JP2012248331A - 導光板、面状照明装置および導光板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光出射面に略垂直な方向に重なった、散乱粒子の粒子濃度が異なる2つ以上の層を有し、2つ以上の層の、光出射面に略垂直な方向の厚さをそれぞれ変化させることで、導光板の合成粒子濃度を、光入射面に垂直な方向において、光入射面側の第1極大値と、前記第1極大値よりも光入射面から遠い位置にあり、第1極大値よりも大きな第2極大値とを有するように変化させ、かつ、光入射面が、光入射面の長手方向と平行な方向に、所定の周期構造を持つ切削研磨面が形成された粗面であることにより、上記課題を解決する。
【選択図】図2
Description
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。
このようなエッジライト型のバックライトユニットでは、透明樹脂に光を散乱させるための散乱粒子を混入させた板状の導光板を用いることが提案されている。
具体的には、面状照明装置の光源としては、冷陰極管や発光ダイオード(以下、「LED」ともいう)が用いられる。冷陰極管は、両端に電極が形成されているので、冷陰極管の両端からは光が出射されず、均一な光を出射できない。また、LEDを導光板の端面に対向してアレイ状に配置し、光源として用いる場合は、隣接するLED間に間隙を有し、光を発する発光面が連続していないので、光源としては、均一な光を出射できない。
例えば、特許文献3には、端面より遠ざかるに従って厚さが薄くなるように形成された板状部材の端面より入射した照明光を偏向して、板状部材の一面より出射するサイドライト型面光源装置において、端面より入射する入射光が、端面の両端部ほど散乱するようにしたサイドライト型面光源装置が記載されている。
また、特許文献6には、入射面の中心線上において、算術平均粗さRaが0.05〜0.30μmの範囲内で、照明光の入射面を粗面に形成したサイドライト型面光源装置が記載されている。
また、特許文献2に記載の導光板は、散乱導光領域の形状を、凸型とすることによって、出射光の分布をある程度、均一にすることが可能であるが、散乱導光領域の形状を、出射光量を最適化するために調整することは考慮されていなかった。
一方、光入射面近傍の領域で散乱粒子の粒子濃度が高いと、光入射面から入射した光が、光入射面近傍の領域で反射されて、光入射面から戻り光として出射したり、筺体に覆われていて利用されない光入射面付近の領域からの出射光が増加するおそれがある。
ここで、導光板を大型化した際に、光出射面から均一な光を出射するために、LED等の光源点数を増加させることが考えられる。しかしながら、液晶テレビ等の液晶表示装置には、消費電力の削減や、部品点数の低減等が要求されており、大型化に伴う光源点数の増加は、この要求に反することになる。
しかしながら、これらの方法では、特に、大型化や薄型軽量化に対する要求を、十分に満足しているとは言えない。
また、本発明の別の目的は、入射した光が光入射面から出射される戻り光や、筺体に覆われていて利用されない光入射面付近の領域からの出射光を低減し、光出射面の有効な領域から出射する光の利用効率を向上させることができる導光板を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、入射した光を、光入射面近傍で十分に拡散し、光入射面近傍から出射される出射光に、光源の配置間隔等に起因する輝線(暗線、ムラ)が視認されることを防止することができる導光板を提供することにある。
また、前記第2層の厚さが前記光出射面の中央部で最も厚いのが好ましい。
あるいは、前記光入射面が前記光出射面の1つの端辺側に設けられ、1つの前記第1極大値を有するのが好ましい。
また、前記光入射面に形成された切削研磨面の二乗平均平方根傾斜が、0.25以上、4.5以下であるのが好ましい。
また、前記背面が、前記光出射面に平行な平面であるのが好ましい。
ここで、前記機械加工は、ヘアライン加工であるのが好ましい。
あるいは、前記機械加工は、フライス盤、NCルータ、またはプレーナで、その刃物の移動速度および回転速度を制御し、前記導光板の前記粗面が形成されていない光入射面と前記刃物の接触周期をコントロールして、前記刃物により前記粗面が形成されていない光入射面に前記切削研磨面を形成する加工であるのが好ましい。
また、前記点光源の配列方向の長さを2〜4mmとし、前記光入射面に形成される切削研磨面の周期構造の周期を5μm〜0.4mmとすることが好ましい。
また、本発明によれば、光入射面近傍の散乱粒子の濃度を低くするので、光入射面から出射される戻り光や、筺体に覆われていて利用されない光入射面付近の領域からの出射光を少なくすることができ、光出射面の有効な領域から出射する光の利用効率を向上させることができる。
