JP2009224204A - 導光体、表示装置及び導光体の成形方法 - Google Patents

導光体、表示装置及び導光体の成形方法 Download PDF

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Abstract

【課題】導光体の一端面に微小なプリズムパターンを形成することなく、光源から照射された光を効率良く拡散させて高輝度部分の発生を防止し、発光面の輝度ムラを低減させることができる導光体、該導光体を適用した表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の導光体9は、一端面19側に位置する光源7から照射された光Dを被照射面11と対向している発光面13に導く導光体9であって、前記導光体9は、前記一端面19から入射した光を該導光体の幅方向に拡散させる拡散部80と、該拡散部によって拡散された光の反射を利用して前記発光面13に導く導光部81とを備えていることを特徴とする。
【選択図】図7

Description

本発明は、例えば液晶パネルの被照射面に光を照射して液晶パネルの輝度を向上させる導光体、該導光体を適用した表示装置及び該導光体の成形方法に関するものである。
液晶パネルの表面ないし背面、即ち被照射面に光を照射して液晶パネルの輝度を向上させるフロントライト又がバックライトの構成部材として導光体が使用されている。該導光体は、一端面側に配設される光源から照射された光を前記液晶パネルの被照射面にムラなく均一に導いて面発光させるようになっている。そして、図14に示すように、導光体903の光源101が該導光体903の一端面105側の中央位置に配置されている点光源である場合には、当該光源101が存している導光体903の中央付近107に多く光Dが集まって周囲の部分109よりも輝度の高い高輝度部分111が発生してしまう。このような高輝度部分111が発生すると、導光体の発光面には明るい部分と暗い部分が分かれて存在する輝度ムラが出現するようになる。
また、図15に示すように、導光体903の一端面105に微小なプリズムパターン113を多数形成させることで、中央付近のみに光Dが多く集まらないようにする試みも既に実施されている。しかし、前記微小なプリズムパターン113を導光体903の一端面105に形成するためには、該導光体903を成形するための成形金型の構造が複雑になってしまう。従って成形金型の加工が非常に難しくなり、加工時間も長くかかるようになってしまうため成形金型の製作コストを増大させる要因になっていた。
また下記の特許文献1、2に示すように、性状の違う2つの部位を2色成形によって成形する試みも実施されている。そして特許文献1、2では性状の違う2つの部位の形状や配置を工夫することによって光の散乱ないし屈折を助長させて導光体の発光面の輝度の向上と輝度ムラの発生等を防止している。
特開平8−146231号公報 特開平9−49928号公報
しかし、前記図14に示すような点光源を使用する場合には、依然として導光体903の中央付近には図14に示すような高輝度部分が発生してしまい、導光体の発光面に輝度ムラが出現することになる。
本発明の目的は、導光体の一端面に微小なプリズムパターンを形成することなく、光源から照射された光を効率良く拡散させて高輝度部分の発生を防止し、発光面の輝度ムラを低減させることができる導光体、該導光体を適用した表示装置及び該導光体の成形方法を提供することにある。
本発明の第1の態様に係る導光体は、一端面側に位置する光源から照射された光を被照射面と対向している発光面に導く導光体であって、前記導光体は、前記一端面から入射した光を該導光体の幅方向に拡散させる拡散部と、該拡散部によって拡散された光の反射を利用して前記発光面に導く導光部とを備えていることを特徴とするものである。
本態様によれば、導光体にその一端面から入射した光を該導光体の幅方向に拡散させる拡散部を備えているので、導光体に入射した光を入射方向に沿った方向のみに集中させるのではなく、その周囲に広く拡散させることが可能になる。従って、光源から照射された光を効率良く拡散させて高輝度部分の発生を防止し、発光面の輝度ムラを低減させることが可能になる。また従来、導光体の光源側の一端面に対して入射光を拡散させるために設けられていた微小なプリズムパターンが不要になるので、成形金型の加工が容易になり、加工時間が短くなって成形金型の製作コストの削減が図られる。
