JP2010050096A - 導光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶ディスプレイ装置、特に液晶ディスプレイ装置における導光装置を提供する。
【解決手段】導光装置は、導光板と、前記導光板の側面に沿って配置された光源とを備え、前記光源が所在する側面と交差する前記導光板の側面に導光スティックが対応して配置され、前記導光板の導光スティックが配置された側面と、光源に対向する側面はいずれも導光板の光入射面であり、前記導光スティックの導光板に接する面は導光スティックの光射出面であり、当該光射出面に対向する面は導光スティックの光反射面であり、当該導光スティックの前記光源に接近する端面は光スティックの光入射面である。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶ディスプレイ装置、特に液晶ディスプレイ装置における導光装置に関する。

導光装置は、主に液晶パネルにより表示を行い、液晶パネル自身は発光しないため、液晶パネルに対して輝度が十分であり、且つ光線分布が均一である光源を設置する必要がある。現在、液晶ディスプレイ装置の所要光線は通常サイド・ライト型バック・ライトにより提供される。

図１と図２に示すように、伝統的なサイド・ライト型バック・ライトの構造１００は、光源１０１と、光反射カバー１０２と、導光板１０３と、底反射膜１０４と、側反射膜１０５と、光学膜セット１０６とを備える。当該バック・ライトの作動原理は以下の通りである。光源１０１から射出される光線は光反射カバー１０２により光束に集光され導光板１０３に入射する。光束は導光板１０３の底部に設けられるドットパターン、又は類似機能を有する構造を通過し、これらのドットパターンにより、光束が導光板内部を伝送する全反射条件が破壊され、光束を散乱させる。この光束は、一連の反射と屈折を経て、導光板１０３の射出面に面射出光を形成し、最後に光学膜セット１０６の調節により均一的な面光源を形成する。

しかし、伝統的なサイド・ライト型バック・ライトには以下の問題点が存在している。

伝統的なサイド・ライト型バック・ライトの構造により、光源の光線は導光板１０３の側面１１０及び側面１１１（図２を参照）から入射し、ドットパターンの光線に対する調整は実際は主として垂直方向に制限され、水平方向における光線の均一度に対する制御は行いにくい。

更に、サイド・ライト型バック・ライトは主に冷陰極蛍光灯を光源１０１にするが、冷陰極蛍光灯自身に発光分布が不均一という欠陥がある。このような光源の応用により、導光板１０３の両側に図３に示された光学画面が現れ得、画面から分かるように、バック・ライトの４つの隅に除去し難い、光量が導光板の普通の領域と比べて比較的少ない薄暗い領域１０３が現れる（図３に示された輝度分布において、色が濃い領域は明るい領域であり、色が薄い領域は薄暗い領域である）。

本発明の実施例により導光装置が提供され、当該導光装置を採用したバック・ライトの光線分布は均一である。当該導光装置は、導光板と、前記導光板の側面に沿って配置された光源とを備え、前記光源が所在する側面と交差する前記導光板の側面に導光スティックが対応に配置され、前記導光板の導光スティックが配置された側面と、光源に対向する側面はいずれも導光板の光入射面であり、前記導光スティックの導光板に接する面は導光スティックの光射出面、当該光射出面に対向する面は導光スティックの光反射面であり、当該導光スティックの前記光源に接近する端面は光スティックの光入射面である。

本実施例により提供された導光装置は伝統的なサイド・ライト型バック・ライトの構造のもとに、導光板のその光入射面に隣接する両側に導光スティックを付加し、光源からの一部の光線は導光スティック両端の光入射面から導光スティックに入り、導光スティック内で一連の反射と屈折を経て、導光板の側面から導光板に入り、導光板内の光線分布に対する調整により、導光板内の光線分布を均一にさせ、バック・ライトの隅の薄暗い領域も著しく除去できる。