また、本発明によれば、光入射面近傍に、合成粒子濃度の第1極大値を有し、かつ、光入射面が、前記光入射面の長手方向と平行な方向に、所定の周期構造を持つ切削研磨面が形成された粗面であるので、光入射面から入射した光を十分に拡散することができ、光入射面近傍で、光源の配置間隔等に起因する輝線(暗線、ムラ)が発生することを防止することができる。
図1は、本発明に係る導光板を用いる面状照明装置を備える液晶表示装置の概略を示す斜視図であり、図2は、図1に示した液晶表示装置のII−II線断面図である。
また、図3(A)は、図2に示した面状照明装置(以下「バックライトユニット」ともいう。)のIII−III線矢視図であり、図3(B)は、(A)のB−B線断面図である。
駆動ユニット14は、液晶表示パネル12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12を透過する光の透過率を制御する。
以下、バックライトユニット20を構成する各構成部品について説明する。
図4(A)は、図1および図2に示すバックライトユニット20の光源ユニット28の概略構成を示す概略斜視図であり、図4(B)は、図4(A)に示す光源ユニット28の1つのLEDチップのみを拡大して示す概略斜視図である。
図4(A)に示すように、光源ユニット28は、複数の発光ダイオードのチップ(以下「LEDチップ」という)50と、光源支持部52とを有する。
つまり、LEDチップ50の発光ダイオードの表面から出射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からは、発光ダイオードが出射した青色光と、蛍光物質が蛍光して出射された光とにより白色光が生成され、出射される。
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、導光板30の光入射面(30c、30d)に対向する面となる側面に、複数のLEDチップ50を、互いに所定間隔離間した状態で支持している。具体的には、光源ユニット28を構成する複数のLEDチップ50は、後述する導光板30の第1光入射面30cまたは第2光入射面30dの長手方向に沿って、アレイ状に配列され、光源支持部52上に固定されている。
光源支持部52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。なお、光源支持部52には、表面積を広くし、かつ、放熱効果を高くすることができるフィンを設けてもよく、熱を放熱部材に伝熱するヒートパイプを設けてもよい。
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、薄型な光源ユニットとすることができる。光源ユニット28を薄型化することにより、バックライトユニット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。
図5は、導光板の形状を示す概略斜視図である。
導光板30は、図2、図3および図5に示すように、長方形形状の光出射面30aと、この光出射面30aの長辺側の両端面に、光出射面30aに対してほぼ垂直に形成された2つの光入射面(第1光入射面30cと第2光入射面30d)と、光出射面30aの反対側、つまり、導光板30の背面側に位置し平面である背面30bとを有している。
このようにバックライトユニット20は、2つの光源ユニット28が、導光板30をはさみこむように配置されている。つまり、所定間隔離間して、向い合って配置された2つの光源ユニット28の間に導光板30が配置されている。
具体的には、境界面zは、導光板30の中央部の、光出射面30aに向かって凸の曲線と、この凸の曲線に滑らかに接続された凹の曲線と、この凹の曲線と接続され、光入射面30c、30dの背面30b側の端部に接続する凹の曲線とからなる。また、光入射面30c、30d上では、第2層62の厚さが0となる。
すなわち、合成粒子濃度のプロファイルは、導光板30の中央で最大となる第2極大値を持ち、その両側に、図示例では、中央から光入射面(30dおよび30e)までの距離の約2/3の位置で極小値を持ち、さらに極小値よりも光入射面側に第1極大値を持つように変化する曲線である。
また、光入射面30c、30d近傍に、合成粒子濃度の第1極大値を配置することによって、光入射面30c、30dから入射した光を、光入射面近傍で十分に拡散し、光入射面近傍から出射される出射光に、光源の配置間隔等に起因する輝線(暗線、ムラ)が視認されることを防止することができる。
また、合成粒子濃度の第1極大値となる位置よりも光入射面30c、30d側の領域を、第1極大値よりも低い合成粒子濃度とすることによって、入射した光が光入射面から出射される戻り光や、筺体に覆われていて利用されない光入射面付近の領域(ミキシングゾーンM)からの出射光を低減し、光出射面の有効な領域(有効画面エリアE)から出射する光の利用効率を向上させることができる。
