JP4943231B2

JP4943231B2 - 導光板およびそれを用いた表示装置

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Publication number: JP4943231B2
Application number: JP2007142144A
Authority: JP
Inventors: 修吉村; 正敏清水; 和彦佐藤
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2027-05-29
Also published as: JP2008300074A

Description

看板、液晶表示装置などの照明に用いるエッジライト式バックライト用の導光板及びこれを用いた表示装置などに関する。

従来の導光板は、導光板内部に光拡散性の粒子等を添加し、光を拡散、反射させていた。又、光透過性の高い平板の表面に後加工で微細溝を付与したり、印刷により面積の異なる反射体を設けたりしていた。
例えば特許文献１には、導光体の厚みを光源から離れるにつれ薄くし、反射面を曲面としてその傾きを調整したものが記載されている。また、特許文献２には、内部に拡散剤を含有した拡散板および
密度に勾配のある網目状の印刷を行って反射面を形成した例が記載されている。

しかしながら、導光板内部に光拡散性微粒子を添加した場合、導光距離（入光面と対向する面との間の距離）が３００ｍｍ未満では、大きな問題は無かったが、導光距離が３００ｍｍ以上の場合、導光距離が長くなるに従い、発光面の照度が低下する問題があった。
また、微細溝を後加工で付与して導光板表面に微細な加工を施す場合や印刷により面積の異なる反射体を設ける場合でも発光面の照度を均一にする効果は不十分であった。

特開平２−０１３９２５号公報特開平４−１４５４８５号公報

本発明は、導光距離が３００ｍｍ以上の場合においても、発光面の照度が低下する問題が少なく、かつ、発光面の照度が均一となる導光板を提供する。

本発明の導光板は、導光距離が３００ｍｍ以上であり、導光板成形時の片面に賦形を行い、この面にランダムな微細凹凸からなる光拡散・反射手段が付与された光拡散・反射面とし、この光の拡散・反射面は、光源から２５ｍｍの位置においてＪＩＳＢ００３１−１９９４に規定されるＲｚが２．０〜１０．０μｍ、かつ、Ｒｓｍが５．０〜２５．０μｍであり、最大粗面部（Ｒｚが最大となる部分）においてＲｚが３．０〜１５．０μｍ、かつ、Ｒｓｍが３．０〜２０．０μｍ、であって、光源から２５ｍｍの位置のＲｓｍを最大粗面部のＲｓｍの１．１倍以上としたものである。
また本発明は、上記の導光板を用いたエッジライト型面光源を備えた表示装置である。

本発明を用いることにより、導光板の成形時に光を拡散させる基本的形状が形成されているため、生産性が向上する。また、主たる光拡散・反射手段が導光板表面の賦形であり、板内部に多量の光拡散性微粒子を添加していない為、導光距離が長くなっても発光面の照度が低下する問題がない。

本発明に係るエッジライト式面光源の実施の形態を、図面とともに説明する。
図１は本願発明の実施例の断面図で、この図において１は導光板、２は拡散フィルム、３は反射フィルム、４は冷陰極管または線状に配置したＬＥＤなどの光源、５は光源を取巻く反射板である。この図１における導光板１は、光が出射する鏡面１ｂと、光が反射する反射面１ａを有し、この反射面１ａは、板の成形時に所定の表面粗さが付与される。図１では光源４は導光板１の２つの端面に備えられているが、１つの端面のみに備えられていてもよく、また、３つの端面以上に備えられていてもよい。さらに、コーナー部に備えられていてもよい。
上記エッジライト式面光源をバックライトとして、その発光面側に液晶パネル、印刷された看板など透過型の表示素子を重ねることで表示装置を構成することができる。

導光板表面に微細形状を賦形する方法として、押出成形で型から形状を転写する、プレス成形で型から形状を転写する、キャスト成形で型から形状を転写すること等の方法が挙げられる。他の光拡散・反射手段付与方法として、押出成形時、賦形層に光拡散材を含む複層共押出とする、熱ラミネートにより光拡散材を含む賦形層を設ける等が考えられる。
導光板の材料としては、上記の微細形状が賦形可能な透明樹脂であればいずれも使用可能であるが、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン系樹脂等が透明性、機械特性の点から好適に採用される。

成形された賦形面による拡散性を、場所によりあるいは全面で調整する方法として、サンドブラスト処理、研磨等により、さらに微細光拡散面を設けることができる。この微細光拡散面には、光源からの距離に応じ光源に近い位置（１２ａ）では細かく、光源から遠い位置（１１ａ）では粗くなるような更に微細な表面粗さが付与されており光源から遠い位置（１１ａ）に通常は最大粗面部が位置する。ここで、導光板の片側に光源が配置される場合は、最大粗面部は光源の反対側の端面近傍となり、導光板の両側に光源が配置される場合は、最大粗面部は導光板の中央付近になる。

