JP3267847B2

JP3267847B2 - 導光板装置

Info

Publication number: JP3267847B2
Application number: JP35384095A
Authority: JP
Inventors: 守川上
Original assignee: オーツタイヤ株式会社
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 2002-03-25
Anticipated expiration: 2015-12-28
Also published as: JPH09184924A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置用バ
ックライト、広告等の看板用バックライト、照明器具等
に使用される導光板装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置のバックライトに使用され
る導光板装置は、例えば、図１３〜図１５に示すよう
に、導光板３１と、光源３２と、リフレクタ３３と、制
御シート３４と、反射板３５等から構成されている。導
光板３１には透明樹脂板が用いられると共に、一端面
が、光源３２からの光が入射される入光端面３１Ａとさ
れ、上面が出光面３１Ｂとされ、下面が反射面３１Ｃと
されている。

【０００３】又、導光板３１は、最近では、軽量化や出
光効率（発光効率）の向上のため、入光端面３１Ａから
遠ざかるに従って、板厚が漸次小となる、所謂、「楔
形」が主流である。ところで、導光板３１がアクリル樹
脂板であれば、入光端面３１Ａから入射した光の最大屈
折角は約４２°である。そのため、導光板３１に入射し
た光は、出光面３１Ｂや反射面３１Ｃで、１回乃至複数
回、全反射した後、図１３に示すように、出光面３１Ｂ
から約７０°の屈折角で外部に出射されると共に、図１
４に示すように、その進行方向が、制御シート３４によ
り、導光板装置（液晶表示装置）の略正面方向へ変えら
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、導光板３１の
出光面３１Ｂにおける、入光端面３１Ａ側の端部では、
光源３２からの光が直接出射されず、反射面３１Ｃにお
ける、入光端面３１Ａ側の端部からの弱い光が、入光端
面３１Ａで、全反射した後、出射される。それ故、出光
面３１Ｂにおける、入光端面３１Ａ側の端部では、光の
出射量が少なく、図１５にも示すように、帯状の暗部
（輝度むら）３７が生じる。この暗部３７は、光源３２
から遠ざかるに従って、薄くはなるが、図１４に示すよ
うに、制御シート３４を介して、視認できるのは無論の
事、液晶画面上でも視認できるため、液晶画面の画質を
低下させるとの問題点があった。本発明は、上記問題を
解決できる導光板装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の導光板装置の特徴とするところは、導光板
と、光源と、リフレクタを有し、導光板の少なくとも一
端面が、光源と対向し且つ光源からの光が入射される入
光端面とされ、導光板の上面が出光面とされ、導光板の
下面が反射面とされ、出光面の最大高さ粗さが約１０μ
ｍ以下とされ、反射面の最大高さ粗さが約１μｍ以下と
され、リフレクタが光源の外周をカバーする導光板装置
において、入光端面が、下端に向かうに従って、光源か
ら離間する傾斜面とされ、入光端面の傾斜角αが、下記
式により、設定された点にある。

【数２】 α≧９０°−sin^-1〔（１／ｎ）sinθ₁ 〕−sin^-1（１／ｎ）但しｎ：導光板の屈折率 θ₁ ：外部に出射される光の、出光面に対する屈折角

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を液晶表示装置に適
用した（その他、広告、照明器具にも適用可能であ
る。）実施の形態の一例を図１〜図３の図面に基づき説
明する。尚、以下の説明では、便宜上、「上下」を図１
及び図２を基準に説明するが、導光板装置は、図１及び
図２とは上下反転した状態等で使用されることもある。
図１はエッジ型導光板装置を示し、導光板１と、導光板
１の一側方に配設された光源２と、リフレクタ３と、制
御シート４と、反射板５等から主構成されている。

【０００７】図２にも示すように、導光板１は長方形、
又は、略長方形の板状とされて、アクリル、ポリスチレ
ン、ポリカーボネイト、塩化ビニール、メタクリル樹脂
（例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ））等の
透明樹脂板、又は、透明ガラス板等から成る。尚、導光
板１の形状は自由で、上記形状に限定されない。尚、出
光効率の向上のため、導光板１の内部に、酸化チタンや
シリカ等を含有するインキや、微粒子等の拡散材が混入
されることもある。導光板１は、光源２側の端面が、光
源２と対向し且つ光源２からの光が入射される入光端面
１Ａとされると共に、その断面が楔形とされ、入光端面
１Ａ、即ち、光源２から遠ざかるに従って、その板厚が
漸次小となるように形成されて、導光板１の軽量化及び
出光効率（発光効率）の向上が図られている。導光板１
の上面（表面）は、水平な出光面（発光面、出射面）１
Ｂとされ、裏面が、傾斜状の反射面１Ｃとされている。

