JP2009087762A - 導光板、導光板ユニットおよび面状照明装置 - Google Patents

導光板、導光板ユニットおよび面状照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】薄型な形状であり、かつ光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、大画面の薄型液晶テレビに要求される画面の中央部付近が周辺部に比べて明るい中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる導光板を提供する。
【解決手段】2つの光入射面から光射出面の中央に向かうに従ってそれぞれ光射出面からの距離が遠くなる対称な2つの傾斜背面と、2つの傾斜背面を接合する湾曲部とを有し、その内部に伝搬する光を散乱する散乱粒子を含み、2つの光入射面間の長さ、光入射面の厚み、湾曲部の中央の厚み、湾曲部の曲率半径および傾斜背面のテーパが所定範囲を満足し、散乱粒子の粒径および密度が所定範囲を満足し、光の利用効率が55%以上、光射出面の輝度分布の中高度合が0%超25以下であることにより、上記課題を解決する。
【選択図】図10

Description

本発明は、液晶表示装置などに用いられる導光板、これを用いる導光板ユニットおよびこれらを用いる面状照明装置に関する。
液晶表示装置には、液晶表示パネルの裏面側から光を照射し、液晶表示パネルを照明するバックライトユニットが用いられている。バックライトユニットは、照明用の光源が発する光を拡散して液晶表示パネルを照射する導光板、導光板から出射される光を均一化するプリズムシートや拡散シートなどの部品を用いて構成される。
現在、大型の液晶テレビのバックライトユニットは、照明用の光源の直上に導光板を配置した、いわゆる直下型と呼ばれる方式が主流である(例えば、特許文献1参照)。この方式では、光源である冷陰極管を液晶表示パネルの背面に複数本配置し、内部を白色の反射面として均一な光量分布と必要な輝度を確保している。
しかしながら、直下型のバックライトユニットでは、光量分布を均一にするために、液晶表示パネルに対して垂直方向の厚みが30mm程度必要であり、これ以上の薄型化が困難である。
一方、コンピュータなどに用いられる小型の液晶モニタにおいては、小型化、薄型化のために、平板型導光板を用いたサイドライト方式が用いられている。また、薄型のバックライトユニットして、光源から遠ざかるにつれて厚みが薄くなる導光板を用いる方式、例えばタンデム方式やなども提案されている(例えば、引用文献2から4参照。)。
実開平5−4133号公報 特開平2−208631号公報 特開平11−288611号公報 特開2001−312916号公報
しかしながら、光源から遠ざかるにつれて厚みが薄くなる導光板を用いるタンデム方式などのバックライトユニットでは、薄型のものを実現することが可能であるが、冷陰極管とリフレクタの相対寸法の関係により光利用効率で直下型より劣っているという問題があった。また、導光板に形成された溝に冷陰極管を収容する形状の導光板を用いる場合、冷陰極管から遠ざかるにつれて厚みを薄くする形状とすることはできるが、導光板の厚みを薄くすると、溝に配置された冷陰極管の直上における輝度が強くなり、光出射面の輝度むらが顕著になるという問題があった。また、これらの方式の導光板は、いずれも、形状が複雑となるため、加工コストがアップし、大型、例えば、画面サイズが37インチ以上、特に、50インチ以上の液晶テレビのバックライト用の導光板とした時には、高コストとなってしまうという問題があった。
一方、平板型導光板を用いたサイドライト方式では、入射光を光射出面から効率よく射出させるために、内部に微小な散乱粒子を分散させている。このような平板形状の導光板では、散乱微粒子を均一に分散させても大画面化すると、散乱微粒子濃度が0.30wt%であれば、光利用効率83%を確保できるが、図9に実線で示す照度分布のように、中央部が暗くなり、明るさにムラ、すなわち輝度ムラが生じ、視認されてしまうという問題があった。
この輝度ムラを平坦にするためには、散乱微粒子の濃度を下げて先端からの漏れ光を増やす必要があり、結果として利用効率の低下を生じ、また、輝度も低下するという問題があった。例えば、同一条件で、散乱微粒子濃度を0.10wt%とすれば、図9に点線で示すように、輝度ムラを大幅に低減できるが、輝度が低下し、光利用効率も43%に低下するという問題があった。
さらに、大型の液晶テレビなどの大型ディスプレイに求められる光出射面上の明るさの分布は、画面の中央部付近が周辺部に比べて明るい分布、いわゆる中高な分布、例えば釣鐘状の分布である。しかしながら、散乱微粒子が分散した平板形状の導光板では、散乱微粒子の濃度を下げて平坦な明るさの分布を得ることはできるが、中高な明るさの分布を実現することはできないという問題があった。
さらに、薄型バックライト用に、タンデム方式の導光板とは逆に、光源から遠ざかるにつれて厚みが厚くなる導光板を用いることも考えられているが、薄型化が可能で、画面全体に平坦な輝度が得られているものの、大画面の薄型液晶テレビに要求される画面の中央部付近が周辺部に比べて明るい分布、いわゆる中高な明るさの分布を得ることについては全く開示がなく、全く考慮だにされていないという問題があった。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、薄型な形状であり、かつ光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、大画面の薄型液晶テレビに要求される画面の中央部付近が周辺部に比べて明るい分布、いわゆる中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる導光板、これを用いる導光板ユニットおよびこれらを用いる面状照明装置を提供することにある。
前記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、矩形状の平坦な光射出面と、前記光射出面の対向する2つの長辺をそれぞれ含み、互いに対向する位置に配置される2つの光入射面と、これらの2つの光入射面から前記光射出面の中央に向かうに従ってそれぞれ前記光射出面からの距離が遠くなる対称な2つの傾斜背面と、これらの2つの傾斜背面を接合する湾曲部とを有し、その内部に伝搬する光を散乱する散乱粒子を含む導光板であって、前記2つの光入射面間の導光長が、480mm以上500mm以下であり、前記散乱粒子の粒径が、4.0μm以上、12.0μm以下、前記散乱粒子の濃度が、0.02wt%以上、0.22wt%以下であり、かつ、前記散乱粒子の粒径および濃度が、前記散乱粒子の粒径(μm)を横軸とし、前記散乱粒子の粒子濃度(wt%)を縦軸とするグラフにおいて、6点(4.0,0.02)、(4.0,0.085)、(7.0,0.03)、(7.0,0.12)、(12.0,0.06)および(12.0,0.22)で囲まれる領域内にあり、前記2つの光入射面から入射した光が前記光射出面から射出された割合を示す光の利用効率が55%以上であり、前記光射出面の前記光入射面近傍から射出する光の輝度に対する前記光射出面の中央部から射出する光の輝度の割合を示す前記光射出面の輝度分布の中高度合が、0%超25%以下であることを特徴とする導光板を提供するものである。
前記課題を解決するために、本発明の第2の態様は、矩形状の平坦な光射出面と、前記光射出面の対向する2つの長辺をそれぞれ含み、互いに対向する位置に配置される2つの光入射面と、これらの2つの光入射面から前記光射出面の中央に向かうに従ってそれぞれ前記光射出面からの距離が遠くなる対称な2つの傾斜背面と、これらの2つの傾斜背面を接合する湾曲部とを有し、その内部に伝搬する光を散乱する散乱粒子を含む導光板であって、前記2つの光入射面間の導光長が、515mm以上620mm以下であり、前記散乱粒子の粒径が、4.0μm以上、12.0μm以下、前記散乱粒子の濃度が、0.015wt%以上、0.16wt%以下であり、かつ、前記散乱粒子の粒径および濃度が、前記散乱粒子の粒径(μm)を横軸とし、前記散乱粒子の粒子濃度(wt%)を縦軸とするグラフにおいて、6点(4.0,0.015)、(4.0,0.065)、(7.0,0.02)、(7.0,0.09)、(12.0,0.035)および(12.0,0.16)で囲まれる領域内にあり、前記2つの光入射面から入射した光が前記光射出面から射出された割合を示す光の利用効率が55%以上であり、前記光射出面の前記光入射面近傍から射出する光の輝度に対する前記光射出面の中央部から射出する光の輝度の割合を示す前記光射出面の輝度分布の中高度合が、0%超25%以下であることを特徴とする導光板を提供するものである。
前記課題を解決するために、本発明の第3の態様は、矩形状の平坦な光射出面と、前記光射出面の対向する2つの長辺をそれぞれ含み、互いに対向する位置に配置される2つの光入射面と、これらの2つの光入射面から前記光射出面の中央に向かうに従ってそれぞれ前記光射出面からの距離が遠くなる対称な2つの傾斜背面と、これらの2つの傾斜背面を接合する湾曲部とを有し、その内部に伝搬する光を散乱する散乱粒子を含む導光板であって、前記2つの光入射面間の導光長が、625mm以上770mm以下であり、前記散乱粒子の粒径が、4.0μm以上、12.0μm以下、前記散乱粒子の濃度が、0.01wt%以上、0.12wt%以下であり、かつ前記散乱粒子の粒径および濃度が、前記散乱粒子の粒径(μm)を横軸とし、前記散乱粒子の粒子濃度(wt%)を縦軸とするグラフにおいて、6点(4.0,0.01)、(4.0,0.05)、(7.0,0.01)、(7.0,0.06)、(12.0,0.02)および(12.0,0.12)で囲まれる領域内にあり、前記2つの光入射面から入射した光が前記光射出面から射出された割合を示す光の利用効率が55%以上であり、前記光射出面の前記光入射面近傍から射出する光の輝度に対する前記光射出面の中央部から射出する光の輝度の割合を示す前記光射出面の輝度分布の中高度合が、0%超25%以下であることを特徴とする導光板を提供するものである。
前記課題を解決するために、本発明の第4の態様は、矩形状の平坦な光射出面と、前記光射出面の対向する2つの長辺をそれぞれ含み、互いに対向する位置に配置される2つの光入射面と、これらの2つの光入射面から前記光射出面の中央に向かうに従ってそれぞれ前記光射出面からの距離が遠くなる対称な2つの傾斜背面と、これらの2つの傾斜背面を接合する湾曲部とを有し、その内部に伝搬する光を散乱する散乱粒子を含む導光板であって、前記2つの光入射面間の導光長が、785mm以上830mm以下であり、前記散乱粒子の粒径が、4.0μm以上、12.0μm以下、前記散乱粒子の濃度が、0.008wt%以上、0.08wt%以下であり、かつ前記散乱粒子の粒径および濃度が、前記散乱粒子の粒径(μm)を横軸とし、前記散乱粒子の粒子濃度(wt%)を縦軸とするグラフにおいて、6点(4.0,0.008)、(4.0,0.03)、(7.0,0.009)、(7.0,0.04)、(12.0,0.02)および(12.0,0.08)で囲まれる領域内にあり、前記2つの光入射面から入射した光が前記光射出面から射出された割合を示す光の利用効率が55%以上であり、前記光射出面の前記光入射面近傍から射出する光の輝度に対する前記光射出面の中央部から射出する光の輝度の割合を示す前記光射出面の輝度分布の中高度合が、0%超25%以下であることを特徴とする導光板を提供するものである。
ここで、上記各態様において、前記光射出面からこれに直交する方向の距離である厚みが最も薄い前記光入射面の前記厚みが、0.5mm以上3.0mm以下であり、前記厚みが最も厚い前記湾曲部の中央における前記厚みが、1.0mm以上6.0mm以下であり、前記湾曲部の曲率半径が、6,000mm以上45,000mm以下であり、前記傾斜背面のテーパが、0.1°以上0.8°以下であるのが好ましい。
