JP4905357B2 - 導光体 - Google Patents

Description

本発明は、透過型または、半透過型パネルを背面より照射するバックライト機構を有する表示装置の導光体に関する。

近年、ラップトップ型または、ブック型のコンピュータ等を表示装置として、薄型でしかも見易いバックライト機構を有する液晶表示装置が用いられている。

このようなバックライトは、図１に示すように、一側面１ａを入射面１０１ａ、一方の主面を出射面１０１ｂ、他方の主面を反射面１０１ｃとし、反射面１０１ｃには偏向素子として入射面１０１ａに平行な方向を長手方向とする複数の斜面１０１ｄが形成された略直方体形状の導光体１０１を有している。

また、このバックライトは、導光体１０１の入射面１０１ａに対向して配置された光源１０２と、導光体１０１の出射面１０１ｂに対向して配置されたプリズムシート１０３と、導光体１０１の反射面１０１ｃに対向して配置された反射シート１０４とを有している。

このようなバックライトにおいて、光源１０２から出射した光は、導光体１０１の入射面１０１ａから導光体１０１内部に入射し、反射面１０１ｃと出射面１０１ｂとの間で全反射を繰り返して進む。この光は、反射面１０１ｃに形成された斜面１０１ｄで反射することにより次第に出射面１０１ｂ方向に立ち上げられ、臨界角に達すると出射面１０１ｂから外部に出射する。一部の光は、反射面１０１ｃから漏洩する。

導光体１０１の出射面１０１ｂから外部に出射した光は、プリズムシート１０３を透過する際に屈折して導光体１０１の出射面１０１ｂと垂直な方向に立ち上げられ、このプリズムシート１０３を挟んで導光体１０１と対向して設けられた図示しない液晶パネルに入射する。反射シート１０４は、例えば銀シートからなり、導光体１０１の反射面１０１ｃから漏洩する光を反射して反射面１０１ｃに戻す。

従来手法によると、反射面に形成された斜面と反射面のなす角が一定であったため、導光体の出射面から出射する光の分布に偏りが生じていた。このため、導光体からの出射面から出射される光を均一に分布させるためには、導光体から出射された光の一部のみしか利用できずに光源光の利用効率が低下するという問題があり、出射光の均一性と光の利用効率との両立は困難であった。

本発明は、かかる実情に鑑みて提案されるものであって、出射面から均一な分布の光が出射するとともに、光源光の利用効率を向上した導光体を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係る導光体は、透明なプラスチック部材よりなる略直方体形状であって、一側面を入射面、入射面と略直交する一方の主面を出射面、出射面と対向する他方の主面を反射面となし、反射面には入射面と平行な方向を長手方向とし、反射面に対して入射面の方向に傾斜した複数の斜面が形成され、入射面から入射した光を反射面の斜面で出射面の方向に偏向して出射面から出射するものであって、入射面から入射面と対向する反入射面までの距離を横軸、当該距離における斜面が反射面となす角度θを縦軸とし、反射面と出射面との間の厚みをｔｍｍとすると、横軸方向に入射面から反入射面まで、角度θが１°×（ｔ／０．６）〜３°×（ｔ／０．６）の非アクティブ領域と、角度θが１°×（ｔ／０．６）〜１．３°×（ｔ／０．６）の最低角度領域を含み、入射面と反入射面の中点における角度θが１．２°×（ｔ／０．６）〜１．８°×（ｔ／０．６）のアクティブ領域と、角度θが１．５°×（ｔ／０．６）〜４．５°×（ｔ／０．６）の反入射領域とを有し、アクティブ領域において、最低角度領域は、アクティブ領域の始端をその始端とし、中点における角度θと反入射面領域の始端角度θとを結ぶ直線が交わる点を終端とし、前記最低角度領域の終端から前記反入射領域の始端まで前記角度がリニアに増加する。

非アクティブ領域は、入射面から反入射面の方向に２ｍｍ〜４．５ｍｍの領域であることが好ましい。

最低角度領域は、横軸方向に２ｍｍ〜４．５ｍｍの領域であることが好ましい。

反入射面領域は、反入射面から入射面の方向に５ｍｍ〜１０ｍｍの領域であることが好ましい。

非アクティブ領域とアクティブ領域との間に遷移領域を設け、この遷移領域において非アクティブ領域の終端の角度θとアクティブ領域の始端の角度θとをリニアに変化させて結ぶことが好ましい。

出射面上にプリズムシートを備えることが好ましい。

本発明によると、出射面から均一な分布の光が出射するとともに、光源光の利用効率を向上した導光体を提供することができる。

図１は従来の実施形態に関わる導光体の断面図である。 図２は本発明の実施形態に関わる導光体を示し、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は横断面図、図２（ｃ）は斜視図である。 図３は本発明の実施形態に関わる導光体の関係図である。 図４は本発明の実施例を示し、図４（ａ）は反射面の構成の実施図、図４（ｂ）は出射面における見映えを示す図、図４（ｃ）は出射面における輝度分布図である。

