JP3136211U - 導光板及びその導光板を利用した面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶ディスプレイに用いられる面光源装置（バックライト装置）の改良された導光板を提供する。
【解決手段】 面光源装置の導光板であって、一つの光出射面、その一つの光出射面と反対側に設けられた一つの反射面及び一つ又は一つ以上の端面に設けられた光入射面を有し、その光出射面に霧化又は粗面状の放射区域を設ける。
【選択図】 図２

Description

本考案は、液晶ディスプレイで用いられる面光源装置の導光板及びその導光板を利用した面光源装置に関する。

一般の液晶ディスプレイに内蔵されている液晶パネル自体は発光機能を有していない。このため、液晶ディスプレイは、表示機能を果たすために面光源装置、いわゆるバックライト装置からなる光源ユニットを有している。

従来の面光源装置は、図５に示されるように、平面形状が方形の光透過性の導光板１１を有しており、この導光板１１の光出射面１１１には、１又は２以上の拡散シート１２（図示の例では２つ）及び集光シート１３がこの順に設けられている。その光出射面１１１の反対側の反射面１１２には導光点１１３が設けられ、また、その導光板１１の少なくとも一つの端面に光入射面１１４が形成されている。そして、その光入射面１１４の外部には電灯光源１５が取り付けらられ、その電灯光源１５は、光入射面１１４側を除いた部分をカバーするように電灯光源反射器１６が設けられている。

上記従来の面光源装置１の動作を図６を用いて説明する。先ず、電灯光源１５から放射される光（照明光）は、電灯光源反射器１６からの反射光とともに導光板１１の光入射面１１４に照射される。そして、その光は、導光板１１内部に進入し、その入射光のうち、屈折により光出射面１１１に向かう入射光の光出射面１１１に対する入射角が臨界角より小さいときは、光は導光板１１を離れて、拡散シート１２によって変化され、集光シート１３により集光効果が引き起こされ、最後には液晶パネル２に入射して、液晶パネル２の表示に十分な光を提供するように作用する。
一方、導光板１１内に進入し、光出射面１１１に向かう光のうち、光出射面１１１に対する入射角が臨界角より大きいときは、その光は反射面１１２の方向に反射（全反射）される。従って、導光点１１３及び反射板１４が設けられているので、その光は光出射面１１１側に再反射される。その再反射光は、光出射面１１１に対する入射角が臨界角より小さいか、大きいかにより、光出射又は反射が行われる。
特になし。

上記従来の面光源装置１にあっては、次のような問題点がある。この問題点を図７を用いて説明すると、従来の導光板１１の光入射面１１４は、表面がくもりガラスのようにつや消しする霧化処理や表面を粗くする粗面化処理が施されておらず、鏡面状を形成しているため、電灯光源１５からの光が導光板１１に入射したときは、光の屈折によりその光照射角度が小さくなってしまう。このとき、光入射面１１４の光出射面１１１と隣接する周辺近くに到達する光は、その光の光出射面１１１に対する入射角が臨界角より大きくなるため、光出射面１１１より光出射ができずに反射効果により反射される。そして、その一次反射光が導光点１１３（図６参照）及び反射板１１２によって二次反射するとき、反射角は入射角に等しいため、その二次反射光が光出射面１１１に到達する。

その二次反射光が光出射面１１１に到達したとき、その二次反射光の光出射面１１１に対する入射角が臨界角より大きいときは、光出射ができず、反射板１１２方向に反射される。この繰り返しにより、導光板１１の光出射面１１１上に明暗（明帯と暗帯）が交互に、つまりしま状にむらが出現する現象が生じてしまい、面光源装置１全体の光出射輝度が不均一になり、全体の光出射輝度が抑制されるなどの問題点があった。

上述の問題点を解決するために、図８に示される面光源装置３が開発されている。この面光源装置３は、導光板３１の光出射面３１１に１又は２以上の拡散シート３２（図示の例では２つ）及び集光シート３３をこの順に設け、導光板３１の反射面３１２には多数の導光点３１３を形成し、さらに、その反射面３１２には反射板３４が貼り付けられている。また、導光板３１には少なくとも一つの光入射面３１４が設けられている。そして、その光入射面３１４は、鏡面状ではなく、金型成型、サンドブラスト処理、エッチング処理、又はバイト（刃物）によるカット加工によって霧化又は粗面化されているとともに、その光入射面３１４の外側に、電灯光源３５が設けられている。この電灯光源３５は、光入射面３１４側を除いて電灯光源反射器３６によってカバーされている。