【０００８】入光端面１Ａは、下端に向かうに従って、
光源２から離間する傾斜面とされている。尚、入光端面
１Ａの傾斜角αは、導光板１の材質、即ち、その屈折率
等に応じて、設定されるが、その設定方法については後
述する。

【０００９】出光面１Ｂは、全面（又は、略全面）にわ
たって粗面とされて、その断面曲線の最高点と最低点の
差である、最大高さ粗さ（Ｒｍａｘ）が、例えば、約１
〜１０μｍとされている。上記粗面加工は、サンドブラ
ストやケミカルエッチング等による、梨地状のマット加
工（マット仕上げ（ｍａｔｆｉｎｉｓｈ））、凹凸形
成、シボ形成等により、行われる。尚、導光板１は、射
出成形やキャスティング等により、金型内で成形される
が、この成形時に、導光板１に粗面を同時に形成するた
めに、上記金型における、粗面と対応する内面が、上記
同様に、粗面加工されることもある。尚、出光面１Ｂが
鏡面とされて、そのＲｍａｘが０．３μｍ以下とされた
り、あるいは、出光面１Ｂが、粗面でも鏡面でもない状
態、即ち、そのＲｍａｘが、約０．３〜１μｍとされる
こともある。尚、上記「鏡面」とは、「正反射する平滑
面」との意味である。尚、下記の「粗面」や「鏡面」も
上記同様に定義されると共に、下記の「粗面」も上記同
様に加工される。

【００１０】反射面１Ｃは全面（又は、略全面）にわた
って鏡面とされて、そのＲｍａｘが、例えば、０．３μ
ｍ以下とされている。尚、反射面１Ｃは、出光面１Ｂと
同様に、粗面、又は、粗面でも鏡面でもない状態とされ
ることもある。

【００１１】導光板１における、入光端面１Ａを除く３
端面には、遮光テープ（エッジテープ、反射テープ）６
が貼付けられて、上記３端面からの光漏れが防止されて
いる。光源２には、蛍光灯や冷陰極放電管（冷陰極管）
等の線光源が使用されるが、ランプ、又は、ＬＥＤ等の
点光源を並べて使用することもある。リフレクタ（反射
体、反射フィルム、反射カバー、反射板、遮光カバー）
３は、例えば、ポリエチレンフィルムの内面に銀蒸着フ
ィルムを貼付けて成り、光源２の光が外部に漏れないよ
うに、光源２の外周をカバー（覆被）している。

【００１２】図３にも示すように、制御シート４は、導
光板１の出光面１Ｂから出射した光の進行方向を導光板
装置（液晶表示装置）の略正面方向に変えるもので、出
光面１Ｂに全面（又は、略全面）にわたって当接（又
は、近接）しており、例えば、ポリカーボネイトフィル
ム等の透明樹脂フィルムから成る。制御シート４は、上
部の平板状の本体部７と、下部の多数の制御部（プリズ
ム部）８を一体形成して成る。制御部８は、導光板１の
入光端面１Ａ側からその反対側端面に向かう方向に多数
並設されると共に、断面が倒立二等辺三角形の突条とさ
れて、下方に突出している。

【００１３】反射板５は、導光板１の反射面１Ｃに全面
（又は、略全面）にわたって、当接（又は、近接）して
いる。反射板５は、例えば、ポリエチレンテレフタレー
ト（ＰＥＴ）等の白色フィルムの上面に、アルミニウム
（Ａｌ）、銀（Ａｇ）等が蒸着されて成り、反射板５の
上面は鏡面とされている。尚、反射板５を上記白色フィ
ルムのみから構成して、拡散反射板とすることもある。

【００１４】上記のように構成した実施の形態によれ
ば、導光板装置では、光源２からの光は、導光板１の入
光端面１Ａから導光板１内に入射（入光）される。導光
板１内部に入射した光は、出光面１Ｂと反射面１Ｃで、
入射角と反射角が等しい全反射を繰り返しながら、導光
板１内部を進行して、導光板１における、入光端面１Ａ
とは反対側の端面１Ｄに向かう。この場合、反射板５の
上面が鏡面で、導光板１の反射面１Ｃに当接していれ
ば、反射面１Ｃに入射した光は、殆どロスなく全反射す
る。従って、反射面１Ｃでの光の入反射により、出光効
率（発光効率）が低下せず、導光板装置の輝度を向上で
きる。