従来技術のサイド・ライト型バック・ライト構造の概略図である。 図１におけるサイド・ライト型バック・ライト構造のＡ−Ａ線の断面図である。 従来技術のサイド・ライト型バック・ライトの輝度分布図である。 本発明の実施例１におけるサイド・ライト型バック・ライトの概略図である。 図４におけるサイド・ライト型バック・ライト構造のＢ−Ｂ線の断面図である。 本発明の実施例１の導光板に設けられたドットパターンの分布方式の概略図である。 本発明の実施例１の導光スティックに設けられたドットパターンの分布方式の概略図である。 本発明の実施例１の導光板と導光スティックの寸法の概略図である。 本発明の実施例１の導光板と導光スティックの整合関係の概略図である。 図９における導光板と導光スティックの中間部分の構造の上面図である。 従来技術におけるバック・ライトの光学シミュレーションの結果である。 本発明の実施例１におけるバック・ライトの光学シミュレーションの結果である。 本発明の実施例３におけるサイド・ライト型バック・ライト構造の概略図である。

伝統的なサイド・ライト型バック・ライトにおける光線分布の不均一及びバック・ライトの隅に存在する薄暗い領域という問題点を解消するために、現在、以下の改良案がある。即ち、伝統的なサイド・ライト型バック・ライトのもとに、導光板の四周を囲むように一連のＵ型或いはＬ型の光源を設計し、それによって導光板は４つの方向から光線を受けられ、光線の均一度と輝度を向上するという目的を達成する。

前記改良されたサイド・ライト型バック・ライトを応用する過程において、発明者は依然として以下の問題を発見した。前記改良されたサイド・ライト型バック・ライトにおいて、導光板の左右両側に光源を付加することにより、バック・ライト全体の輝度が向上したが、付加した光源にとって、光線分布に対する制御によって光源自身固有の不足を補うのは同様に困難なことであるため、改良後のバック・ライトには光線分布の不均一及びバック・ライトの隅の除去し難い薄暗い領域という問題は依然として存在している。
サイド・ライト型バック・ライトの光線分布の不均一によってバック・ライト４つの隅に薄暗い領域が現れるという問題を解決するために、本発明の実施例に導光装置が提供された。次に、図面に基づいて本発明の実施例に提出された導光装置について詳しく説明する。

本発明の実施例により提供された導光装置４００は、図４と図５に示すように、伝統的なサイド・ライト型バック・ライト構造（導光板に対向する両側に光源が設置されている）のもとに、導光板４０３の光入射面に隣接する両側に導光スティック４０４を付加する。前記導光スティック４０４の光源に接近する側面は端面と言い（その中の１つの端面は図４に示された端面４１０である）、前記端面は当該導光スティックの光入射面であり、導光板に接する面４１１は導光スティックの光射出面であり、光射出面４１１に対向する面４１２は導光スティックの光反射面である。導光スティックの光射出面４１１に接する導光板の側面は導光板の他の光入射面となる。

光源から一部の光線は導光スティックの両端である光入射面から導光スティックに入射し、導光スティック内で一連の反射と屈折を経て、導光板の側面から導光板に入射し、導光板内の光線の分布を調整し、導光板内の光線分布を均一にし、バック・ライトの隅の薄暗い領域も著しく除去できる。

図４と図５に示すように、本発明の実施例１の導光装置は、光源４０１（例えば、導光板の一対の側面に位置する冷陰極蛍光灯）と、光反射カバー４０２と、導光板４０３と、導光スティック４０４（２つ）と、底反射膜４０５と、反射膜４０６と、光学膜セット４０７などを備える。

その中で、導光板４０３の上面はその光射出面であり、当該光射出面は光学膜セット４０７に隣接する。その底面にドットパターンが配置され、且つ底面の外は底反射膜により被覆され、他の４つの側面はいずれも光入射面である。光源４０１は、導光板４０３の側面４１３及び側面４１３に対向する側面に配置された線光源、或いは線状に配列された点光源（例えばＬＥＤ）である。導光スティック４０４（例えば２つ）はそれぞれ導光板の側面４１３に隣接する両側面に配置される。導光スティック４０４の光源に接近する端面は光入射面４１０であり、導光板４０３に接する面は導光スティックの光射出面４１１であり、光射出面４１１に対向する面は導光スティックの光反射面４１２である。光反射面４１２にドットパターンが配置され、光反射面４１２の外及び導光スティックの上下面は全て反射膜４０６により被覆されている。

光源４０１から一部の光線は光反射カバー４０２によって集光され導光板４０３に入射し、導光板底面に設けられたドットパターンが光線を調製することによって、面光源が形成される。導光板４０３に入射された一部の光線でバック・ライトの大部分の光線を提供し、導光板の側面４１３とそれに対向する側面のような、導光板の光源に対向する面は主な光入射面となる。