そして本発明は、最大粗面部におけるＲｓｍよりも光源から２５ｍｍの位置におけるＲｓｍが大きいことを特徴としている。通常の研磨等の処理によると、凹凸の高さを大きくするためには、大きい粒子の研磨剤が用いられるため、微細凹凸のピッチに相当するＲｓｍも大きくなる傾向にある。本発明においては、２段階以上の凹凸付与処理を施すことにより、Ｒｚが大きい領域のＲｓｍを相対的に小さくすることによって、良好な導光特性と拡散特性とを合せて示す導光板を得ることができた。

図２は、図１の１１ａの表面を表わす図で、板の成形時に付与された表面粗さ１１０の一部に、更に微細な表面粗さ１１１が付与されている。こうして付与された最大粗面部における微細な表面粗さ１１１は、そのＪＩＳＢ００３１−１９９４に規定されるＲｚが３．０〜１５．０μｍ、かつ、Ｒｓｍが３．０〜２０．０μｍであることが必要である。
Ｒｚが大きすぎると光線が多く散乱・反射し、均一に発光し得る導光距離が短くなり、小さすぎると光の取出し効率が低下し発光面を明るくできない。Ｒｓｍが大きすぎると光の散乱・反射が少なくなり発光面に明暗が現れ、小さすぎると光の散乱・反射が多くなるため均一に発光し得る導光距離が短くなり不適当である。

図３は、図１の１２ａの表面を表わす図で、板の成形時に付与された表面粗さ１１０の一部に、更に微細な表面粗さ１１２が付与されている。こうして付与された微細な表面粗さ１１２は、そのＪＩＳＢ００３１−１９９４に規定されるＲｚが２．０〜１０．０μｍ、かつ、Ｒｓｍが５．０〜２５．０μｍであることが必要である。
Ｒｚが大きすぎると光線が多く散乱・反射し、均一に発光し得る導光距離が短くなり、小さすぎると光の取出し効率が低下し発光面を明るくできない。また、Ｒｓｍが大きすぎると光の散乱・反射が少なくなるため発光面が暗くなり、小さすぎると光の散乱・反射が多くなるため均一に発光し得る導光距離が短くなり不適当である。

図４は図２および図３の断面を模式的に示した図である。ここで、更に微細な表面粗さ１１１と１１２を比較すると、光源から遠い位置（最大粗面部）にある微細な表面粗さ１１１の方が光源に近い位置にある微細な表面粗さ１１２より表面粗さが粗くなるよう付与されているが、光源から２５ｍｍの位置の微細な表面粗さ１１２のＲｓｍは光源から遠い位置（最大粗面部）にある微細な表面粗さ１１１のＲｓｍの１．１倍以上であることが必要である。そして、最大粗面部におけるＲｓｍが最小であることが好ましい。

光源から２５ｍｍの位置の微細な表面粗さ１１２のＲｓｍが光源から遠い位置（最大粗面部）にある微細な表面粗さ１１１のＲｓｍの１．１倍より小さいと光源近傍で光線が多く散乱・反射するため、均一に発光し得る導光距離が短くなり適当でなく、１０．０倍より大きいと逆に光源近傍で光線が充分に散乱・反射しないため、光源近傍の発光面が著しく暗くなるか、または、場合によっては光源が透けてしまい適当でない。

また、光源から遠い位置（最大粗面部）にある微細な表面粗さ１１１のＲｚは光源から２５ｍｍの位置の微細な表面粗さＲｚの１．１倍〜７．５倍であることが好ましい。前記Ｒｚの比が１．１倍より小さいと光源から遠い位置(最大粗面部)で光線の散乱・反射が不足し、均一に発光し得る導光距離が短くなり好ましくなく、７．５倍より大きいと光源近傍で光線の散乱・反射が不足するため、光源近傍の発光面は著しく暗くなるか、または、場合によっては光源が透けてしまい好ましくない。

また、他の拡散性付与方法として、一様な微細形状を付与した型に対し、サンドブラスト処理、研磨等により微細光拡散面を設け、予め拡散性が場所により調整された型を得、この型の転写を１回または複数回繰り返して導光板に賦形してもよい。
なお、本発明ではその効果を損なわない程度に導光体内部に光拡散性微粒子を添加してもよい。

＜実施例＞
以下に図１で示す面光源に用いる導光板の製造法について説明する。
まず片面が鏡面、反対面が一様なエンボス面を有する成形型を使用し、アクリル樹脂を使用してキャスト成形によって厚さ８ｍｍの導光板を製造した。
成形型のエンボス面は粒径約１００μｍのブラスト粒子を使用したブラスト処理によって形成した。
次いで得られた導光板のエンボス面について、光源からの距離に応じ光源に近い位置(１２ａ)では細かく、光源から遠い位置(１１ａ)では粗くなるようにさらに表面粗さを調節した。