以下図面を参照して本実施形態に係る導光体について説明する。図２は本実施形態に係わり、図２（ａ）は導光板の上面図、図２（ｂ）は横断面図、図２（ｃ）は斜視図である。なお、参照の便宜上、図中にＸＹＺ軸を設定した。

図２において、導光体に使用される部材として、透明なプラスチック部材が一般的に使用される。このプラスチック部材として、アクリル、ポリカーボネイト、シクロオレフィンポリマーが好適に使用される。また、導光体の形状としては、略直方体形状が使用される。

本実施形態では、導光体１の一側面を入射面１ａ、入射面１ａと略直交する一方の主面を出射面１ｂ、出射面１ｂと対向する他方の主面を反射面１ｃとなし、この反射面１ｃには入射面１ａと平行な方向を長手方向とし、反射面１ｃに対して入射面１ａの方向に傾斜した複数の斜面１ｄが形成されている。

この導光体１において、光源２から入射面１ａに入射された光は、反射面１ｃと出射面１ｂとの間で全反射を繰り返しながら入射面１ａに対向する反入射面１ｅの方向に進む。この間、反射面１ｃに形成された斜面１ｄで出射面１ｂ方向に徐々に立ち上げられ、出射面１ｂに対する臨界角に達すると出射面１ｂから出射される。

次に、反射面１ｃにおける斜面１ｄの構成について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、導光体１の入射面１ａから反入射面１ｅまでの距離を横軸とし、当該距離における斜面の角度θ（反射面角度）を縦軸としたものである。図３（ｂ）は、後述する遷移領域を設けた場合を示す図であり、図３（ｃ）は後述する角度変化点を曲線で結んだ場合を示す図である。

まず、図３（ａ）の場合について反射面１ｃにおける斜面１ｄの構成を説明する。ここで、導光板１の厚み、すなわち出射面１ｂと反射面１ｃ間の距離をｔｍｍとする。

非アクティブ領域は、入射面１ａから反入射面１ｅ方向に２ｍｍ〜５ｍｍの領域であり、角度θ＝１°×（ｔ／０．６）〜３°×（ｔ／０．６）である（折線５）。入射面１ａ付近の出射面１ｂにおける見栄え改善の点から、角度θ＝１．５°〜２．７°が好ましい。

非アクティブ領域において、角度θが１°×（ｔ／０．６）よりも小さいと入射面１ａ付近での出射面１ｂの輝度が低下して均一性悪化の要因となる。一方、角度θが３°×（ｔ／０．６）より大きくなると入射面１ａ付近における出射光量が増え過ぎるため、出射面全体の均一性を維持できなくなる。

反入射領域は、反入射面１ｅから入射面１ａ方向に５ｍｍ〜１０ｍｍの領域であり、角度θ＝１．５°×（ｔ／０．６）〜４．５°×（ｔ／０．６）である（折線６）。反入射面１ｅ付近の出射面１ｂにおける出射光の均一性を保つ点から、角度θ＝１．８°〜２．５°が好ましい。

反入射領域において、角度θが１．５°×（ｔ／０．６）よりも小さいと光が反入射面１ｅから漏れてしまうために出射光の均一性が悪化する要因となる。一方、角度θが４．５°×（ｔ／０．６）より大きくなると光源２から入射した光の光量を反入射光面１ｅに達するまでに使い切ってしまうため、出射面１ｂ全体で出射光の均一性を維持できなくなる。

アクティブ領域は、入射面１ａと反入射面１ｅの中点における角度θ＝１．２°×（ｔ／０．６）〜１．８°×（ｔ／０．６）とし（折線７）、角度θ＝１°×（ｔ／０．６）〜１．３°×（ｔ／０．６）の最低角度領域を有する（折線９）。この最低角度領域は、アクティブ領域の始端をその始端（点９ａ）とし、前記中点における任意角度とθ＝１．５°×（ｔ／０．６）〜４．５°×（ｔ／０．６）の反入射面領域の始端角度（点６ａ）とを結ぶ直線（折線８）がこの最低角度領域のθ＝１°×（ｔ／０．６）〜１．３°×（ｔ／０．６）と交わる点（点９ｂ）を終端とし、最低角度領域の終端（点９ｂ）から反入射領域の始端（点６ａ）まで角度θがリニアに増加する（折線８）。前記中点における角度θは、光源２からの光を効率的に利用する観点から、θ＝１．４°〜１．６°が好ましい。最低角度領域は、横軸方向に２ｍｍ〜４．５ｍｍであることが好ましい。

非アクティブ領域の終端（点５ａ）とアクティブ領域の始端（点９ａ）の間には、角度を次第に変化させる遷移領域を設けることが好ましい。図３（ｂ）を参照すると、この遷移領域において、角度θは非アクティブ領域の終端(点１０ａ)の角度θ＝１°×（ｔ／０．６）〜３°×（ｔ／０．６）と最低角度領域の始端（点１０ｂ）の角度θ＝１°×（ｔ／０．６）〜１．３°×（ｔ／０．６）をリニアに変化させて結ぶものとすることができる（折線１０）。