光源４０１からの一部の光線は導光スティックの光入射面４１０によって導光スティック４０４に入射し、導光スティックの光反射面４１２におけるドットパターンの調整により、所定の分布を有する光線になり、導光スティックの光射出面４１１によって導光板４０３に導入される。ここで、所定の分布とは、導光スティックから出射する光線は、導光板の薄暗い領域に接近する光線が明るく、他の領域に接近する光線が暗くなるように分布することを原則とする。これにより、導光板の調製によって形成された面光源の光線分布を均一にして、バック・ライトの隅に現れた薄暗い領域を弱めることができる。

図６に示すように、本実施例において、導光板底面に設けられたドットパターンは、円形で、６０度の角度となる配列方式で分布された印刷式のドットパターンが採用される。その分布設計は光射出面の光線を均一に、且つ輝度を高くすることができるということを満足しなければならない。導光板底面のドットパターンは円形で、６０度の角度となる配列方式で分布する印刷式のドットパターンに限らない。まず、前記ドットパターンは印刷式のドットパターンに限らず、エッチング或いは注入成型などの印刷ではない方法によって形成されたドットパターンでもよい。次に、前記ドットの形状は円形に限らず、楕円状或いは任意の多辺形であってもよい。更に、前記ドットパターンの配列方式は６０度の角度で分布することに限らず、４５度、９０度或いは他の任意の角度で配列してもよい。実際に応用されるドットパターンは、上記いずれかの形成方法、いずれかの形状、いずれかの配列方式を選択してもよく、そして、実際の必要に応じて組み合せばよい。最後のドットパターン分布の設計組み合せにより、光射出面の光線を均一に、且つ高輝度にさせることができればよい。

導光スティックに設けられたドットパターンは、その選択できる形成方法、形状及び配列方式が、導光板に設けられたドットパターンと同じであってもよい。図７に示すように、本実施例には、導光板の隅の薄暗い領域の光線分布をよりよく調整するために、導光スティックの光反射面では、両端で密度が密であり、中間部分には密度が粗となるようにドットパターンを分布する。前記ドットパターンは正方形で、９０度の角度となる配列方式で分布された印刷式のドットパターンを採用することが望ましい。

バック・ライト全体の有効発光面積は導光板４０３のサイズによって決められる。導光スティック４０４のサイズは、光源からの光線が十分利用できるか否かを影響する。図８に示すように、ここでＬＰ、ＷＰ、ＨＰで導光板４０３の長さ、幅、高さをそれぞれ示す。本実施例において、導光スティック４０４を長方形にし、ＬＢ、ＷＢ、ＨＢでその長さ、幅、高さをそれぞれ示す。

導光板４０３のサイズは、例えばそれに対応する生産規格に決められる。

本実施例において、導光スティック４０４のサイズは、ＷＰ＝ＷＢ、ＨＰ＝ＨＢという条件を満足することが要求される。それにより、導光スティック内部の光線が十分利用されることは効果的に保証できる。ＬＢのサイズは２つの要素に影響する。即ち、ＬＢが大きすぎると、バック・ライトの有効発光領域ではないマージンが大きくなる。液晶ディスプレイ装置にとって、ＬＢが大きすぎると、ディスプレイ領域以外のマージン部分が大きくなり、材料の無駄の消耗が発生するとともに、液晶ディスプレイ外観の美観性にも影響する。一方、ＬＢが小さすぎると、導光スティックが受ける光線が不足する。本実施例において、ＬＢ＝ＨＢ／２を採用することが望ましい。

導光スティックが光線を十分に受けるように、光源の長さは導光板４０３の長さＬＰを超えるべきである。それと同時に、光源の長さは長くても、ＬＰ＋２＊ＬＢを超えてはならない。つまり、光源の両端は導光板の光入射面範囲外までに延伸できれば最もよいが、両側の導光スティックの光入射面範囲を超えてはならない。

図９は導光板と導光スティックの整合関係の概略図である。図９において、円環で限定された範囲は、導光板４０３と導光スティック４０４との接触面の中間部分であり、図１０に示された構造が採用された。導光板４０３（図１０の左の白色領域）における凹入部と導光スティック４０４（図１０の右の黒色領域）における突起とは整合し、それによって導光板と導光スティックを固定する。導光スティック４０４における凹入部（図１０の右の黒色領域）はバック・ライトの背面板の構造に合わせることにより導光スティックの固定の問題を解決できる。