【００１５】尚、導光板１の反射面１Ｃが鏡面であれ
ば、更に、反射面１Ｃでの光の入反射時に、ロスを少な
くできて、出光効率を向上でき、導光板装置の輝度を向
上できる。ところで、上記のようにして、導光板１の出
光面１Ｂに導かれた光の内、臨界角以下で、導かれた光
は、外部に出射（出光、放射）される。尚、出光面１Ｂ
が粗面であるので、出光面１Ｂに対して臨界角以上で導
かれた光の一部も、出光面１Ｂで拡散して、外部に出射
される。そして、出光面１Ｂから出射された光の進行方
向は、制御シート４の制御部８により制御されて、その
進行方向が導光板装置の略正面方向に変えられる。

【００１６】ところで、図１〜図３において、入光端面
１Ａから導光板１内部に入射した光１０が、直接、導光
板１の出光面１Ｂにおける、入光端面１Ａ側の端部から
出射すれば、上記端部に帯状の暗部（輝度むら）が生じ
ない。そこで、入光端面１Ａの傾斜角αが何度であれば
よいかを考察すると、導光板１の屈折率をｎ、光１０の
出光面１Ｂに対する屈折角をθ₁とした場合、光１０の
出光面１Ｂに対する入射角θ₂は、下記式により設定さ
れる。

【数３】θ₂＝ sin^-1〔（１／ｎ） sinθ₁〕そして、光１０の入光端面１Ａに対する屈折角をθ₃と
すると、θ₂＋θ₃＋α＝９０°となり、θ₃が導光板
１の臨界角 sin^-1（１／ｎ）よりも小であれば、光１０
が入光端面１Ａから入射可能となるから、入光端面１Ａ
の傾斜角αは、下記式により設定される。

【数４】α≧９０°− sin^-1〔（１／ｎ） sinθ₁〕−
sin^-1（１／ｎ）例えば、導光板１がアクリル樹脂板であれば、屈折率ｎ
が１．４９５、屈折角θ₁が約７０°、入射角θ₂が約
３９°、臨界角が約４２°、入光端面１Ａの傾斜角αが
約９°以上となる。

【００１７】上記のようにすれば、入光端面１Ａから導
光板１内部に入射した光１０を、直接、出光面１Ｂにお
ける、入光端面１Ａ側の端部から外部に出射できるの
で、上記端部に帯状の暗部（輝度むら）が生じず、液晶
画面の画質が低下しない。尚、導光板には、その反射面
に、正方形、円形、線状の拡散反射部が、入光端面から
遠ざかるに従って、その面積が次第に大となるドット状
グラデーションパターンで形成されたものもあるが、こ
のような導光板にも本発明は適用可能である。又、本発
明は，楔形状でない導光板、即ち、板厚さが一定である
導光板にも適用可能である。

【００１８】図４は本発明の第１比較例を示し、導光板
１の入光端面１Ａが全面（又は、略全面）にわたって粗
面とされて、そのＲｍａｘが、例えば、約１〜１０μｍ
とされている。上記粗面加工は、出光面１Ｂの場合と同
様に行われる。この第１比較例によれば、光源１から入
光端面１Ａに入射する光は、入光端面１Ａで拡散される
ので、入射した光の一部１０が、出光面１Ｂにおける、
入光端面１Ａ側の端部から外部に出射される。

【００１９】図５は本発明の第２比較例を示し、導光板
の入光端面１Ａに、全面（又は、略全面）にわたって、
うねりが形成されており、うねりの断面曲線の最高点と
最低点の差である、最大うねり（ろ波最大うねり、ＷＣ
Ａ）が１０μｍ以上とされている。第２比較例でも、光
源１から入光端面１Ａに入射する光は、入光端面１Ａで
拡散されるので、入射した光の一部１０が、出光面１Ｂ
における、入光端面１Ａ側の端部から外部に出射され
る。

