JP2007299692A - 導光体およびそれを用いた発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光装置あたりの発光素子の減少に伴う輝度ムラ問題の顕在化と、発光装置の大型化に伴い、導光体の加工に時間が係り過ぎることを解消する。
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる導光体は、少なくとも導光体の内部に発光素子からの光を入射する入射面と、入射面から入射された光を出射面側に反射する反射面と、導光体の外部に光を出射する出射面と、を有する導光体において、前記反射面はドットを有し、前記ドットが、入射面に近接する側から離間するにしたがって除除に密度が高くなる第1のドットと、該第1のドットよりも高さが高い第２のドットと、を備えることを特徴とする。
ドットとして密度差と高さの差とにより、輝度ムラを改善することが可能になる。さらに第1のドットは全体的に形成するため簡便な方法を用いることによって製造時間の短縮が可能であり、第２のドットを所定個所に形成することにより輝度ムラを改善することが可能となる。

【選択図】 図１

Description

本発明は、導光体およびそれと点光源とを組み合わせた発光装置に関する。

近年、液晶ディスプレイのバックライトとして、発光素子からの光を、板状導光体の側面より入射して、導光体の主面から出射する発光装置が利用されるようになってきている。

このような発光装置は、発光素子からの光が点光源である。よって蛍状の輝度ムラが発生する問題が生じていた。その問題の解決案として、導光板の所定の部位にドットを形成して輝度ムラを低減する方法が提案されている。

特開２００２−０４２５２９号公報。

しかし、導光板の所定の位置に任意にドットを形成することは難しく、完全には輝度ムラをなくすことは出来なかった。

さらに、発光装置の大型化により、加工すべき導光板も大型化することになり、従来の方法では加工時間が係り過ぎることとなった。

本発明は、輝度ムラ問題の解消と、部位ごとに最適な加工方法を採用することにより導光体の性能向上および製造時間の短縮を目的とする。

以上の目的を達成するため、本発明にかかる導光体は、少なくとも導光体の内部に発光素子からの光を入射する入射面と、入射面から入射された光を出射面側に反射する反射面と、導光体の外部に光を出射する出射面と、を有する導光体において、前記反射面はドットを有し、前記ドットが、入射面に近接する側から離間するにしたがって除除に密度が高くなる第1のドットと、該第1のドットよりも高さが高い第２のドットと、を備えることを特徴とする。ドットとして密度差と高さの差とにより、輝度ムラを改善することが可能になる。さらに第1のドットは全体的に形成するため簡便な方法を用いることによって製造時間の短縮が可能であり、第２のドットを所定個所に形成することにより輝度ムラを改善することが可能となる。第1のドットの高さよりも第２のドットの高さを高くすることにより第２のドットで大きく輝度の修正を加えることが可能になる。

また本発明にかかる導光体は、少なくとも導光体の内部に発光素子からの光を入射する入射面と、入射面から入射された光を出射面側に反射する反射面と、導光体の外部に光を出射する出射面と、を有する導光体において、前記反射面はドットを有し、前記ドットが、入射面に近接する側から離間するにしたがって除除に密度が高くなる第1のドットと、該第1のドットよりも高さが低い第２のドットと、を備えることを特徴とする。

ドットとして密度差と高さの差とにより、輝度ムラを改善することが可能になる。さらに第1のドットは全体的に形成するため簡便な方法を用いることによって製造時間の短縮が可能であり、第２のドットを所定個所に形成することにより輝度ムラを改善することが可能となる。第1のドット高さよりも第２のドットの高さを低くすることにより第２のドットで輝度の微調整をすることが可能になる。

また前記第２のドットが入射面付近に部分的に形成されている。これにより入射面側には発光素子が部分的に列状に配置されているのであるが、一般に発光素子は一定の配光特性を有しているため、発光素子の前方は明るくなるのに対して、発光素子間は暗くなる。この輝度ムラを改善するために、暗部に該当する導光体の部位に特定のドットを形成することにより、輝度ムラを改善可能となる。

また前記第２のドットが中央部に形成されている。導光体が発光装置に使用される際し、静止画用の発光装置であれば看者の意識は全体的に行き渡るが、動画用の発光装置であれば患者の意識は中央に集中することになり中央部の輝度が高い発光装置がより好ましい。また前記第１のドットは、金型にブラスト加工することにより形成されたドットが射出成形により転写されたドットである。ブラスト加工により、金型に対するドット形成が短時間で行なうことが可能である。

また前記第２のドットは、金型にレーザ加工することにより形成されたドットが射出成形により転写されたドットである。レーザ加工により、任意な位置に精密に加工することが可能になる。

さらにまた本発明にかかる光学装置は、発光素子と、該発光素子と光学的に接続された請求項１乃至５のいずれか１項に記載の導光体と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る導光体により、従来の導光体等と比較して輝度ムラが少なく、短時間で作製可能な導光体およびそれを用いた発光装置を提供可能となる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための導光体および面発光装置を例示するものであって、本発明は導光体および面発光装置を以下に限定するものではない。また、各図面に示す部材の大きさや位置関係などは説明を明確にするために誇張しているところがある。

