JP2008268982A

JP2008268982A - 導光板および平面照明装置

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Publication number: JP2008268982A
Application number: JP2008196292A
Authority: JP
Inventors: Kariru Karantaru; カリルカランタル; Tadaaki Nakane; 忠明中根
Original assignee: Nippon Leiz Corp
Current assignee: Nippon Leiz Corp
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2008-11-06

Abstract

【課題】導光板を挟んで一対の光源を配置した平面照明装置では、導光板の中央部から出射する光量が相対的に不足し、導光板の表面部全域から出射する光量分布が不均一となる。
【解決手段】光源１４，１５からの光が導入される一対の入射端面部１２，１３と、これら入射端面部１２，１３から導入された光を出射する表面部１８と、表面部１８と反対側に位置する裏面部２５と、表面部１８および裏面部２５の内の少なくとも一方に形成される多数の光偏向部２０とを具えた本発明による導光板１１は、一方の入射端面部１２から他方の入射端面部１３に沿った単位面積当りの光偏向部２０の割合が２つのガウス分布Ａ，Ｂに設定され、第１のガウス分布ＡのピークＰAが一方の入射端面部１２とここから他方の入射端面部１３に至る導光板１１の中央との間に位置すると共に第２のガウス分布ＢのピークＰ_Ｂが他方の入射端面部１３と導光板１１の中央との間に位置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、側端面から導入した光を表面から均一に出射させるための導光板およびこの導光板を用いた平面照明装置に関し、特に大型の透過型液晶ディスプレイのバックライト光源として好適なものである。

透過型液晶ディスプレイのバックライト光源などに使用される平面照明装置は、光源である冷陰極管（ＦＣＬ）やＬＥＤアレイなどの光を透明な導光板の側端面から導き、導光板内での光の全反射などを利用して導光板の表面部あるいは裏面部全域から均一に出射させるようにしたものであり、透過型液晶ディスプレイの大きさに対応して対角線長が１４インチ程度以下のものが一般的である。

このような従来の導光板および平面照明装置においては、導光板の側端面から光を導入しているため、導光板の表面部からの出射光量がこの側端面から遠ざかるほど減衰する傾向を有する。このため、導光板の表面部全域から均一に光を出射させる目的で、導光板内を伝播する光を導光板外に出射するように偏向させる微細な凹凸を持つ光偏向部を導光板の表面部および／または裏面部に形成し、光源からの光が導入される導光板の速端面から遠ざかるほど光偏向部の量を多く設定している。

すなわち、導光板の入射端面からの位置と、単位面積当りに占める光偏向部の面積、つまり占有率との関係を図６および図７に示す。図７に示したものは、入射端面と対向する端面からの反射光によって、この端面部近傍から出射する光量が増大する傾向を持つため、この端面近傍における光偏向部の占有率を低下させることにより、さらに均一な光の出射を企図している。

近年、対角線長が１５インチを越える大型の透過型液晶ディスプレイの製造が可能となっており、これに伴って導光板を挟んで一対の光源を対向させ、導光板の両側端面から光を入射させることにより、大型の透過型液晶ディスプレイであっても充分な光量を確保できるように配慮している。同時に、その表面部から均一な分布の光量が出射されるように、図６および図７に示した光偏向部の分布が左右対称となるようにした導光板を用いることも考えられている。

導光板を挟んで一対の光源を配置した平面照明装置において、導光板の一方の側端面から光を入射させる型式の平面照明装置における図６および図７に示した光偏向部の占有率の分布状態を左右対称にした場合、導光板の入射端面部近傍から出射する光量が相対的に増大する上、導光板の表面部全域から出射する光量分布が不均一となってしまうことが判明した。

特に、図６の分布状態を採用したものでは、一対の入射端面部近傍における導光板の表面部からの出射光量が著しく多くなってしまい、液晶ディスプレイの輝度分布を均一にすることができないばかりか、輝度むらによる視認性の低下をもたらすこととなる。図７の分布状態を採用したものでは、このような不具合は軽減されるものの、何れにしろ液晶ディスプレイの輝度分布をほぼ均一にすることができず、良好な視認性を得ることが困難である。

本発明の目的は、一対の光源を用いて導光板の両側端面から光を入射させるようにした平面照明装置において、導光板の表面部からの出射光量の分布を均一化し得る導光板およびこの導光板を用いた平面照明装置を提供することにある。