また、境界面zの形状を調整することで、輝度分布(散乱粒子の濃度分布)も任意に設定することができ、効率を最大限に向上できる。
また、光出射面側の層の粒子濃度を低くするので、全体での散乱粒子の量を少なくすることができ、コストダウンにもつながる。
このような導光板30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。
具体的には、図5および図6に示すように、導光板30の光入射面(第1光入射面30cと第2光入射面30d)には、光入射面の長手方向と平行な方向に所定の周期構造を持った切削研磨面66が形成されている。言い換えると、切削研磨面66は、光出射面30aに垂直な方向に延在する縦スジ状の微細な凹凸を多数有し、光源ユニット28のLEDチップ50の配列方向と平行な方向に所定の周期構造を有する粗面である。
導光板30の光入射面30c、30dに形成された切削研磨面66の周期構造は、光入射面30c、30dの長手方向に所定の周期構造を持つので、図7(A)に示すように、光入射面30c、30dの長手方向に光を拡散する(破線で示すように拡散される)ので、LEDチップ50間の間隙に起因する輝度むらを低減することができる。一方、図7(B)に示すように、光出射面30aに垂直な方向には、光を拡散しない(実線で示すように導光される)。
したがって、導光板を大型化かつ薄型化した場合でも、光入射面30c、30d近傍の輝度むらを抑制し、かつ、導光板30に入射した光を奥まで導光することができる。また、導光板の光出射面30aと垂直な方向には拡散しないので、導光板30に入射した光を奥まで導光することができ、大型の導光板30であっても、均一な光を出射することができる。
ここで、本明細書内では、入射した光を、光入射面30c、30dの長手方向に、拡散し、側面に平行な方向には拡散しないことを「指向性がある」という。
特に、LEDチップ50をアレイ状に配置した光源アレイ28を用いて、LEDチップ50間の間隙による不均一な光が入射する場合でも、導光板30の光入射面30c、30dに周期構造を持った切削研磨面66を形成することで、導光板30の光出射面30aから出射される光を均一にすることができるので、LEDチップ50の搭載個数を少なくすることができ、消費電力の低減や、コストダウンが可能となる。
これに対して、本発明の導光板30に形成される切削研磨面の凹凸は、レンチキュラやプリズムと比較して微小であるので、導光板30の光入射面30cと光源ユニット28との間の距離を近づけることができ、光利用効率を維持向上させることができる。
図28(B)にそのフーリエスペクトルを示すレンチキュラは、光入射面に、光出射面と垂直な方向に延在する頂部を有する凸部が、光入射面の長手方向に周期的に形成された形状である。凸部は、断面が半径0.025mmの半円状で、ピッチ0.05mmで形成されている。
図29(A)にそのフーリエスペクトルを示すプリズムは、光入射面に、光出射面と垂直な方向に延在する頂部を有する凸部が、光入射面の長手方向に周期的に形成された形状である。凸部は、断面が高さ2mmの三角形形状で、ピッチ1mmで形成されている。
図29(B)にそのフーリエスペクトルを示すプリズムは、光入射面に、光出射面と垂直な方向に延在する頂部を有する凸部が、光入射面の長手方向に周期的に形成された形状である。凸部は、断面が高さ0.04mmの三角形形状で、ピッチ0.03mmで形成されている。
図30(A)にそのフーリエスペクトルを示す矩形状の溝構造は、光入射面に、光出射面と垂直な方向に延在する頂部を有する凸部が、光入射面の長手方向に周期的に形成された形状である。凸部は、断面が高さ1mmの矩形形状で、ピッチ1mmで形成されている。
図30(B)にそのフーリエスペクトルを示す矩形状の溝構造は、光入射面に、光出射面と垂直な方向に延在する頂部を有する凸部が、光入射面の長手方向に周期的に形成された形状である。凸部は、断面が高さ0.05mmの矩形形状で、ピッチ0.03mmで形成されている。
しかしながら、前述のように、レンチキュラやプリズムを光入射面に形成した場合は、導光板を薄型化するにつれて、光源と導光板の光入射面との間の距離が相対的に離れてしまい、光の入射効率が低下してしまうので、レンチキュラやプリズムの構造を小型化する必要があるが、製造が困難であり、また、コストアップの要因ともなる。
さらに、切削研磨面60の凹凸は、レンチキュラやプリズムと比較して微小であるので、導光板30の光入射面30cと光源ユニット28との間の距離を近づけることができ、光利用効率を維持向上させることができる。
ヘアライン加工、あるいは、工作機械の刃物と光入射面との接触周期をコントロールして、導光板の光入射面に切削研磨面を形成する機械加工による本発明の導光板の製造方法は、微小なレンチキュラやプリズムを形成する従来の導光板の製造方法に比べて、製造が容易であり、コストダウンにつながる。