上記導光板３１の光入射面３１４は、霧化又は粗面化されているため、電灯光源３５から放射される光が光入射面３１４に入射するとき照射角度が拡大され、光出射面３１１の光入射面３１４付近の周辺に到達する光の光出射面３１１に対する入射角は臨界角より小さくなるので、その光は光出射面３１１から射出するため、光出射面３１１の光入射面３１４付近の周辺に明るい区域が発生する。

しかしながら、この場合においても図９に示されるように、光出射面３１１の光入射面３１４と隣接する周辺付近の光は順調に光出射されるが、光入射面３１４から離れるほど、入射光Ｌ1 の光出射面３１１に対する入射角が、次第に臨界角より大きくなるため、光出射は順調に行えないばかりでなく、反射効果のために、かえって暗い区域が生じてしまうという問題点がある。また、反射された一次反射光Ｌ2 は、導光点３１３及び反射板３４により再び反射が行われるが、光源の入射角は反射角に等しいため、一次反射光Ｌ2 は二次反射により二次反射光Ｌ3 となり、その二次反射光Ｌ3 は光出射面３１１に到達するとき、その光の光出射面３１１に対する入射角が臨界角より大きいと、光出射面３１１から光出射が行われずに再び反射される。この繰り返しで、導光板３１上に明暗が交互に現れるむら現象を引き起こし、面光源装置３の輝度が不均一となり、全体の光出射輝度も不足してしまう。上述のように、図８に示される面光源装置３によっても、明暗が交互に出現する問題点の解決に至っていない。

一方、ここ数年、液晶ディスプレイの表示寸法は大型設計に移行しているだけでなく、カラー液晶パネルが使用される場合が多くなってきている。このため、面光源装置の高輝度化はますます要求されるようになってきている。図１０に示される面光源装置は、高輝度面光源装置の一つの開発例である。この高輝度面光源装置４は、導光板４１を有し、その導光板４１には、光出射面４１１及び反射面４１２が設けられていて、その反射面４１２には集光機能を持つ多数のＶ型溝４１３が設けられている。そして、この導光板４１は、少なくとも一つの端面に光入射面４１４が形成され、また、上記反射面４１２の外部には、反射板４２が貼り付けられている。上記光入射面４１４の外側には、電灯光源４３が取付けられていて、その電灯光源４３は、光入射面４１４側を除いて電灯光源反射器４４によってカバーされている。また、導光板４１の光出射面４１１上には集光シート４５が貼り付けられている。

高輝度面光源装置を実現するための上記面光源装置４は、図１１に示されるように、導光板４１の光出射面４１１及び光入射面４１４がともに霧化又は粗面化されているので、導光板４１の光出射をソフト化、均一化することができ、公知の拡散シートの設置は不要となり、そのための材料費及び組立加工費を節約できるほか、集光シート４５によって直接光を集めて輝度を大きくすることができる。

しかしながら、上述の面光源装置４は、拡散シートを使用していないため、その輝度が集中化され、導光板４１に入射した光出射面４１１の明暗が交互に現われる現象がより顕著化してしまうという課題がある。その主要な原因を図１２を用いて説明すると、光入射面４１４に直角に入射した光は、導光板４１内を平行に直進する。そして、光入射面４１４に角度をもって入射する光は、その入射角により屈折して光出射面４１１の方向に直進０する光と反射面４１２の方向に直進する光に分かれる。このうち、光出射面４１１の方向に直進する光は、光入射面４１４の霧化又は粗面化によってその光照射角度が拡大されるので、光出射面４１１の光入射面４１４に近接する周辺付近に入射する光Ｌ1 は、その光の光出射面４１１に対する入射角が臨界角より小さいため、光は屈折して光出射面４１１から出射されて、光出射面４１１の光入射面４１４に近接する周辺付近が明るい区域（明帯）Ａとなる。

