JP5029964B2

JP5029964B2 - 導光板

Info

Publication number: JP5029964B2
Application number: JP2008075021A
Authority: JP
Inventors: 一親日比谷; 直樹松村; 朋民光田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: JP2009231045A

Description

本発明は、携帯電話機や液晶表示装置などに備える導光板に関し、特に、出射光の均一化と輝度アップを計った面光源装置に適する導光板に係る。

携帯電話機には、テンキー照明用の面光源装置に導光板が備えられ、液晶表示装置には、バックライト用の面光源装置に導光板が備えられている。
図９は、この種の面光源装置１０の一例を示す簡略的な機構図である。
導光板１１は、透明なアクリル樹脂などの樹脂材料により４辺形に形成され、その一側端が光導入面１２となっており、その光導入面１２には配線基板１３に配置されたＬＥＤ（発光ダイオード）１４が接近して配設されている。

導光板１１は、一方板面（図面では上面）が光出射面１５となっており、この光出射面１５に対し反対側となる他方板面が反射面１６となっており、反射面として凹状形成した反射パターン１７が設けられている。
また、導光板１１の反射面１６側には、反射率の高い反射板１８を設け、導光板１１を抜け出た光Ａ１を反射させて再び導光板１１に入射させる。
なお、導光板１１の光出射面１５側には光を均一化させるために、光拡散板を備えたものがある。

上記した面光源装置１０は、ＬＥＤ１４の発光光が光導入面１２から導光板１１内に導入され、この光が導光板１１内を広がりながら伝播し、その一側端から他側端に向かって進む。その間に反射パターン１７によって反射された反射光Ａ２が光出射面１５から射出される。
他方、面光源装置の導光板１１としては、導光シートとして形成されたものもある。

上記した導光板１１に設けられる反射パターン１７としては様々な構造や形状のものがある。
図１０、図１１は、第１のパターン例である反射パターン１７ａを示し、この反射パターン１７ａは、光導入面１２に平行させた多数の溝形成からなるローレット（プリズム）がパターン素子１９となっている。
この反射パターン１７ａは、図示するＹ軸方向の光をＺ軸方向に反射して光出射面１５から射出させるもので、図１１に示すパターン素子１９のプリズム角度θ１、θ２の設定によって光出射面１５から射出する出射配光を制御することができる。
なお、図示したＸ軸方向は光導入面１２に平行する方向、Ｙ軸方向は光導入面１２に直交する光の導入方向、Ｚ軸方向は光出射面１５方向である。

図１２、図１３は、第２のパターン例である反射パターン１７ｂを示し、この反射パターン１７ｂは、三角形の角錐形凹部がパターン素子２０となっている。
この反射パターン１７ｂは、図示するＹ軸方向の光をＺ軸方向に反射して光出射面１５から射出させるもので、図１３に示すドット角度θ３、θ４の設定によって光出射面１５から射出する出射配光を制御することができる。

図１４、図１５は、第３のパターン例である反射パターン１７ｃを示し、この反射パターン１７ｃは、円錐形凹部をパターン素子２１として形成してある。
円錐形凹部のパターン素子２１の傾斜面は、Ｘ、Ｙ軸方向全周で一様となっているので、あらゆる方向から伝播してくる光に対しても反射するから、この反射パターン１７ｃは、拡散光の反射光（乱反射光）として広範囲に伝播させるため、面輝度の均一化に有利となる。

特開２００５−１４２０７８号公報特許第３１５１８３０号公報

図１０、図１１に示した反射パターン１７ａは、Ｘ軸方向（光導入面１２方向）に溝形成されたパターン素子１９の反射パターンであるため、Ｘ軸方向に面輝度分布を調整することができない。
また、図１６に示すように、Ｙ軸方向の光ａ１は、効率良く光出射面１５方向（Ｚ軸方向）に反射され反射光ａ２となるが、Ｙ軸方向以外の光ｂ１（特に、Ｘ軸方向の光）に対しては、乱反射光ｂ２となるため、Ｚ軸方向に反射される光が少なくなり、出射効率が悪くなる。

