導光板。
3. 前記プリズムの深さを２０ミクロン以下に押さえたことを特徴とする請求項１記載の可変プリズム導光板。
4. 前記可変プリズム導光板は該可変プリズム導光板の側面に置いた発光ダイオードを光源とし、前記ピッチは該光源に近い領域では遠い領域よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の可変プリズム導光板。
5. 該可変プリズム導光板は射出成形で製造され、該成形の際成形材料が注入されるゲート部分は、前記光源の反対側の辺に設けられていることを特徴とする請求項１記載の可変プリズム導光板。
   

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