ところで、本発明のようなサイドライト型のバックライトユニットの光源として用いるLEDチップは、厚みが2mm以下の導光板との組合せを考えた場合、入射効率を考慮すると、光出射面に垂直な方向の長さaは、a≦0.7T(T:導光板の厚み)であることが好ましい。また、市販のLEDチップの発光面の縦横比は、1〜3程度である。そのため、LEDチップの、配列方向の長さbは、2〜4mm程度であることが好ましい。従って、切削研磨面66の周期構造の周期は、0.4mm以下であることが好ましい。
したがって、切削研磨面66の表面粗さを上記範囲とすることによって、入射する光を光入射面30c、30dの長手方向に、好適な範囲で拡散するので、拡散しすぎて光が導光板30の奥まで届かなくなることを防止することができる。
導光板30の第1層60と第2層62とが上記関係を満たすことで、導光板30は、粒子濃度が低い第1層60では、入射した光をあまり散乱せずに導光板30の奥(中央)まで導光することができ、導光板の中央に近づくにつれて、粒子濃度が高い第2層により光を散乱して、光出射面30aから出射する光の量を増やすことができる。つまり、より光の利用効率を高めつつ、好適な割合で照度分布を中高にすることができる。
ここで、粒子濃度[wt%]とは、母材の重量に対する散乱粒子の重量の割合である。
導光板30の第1層60と第2層62とが上記関係を満たすことでも、より光の利用効率を高めつつ、好適な割合で照度分布を中高にすることができる。
通常、導光板に混錬分散させる散乱粒子としては、多分散粒子を用いるよりも、粒径が均一な単分散粒子を用いる方が、導光板内部での光の散乱が均一になり、光の利用効率が向上できる点や色むらが発生しにくい点で好ましい。しかしながら、単分散粒子を得るためには、粒子を分級する必要があり、コストアップの要因となる。
これに対して、本発明においては、導光板30の内部の領域ごとに異なる粒子濃度で散乱粒子を含有させることによって、粒径が異なる粒子を混合した多分散粒子を用いた場合であっても、光の利用効率が低下することを防止できる。そのため、散乱粒子を分級する必要がなく、コストの低減を図ることができる。
なお、本発明においては、散乱粒子の粒径の標準偏差をσとしたとき、粒子径の分布が、中心粒子径に対し、3σ値が、±0.5μmの範囲内に収まるガウス型の分布を満たすものを単分散粒子とし、それ以外のものを多分散粒子とする。
導光板を厚さ1mm以下のフィルム状の導光シートとした場合でも、2層の導光板とすることで、より光の利用効率を高めつつ、好適な割合で照度分布を中高にすることができる。
なお、図8(A)〜(E)に示す導光板100、110、120、130および140は、図3に示す導光板30において、ミキシングゾーンMにおける第1層および第2層の厚さ、すなわち、光入射面30c、30dから第1極大値の位置までの境界面zの形状を変更した以外は、同じ構成を有するので、同じ部位には、同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行なう。
なお、図9に示す導光板210は、図3に示す導光板30において、第1層と第2層との境界面zの形状を変更した以外は、同じ構成を有するので、同じ部位には、同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行なう。
具体的には、境界面zは、導光板30の中央部の、光出射面30aに向かって凸の曲線と、この凸の曲線に滑らかに接続され、光入射面30c、30dに接続する凹の曲線とからなる。
すなわち、合成粒子濃度のプロファイルは、導光板の中央で最大となる第2極大値を持ち、その両側に、図示例では、中央から光入射面までの距離の約2/3の位置で極小値を持つように変化する曲線である。
また、光入射面近傍の合成粒子濃度を極小値よりも高くすることによって、光入射面から入射した光を、光入射面近傍で十分に拡散することができ、光入射面近傍から出射される出射光に、光源の配置間隔等に起因する輝線(暗線、ムラ)が視認されることを防止することができる。
光学部材ユニット32は、導光板30の光出射面30aから出射された照明光をより輝度むら及び照度むらのない光にして、照明装置本体24の光出射面24aから出射するためのもので、図2に示すように、導光板30の光出射面30aから出射する照明光を拡散して輝度むら及び照度むらを低減する拡散シート32aと、光入射面30c,30dと光出射面30aとの接線と平行なマイクロプリズム列が形成されたプリズムシート32bと、プリズムシート32bから出射する照明光を拡散して輝度むら及び照度むらを低減する拡散シート32cとを有する。
例えば、光学部材として、上述の拡散シート及びプリズムシートに、加えてまたは代えて、拡散反射体からなる多数の透過率調整体を輝度むら及び照度むらに応じて配置した透過率調整部材も用いることもできる。また、光学部材ユニットを、プリズムシートおよび拡散シートを各1枚ずつ用いるか、あるいは、拡散シートのみを2枚用いて、2層構成としてもよい。