図１２、図１３に示した反射パターン１７ｂは、角錐形凹部のパターン素子２０であるため、上記した反射パターン１７ａと同様の問題があり、図１７に示すように、Ｙ軸方向の光ａ１は、効率良く光出射面１５方向（Ｚ軸方向）に反射されて反射光ａ２となるが、Ｙ軸方向以外の光ｂ１（特に、Ｘ軸方向の光）に対しては、乱反射光ｂ２となるため、Ｚ軸方向に反射される光が少なくなり、出射効率が悪くなる。
そして、ＬＥＤ１４は指向性のある発光光となるため、ＬＥＤ１４の光軸上に輝線が生じる。

図１４、図１５に示した反射パターン１７ｃは、円錐形凹部のパターン素子２１であるため、光の拡散効果が大きく、光路長の長い導光板では反射光は奥まで届かないことがある。
また、図１８に示すように、円錐形凹部のパターン素子２１に正対する光ａ１はＺ軸方向に反射され反射光ａ２となるが、Ｙ軸方向の光であっても正対しない光ｂ１は散乱光ｂ２となるため、光の直進性が悪くなる。

上記したように、反射パターン１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、反射特性に一長一短を有しており、反射パターン１７ａ、１７ｂは光出射面１５の出射効率が高く、反射パターン１７ｃは、散乱光が多く、輝度分布が広い。
そこで、本発明は、これらの反射パターンの長所を取り入れて、導光板の配光特性を改善することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明は、一側端から導入した光源の光を反射パターンによって反射させ、反射光を一方側板面から射出させる導光板において、
２つの円錐形の凹部又は凸部と１つの角錐形の凹部又は凸部とを組み合わせた３つの凹部又は凸部を１ドットのパターン素子として反射パターンを形成した構成としてある。

具体的には、３つの凹部又は凸部からなるパターン素子は、三角形の角部各々に凹部又は凸部を設けた組み合わせ配置で、かつ、角錐形の凹部又は凸部の一辺が２つの円錐形の凹部又は凸部を結ぶ直線方向に平行したものであり、光源から導入された光の進行方向に対し、直交する方向に２つの円錐形の凹部又は凸部を配置させて反射パターンとして形成することができる。

さらに、本発明は、２つの円錐形の凹部又は凸部を結ぶ直線方向に平行する角錐形の凹部又は凸部の一辺に当る傾斜面を凹形湾曲させたパターン素子とすることができると共に、上部切断の２つの円錐形の凹部又は凸部と上部切断の１つの角錐形の凹部又は凸部とを組み合わせた３つの凹部又は凸部を１ドットとして反射パターンを形成することができ、また、光源に近い反射パターン領域に比べ光源から離れたパターン領域の反射パターンは、パターン素子間距離を短縮させ、反射パターン密度を高めることができる。

上記した導光板は、パターン素子の円錐形の凹部又は凸部が多くの拡散光を発生させ、角錐形の凹部又は凸部が光出射面方向の反射光を多く発生することから、パターン素子の１ドット毎に、光出射面方向に強い反射光成分と拡散光の多い反射光成分とをもち、この結果、出射光を可能なるかぎり均一化し、かつ、輝度を増加させることができる。

また、一辺に当る傾斜面を凹形湾曲させた角錐形の凹部又は凸部を含むパターン素子を１ドットとする反射パターンは、いろいろな角度方向から到来する光を光出射面に向かって効果的に反射させる。
さらに、上部切断の円錐形の凹部又は凸部と上部切断の角錐形の凹部又は凸部とを組み合わせたパターン素子を１ドットする反射パターンは、パターン素子の高さを低くできるから、厚さの薄い導光板、例えば、薄いシートの導光板に適用することができる。

上記した導光板は、導入した光源の光の減衰を考慮して光源に近い反射パターン領域に比べ光源から離れたパターン領域の反射パターンは、パターン素子間距離を短縮させ、反射パターン密度を高めることが好ましい。

次に、本発明の実施形態について図面に沿って説明する。
図１は、携帯電話機や液晶表示装置などに備える面光源装置を示す簡略的な機構図である。
この面光源装置３０は、特有の反射パターン３２を設けた導光板３１を備えたことが特徴となっており、その他は図９に示した従来の面光源装置１０と同構成となっている。
したがって、導光板３１の光導入面３３に接近させた光源であるＬＥＤ１４が設けてあり、また、導光板３１の反射面３４側には反射板１８が設けてある。

導光板３１は、透明なアクリル樹脂などの樹脂材料により４辺形に形成してあり、その反射面３４には、図２に示した反射パターン３２が形成してある。
なお、図２は、光出射面３５の反対面となる導光板３１の背面図（図１において下面）である。