【００２０】ところで、図６に示すように、光源２の長
さが導光板１の幅より短い場合には、導光板１の出光面
１Ｂにおける、入光端面側の隅部に、光の出射量の少な
い暗部１２ができて、均一な面発光が得られず、液晶画
面の画質を低下させる問題がある。又、図７に示すよう
に、導光板１の入光端面側の隅部に切欠部１３が形成さ
れた場合も同様の問題がある。ところで、光源２の発光
強度は、一般的に、図８に示すようになっており、光源
２の左右両端部では、その主光線方向が光源２に対して
直角ではなく、斜めになっている。これにもかかわら
ず、従来においては、図９に示すように、制御シート４
の各制御部８は、全長にわたって、左右方向に配設され
ていた。このため、従来においては、導光板１の暗部１
２から出射した光は、制御部８に斜めに入射されるた
め、導光板装置の略正面方向へ向きを変えられず、より
一層、導光板装置の正面方向への光の出射量が少なくな
っていた。

【００２１】図１０は本発明の第３比較例を示し、制御
シート４における、入光端面側の両隅部の制御部８を左
右方向に対して傾斜させて、傾斜部８Ａとし、その傾斜
角βを５〜８５°としている。第３比較例によれば、導
光板の暗部から出射した光は、光源２に対して、直角で
はなく、斜めになっているが、この斜めである光が、制
御部８の傾斜部８Ａに直角乃至はそれに近い角で入射す
るので、上記光の進行方向を導光板装置の略正面方向へ
変えることができて、輝度を向上できる。尚、傾斜角β
が５°以下では、輝度の向上は殆どなく、又、傾斜角β
が８５°以上であれば、逆に輝度が低下する。

【００２２】次に、図９に示す従来例を実施した導光板
装置（従来品）と、第３比較例を実施した導光板装置
（比較品）の比較試験を行った。導光板には、２２０ｍ
ｍ×１７０ｍｍの矩形の透明アクリル樹脂板を使用する
と共に、アクリル樹脂板を、その短辺に沿って、板厚が
３．３ｍｍから１．２ｍｍまで変化する楔形とした。光
源には、直径２．６ｍｍで、２．７Ｗの冷陰極放電管を
使用して、導光板の長辺側に一灯備えた。尚、光源の発
光部の左右各端部は、導光板の入光端面の左右各端部よ
りも、夫々、１０ｍｍ内側に配置した。又、比較例で
は、制御部の傾斜角を４５°とした。

【００２３】そして、従来品と比較品において、有効発
光面の９箇所で、輝度を測定した。図１１は従来品の輝
度、図１２は比較品の輝度である。図１１及び図１２を
見れば、従来品の平均輝度が１４６９ｃｄ／ｍ²、輝度
むらを表す均斉度（最小輝度／最大輝度）が０．７２で
あるのに対し、比較品の平均輝度が１５４３ｃｄ／
ｍ²、均斉度が０．９１で、何れも、従来品よりも向上
している。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
導光板の出光面における、入光端面側の端部に、帯状の
暗部が生じず、液晶画面の画質を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す断面説明図で
ある。

【図２】図１の要部の拡大図である。

【図３】図２の要部の拡大図である。

【図４】本発明の第１比較例を示す断面説明図である。

【図５】本発明の第２比較例を示す断面説明図である。

【図６】本発明の第３比較例と対応する従来例を示す平
面説明図である。

【図７】本発明の第３比較例と対応する従来例を示す平
面説明図である。

【図８】光源の発光強度を示す説明図である。

【図９】本発明の第３比較例と対応する従来例を示す平
面説明図である。

【図１０】本発明の第３比較例を示す平面説明図であ
る。

【図１１】図９に示す従来例の輝度を表す説明図であ
る。

【図１２】本発明の第３比較例の輝度を表す説明図であ
る。

【図１３】従来例を示す断面説明図である。

【図１４】従来例を示す断面説明図である。

【図１５】従来例を示す平面説明図である。

【符号の説明】

１導光板１Ａ入光端面１Ｂ出光面１Ｃ反射面２光源

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】導光板と、光源と、リフレクタを有し、導光板の少なくとも一端面が、光源と対向し且つ光源か
らの光が入射される入光端面とされ、導光板の上面が出光面とされ、導光板の下面が反射面とされ、出光面の最大高さ粗さが約１０μｍ以下とされ、反射面の最大高さ粗さが約１μｍ以下とされ、リフレクタが光源の外周をカバーする導光板装置におい
て、入光端面が、下端に向かうに従って、光源から離間する
傾斜面とされ、入光端面の傾斜角αが、【数１】 α≧９０°−sin^-1〔（１／ｎ）sinθ₁ 〕−sin^-1（１／ｎ）但しｎ：導光板の屈折率 θ₁ ：外部に出射される光の、出光面に対する屈折角なる式により、設定されたことを特徴とする導光板装
置。