反射板34は、導光板30の背面30bから漏洩する光を反射して、再び導光板30に入射させるために設けられており、光の利用効率を向上させることができる。反射板34は、導光板30の背面30bに対応した形状で、背面30bを覆うように形成される。本実施形態では、図2に示すように、導光板30の背面30bが平面、つまり断面が直線形状に形成されているので、反射板34もこれに補形する形状に形成されている。
このように、上部誘導反射板36を配置することで、光源ユニット28から出射された光が導光板30に入射することなく、光出射面30a側に漏れ出すことを防止できる。
これにより、光源ユニット28から出射された光を効率よく導光板30の第1光入射面30cおよび第2光入射面30dに入射させることができ、光利用効率を向上させることができる。
ここで、上部誘導反射板36および下部誘導反射板38としては、上述した反射板34に用いる各種材料を用いることができる。
下部誘導反射板38を設けることで、光源ユニット28から出射された光が導光板30に入射することなく、導光板30の背面30b側に漏れ出すことを防止できる。
これにより、光源ユニット28から出射された光を効率よく導光板30の第1光入射面30cおよび第2光入射面30dに入射させることができ、光利用効率を向上させることができる。
なお、本実施形態では、反射板34と下部誘導反射板38とを連結させたが、これに限定されず、それぞれを別々の部材としてもよい。
また、本実施形態では、上部誘導反射板36を導光板30と拡散シート32aとの間に配置したが、上部誘導反射板36の配置位置はこれに限定されず、光学部材ユニット32を構成するシート状部材の間に配置してもよく、光学部材ユニット32と上部筐体44との間に配置してもよい。
図2に示すように、筐体26は、照明装置本体24を収納して支持し、かつその光出射面24a側と導光板30の背面30b側とから挟み込み、固定するものであり、下部筐体42と上部筐体44と折返部材46と支持部材48とを有する。
上部筐体44は、図2に示すように、照明装置本体24及び下部筐体42の上方(光出射面側)から、照明装置本体24およびこれが収納された下部筐体42をその4方の側面部も覆うように被せられて配置されている。
折返部材46は、図2に示すように、下部筐体42の側面と上部筐体44の側面との間に嵌挿され、U字形状の一方の平行部の外側面が下部筐体42の側面部と連結され、他方の平行部の外側面が上部筐体44の側面と連結されている。
ここで、下部筐体42と折返部材46との接合方法、折返部材46と上部筐体44との接合方法としては、ボルトおよびナット等を用いる方法、接着剤を用いる方法等種々の公知の方法を用いることができる。
なお、筐体の上部筐体、下部筐体及び折返部材には、金属、樹脂等の種々の材料を用いることができる。なお、材料としては、軽量で高強度の材料を用いることが好ましい。
また、本実施形態では、折返部材を別部材としたが、上部筐体または下部筐体と一体にして形成してもよい。また、折返部材を設けない構成としてもよい。
支持部材48は、図2に示すように、反射板34と下部筐体42との間、より具体的には、導光板30の背面30bの第1光入射面30c側の端部および第2光入射面30d側の端部に対応する位置の反射板34と下部筐体42との間に配置され、導光板30及び反射板34を下部筐体42に固定し、支持する。
支持部材48により反射板34を支持することで、導光板30と反射板34とを密着させることができる。さらに、導光板30及び反射板34を、下部筐体42の所定位置に固定することができる。
また、配置位置も特に限定されず、反射板と下部筐体との間の任意の位置に配置することができるが、導光板を安定して保持するために、導光板の端部側、つまり、本実施形態では、第1光入射面30c近傍、第2光入射面30d近傍に配置することが好ましい。
また、支持部材を反射板と下部筐体とで形成される空間の全域を埋める形状とし、つまり、反射板側の面を反射板に沿った形状とし、下部筐体側の面を下部筐体に沿った形状としてもよい。このように、支持部材により反射板の全面を支持する場合は、導光板と反射板とが離れることを確実に防止することができ、反射板を反射した光により輝度むら及び照度むらが生じることを防止することができる。
バックライトユニット20は、導光板30の両端にそれぞれ配置された光源ユニット28から出射された光が導光板30の光入射面(第1光入射面30c及び第2光入射面30d)に入射する。それぞれの面から入射した光は、導光板30の内部に含まれる散乱体によって散乱されつつ、導光板30内部を通過し、直接、または背面30bで反射した後、光出射面30aから出射する。このとき、背面から漏出した一部の光は、反射板34によって反射され再び導光板30の内部に入射する。
このようにして、導光板30の光出射面30aから出射された光は、光学部材32を透過し、照明装置本体24の光出射面24aから出射され、液晶表示パネル12を照明する。
