JP3762628B2

JP3762628B2 - 面光源装置

Info

Publication number: JP3762628B2
Application number: JP2000298772A
Authority: JP
Inventors: 徹能瀬
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: JP2002109930A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、面光源装置に関し、特にたとえば、導光板の上方にプリズムシートが配置された、面光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、薄型，低消費電力などの理由で液晶ディスプレイが注目され、携帯通信端末，ディジタルスチルカメラ，カーナビゲーションシステム，パチンコ台のモニタ，テレビジョン受像機などに採用されている。このような液晶ディスプレイには、図１６に示すような面光源装置が設けられていた。
【０００３】
図１６によれば、導光板１の一方側面１ａに線状光源２が設けられ、線状光源２の周囲は、一方側面１ａを除いて反射板３によって覆われる。導光板１の下面１ｃには、複数の平坦面Ｆが階段状に形成され、各々の段差部分は線状光源２と平行に延びる溝Ｌおよび突起Ｍによって結合される。反射シート４は導光板１の下面１ｃおよび他方側面１ｂを覆うように設けられ、光拡散シート５は導光板１の上面１ｄを覆うように設けられ、そしてプリズムシート６は光拡散シート５の上に積層される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、導光板は金型によって形成するが、従来技術のように下面１ｃに平坦面Ｆ，溝Ｌおよび突起Ｍを形成する必要がある導光板１については、金型の加工が困難であった。つまり、図１７（Ｂ）に示す金型を製作するには、まず先端がフラットに形成されたバイトＢ１によって、図１７（Ａ）に示す要領で平坦面Ｆおよび溝Ｌに対応する型を形成し、次に先端が尖ったバイトＢ２によって、図１７（Ｂ）に示す要領で突起Ｍに対応する型を形成する必要があった。このため、金型の製作に手間がかかり、面光源装置の製造コストアップにつながっていた。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、製造コストを抑えることができる、面光源装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、互いに対向する一方側面および他方側面を有するかつ一方側面から入射された光を上面から出射させる導光板、および導光板の上方に配置されたかつ導光板からの出射光を拡散させる拡散シートを備える面光源装置において、導光板の下面は、互いに平行でかつ一方側面から他方側面に向かうにつれて上面までの距離が短くなる階段状の複数の上面に対し平行な面、および一方側面に平行に延びる複数のＶ字溝を有し、各々のＶ字溝は少なくとも２つの上面に対し平行な面を挟み、Ｖ字溝に接する各々の上面に対し平行な面はＶ字溝を形成する各々の第１斜面に連続し、Ｖ字溝に挟まれる各々の上面に対し平行な面は一方側面側の前記第１斜面に平行な第２斜面によって結合されることを特徴とする、面光源装置である。
【０００７】
【作用】
導光板は一方側面からの入射光を上面から出射させ、導光板の上方に配置された拡散シートは導光板からの出射光を拡散させる。導光板の下面は、複数の上面に対し平行な面および複数のＶ字溝を有する。上面に対し平行な面は互いに平行で、各々の上面に対し平行な面から上面までの距離は、一方側面から他方側面に向かうにつれて階段状に短くなる。また、Ｖ字溝は、一方側面に平行に延びる。ここで、各々のＶ字溝は少なくとも２つの平坦面を挟み、Ｖ字溝に接する各々の上面に対し平行な面はＶ字溝を形成する各々の第１斜面に連続し、Ｖ字溝に挟まれる各々の上面に対し平行な面は一方側面側の第１斜面に平行な第２斜面によって結合される。
【０００８】
このように、第２斜面は一方側面側の第１斜面と平行とされ、各々の上面に対し平行な面もまた互いに平行とされるため、このような下面を形成するための金型は、１つのバイトを用いた切削加工によって製作できる。
【０００９】
断面逆Ｖ字状の溝の幅は、好ましくは、一方側面から他方側面に向かうにつれて大きくされる。