また、前記光入射面は、表面粗さが380nm未満であるのが好ましい。
前記課題を解決するために、本発明の第5の態様は、上記各態様の導光板と、前記導光板の前記光射出面側に、ここから射出された光を入射させて拡散する拡散機能を備える少なくとも1枚の拡散フィルムを含む光学部材ユニットとを有することを特徴とする導光板ユニットを提供するものである。
ここで、前記光学部材ユニットは、前記導光板の前記光射出面側から順に積層された、前記少なくとも1枚の拡散フィルムとしての3枚の拡散フィルムと、入射する光のうち特定方向の偏光を分離して透過する偏光分離機能を備える偏光分離フィルムとを有するのが好ましい。
または、前記光学部材ユニットは、前記導光板の前記光射出面側から順に積層された、前記少なくとも1枚の拡散フィルムとしての1枚の拡散フィルムと、頂角が90°で前記光射出面の長手方向に平行な方向に延在するプリズムが前記光射出面の長手方向に直交する方向に並列して、かつ前記プリズムの頂角が前記導光板側とは反対側に対向するように、多数形成されたプリズムシートと、入射する光のうち特定方向の偏光を分離して透過する偏光分離機能を備える偏光分離フィルムとを有するのが好ましい。
または、前記光学部材ユニットは、前記導光板の前記光射出面側から順に積層された、前記少なくとも1枚の拡散フィルムとしての第1拡散フィルムと、頂角が90°で前記光射出面の長手方向に平行な方向に延在するプリズムが前記光射出面の長手方向に直交する方向に並列して、かつ前記プリズムの頂角が前記導光板側とは反対側に対向するように、多数形成されたプリズムシートと、前記少なくとも1枚の拡散フィルムとしての第2拡散フィルムと、入射する光のうち特定方向の偏光を分離して透過する偏光分離機能を備える偏光分離フィルムとを有するのが好ましい。
または、前記光学部材ユニットは、前記導光板の前記光射出面側から順に積層された、頂角が60°で前記光射出面の長手方向に平行な方向に延在するプリズムが前記光射出面の長手方向に直交する方向に並列して、かつ前記プリズムの頂角が前記導光板側に対向するように、多数形成されたプリズムシートと、前記少なくとも1枚の拡散フィルムとしての1枚の拡散フィルムと、入射する光のうち特定方向の偏光を分離して透過する偏光分離機能を備える偏光分離フィルムとを有するのが好ましい。
または、前記光学部材ユニットは、前記導光板の前記光射出面側から順に積層された、前記少なくとも1枚の拡散フィルムとしての第1拡散フィルムと、頂角が90°で前記光射出面の長手方向に平行な方向に延在するプリズムが前記光射出面の長手方向に直交する方向に並列して、かつ前記プリズムの頂角が前記導光板側とは反対側に対向するように、多数形成された第1プリズムシートと、頂角が90°で前記光射出面の長手方向に直交する方向に延在するプリズムが前記光射出面の長手方向に直交する方向に並列して、かつ前記プリズムの頂角が前記導光板側とは反対側に対向するように、多数形成された第2プリズムシートと、前記少なくとも1枚の拡散フィルムとしての第2拡散フィルムと、入射する光のうち特定方向の偏光を分離して透過する偏光分離機能を備える偏光分離フィルムとが積層されているのが好ましい。
上記第5の態様の導光板ユニットであって、さらに、前記導光板の前記2つの傾斜背面および前記湾曲部に接して配置された反射シートを有するのが好ましい。
また、本発明の第6の態様は、上記第1〜4の態様の各態様の導光板と、前記導光板の前記2つの傾斜背面および前記湾曲部に接して配置された反射シートとを有することを特徴とする導光板ユニットを提供するものである。
また、前記課題を解決するために、本発明の第7の態様は、上記第1〜4の態様の各態様の導光板、または上記第5〜6の態様の各態様の導光板導光板ユニットと、前記導光板の2つの前記光入射面に対向してそれぞれ配置された2つの光源とを有する面状照明装置を提供するものである。
ここで、前記導光板、または、前記導光板および前記反射シートを前記導光板の前記傾斜背面側から支持する筐体と、前記導光板、または、前記反射シートと前記筐体との間に配置され、前記筐体に対して前記導光板、または、前記導光板および前記反射シートを支持する緩衝部材とを有するのが好ましい。
また、前記光源は、複数のLEDチップと、これらの複数のLEDチップを支持する支持体とを有し、前記複数のLEDチップは、前記支持体の前記光入射面に対向する面に列状に配置されているのが好ましい。
また、前記複数のLEDチップの各々は、青色の波長の光を射出するLEDと、このLEDの光射出面に配置された黄色の蛍光体とを有するのが好ましい。
または、前記複数のLEDチップの各々は、青色の波長の光を射出するLEDと、このLEDの光射出面に配置された赤色の蛍光体と、前記LEDの光射出面に配置された緑色の蛍光体とを有するのが好ましい。
または、前記複数のLEDチップの各々は、青色の波長の光を射出するLEDと、緑色の波長の光を射出するLEDと、赤色の波長の光を射出するLEDとを有するのが好ましい。
なお、前記LEDと、前記導光板の前記光入射面との間の距離は、0.2mm以上、0.5mm以下であるのが好ましい。
本発明の第1〜第6の態様によれば、薄型な形状であり、かつ光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、大画面の薄型液晶テレビに要求される画面の中央部付近が周辺部に比べて明るい分布、いわゆる中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる導光板および導光板ユニットを提供できるという効果を奏する。
また、本発明の第7の態様によれば、薄型な形状であり、かつ光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、大画面の薄型液晶テレビに要求される画面の中央部付近が周辺部に比べて明るい分布、いわゆる中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を持つ面状照明装置を提供できるという効果を奏する。
本発明に係る導光板、これを用いる導光板ユニットおよびこれらを用いる面状照明装置を、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。
図1(A)は、本発明に係る導光板を備える本発明に係る面状照明装置をバックライトとして用いる液晶表示装置の概略を示す斜視図であり、図1(B)は液晶表示装置の概略断面図である。また、図2(A)は、本発明の導光板と光源の概略平面図であり、図2(B)は、本発明の導光板の概略断面図である。
液晶表示装置10は、バックライトユニット2と、そのバックライトユニット2の光射出面側に配置される液晶表示パネル4と、液晶表示パネル4を駆動する駆動ユニット6とを有して構成される。
液晶表示パネル4は、予め特定の方向に配列してある液晶分子に、部分的に電界を印加してこの分子の配列を変え、液晶セル内に生じた屈折率の変化を利用して、液晶表示パネル4の表面上に文字、図形、画像などを表示する。
なお、本発明の導光板が対象とする液晶表示パネル4は、その画面サイズが、37インチ(37”)以上の大画面であり、このような大画面を持つ大型かつ薄型液晶テレビに用いられるものである。このような液晶表示パネル4の画面サイズとしては、例えば、37インチ(37”)、42インチ(42”)、46インチ(46”)、52インチ(52”)、57インチ(57”)、65インチ(65”)などの大画面を挙げることができる。
駆動ユニット6は、液晶表示パネル4内の透明電極に電圧をかけ、液晶分子の向きを変えて液晶表示パネル4を透過する光の透過率を制御する。
バックライトユニット2は、液晶表示パネル4の背面から、液晶表示パネル4の全面に光を照射する本発明の面状照明装置であり、液晶表示パネル4の画像表示面と略同一形状の光射出面を有する。
図1(A)、(B)および図2(A)、(B)に示すように、バックライトユニット2は、2つの光源12と、光学部材ユニット14と、本発明の導光板18と、反射シート22とを有する。なお、ここで、本発明の導光板18と、光学部材ユニット14および/または反射シート22とは本発明の導光板ユニットを構成する。
以下、バックライトユニット2を構成する各構成部品について説明する。
まず、光源12について説明する。
図3(A)は、図1および図2に示すバックライトユニット2の光源12の概略構成を示す概略斜視図であり、図3(B)は、図3(A)に示す光源12の断面図であり、図3(C)は、図3(A)に示す光源12を構成する1つのLED(発光ダイオード)チップ50のみを拡大して示す概略斜視図である。
図3(A)に示すように、光源12は、アレイ状に配列された複数のLEDチップ50と、光源支持部52とを有する。
LEDチップ50は、図3(C)に示すように、青色光を射出する発光ダイオードの表面に蛍光物質を塗布したチップであり、所定面積の発光面58を有し、この発光面58から白色光を射出する。
つまり、LEDチップ50の発光ダイオードの表面から射出された青色光が蛍光物質を透過すると、蛍光物質が蛍光する。これにより、LEDチップ50から射出された青色光が透過すると、発光ダイオードから射出された青色光と蛍光物質が蛍光することで射出される光とで白色光を生成され、射出される。
ここで、LEDチップ50としては、GaN系発光ダイオード、InGaN系発光ダイオード等の表面にYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光物質を塗布したチップが例示される。
光源支持部52は、図3(B)に示すように、アレイ基板54と複数のフィン56とを有する。上述した複数のLEDチップ50は、所定間隔離間して一列でアレイ基板54上に配置されている。具体的には、光源12を構成する複数のLEDチップ50は、後述する導光板18の第1光入射面30dまたは第2光入射面30eの長手方向に沿って、言い換えれば、光射出面30aと第1光入射面30dとが交わる線と平行に、または、光射出面30aと第2光入射面30eとが交わる線と平行に、アレイ状に配列されアレイ基板54上に固定されている。
アレイ基板54は、一面が導光板18の最薄側端面である光入射面(30d、30e)に対向して配置される板状の部材である。アレイ基板54の導光板18の光入射面(30d、30e)に対向する面となる側面には、LEDチップ50が支持されている。
ここで、本実施形態のアレイ基板54は、銅やアルミニウム等の熱伝導性の良い金属で形成されており、LEDチップ50から発生する熱を吸収し、外部に放散させるヒートシンクとしての機能も有する。
複数のフィン56は、それぞれ銅やアルミニウム等の熱伝導性の良い金属で形成された板状部材であり、アレイ基板54のLEDチップ50が配置されている面とは反対側の面に、隣接するフィン56と所定間隔離間して連結されている。
光源支持部52に、複数のフィン56を設けることで表面積を広くすることができ、かつ、放熱効果を高くすることができる。これにより、LEDチップ50の冷却効率を高めることができる。
なお、本実施形態では、光源支持部52のアレイ基板54をヒートシンクとして用いたが、LEDチップの冷却が必要ない場合は、ヒートシンクに代えて放熱機能を備えない板状部材をアレイ基板として用いてもよい。
ここで、図3(C)に示すように、本実施形態のLEDチップ50は、LEDチップ50の配列方向の長さよりも、配列方向に直交する方向の長さが短い長方形形状、つまり、後述する導光板18の厚み方向(光射出面30aに垂直な方向)が短辺となる長方形形状を有する。言い換えれば、LEDチップ50は、導光板18の光射出面30aに垂直な方向の長さをa、配列方向の長さをbとしたときに、b>aとなる形状である。また、LEDチップ50の配置間隔をqとするとq>bである。このように、LEDチップ50の導光板18の光射出面30aに垂直な方向の長さa、配列方向の長さb、LEDチップ50の配置間隔qの関係が、q>b>aを満たすことが好ましい。