本発明の第2の態様は、前記第1の態様に係る導光体において、前記拡散部と導光部は多色成形によって成形されていることを特徴とするものである。
本態様によれば、多色成形によって拡散部と導光部を連続的に成形できるので、導光体の成形が容易になり、導光体の成形サイクルの短縮が図られる。また一組の成形金型によって拡散部と導光部が成形できるから、成形設備コストの削減が図られる。
本発明の第3の態様は、前記第1の態様または第2の態様に係る導光体において、前記拡散部は前記導光部と同一の材料を母材とし、該母材中に拡散材を混入させることによって成形されていることを特徴とするものである。
本態様によれば、拡散部と導光部の接合が確実になり、拡散材の違いを除けば、全く同質の材料になるから、光の屈折率や材料の比重等の条件が同じになり、安定した導光特性が得られるようになる。
本発明の第4の態様は、前記第1の態様から第3の態様のいずれか一つに係る導光体において、前記拡散部の幅方向の設置範囲は導光体の視認エリアに高輝度部分を発生させない範囲に設定されていることを特徴とするものである。
本態様によれば、拡散部の幅方向の設置範囲を発光面に輝度ムラを発生させない最小限の範囲に設定できるので、効率の良い拡散部の成形が可能になり、導光体の成形コストの削減を図ることができる。また、導光体の発光面の視認エリアに輝度ムラが発生しないから発光面からの均一な面発光も実現される。
本発明の第5の態様は、前記第1の態様から第4の態様のいずれか一つに係る導光体において、前記拡散部は導光体の非視認エリアに設けられていることを特徴とするものである。
本態様によれば、拡散部は導光体の非視認エリアに設けられているので、導光体の外観ないし視認エリアには拡散部は現れない。従って導光体の外観を損ねることもない。
本発明の第6の態様に係る表示装置は、表示情報を画面に表示させる表示パネルと、前記表示パネルの被照射面に光を照射させる導光体とを備え、前記導光体は前記第1の態様から第5の態様のいずれか一つに係る導光体であることを特徴とするものである。
本態様によれば、前記第1の態様から第5の態様と同様の作用、効果を奏することができ、導光体をバックライトないしフロントライトの構成部材として利用した時、表示パネルの背面ないし表面に輝度ムラのない照明を付与することが可能になる。従って、種々の分野で使用されている種々の表示装置に適用することが可能になる。
本発明の第7の態様に係る導光体の成形方法は、型閉じ位置と型開き位置との間を移動し得るコアを備えた可動型と、該可動型と対向する位置に配置されるキャビティを備えた固定型と、前記コアとキャビティとの間に形成される成形空間に対して出没自在に移動し得るスライド型とを備える成形金型を使用することによって実行される導光体の成形方法であって、前記スライド型を前記成形空間内に進入させ、該成形空間内に1色目の樹脂原料を射出することによって、導光体に入射した光を光の反射を利用して発光面に導く導光部を成形する導光部成形工程と、前記スライド型を前記成形空間外に退出させ、該成形空間内に拡散材を混入させた2色目の樹脂原料を射出することによって、導光体に入射した光を導光体の幅方向に拡散させる拡散部を成形する拡散部成形工程と、を備えていることを特徴とするものである。
本態様によれば、一組のコアとキャビティとスライド型とを使用して性状の異なる拡散部と導光部を連続して成形することが可能になる。また、導光体の光源側の一端面に微小なプリズムパターン等を形成する複雑な加工を成形金型に施さなくてよいので、成形金型の製作コストの削減を図ることができる。また、前記一組のコアとキャビティとスライド型とを使用して1色目と2色目でスライド型の位置を所定ストロークずつ移動させて導光部と拡散部を順番に成形して行くようにすることで、型閉じ状態のまま1色目と2色目の成形を連続して行うことができるようになり、導光体の2色成形が効率良く実行されるようになる。
以下、本発明の実施例に係る導光体、該導光体を適用した表示装置及び前記導光体を成形するための導光体の成形方法を図面に基づいて具体的に説明する。尚、以下の説明では表示パネルのバックライトの構成部材として使用される導光体を例に採り、2色成形によって導光体を成形する場合について説明する。