【００１０】
斜面が下面に対してなす鋭角は、好ましくは４５°から４９°とされる。ただし、拡散シートの上面にプリズムシートを配置するときは、斜面が下面に対してなす鋭角は２０°から２４°とすべきである。
【００１１】
【発明の効果】
この発明によれば、第２斜面は一方側面側の第１斜面と平行とされ、各々の上面に対し平行な面もまた互いに平行とされるため、金型の製作が簡単となり、面光源装置の製造コストの削減が可能となる。
【００１２】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１３】
【実施例】
図１を参照して、この実施例の面光源装置１０は、導光板１２を含む。導光板１２は、アクリル系樹脂を材料として形成されている。上面１２ｃ側から見ると導光板１２の形状はほぼ長方形であるが、上面１２ｃと下面１２ｄとの間の厚みは、一方側面１２ａから他方側面１２ｂに向かうにつれて薄くなっている。また、下面１２ｄには一方側面１２ａと平行に延びる複数本の溝が形成されており、一方側面１２ａおよび他方側面１２ｂと上面１２ｃとがなす角度はほぼ９０°である。
【００１４】
光拡散シート１４は、下面１４ｂが導光板１２の上面１２ｃに正対するように配置されている。光拡散シート１４は、透明樹脂上に透明な球状の材料（ビーズ）を分散させることによって構成される。反射シート１６は、導光板１２の他方側面１２ｂおよび下面１２ｄを覆うようにして配置される。反射シート１６は、例えば、透明な樹脂シートの内部に数μｍ〜数１０μｍ程度の気泡を密に分散させるか、樹脂シートや金属板などに銀やアルミなどの反射率の高い材料を蒸着することによって構成されている。これによって、反射シート１６の反射率は、少なくとも導光板１２と対向する面で高くなっている。
【００１５】
なお、導光板１２の上面１２ａならびに光拡散シート１４の上面１４ａおよび下面１４ｃは、互いに平行である。
【００１６】
線状光源１８は、導光板１２の一方側面１２ａ近傍に配置されている。この線状光源１８としては、例えば、熱陰極管，冷陰極管等の蛍光灯または発光ダイオードを線状に配列したもの、白熱灯または有機発光材料を線状に形成したものが用いられる。リフレクタ２０は、一方側面１２ａを除いて、線状光源１８を覆うようにして配置されている。リフレクタ２０は、内面で反射率が高くなるように構成されており、このような特性は、例えば、樹脂シートに銀やアルミなどの反射率の高い材料を蒸着し、このシートを薄い金属板あるいは樹脂シートに接着することによって得られる。
【００１７】
図２を参照して、導光板１２の下面１２ｄには、導光板の上面１２ｃとほぼ平行な複数の平坦面Ｆが階段状に形成される。各々の平坦面Ｆから上面１２ｃまでの距離は、一方側面１２ａから他方側面１２ｂに向かうにつれて段階的に短くなり、隣接する平坦面Ｆの間には段差が存在する。この段差部分には、一方側面１２ａに平行に延びるＶ字状の溝Ｌまたは斜面Ｓが形成される。具体的には、各々の溝Ｌは少なくとも２つの平坦面Ｆを挟み、溝Ｌに接する各々の平坦面Ｆは溝Ｌを形成する斜面Ｌ１およびＬ２に連続する。さらに、溝Ｌに挟まれる各々の平坦面Ｆは斜面Ｌ１に平行な斜面Ｓによって結合される。斜面Ｌ１および斜面Ｓは互いに平行であり、平坦面Ｆに対してなす角度αは４７°である。また、溝Ｌの幅は一方側面１２ａから他方側面１２ｂに向かうにつれて徐々に大きくなる。
【００１８】
導光板１２の上面１２ｃに対して法線方向に出射される光線は、次の様である。線状光源１８から入射した光線の伝播方向が平坦面Ｆに対してなす角度をβとした場合、β＝４°付近の光線は、斜面Ｌ１またはＳで全反射され、上面１２ｃに対して法線方向に出射される（光線丸１参照）。また、光線が斜面Ｌ１またはＳに臨界角を超えて入射した場合、この光線は、斜面Ｌ１またはＳから出射し、反射シート１６で反射される。上面１２ｃに対して法線方向に反射された光線は、平坦面Ｆから導光板１２に再度入射し、上面１２ｃに対して法線方向に出射される（光線丸２参照）。一方、光線が斜面Ｌ１に臨界角を超えて入射し、再び溝Ｌを形成する他方側面１２ｂ側の斜面Ｌ２に入射し、β＝４°付近で斜面Ｓに入射した光線は、全反射を経て、上面１２ｃに対して法線方向に出射される（光線丸３参照）。
【００１９】