LEDチップ50を長方形形状とすることにより、大光量の出力を維持しつつ、薄型な光源とすることができる。光源を薄型化することにより、面状照明装置を薄型にすることができる。また、LEDチップの配置個数を少なくすることができる。
なお、LEDチップ50は、光源をより薄型にできるため、導光板18の厚み方向を短辺とする長方形形状とすることが好ましいが、本発明はこれに限定されず、正方形形状、円形形状、多角形形状、楕円形形状等種々の形状のLEDチップを用いることができる。
また、本実施形態では、LEDチップを1列に並べ、単層構造としたが、本発明はこれに限定されず、アレイ支持体に複数のLEDチップ50を配置した構成のLEDアレイを複数個、積層させた構成の多層LEDアレイを光源として用いることもできる。このようにLEDアレイを積層させる場合でもLEDチップ50を長方形形状とし、LEDアレイを薄型にすることで、より多くのLEDアレイを積層させることができる。このように、多層のLEDアレイを積層させ、LEDアレイ(LEDチップ)の充填率を高くすることで、より大光量を出力することができる。また、LEDアレイのLEDチップと隣接する層のLEDアレイのLEDチップも上述と同様に配置間隔が上記式を満たすことが好ましい。つまり、LEDアレイは、LEDチップと隣接する層のLEDアレイのLEDチップとを所定距離離間させて積層させることが好ましい。
次に、図2(A)、(B)、図4(A)および(B)を参照して、本発明の導光板18について説明する。
図2(A)、(B)、図4(A)および(B)に示すように、本発明の導光板18は、略矩形形状の平坦な光射出面18aと、光射出面18aの反対側に位置し、光射出面18aの一辺に平行で、光射出面18aを2等分する2等分線Xに対して互いに対称で、光射出面18aに対して所定の角度で傾斜して所定のテーパを有する2つの傾斜面(第1傾斜面18bと第2傾斜面18c)と、2つのLEDアレイ24に対向し、それらLEDアレイ24からの光が入射される2つの光入射面(第1光入射面18dと第2光入射面18e)と、2つの傾斜面の第1傾斜面18bと第2傾斜面18cとの接合部分に形成される曲率半径Rの湾曲部18fとを有している。
なお、2つの光入射面18dおよび18eは、略矩形形状の光射出面18aの対向する長辺側に対向して位置しており、対向して配置されたLED24から2つの光入射面18dおよび18eに入射した光は、略矩形形状の光射出面18aの対向する短辺に平行に導光板18内を伝播する。
第1傾斜面18bおよび第2傾斜面18cは、2等分線Xに対して線対称であり、光射出面18aに対し対称に傾斜している。湾曲部18fも、2等分線Xに対して線対称に湾曲している。導光板18は、第1光入射面18dおよび第2光入射面18eから中央に向かうに従って厚さが厚くなっており、中央部の2等分線Xに対応する部分、すなわち湾曲部18fの中央部分で最も厚く(tmax)、両端部の2つの光入射面(第1光入射面18dと第2光入射面18e)で最も薄く(tmin)なっている。
すなわち、導光板18の断面形状は、2等分線Xを通る中心軸に対して線対称である。
ここで、本発明においては、第1光入射面18dと第2光入射面18eとの間の光が伝播する導光長Lは、37インチ(37”)の画面サイズ以上の液晶パネル4を対象としているので、480mm以上であり、最大65インチ(65”)の画面サイズ以上の液晶パネル4を対象とするので、830mm以下である必要がある。より詳細には、37インチ(37”)の画面サイズに対しては、導光長Lは、480mm以上、500mm以下であり、42インチ(42”)および46インチ(46”)の画面サイズに対しては、導光長Lは、515mm以上、620mm以下であり、52インチ(52”)および57インチ(57”)の画面サイズに対しては、導光長Lは、625mm以上、770mm以下であり、65インチ(65”)の画面サイズに対しては、導光長Lは、785mm以上、830mm以下であるのが良い。
また、導光板18の厚みが最も薄い光入射面18dおよび18eの最小厚さtminは、0.5mm以上、3.0mm以下であるのが好ましい。
その理由は、最小厚さが小さ過ぎると、光入射面18dおよび18eが小さくなり過ぎて、光源12からの光入射が少なくなり、光射出面18aから十分な輝度の光を射出することができないし、最小厚さが大き過ぎると、最大厚さが厚くなり過ぎ、重量が重すぎて液晶表示装置などの光学部材として適さないし、光が突き抜けて透過してしまうために、光利用効率が55%以上を満たさないからである。
また、導光板18の厚みが最も厚い湾曲部18fの中央の最大厚みtmaxは、1.0mm以上、6.0 mm以下であるのが好ましい。
その理由は、最大厚さが厚くなり過ぎる場合、重量が重すぎて液晶表示装置などの光学部材として適さないし、光が突き抜けて透過してしまうために、光利用効率が55%以上を満たさないからであり、最大厚さが薄くなり過ぎる場合、中央部の湾曲部18fの半径Rが大きすぎて成形に適さないし、平板の場合と同様に、中高な輝度分布を達成する粒子濃度では、光利用効率が55%以上を満たさないし、逆に、光利用効率が55%以上を達成する粒子濃度では 中高分布を実現できないからである。
したがって、傾斜背面18bおよび18cのテーパ、すなわちテーパ角(傾斜角)は、0.1°以上、0.8°以下であるのが好ましい。
その理由は、テーパが大き過ぎる場合、最大厚さが必要以上に大きくなりすぎてしまうし、必要以上に中高な分布になりすぎてしまうからであり、テーパが小さ過ぎる場合、最小厚さが小さすぎる場合と同様に、中央部半径Rが大きすぎて成形に適さないし、光利用効率が55%以上を達成する粒子濃度では 中高分布を実現できないし、逆に、平板と同様に、中高な輝度分布を達成する粒子濃度では光利用効率が55%以上を満たさないからである。
その結果、湾曲部18fの曲率半径Rは、6,000mm以上、45,000mm以下であるのが好ましい。
なお、図4(A)および(B)に示すように、傾斜背面18bおよび18cのテーパ角をθとするとき、L=2Rsinθで表され、最大厚みtmax=tmin−[(L/2)tanθ+Rcosθ−R]で表され、テーパ角θ=tan−1[(tmax−tmin)/(L/2)]で表される。
本発明においては、導光板18の形状を、第1光入射面18dおよび第2光入射面18eから中央に向かうに従って厚さが厚くなるような形状(以下、逆楔形状という)にすることにより、入射した光をより奥に伝播しやすくして、光利用効率を維持しながら面内均一性を向上させ、さらに、中高な、いわゆる釣鐘状の輝度分布を得るものである。すなわち、このような形状とすることにより、上述した従来の平板形状の導光板では中央が暗くなる分布を、均一あるいは中高な、いわゆる釣鐘状の分布とすることができる。
また、傾斜背面18bおよび18cの中央の接合部分を湾曲部18fとして滑らかに接合することにより、中央の接合部分にできる帯ムラを、均一あるいは中高な、いわゆる釣鐘状の分布とすることができる。
図2(A)および(B)に示す導光板18では、第1光入射面18dおよび第2光入射面18eから入射した光は、導光板18の内部に含まれる散乱微粒子(詳細は後述する)によって散乱されつつ、導光板18内部を通過し、直接、もしくは、第1傾斜面18bおよび第2傾斜面18cで反射した後、光射出面18aから出射する。このとき、第1傾斜面18bおよび第2傾斜面18cから一部の光が漏出する場合もあるが、漏出した光は、導光板18の第1傾斜面18bおよび第2傾斜面18cを覆うようにして配置される反射シート(図示せず)によって反射され再び導光板18の内部に入射する。
導光板18は、透明樹脂に、光を散乱させるための微小な散乱粒子が混錬分散されて形成されている。導光板18に用いられる透明樹脂の材料としては、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PP(ポリプロピレン)、PC(ポリカーボネート)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、ベンジルメタクリレート、MS樹脂、あるいはCOP(シクロオレフィンポリマー)のような光学的に透明な樹脂が挙げられる。導光板18に混錬分散させる散乱粒子としては、トスパール、シリコーン、シリカ、ジルコニア、誘電体ポリマ等を用いることができる。このような散乱粒子を導光板18の内部に含有させることによって、均一で輝度むらが少ない照明光を光出射面から出射することができる。
ここで、本発明の導光板18に分散させる散乱微粒子の粒径が、4.0μm以上、かつ12.0μm以下である必要がある。その理由は、高い散乱効率を得ることができ、前方散乱性が大きくかつ波長依存性が少なく、色むらがないように選択できるからである。
なお、本発明の導光板18に分散させる散乱微粒子の最適な粒径選択については、波長依存性の観点に加え、以下の点をも考慮するのが好ましい。
まず、単一の粒子による散乱光強度分布(角度分布)においては、前方0〜5°に散乱する光が90%以上となる条件を満たすようにする必要がある。なぜならば、逆楔形状の本発明の導光板18は、導光板18の側面の第1光入射面18dおよび第2光入射面18eから最低でも240mm以上の距離、片面入射の場合は、光入射面から最低480mm以上の距離を導光する必要があるからであり、前方0〜5°に散乱する光が90%未満では、導光板18の奥まで光が導光できないからである。
このため、散乱微粒子の粒径が、4.0μmより小さいと、すなわち、4.0μm未満では、散乱が等方性となるため、上記条件を満たすことができない。なお、母材としてアクリル樹脂、粒子としてシリコーン樹脂を選択した場合は、シリコーン樹脂散乱微粒子の粒径は、4.5μm以上とするのがより好ましい。
一方、散乱微粒子の粒径が、12.0μmより大きいと、すなわち、12.0μm超では、粒子の前方散乱性が強くなりすぎるため、系内の平均自由行程が大きくなり、散乱回数が減少することから、入射端付近で光源(LED)間の輝度ムラ(ホタルムラ)が現れてしまうため、上限値は、12.0μmに制限される。
その理由は、粒子濃度が高すぎる場合、平板と同様の現象となるため、中高な輝度分布を実現できないからであり、粒子濃度が低すぎる場合、光が突き抜けて透過してしまうために、光利用効率が55%以上を満たさないからである。
このように、本発明の散乱微粒子の粒子径の限定範囲に含まれる最適な粒径(粒子屈折率と母材屈折率との組み合わせ)を選択することにより、波長ムラのない出射光を得ることができる。
なお、上述して例では、単一粒径の散乱微粒子を用いているが、本発明はこれに限定されず、複数粒径の散乱微粒子を混合して用いても良い。
また、散乱粒子の濃度は、本発明の導光板18の導光長が480mm〜830mmであるので、0.008wt%以上、0.22wt%以下である必要がある。
具体的には、導光長Lが480mm≦L≦500mmである場合には、散乱粒子の濃度を0.02wt%以上0.22wt%以下とする必要がある。
また、導光板の導光長を画面サイズ37インチ対応のL=480mmとし、散乱粒子の粒子径を4.5μmとする場合は、散乱粒子の濃度を、0.02wt%以上、0.085wt%以下とすることがより好ましく、0.047wt%とすることが最も好ましい。また、散乱粒子の粒子径を7.0μmとする場合は、散乱粒子の濃度を、0.03wt%以上、0.12wt%以下とすることがより好ましく、0.065wt%とすることが最も好ましい。さらに、散乱粒子の粒子径を12.0μmとする場合は、散乱粒子の濃度を、0.06wt%以上、0.22wt%以下とすることがより好ましく、0.122wt%とすることが最も好ましい。