成形後の粗面の調整は次のように行った。
光源に近い部分は１００番のサンドペーパーで成形面の表面を５０往復、さらに２４０番のサンドペーパーで５０往復して研磨した後、１０００番のサンドペーパーでさらに５０往復研磨し、最後に２０００番のサンドペーパーで５０往復研磨した。
光源から最も遠い部分は１００番のサンドペーパーで成形面の表面を１００往復研磨した。

次いで、これら以外の部分では、研磨する場所が光源から遠くなるに従いサンドペーパーの番手を１００番〜＃４００番とし、往復回数を５０〜２００回に調整するかあるいは番手の大きいサンドペーパーによる研磨を行なわない等の方法により連続的なグラデーションを設けた。

上記により得られた本実施例における拡散反射面の表面粗さを表１に示す。

＜比較例１＞
比較例１として、従来の透明なアクリル樹脂製導光板の表面に白インクでドット印刷を行った導光板を用意した。ドットが印刷された面積の比率は光源から離れるに従い大きくなり、光源付近では０％であり、光源から離れた位置では全て塗りつぶされて１００％である。
更にドット印刷が施された面と対面するように白色反射フィルムを、出光面と対面するように拡散フィルムを貼付してある。

＜比較例２＞
比較例２として、従来の別の導光板を用意した。アクリル樹脂製の導光板内部に均一に拡散材を添加したもので、出光面及びその対向面は鏡面であり、出光面と対向する面に対面するように白反射フィルムを、出光面と対面するように拡散シートを貼付してある。

本発明の実施例および比較例の導光板について、いずれも同一のＬＥＤ光源を使用して光源からの距離と発光面の輝度を評価した結果を図５に示す。図５において、３１は本願発明に係る実施例の導光板を用いた場合の輝度分布であり、３２は比較例１の場合の輝度分布であり、３３は比較例２の場合の輝度分布である。なお光源からの距離が５００〜１０００ｍｍの領域は、５００ｍｍの位置を中心として左右対称の特性となるため、省略してある。実施例の導光板を用いた場合では、光源からの導光距離に依存せず均一な明るさが保たれていることがわかる。

実施例の導光板および比較例の導光板２種を用いたエッジライト型面光源を備えた表示装置として、面光源の前面に透明樹脂シートとカラー印刷を施した看板を設置したものを用意し、明るさとむらを評価した。その結果、実施例の場合では全面で明るく見やすい表示であったが、比較例２種の場合では光源付近では明るかったものの、光源から離れた位置では暗い表示となった。

本発明に係るエッジライト式導光板を用いた表示装置の一例を示す図である。本発明の導光板の光源から遠い位置における表面を示す図である。本発明の導光板の光源に近い位置における表面を示す図である。本発明の導光板の断面を示す図である。本発明の実施例および比較例に係る導光板を用いた面光源の輝度分布を示す図である。

符号の説明

１・・・導光板、２・・・拡散フィルム、３・・・反射フィルム、４・・・光源、５・・・反射板
１ａ・・・反射面、１ｂ・・・鏡面
１１ａ・・・光源から遠い位置の反射面、１２ａ・・・光源に近い位置の反射面
１１０、１１１、１１２・・・微細な表面粗さ
３１・・・実施例の場合の輝度分布、３２・・・比較例１の場合の輝度分布、３３・・・比較例２の場合の輝度分布

Claims

端面より入光する導光板であって、
入光面と対向する面との間の距離が３００ｍｍ以上であり、
光の出光面は実質的に鏡面とし、
それに対向する面はランダムな微細凹凸からなる光拡散・反射手段が付与された光拡散・反射面であり、
該光拡散・反射面は、光源から２５ｍｍの位置において、
ＪＩＳＢ００３１−１９９４に規定されるＲｚが２．０〜１０．０μｍ、かつ、Ｒｓｍが５．０〜２５．０μｍであって、
最大粗面部（Ｒｚが最大となる部分）において
Ｒｚが３．０〜１５．０μｍ、かつ、Ｒｓｍが３．０〜２０．０μｍであり、
光源から２５ｍｍの位置のＲｓｍは最大粗面部のＲｓｍの１．１倍以上であること
を特徴とする導光板。
最大粗面部近傍においてＲｓｍが最小となることを特徴とする請求項１の導光板。
最大粗面部におけるＲｚが光源から２５ｍｍの位置におけるＲｚの１．１倍〜７．５倍となることを特徴とする請求項１または２の導光板。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の導光板を用いたエッジライト式面光源を備えた表示装置。