JP2010277841A

JP2010277841A - 導光板及びそれを用いた面発光装置

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Publication number: JP2010277841A
Application number: JP2009129072A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yamamoto; 孝一山本; Hideaki Nagakubo; 秀明永久保
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2010-12-09

Abstract

【課題】光線を効率良く全体に供給することができる導光板及び輝度が高い面発光装置を提供すること。
【解決手段】本発明のライン導光板２０は、互いに対向する一対の主面２３，２４、互いに対向する一対の側面２２及び光源３０から光を入射する端面２１を有する導光板であって、前記端面２１が第１プリズム２１ａを有し、前記一対の側面２２の一方の側面が第２プリズム２２ａを有し、前記一対の主面２３，２４が少なくとも一部にそれぞれ第３プリズム２３ａ，２４ａを有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は導光板及びそれを用いた面発光装置に関し、特に光線を効率良く全体に供給することができる導光板及び輝度が高い面発光装置に関する。

従来から、表示装置、主に液晶表示装置の照明手段として、液晶表示パネルを照明する面発光装置、例えばフロントライトが知られている。従来のフロントライトは、通常、光源と、この光源からの光を液晶表示パネルに出射する導光板とから主に構成される。

従来のフロントライトを備えた液晶表示装置としては、特許文献１に開示された構成のものがある。この液晶表示装置は、液晶表示パネルと、その上に配置されたフロントライトと、フロントライトの導光板上に配置されたカバーとから構成されている。フロントライトは、導光板を有している。この導光板は、平板形状を有しており、互いに対向する一対の主面及び互いに対向する一対の端面を有し、一方の主面（観察者に近い主面）には複数のプリズムが形成されている。一対の端面の一方の端面近傍にはバー導光体が配置されており、このバー導光体の一方の端部に光源が配置されている。

このフロントライトにおいては、光源からの光が導光板の端面から入射し、導光板内部を伝搬する。導光板内でプリズムに反射した光は、液晶表示パネル側に向けられ、液晶表示パネルで反射して、導光板及びカバーを透過して観察者側に向けられる。

特開平１１−１０９３４７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された導光板においては、導光板から出光する光を制御することが難しく、光線を有効利用することができず、面発光装置に用いた際に輝度が低いという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、光線を効率良く全体に供給することができる導光板及び輝度が高い面発光装置を提供することを目的とする。

本発明の導光板は、互いに対向する一対の主面、互いに対向する一対の側面及び光源から光を入射する端面を有する導光板であって、前記端面が第１プリズムを有し、前記一対の側面の一方の側面が第２プリズムを有し、前記一対の主面が少なくとも一部にそれぞれ第３プリズムを有することを特徴とする。

この構成によれば、導光板の端面の第１プリズム、側面の第２プリズム及び主面の第３プリズムが設けられているので、光源からの光を導光板内において光線レベルで制御することができ、光線を効率良く導光板全体に供給することができる。

本発明の導光板においては、前記第１プリズムは１０μｍ〜１００μｍのピッチを有することが好ましい。

本発明の導光板においては、前記第２プリズムは、前記光源から離れた側の位置の深さが２００μｍ〜５００μｍであり、特定のプロファイルに沿って深さが変化することが好ましい。

本発明の導光板においては、前記第３プリズムは、深さ３０μｍ以下であり、前記光源から離れた側の位置の領域の面積が広くなるように形成されていることが好ましい。

本発明の面発光装置は、上記導光板と、前記導光板の前記端面の近傍に配置された光源と、前記導光板からの光を入光して面光源とする別の導光板と、を具備することを特徴とする。この構成によれば、輝度が高い面発光装置を実現することができる。

本発明の導光板によれば、互いに対向する一対の主面、互いに対向する一対の側面及び光源から光を入射する端面を有する導光板であって、前記端面が第１プリズムを有し、前記一対の側面の一方の側面が第２プリズムを有し、前記一対の主面が少なくとも一部にそれぞれ第３プリズムを有するので、光線を効率良く全体に供給することができる。また、本発明の面発光装置によれば、前記導光板と、前記導光板の前記端面の近傍に配置された光源とを具備するので、輝度が高い面発光装置を実現することができる。

本発明の実施の形態に係るフロントライトの構成を示す斜視図である。（ａ）は、図１に示すフロントライトのライン導光板を示す図であり、（ｂ）は、ライン導光板に光源を備えた状態を示す図である。本発明の実施の形態に係るフロントライトのライン導光板を示す斜視図である。図３に示すライン導光板のプリズムを説明するための図である。ライン導光板の端面のプリズムを説明するための図である。ライン導光板の側面のプリズムを説明するための図である。ライン導光板の側面のプリズムの深さのプロファイルを示す図である。フロントライトの輝度の測定方法を説明するための図である。（ａ）は、従来のライン導光板を示す図であり、（ｂ）は、本発明に係るライン導光板を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る面発光装置であるフロントライトの構成を示す斜視図である。フロントライトは、図１に示すように、板状体である導光板１０と、導光板１０の一方の端面に沿って配設された長尺状のライン導光板２０と、このライン導光板２０の端面近傍に配置された光源３０であるＬＥＤと、ＬＥＤを実装する回路基板４０とから主に構成されている。

