JP5051981B2 - 導光板、これを用いる面状照明装置および液晶表示装置 - Google Patents
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Description
ここで、薄型化が可能なバックライトユニットとしては、照明用の光源の側面に導光板を配置したユニットを複数配列した、いわゆる、タンデム型と呼ばれる方式がある(例えば、特許文献2参照)。この従来方式は、導光板の側面から光を入射させることで、バックライトユニットを薄型にすることができる。しかしながら、この従来方式は、直下型のバックライトユニットに比べて光の利用効率が低いため、高輝度な光を射出させるためには高い電力が必要である。
そこで、液晶表示装置の薄型化、低消費電力化、大型化を実現するために種々の形状の導光板が提案されている(特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6および特許文献7参照)。
同図に示す面光源装置(バックライトユニット)は、導光板100に蛍光ランプ102を埋め込んだ後、導光板100の背面に反射シート104を配置し、導光板100の出射面に透過光量補正シート106、光拡散板108、プリズムシート110を積層することで形成される。
導光板100は、略長方形形状を有し、照明光を拡散する微粒子が分散混入された樹脂を用いて形成されている。また、導光板100の上面は平坦になっており、出射面に割り当てられる。さらに、導光板100の背面(出射面と反対側の面)には蛍光ランプ102を埋め込む断面U字状の溝100aが形成され、導光板100の出射面には、蛍光ランプ102の真上を避けて、照明光の出射を促す光量補正面100bが形成されている。
このように、特許文献3には、微粒子を混入して導光板100を形成すると共に、蛍光ランプ102の真上を除いた出射面の一部または全部に形成した光量補正面100bにより照明光の出射を促すことにより、全体の厚さを薄型化し、かつ出射光の不自然な輝度ムラを低減できることが記載されている。
また、特許文献5には、液晶表示装置の額縁を狭くし、厚みを薄くすることができ、光利用効率がよく明るいバックライトユニットを得るために、光源を配置するための凹部の幅方向に平行な断面の形状が、深さ方向を主軸とする放物線形状である導光体(導光板)が開示されている。
また、特許文献3に開示の導光板100では、断面形状が円形である溝100aに光源(蛍光ランプ)102を埋め込んでおり、図37に示すように、光源102による輝度ピークはそのまま残存するので、面光源装置として用いるためには、導光板の出射側に配置される透過光量補正シート106、光拡散板108およびプリズムシート110などを用いて、出射面での不自然な輝度むらを除く必要があるし、そのため面光源装置のコストがアップするという問題がある。
また、特許文献5に開示の液晶表示装置のバックライトユニットでは、導光体(導光板)に設けられる溝上の凹部の断面形状を放物線とすることにより、導光体での光の拡散がほぼ均一になる導光体への光の入射が行われ、光の利用効率を高めることができるとしているが、導光体の出射面から出射される光のむらについては全く考慮されていない。
また、特許文献6に開示の導光板では、複数の板状光導波板を積層する複雑な構造であるため、従来に比し輝度の減衰を少なくし均一な輝度を得ることが可能となり照明効果に優れるものとなるとしているが、製造コストが高くなるという問題点がある。
また、本発明の他の課題は、上記第1の課題に加え、より大サイズの光射出面とすることができる導光板を提供することにある。
また、本発明の第3の課題は、上記従来技術の問題点を解消し、薄型で軽量であり、より低コストで製造することができ、光の利用効率が高く、より均一でむらの少ない、かつより高輝度な表示を行うことができ、また、大サイズの表示画面とすることができ、あるいは、壁掛けテレビなどの壁掛け型とすることができる液晶表示装置を提供することにある。
D/L≦0.2
D/L≦0.16
とするのがより好ましい。
また、前記矩形状光射出面の前記第1部分の照度(相対照度)または輝度(相対輝度)のピーク値は、前記第2部分の照度(相対照度)または輝度(相対輝度)の平均値の2倍以下であるのが好ましい。
また、前記矩形状光射出面および前記1対の傾斜背面部の少なくとも一方には、複数の微小なプリズムが刻設されているのが好ましい。
また、前記平行溝の断面形状において、前記先端部分は、前記1対の輪郭線のなす角度が、90度以内となる部分であるのが好ましい。
また、前記平行溝の断面形状において、前記先端部分は、前記1対の輪郭線のなす角度が、60度以内となる部分であるのが好ましい。
また、前記平行溝の少なくとも前記先端部分の1対の輪郭線となる前記2つの曲線が、前記平行溝の中心に向かって凸または凹であるのが好ましい。