＜第１の実施の形態＞
図１は、第1の実施の形態における導光体１を示す。図１は発光装置１０００を示している。（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図である。

１０１は導光体、１０１ａは第１のドットを示し、１０１ｂは第２のドットを示す。１０３は発光素子を模式的に表している。１０５は入射面、１０７は反射面、１０９は出射面をそれぞれ示す。

１０１ａに関しては、入射面から離間するに従ってドット密度が除除に高密度にする。１０１ａのドットサイズはＲａ＝０．１μｍ〜１０μｍ、Ｒｙ＝１μｍ〜１００μｍである。

１０１ｂに関しては図１（ａ）には３角形状で図示しているが、形状に関しては発光素子１０３の配光特性によって形状が変化する。発光素子の点灯時に入射面付近に暗部や輝度ムラが発生しないように適宜選択する。

１０１ｂはドット密度を段階的に調整することにより、１０１ａのドットとの境界を目立ちにくく出来る。１０１ｂのドットサイズはＲａ＝０．１５μｍ〜１５μｍ、Ｒｙ＝１．５μｍ〜１５０μｍである。大きく輝度の補正をする場合は１０１ａの１．５倍程度大きいことが好ましく、微調整をする場合は１０１ａの０．５倍程度が好ましい。

また第1のドットと第２のドットは重ねて形成してもよいし、領域を分けて形成しても良い。

また第１のドットと第２のドットの形成部位は反射面のみならず出射面側にも適用することが出来る。その場合、反射面側にも２種類の加工を施しても良いし、１種類の加工を施しても良い。導光体が大型のものや導光体の出射面に対する表示部の比率を大きくしたものは反射面側の加工のみでは十分ではなく、出射面側も同様に加工することにより、好適に作用する。また出射面側の全面にブラスト加工を施すことにより拡散板の作用効果を導光体に兼用させることも可能となる。

以下に各構成部材に関して詳述する。

（発光素子１０３）
発光素子とは、発光ダイオードチップがパッケージや基板に実装され、樹脂等により発光ダイオードチップが封止されたものを言う。

発光ダイオードチップは、基板上にＧａＡｌＮ，ＺｎＯ，ＺｎＳｅ，ＳｉＣ，ＧａＰ，ＧａＡｌＡｓ，ＡｌＮ，ＩｎＮ，ＡｌＩｎＧａＰ，ＩｎＧａＮ，ＧａＮ，ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成されたものが用いられる。

（導光体１０１）
導光体の入射面は図１において平面形状に図示しているが、発光素子と面している部位に関しては切り欠き形状等にすることにより発光素子からの入射光を広げることが可能となり、第２のドット１０１ｂの領域を少なくすることが可能となる。また発光素子がレンズ付きの場合はレンズ形状に合わせて形成することが好ましい。

導光体の反射面は上述のようにドット形成される。図１（ｂ）は反射面と出射面が平行するように記載しているが、入射面から離間するに従って反射面と出射面が近づくように形成しても良い。さらに図示しないが、反射促進部材を形成するとさらに好ましい。反射促進部材としては、白色の塗料（例えば硫酸バリウム等）や白色のメッキ（例えば白色アルマイト等）や、白色のシート（例えばポリプロピレン）等が使用される。さらにＡｇ，Ａｌ，ＮＩ，Ａｕ，Ｃｕ等の金属、又は、ＳｉＯ２／ＺｒＯ２、若しくは、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２等の金属酸化膜が使用される。金属酸化膜を使用する場合は、波長と膜厚の間に依存性がある。酸化膜は高屈折率と低屈折率の酸化膜を１対として積層していく。膜厚（ｄ）と屈折率（ｎ）、波長（λ）との関係はλ＝４ｎｄの関係を充足する必要がある。発光素子が複数の波長を有する場合は、全ての波長に対して上記式を充足するように直列的に金属酸化膜を形成するのが好ましい。

導光体の材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶質ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ノルボルネン系樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等が挙げられる。

（導光体の形成方法その１）
図２に導光体の作製方法を示す。第１のドットは金型にブラスト加工することにより行なう。ブラスターを走査させることにより全面にブラスト加工することが可能になる。ブラスト加工の幅は好ましくは１〜３０ｍｍ程度、さらに好ましくは２〜１０ｍｍであり、好ましくは０．５〜１５ｍｍ程度、さらに好ましくは１〜５ｍｍ程度の範囲でブラスト幅以下の範囲でブラスト加工の幅をずらして走査する。またドット密度の高くしたい部分に関しては繰り返してブラスターを繰り返し走査したり、ゆっくり走査したり、ブラスト材の吹き付け量を変更することにより実現可能となる。ブラスト加工はレーザ加工に比べて短時間に加工可能である。

ブラスト材としては、金属粉やセラミック粉（Ａｌ２Ｏ３粉、ＳｉＣ粉等）が用いられる。セラミック粉の方が角張っているためブラスト効果が大きい。角張ったドットを作製するにはセラミック粉が好適に用いられる。
ブラスト材の大きさは、１０μｍ〜４００μｍが好適に用いられ、さらに好ましくは５０μ〜３００μｍがさらに好適に用いられる。ドットの幅はブラスト材の大きさに起因し、ドットの幅に対する高さはブラスト材の硬度と速度、形状に起因するため最適な条件を選定する。