また、図３（ｂ）に示す横軸方向における角度θの角度変化点１１をなくし、図３（ｃ）に示すようにそれぞれの角度変化点を曲線１２で結ぶこともできる。このように、角度変化を曲線で行うことにより、反射面１ｃにおける急激な反射光量の変化を抑制し、出射面１ｂから出射される光の均一化を図ることができる。

次に導光体１の出射面１ｂから光が出射する作用について説明する。スネルの法則では、屈折率の大きな物質から屈折率の小さな物質へ光が進むとき、界面への光の入射角が臨界角より大きいときは全反射し、臨界角以下のときには屈折することになっている。アクリルの臨界角は約４２°、ポリカーボネイトでは約３９°である。このことを本実施形態の導光体１に適用すると、光源２からある方向に進む光が導光板１の中に進んで導光する際に反射面１ｃに設けられた斜面１ｄの傾斜角度θずつ角度を小さくしながら反射を繰り返し、出射面１ｂに対する入射角が次第に小さくなる。この原理で導光すると、出射面１ｂに対し臨界角以上であった光も必ず臨界角より小さくなる時が訪れ、屈折して出射面１ｂから出射する。

以上に述べた原理に基づき、反射面１ｃを設けることで反入射面１ｅからの漏れ光を少なくし、出射面１ｂから出射される光量が向上するとともに、出射面１ｂから均一に光を出射することができる。

なお、光源２としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）が好ましいが、蛍光灯等を使用しても良い。また、導光体１の出射面１ｂ上面にプリズムシートを配設することにより、このプリズムシートにより出射面１ｂから出射された光を出射面１ｂに垂直方向に立ち上げるように偏向することができる。

以下、実施例により本発明を説明する。光源、導光体、および１枚のプリズムシートからなる面光源装置を組み立てて光学特性を測定した。光源として、ＬＥＤ（日亜化学製ＮＥＳＷ０２０）４灯を使用した。

以下、図４に本発明の実施例を示す。図４（ａ）は反射面の構成の実施図を、図４（ｂ）は前記反射面による出射面における見映えを、図４（ｃ）は見映えを示す図４（ｂ）の出射面における輝度分布を示す。

本実施例では、反射面１ｃに図４（ａ）に示すような構成の斜面１ｄを形成することにより、図４（ｂ）に示すような略均一な見映えと、図４（ｃ）に示すように輝度３０００〜５６００ｃｄ／ｍ^２の略均一な輝度分布が実現された。

Claims (3)

1. 透明なプラスチック部材よりなる略直方体形状の導光体であって、一側面を入射面、前記入射面と略直交する一方の主面を出射面、前記出射面と対向する他方の主面を反射面となし、前記反射面には前記入射面と平行な方向を長手方向とし、前記反射面に対して前記入射面の方向に傾斜した複数の斜面が形成され、前記入射面から入射した光を前記反射面に形成された斜面で前記出射面の方向に偏向して前記出射面から出射するものであって、
   前記入射面から前記入射面と対向する反入射面までの距離を横軸、当該距離における前記斜面が当該斜面が形成された前記反射面となす角度を縦軸とし、前記反射面と前記出射面との間の厚みをｔｍｍとすると、前記横軸方向に前記入射面から前記反入射面まで、
   前記角度が１°×（ｔ／０．６）〜３°×（ｔ／０．６）であり、長さが２ｍｍ〜５ｍｍの非アクティブ領域と、
   前記角度が１°×（ｔ／０．６）〜１．３°×（ｔ／０．６）であり、長さが２ｍｍ〜４．５ｍｍの最低角度領域を含み、前記入射面と前記反入射面の中点における前記角度が１．２°×（ｔ／０．６）〜１．８°×（ｔ／０．６）のアクティブ領域と、
   前記角度が１．５°×（ｔ／０．６）〜４．５°×（ｔ／０．６）であり、長さが５ｍｍ〜１０ｍｍの反入射領域と、
   を有し、
   前記アクティブ領域において、前記最低角度領域は、前記入射面からの距離を横軸、前記角度を縦軸としたグラフにおいて、前記非アクティブ領域、前記アクティブ領域及び前記反入射領域のうちで前記角度が最低であり、前記アクティブ領域の始端をその始端とし、前記中点における前記角度で表される点と前記反入射領域の始端角度で表される点とを結ぶ直線について、当該直線が前記最低角度領域を表す直線と交わる点を終端とし、前記最低角度領域の終端から前記反入射領域の始端まで前記角度がリニアに増加すること
   を特徴とする導光体。
2. 前記非アクティブ領域と前記アクティブ領域との間に遷移領域を設け、この遷移領域において前記非アクティブ領域の終端の前記角度と前記アクティブ領域の始端の前記角度とをリニアに変化させて結ぶことを特徴とする請求項１記載の導光体。
3. 前記出射面上にプリズムシートを備えることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の導光体。

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