導光板１２の上面１２ｃから出射される光線の輝度と出射角（上面１２ｃに対する法線と出射光とがなす角度）の関係は、実験の結果、図５に示すグラフにおいて点線Ａ１で示すように変化した。このグラフの横軸の正方向は他方側面１２ｂ側であり、負方向は一方側面１２ａ側である。点線Ａ１によれば、出射角＝０°付近が出射光の輝度分布の中心角となり、この角度から出射される光線の輝度が最も高くなっている。
【００２０】
図３を参照して、光拡散シート１２は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂からなるシート１４ｃの上面に無数のビーズ１４ｄを配置し、バインダ１４ｅによってビーズ１４ｄを固めることによって得られる。したがって、導光板１２の上面１２ｃから出射された光線は、シート１４ｃの下面から入射され、ビーズ１４ｄによる拡散を経てバインダ１４ｅの表面から出射される。このため、入射角＝０°でシート１４ｃに入射された光線の輝度は、バインダ１４ｅから出射される時点で減じられる。
【００２１】
光拡散シート１４の上面１４ａから出射される光線の輝度と出射角（上面１４ａに対する法線と出射光とがなす角度）の関係は、実験の結果、図５に示すグラフにおいて実線Ｂ１で示すように変化した。つまり、輝度分布の中心角は点線Ａ１および実線Ｂ１のいずれもほぼ０°であるが、最大輝度レベルは、７７００ｃｄ／ｍ²から７０００ｃｄ／ｍ²まで低下した。これは、上述のように、入射角＝０°で光拡散シート１４に入射した光線の伝播方向が、ビーズ１４ｄによって異なる方向に分散されたからである。
【００２２】
また、光拡散シート１４の下面１４ｂに対する入射角を０°，３０°，４５°および６０°に設定して実験を行なった結果、光拡散シート１４の上面１４ａからの出射角と光強度との間には、図４に示すような関係が成立した。このグラフでも、横軸の正方向は他方側面１２ｂ側であり、負方向は一方側面１２ａ側である。図４によれば、入射角が大きくなるほど、輝度分布の中心角が他方側面１２ｂ側に移動し、光強度の最大レベルが徐々に低下し、そして輝度分布の広がりが徐々に拡大している。また、入射角が３０°および４５°の光線については、出射角＝０°でも幾分かの光強度が得られる。
【００２３】
図５において点線Ａ１で示すように、導光板１２の上面１２ｃから出射される光線の全てが出射角＝０°となるわけではなく、出射光＝±４５°の範囲で出射される光線が多く存在する。このような光線は、光拡散シート１４での拡散によって出射角＝０°における出射光量の増大にも貢献する。このため、出射角＝０°における輝度は、入射角＝０°における輝度よりも低下するものの、低下の程度は、全ての光線が入射角＝０°で入射した場合よりも小さくなる。
【００２４】
図６に示すような形状の導光板を上述の導光板１２の代わりに用いたときの輝度特性を、比較例として図７に示す。図６に示す導光板では、各々の平坦面の段差部分にＶ字状の溝が複数形成されており、各々の溝を形成する斜面（線状光源側）は、平坦面に対してα＝４７°をなす。このような導光板に入射された光線は、この実施例の導光板１２に入射された場合とほぼ同様の振る舞いをし、上面から出射される光線の輝度特性は、図７において点線Ａ２で示すように変化する。また、導光板の上面に配置された光拡散シート１４から出射される光線の輝度特性は、図７において実線Ｂ２で示すように変化する。
【００２５】
図７に示す点線Ａ２およびＢ２のいずれについても、出射角＝０°付近が出射光の輝度分布の中心角となり、この角度から出射される光線の輝度が最も高くなっている。ただし、導光板からの出射光の最大輝度が８２００ｃｄ／ｍ²であるのに対して、光拡散シート１４からの出射光の最大輝度は６４００ｃｄ／ｍ²まで低下している。つまり、光拡散シート１４への入射前と光拡散シート１４からの出射後とにおける輝度の低下幅は、図５では７００ｃｄ／ｍ²であるのに対して、図７では１８００ｃｄ／ｍ²である。しかも、光拡散シート１４からの出射光の最大輝度レベルは、比較例の方が小さい。
【００２６】
このような結果が得られるのは、比較例の導光体において出射角＝±４５°の範囲で出射される光線が、この実施例の導光体１２において出射光＝±４５°の範囲で出射される光線よりも少ないからであると思われる。図７に示す点線Ａ２では、輝度が出射角＝±２０°付近で急峻に立ち上がっているために、出射角＝０°における最大輝度は点線Ａ１よりも高くなる。しかし、出射角＝±４５°の範囲での出射光量を比較すると、この実施例の出射光量の方が比較例の出射光量を上回り、この結果、光拡散シート１４から出射される段階でも、この実施例の最大輝度（＝７０００ｃｄ／ｍ²）の方が、比較例の最大輝度（＝６４００ｃｄ／ｍ²）よりも大きくなる。