第２のドットは金型にレーザ加工することにより行なう。レーザは金型を加工できるものであれば特に限定されないが、好適にはＹＡＧレーザが用いられる。またレーザ加工はブラスト加工に比較してより精密・正確にドットを形成することが可能である。

このように形成された金型に対になる金型を合わせ、樹脂を射出成形により得られる。射出成形時に金型のドットが導光体に転写される。

（導光体の形成方法その２）
第１のドットと第２のドットの両方をブラスト加工により形成してもよい。ブラスト材の硬度と速度、形状、重量を異ならせることでドット高さを調整することが可能である。第1のドットと第２のドットは加工領域を重ね合わせても良いし、領域ごとに重ね合わせず分けて加工しても良い。
重ねて加工する場合は、大きなドットを形成した後に小さなドットを形成すると大きなドット内部に小さなドットを形成することが可能となり、微細な加工が可能となる。

また小さなドットを形成した後に大きなドットを形成すると大きなドットを形成する時に小さなドットの影響は受けにくいため容易に加工することが可能となる。

さらに第１のドットと第２のドットを領域ごとに重ね合わせず加工する場合、第１のドットと第２のドットに関して互いの形成時の影響を考慮することなく設計することが可能となる。

（導光体の形成方法その３）
第１のドットと第２のドットの両方をレーザ加工により形成してもよい。レーザ光の波長、出力、レンズでの絞り角を適宜選択することによってドットのサイズや高さを調整可能である。第１のドットは第２のドットに対して広い面積に多数形成することが必要であるため、加工速度の速いレーザ加工機が好適に使用される。第２のドットは調整用であるため、加工位置、加工サイズ等が任意に設定できるレーザ加工機が好適に使用される。

＜第２の実施の形態＞
図３は、第２の実施の形態における導光体３０１を示す。発光装置は３０００で示している。（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図である。

導光体の反射面中央部に第２のドット３０１ｃを設ける以外は第１の実施の形態と同じである。３０１ｃに関しては動画用の発光装置に使用する場合に好適に使用される。

＜第３の実施の形態＞
図４は、第３の実施の形態における導光体４０１を示す。発光装置は４０００で示している。入射面を導光体の両端面に対抗する位置に配置させる。第1のドットに関しては入射面から離間するに従ってドット密度が除除に高密度にするため、中央付近が最も高密度になる。それ以外は第1の実施の形態と同じである。大型の発光装置により好適に使用される。

本発明に係る導光体により、従来の導光体等と比較して輝度ムラが少なく、短時間で作製可能な導光体を提供可能となる。

本発明に係る発光装置の一実施形態を示す図である。 本発明に係る導光体の作製方法を示す図である。 本発明に係る発光装置の一実施形態を示す図である。 本発明に係る発光装置の一実施形態を示す図である。

符号の説明

101,301,401・・・導光体
103,303,403・・・発光素子
101a,301a,401a・・・第１のドット
101b,301b,301c,401b・・・第２のドット
103,303,403・・・発光素子
105,305・・・入射面
107,307・・・反射面
109,309・・・出射面
211・・・ブラスター
211a・・・ブラスト
213・・・レーザ加工機
213a・・・レーザ光
215a・・・金型a
215b・・・金型b

Claims (7)

1. 少なくとも導光体の内部に発光素子からの光を入射する入射面と、入射面から入射された光を出射面側に反射する反射面と、導光体の外部に光を出射する出射面と、を有する導光体において、
   前記反射面はドットを有し、
   前記ドットが、入射面に近接する側から離間するにしたがって除除に密度が高くなる第1のドットと、
   該第1のドットよりも高さが高い第２のドットと、を備えることを特徴とする導光体。
   
2. 少なくとも導光体の内部に発光素子からの光を入射する入射面と、入射面から入射された光を出射面側に反射する反射面と、導光体の外部に光を出射する出射面と、を有する導光体において、
   前記反射面はドットを有し、
   前記ドットが、入射面に近接する側から離間するにしたがって除除に密度が高くなる第1のドットと、
   該第1のドットよりも高さが低い第２のドットと、を備えることを特徴とする導光体。
   
3. 前記第２のドットが入射面付近に部分的に形成されている請求項１又は２に記載の導光体。
   
4. 前記第２のドットが中央部に形成されている請求項１乃至３のいずれか1項に記載の導光体。
   
5. 前記第１のドットは、金型にブラスト加工することにより形成されたドットが射出成形により前記導光体に転写されたドットである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の導光体。
   
6. 前記第２のドットは、金型にレーザ加工することにより形成されたドットが射出成形により前記導光体に転写されたドットである請求項１乃至５いずれか１項に記載の導光体。
   
7. 発光素子と、該発光素子と光学的に接続された請求項１乃至６のいずれか１項に記載の導光体と、を備えたことを特徴とする発光装置。

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