また、前記平行溝の少なくとも前記先端部分の断面形状となる前記2つの曲線が10次関数で近似でき、前記平行溝の中心に向かって凸または凹であるのが好ましい。
また、前記平行溝の少なくとも前記先端部分の1対の輪郭線、または、前記平行溝の1対の輪郭線となる前記2つの曲線が、前記平行溝の中心に向かって凸または凹の、円、楕円、放物線、または双曲線の一部であるのが好ましい。
また、前記平行溝の前記先端部分の頂部の断面形状が、前記対称な2つの直線または曲線が交わる前に互いに前記中心線に対して対称な直線または曲線で接続された形状であるのが好ましい。
また、前記平行溝の少なくとも前記先端部分の断面形状、または、前記平行溝の断面形状が、三角形であり、前記平行溝の前記先端部分の前記頂部の断面形状が、前記中心線に対して対称な台形状であるのが好ましい。
また、前記平行溝の前記先端部分の前記頂部の断面形状が、前記矩形状光射出面に対して凸または凹の、前記中心線に対して対称な曲線状であるのが好ましい。
また、前記平行溝の少なくとも前記先端部分の1対の輪郭線が、それぞれ楕円形または双曲線の一部であるのが好ましい。
また、前記平行溝の前記先端部分の前記頂部が、砂ずり面であるのが好ましい。
また、前記矩形状光出射面の、前記平行溝の前記先端部分の前記頂部に相当する部分に網点を有するのが好ましい。
T≦2Rを満たす前記棒状光源の光出射表面の面積をSpとするとき、下記式を満足することを特徴とする導光板ユニットを提供するものである。
Sp/St ≧ 0.5
ここで、互いに連結されている2つの前記導光板ブロックの前記薄肉端面の前記傾斜背面は、それぞれ、連結部分において互いに緩やかに傾斜する部分を有するのが好ましい。
また、前記導光板の前記矩形状光出射面と前記拡散シートとの間に配置されるプリズムシートを有するのが好ましい。
また、前記導光板の前記矩形状光射出面の前記第1部分の相対照度又は相対輝度のピーク値の、前記第2部分の相対照度又は相対輝度の平均値に対する比は、前記導光板の前記矩形状光射出面と前記拡散シートとの間に許容される間隔、または面状照明装置に許容される厚み応じて設定されるのが好ましい。
また、本発明の第1の態様の第1の形態によれば、棒状光源の間隔Lと導光板の最大厚みDの関係を規定することにより、導光板を薄型化でき、かつ軽量化でき、光の利用効率を高めることができる。但し、0.6R≦Dを超えるほど薄くしすぎると、光の導光板への光入射効率が落ちるため好ましくない。
また、第1の態様の第2の形態によれば、導光板と隣接する面積を規定する事で、導光板に入射する光の入射効率が上がり、光の利用効率を高めることができる。
また、本発明の第1の態様の好適実施形態によれば、厚み平行溝に相当する光射出面の第1部分において平行溝内に収納された棒状光源からの射出光による照度または輝度のピーク値の、それ以外の部分の照度または輝度の平均値との比に応じて、平行溝の断面形状を、光出射面に向かう先端部分に向かって細くしていくことにより、照度または輝度のピークを低減でき、光射出面における照度または輝度をより均一化して、輝度分布をよりフラットに近づけることができるとともに、平行溝の基端部分の断面形状の傾斜を先端部分よりも大きく、例えば急峻にすることにより、光の利用効率(光射出効率)を向上させ、光射出面に要求される高い均一度および高い光射出効率を達成することができる。
また、光射出面の第1部分の照度または輝度のピーク値が、それ以外の部分の照度または輝度の平均値の3倍以下となるように、平行溝の断面形状を、光出射面に向かう先端部分に向かって細くしていくことにより、照度または輝度のピークを低減でき、さらに、光射出面における照度または輝度を均一化することができる。
また、矩形状光射出面および1対の傾斜背面部の少なくとも一方に、複数の微小なプリズムが刻設されている導光板では、バックライトとして用いる際に、プリズムシートを不要とすることができ、バックライトとしての光の利用効率(光射出効率)を向上させることができ、バックライトの構成をコンパクトにし、コスト低減を図ることができる。
また、本発明の第1の態様の第3の形態によれば、上記第1の形態の導光板の薄肉端部を互いに連結することにより、導光板の光射出面のサイズを、より大サイズとすることができる。
また、本発明の第3の態様によれば、上記第2の態様の面状照明装置を用いることにより、薄型で軽量であり、より低コストで製造することができ、光の利用効率が高く、より均一でむらの少ない、かつより高輝度な表示を行うことができ、また、その表示画面を大サイズとすることができ、あるいは、壁掛けテレビなどの壁掛け型とすることができる液晶照明装置を提供することができ、また、パソコン等に用いられる液晶表示モニターを提供することができる。
また、温度センサを設けて検出した温度に応じて、バックライトユニット背面に設けた冷却ファンの駆動を制御してもよい。また、冷陰極管を用いる場合には、光源の管電流を検出し輝度変調を行うように駆動させてもよい。