【００２７】
なお、斜面Ｌ１およびＳの角度αを４７°±２°の範囲で変化させたときも、上述とほぼ同様の結果が得られたことが、別の実験によって確認されている。
【００２８】
このように、光拡散シートからの出射段階において実施例の最大輝度が比較例の最大輝度よりも高くなるにも関わらず、導光板を形成するための金型の製作は、この実施例の方が簡単である。つまり、導光板の下面に対応する型を金型の表面に形成するにはバイトによって表面を切削加工する必要があるが、この実施例の導光板のための金型の製作に使用するバイトは１つだけでよい。つまり、図１３に示すように先端にフラット面を形成し、フラット面と一方側面（斜面Ｌ１またはＳに対応する型に接する側面）との間の角度を１３３°（＝１８０°−４７°）としたバイトを用いて金型の表面を切削すれば、この実施例の導光板の下面に対応する型を形成できるため、金型の製作が簡単である。この結果、面光源装置１０の製造コストダウンが可能となる。
【００２９】
図８を参照して、他の実施例の面光源装置１０は、導光板１２の下面に形成された斜面Ｌ１およびＳが平坦面Ｆに対してなす角度αが２２°に変更され、かつプリズムシート（レンズシート）２２が光拡散シート１４の上面１４ａに配置された点を除き、図１実施例と同様である。このため、同様の点について重複した説明はできるだけ省略する。
【００３０】
プリズムシート２２は、下面が光拡散シート１４の上面１４ａに正対するように配置されている。プリズムシート２２は、ポリエステル樹脂と高屈折率のアクリル樹脂を材料として２層構造で形成されており、上面には、導光板１２の一方側面１２ａに平行して延びるかつ断面が２等辺三角形状の線状突起（プリズム）Ｐが多数形成されている。
【００３１】
線状光源１８から入射した光線は、図９に示す要領で導光体１２内を伝播し、上面１２ｃから出射される。つまり、斜面Ｌ１またはＳに対する入射角が大きければ、光線は斜面Ｌ１またはＳで全反射されて上面１２ｃから出射される（光線▲５▼）。また、斜面Ｌ１またはＳに対する入射角が小さければ、斜面Ｌ１またはＳから一旦出射された後、反射シート１６で反射される。反射された光線は、平坦面Ｆから再び導光体１２に入射され、上面１２ｃから出射される（光線▲４▼）。さらに、平坦面Ｆに対する入射角が小さかったときも、光線は、平坦面Ｆから出射され、反射シート１６による反射を経て再度導光体１２に入射される。入射された光線は、その後上面１２ｃから出射される（光線▲６▼）。
【００３２】
上面１２ｃからの出射光の輝度および出射角（上面１２ｃに対する法線と出射光とがなす角度）の関係は、図１０に示すグラフによって表される。図１０における横軸の正方向は他方側面１２ｂ側であり、負方向は一方側面１２ａ側である。このグラフはシミュレーションによって求められたものであり、これによれば、出射角＝３０°付近が出射光の輝度分布の中心角となり、この角度から出射される光線の輝度が最も高くなっている。
【００３３】
上面１２ｃから出射された光線は、入射角＝３０°で光拡散シート１４の下面１４ｂに入射され、光拡散シート１４の上面１４ａから出射される。図４から分かるように、上面１４ａから出射される光線の輝度分布の中心は２５°となる。光拡散シート１４から出射された光線は、その後プリズムシート２２で進行方向を修正される。これによって、プリズムシート２２の上面からは、光拡散シート１４に対してほぼ直交する方向に光線が出射される。
【００３４】
この実施例についても上述と同様の実験が行なわれ、良好なデータが得られたことが確認されている。つまり、図６に示す導光板とほぼ同様な形状の導光板（下面に形成された斜面の角度は２２°）を比較例として使用し、輝度特性を測定したところ、導光板の上面における最大輝度レベル（出射角＝３５°）は比較例の方が高いが、光拡散シートの上面における最大輝度レベル（出射角＝３０°）は、比較例と実施例とでほぼ同じであった。また、斜面Ｌ１およびＳの角度αを２２°±２°の範囲で変化させたときもほぼ同様の結果が得られたことが、別の実験によって確認されている。
【００３５】