図1は本発明の導光体の成形に使用される射出成形装置における成形金型と、該成形金型によって成形された導光体を示す分解斜視図、図2は本発明の表示装置を示す側断面図である。図3は本発明の導光体と光の反射・進行状態とを併せ示す側断面図、図4は同反射・進行状態とを併せ示す横断面図である。
本実施例の導光体9は、一端側Aに設けられる光源7から照射された光Dを被照射面11と対向している発光面13に導くものである。そして、本実施例の特徴的構成として、導光体9は、一端面19から入射した光Dを導光体9の幅方向Wに拡散させる拡散部80と、該拡散部80によって拡散された光Dを光Dの反射を利用して前記発光面13に導く導光部81とを備えている。
また、図示の導光体9には、図2に示すように、光源7と導光体9を収容する筐体21と、前記筐体21の下面に配設される反射板23と、光源7と導光体9の上面に配置される拡散板25と、前記拡散板25の上面に設置される2枚のプリズムシート27、29と、前記筐体21の上面に配設される窓部33が形成された遮光フレーム31とが更に備えられている。尚、前記光源7としては、一例として発光ダイオード(LED)等が使用でき、LEDは消費電力が小さく、軽量・コンパクトであるので携帯電話機等の小型の表示装置3用の導光体9としては最適である。
そして、本実施例では、導光体9を構成している前記拡散部80と導光部81は、2色成形によって一体に成形されている。前記拡散部80は、前記導光部81と同一の材料を母材とし、該母材中に粉末状ないし小片状の拡散材82を混入させることによって成形されている。尚、前記母材としては、合成樹脂製の透光性材料が一例として使用でき、具体的にはアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレンまたはメチルメタクリレートとスチレンとの共重合体等の透明度の高い合成樹脂原料が適用可能である。
因みに、本実施例では、導光部81を成形するための樹脂原料C1としてポリカーボネート系樹脂を使用しており、拡散部80を成形するための樹脂原料C2として母材が樹脂原料C1と同じポリカーボネート系樹脂であり、拡散材82が酸化チタン粉末、気泡あるいは合成樹脂小片を適用した混合樹脂原料を使用している。
また、導光部81の形状は、図1から図4に示すような矩形平板状をしており、光源7側の一端面19には拡散部80を受け入れる受入れ凹部83が刻設されている。一方、拡散部80は、図1から図4に示すようなブロック状の部材で、前記導光部81の受入れ凹部83内にちょうど収容される大きさに形成されている。また、前記拡散部80の幅方向Wの設置範囲Sは、導光体9の視認エリア84に高輝度部分を発生させない範囲に設定されており、尚且つ拡散部80自体は導光体9の非視認エリア85に配設されている。
そして、このようにして構成される導光体9の一端面19に対して光源7から光Dが照射されると、該一端面19に刻設されている受入れ凹部83に嵌め込まれている前記拡散部80に対して最初に光Dが進入する。また、拡散部80内には多数の拡散材82が散りばめられているため、拡散部80内に進入した光Dは前記拡散材82に衝突することによって、図2から図4に示すように直進方向だけでなく、その周囲にも拡散して導光部81内に進入するようになる。導光部81内では光Dは中央部分だけでなく、その周囲に亘って屈折、反射を繰り返し、最終的に均一で輝度ムラのない光Dとなって発光面13から表示パネル5の背面11に向けて照射されるようになっている。
また、本実施例の表示装置3は、表示情報を直接、画面に表示させる表示パネル5と、前記表示パネル5の背面11に光Dを照射させる前述した本実施例の導光体9とを備えている。そして、このうち表示パネル5は一例として液晶パネルによって構成されており、図2に示すように、表示情報である文字情報、図形情報あるいは画像情報等を直接、画面上に表示させる液晶45と、該液晶45の上下面に設置される視認性ないし透光性を有する2枚の保護層47、49と、前記液晶45と2枚の保護層47、49を収容する筐体51とを備えることによって一例として構成されている。
また、前述した本実施例の導光体9を適用することによって表示装置3全体としても製造工数及び製造時間の短縮と製造コストの削減とを図ることができる。そして、導光体9の発光面13から照射される明るく輝度ムラのない光Dによって表示装置3の表示情報の視認性が一段と向上する。
次に前述した導光体9を成形する成形方法を図面に基づいて具体的に説明する。