図３は、一点鎖線で示した図２の楕円部所３６の拡大図であり、反射パターン３２のパターン素子３７を拡大して示している。
また、一点鎖線で示した図３の四辺形部所３８は、反射パターン３２の１ドットに相当するパターン素子３７を示している。
パターン素子３７は、整列させる必要がなく、ランダムであってもよく、また、図示の如く、光源（ＬＥＤ）から遠くになるにつれてパターン素子３７の密度を高くすることが好ましいが、この密度は必ずしも高くしなくともよい。

図４は、１ドットのパターン素子３７の詳細図で、図４（Ａ）は正面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）上のＡ−Ａ線断面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）上のＢ−Ｂ線断面図である。
図５は、１ドットのパターン素子３７を示した導光板３１の部分斜視図である。
図示するように、２つの円錐形凹部３７ａ、３７ｂと１つの角錐形凹部（三角錐形凹部）３７ｃとの３つの凹部を組み合わせて１ドットのパターン素子３７が形成してある。

そしてこの１ドットのパターン素子３７は、三角形の各角部に位置するように短い距離をおいて円錐形凹部３７ａ、３７ｂと角錐形凹部３７ｃとを配置して形成し、さらに、図２及び図５に示すように、光源から導入される光の進行方向、つまり、Ｙ軸方向に直交する直線上に２つの円錐形凹部３７ａ、３７ｂを並べ、かつ、これら円錐形凹部３７ａ、３７ｂの間のＹ軸方向で光源から離れた位置に角錐形凹部３７ｃを設けるように、パターン形成してある。

上記のように形成したパターン素子３７は、円錐形凹部３７ａ、３７ｂがいずれの方向から伝播する光についても拡散反射すると共に、角錐形凹部３７ｃがＹ軸方向の光を能率良くＺ軸方向（光出射面３５方向）に反射する。
したがって、上記のパターン素子３７を１ドットして反射パターン３２を形成した導光板３１によれば、光出射面３５から射出する光がムラのない均一化したものとなる他に、輝度が増加する。
なお、このような反射パターン３２は、例えば、パターン形成金型を用いて導光板３１に熱転写する熱転写反射パターンとして形成することができる。

図６は、他の実施形態と示した図５同様の導光板３１の部分斜視図である。
本実施形態では、角錐形凹部３７ｃの一辺に当たる傾斜面３７ｃｃを凹形状に湾曲形成し、角錐形凹部３７ｃがＹ軸方向の光に限らず、広い角度方向から伝播する光に対してもＺ軸方向に反射する構成としてある。
したがって、本実施形態のパターン素子３７を用いた反射パターン３２は、角錐形凹部３７ｃによってＺ軸方向の反射光を一層増加させることができるから、導光板３１の輝度アップに非常に有効なパターン素子３７となる。

図７は、さらなる他の実施形態を示した図５同様の導光板３１の部分斜視図である。
本実施形態は、上部を切断した円錐形凹部３７ａ、３７ｂと上部を切断した角錐形凹部３７ｃとからパターン素子３７が形成してある。
本実施形態のパターン素子３７を用いた反射パターン３２は、パターン素子３７の高さを低くすることがでるので、導光板シートなどに実施する場合に有利となる。
なお、本実施形態では、角錐形凹部３７ｃの一辺の傾斜面３７ｃｃを凹形状に湾曲形成してあるが、必ずしも湾曲形成しなくともよい。

上記したパターン素子３７を用いて反射パターン３２を形成した導光板３１について実験し、その効果を確認した。
図８は、この実験結果を従来例のものと共に表わした図である。
この図８では、従来例として、図１２に示した角錐形凹部の反射パターンを有する導光板１１又は図１４に示す円錐形凹部を有する導光板１１を備えた面光源装置１０の実験結果が表わしてある。
また、本発明としては、図７に示す実施形態のパターン素子３７にしたがって反射パターン３２を形成した導光板３１を作製し、この導光板３１を備える面光源装置３０の照明状態について表わしてある。
なお、上段の写真図において、白い部分が輝度の高い部分で、黒い部分が輝度の低い部分である。