また、冷陰極管1本の一端を前記インバーターにより駆動し、もう一端をGNDに接続する方法(片側駆動)や、冷陰極管の両端をインバータの位相を反転した信号で駆動する方法(両側駆動)、冷陰極管を直列につなぎ、つなげてない2本の両端をインバーターにつなぎ位相を反転した信号で駆動する方法(擬似U字管両側駆動)、単一のインバーターで複数本の冷陰極管を駆動する同時点灯方式、これらをすべて組み合わせた方法を用いることができる。
このような筐体280としては、例えば、樹脂または金属で形成される箱型構造の筐体、金属で形成される骨格構造のフレーム、金属以外の剛性の強い樹脂で形成される箱型構造の筐体あるいは骨格構造のフレーム、金属および剛性の強い樹脂で形成され、導光板18の平行溝と直行する方向に向かって延設されたリブを有する筐体などを挙げることができる。
樹脂で形成される筐体280にバックライトユニット2の構成部材を組み込む場合には、図21に示すように、バックライトユニットを挟持するツメ部281を筐体280に設け、このツメ部281で、バックライトユニット2の反射シート22などを挟み込むこともできる。
また、導光板ユニット2の厚みは、20mm以下にすることが好ましく、12mm以下にすることがさらに好ましい。
バックライトユニットと液晶表示パネルを収容する筐体は、バックライトユニットを専用の筐体に収容し、そのバックライトユニット用筐体に収容されたバックライトユニットと液晶表示パネルを収容させる構成としてもよいし、バックライトユニットをバックライトユニット用の筐体に収容させずに、バックライトユニット本体と液晶表示パネルとを固定して収容させる構成としてもよい。
また、導光板そのものを筐体280の代わりとすることで、構成部材数を削減したり、軽量化を図ってもよい。
また、高演色性タイプの冷陰極管やLEDも好ましく用いることができる。
また、導光板18の平行溝18fと同等の長さを有する円柱状または角柱状の透明な導光体を用い、その導光体の上面および底面にLEDを配置したLED光源を光源12の代わりに用いても良い。このようなLED光源は、導光体の上面および底面からLEDの光を入射して導光体の側面からLEDの光を出射することができる。
たとえば、特願2004−200062号に示されているような、LEDを用いた導光路も好ましく用いることができる。
また、特開2005−56653号公報に記載されるようなLEDを好ましく用いることができる。
また、LEDのような点状光源を線状に並べ用いることもできる。
また、青色LEDと黄色に発光する蛍光体を組合せ白色としたもの、青色LEDと緑色および赤色に発光する蛍光体を組合せ白色としたもの、紫外発光LEDと青色、緑色および赤色に発光する蛍光体を組み合わせたもの等を好ましく用いることができる。
ここで、反射率の高い部材としては、金属、非金属の各種材料を用いることができ、特に非金属の材料を用いることが好ましい。反射率の高い部材として、非金属の材料を用いることで、リーク電流を低くすることができる。
このように、位置決め手段を設けることで、光源の開口部中心と、導光板の平行溝の中心との位置あわせを容易に行うことができ、導光板に効率よく光を入射させることができる。
このような構成を採用することにより、光源12で発生する熱が導光板18へ直接伝わることが抑制され、導光板18の過度の温度上昇が抑えられ、かつ光源である冷陰極管が部分的に冷却されることが回避される。このようなリブ330は、例えば、幅1mm以下であり、かつ高さ0.5mm程度の凸状の形状とすることができ、導光板の平行溝18fの中心線方向に部分的に設けることが好ましい。
また、導光板18の平行溝の中心線方向の延長線上に相当するバックライトユニットの側面に開口部を設けて、その開口部を通じて光源12を交換してもよい。そうすることにより、光源12の寿命や故障の際における光源の交換を容易にするとともに、光源12を交換するためにガイド部材を別途設けることを必要としない構成にすることができる。
また、図38のような形状のバックライトフレームを用い冷陰極管との距離を開けることで浮遊容量の軽減を図ることも好ましい。
本発明において、拡散シート14としては、上記の素材を用い、かつ、光拡散性を付与した厚み500μm以下のフィルム状部材を用いることも好ましい。
特に、バックライトユニット2の厚みを少し厚くしてもよい場合には、導光板18の平行溝18fの断面形状によって、平行溝18fに相当する導光板18の光射出面18aにおける輝度のピーク値を十分に低減する必要はなく、部分的に低減するとともに拡散シート14と導光板18の光射出面18aとの間に間隙を設けて、拡散シート14から射出される照明光の輝度分布を均一にしても良い。また、導光板18の平行溝18fの断面形状の改良(平行溝の先端部分の先細化)に限界があり、平行溝18fに相当する導光板18の光射出面18aにおける輝度のピーク値を完全に低減できない場合や十分に低減できない場合にも、拡散シート14と導光板18の光射出面18aとの間に間隙を設けて、拡散シート14から射出される照明光の輝度分布を均一にしても良い。