図5は一次成形前の型開き状態の射出成形装置における成形金型を示す側断面図、図6は一次成形・冷却時の型閉じ状態の成形金型を示す側断面図である。図7は二次成形・冷却時の型閉じ状態の成形金型を示す側断面図、図8は図7中のA部の拡大側断面図である。図9は図8中のB−B断面図、図10は二次成形・冷却後の型開き状態の成形金型を示す側断面図である。また図11は突出し・離型時の成形金型を示す側断面図である。
本実施例の導光体の成形方法は、型閉じ位置Lと型開き位置Nとの間を移動し得るコア14を備えた可動型53と、前記可動型53と対向する位置に配置されるキャビティ20を備えた固定型54と、前記コア14とキャビティ20との間に形成される成形空間15に対して出没自在に移動し得るスライド型55とを備える成形金型52を使用することによって一例として実行される。
可動型53は、金属製の図示のような矩形ブロック状の部材である。可動型53の分割面となる上面53aにはコア14が設けられており、該コア14には成形空間15の一部を構成する成形凹部16が形成されている。また、該成形凹部16の前方壁面には幅方向Wに長い矩形状の開口17が形成されており、該開口17の前方に位置するコア14と可動型53には前記開口17と連通する角溝状のスライド溝18が一例として刻設されている。また、前記成形凹部16の底面16aには下方のコア14と可動型53にかけて貫通状態で一例として4つの嵌合穴34が刻設されている。この嵌合穴34は、突出し・離型時に使用するエジェクタピン63を摺動自在に受け入れる受入れ穴になっている。
固定型54は、前記可動型53と同様、金属製で図示のような矩形ブロック状の部材である。固定型54の分割面となる下面54aには、前記可動型53の上面53aに設けられている成形凹部16と対向する位置に該成形凹部16と共に成形空間15の他の一部を構成する凹陥状のキャビティ20が形成されている。該キャビティ20の上方には、図示しない射出成形機から射出された溶融状態の樹脂原料C1を成形空間15内に供給するための第1スプルー59が固定型54の上下面を貫くように設けられている。また、前記キャビティ20の前方の近傍位置には、同じく図示しない射出成形機から射出された溶融状態の樹脂原料C2を後述するスライド型55の上面に刻設されているフィルムゲート56を介して前記成形空間15内に供給するための第2スプルー61が固定型54の上下面を貫くように設けられている。
この他、前記可動型53と固定型54には、成形空間15内の樹脂原料C1、C2を冷却・固化させるための図示しない冷却管路等が設けられている。また、前記スライド型55は、前記スライド溝18と係合して前後方向Yに所定ストローク、スライド可能な金属製の図示のような矩形ブロック状の部材である。該スライド型55の先端部55aは、前記成形空間15内に進入し、成形空間15外に退出できるように構成されており、前記先端部55aの上面には一例として平面視台形状をした浅溝状のフィルムゲート56が刻設されている。そして、前記スライド型55は、一例としてシリンダ65によって前記先端部55aが前述した導光体9における拡散部80の奥行寸法分、前後方向Yにスライドできるように構成されている。
そして、このようにして構成される成形金型52を使用することによって実行される本実施例の導光体の成形方法は、1色目の樹脂原料C1を使用して行う(1)導光部成形工程と、2色目の樹脂原料C2を使用して行う(2)拡散部成形工程と、完成した導光体9を成形金型52から離型させて外部に取り出す(3)突出し・離型工程とを備えることによって構成されている。
(1)導光部成形工程(図5、図6参照)
導光部成形工程は、スライド型55を前記成形空間15内に進入させ、該成形空間15内に1色目の樹脂原料C1を射出することによって導光部81を成形する一次成形工程である。即ち、図5に示すように、型開き位置Nに位置していた可動型53が図6に示すように型閉じ位置Lに移動して型閉じ状態を形成する。次いで、シリンダ65が作動してスライド型55の先端部55aを成形空間15内に進入させる。そして、図示しない射出成形機から溶融状態の1色目の樹脂原料C1を第1スプルー59を介して成形空間15内に射出させる。成形空間15内に射出された1色目の樹脂原料C1は、図示しない冷却管路等を流れる冷媒の冷却作用を受けて冷却され、2色目の樹脂原料C2の射出が可能な状態になるまで冷却・固化される。
(2)拡散部成形工程(図7、図8、図9参照)