一方、入射光Ｌ1 のうち、光出射面４１１に対する入射角が臨界角よりも大きい入射光Ｌ1 は、光出射面４１１から反射面４１２方向に全反射され、光出射面４１１から出射できないので、暗い区域（暗帯）Ｂが発生する。
そして、光出射面４１１から反射面４１２方向に全反射される一次反射光Ｌ2 は、反射面４１２に対する入射角と反射面４１２からの反射角は等しくなる原理により再反射されて、二次反射光Ｌ3 となる。この二次反射光Ｌ3 も入射角と反射角が等しいため、光出射面４１１に再度反射されたとき、その二次反射光Ｌ3 の光出射面４１１に対する入射角がなお臨界角より大きいときは、暗帯Ｂとなる。このような繰り返しで導光板４１に明暗が交互に出現するむら現象が引き起こされてしまう。このため、この面光源装置４が高輝度面光源装置に使用されるときは、導光板４１に発生する明暗（明帯と暗帯）が交互に発生する現象の悪影響を受けてしまうという問題点がある。
本考案は、上記問題点を解決すること、すなわち、導光板に明暗が交互に現われる現象を防止して、均一かつ高輝度の光が得られる導光板及びそれを使用して全体の光出射率をアップさせた面光源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の考案は、一つの光出射面と、その光出射面と反対側に設けられた一つの反射面と、少なくとも一つの端面に設けられた光入射面とを有する面光源装置の導光板において、前記光出射面の、光源から放射され、前記光入射面から進入して前記光出射面に向かう入射光のうち前記光出射面に対する入射角が臨界角よりも小さい入射光が前記光出射面に入射する範囲と、前記光源から放射され、前記光入射面から進入して前記反射面に向かい、その反射面から前記光出射面方向に反射される反射光のうち前記光出射面に対する入射角が臨界角よりも小さい反射光が前記光出射面に入射する範囲との間において、前記光入射面の長手方向と平行に帯状に延びる、霧化又は粗面化された放射区域を設けたことを特徴としている。
上記導光板の光入射面は、霧化又は粗面化されていることが望ましい。
上記導光板の光出射面は、全面が霧化又は粗面化され、その光出射面中に設けられる放射区域はその放射区域以外の表面よりも粗く形成されていることが望ましい。
本考案に係る面光源装置は、上記導光板と、その導光板の反射面に貼り付けられる反射板と、前記導光板の光出射面に貼り付けられる一つ又は二つ以上の拡散シートと、その拡散シートに取り付けられる集光シートと、前記導光板の光入射面側に設けられた、電灯光源反射器を備えた電灯光源とを有することを特徴としている。

請求項１の考案によれば、一つの光出射面と、その光出射面と反対側に設けられた一つの反射面と、少なくとも一つの端面に設けられた光入射面とを有する面光源装置の導光板において、前記光出射面の、光源から放射され、前記光入射面から進入して前記光出射面に向かう入射光のうち前記光出射面に対する入射角が臨界角よりも小さい入射光が前記光出射面に入射する範囲と、前記光源から放射され、前記光入射面から進入して前記反射面に向かい、その反射面から前記光出射面方向に反射される反射光のうち前記光出射面に対する入射角が臨界角よりも小さい反射光が前記光出射面に入射する範囲との間において、前記光入射面の長手方向と平行に帯状に延びる、霧化又は粗面化された放射区域を設けたため、光出射面に出現する明暗の現象を効率よく防止して光出射率を高めることができる。
請求項２の考案によれば、導光板の光入射面が霧化又は粗面化されているので、さらに、導光板の光出射をさらにソフト化、均一化することができる。
請求項３の考案によれば、導光板の光出射面が、全面を霧化又は粗面化され、その光出射面中に設けられる放射区域がその放射区域以外の表面よりも粗く形成されているので、光出射面に明暗が出現する現象が防止され、なおかつ、光出射率を高められる。
請求項４の考案によれば、面光源装置は、上記導光板と、その導光板の反射面に貼り付けられる反射板と、前記導光板の光出射面に貼り付けられる一つ又は二つ以上の拡散シートと、前記拡散シートに取り付けられる集光シートと、前記導光板の光入射面側に設けられた、電灯光源反射器を備えた電灯光源とを有するので、面光源装置の光出射面に明暗が出現する現象を防止して光出射率を高めることができ、あるいは、光出射面に明暗が出現する現象が防止され、なおかつ、光出射率が高められた高輝度面光源装置を提供することができる。

以下、本考案を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１は、一実施の形態に係る面光源装置５の概略構成図である。

本考案の面光源装置５の導光板５０は、所定の厚さを有する透光材からなる板材で、その平面形状は方形を呈し、一方の面（図１の例では下側の面）に設けられている反射面５０１の外側に反射板５１が貼り付けられている。上記反射面５０１上には、多数の導光点５０２が形成されている。

導光板５０の他方の面（反射面５０１の反対側の面。図１では上面。）には、光出射面５０３が形成されていて、その外側には、１又は２以上の拡散シート５２（図示の例では２つ）及び集光シート５３が順に設置されている。なお、集光シート５３の外側（図１においては集光シート５３の上側）には、図示しないが液晶パネルが設けられる。