特に、バックライトユニット2の厚みを少し厚くしてもよい場合には、導光板18の平行溝18fの断面形状によって、平行溝18fに相当する導光板18の光射出面18aにおける輝度のピーク値を十分に低減する必要はなく、部分的に低減するとともに拡散板16と導光板18の光射出面18aとの間に間隙を設けて、拡散板16から射出される照明光の輝度分布を均一にしても良い。また、導光板18の平行溝18fの断面形状の改良(平行溝の先端部分の先細化)に限界があり、平行溝18fに相当する導光板18の光射出面18aにおける輝度のピーク値を完全に低減できない場合や十分に低減できない場合にも、拡散板16と導光板18の光射出面18aとの間に間隙を設けて、拡散板16から射出される照明光の輝度分布を均一にしても良い。
また、拡散板16の厚みを厚くし輝度分布の均一化を図ることもできる。
なお、図示例においては、プリズムシート17、さらに好ましくはプリズムシート19を用いているが、導光板18の平行溝18fによる光射出面18aにおける輝度がより均一化されている場合には、プリズムシート19はもちろん不要であるし、プリズムシート17を用いなくても良い。高価なプリズムシートの使用枚数を減らし、あるいは、プリズムシートの使用をやめることにより、装置コストを低減させることができる。
このように、反射シートを直接貼り付ける、または、塗料を直接塗布することで、出射効率を向上させることができ、また、反射シートの取り付け誤差による、輝度むらの発生を防止できる。
また、反射シートの反射率に分布を持たせ、出射パターンを制御し輝度ムラの発生を抑えることもできる。
また、反射防止を目的とした表面処理や、反射防止したフィルムを併用することもできる。
また、別の構成例として、導光板の光射出面側に、網点が印刷により形成された拡散シートと、輝度向上シートとを配置させた構成にすることもできる。この場合、上記と同様に、拡散シートの光入射側の面に網点が形成されていることが好ましい。また、更に別の構成例として、導光板の光射出面に網点を印刷により形成し、この導光板の光射出面側に拡散シート及び輝度向上シートを、この順で配置させた構成にすることもできる。この場合は、導光板の光射出面に網点を形成しているので、網点の形成されていない拡散シートが用いられる。
また、更には、導光板の光射出面に網点を印刷により形成し、この導光板の光射出面側に、同一又は異なる特性を有する2枚の拡散シートと、1枚の輝度向上シートとを順に配置させた構成にすることも可能である。また、導光板の光射出面側に、2枚の拡散シートと、1枚の輝度向上シートを順に配置させた構成にしてもよい。この場合は、導光板の光射出面に網点を形成せずに、導光板に近い側に位置する拡散シートの、導光板の光射出面に対向する面に、網点を印刷により形成することが好ましい。
上記構成例において、部品点数が少なく、製造コストを低くできるという観点からすると、導光板の光射出面に網点を印刷により形成し、この導光板の光射出面側に拡散シート及び輝度向上シートを、この順で配置させた構成が好ましい。
すなわち、導光板18は、表面の外形形状が矩形状の平板であり、透明樹脂により形成されている。導光板18は、一方の面が平坦となって光射出面18aを構成しており、他方の面が、厚肉部18bから両側に、一方の辺に向かうにしたがって板厚が薄くなるように、一方の面に対して傾斜して1対の傾斜面18dを構成している。ここでは、傾斜面18dを平面として形成しているが、曲面としてもよい。
また、本実施形態の導光板18においては、他方の面において、傾斜面18dと基端面18iとの間に光射出面18aに平行な平行面18gが形成されている。すなわち、この導光板18の厚肉部18bにおいては、傾斜面18dから延在する平行面18gが設けられている。本発明においては、このような平行面18gは、必ずしも設ける必要はないが、光の利用効率を向上させることができるので、設けるのが好ましい。
また、特願2005−093997に用いられているような散乱体入り材料も好ましく用いることができる。
また、導光板の光射出面側に除電材或いは導電材を塗布してもよい。これにより、静電気によりバックライト内部に塵が堆積しにくくすることができる。
また 0.6R≦Dであることが好ましく、R≦Dであることがより好ましい。
また、棒状光源12の中心線から導光板光出射面までの距離は5mm以下であることが好ましく、3.5mm以下である事がより好ましい。
T≦2Rを満たす前記棒状光源の光出射表面の面積をSpとするとき、Sp/St ≧ 0.5を満足することが望ましく、Sp/St ≧ 0.7を満足することがより好ましい。