図示するように、角錐形凹部（三角錘ドット）の反射パターン１７を有する導光板１１は、光束の広がりが少なく、狭い範囲で強く照明するため、光源正面にホットスポットが生じる。
円錐形凹部（円錐ドット）の反射パターン１７を有する導光板１１は、光束の広がりが確認できるが、輝度が低くなる。
このような照明状態に比べ、本発明に係るパターン素子３７の反射パターン３２を有する導光板３１は、図示するところから良く分かる通り、光束の広がりと輝度の強さとも向上し、配光特性を充分に改善できることが判明した。

したがって、本発明の導光板は、広範囲の面輝度の均一化が可能であり、光拡散板などを省略することも可能になる。
また、特に、この導光板は、発光光に指向性のあるＬＥＤを光源とする面光源装置に適し、その他、反射パターンの設計（ドット濃度調整）が容易なものとなる。

以上、実施形態について説明したが、２つの円錐形凹部３７ａ、３７ｂと１つの角錐形凹部３７ｃとについては、２つの円錐形凸部と１つの角錐形凸部として、これら円錐形凸部と角錐形凸部とを上記実施形態と同様に配置構成して３つの凸部からなる１ドットのパターン素子を形成しても同様の効果を得ることができる。

携帯電話機などの携帯端末機や液晶表示装置などに備える面光源装置の導光板に適する。

一実施形態を示す面光源装置の簡略的な機構図である。上記面光源装置に備えた導光板の背面図である。パターン素子を示した上記導光板の部分的な拡大図である。１ドットの上記パターン素子を示し、図４（Ａ）はパターン素子の正面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）上のＡ−Ａ線断面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）上のＢ−Ｂ線断面図である。１ドットのパターン素子を示した上記導光板の部分斜視図である。他の実施形態のパターン素子を示した図５同様の導光板の部分斜視図である。さらなる他の実施形態のパターン素子を示した図５同様の導光板の部分斜視図である上記実施形態の実験結果として示した照明状態を表わす図である。従来例として示した面光源装置の簡略的は機構図である。ローレット（プリズム）のパターン素子を有する従来の導光板を示した部分図である。図１０の導光板のパターン素子を拡大して示した導光板の拡大部分図である。三角錘形凹部のパターン素子を有する従来の導光板を示す部分図である。図１２の導光板のパターン素子を拡大して示した導光板の拡大部分図である。円錐形凹部のパターン素子を有する従来の導光板を示す部分図である。図１４の導光板のパターン素子を拡大して示した導光板の拡大部分図である。図１０に示す導光板の反射状態を説明するための説明図である。図１２に示す導光板の反射状態を説明するための説明図である。図１４に示す導光板の反射状態を説明するための説明図である

符号の説明

３０面光源装置
３１導光板
３２反射パターン
３３光入射面
３４反射面
３５光出射面
３７パターン素子
３７ａ、３７ｂ円錐形凹部
３７ｃ角錐形凹部

Claims

一側端から導入した光源の光を反射パターンによって反射させ、反射光を一方側板面から射出させる導光板において、
２つの円錐形の凹部又は凸部と１つの角錐形の凹部又は凸部とを組み合わせた３つの凹部又は凸部を１ドットのパターン素子として反射パターンを形成したことを特徴とする導光板。
請求項１に記載した導光板において、
３つの凹部又は凸部からなるパターン素子は、三角形の角部各々に凹部又は凸部を設けた組み合わせ配置で、かつ、角錐形の凹部又は凸部の一辺が２つの円錐形の凹部又は凸部を結ぶ直線方向に平行したものであり、光源から導入された光の進行方向に対し、直交する方向に２つの円錐形の凹部又は凸部を配置させて反射パターンを形成したことを特徴とする導光板。
請求項２に記載した導光板において、
２つの円錐形の凹部又は凸部を結ぶ直線方向に平行する角錐形の凹部又は凸部の一辺に当る傾斜面を凹形湾曲させたパターン素子としたことを特徴とする導光板。
請求項１乃至３のいずれかに記載した導光板において、
上部切断の２つの円錐形の凹部又は凸部と上部切断の１つの角錐形の凹部又は凸部とを組み合わせた３つの凹部又は凸部を１ドットとして反射パターンを形成したことを特徴とする導光板。
請求項１乃至４のいずれかに記載した導光板において、
光源に近い反射パターン領域に比べ光源から離れたパターン領域の反射パターンは、パターン素子間距離を短縮させ、反射パターン密度を高めたことを特徴とする導光板。