本発明の第１の形態は、光源からの光がそれぞれ導入される一対の対向する入射端面部と、これら一対の入射端面部から導入された光を出射する表面部と、この表面部と反対側に位置する裏面部と、前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成される多数の光偏向部とを具えた導光板であって、一方の前記入射端面部から他方の前記入射端面部に沿った単位面積当りの前記光偏向部の割合が２つのガウス分布に設定され、第１の前記ガウス分布のピークが前記一方の入射端面部とこの一方の入射端面部から前記他方の入射端面部に至る導光板の中央との間に位置すると共に第２の前記ガウス分布のピークが前記他方の入射端面部と導光板の中央との間に位置していることを特徴とするものである。

本発明の第２の形態は、光が出射する表面部と、この表面部の反対側に位置する裏面部と、これら表面部および裏面部を挟んで対向する一対の入射端面部とを有する導光板と、
この導光板の前記一対の入射端面部に向けて照明光をそれぞれ投射する一対の光源と、
前記導光板の前記表面部および前記一対の入射端面部以外の部分を覆う光反射シートとを具えた平面照明装置であって、
一方の前記入射端面部から他方の入射端面部に沿った単位面積当りの前記光偏向部の割合が２つのガウス分布に設定され、第１の前記ガウス分布のピークが前記一方の入射端面部とこの一方の入射端面部から前記他方の入射端面部に至る導光板の中央との間に位置すると共に第２の前記ガウス分布のピークが前記他方の入射端面部と導光板の中央との間に位置していることを特徴とするものである。

本発明においては、導光板の一方の入射端面部から他方の入射端面部にかけて光偏向部が２つのガウス分布にて形成されており、各入射端面部近傍は光偏向部がほとんど存在しない傾向になる。表面部から出射する光量は、入射端面部からの距離と、光偏向部のガウス分布とにほぼ依存することとなる。

本発明において、第１のガウス分布のピークを一方の入射端面部側よりも導光板の中央寄りに偏倚させると共に第２のガウス分布のピークを他方の入射端面部側よりも導光板の中央寄りに偏倚させるようにしてもよい。これによって、２つのガウス分布のピークが導光板の中央部に近接状態で位置し、一方の入射端面部から他方の入射端面部までの距離の長い大型の導光板であっても、その表面部からの出射光量が平均化されることとなる。

また、第１のガウス分布の他方の入射端面部側と、第２のガウス分布の一方の入射端面部側とが重なり合わないようにすることも可能である。この場合、導光板の中央部から出射する光量が抑制されて表面部から出射する光の輝度分布が平均化されることとなる。

本発明によると、一方の入射端面部から他方の入射端面部に沿った単位面積当りの光偏向部の割合を２つのガウス分布で設定し、第１のガウス分布のピークを一方の入射端面部とこの一方の入射端面部から他方の入射端面部に至る導光板の中央との間に位置させると共に第２のガウス分布のピークを他方の入射端面部と導光板の中央との間に位置させるようにしたので、導光板の大きさに左右されずにその表面部から光を均一に出射させることができ、光源の輝度に対応した均一な輝度分布を得ることができる。

第１のガウス分布のピークを一方の入射端面部側よりも導光板の中央寄りに偏倚させ、第２のガウス分布のピークを導光板の中央寄りに偏倚させるようにした場合には、大きな導光板でもその表面部から光をより均一に出射することができ、光源の輝度に対応した均一な輝度分布を得ることができる。

第１のガウス分布の他方の入射端面部側と、第２のガウス分布の一方の入射端面部側とが重なり合わないようにした場合には、方向性を持った光偏向部を用いることにより、導光板の大きさが非常に大きなものであってもその表面部から光をより均一に出射することができ、光源の輝度に対応した均一な輝度分布を得ることができる。

本発明を透過型液晶ディスプレイのバックライト光源に応用した実施形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態に限らず、これらをさらに組み合わせたり、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。

本実施形態における平明照明装置を分解状態で図１に示す。すなわち、本実施形態における平面照明装置は、矩形の板状をなす導光板１１と、この導光板１１の一対の対向する入射端面部１２，１３から照明用の光を入射させる一対の線状をなす光源１４，１５と、これら光源１４，１５をそれぞれ囲む一対のリフレクタ１６，１７と、導光板１１の入射端面部１２，１３および表面部１８以外の導光板１１の部分を覆う光反射シート１９とを有する。

本実施形態における導光板１１は、屈折率が１.４〜１.７程度の透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）などで形成され、導光板１１内を伝播する光を表面部１８から出射させるための光偏向部２０が表面部１８に無数に突設されている。