拡散部成形工程は、スライド型55を前記成形空間15外に退出させ、該成形空間15内に拡散材82を混入させた2色目の樹脂原料C2を射出することによって拡散部80を成形する二次成形工程である。即ち、図7に示すように、可動型53と固定型54を型閉じ状態にしたまま、シリンダ65を前記と逆方向に作動させてスライド型55の先端部55aを前記成形空間15から退出させる。尚、この状態では成形空間15内には、上述した(1)導光部成形工程で成形された一端面19に受入れ凹部83が形成された導光部81が存在している。
次に、図示しない射出成形機から溶融状態の2色目の樹脂原料C2を第2スプルー61を介して成形空間15内の前記導光部81の受入れ凹部83内に射出させる。尚、この際、2色目の樹脂原料C2は、第2スプルー61からスライド型55の先端部55aの上面に刻設されているフィルムゲート56に至り、図8、図9に示すように、スライド型55と、成形空間15との間に形成される左右の空隙部86から前記受入れ凹部83内に2色目の樹脂原料C2が流れ込むようになっている。そして、受入れ凹部83内に射出された2色目の樹脂原料C2と、前記(1)導光部成形工程において、先に射出されている半固化状態の1色目の樹脂原料C1は、図示しない冷却管路等を流れる冷媒の冷却作用を受けて冷却され、型開き可能な状態まで冷却・固化される。
(3)突出し・離型工程(図10、図11参照)
突出し・離型工程は、コア14によって保持されている成形された導光体9を離型方向に突き出してコア14から離型させて外部に取り出す工程である。本工程では図10に示すように、可動型53を型開き位置Nに移動させ、ランナー73を導光体9から切除する。そして、図11に示すように、図示しないエジェクタロッドを作動させてエジェクタピン63の上端の突当て面63aを前記成形凹部16の底面16aから突出させた状態にする。このようなエジェクタピン63の突き出しによって、コア14の成形凹部16内に保持されていた完成した導光体9は、成形凹部16から突き出され、コア14から離型されて外部に取り出される。
[その他の実施例]
本願発明に係る導光体9、該導光体9を適用した表示装置3及び該導光体9を成形するための導光体の成形方法は、以上述べたような構成を基本とするものであるが、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内の部分的構成の変更や省略等を行うことも勿論可能である。
図12は本発明の導光体の他の実施例を示す側断面図、図13は同導光体の更に他の実施の形態を示す横断面図である。
図12に示す導光体9は、前記図1から図11に示す導光体9と同様に拡散部80及び導光部81を備えている。そして、前記拡散部80と導光部81の配設態様及び接合構造のみが図1から図11に示す導光体9と相違している。即ち、図12に示す導光体9Aにあっては、拡散部80が導光部81の一端面19に密着した状態で光源7との間に配設されている。従って、本実施例の場合には、拡散部80と導光部81は必ずしも2色成形手法によって一体成形されている必要はなく、それぞれ別々に成形された拡散部80と導光部81を成形後に密着ないし並設させることも可能である。
また、図13に示す導光体9は、前記図1から図11に示す導光体9と同様に拡散部80及び導光部81を備えている。そして、前記拡散部80の前記導光部81に対する配設態様のみが図1から図11に示す導光体9と相違している。即ち、図13に示す導光体9Bにあっては、拡散部80が導光部81の一端面19の内側に内包された状態で配設されており、拡散部80が導光部81から脱落しにくい構造になっている。
そして、図12に示す導光体9と図13に示す導光体9によっても、前記図1から図11に示す導光体9と同様の作用、効果を奏することができる。
この他、本発明の導光体9は、図1から図11に示す実施の形態のようにバックライトの構成部材として使用する他、フロントライトの構成部材として使用することも可能であり、フロンライトの構成部材として本発明の導光体9を使用した場合には、表示パネル5の表面10が被照射面になる。また、表示パネル5は液晶パネルに限らず、本発明の導光体9をバックライト又はフロントライトの構成部材として使用可能な種々の表示パネルに適用可能である。また、本発明の導光体の成形方法で使用する成形金型52の構造も、図1から図11に示す実施の形態の構造に限定されるものでなく、単一のキャビティ20を備えた固定型54と、複数のコア14を備えた可動型53と、該可動型53をコア14の配設ピッチ分、スライドさせる図示しないスライド装置を備えた成形金型52等、多色成形が可能な種々の構造の成形金型52が適用可能である。