本実施例により提供された導光装置において、例えば、伝統的なサイド・ライト型バック・ライト構造（導光板の一対の側面に光源が配置されている）のもとに、導光板の他の一対の側面に、ドットパターンが配置された導光スティックを付加した。光反射面の異なる部位に分布密度が異なるドットパターンを配置することにより、導光スティックに入射する一部の光線が、両端が強く、中間が弱いという分布で導光板の２つの主ではない光入射面から導光板に入射するように調節する。当該導光スティックを付加することは、導光板のために光線の分布を制御できるサイド光源を配置したことに類似する。図１１と図１２から分かるように、本発明の実施例に提供された導光装置は、導光板に入射する光線の分布を均一にさせることができ、バック・ライトの隅に薄暗い領域が存在するという問題を大いに改善した。

導光板の一対の側面（導光板の側面４１３とそれに対向する側面）の片側に光源を配置し、光源に対向する他側に反射膜を配置するサイド・ライト型バック・ライトに対して、当該バック・ライト装置に導光スティックを付加する技術案は前記実施例とほぼ同じである。前記導光スティックの光源に接近する端面は当該導光スティックの光入射面であり、当該光入射面に対向する端面と、当該導光スティックの光反射面と、当該導光スティックの上下表面に全て反射膜が配置される。本実施例の導光スティックと実施例１の導光スティックとの最も大きい相違点とは、導光スティックの光反射面に設けられたドットパターンの分布の密度にある。本実施例において、導光スティックに設けられたドットパターンは依然として、両端側で密度が密であり、中間部分において密度が粗となるように分布されるが、光源から遠い一端側におけるドットパターンの分布密度は光源から近い一端側と比べて、より大きくなる。

本実施例により提供された導光装置は、導光板の一対の側面の片側だけに光源が配置されたサイド・ライト型バック・ライト構造のもとに、導光板のもう一対の側面にドットパターンが配置された導光スティックを付加する。光反射面の異なる部位に分布密度が異なるドットパターンを配置することにより、導光スティックに入る一部の光線を、両端が強く、中間が弱いという分布で導光板の左右両側から導光板に入るように調節する。それにより、導光板に入る光線の分布を均一にして、バック・ライトの隅に薄暗い領域が存在するという問題を大いに改善した。

図１３に示すように、導光板の一対の側面に光源を同時に設けたサイド・ライト型バック・ライト１３００に対して、以下の方法で導光スティックを付加することもできる。即ち、導光板１０３の他の一対の側面の外側にそれぞれ２つの導光スティック１３０４を配置し、前記２つの導光スティック１３０４は、光源に接近する端面が前記導光板の主とする光入射面と揃っているように当該導光板１３０３の側面の両端に位置する。つまり、導光板の４つの隅の外側に導光板がそれぞれ対応して配置される。

前記導光スティック１３０４の光源に接近する端面は当該導光スティックの光入射面であり、当該光入射面に対向する端面と、当該導光スティックの光反射面と、当該導光スティックの上下両面は全て反射膜に被覆されている。また、導光板の導光スティックが配置された側面において、導光スティックにより被覆されていない領域にも反射膜が被覆されている。当該導光スティックの端面のサイズは実施例１の導光スティックと同じ、即ちＨＰ＝ＨＢ、ＬＢ＝ＨＢ／２となる。両端面間の距離を実際の必要に応じて調整できる。当該導光スティックに設けられたドットパターンは、その生成方法、形状、及び配列方式が実施例１の導光スティックのドットパターンと同じであるが、分布の密度が異なる。本実施例において、導光スティックのドットパターンは、光源から近い一端側で密度が密であり、光源から離れる一端側で密度が粗となるように分布される。

本実施例に提供された導光装置は伝統的なサイド・ライト型バック・ライト構造（導光板の一対の側面に光源が設置されている）のもとに、導光板の左右両側にそれぞれ２つの導光スティックを付加し、導光スティック内の光線分布を調整するために、当該導光スティックの光反射面にドットパターンが配置されている。これにより、バック・ライトの４つの薄暗い領域に対して光線の分布を調整でき、導光板から出射する光線の分布を均一にさせ、バック・ライトの隅に薄暗い領域が存在するという問題点を大いに改善した。