また、導光板５０の一辺の端面（反射面５０１及び光出射面５０３間の板厚面）に形成される光入射面５０４の外側には、電灯光源５４が設けられている。そして、その電灯光源５４は、光入射面５０４側を除いて電灯光源反射器５５によってカバーされている。上記光入射面５０４の表面は、金型成型、エッチング処理、サンドブラスト処理又はバイト（刃物）によるカット加工方式により、表面がくもりガラスと同様の均一な霧状に形成（霧化）され、又は表面に多数の凹凸を形成した粗面状に形成（粗面化）されている。したがって、電灯光源５４からの照明光は、光入射面５０４によって光照射角度が拡大される。なお、電灯光源５４及び電灯光源反射器５５は、ここでは、方形の導光板３０の一つの辺の端面（光入射面５０４）側のみに設けられているが、他の辺の端面側にも設けてもよい。

上記光出射面５０３には、図２に示されるように、光入射面５０４から所定距離離れた位置に放射区域５０５が設けられている。放射区域５０５は、光出射面５０３の一部分が金型成型、エッチング処理、サンドブラスト処理又はバイト（刃物）によるカット等の加工方式により、霧化又は粗面化される。放射区域５０５は、光出射面５０３の最適な位置において最適な領域をカバーするように光入射面５０４と平行な帯状に形成されている。 そして、放射区域５０５は、光出射面５０３の、光源５４から放射され、光入射面５０４から進入して光出射面５０３に向かう入射光のうち光出射面５０３に対する入射角が臨界角よりも小さい射光が光出射面５０３に入射する範囲と、光源５４から放射され、光入射面５０４から進入して反射面５０１に向かい、その反射面から光出射面方向５０３に反射される反射光のうち光出射面５０３に対する入射角が臨界角よりも小さい反射光が光出射面５０３に入射する範囲との間において、光入射面５０４の長手方向と平行に帯状に形成されている。

本考案の作用を図３に基づいて説明すると、電灯光源５４より照射された光は、光入射面５０４から導光板５０に入射する。光入射面５０４は霧化又は粗面化されているため、その光の照射角度は、光入射面５０４の光出射面５０３に隣接した周辺の付近に拡大される。そして、入射光Ｌ1 のうち、光出射面５０３の方向に上向きに進む光の光出射面５０３に対する入射角は光入射面５０４から離れるほど大きくなる。光出射面５０３に対する入射角が臨界角よりも小さい入射光は光出射面５０３から出射するが、臨界角よりも大きい入射光は、無作為の状態においては、光出射面５０３から全反射されて出射できなくなり、暗帯が出現する。この暗帯は、光源から放射され、光入射面５０４から進入して光出射面５０３に向かう入射光のうち光出射面に対する入射角が臨界角よりも小さい射光が光出射面５０３に入射する範囲の末端と、光源から放射され、光入射面５０４から進入して反射面５０１に向かい、その反射面から光出射面５０３方向に反射される反射光のうち光出射面５０３に対する入射角が臨界角よりも小さい反射光が光出射面５０３に入射する範囲の始端との間に発生する。
しかし、本考案においては、前記明帯が発生する一定の範囲、すなわち、光出射面に対する入射角が臨界角よりも小さい射光が光出射面５０３に入射する範囲と、光源から放射され、光入射面５０４から進入して反射面５０１に向かい、その反射面から光出射面５０３方向に反射される反射光のうち光出射面５０３に対する入射角が臨界角よりも小さい反射光が光出射面５０３に入射する範囲との間に霧化又は粗面化された放射区域５０５が設けられている。そのため、放射区域５０５に入射した光の全反射が阻止され、かつ、屈折角が修正される。このため、導光板５０の光出射面５０３に明暗が交互に出現することはなく、面光源装置５の表面全体の光出射が均一化される。

図４は、本考案の他の実施の形態を示すもので、大寸法及び高輝度光出射効率の面光源装置に適用可能な面光源装置６が示されている。この面光源装置６は、導光板６０を有し、その導光板６０の反射面６０１の外側には、反射板６１が貼り付けられている。さらに、その反射面６０１上には、多数の集光機能を有するＶ型溝６０２が形成されている。また、光出射面６０３の外側に集光シート６２が設けられている。さらに、導光板６０の光入射面６０４の外側には、電灯光源６３が設けられており、その電灯光源６３は、電灯光源反射器６４によってカバーされている。