このように、光拡散シートからの出射段階において実施例の最大輝度が比較例の最大輝度とほぼ同じになるにも関わらず、導光板を形成するための金型の製作は、上述と同様に、この実施例の方が簡単である。この結果、面光源装置１０の製造コストダウンが可能となる。
【００３６】
なお、これらの実施例では、導光板の下面に階段状に形成された平坦面の一部の段差部分に溝を形成し、残りの段差部分に斜面を形成するようにしたが、このような導光板に代えて、図１１または図１２に示す参考例のように全ての段差部分に溝を形成した導光板を用いてもよい。図１１によれば、溝のピッチは一定とされた状態で、溝の幅が徐々に広くなっており、この導光板に対応する金型は、図１４に示す要領で１つのバイトを用いて作成される。図１２によれば、溝の幅が徐々に広くなるにつれて、溝のピッチが徐々に狭くなっており、この導光板に対応する金型は、図１５に示す要領で１つのバイトを用いて作成される。なお、線状光源側の斜面が平坦面に対してなす角度αは、プリズムシートを省くときは４７°とされ、プリズムシートを用いるときは２２°とされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１実施例に適用される導光板における光線の伝播を示す図解図である。
【図３】光拡散シートにおける光線の拡散を示す図解図である。
【図４】光拡散シートの上面から出射される光線の出射角と出射光の光強度との関係を
示すグラフである。
【図５】Ａ１はこの実施例の導光板の上面から出射される光線の出射角と出射光の輝度
との関係を示すグラフであり、Ｂ１は光拡散シートの上面から出射される光線の
出射角と出射光の輝度との関係を示すグラフである。
【図６】比較例として用いる導光板における光線の伝播を示す図解図である。
【図７】Ａ１は比較例の導光板の上面から出射される光線の出射角と出射光の輝度との
関係を示すグラフであり、Ｂ１は光拡散シートの上面から出射される光線の出射
角と出射光の輝度との関係を示すグラフである。
【図８】この発明の他の実施例を示す断面図である。
【図９】図８実施例に適用される導光板における光線の伝播を示す図解図である。
【図１０】図８実施例に適用される導光板の上面から出射される光線の出射角と出射光の
輝度との関係を示すグラフである。
【図１１】この発明の参考例に適用される導光板を示す断面図である。
【図１２】この発明の他の参考例に適用される導光板を示す断面図である。
【図１３】図２または図９に示す導光板に対応する金型の製作状態を示す図解図である。
【図１４】図１１に示す導光板に対応する金型の製作状態を示す図解図である。
【図１５】図１２に示す導光板に対応する金型の製作状態を示す図解図である。
【図１６】従来技術を示す断面図である。
【図１７】従来技術の導光板に対応する金型の製作状態を示す図解図である。
【符号の説明】
１０…面光源装置
１２…導光板
１４…光拡散シート
１６…反射シート
１８…線状光源
２０…リフレクタ
２２…プリズムシート

Claims

互いに対向する一方側面および他方側面を有するかつ前記一方側面から入射された光を上面から出射させる導光板、および
前記導光板の上方に配置されたかつ前記導光板からの出射光を拡散させる拡散シートを備える面光源装置において、
前記導光板の下面は、互いに平行でかつ前記一方側面から前記他方側面に向かうにつれて前記上面までの距離が短くなる階段状の複数の前記上面に対し平行な面、および前記一方側面に平行に延びる複数のＶ字溝を有し、
各々の前記Ｖ字溝は少なくとも２つの前記上面に対し平行な面を挟み、
前記Ｖ字溝に接する各々の前記上面に対し平行な面は前記Ｖ字溝を形成する各々の第１斜面に連続し、
前記Ｖ字溝に挟まれる各々の前記上面に対し平行な面は前記一方側面側の前記第１斜面に平行な第２斜面によって結合されることを特徴とする、面光源装置。
前記一方側面から他方側面に向かうにつれて前記Ｖ字溝の幅を大きくするようにした、請求項１記載の面光源装置。
前記一方側面側の前記第１斜面と前記第２斜面とが前記下面の前記上面に対し平行な面に対してなす鋭角は４５°から４９°である、請求項１または２記載の面光源装置。
前記拡散シートの上面に配置されたプリズムシートをさらに備え、
前記一方側面側の前記第１斜面と前記第２斜面とが前記下面の前記上面に対し平行な面に対してなす鋭角は２０°から２４°である、請求項１または２記載の面光源装置。