導光板１０は、板状体であり、光を伝搬して外界に出光する材料で構成されている。この導光板は、ライン導光板２０からの光を入光して面光源とする導光板である。ライン導光板２０は、本発明に係る導光板であり、導光板１０と同様に、光を伝搬して外界に出光する材料で構成されている。光源３０としては、点光源であるＬＥＤなどを挙げることができる。また、回路基板４０としては、通常用いられているプリント配線板やフレキシブルプリント配線板などを用いることができる。

ライン導光板２０は、図２（ａ）に示すように、互いに対向する一対の主面２３，２４、互いに対向する一対の側面２２及び光源から光を入射する端面２１を有する。端面２１には、第１プリズム２１ａが設けられており、一方の側面２２には、第２プリズム２２ａが設けられており、一対の主面２３，２４には、それぞれ少なくとも一部に第３プリズム２３ａ，２４ａが設けられている。これらの第１〜第３プリズム２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａは、光源３０からの光線を制御することができるので、光源３０からの光を協働して導光板１０の端面に均一に供給させることができる。

図２（ａ）に示すライン導光板２０については、図２（ｂ）に示すように、その端面２１の近傍に光源３０であるＬＥＤが配設される。このライン導光板２０は、点光源であるＬＥＤからの光を線光源とする機能を有する。

図２（ｂ）に示すライン導光板２０においては、光源３０から出光した光は、ライン導光板２０の端面２１からライン導光板２０に入光してライン導光板２０内を伝搬する。ライン導光板２０において、側面２２の第２プリズム２２ａに達した光ａは、第２プリズム２２ａで反射して光路が変わり、側面２２に対して略垂直な方向、すなわち導光板１０の方向に向けられる。ライン導光板２０内で側面２２に対して略垂直な方向に向けられた光ｂは、側面２２を通過して外界に出光される（光ｃ）。この光ｃは、導光板１０の端面に向けられた光であり、この光ｃが導光板１０に入光し、導光板１０の主面から外界に出光される。このように外界に出光された光により、被照明体である液晶表示パネルが照明される。

このように、ライン導光板２０の端面２１の第１プリズム２１ａ、側面２２の第２プリズム２２ａ及び主面２３，２４の第３プリズム２３ａ，２４ａが設けられていることにより、光源３０からの光をライン導光板２０内において光線レベルで制御することができ、光線を効率良くライン導光板全体に供給することができる。このため、光源３０からの光を効率良く導光板１０に向けることができる。その結果、輝度が高い面発光装置を実現することができる。

図３は、本発明の実施の形態に係るフロントライトのライン導光板を示す斜視図であり、図４は、図３に示すライン導光板のプリズムを説明するための図であり、図５は、ライン導光板の端面のプリズムを説明するための図であり、図６は、ライン導光板の側面のプリズムを説明するための図である。

第１プリズム（入光面プリズム）２１ａは、光源３０からの光を第２プリズム（反射面プリズム）２２ａに確実に向けるようにするためのプリズムである。このため、第１プリズム２１ａの形状（溝形状、溝深さなど）については、第２プリズム２２ａの位置や形状などにより適宜設定することが望ましい。第１プリズム２１ａのピッチＰ_１（図５）は、光線を効率良く第２プリズム２２ａに向けるために、１０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。また、第１プリズム２１ａの溝深さＤ_１（図５）は、光線を効率良く第２プリズム２２ａに向けるために、１０μｍ〜５０μｍであることが好ましい。また、第１プリズム２１ａの溝底部の角度θは、光線を効率良く第２プリズム２２ａに向けるために、４０°〜９０°であることが好ましい。この第１プリズム２１ａは、光源３０からの最も明るい光を制御するので重要である。

第２プリズム（反射面プリズム）２２ａは、第１プリズム２１ａで光路が変えられた光を導光板１０に向けるようにする（側面に対して略垂直な方向に向けるようにする）ためのプリズムである。このため、上述したように、第２プリズム２２ａの形状（溝形状、溝深さなど）については、第１プリズム２１ａの位置や形状などにより適宜設定することが望ましい。第２プリズム２２ａのピッチＰ_２（図６）は、光線を効率良く導光板１０に向けるために、１００μｍ〜１０００μｍであることが好ましい。また、第２プリズム２２ａの溝深さＤ_２（図６）は、光線を効率良く導光板１０に向けるために、１０μｍ〜５００μｍであることが好ましい。

また、第２プリズム２２ａの形状において、光源に近い側の底角θ_１及び底角θ_２は、光線を効率良く導光板１０に向けるために、それぞれ３５°〜４５°（θ_１）、８０°〜９０°（θ_２）であることが好ましい。また、第２プリズム２２ａは、光線を効率良く導光板１０に向けるために、光源３０から離れた側の位置の深さが２００μｍ〜５００μｍであり、特定のプロファイルに沿って深さが変化することが好ましい。ここで、特定のプロファイルとしては、例えば、図７に示すようなプロファイル（光源３０に相対的に近い入光面側では深さがほぼ同程度であり、光源３０から相対的に遠い反入光面側で光源３０からの距離が大きくなるにつれて溝深さが大きくなる）を挙げることができる。