導光板６０の光出射面６０３及び光入射面６０４の表面は、金型成型、エッチング処理、サンドブラスト処理又はバイト（刃物）によるカット等の加工方式により、均一に霧化又は粗面化されている。そして、光出射面６０３には、上記図２に示される放射区域５０５と同様の放射区域６０５が設けられている。放射区域６０５の形成には、前述の光出射面６０３及び光入射面６０４と同様な加工方式を用いることができる。ただし、放射区域６０５の霧化又は粗面化は、光出射面６０３よりも粗くされ、その放射区域６０５は、光出射面６０３の所定の最適な面積をカバーしている。すなわち、その放射区域６０５は、上記図２に示される放射区域５０５と同様に、光入射面６０４から所定距離離れた位置に帯状に設けられ、光出射面６０３に対する入射角が臨界角よりも小さい射光が光出射面６０３に入射する範囲と、光源から放射され、光入射面６０４から進入して反射面６０１に向かい、その反射面から光出射面６０３方向に反射される反射光のうち光出射面６０３に対する入射角が臨界角よりも小さい反射光が光出射面６０３に入射する範囲との間に設けられている。

上記面光源装置６の光出射面６０３は、霧化又は粗面化の構造により、光出射輝度を引き上げるため、新たに光源を柔らかくするための拡散シートを設ける必要がないという特長がある。また、光出射面６０３の放射区域６０５の粗さが非放射区域より粗くなっているので、光出射面６０３に明暗が交互に出現する現象をより顕著化させないという特長を有している。さらに、放射区域６０５に入射した光源の全反射現象を阻止する機能を強化させることによって、光源の屈折出射が高まり、高輝度光出射効率の面光源装置６を実現させることができる。

本考案の一実施の形態に係る面光源装置の概略図である。 本考案の一実施の形態に係る面光源装置の作用を説明するための説明図である。 本考案の一実施の形態に係る面光源装置の作用を説明するための説明図である。 本考案の他の実施の形態に係る面光源装置の概略図である。 従来の面光源装置の分解斜視図である。 図５を側面から見たときの側面図である。 導光板の光出射面に明暗が交互に出現する現象を説明するための説明図である。 従来の他の面光源装置の分解斜視図である。 導光板の光出射面に明暗が交互に出現する現象を説明するための説明図である。 従来のさらに他の面光源装置の概略構成図である。 図１０に示される面光源装置の動作を説明するための説明図である。 図１０に示される導光板の光出射面に明暗が交互に出現する現象を説明するための説明図である。

符号の説明

５，６ 面光源装置
５０，６０ 導光板
５１，６１ 反射板
５２，６２ 拡散シート
５３，６３ 集光シート
５４，６４ 電灯光源
５５，６５ 電灯光源反射器
５０１，６０１ 反射面
５０２，６０２ 導光点
５０３，６０３ 光出射面
５０４，６０４ 光入射面
５０５，６０５ 放射区域
Ｌ1 入射光
Ｌ2 一次反射光
Ｌ3 二次反射光

Claims (4)

1. 一つの光出射面と、その光出射面と反対側に設けられた一つの反射面と、少なくとも一つの端面に設けられた光入射面とを有する面光源装置の導光板において、
   前記光出射面の、光源から放射され、前記光入射面から進入して前記光出射面に向かう入射光のうち前記光出射面に対する入射角が臨界角よりも小さい入射光が前記光出射面に入射する範囲と、前記光源から放射され、前記光入射面から進入して前記反射面に向かい、その反射面から前記光出射面方向に反射される反射光のうち前記光出射面に対する入射角が臨界角よりも小さい反射光が前記光出射面に入射する範囲との間において、前記光入射面の長手方向と平行に帯状に延びる、霧化又は粗面化された放射区域を設けたことを特徴とする面光源装置の導光板。
2. 請求項１に記載の導光板において、光入射面が霧化又は粗面化されていることを特徴とする面光源装置の導光板。
3. 請求項１又は２に記載の導光板において、光出射面は、全面が霧化又は粗面化され、その光出射面中に設けられる放射区域はその放射区域以外の表面よりも粗く形成されていることを特徴とする導光板。
4. 請求項１、２又は３に記載の導光板と、
   前記導光板の反射面に貼り付けられる反射板と、
   前記導光板の光出射面に貼り付けられる一つ又は二つ以上の拡散シートと、
   前記拡散シートに取り付けられる集光シートと、
   前記導光板の光入射面側に設けられた、電灯光源反射器を備えた電灯光源と、
   を有することを特徴とする面光源装置。

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