液晶表示パネル12は、駆動ユニット14により、位置に応じて光の透過率を制御することで、液晶表示パネル12の表面上に文字、図形、画像などを表示する。
また、片面入射とする場合には、境界面zの形状が非対称な導光板としてもよい。例えば、1つの光入射面を有し、光出射面の2等分線よりも光入射面から遠い位置で導光板の第2層の厚さが最大になるような、第2層の形状が非対称な導光板でもよい。
また、導光板150は、光出射面30a側の第1層152と背面30b側の第2層154とにより形成されている。第1層152と第2層154との境界面zは、第1光入射面30cの長手方向に垂直な断面で見た際に、第1光入射面30cから側面150dに向かって、第2層154が厚くなるように変化し、一旦、第2層154が薄くなるように変化した後、再び第2層154が厚くなるように変化し、側面150d側で薄くなるように、連続的に変化している。
具体的には、境界面zは、側面150d側の、光出射面30aに向かって凸の曲面と、この凸の曲面に滑らかに接続された凹の曲面と、この凹の曲面と接続され、光入射面30cの背面30b側の端部に接続する凹の曲面とからなる。また、光入射面30c上では、第2層154の厚さが0となる。
すなわち、散乱粒子の合成粒子濃度(第2層の厚さ)を、第1光入射面30c近傍の第1極大値と、導光板中央部よりも側面150d側で、第1極大値よりも大きい第2極大値を有するように変化させている。
また、図示は省略しているが、導光板150の合成粒子濃度の第1極大値の位置は、筺体の開口部の境界の位置に配置されており、光入射面30cから第1極大値までの領域は、光入射面から入射した光を拡散するための、いわゆるミキシングゾーンMである。
また、光入射面近傍に、合成粒子濃度の第1極大値を配置することによって、光入射面から入射した光を、光入射面近傍で十分に拡散し、光入射面近傍から出射される出射光に、光源(LEDチップ)の配置間隔等に起因する輝線(暗線、ムラ)が視認されることを防止することができる。
また、合成粒子濃度の第1極大値となる位置よりも光入射面側の領域を、第1極大値よりも低い合成粒子濃度とすることによって、入射した光が光入射面から出射される戻り光や、筺体に覆われていて利用されない光入射面付近の領域(ミキシングゾーンM)からの出射光を低減し、光出射面の有効な領域(有効画面エリアE)から出射する光の利用効率を向上させることができる。
なお、図10(B)〜(F)に示すバックライトユニット166、176、186、196および206は、図10(A)に示すバックライトユニット156において、導光板150のミキシングゾーンMにおける第1層152および第2層154の厚さ、すなわち、光入射面30cから第1極大値の位置までの境界面zの形状を変更した以外は、同じ構成を有するので、同じ部位には、同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行なう。
なお、図11に示すバックライトユニット226は、図10(A)に示すバックライトユニット156において、導光板150に代えて、第1層と第2層との境界面zの形状を変更した導光板220を有する以外は、同じ構成を有するので、同じ部位には、同じ符号を付し、以下の説明では異なる部位を主に行う。
導光板220は、光出射面30a側の第1層222と、第1層222よりも粒子濃度が高い、背面30b側の第2層224とで構成されている。第1層222と第2層224との境界面zの形状は、第2層224の厚さが、光入射面30cから側面150dに向かって、一旦、第2層224が薄くなるように変化した後、第2層224が厚くなるように変化し、側面150d側で薄くなるように、連続的に変化している。
具体的には、境界面zは、導光板220の光入射面30c側の、光出射面30aに向かって凹の曲線と、この凹の曲線に滑らかに接続される、側面150d側の凸の曲線とからなる。
すなわち、合成粒子濃度のプロファイルは、光入射面側で極小値を持ち、側面側で第2極大値を持つように変化する曲線である。
また、光入射面近傍の合成粒子濃度を極小値よりも高くすることによって、光入射面から入射した光を、光入射面近傍で十分に拡散することができ、光入射面近傍から出射される出射口に、光源の配置間隔等に起因する輝線(暗線、ムラ)が視認されることを防止することができる。
また、光出射面のみならず背面側から光を出射してもよい。
以下、本発明の導光板について、実施例に基づいてより具体的に説明する。
実施例においては、図3に示す形状の2層の導光板を用いて、光入射面に形成される切削研磨面66における表面の平均傾斜角[°]の(各位置における傾斜角の絶対値の平均値)を5°〜60°の範囲で、5°刻みで変更してシミュレーションを行った。
また、光入射面から極小値までの距離を10mmとし、極小値の位置での第2層の厚さを0.145mmとした。