また、厚みをあまり下げすぎると試料4,5のようにむしろ効率が下がることが判る。
本実施形態においては、平行溝18fは、その先端部分を構成する1対の先端面18hおよび基端部分を構成する1対の基端面18iで形成され、光射出面18aに対する、先端面18hの傾斜より、基端面18iの傾斜の方が急峻である。すなわち、先端面18hの接平面が光射出面18aとなす角度の最大値、すなわち、最大傾斜角Φmより、基端面18iの接平面が光射出面18aとなす角度(傾斜角)Φnの方が大きい。
なお、本発明においては、光射出面18aから射出される光を均一化するために、光射出面18aに対し直角、平行方向(奥行き方向)に光束が有効に届くように傾斜面18dの角度(テーパ)を制限している。すなわち、傾斜面18dの角度(テーパ)を、光源12から射出され、導光板18に入射した光束の一部が光射出面18a(裏面)で全反射するような角度にしている。
ここで、傾斜面に形成するプリズムは、頂角θp1を100°≦θp1≦140°とすることが好ましい。また、光射出面に形成するプリズムは、頂角θp2を40°≦θp2≦70°とすることがより好ましい。
また、透過率調整体ユニット181を特願2004−258340号の方式に従って、設計することも輝度ムラを効率的に抑制する意味で、好ましく用いることができる。
また色むらを抑制するために光源の色に調色したインクを用いて網点パターンを形成することも好ましい。
また、網点パターン92を導光板18に印刷する代わりに、網点パターンが形成された薄いシートを光射出面上に積層しても良い。網点の形状は、矩形、円形、楕円形などを任意の形状にすることができ、網点の密度は、輝線の強さや広がりに応じて適宜選択することができる。また、このような網点パターンを印刷により形成する代わりに、網点パターンに対応する部分を砂擦り面として荒らしてもよい。このような砂擦り面は、導光板の平行溝の最深部や側壁に形成してもよい。
一例としては、導光板の平行溝の断面形状を双曲線にした場合は、平行溝に対応する部分における相対輝度のピーク値が、傾斜背面部からの出射光によって形成される相対輝度の平均値の10倍以下となり、光射出面からの輝度が略均一となる。一方、平行溝の断面形状が半円形または放物線形の従来の導光板においては、平行溝の中心部分、すなわち、光源の直上の位置において相対輝度が高くなり、輝線が発生する。すなわち、従来の平行溝の断面形状が半円形状または放物線形状の導光板においては、光射出面における輝度が均一ではない。
ここで、平行溝の頂点を所定の幅で平坦にする場合は、平坦部分の長さに応じて、導光板の平行溝に対応する部分における相対輝度が変化する。このため、本発明においては、平行溝の最深部の平端部分を長くすることで輝度を高めることができるが、長すぎると輝線となる恐れがあるため、平端部分の長さは、冷陰極管の直径の20%以下とすることが好ましく、10%以下とすることがより好ましい。
なお、平行溝の先端部分の頂部(最深部)の断面形状が、平行溝の中心線に対して対称にするように先鋭な1つの交点において、面取りされた平坦状、もしくは、丸められた円形状のみならず、楕円形状、放物線状、または双曲線状であっても良いのはもちろんである。さらに、これに加え、上述したように、平行溝の先端部分の頂部(最深部)を砂擦り面とすることにより、照度または輝度のピーク値を低減するようにしても良い。
まず、本発明に従う導光板の例として、図9(a)に示す導光板18の光射出面から出射する光の輝度分布について調べた。ここで、図9(a)に示す導光板18の平行溝18fは、先端面18hの断面形状が、光射出面18aに対して垂直かつ光源12の中心を通過する線に対して所定角度の傾斜を有する線分(斜辺)で形成され、基端面18iの断面形状が、先端面18hおよび平行面18gと接し、光射出面18aに対して垂直な線分で形成され、頂部が曲面形状で形成される。また、平行面18gは、平行溝18の先端面18hの線分を延長した線と、光射出面と平行でかつ導光板の下端を通る線との交点と、平行溝の1対の基端面の下端との間に設けられている。
ここで、図9(a)に示す導光板18は、光源12の直径を3mm、光射出面18aに対して垂直かつ光源12の中心を通過する線に対する先端面18hの傾斜角を30度、頂部の曲面形状をR=0.25mm、先端面18hと基端面18iとの継ぎ目をR=15mmとした。
また、比較のために、図9(b)に示す平行溝18fの断面形状が略三角形形状の導光板18についても光射出面18aから出射する光の輝度分布を調べた。ここで、図9(b)に示す導光板18は、平行溝18fの側面74、つまり1対の先端面および1対の基端面の断面形状が、斜辺のみで形成される形状であることを除いて、図9(a)に示す導光板と同様の形状である。