また、導光長Lが515mm≦L≦620mmである場合には、散乱粒子の濃度を0.015wt%以上、0.16wt%以下とするのが良い。
また、導光板の導光長を画面サイズ42インチ対応のL=560mmとし、散乱粒子の粒子径を4.5μmとする場合は、散乱粒子の濃度を、0.015wt%以上、0.065wt%以下とすることがより好ましく、0.035wt%とすることが最も好ましい。また、散乱粒子の粒子径を7.0μmとする場合は、散乱粒子の濃度を、0.02wt%以上、0.09wt%以下とすることがより好ましく、0.048wt%とすることが最も好ましい。さらに、散乱粒子の粒子径を12.0μmとする場合は、散乱粒子の濃度を0.04wt%以上、0.16wt%以下とすることがより好ましく、0.09wt%とすることが最も好ましい。
また、導光板の導光長を画面サイズ46インチ対応のL=590mmとし、散乱粒子の粒子径を4.5μmとする場合は、散乱粒子の濃度を、0.015wt%以上、0.060wt%以下とすることがより好ましく、0.031wt%とすることが最も好ましい。また、散乱粒子の粒子径を7.0μmとする場合は、散乱粒子の濃度を、0.02wt%以上、0.08wt%以下とすることがより好ましく、0.043wt%とすることが最も好ましい。さらに、散乱粒子の粒子径を12.0μmとする場合は、散乱粒子の濃度を0.035wt%以上、0.15wt%以下とすることがより好ましく、0.081wt%とすることが最も好ましい。
また、導光長Lを625mm≦L≦770mmとする場合には、散乱粒子の濃度を0.01wt%以上、0.12wt%以下とするのが良い。
また、導光板の導光長を画面サイズ52インチ対応のL=660mmとし、散乱粒子の粒子径を4.5μmとする場合は、散乱粒子の濃度を、0.010wt%以上0.050wt%以下とすることがより好ましく、0.025wt%とすることが最も好ましい。また、散乱粒子の粒子径を7.0μmとする場合は、散乱粒子の濃度を、0.015wt%以上0.060wt%以下とすることがより好ましく、0.034wt%とすることが最も好ましい。さらに、散乱粒子の粒子径を12.0μmとする場合は、散乱粒子の濃度を0.030wt%以上0.120wt%以下とすることがより好ましく、0.064wt%とすることが最も好ましい。
さらに、導光板の導光長を画面サイズ57インチ対応のL=730mmとし、散乱粒子の粒子径を4.5μmとする場合は、散乱粒子の濃度を0.010wt%以上、0.040wt%以下とすることがより好ましく、0.021wt%とすることが最も好ましい。また、散乱粒子の粒子径を7.0μmとする場合は、散乱粒子の濃度を、0.010wt%以上、0.050wt%以下とすることがより好ましく、0.028wt%とすることが最も好ましい。さらに、散乱粒子の粒子径を12.0μmとする場合は、散乱粒子の濃度を、0.020wt%以上0.100wt%以下とすることが好ましく、0.053wt%とすることが最も好ましい。
また、導光長Lを785mm≦L≦830mmとする場合には、散乱粒子の濃度を0.006wt%以上、0.08wt%以下とすること好ましい。
さらに、導光板の導光長を画面サイズ65インチ対応のL=830mmとし、散乱粒子の粒子径を4.5μmとする場合は、散乱粒子の濃度を0.008wt%以上、0.030wt%以下とすることがより好ましく、0.016wt%とすることが最も好ましい。また、散乱粒子の粒子径を7.0μmとする場合は、散乱粒子の濃度を、0.009wt%以上、0.040wt%以下とすることがより好ましく、0.022wt%とすることが最も好ましい。さらに、散乱粒子の粒子径を12.0μmとする場合は、散乱粒子の濃度を、0.020wt%以上、0.080wt%以下とすることがより好ましく、0.041wt%とすることが最も好ましい。
以上から、本発明においては、導光板18の2つの光入射面18d、18e間の導光長に応じて、導光板18に分散させる散乱粒子の粒径および濃度が、所定の関係を満たす関係を満たす必要があることが分かる。
そこで、本発明においては、導光板18の導光長が、480mm以上、500mm以下である時、上述のように、散乱粒子の粒径が、4.0μm以上、12.0μm以下、散乱粒子の濃度が、0.02wt%以上、0.22wt%以下である必要があり、かつ、図10(A)に示すグラフのように、散乱粒子の粒径(μm)を横軸とし、散乱粒子の粒子濃度(wt%)を縦軸とするとき、散乱粒子の粒径および濃度が、6点(4.0,0.02)、(4.0,0.085)、(7.0,0.03)、(7.0,0.12)、(12.0,0.06)および(12.0,0.22)で囲まれる領域内にある必要がある。
また、導光板18の導光長が、515mm以上、620mm以下であるとき、上述のように、散乱粒子の粒径が、4.0μm以上、12.0μm以下、散乱粒子の濃度が、0.015wt%以上、0.16wt%以下であり、かつ、図10(B)に示すグラフのように、粒径(μm)を横軸とし、粒子濃度(wt%)を縦軸とするとき、散乱粒子の粒径および濃度が、6点(4.0,0.015)、(4.0,0.065)、(7.0,0.02)、(7.0,0.09)、(12.0,0.035)および(12.0,0.16)で囲まれる領域内にある必要がある。
また、導光板18の導光長が、625mm以上、770mm以下であるとき、上述のように、散乱粒子の粒径が、4.0μm以上、12.0μm以下、散乱粒子の濃度が、0.01wt%以上、0.12wt%以下であり、かつ図11(A)に示すグラフのように、粒径(μm)を横軸とし、粒子濃度(wt%)を縦軸とするとき、散乱粒子の粒径および濃度が、6点(4.0,0.01)、(4.0,0.05)、(7.0,0.01)、(7.0,0.06)、(12.0,0.02)および(12.0,0.12)で囲まれる領域内にある必要がある。
また、導光板18の導光長が、785mm以上、830mm以下であるとき、上述のように、散乱粒子の粒径が、4.0μm以上、12.0μm以下、散乱粒子の濃度が、0.008wt%以上、0.08wt%以下であり、かつ、図11(B)に示すグラフのように、粒径(μm)を横軸とし、粒子濃度(wt%)を縦軸とするとき、散乱粒子の粒径および濃度が、6点(4.0,0.008)、(4.0,0.03)、(7.0,0.009)、(7.0,0.04)、(12.0,0.02)および(12.0,0.08)で囲まれる領域内にある必要がある。
散乱粒子の粒径および濃度が、図10(A)、(B)、図11(A)および(B)に示すグラフの6点で囲まれた領域内にある必要がある理由は、この領域を外れると、粒子濃度が高すぎる場合には、平板と同じとなり、中高な輝度分布を実現できないし、粒子濃度が低すぎる場合には、光が突き抜けて透過してしまうために光利用効率55%以上を満たさなくなるからであり、粒径が小さすぎる場合には、光利用効率はよくなるが、中高な輝度分布を実現できないし、粒径が大きすぎる場合には、中高な輝度分布を実現できるが、光利用効率が低いからである。
このように本発明の散乱微粒子の粒子濃度の限定範囲に含まれる最適な粒子濃度を選択することにより、平板形状の導光板に分散させた場合に比べて光利用効率を高めて出射させることができる。本発明においては、少なくとも55%以上、すなわち70%を超える光利用効率を達成することができる。
以上から、最適な粒子径および粒子濃度の組み合わせを選択できるので、これらの組み合わせを選択することで、10mm程度の混合長でLED光源からの射出光をムラなく出射させることができる。
このような内部に散乱微粒子を分散させた本発明の導光板18は、2つの光入射面から入射した光が光射出面から射出された割合を示す光の利用効率が55%以上である必要がある。この理由は、光の利用効率が55%未満では、必要な輝度を得るためには、より出力の大きな光源が必要となるが、より出力の大きな光源を用いると、光源が高温となり、消費電力が大きくなるばかりか、導光板18の反りや伸びが大きくなり、所要の明るさの分布、いわゆる中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布が得られなくなるからである。
また、光射出面の光入射面近傍から射出する光の輝度に対する光射出面の中央部から射出する光の輝度の割合を示す前記光射出面の輝度分布の中高度合が、0%より大きく25%以下であるである必要がある。その理由は、大画面の薄型液晶テレビに要求される画面の中央部付近が周辺部に比べて明るい分布、いわゆる中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布だからである。
このような導光板18は、押出成形法や射出成形法を用いて製造することができる。
ここで、導光板18は、光入射面となる第1光入射面18d、第2光入射面18eと、光射出面18aと、光反射面となる第1傾斜面18b、第2傾斜面18cの少なくとも1面の表面粗さRaを380nmより小さくすること、つまりRa<380nmとすることが好ましい。
光入射面となる第1光入射面18d、第2光入射面18eの表面粗さRaを380nmよりも小さくすることで、導光板表面の拡散反射を無視することができ、つまり、導光板表面での拡散反射を防止することができ、入射効率を向上させることができる。
また、光射出面18aの表面粗さRaを380nmよりも小さくすることで、導光板表面の拡散反射透過を無視することができ、つまり導光板表面での拡散反射透過を防止することができ、全反射により奥まで光を伝えることができる。
さらに、光反射面となる第1傾斜面18b、第2傾斜面18cの表面粗さRaを380nmよりも小さくすることで、拡散反射を無視することができ、つまり光反射面での拡散反射を防止でき、全反射成分をより奥まで伝えることができる。
本発明の導光板は、基本的に以上のように構成されるが、以下のようにして設計することができる。
図5は、本発明の導光板の設計方法の一例を示すフローチャートである。
まず、図5に示すように、ステップS10において、本発明の導光板を用いるバックライトユニットが適用される液晶表示装置の画面サイズから、画面サイズの短辺長さにミキシングゾーン長としての約10mmを加えて、導光長として決定する。
次に、ステップS12において、画面サイズから導光板の最大厚みtmaxを決定する。
また、ステップS14において、導光板に使用する母材樹脂および添加する散乱微粒子の粒子条件を決定する。
続いて、ステップS16において、決定された導光長を持つ平板形状の散乱微粒子分散導光板(散乱導光板)において、光利用効率E[%]が、55%以上となる粒子濃度を決定する。ここで、E=Iout/Iin×100[%]で表され、IoutおよびIinは、それぞれ入射および出射光束[lm]を表している。なお、粒子濃度の決定は、シミュレーションにより行われるが、光利用効率Eの実測値とシミュレーション値との間に差がある場合には、その差を考慮して粒子濃度の設計値を決定する必要がある。この差がある場合には、予め、光利用効率Eの実測値とシミュレーション値との間の差を求めておくのが好ましい。
次に、ステップS18において、粒子濃度の設計値を固定し、本発明の導光板の傾斜背面形状(逆楔形状)のテーパ角θまたは最大厚みtmaxを変化させて、導光板の光射出面の輝度分布を求め、その中高度合が所定範囲内に入るか否かを把握して、テーパ角θを決定する。このとき、中央の湾曲部の曲率半径Rは、導光長に応じて決定し、テーパと組み合わせる。ここで、中高度合Dは、0<D≦25、D=[(Lcen−Ledg)/Lcen]×100[%]で表される。ここで、中高度合Dは、輝度分布の中高度合(中央部が高くなる度合い)意味し、Lcenおよびedgは、それぞれ中央部における輝度および画面端側(入射部付近)の輝度を表す。なお、テーパ角θの決定は、シミュレーションにより行われるが、粒子濃度の実測値とシミュレーション値との間に差がある場合には、その差を考慮して輝度分布を把握し、中高度合Dを決定し、テーパ角θを決定する必要がある。この差がある場合には、予め、粒子濃度の実測値とシミュレーション値との間の差を求めておくのが好ましい。