本発明の実施例に係る導光体の成形に使用される射出成形装置における成形金型と導光体を示す分解斜視図。 本実施例の表示装置を示す側断面図。 本実施例の導光体を示す側断面図。 本実施例の導光体を示す横断面図。 一次成形前の型開き状態の成形金型を示す側断面図。 一次成形・冷却時の型閉じ状態の成形金型を示す側断面図。 二次成形・冷却時の型閉じ状態の成形金型を示す側断面図。 図7中のA部の拡大側断面図。 図8中のB−B断面図。 二次成形・冷却後の型開き状態の成形金型を示す側断面図。 突出し・離型時の成形金型を示す側断面図。 本発明の導光体の他の実施例を示す側断面図。 本発明の導光体の更に他の実施例を示す横断面図。 従来の導光体の構造とその問題点を示す横断面図。 従来の他の導光体の構造を示す横断面図。
符号の説明
3 表示装置、5 表示パネル、7 光源、9 導光体、10 表面、11 背面(被照射面)、13 発光面、14 コア、15 成形空間、16 成形凹部、16a 底面、17 開口、18 スライド溝、19 一端面、20 キャビティ、21 筐体、23 反射板、25 拡散板、27 プリズムシート、29 プリズムシート、31 遮光フレーム、33 窓部、34 嵌合穴、43 筐体、45 液晶、47 保護層、49 保護層、51 筐体、52 成形金型、53 可動型、53a 上面(分割面)、54 固定型、54a 下面(分割面)、55 スライド型、55a 先端部、56 フィルムゲート、59 第1スプルー、61 第2スプルー、63 エジェクタピン、63a 突当て面、65 シリンダ、73 ランナー、80 拡散部、81 導光部、82 拡散材、83 受入れ凹部、84 視認エリア、85 非視認エリア、86 空隙部、A 一端側、C1 樹脂原料、C2 樹脂原料、D 光、L 型閉じ位置、N 型開き位置、W 幅方向、S 設置範囲、Y 前後方向

Claims (7)

  1. 一端面側に位置する光源から照射された光を被照射面と対向している発光面に導く導光体であって、
    前記導光体は、前記一端面から入射した光を該導光体の幅方向に拡散させる拡散部と、該拡散部によって拡散された光の反射を利用して前記発光面に導く導光部とを備えていることを特徴とする導光体。
  2. 請求項1に記載の導光体において、
    前記拡散部と導光部は多色成形によって成形されていることを特徴とする導光体。
  3. 請求項1または2に記載の導光体において、
    前記拡散部は、前記導光部と同一の材料を母材とし、該母材中に拡散材を混入させることによって成形されていることを特徴とする導光体。
  4. 請求項1から3のいずれか1項に記載の導光体において、
    前記拡散部の幅方向の設置範囲は、導光体の視認エリアに高輝度部分を発生させない範囲に設定されていることを特徴とする導光体。
  5. 請求項1から4のいずれか1項に記載の導光体において、
    前記拡散部は、導光体の非視認エリアに設けられていることを特徴とする導光体。
  6. 表示情報を画面に表示させる表示パネルと、
    前記表示パネルの被照射面に光を照射させる導光体とを備え、
    前記導光体は請求項1から5のいずれか1項に記載の導光体であることを特徴とする表示装置。
  7. 型閉じ位置と型開き位置との間を移動し得るコアを備えた可動型と、該可動型と対向する位置に配置されるキャビティを備えた固定型と、前記コアとキャビティとの間に形成される成形空間に対して出没自在に移動し得るスライド型とを備える成形金型を使用することによって実行される導光体の成形方法であって、
    前記スライド型を前記成形空間内に進入させ、該成形空間内に1色目の樹脂原料を射出することによって、導光体に入射した光を光の反射を利用して発光面に導く導光部を成形する導光部成形工程と、
    前記スライド型を前記成形空間外に退出させ、該成形空間内に拡散材を混入させた2色目の樹脂原料を射出することによって、導光体に入射した光を導光体の幅方向に拡散させる拡散部を成形する拡散部成形工程と、を備えていることを特徴とする導光体の成形方法。
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