また、算出した輝度分布から導光板の出射効率を算出した結果、図9(a)に示す形状の導光板の出射効率は65.9%であり、図9(b)に示す形状の導光板の出射効率は59.7%であった。また、図9(a)に示す形状の導光板の入射効率は84.0%であり、図9(b)に示す形状の導光板の入射効率は、95.5%であった。このように、図9(a)に示す導光板は、出射効率および入射効率を図9(b)に示す導光板よりも高くすることができる。
図10(b)に、図9(c)に示す導光板の光出射側の面における輝度分布を示す。図10(b)において、縦軸は、輝度[cd/m2]を示し、横軸は、導光板中心(平行溝の中心部分)からの距離[mm]を示す。また、図9(c)に示す導光板の光射出面における輝度分布を実線で示し、比較のため図9(b)に示す形状の導光板の光射出面における輝度分布を点線で示す。
また、算出した輝度分布から導光板の出射効率を算出した結果、図9(c)に示す形状の導光板の出射効率は61.9%であった。このように、図9(c)に示す導光板は、出射効率を図9(b)に示す導光板よりも高くすることができる。
図10(c)に、図9(d)に示す導光板の光出射側の面における輝度分布を示す。図10(c)において、縦軸は、輝度[cd/m2]を示し、横軸は、導光板中心(平行溝の中心部分)からの距離[mm]を示す。また、図9(d)に示す導光板の光射出面における輝度分布を実線で示し、比較のため図9(b)に示す形状の導光板の光射出面における輝度分布を点線で示す。
また、算出した輝度分布から導光板の出射効率を算出した結果、図9(d)に示す形状の導光板の出射効率は61.5%であった。このように、図9(d)に示す導光板は、出射効率を図9(b)に示す導光板よりも高くすることができる。
図10(d)に、図9(e)に示す導光板の光出射側の面における輝度分布を示す。図10(d)において、縦軸は、輝度[cd/m2]を示し、横軸は、導光板中心(平行溝の中心部分)からの距離[mm]を示す。また、図9(e)に示す導光板の光射出面における輝度分布を実線で示し、比較のため図9(b)に示す形状の導光板の光射出面における輝度分布を点線で示す。
また、測定した輝度分布から導光板の出射効率を算出した結果、図9(e)に示す形状の導光板の出射効率は70.9%であった。このように、図9(e)に示す導光板は、出射効率を図9(b)に示す導光板よりも高くすることができる。
ここで、図11(a)に示す導光板は、平行面を設けず、傾斜面80の傾斜角を変更し平行溝18fの基端面18iと傾斜面80とを直接接続させたことを除いて、図9(a)に示した導光板と同様の形状である。また、図11(b)および図11(c)に示す導光板も、平行面を設けず、傾斜面80の傾斜角を変更し平行溝18fの1対の基端面70または18i’と傾斜面80とを直接接続させたことを除いて、それぞれ図9(c)および図9(d)に示した導光板と同様の形状である。
図12(a)〜図12(c)に示すように、いずれの導光板の場合でも、図9(b)に示す導光板と輝度むらを同等またはより低減させることができることがわかる。また、算出した輝度分布から導光板の出射効率を算出した結果、図11(a)に示す導光板の出射効率は、61.5%、図11(b)に示す導光板の出射効率は、62.0%、図11(c)に示す導光板の出射効率は、61.6%であった。これにより、いずれの導光板も図9(b)に示した導光板よりも出射効率を向上できることがわかる。
以上、図12(a)〜図12(c)より、導光板の平行溝を本発明の形状とすることで、平行溝の形状を従来よりも輝度むらを低減させることができる三角形状とした場合と同等の輝度むらまたは、さらに輝度むらを低減することができ、かつ、出射効率を向上させることができることがわかる。
ここで、図13(a)に示す導光板18は、平行溝18fの1対の先端面40の断面形状を双曲線としたことを除いて、図9(a)に示した導光板と同様の形状である。また、比較のために、図13(b)に示す平行溝18fの側面78の断面形状が双曲線形状のみで形成された導光板18についても光射出面18aから出射する光の輝度分布を調べた。ここで、図13(b)に示す導光板は、平行溝18fの一方の側面78、つまり先端面および基端面の断面形状がそれぞれ1つの双曲線で形成される形状であることを除いて、図13(a)に示す導光板と同様の形状である。
また、算出した輝度分布から導光板の出射効率を算出した結果、図13(a)に示す形状の導光板の出射効率は63.1%であり、図13(b)に示す形状の導光板の出射効率は、56.6%であった。このように、図13(a)に示す導光板は、出射効率を図13(b)に示す導光板よりも高くすることができる。
図14(b)に、図13(c)に示す導光板の光出射側の面における輝度分布を示す。図14(b)において、縦軸は、輝度[cd/m2]を示し、横軸は、導光板中心(平行溝の中心部分)からの距離[mm]を示す。また、図13(c)に示す導光板の光射出面における輝度分布を実線で示し、比較のため図13(b)に示す形状の導光板の光射出面における輝度分布を点線で示す。