続いて、ステップS20において、導光板の最大厚みtmaxと、テーパ(テーパ角θ)および中央の湾曲部の曲率半径Rとの関係から、入射部厚み(最小厚み)tminを決定して、決定された入射部厚みtmin未満の発光部を持つLEDを選択する。
こうして、本発明の導光板を設計することができる。
なお、画面サイズが37インチ、最大厚み3.5mm、導光長480mmである導光板の場合の粒子濃度[wt%]と、光利用効率[%]および中高度合[%]との関係を図6に示す。
同図から明らかなように、粒子濃度が0.05wt%〜0.2wt%の範囲では、光利用効率は、70%を超えるが、粒子濃度が0.05wt%〜0.07wt%の範囲および0.19wt%〜0.2wt%の範囲では、中高度合はマイナス、すなわち、中央部が低い輝度分布となることがわかる。例えば、10%以上の中高度合が必要であれば、粒子濃度を0.08wt%〜0.16wt%の範囲に設計する必要があることがわかる。
こうして設計された画面サイズが、37インチ、42インチ、46インチ、52インチ、57インチおよび65インチである場合の導光板の導光長[mm]、最大厚み[mm]、粒子濃度[wt%]、テーパ、中央の湾曲部R[mm]、光利用効率[%]および中高度合[%]を表1に示す。
Figure 2009087762
いずれの導光板の場合も、本発明の限定範囲を満たすものであるので、大画面であっても、薄型な形状であり、かつ光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、大画面の薄型液晶テレビに要求される画面の中央部付近が周辺部に比べて明るい分布、いわゆる中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる。
本発明の導光板は、基本的に以上のように構成される。
ここで、光源12と導光板18とは、光源12の光発光面、例えば、LEDの発光面(表面)と導光板18の光入射面18d、18eとの間に0.2mm以上の間隔をあけて配置することが好ましい。すなわち、光源12の光発光面(LEDの表面)と導光板18の光入射面とは、0.2mm以上の距離があることが好ましい。その理由は、両者の間隔を0.2mm以上とすることで、導光板に温度変化による伸びや反りが生じた場合でも光源12の発光面(具体的には、LEDの表面)と導光板18とが接触し、光源12(具体的にはLEDの表面の蛍光体)が損傷することを防止できる。なお、両者の間隔の上限は、特に制限的ではないが、間隔が広すぎると、導光板18の光入射面18d、18eに入射する光源12からの光の光量が低下するので、両者の間隔は、0.5mm以下であるのが好ましい。
図1および図2に示すバックライトユニットの説明を続ける。
次に、本発明において好ましく用いることができる光学部材ユニット14について説明する。
光学部材ユニット14は、導光板18の光射出面18a側に配置され、拡散フィルム15a、第1プリズムシート15b、第2プリズムシート15c、偏光分離フィルム15dを有し、これらは、光射出面18a側から順に積層されている。
まず、拡散フィルム15aについて説明する。
拡散フィルム15aは、図1に示されるように、導光板18と第1プリズムシート15bとの間に配置される。拡散フィルム15aは、フィルム状部材に光拡散性を付与して形成される。フィルム状部材は、例えばPET(ポリエチレンテレフタレート)、PP(ポリプロピレン)、PC(ポリカーボネート)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、ベンジルメタクリレート、MS樹脂、あるいはCOP(シクロオレフィンポリマー)のような光学的に透明な樹脂を材料に形成することができる。
拡散フィルム15aの製造方法は、特に限定されないが、例えば、フィルム状部材の表面に微細凹凸加工や研磨による表面粗化を施して拡散性を付与したり、表面に光を散乱させるシリカ、酸化チタン、酸化亜鉛等の顔料や、樹脂、ガラス、ジルコニア等のビーズ類をバインダとともに塗工したり、上記顔料やビーズ類を上記透明な樹脂中に混練したりすることで形成することができる。他には、反射率が高く光の吸収が低い材料で、例えばAg、Alのような金属を用いて形成することもできる。
本発明において、拡散フィルム15aとしては、マットタイプやコーティングタイプの拡散フィルムを用いることができる。
拡散フィルム15aは、導光板18の光射出面から所定の距離だけ離して配置されてもよく、その距離は、導光板18の光射出面からの光量分布に応じて適宜変更することができる。
このように拡散フィルム15aを導光板18の光射出面から所定の間隔だけ離すことにより、導光板18の光射出面から射出する光が、光射出面と拡散フィルム15aの間で更にミキシング(混合)される。これにより、拡散フィルム15aを透過して液晶表示パネル4を照明する光の輝度を、より一層均一化することができる。
拡散フィルム15aを導光板18の光射出面から所定の間隔だけ離す方法としては、例えば、拡散フィルム15aと導光板18との間にスペーサを設ける方法などを用いることができる。
第1プリズムシート15bは、図1(A)および(B)に示すように、複数のプリズムを平行に配列させることにより形成された透明なフィルム状シートであり、導光板18の光射出面18aから出射する光の集光性を高めて、輝度を改善することができるものである。第1プリズムシート15bは、拡散フィルム15aと第2プリズムシート15cとの間に配置されるもので、本発明においては、図示例のように、プリズム列、すなわち各プリズム16aの頂点が、第2プリズムシート15cの側に向くように、すなわち図中上向きに配置される。また、第1プリズムシート15bの各プリズムの頂角は、90°とするのが良い。
第2プリズムシート15cは、図1(A)および(B)に示すように、第1プリズムシート15bと同様に、導光板18の光射出面18aから出射する光の集光性を高めて輝度を改善するために用いられるものであり、同様に、複数のプリズムを平行に配列させることにより形成された透明なフィルム状シートを用いることができる。第2プリズムシート15cは、第2プリズムシート15bと偏光分離フィルム15dとの間に配置されるもので、本発明では、図示例のように、プリズム列が、すなわち各プリズム16aの頂点が、導光板18の光射出面18aと対向するように、すなわち、図中下向きに配置される。また、プリズムは、頂角は、60°とするのが良い。
また、第1プリズムシート15bおよび第2プリズムシート15cは、本発明においては、図示例のように、そのプリズム列の配列方向が導光板18の光入射面18bおよび18cと平行になるように配置されるのが好ましい。
次に、偏光分離フィルム15dについて説明する。
本実施形態においては、偏光分離フィルム15dは、導光板の光射出面から出射する光のうち、所定の偏光成分、例えばp偏光成分を選択的に透過させ、それ以外の偏光成分、例えばs偏光成分の殆どを反射させることができる。偏光分離フィルム15dは、反射した光を導光板に再度入射させて、再利用することができるので、光の利用効率を高め、輝度を格段に向上させることができる。
偏光分離フィルム15dは、例えば、透明樹脂に針状粒子を混錬して分散させて得られた板材を延伸させて、針状粒子を所定の方向に配向させることによって得られる。また、偏光分離フィルム15dとしては、従来公知の種々のものを用いることができる。
次に、バックライトユニットの反射シート22について説明する。
反射シート22は、導光板18の傾斜面18c、18d、および湾曲部18fから漏洩する光を反射して、再び導光板18に入射させるものであり、光の利用効率を向上させることができる。反射シート22は、導光板18の傾斜面18c、18dおよび湾曲部18fをそれぞれ覆うように中央部で折り曲げられて形成される。なお、反射シート22は、導光板18の傾斜面18c、18d、および湾曲部18fに一体化、例えば、貼り付けられて、または、反射シート層として塗布形成されて一体化されているのが好ましい。
反射シート22は、導光板18の傾斜面18c、18d、および湾曲部18fから漏洩する光を反射することができるものであれば、どのような材料で形成されてもよく、例えば、PETやPP(ポリプロピレン)等にフィラーを混練後延伸することによりボイドを形成して反射率を高めた樹脂シート、透明もしくは白色の樹脂シート表面にアルミ蒸着などで鏡面を形成したシート、アルミ等の金属箔もしくは金属箔を担持した樹脂シート、あるいは表面に十分な反射性を有する金属薄板により形成することができる。
以上、バックライトユニット2の各構成要素について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、光源のLEDチップとして、青色の波長の光を射出する青色LEDの発光面に黄色(YAG)蛍光物質を塗布した構成としたが、これに限定されず、青色LEDに赤色の蛍光物質および緑色の蛍光物質を塗布した構成も用いることができる。また、赤色の波長の光を射出する赤色LEDや緑色の波長の光を射出する緑色LED等の他の単色LEDの発光面に蛍光物質を塗布した構成のLEDチップを用いてもよい。
さらに、赤外の波長の光を射出する赤外色LEDの発光面に、青色の蛍光物質、赤色の蛍光物質および緑色の蛍光物質を塗布した構成としてもよい。
なお、LEDの発光面に蛍光物質を配置する方法は塗布に限定されず、接着させても所定間隔離間して配置してもよい。
また、光源のLEDチップとして、赤色LED、緑色LED、青色LEDの3種類のLEDを組み合わせた構成のLEDユニットを用いることもできる。この場合は、3種類のLEDから射出された光を混色することで白色光とすることができる。
さらにLEDの代わりに半導体レーザー(LD)を用いることもできる。
青色LEDの発光面に黄色蛍光物質を塗布した構成のLED光源は、単色のLEDであるため、経時、温度変化により色のバラツキが生じることが少なく、また、上述したLED光源の中では、発光効率が最も高く、さらに、量産しやすいのでその実績も多いという特徴があるが、他のLED光源に比べて、演色性が低く、色再現範囲が狭い。
また、青色LEDに赤色の蛍光物質および緑色の蛍光物質を塗布した構成のLED光源は、単色のLEDであるため、上述したLED光源の中でも、経時、温度変化による色のバラツキが少なく、かつ、高い演色性の光を射出できるため色再現性を高いという特徴があるが、他のLED光源に比べて、量産実績がすくない。
また、赤外の波長の光を射出する赤外色LEDの発光面に青色の蛍光物質、赤色の蛍光物質および緑色の蛍光物質を塗布した構成のLED光源は、単色のLEDであるため、経時、温度変化により色のバラツキが生じることが少なく、上述したLED光源の中では温度が変化による色のバラツキが最も少ないという特徴があるが、他のLED光源に比べて、発光効率が低い。
また、赤色LED、緑色LED、青色LEDの3種類のLEDを組み合わせた構成のLEDユニットを用いたLED光源は、演色性を非常に高くすることができ、上述したLED光源の中では、演色性が最も高いが、緑の電力効率改善が難しく、色のバラツキが多いので、その駆動制御が必要である。
このように、上述した種々のLED光源は、それぞれに異なる特性を持つので、要求される特性に応じて必要とされるLED光源を使い分けるのが好ましい。
また、バックライトユニットの光射出面側に光射出面から射出される光の輝度むらを低減させる機能を有する透過率調整部材を配置してもよい。