また、光入射面から第2極大値(導光板中央)までの距離を270mmとし、第2極大値の位置での第2層の厚さを0.8mmとした。
また、LEDチップの配列方向の長さbを2.2mmとし、光出射面に垂直な方向の長さaを1.15mmとし、配置間隔qを10.5mmとして測定を行った。
なお、図示例の導光板30には2つの光入射面30cおよび30dがあるが、同様の構成であるので、説明を簡単にするため、以下では、光入射面30cを代表例として説明する。
測定結果を図24(A)に示す。
実施例3として、光入射面に、図14(A)に示す表面粗さ、および、図14(B)に示すフーリエスペクトルで表される、平均傾斜角が15°の切削研磨面が形成された導光板を用いて、入光部近傍の照度を測定した。
実施例2および3の照度の測定結果を図24(A)に示す。
実施例5として、光入射面に、図16(A)に示す表面粗さ、および、図16(B)に示すフーリエスペクトルで表される、平均傾斜角が25°の切削研磨面が形成された導光板を用いて、入光部近傍の照度を測定した。
また、実施例6として、光入射面に、図17(A)に示す表面粗さ、および、図17(B)に示すフーリエスペクトルで表される、平均傾斜角が30°の切削研磨面が形成された導光板を用いて、照度を測定した。
実施例4〜6の照度の測定結果を図24(B)に示す。
実施例8として、光入射面に、図19(A)に示す表面粗さ、および、図19(B)に示すフーリエスペクトルで表される、平均傾斜角が40°の切削研磨面が形成された導光板を用いて、入光部近傍の照度を測定した。
また、実施例9として、光入射面に、図20(A)に示す表面粗さ、および、図20(B)に示すフーリエスペクトルで表される、平均傾斜角が45°の切削研磨面が形成された導光板を用いて、照度を測定した。
実施例7〜9の照度の測定結果を図24(C)に示す。
実施例11として、光入射面に、図22(A)に示す表面粗さ、および、図22(B)に示すフーリエスペクトルで表される、平均傾斜角が55°の切削研磨面が形成された導光板を用いて、入光部近傍の照度を測定した。
また、実施例12として、光入射面に、図23(A)に示す表面粗さ、および、図23(B)に示すフーリエスペクトルで表される、平均傾斜角が60°の切削研磨面が形成された導光板を用いて、照度を測定した。
実施例10〜12の照度の測定結果を図24(D)に示す。
ここで、図24(A)において、実施例1を破線で表し、実施例2を一点鎖線で表し、実施例3を二点鎖線で表し、比較例を実線で表す。また、図24(B)において、実施例4を破線で表し、実施例5を一点鎖線で表し、実施例6を二点鎖線で表し、比較例を実線で表す。また、図24(C)において、実施例7を破線で表し、実施例8を一点鎖線で表し、実施例9を二点鎖線で表し、比較例を実線で表す。また、図24(D)において、実施例10を破線で表し、実施例11を一点鎖線で表し、実施例12を二点鎖線で表し、比較例を実線で表す。
さらに、測定した照度から、比較例(平均傾斜角0°)の光利用効率を基準にして、相対的な光の利用効率を求めた。求めた光利用効率を図26に示す。
ここで、平均傾斜角と二乗平均平方根傾斜との関係を図27に示す。図27に示すグラフから、平均傾斜角を10〜60°の範囲とすると、二乗平均平方根傾斜は、0.25〜4.5である。従って、二乗平均平方根傾斜を、0.25〜4.5の範囲とすることにより、好適に光入射面近傍での照度ムラを低減することができ好ましい。
また、このような範囲において、表面粗さのフーリエスペクトルの形状(図12(B)〜図23(B))は、同様の形状であり、異なるのは表面形状の空間周波数である。
また、このような範囲においては、図26に示されるように、光入射面に切削研磨面を形成した場合であっても、光入射面がスペキュラーな場合に比較して、数%程度の効率低下であり、ほぼ同等である。
12 液晶表示パネル
14 駆動ユニット
20、156、166、176、186、196、206、226 バックライトユニット(面状照明装置)
24 照明装置本体
24a、30a 光出射面
26 筐体
28 光源ユニット
30、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220 導光板
30b 背面
30c 第1光入射面
30d 第2光入射面
32 光学部材ユニット
32a、32c 拡散シート
32b プリズムシート
34 反射板
36 上部誘導反射板
38 下部誘導反射板
42 下部筐体
44 上部筐体
44a 開口部
46 折返部材
48 支持部材
49 電源収納部
50 LEDチップ
52 光源支持部
58 発光面
60、102、112、122、132、142、152、162、172、182、192、202、212、222 第1層
62、104、114、124、134、144、154、164、174、184、194、204、214、224 第2層
66 切削研磨面