また、算出した輝度分布から導光板の出射効率を算出した結果、図13(c)に示す形状の導光板の出射効率は59.1%であった。このように、図13(c)に示す導光板は、出射効率を図13(b)に示す導光板よりも高くすることができる。
図14(c)に、図13(d)に示す導光板の光出射側の面における輝度分布を示す。図14(c)において、縦軸は、輝度[cd/m2]を示し、横軸は、導光板中心(平行溝の中心部分)からの距離[mm]を示す。また、図13(d)に示す導光板の光射出面における輝度分布を実線で示し、比較のため図13(b)に示す形状の導光板の光射出面における輝度分布を点線で示す。
また、測定した輝度分布から導光板の出射効率を算出した結果、図13(d)に示す形状の導光板の出射効率は67.8%であった。このように、図13(d)に示す導光板は、出射効率を図13(b)に示す導光板よりも高くすることができる。
以上、図14(a)〜図14(d)より、導光板の平行溝を本発明の形状とすることで、平行溝の形状を従来よりも輝度むらを低減させることができる双曲線形状とした場合と同等の輝度むらまたは、さらに輝度むらを低減することができ、かつ、出射効率を向上させることができることがわかる。
ここで、図15(a)に示す導光板は、平行面を設けず、傾斜面の傾斜角を変更し平行溝の1対の基端面と傾斜面とをそれぞれ直接接続させたことを除いて、図13(a)に示した導光板と同様の形状である。また、図15(b)に示す導光板も、平行面を設けず、傾斜面の傾斜角を変更し平行溝の1対の基端面と傾斜面とをそれぞれ直接接続させたことを除いて、図9(c)に示した導光板と同様の形状である。
図16(a)および(b)に示す、いずれの導光板の場合でも、図13(b)に示す導光板と輝度むらを同等またはより低減させることができることがわかる。また、算出した輝度分布から導光板の出射効率を算出した結果、図15(a)に示す導光板の出射効率は、63.9%、図15(b)に示す導光板の出射効率は、58.9%、であった。これにより、いずれの導光板も図13(b)に示した導光板よりも出射効率を向上できることがわかる。
以上、図16(a)および(b)より、導光板の平行溝を本発明の形状とすることで、平行溝の形状を従来よりも輝度むらを低減させることができる双曲線形状とした場合と同等の輝度むら、または、さらに輝度むらを低減することができ、かつ、出射効率を向上させることができることがわかる。
また、網点の輝度調整制御範囲を狭くできるため、網点フィルム自身の透過率を向上できる。すなわち、光射出面から均一な光を出射できることで、調整する輝度の範囲を狭くすることができる。つまり、網点の配置密度を低くする事ができ、網点パターンの透過率を高くすることができる。これにより、網点パターンを配置した場合でも、光射出面から出射される光の輝度の低減を抑えて、つまり高い輝度を維持しつつ、より均一な光を出射させることができる。
このような大サイズの光射出面を持つ導光板を用いることにより、大サイズの光照射面を持つバックライトユニットとすることができるので、大サイズの表示画面を持つ液晶表示装置に適用することができ、特に、壁掛けテレビなどの壁掛けタイプの液晶表示装置に適用することができる。
ここで、導光板18を複数並列して構成する場合は、傾斜面の形状、傾斜角を、1つのブロックで光を出射させず、数ブロック分に渡り出射させ、光射出面から出射する光を輝度分布を均一にするような形状とすることが好ましい。
このように、隣接する導光板に入射した光も光射出面から出射させることで、より均一な光を射出することができ、さらに出射効率も向上させることができる。
製造効率の観点からは、必要な画面サイズに相当する導光板を形成するのに必要な数の本発明の導光板を一体で成形することが好ましい。
このような網点シート350の材料は、熱変化の影響を抑制する観点から、導光板18と同一な材料、または熱膨張率が略等しく、かつ透過率や拡散効果が高い材料を用いることが好ましい。このような材料を用いて網点シートを構成にすることにより、製造環境や使用環境に伴う温湿度変化によって、網点シートの網点の位置が導光板の光射出面の輝線の発生位置とずれることが抑制され、導光板ユニットの光射出面から出射する光の照度分布における変化を抑えることができる。
このような網点パターンを形成することにより、複数の導光板を連結して大サイズのバックライトユニットを製造する場合に、複数の導光板の連結部分における輝線の発生やムラを抑制することができる。このような網点シートは裏面に接着層を積層することにより導光板と接合することができる。
このように、光源に応じて導光板の形状を調整することで、光射出面から均一な光を出射させることができる。