図7に、透過率調整部材182を配置した面状照明装置180の概略断面図を示す。
バックライトユニット180は、光源12と、拡散フィルム15a、第1プリズムシート15b、透過率調整部材182とで構成される光学部材ユニット181と、導光板18と、反射シート22とを有する。
ここで、図7に示すバックライトユニット180は、図1に示すバックライトユニット2と、拡散フィルム15a、第1プリズムシート15b、第1プリズムシート15cおよび偏光分離フィルム15dからなる光学部材ユニット14に対し、拡散フィルム15a、第1プリズムシート15bおよび透過率調整部材182からなる光学部材ユニット181を用いている点で異なる以外は、同様の構成を有するものであるので、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略し、主として相違点について説明する。
光学部材ユニット181は、導光板18の光射出面18aの側に配置され、透過率調整部材182、拡散フィルム15aおよびプリズムシート15bを有し、これらがこの順序で光射出面18aの側から順に積層されている。ここで、拡散フィルム15aは、上述した拡散フィルム15aと、同様の形状および機能を有する。また、プリズムシート15bも、上述したプリズムシート15bと同様の形状および機能を有し、その頂角が液晶表示パネル4に対向するように、つまり、底辺が導光板18の光入射面18aと平行となるプリズムが複数形成されている。
透過率調整部材182は、上述したように、導光板から射出される光の輝度むらを低減させるために用いられるもので、透明フィルム184と、透明フィルム184の表面に配置される多数の透過率調整体186とを有する。
透明フィルム184は、フィルム状の形状を有し、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PP(ポリプロピレン)、PC(ポリカーボネート)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、ベンジルメタクリレートやMS樹脂、その他のアクリル系樹脂、あるいはCOP(シクロオレフィンポリマー)等の光学的に透明な部材で形成されている。
透過率調整体186は、所定の透過率を有する種々の大きさのドットであり、四角形や円形、六角形などの形状を有し、所定パターン、例えば、位置に応じてドットの大きさ、ドットの配置数が異なるパターン(網点パターン)で透明フィルム184の導光板ユニット18側の表面全面に印刷等によって形成されている。
透過率調整体186は、拡散反射体であればよく、例えば、光を散乱させるシリカ、酸化チタン、酸化亜鉛等の顔料もしくは樹脂やガラス、ジルコニア等のビーズ類をバインダとともに塗工した物や、表面に微細凹凸加工や研磨による表面粗化パターンでもよい。他には反射率が高く光の吸収が低い材料で、例えば、Ag、Alのような金属を用いることもできる。
また、透過率調整体186として、スクリーン印刷、オフセット印刷等で用いられる、一般的な白インクを用いることができる。一例としては、酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸亜鉛、硫酸バリウム等を、アクリル系バインダや、ポリエステル系バインダ、塩化ビニル系バインダ等に分散したインク、酸化チタンにシリカを混合し拡散性を付与したインクを用いることができる。
透過率調整部材186は、多数の透過率調整体186を透明フィルム184の導光板ユニット18側の表面に所定パターンで配置することで、表面上の位置に応じて透過率調整体186のパターン密度が変化している。
ここで、透過率調整部材182の任意の位置(x,y)におけるパターン密度をρ(x,y)とし、透過率調整部材182を備えない場合のバックライトユニット180の光出射面(液晶表示パネル4側の面)の任意の位置(x,y)から出射される光の相対輝度をF(x,y)とする。このとき、透過率調整部材182のパターン密度ρ(x,y)と、相対輝度F(x,y)との関係は、下記式を満足することが好ましい。
ρ(x,y)=c{F(x,y)−Fmin}/(Fmax−Fmin
上記式において、Fmaxは、透過率調整部材182を備えない場合のバックライトユニット180の拡散フィルム15aの光出射面から出射される光の最大輝度であり、Fminは、最小輝度である。なお、相対輝度F(x,y)は、最大輝度Fmaxを基準点(Fmax=1)としている。
ここで、cは最大密度であり、0.5≦c≦1とすることが好ましい。
また、上記の式に従って透過率調整体の配置の密度設計をした際に、正面方向以外から観察した角度によっては輝度ムラが視認される場合がある。これを改善するために、算出した密度分布にさらに「均一な密度分布(バイアス密度ρb)」を追加することが好ましい。これにより、輝度ムラを低減させ、かつ、輝度ムラの角度依存性も無くすもしくは低減させることができる。
ここで、バイアス密度ρbは、0.01〜1.50(1〜150%)とするのが好ましい。なお、配置密度が1(100%)を超える場合は、透過率調整体を2重に配置する。つまり、透過率調整体を全面に配置した上に(ρb−1)の配置密度の透過率調整体を配置する。
ここで、パターン密度ρ(x,y)とは、任意の位置(x,y)に存在する透過率調整体186の単位面積(1mm)あたりの占有率であり、ρ(x,y)=1のとき透過率調整体186は、単位面積内の全面に配置され、ρ(x,y)=0のとき、単位面積内に全く配置されない。
透過率調整体部材182の透過率調整体186を上記式のパターン密度ρ(x,y)を満たすように配置することで、バックライトユニット180の光出射面から出射される光の平均輝度の低下を抑え、かつ輝度むらを低減することができる。このように、透過率調整部材182を用いて輝度むらを低減させることで、拡散フィルム15aは、光の拡散をそれほど十分に行う必要がなくなる。その結果、拡散フィルム15aをより薄くすることができ、また、プリズムシートの使用を止めることができ、あるいは、プリズムシートの使用枚数を減らすことができ、より軽量で、安価なバックライトユニットを提供することができる。
また、透過率調整体の形状は、四角形状、三角形、六角形、円形、楕円形等、どのような形状でもよい。
また、バックライトユニットに、本実施例のような線状光源と1軸延伸形状の導光板とを用いた場合は、透過率調整体の形状を、線状光源の軸と平行な細長い帯形状としてもよい。
ここで、上記実施形態では、透過率調整体が配置される光学部材として透明フィルムを用いたが、本発明は、これに限定されず、拡散フィルムやプリズムシートに透過率調整体を配置してもよい。例えば、透明フィルムの代わりに、図7に示す拡散フィルム15aまたはプリズムシート15bに透過率調整体を形成してもよい。これにより部品点数を減らすことが可能となり、製造コストを低減することができる。
また、光学部材ユニットの構成は、上述の構成に限定されず、種々の構成とすることができる。
例えば、光学部材ユニットの組み合わせとしては、導光板18の光射出面18a側から順に、3枚の拡散フィルムと、偏光分離フィルムとが積層されている構成の光学部材ユニットを用いることが好ましい。
また、導光板18の光射出面18a側から順に、拡散フィルムと、頂角が90°で光射出面18aの長手方向に平行な方向に延在するプリズムが光射出面18aの長手方向に直交する方向に並列して、かつプリズムの頂角が導光板18側とは反対側に対向するように、多数形成されたプリズムシートと、偏光分離フィルムとが積層されている構成の光学部材ユニットを用いることも好ましい。
さらに、導光板18の光射出面18a側から順に、拡散フィルムと、頂角が90°で光射出面18aの長手方向に平行な方向に延在するプリズムが光射出面18aの長手方向に直交する方向に並列して、かつプリズムの頂角が導光板18側とは反対側に対向するように、多数形成されたプリズムシートと、他の拡散フィルムと、偏光分離フィルムとが積層されている構成の光学部材ユニットを用いることも好ましい。
また、導光板18の光射出面18a側から順に、頂角が60°で光射出面18aの長手方向に平行な方向に延在するプリズムが光射出面18aの長手方向に直交する方向に並列して、かつプリズムの頂角が導光板18側に対向するように、多数形成されたプリズムシートと、拡散フィルムと、偏光分離フィルムとが積層されている構成の光学部材ユニットを用いることも好ましい。
さらに、導光板18の光射出面18a側から順に、拡散フィルムと、頂角が90°で光射出面18aの長手方向に平行な方向に延在するプリズムが光射出面18aの長手方向に直交する方向に並列して、かつプリズムの頂角が導光板18側とは反対側に対向するように、多数形成された第1プリズムシートと、頂角が90°で光射出面18aの長手方向に直交する方向に延在するプリズムが光射出面18aの長手方向に直交する方向に並列して、かつプリズムの頂角が導光板18側とは反対側に対向するように、多数形成された第2プリズムシートと、他の拡散フィルムと、偏光分離フィルムとが積層されている構成の光学部材ユニットを用いることも好ましい。
上記実施形態では、図示を省略したが、バックライトユニットは、さらに、光源、光学部材ユニット、導光板、反射板等を収納し、支持する筐体を有する。この筐体は、光射出面側に開口が形成されており、この開口から光を射出させる。
ここで、バックライトユニットは、反射シート22と筐体との間、つまり、反射シート22の導光板18側とは反対側の面と筐体の反射シート側の面とで形成される空間に、緩衝部材を配置することが好ましい。ここで、緩衝部材は導光板18の形状に沿って変形する導光板18よりも剛性が低い部材であり、例えば、スポンジ等がある。
緩衝部材により、反射シート22および導光板18の第1傾斜面18bおよび第2傾斜面18c側を支持することで、反射シート22を導光板18に密着させることができ、反射シート22がたわむことを防止できる。また、支持体を緩衝部材とすることにより、導光板18と反射板とをムラなく接触させることができる。これにより、反射板の一部のみが接触し、光を乱反射させ、光射出面18aから射出される光の輝部として視認されることを防止し、均一な光を光射出面18aから射出させることができる。
ここで、図8(A)〜(D)は、それぞれ、導光板および反射板を支持する緩衝部材の概略構成の一例を示す分解断面図である。
例えば、図8(A)に示すように、反射シート22と筐体200との間に矩形状の緩衝部材202を配置してもよい。ここで、緩衝部材202としては、面状照明装置として組み立てたときに緩衝部材202から導光板18に作用する最大応力が、本実施例では、第1傾斜面と第2傾斜面との接続部に作用する応力が、5[N/cm2]以下となる材料を用いることが好ましい。
また、図8(B)に示すように、反射シート22と筐体200との間に多層の緩衝材212a、212b、212cにより構成された緩衝部材212を配置し、導光板18の形状に応じて位置により緩衝部材212の厚みが異なる形状としてもよい。このように位置に応じて、緩衝部材212の厚みを変化させることで、緩衝部材の圧縮率を低下させ、導光板に作用する最大応力を低くすることができる。これにより、導光板に作用する力をより均一にすることができ、導光板と反射板とを均一に密着させることができる。
また、図8(C)に示すように、緩衝部材222を導光板18の傾斜面に沿った形状としてもよい。つまり、緩衝部材222は、導光板18側の面に導光板18の第1傾斜面および第2傾斜面を同じ傾斜角の第1傾斜面222aおよび第2傾斜面222bが形成された形状である。
このように、緩衝部材を導光板の傾斜面に沿った形状とすることでも導光板と反射板とを均一に密着させることができる。