150d 側面
α 2等分線
z 境界面
Claims (17)
- 矩形状の光出射面と、前記光出射面の端辺側に設けられ、前記光出射面に略平行な方向に進行する光を入射する少なくとも1つの光入射面と、前記光出射面とは反対側の背面と、内部に分散される散乱粒子とを有する導光板であって、
前記導光板は、前記光出射面に略垂直な方向に重なった、前記散乱粒子の粒子濃度が異なる2つ以上の層を有し、
前記2つ以上の層の、前記光出射面に略垂直な方向の厚さをそれぞれ変化させることで、前記導光板の合成粒子濃度を、前記光入射面に垂直な方向において、前記光入射面側の第1極大値と、前記第1極大値よりも前記光入射面から遠い位置にあり、前記第1極大値よりも大きな第2極大値とを有するように変化させ、
かつ、前記光入射面が、前記光入射面の長手方向と平行な方向に、所定の周期構造を持つ切削研磨面が形成された粗面であることを特徴とする導光板。 - 前記2つ以上の層は、前記光出射面側の第1層と、前記散乱粒子の粒子濃度が前記第1層よりも高い前記背面側の第2層との2つの層からなり、前記光入射面に垂直な方向において、前記第2層の厚さが、前記光入射面から離間するに従って、一旦、厚くなり、薄くなった後に、再び、厚くなるように連続的に変化している請求項1に記載の導光板。
- 矩形状の光出射面と、前記光出射面の端辺側に設けられ、前記光出射面に略平行な方向に進行する光を入射する少なくとも1つの光入射面と、前記光出射面とは反対側の背面と、内部に分散される散乱粒子とを有する導光板であって、
前記導光板は、前記光出射面に略垂直な方向に重なった、前記散乱粒子の粒子濃度が異なる2つ以上の層を有し、
前記2つ以上の層の、前記光出射面に略垂直な方向の厚さをそれぞれ変化させることで、前記導光板の合成粒子濃度を、前記光入射面に垂直な方向において、前記光入射面側に配置される極小値と、前記極小値よりも前記光入射面から離間した位置にある第2極大値とを有するように変化させ、
かつ、前記光入射面が、前記光入射面の長手方向と平行な方向に、所定の周期構造を持つ切削研磨面が形成された粗面であることを特徴とする導光板。 - 前記2つ以上の層は、前記光出射面側の第1層と、前記散乱粒子の粒子濃度が前記第1層よりも高い前記背面側の第2層との2つの層からなり、前記光入射面に垂直な方向において、前記第2層の厚さが、前記光入射面から離間するに従って、一旦、薄くなった後に、厚くなるように連続的に変化している請求項3に記載の導光板。
- 前記光入射面が前記光出射面の対向する2つの端辺側に設けられた2つの光入射面であり、2つの光入射面それぞれの側に、前記第1極大値を有する請求項1〜4のいずれかに記載の導光板。
- 前記第2層の厚さが前記光出射面の中央部で最も厚い請求項5に記載の導光板。
- 前記光入射面が前記光出射面の1つの端辺側に設けられ、1つの前記第1極大値を有する請求項1〜4のいずれかに記載の導光板。
- 前記光入射面は、その長手方向と直交する短手方向に形成された線状の周期構造が形成された粗面である請求項1〜7のいずれかに記載の導光板。
- 前記光入射面に形成された切削研磨面の二乗平均平方根傾斜が、0.25以上、4.5以下である請求項1〜8のいずれかに記載の導光板。
- 前記散乱粒子が、粒径が異なる粒子を混合した多分散粒子である請求項1〜9のいずれかに記載の導光板。
- 前記背面が、前記光出射面に平行な平面である請求項1〜10のいずれかに記載の導光板。
- 請求項1〜11のいずれかに記載の導光板の製造方法であって、
前記散乱粒子の粒子濃度が異なる2つ以上の層と、前記光出射面と、前記粗面が形成されていない光入射面とを有する導光板を成形した後に、
前記粗面が形成されていない光入射面に、機械加工により前記切削研磨面を形成することを特徴とする導光板の製造方法。 - 前記機械加工は、ヘアライン加工である請求項13に記載の導光板の製造方法。
- 前記機械加工は、フライス盤、NCルータ、またはプレーナで、その刃物の移動速度および回転速度を制御し、前記導光板の前記粗面が形成されていない光入射面と前記刃物の接触周期をコントロールして、前記刃物により前記粗面が形成されていない光入射面に前記切削研磨面を形成する加工である請求項13に記載の導光板の製造方法。
- 請求項1〜11のいずれかに記載の導光板と、
この導光板の前記光入射面に対面して、その長手方向に沿って配置される光源ユニットと、を有することを特徴とする面状照明装置。 - 前記光源ユニットが、前記光入射面に対向して、前記光入射面の長手方向に等間隔に配列された点光源と、前記点光源を支持する支持部材とを有する請求項15に記載の面状照明装置。
- 前記点光源の配列方向の長さを2〜4mmとし、前記光入射面に形成される切削研磨面の周期構造の周期を5μm〜0.4mmとする請求項16に記載の面状照明装置。
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