本実施形態における光源１４，１５はＣＦＬ（冷陰極管）などで構成され、図示しない電源に接続される。また、この光源１４，１５を囲むリフレクタ１６，１７は、白色の絶縁性材料や、アルミニウムなどの金属を蒸着したシート、あるいは金属板などで形成され、光源１４，１５からの光を反射してその反射光を導光板１１の入射端面部１２，１３に入射させる機能を持つ。

また、本実施形態における光反射シート１９は、熱可塑性樹脂に例えば酸化チタンのような白色材料を混入したものや、熱可塑性樹脂のシートにアルミニウムなどの金属蒸着を施したもの、金属箔を積層したものの他、シート状金属などで構成され、入射端面部１２，１３および表面部１８以外の導光板１１の部分から出射した光を反射または乱反射し、再び導光板１１内に入射させて最終的に光源１４，１５からの光のすべてを表面部１８から出射させるようにしている。

光偏向部２０の外観を拡大した図２に示すように、本実施形態における光偏向部２０は、表面部１８に対して垂直に投影した輪郭形状が二等辺三角形をなし、表面部１８からほぼ垂直に立ち上がる一対の垂直錐面２１，２２と、底辺２３が入射端面部１２，１３と平行となるように表面部１８に対して傾斜した傾斜錐面２４とを有し、この傾斜錐面２４が一方の入射端面部１２側を向くものと、他方の入射端面部１３側を向くものとの２種類がある。

入射端面部１２，１３から導光板１１内に入射した光は、０≦｜γ｜≦sin^-1(１/ｎ)を満たす屈折角γ（例えば、０°〜±４２°）で導光板１１内を伝播し、特に臨界角近傍の光が光偏向部２０に入射すると、その一部が垂直錐面２１，２２から導光板１１の外側に屈折しつつ出射する。つまり、光偏向部２０は導光板１１内を伝播する光の一部を表面部１８の外側に出射させる機能を持つので、光偏向部２０の分布を調整することによって、表面部１８からの光の出射状態を変えることができる。

一方の入射端面部１２から他方の入射端面部１３に至る導光板１１の表面部１８の位置と、単位面積当りに占める光偏向部２０の面積（表面部１８に対して垂直に投影した場合の投影面積）の和の割合（以下、これを光偏向部２０の占有率と呼称する）との関係を図３に示す。すなわち、本実施形態では傾斜錐面２４が一方の入射端面部１２側を向く光偏向部２０は、ガウス分布Ａとなるように設定され、傾斜錐面２４が他方の入射端面部１３側を向く光偏向部２０は、ガウス分布Ｂとなるように設定されている。これら２つのガウス分布Ａ，ＢのピークＰ_Ａ，Ｐ_Ｂは、２％〜１０％の占有率に設定され、導光板１１の中央部にてこれら２つのガウス分布Ａ，Ｂが重なり合うことなく、つながった状態となっている。

本実施形態では、一方の入射端面部１２からこの入射端面部１２に近接する一方のガウス分布ＡのピークＰ_Ａまでの距離Ｌ_Ａおよび他方の入射端面部１３からこの入射端面部１３に近接する他方のガウス分布ＢのピークＰ_Ｂまでの距離Ｌ_Ｂは、これらのピークＰ_Ａ，Ｐ_Ｂから導光板１１の中央までの距離Ｌ_ＡＯ，Ｌ_ＢＯよりも長く設定されており、２つのガウス分布Ａ，ＢのピークＰ_Ａ，Ｐ_Ｂが導光板１１の中央側に偏倚した状態となっている。なお、本実施形態ではＬ_Ａ＝Ｌ_Ｂであり、Ｌ_ＡＯ＝Ｌ_ＢＯである。

本実施形態では、導光板１１の中央における光偏向部２０の占有率が０％となっているが、光偏向部２０の形状を図２に示すような２種類の三角錐に設定しているので、上述したように光偏向部２０からの光の出射方向に方向性を持たせることが可能であり、導光板１１の中央側にその出射光が方向付けられる結果、導光板１１の表面部１８のほぼ全域に亙ってこの表面部１８からの出射光量をほぼ均一化させることができる。