さらに、図8(D)に示すように、緩衝部材232を導光板18の傾斜面に沿った形状とし、緩衝部材232の導光板18側とは反対側の面に、導光板18の傾斜面の形状に沿った板金部材234を設けた構成としてもよい。ここで、本実施形態では、筐体200と板金234が筐体となる。
緩衝部材232の導光板18側とは反対側の面に導光板18の傾斜面の形状に沿った板金部材234を設けることで、緩衝部材の圧縮率を均一にすることができ、かつ緩衝部材を介して反射板を支持することで、導光板と反射板とを密着させることができる。
また、筐体200と板金部材234とは一体としても、別体としてもよい。
以上、本発明に係る導光板、これを用いる導光板ユニットおよびこれらを用いる面状照明装置について種々の実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行っても良いのはもちろんである。
本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
図2(A)および(B)に示す構成の光源12および導光板18を用い、導光板18の導光長[mm]、その形状、すなわち最大厚さ[mm]、最小厚さ[mm]、テーパ、中央部半径R[mm]、導光板18に分散させる散乱微粒子の粒子径[μm]および粒子濃度[wt%]を変えて、導光板18の2つの光入射面18dおよび18eから入射される光に対する光出射面18aから射出される光の割合を示す光利用効率[%]、および光出射面18aから射出される光の輝度分布を求め、光射出面18aの周辺部、すなわち光入射面18dおよび18eの近傍から射出する光の輝度に対する光射出面18aの中央部から射出する光の輝度の割合を示す光射出面18aの輝度分布の中高度合[%]を求めた。
(実施例1)
実施例1として、画面サイズが37インチに対応する導光板18の導光長L[mm]がL=480mmの場合の最大厚さ[mm]、最小厚さ[mm]、粒子径[μm]および粒子濃度[wt%]を表1および表2に示すように種々変えたときの、テーパ、中央部(湾曲部半径)R[mm]、光利用効率[%]、中高度合[%]を求めた。その結果を表2および表3に示す。
ここで、表2は、実施例1についての本発明例11〜16を示し、表3は、実施例1についての比較例11〜15を示す。
Figure 2009087762
Figure 2009087762
表2および表3から明らかなように、本発明例11〜16は、いずれも、粒子径[μm]および粒子濃度[wt%]が、本発明の限定範囲を満足し、また、最大厚さ[mm]および最小厚さ[mm]も、本発明の限定範囲を満足するので、光利用効率[%]が、いずれも61%以上と55%より高く、中高度合[%]も、19%〜23%であり、0%超、25%以下の本発明の要求する限定範囲を満足する。
これに対し、比較例11は、本発明の限定範囲より、粒子濃度が高いため、平板と同様の現象となるため、中高な輝度分布を実現できない。
比較例12は、最大厚さ[mm]および最小厚さ[mm]のいずれも、本発明の限定範囲の上限値の6.0mmおよび3.0mmより大きく、光が突き抜けて透過してしまうために、光利用効率が50%と限定範囲の55%以上を満たさないばかりか、重量が重くなりすぎて液晶TV用光学部材として適さない。
比較例13は、本発明の限定範囲より、テーパ角が小さく0.1°未満であり、さらに、中央部半径Rが大きく、成形に適さないし、光利用効率が55%以上を達成する粒子濃度では 中高分布を実現できない。
比較例14は、中央部半径Rが大きく、成形に適さないし、平板と同様であり、中高な輝度分布を達成する粒子濃度では、光利用効率が55%以上を実現できない。
比較例15は、本発明の限定範囲より粒子径が小さく、光利用効率は良いが、中高な輝度分布を実現できないし、比較例16は、本発明の限定範囲より粒子径が大きく、中高な輝度分布を実現できるが、光利用効率が低い。
(実施例2)
実施例2として、画面サイズが42インチおよび46インチに対応する導光板18の導光長L[mm]がL=560mmおよび590mmの場合の最大厚さ[mm]、最小厚さ[mm]、粒子径[μm]および粒子濃度[wt%]を表4および表5に示すように種々変えたときの、テーパ、中央部(湾曲部半径)R[mm]、光利用効率[%]、中高度合[%]を求めた。その結果を表4および表5に示す。
ここで、表4は、実施例2についての本発明例21〜24を示し、表5は、実施例2についての比較例21〜23を示す。
Figure 2009087762
Figure 2009087762
表4および表5から明らかなように、実施例2の本発明例21〜24は、いずれも、粒子径[μm]および粒子濃度[wt%]が、本発明の限定範囲を満足し、また、最大厚さ[mm]および最小厚さ[mm]も、本発明の限定範囲を満足するので、光利用効率[%]が、いずれも59%〜61%と55%より高く、中高度合[%]も、14%〜15%であり、0%超、25%以下の本発明の要求する限定範囲を満足する。
これに対し、比較例21および22は、本発明の限定範囲より、粒子濃度が高いため、平板と同様の現象となるため、中高な輝度分布を実現できない。
また、比較例23は、最大厚さ[mm]およびテーパ角のいずれも、本発明の限定範囲の上限値の6.0mmおよび0.8°より大きく、テーパが大きすぎて、最大厚さが必要以上に大きくなり、必要以上に中高な分布になりすぎてしまうばかりか、重量が重くなりすぎて液晶TV用光学部材として適さない。
(実施例3)
実施例3として、画面サイズが52インチおよび57インチに対応する導光板18の導光長L[mm]がL=660mmおよび730mmの場合の最大厚さ[mm]、最小厚さ[mm]、粒子径[μm]および粒子濃度[wt%]を表6および表7に示すように種々変えたときの、テーパ、中央部(湾曲部半径)R[mm]、光利用効率[%]、中高度合[%]を求めた。その結果を表6および表7に示す。
ここで、表6は、実施例3についての本発明例31〜32を示し、表7は、実施例3についての比較例31〜35を示す。
Figure 2009087762
Figure 2009087762
表6および表7から明らかなように、実施例3の本発明例31〜32は、いずれも、粒子径[μm]および粒子濃度[wt%]が、本発明の限定範囲を満足し、また、最大厚さ[mm]および最小厚さ[mm]も、本発明の限定範囲を満足するので、光利用効率[%]が、いずれも60%〜61%と55%より高く、中高度合[%]も、14%〜14.2%であり、0%超、25%以下の本発明の要求する限定範囲を満足する。
これに対し、比較例31は、本発明の限定範囲より、粒子濃度が高いため、平板と同様の現象となるため、中高な輝度分布を実現できない。
また、比較例32は、本発明の限定範囲より、粒子濃度が低いため、光が突き抜けて透過してしまうために、光利用効率が55%以上を満たさない。
また、比較例33は、テーパ角が本発明の限定範囲の上限値の0.8°より大きく、テーパが大きすぎて、必要以上に中高な分布になりすぎてしまう。
また、比較例34および35は、テーパ角が本発明の限定範囲の上限値の0.1°より小さく、テーパが小さすぎて、中央部半径Rが大きすぎて成形に適さない。比較例34は、光利用効率が55%以上を達成する粒子濃度では、中高分布を実現できない。また、比較例35は、平板と同じとなり、中高な輝度分布を達成する粒子濃度では、光利用効率が55%以上を満たさない。
(実施例4)
実施例4として、画面サイズが52インチおよび57インチに対応する導光板18の導光長L[mm]がL=660mmおよび730mmの場合の最大厚さ[mm]、最小厚さ[mm]、粒子径[μm]および粒子濃度[wt%]を表8および表9に示すように種々変えたときの、テーパ、中央部(湾曲部半径)R[mm]、光利用効率[%]、中高度合[%]を求めた。その結果を表8および表9に示す。
ここで、表8は、実施例4についての本発明例41〜44を示し、表9は、実施例4についての比較例41〜45を示す。
Figure 2009087762
Figure 2009087762
表8および表9から明らかなように、実施例4の本発明例41〜44は、いずれも、粒子径[μm]および粒子濃度[wt%]が、本発明の限定範囲を満足し、また、最大厚さ[mm]および最小厚さ[mm]も、本発明の限定範囲を満足するので、光利用効率[%]が、いずれも57%〜68%と55%より高く、中高度合[%]も、11%〜24%であり、0%超、25%以下の本発明の要求する限定範囲を満足する。
これに対し、比較例41は、本発明の限定範囲より、粒子濃度が低いため、光が突き抜けて透過してしまうために、光利用効率が55%以上を満たさない。
また、比較例42は、最大厚さ[mm]および最小厚さ[mm]のいずれも、本発明の限定範囲の上限値の6.0mmおよび3.0mmより大きく、光が突き抜けて透過してしまうために、光利用効率が50%と限定範囲の55%以上を満たさないばかりか、重量が重くなりすぎて液晶TV用光学部材として適さない。
また、比較例43は、最大厚さ[mm]が、本発明の限定範囲の下限値の1.0mmより小さく、中央部半径Rが大きすぎて、本発明の限定範囲を超え、成形に適さないし、光利用効率が55%以上を達成する粒子濃度では、中高分布を実現できない。
比較例44は、本発明の限定範囲より粒子径が小さく、光利用効率は良いが、中高な輝度分布を実現できないし、比較例45は、本発明の限定範囲より粒子径が大きく、中高な輝度分布を実現できるが、光利用効率が低い。
以上の結果から、本発明例は、いずれもの実施例においても、導光板のそれぞれの導光長の範囲に応じて、その形状が適切であり、その最大厚さ[mm]、最小厚さ[mm]、テーパ、中央部半径R[mm]および分散させる散乱粒子の粒子径[μm]および粒子濃度[wt%]が、本発明の限定範囲を満たし、光利用効率[%]が55%以上、中高度合[%]が0%超、25%以下であり、優れた特性を持つことが分かる。
一方、比較例は、いずれもの実施例の導光長の範囲においても、上記要件のいずれかが本発明の限定範囲を外れるため、光利用効率[%]が55%以上を満たさないか、中高度合[%]が0%超、25%以下を満たさず、優れた特性を発揮することができない。
以上から、本発明の効果は明らかである。
(A)は、本発明に係る導光板を備えるバックライトを用いる液晶表示装置の概略を示す斜視図であり、(B)は、液晶表示装置の概略断面図である。 (A)は、図1に示す導光板と光源の概略平面図であり、図2(B)は、本発明の導光板と光源の概略断面図である。 (A)は、図1および図2に示す面状照明装置の光源の概略構成を示す斜視図であり、(B)は、(A)に示す光源の断面図であり、(C)は、(A)に示す光源の1つのLEDを拡大して示す概略斜視図である。 (A)は、図2に示す導光板の断面模式図であり、(B)は、(A)に示す導光板の部分拡大断面図である。 本発明の導光板の設計方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の導光板の粒子濃度[wt%]と、光利用効率[%]および中高度合[%]との関係を示すグラフである。 透過率調整部材を有するバックライトユニットの一例を示す概略断面図である。 (A)〜(D)は、それぞれ、導光板および反射板を支持する緩衝部材と筐体の概略構成の一例を示す分解断面図である。 従来の平板形状の導光板の正面方向の照度分布を示すグラフである。 (A)および(B)は、それぞれ、本発明の導光板に分散させる散乱微粒子の粒子径と粒子濃度[wt%]との関係を示すグラフである。 (A)および(B)は、それぞれ、本発明の導光板に分散させる散乱微粒子の粒子径と粒子濃度[wt%]との関係を示すグラフである。
符号の説明
2、180 バックライトユニット
4 液晶表示パネル
6 駆動ユニット
10 液晶表示装置
12 光源
14 光学部材ユニット
15a 拡散フィルム
15b 第1プリズムシート
15c 第2プリズムシート