第３プリズム２３ａ，２４ａは、ライン導光板２０内の光線を導光板１０に向けるプリズムである。このため、第３プリズム２３ａ，２４ａは、ライン導光板２０における内面反射を損なわない深さや本数にする必要がある。このような観点から、第３プリズム２３ａ、２４ａの深さは３０μｍ以下であり、本数は例えば１０ｍｍ当たり３本〜１５本であることが好ましい。また、光源３０から遠くなるにしたがってより多く内面反射させて効率的に光を導光板１０に向ける必要があるので、第３プリズム２３ａ，２４ａは、光源３０から離れた側の位置の領域の面積が広くなるように形成することが好ましい。本実施の形態においては、第３プリズム２３ａ，２４ａは、光源３０から近い側（入光面側）から光源３０から遠い側（反入光面）に向けて徐々に面積が大きくなるように設けられている。また、一方の主面２３の第３プリズム２３ａの溝形状（深さ、本数）や延在方向と、他方の主面２４の第３プリズム２４ａの溝形状（深さ、本数）や延在方向とは、略同一であることが望ましい。

次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
図８に示すように、断面略コの字形状の板金ケース５０内に本発明に係るライン導光板２０を挿入し、一方の端面２１近傍に光源（ＬＥＤ）３０を配設した。このとき、ライン導光板２０には、光源３０側の端面に第１プリズム２１ａを有し、下側（板金ケース５０に接する側面）に第２プリズム２２ａを有し、主面２３，２４に第３プリズム２３ａ，２４ａ（光源３０から近い側（入光面側）から光源３０から遠い側（反入光面）に向けて徐々に面積が大きくなるように設けられている）を有するものを用いた。また、このライン導光板２０の寸法は、図９（ｂ）に示すように、端面２１の幅方向の長さが２．５ｍｍであり、長手方向の長さが３５．２ｍｍであり、厚さが０．３ｍｍであった。

このような状態で、光源３０から出光した光を、第２プリズム２２ａを有する側面に対面する側面（出光面）２２から出光させ、その光の輝度を輝度計６０で測定した。このとき、光源３０に近い側から遠い側まで１０個の測定ポイントで輝度を測定した。そして、１０個の測定ポイントでの輝度の平均値と、１０個の測定ポイントにおける最大輝度に対する最小輝度の割合とを求めた。比較として、下側（板金ケース５０に接する側面）に第２プリズム２２ａを有し、第１プリズム２１ａ及び第３プリズム２３ａ，２４ａを有せず、図９（ａ）に示す寸法（端面の幅方向の長さが２．８５ｍｍであり、長手方向の長さが３５．２ｍｍであり、厚さが０．７ｍｍ）のライン導光板の輝度を測定し、輝度の平均値と、最大輝度に対する最小輝度の割合｛最小輝度／最大輝度）×１００｝とを求めた。

輝度測定の結果、平均輝度値は比較のライン導光板に比べて約５０％向上し、最大輝度に対する最小輝度の割合も約１０％向上していたことが分った。すなわち、本発明に係るライン導光板は、厚さが約６０％減少しているにも拘わらず輝度や輝度均一性が向上していた。これは、ライン導光板の端面に第１プリズムを設け、側面に第２プリズムを設け、及び主面に第３プリズムを設けているので、第１〜第３プリズムが協働して光源からの光の光線を制御できたからであると考えられる。このように、本発明に係るライン導光板は、薄型化、高輝度化を実現することができるものである。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態において、導光板のような光学部品は、板状体に限定されず、適宜フィルム状体、シート状体に変更して実施しても良い。また、上記実施の形態においては、面発光装置がフロントライトである場合について説明しているが、本発明においては面発光装置がバックライトであっても良い。また、上記実施の形態における寸法、個数などには限定されず、適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

本発明は、液晶表示装置のような表示デバイスに適用することができる。

１０導光板
２０ライン導光板
２１端面
２１ａ第１プリズム
２２側面
２２ａ第２プリズム
２３，２４主面
２３ａ，２４ａ第３プリズム
３０光源
４０回路基板
５０板金ケース
６０輝度計

Claims

互いに対向する一対の主面、互いに対向する一対の側面及び光源から光を入射する端面を有する導光板であって、前記端面が第１プリズムを有し、前記一対の側面の一方の側面が第２プリズムを有し、前記一対の主面が少なくとも一部にそれぞれ第３プリズムを有することを特徴とする導光板。
前記第１プリズムは１０μｍ〜１００μｍのピッチを有することを特徴とする請求項１記載の導光板。
前記第２プリズムは、前記光源から離れた側の位置の深さが２００μｍ〜５００μｍであり、特定のプロファイルに沿って深さが変化することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の導光板。
前記第３プリズムは、深さ３０μｍ以下であり、前記光源から離れた側の位置の領域の面積が広くなるように形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の導光板。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の導光板と、前記導光板の前記端面の近傍に配置された光源と、前記導光板からの光を入光して面光源とする別の導光板と、を具備することを特徴とする面発光装置。