このように、光偏向部２０の形状、つまり光の偏向特性に応じて２つのガウス分布Ａ，ＢのピークＰ_Ａ，Ｐ_Ｂの位置を調整し、導光板１１の表面部１８のほぼ全域に亙ってこの表面部１８からの出射光量をほぼ均一化させることが好ましい。このような観点から、ガウス分布Ａ，Ｂは完全な正規分布である必要はない。また、２つのガウス分布Ａ，Ｂの一部を相互に重ね合うようにすることも可能である。さらに、上述した実施形態では、光偏向部２０を表面部１８側にのみ形成したが、これと対向する裏面部２５側にのみ形成するようにしてもよく、表面部１８と裏面部２５とに形成するようにしてもよい。また、三角錐状の光偏向部２０に代えて他の任意の形状の光偏向部２０を採用することも可能である。

このような本発明による導光板１１の他の実施形態の裏面部２５側の断面構造を図４に示すが、先に説明した実施形態と同一機能の部分にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施形態における光偏向部２０は、所定曲率半径Ｒの球面の一部で構成され、裏面部２５に対するその占有率が図５に示すような２つのガウス分布Ｃ，Ｄとなるように設定されている。本実施形態では、２つのガウス分布Ｃ，Ｄは正規分布ではなく、導光板１１の中央部でこれらの一部が重なり合い、図の実線で示す如き２つのピークＰ_Ｃ，Ｐ_Ｄを持った合成状態の分布となり、先の実施形態と同様に、表面部１８から出射する光の輝度分布を均一化することができる。

本発明の一実施形態における平面照明装置の分解斜視図である。図１に示した実施形態における光偏向部の外観を表す斜視図である。図１に示した実施形態における光偏向部の分布状態を表すグラフである。本発明による光偏向部の他の実施形態を表す導光板の断面図である。本発明の導光板における光偏向部の分布状態の他の例を表すグラフである。従来の導光板における光偏向部の分布状態の一例を表すグラフである。従来の導光板における光偏向部の分布状態の他の例を表すグラフである。

符号の説明

１１導光板
１２，１３入射端面部
１４，１５光源
１６，１７リフレクタ
１８表面部
１９光反射シート
２０光偏向部
２１，２２垂直錐面
２３傾斜錐面の底辺
２４傾斜錐面
２５裏面部
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄガウス分布
Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ，Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄガウス分布のピーク
Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂピークから入射端面部までの距離
Ｌ_ＡＯ，Ｌ_ＢＯピークから導光板の中央までの距離

Claims

光源からの光がそれぞれ導入される一対の対向する入射端面部と、これら一対の入射端面部から導入された光を出射する表面部と、この表面部と反対側に位置する裏面部と、前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成される多数の光偏向部とを具えた導光板であって、
一方の前記入射端面部から他方の前記入射端面部に沿った単位面積当りの前記光偏向部の割合が２つのガウス分布に設定され、第１の前記ガウス分布のピークが前記一方の入射端面部とこの一方の入射端面部から前記他方の入射端面部に至る導光板の中央との間に位置すると共に第２の前記ガウス分布のピークが前記他方の入射端面部と導光板の中央との間に位置していることを特徴とする導光板。
前記第１のガウス分布のピークは、前記一方の入射端面部側よりも導光板の中央寄りに偏倚し、前記第２のガウス分布のピークは、前記他方の入射端面部側よりも導光板の中央寄りに偏倚していることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
前記第１のガウス分布の前記他方の入射端面部側と、前記第２のガウス分布の前記一方の入射端面部側とが重なり合っていないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導光板。
光が出射する表面部と、この表面部の反対側に位置する裏面部と、これら表面部および裏面部を挟んで対向する一対の入射端面部とを有する導光板と、
この導光板の前記一対の入射端面部に向けて照明光をそれぞれ投射する一対の光源と、
前記導光板の前記表面部および前記一対の入射端面部以外の部分を覆う光反射シートとを具えた平面照明装置であって、
一方の前記入射端面部から他方の入射端面部に沿った単位面積当りの前記光偏向部の割合が２つのガウス分布に設定され、第１の前記ガウス分布のピークが前記一方の入射端面部とこの一方の入射端面部から前記他方の入射端面部に至る導光板の中央との間に位置すると共に第２の前記ガウス分布のピークが前記他方の入射端面部と導光板の中央との間に位置していることを特徴とする平面照明装置。
前記第１のガウス分布のピークは、前記一方の入射端面部側よりも導光板の中央寄りに偏倚し、前記第２のガウス分布のピークは、前記他方の入射端面部側よりも導光板の中央寄りに偏倚していることを特徴とする請求項４に記載の平面照明装置。
前記第１のガウス分布の前記他方の入射端面部側と、前記第２のガウス分布の前記一方の入射端面部側とが重なり合っていないことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の平面照明装置。