上記実施例は何れも本発明の具体的な実施形態であり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。最良な実施形態を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者にとって、必要に応じて異なる材料や設備などをもって本発明を実現できる。即ち、その精神を逸脱しない範囲内において種種の形態で実施しえるものである。

１０１：光源
１０２：光反射カバー
１０３：導光板
１０４：底反射膜
１０５：側反射膜
１０６：光学膜セット
１１０：導光板側面
１１１：導光板側面
４０１：光源
４０２：光反射カバー
４０３：導光板
４０４：導光スティック
４０５：底反射膜
４０６：反射膜
４０７：光学膜セット
４１０：導光スティックの光入射面
４１１：導光スティックの光射出面
４１２：導光スティックの光反射面
４１３：導光板の側面
１３０１：光源
１３０２：光反射カバー
１３０３：導光板
１３０４：導光スティック
１３０５：底反射膜
１３０６：反射膜
１３０７：光学膜セット

Claims (10)

1. 導光装置であって、
   導光板と、
   前記導光板の側面に沿って配置された光源と、を備え、
   前記光源が所在する側面と交差する前記導光板の側面に、導光スティックが対応して配置され、前記導光板の導光スティックが配置された側面と、光源に対向する側面とはいずれも導光板の光入射面であり、
   前記導光スティックの導光板に接する面は導光スティックの光射出面であり、当該光射出面に対向する面は前記導光スティックの光反射面であり、当該導光スティックの前記光源に接近する端面は前記導光スティックの光入射面であることを特徴とする導光装置。
2. 前記導光スティックの光反射面に、前記導光スティックに入射する光線の分布を調整するためのドットパターンが配置されることを特徴とする請求項１に記載の導光装置。
3. 前記光源は前記導光板の一対の側面に配置され、前記導光板の他の一対の側面にそれぞれ前記導光スティックが配置され、前記導光板の前記導光スティックが配置された側面と前記導光スティックの光射出面とのサイズは同じで、且つ揃っており、前記光源は１つの前記導光スティックの光入射面から前記導光スティックに対向する他の１つの光入射面に延伸することを特徴とする請求項１、又は２に記載の導光装置。
4. 前記ドットパターンの前記導光スティックの両端における分布密度は前記導光スティックの中部における分布密度よりも大きく、前記ドットパターンの前記導光スティックの両端における分布密度は同じであることを特徴とする請求項３に記載の導光装置。
5. 前記光源は前記導光板の一対の側面の中の１つの側面に配置され、前記導光板の他の一対の側面にそれぞれ前記導光スティックが配置され、前記導光板の前記導光スティックが配置された側面と前記導光スティックの光射出面とのサイズは同じで、且つ揃っており、前記光源は１つの前記導光スティックの光入射面から前記導光スティックに対向する他の１つの光入射面に延在することを特徴とする請求項１又は２に記載の導光装置。
6. 前記ドットパターンの前記導光スティックの両端における分布密度は前記導光スティックの中部における分布密度よりも大きく、前記導光スティックの光源から遠い一端における前記ドットパターンの分布密度は前記導光スティックの光源から近い一端における前記ドットパターンの分布密度よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の導光装置。
7. 前記光源は前記導光板の一対の側面に配置され、前記導光板における他の一対の側面に何れも２つの前記導光スティックが配置され、且つ前記２つの導光スティックはそれぞれ当該側面の両端に位置し、前記２つの導光スティックの光源に接近する端面と前記導光板の主要光入射面とは揃っていることを特徴とする請求項１又は２に記載の導光装置。
8. 前記光源は前記導光板の側面で１つの前記導光スティックの光入射面から前記導光スティックに対向する他の１つの光入射面に延在することを特徴とする請求項７に記載の導光装置。
9. 前記導光スティックの光源から遠い一端における前記ドットパターンの分布密度は前記導光スティックの光源から近い一端における前記ドットパターンの分布密度よりも小さいことを特徴とする請求項７に記載の導光装置。
10. 前記導光スティックの光反射面と光射出面との間の距離は前記導光板の厚さの半分であることを特徴とする請求項１に記載の導光装置。