15d 偏光分離フィルム
18 導光板
18a 光射出面
18b 第1傾斜面
18c 第2傾斜面
18d 第1光入射面
18e 第2光入射面
18f 湾曲部
22 反射シート
50 LEDチップ
52 光源支持部

Claims (20)

  1. 矩形状の平坦な光射出面と、
    前記光射出面の対向する2つの長辺をそれぞれ含み、互いに対向する位置に配置される2つの光入射面と、
    これらの2つの光入射面から前記光射出面の中央に向かうに従ってそれぞれ前記光射出面からの距離が遠くなる対称な2つの傾斜背面と、
    これらの2つの傾斜背面を接合する湾曲部とを有し、
    その内部に伝搬する光を散乱する散乱粒子を含む導光板であって、
    前記2つの光入射面間の導光長が、480mm以上、500mm以下であり、
    前記散乱粒子の粒径が、4.0μm以上、12.0μm以下、前記散乱粒子の濃度が、0.02wt%以上、0.22wt%以下であり、かつ、
    前記散乱粒子の粒径および濃度が、前記散乱粒子の粒径(μm)を横軸とし、前記散乱粒子の粒子濃度(wt%)を縦軸とするグラフにおいて、6点(4.0,0.02)、(4.0,0.085)、(7.0,0.03)、(7.0,0.12)、(12.0,0.06)および(12.0,0.22)で囲まれる領域内にあり、
    前記2つの光入射面から入射した光が前記光射出面から射出された割合を示す光の利用効率が55%以上であり、
    前記光射出面の前記光入射面近傍から射出する光の輝度に対する前記光射出面の中央部から射出する光の輝度の割合を示す前記光射出面の輝度分布の中高度合が、0%超、25%以下であることを特徴とする導光板。
  2. 矩形状の平坦な光射出面と、
    前記光射出面の対向する2つの長辺をそれぞれ含み、互いに対向する位置に配置される2つの光入射面と、
    これらの2つの光入射面から前記光射出面の中央に向かうに従ってそれぞれ前記光射出面からの距離が遠くなる対称な2つの傾斜背面と、
    これらの2つの傾斜背面を接合する湾曲部とを有し、
    その内部に伝搬する光を散乱する散乱粒子を含む導光板であって、
    前記2つの光入射面間の導光長が、515mm以上、620mm以下であり、
    前記散乱粒子の粒径が、4.0μm以上、12.0μm以下、前記散乱粒子の濃度が、0.015wt%以上、0.16wt%以下であり、かつ、
    前記散乱粒子の粒径および濃度が、前記散乱粒子の粒径(μm)を横軸とし、前記散乱粒子の粒子濃度(wt%)を縦軸とするグラフにおいて、6点(4.0,0.015)、(4.0,0.065)、(7.0,0.02)、(7.0,0.09)、(12.0,0.035)および(12.0,0.16)で囲まれる領域内にあり、
    前記2つの光入射面から入射した光が前記光射出面から射出された割合を示す光の利用効率が55%以上であり、
    前記光射出面の前記光入射面近傍から射出する光の輝度に対する前記光射出面の中央部から射出する光の輝度の割合を示す前記光射出面の輝度分布の中高度合が、0%超、25%以下であることを特徴とする導光板。
  3. 矩形状の平坦な光射出面と、
    前記光射出面の対向する2つの長辺をそれぞれ含み、互いに対向する位置に配置される2つの光入射面と、
    これらの2つの光入射面から前記光射出面の中央に向かうに従ってそれぞれ前記光射出面からの距離が遠くなる対称な2つの傾斜背面と、
    これらの2つの傾斜背面を接合する湾曲部とを有し、
    その内部に伝搬する光を散乱する散乱粒子を含む導光板であって、
    前記2つの光入射面間の導光長が、625mm以上、770mm以下であり、
    前記散乱粒子の粒径が、4.0μm以上、12.0μm以下、前記散乱粒子の濃度が、0.01wt%以上、0.12wt%以下であり、かつ
    前記散乱粒子の粒径および濃度が、前記散乱粒子の粒径(μm)を横軸とし、前記散乱粒子の粒子濃度(wt%)を縦軸とするグラフにおいて、6点(4.0,0.01)、(4.0,0.05)、(7.0,0.01)、(7.0,0.06)、(12.0,0.02)および(12.0,0.12)で囲まれる領域内にあり、
    前記2つの光入射面から入射した光が前記光射出面から射出された割合を示す光の利用効率が55%以上であり、
    前記光射出面の前記光入射面近傍から射出する光の輝度に対する前記光射出面の中央部から射出する光の輝度の割合を示す前記光射出面の輝度分布の中高度合が、0%超、25%以下であることを特徴とする導光板。
  4. 矩形状の平坦な光射出面と、
    前記光射出面の対向する2つの長辺をそれぞれ含み、互いに対向する位置に配置される2つの光入射面と、
    これらの2つの光入射面から前記光射出面の中央に向かうに従ってそれぞれ前記光射出面からの距離が遠くなる対称な2つの傾斜背面と、
    これらの2つの傾斜背面を接合する湾曲部とを有し、
    その内部に伝搬する光を散乱する散乱粒子を含む導光板であって、
    前記2つの光入射面間の導光長が、785mm以上、830mm以下であり、
    前記散乱粒子の粒径が、4.0μm以上、12.0μm以下、前記散乱粒子の濃度が、0.008wt%以上、0.08wt%以下であり、かつ
    前記散乱粒子の粒径および濃度が、前記散乱粒子の粒径(μm)を横軸とし、前記散乱粒子の粒子濃度(wt%)を縦軸とするグラフにおいて、6点(4.0,0.008)、(4.0,0.03)、(7.0,0.009)、(7.0,0.04)、(12.0,0.02)および(12.0,0.08)で囲まれる領域内にあり、
    前記2つの光入射面から入射した光が前記光射出面から射出された割合を示す光の利用効率が55%以上であり、
    前記光射出面の前記光入射面近傍から射出する光の輝度に対する前記光射出面の中央部から射出する光の輝度の割合を示す前記光射出面の輝度分布の中高度合が、0%超、25%以下であることを特徴とする導光板。
  5. 前記光射出面からこれに直交する方向の距離である厚みが最も薄い前記光入射面の前記厚みが、0.5mm以上、3.0mm以下であり、
    前記厚みが最も厚い前記湾曲部の中央における前記厚みが、1.0mm以上、6.0mm以下であり、
    前記湾曲部の曲率半径が、6,000mm以上、45,000mm以下であり、
    前記傾斜背面のテーパが、0.1°以上、0.8°以下である請求項1〜4のいずれかに記載の導光板。
  6. 前記光入射面は、表面粗さが380nm未満である請求項1〜5のいずれかに記載の導光板。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の導光板と、
    前記導光板の前記光射出面側に、ここから射出された光を入射させて拡散する拡散機能を備える少なくとも1枚の拡散フィルムを含む光学部材ユニットとを有することを特徴とする導光板ユニット。
  8. 前記光学部材ユニットは、前記導光板の前記光射出面側から順に積層された、前記少なくとも1枚の拡散フィルムとしての3枚の拡散フィルムと、入射する光のうち特定方向の偏光を分離して透過する偏光分離機能を備える偏光分離フィルムとを有する請求項7に記載の導光板ユニット。
  9. 前記光学部材ユニットは、前記導光板の前記光射出面側から順に積層された、前記少なくとも1枚の拡散フィルムとしての1枚の拡散フィルムと、頂角が90°で前記光射出面の長手方向に平行な方向に延在するプリズムが前記光射出面の長手方向に直交する方向に並列して、かつ前記プリズムの頂角が前記導光板側とは反対側に対向するように、多数形成されたプリズムシートと、入射する光のうち特定方向の偏光を分離して透過する偏光分離機能を備える偏光分離フィルムとを有する請求項7に記載の導光板ユニット。
  10. 前記光学部材ユニットは、前記導光板の前記光射出面側から順に積層された、前記少なくとも1枚の拡散フィルムとしての第1拡散フィルムと、頂角が90°で前記光射出面の長手方向に平行な方向に延在するプリズムが前記光射出面の長手方向に直交する方向に並列して、かつ前記プリズムの頂角が前記導光板側とは反対側に対向するように、多数形成されたプリズムシートと、前記少なくとも1枚の拡散フィルムとしての第2拡散フィルムと、入射する光のうち特定方向の偏光を分離して透過する偏光分離機能を備える偏光分離フィルムとを有する請求項7に記載の導光板ユニット。
  11. 前記光学部材ユニットは、前記導光板の前記光射出面側から順に積層された、頂角が60°で前記光射出面の長手方向に平行な方向に延在するプリズムが前記光射出面の長手方向に直交する方向に並列して、かつ前記プリズムの頂角が前記導光板側に対向するように、多数形成されたプリズムシートと、前記少なくとも1枚の拡散フィルムとしての1枚の拡散フィルムと、入射する光のうち特定方向の偏光を分離して透過する偏光分離機能を備える偏光分離フィルムとを有する請求項7に記載の導光板ユニット。
  12. 前記光学部材ユニットは、前記導光板の前記光射出面側から順に積層された、前記少なくとも1枚の拡散フィルムとしての第1拡散フィルムと、頂角が90°で前記光射出面の長手方向に平行な方向に延在するプリズムが前記光射出面の長手方向に直交する方向に並列して、かつ前記プリズムの頂角が前記導光板側とは反対側に対向するように、多数形成された第1プリズムシートと、頂角が90°で前記光射出面の長手方向に直交する方向に延在するプリズムが前記光射出面の長手方向に直交する方向に並列して、かつ前記プリズムの頂角が前記導光板側とは反対側に対向するように、多数形成された第2プリズムシートと、前記少なくとも1枚の拡散フィルムとしての第2拡散フィルムと、入射する光のうち特定方向の偏光を分離して透過する偏光分離機能を備える偏光分離フィルムとが積層されている請求項7に記載の導光板ユニット。
  13. さらに、前記導光板の前記2つの傾斜背面および前記湾曲部に接して配置された反射シートを有する請求7〜12のいずれかに記載の導光板ユニット。
  14. 請求項1〜6のいずれかに記載の導光板と、
    前記導光板の前記2つの傾斜背面および前記湾曲部に接して配置された反射シートとを有することを特徴とする導光板ユニット。
  15. 請求項1〜6のいずれかに記載の導光板、または請求項7〜14のいずれかに記載の導光板ユニットと、
    前記導光板の2つの前記光入射面に対向してそれぞれ配置された2つの光源とを有する面状照明装置。
  16. 前記導光板、または、前記導光板および前記反射シートを前記導光板の前記傾斜背面側から支持する筐体と、
    前記導光板、または、前記反射シートと前記筐体との間に配置され、前記筐体に対して前記導光板、または、前記導光板および前記反射シートを支持する緩衝部材とを有する請求項15に記載の面状照明装置。
  17. 前記光源は、複数のLEDチップと、これらの複数のLEDチップを支持する支持体とを有し、
    前記複数のLEDチップは、前記支持体の前記光入射面に対向する面に列状に配置されている請求項15または16に記載の面状照明装置。
  18. 前記複数のLEDチップの各々は、青色の波長の光を射出するLEDと、このLEDの光射出面に配置された黄色の蛍光体とを有する請求項17に記載の面状照明装置。
  19. 前記複数のLEDチップの各々は、青色の波長の光を射出するLEDと、このLEDの光射出面に配置された赤色の蛍光体と、前記LEDの光射出面に配置された緑色の蛍光体とを有する請求項17に記載の面状照明装置。
  20. 前記複数のLEDチップの各々は、青色の波長の光を射出するLEDと、緑色の波長の光を射出するLEDと、赤色の波長の光を射出するLEDとを有する請求項17に記載の面状照明装置。
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