光源位置を規制することにより、導光板に対する光源の位置が一定となり、輝度ムラを低減することができる。また、光源を仮固定することにより、バックライトユニットの組立性を向上することができる。
例えば、図19(a)および(b)に示すように導光板18の傾斜面18dにプリズム25を直接形成してもよく、図20に示すように導光板18の光射出面18aにプリズム26を形成し、さらに傾斜面18dにプリズム25を形成してもよい。
このように、平行溝の側面(1対の先端面および1対の基端面)を除く導光板の表面に直接プリズムを形成することで、プリズムシートを配置した場合と同様の効果を得ることができる。さらに、プリズムシートを設ける必要がなくなるので、プリズムシートを配置することで形成される空隙により生じる光の減衰(輝度の低下)を無くすことができる。この結果、面状照明装置としての光の利用効率つまり光の出射効率をプリズムシートを配置する場合よりも高くすることができる。さらに、プリズムシートを設ける必要がないので、装置をより小型化(薄型化)することもできる。
ここで、本発明では、光射出面に向かって、その間隔が狭くなり、頂点で交わる1対の輪郭線で構成され、各輪郭線が、光射出面に垂直な線に対する傾斜角度が変化する部分を有し、頂点に近い先端側(1対の先端面)より、頂点から遠い平行溝の基端側(1対の基端面)の方が鋭角となる形状を有する導光板を用いたが、これに限定されず、平行溝が、例えば、図9(b)に示すような三角形、および図13(b)に示すような双曲線等の先端面の傾斜に対して基端面の傾斜が急峻でない形状、光出射面側の先端形状が先鋭化されたのみの形状を有する導光板を用いる場合も平行溝の側面(1対の先端面および1対の基端面)を除く導光板の表面にプリズムを形成することで、上記と同様の効果を得ることができる。
例えば、案内表示や広告表示などの各種表示ために使用される画像表示装置のバックライトユニットして好ましく用いることができる。
また、屋内、屋外において照明を一般的な照明を目的とした面光源装置として好ましく用いることができる。
また、青色、緑色、赤色など白色以外に発光させ、間接照明等に用いることも好ましい。
また本発明の導光板を筒状に湾曲させ、例えば円筒状の面状光源として用いることもできる。
4 液晶表示パネル
6 駆動ユニット
10 液晶表示装置
12 光源
14 拡散シート
16 拡散板
17、19 プリズムシート
18 導光板
18a、52 光射出面
18b 厚肉部
18c 薄肉端部
18d 傾斜面
18e、80 傾斜背面部
18f 平行溝
18g 平行面
18h、18h’、40 1対の先端面
18i、18i’、70、72、76 1対の基端面
181 透過率調整体ユニット
20 リフレクタ
22 反射シート
24 反射板
25、26 プリズム
54a、54b 円弧曲線
56 交点
64a、64b 放物線
72a、72b、82a、82b、84a、84b 曲線
74、78 側面
92 網点パターン
Claims (15)
- 矩形状光出射面と、
その一辺に平行で前記光出射面の略中央部に位置する厚肉部と、
前記厚肉部に平行に形成される薄肉端部と、
前記厚肉部の略中央に前記一辺と平行に形成される、棒状光源を収納するための平行溝と、
前記平行溝の両側に前記棒状光源の軸を含み前記光出射面に対して垂直な面に対して対称であり、前記厚肉部から前記一辺に直交する方向に両側の前記薄肉端部に向かって肉厚が薄くなり、傾斜背面を形成する傾斜背面部とで構成される透明な導光板ブロックを複数有し、
隣接する導光板ブロックの前記薄肉端部は連結され、連結された導光板ブロックの光出射面は同一平面上に配置された導光板において、
前記導光板ブロックの前記平行溝の前記直交方向の断面形状において、前記平行溝の少なくとも先端部分の1対の輪郭線は、互いに交わる先鋭な1つの交点を持ち、前記平行溝の前記矩形状光出射面に垂直な中心線に対して対称な2つの曲線からなり、この2つの曲線が、前記平行溝の中心線に向かって凸または凹の、円、楕円、放物線、または双曲線の一部であり、
かつ、前記棒状光源の中心を通り前記光出射面に対して垂直な面から、隣接する導光板ブロックの平行溝に配置される棒状光源の中心を通り前記光出射面に対して垂直な面までの距離をLとし、前記厚肉部の最大厚みをDとするとき、下記式を満足することを特徴とする導光板。
D/L≦0.2 - 前記棒状光源の直径をRとするとき前記厚肉部の最大厚みDは、下記式を満足する請求項1に記載の導光板。
0.6R≦D - 前記平行溝は、前記直交方向の断面形状において、前記矩形状光射出面に向かって、その間隔が狭くなり、頂点で交わる1対の輪郭線で構成され、
前記直交方向の断面形状における前記平行溝の各輪郭線は、前記矩形状光射出面に垂直な線に対する傾斜角度が変化する部分を有し、前記頂点に近い先端側より、前記頂点から遠い前記平行溝の基端側の方が鋭角となるように構成したことを特徴とする請求項1または2に記載の導光板。 - 前記平行溝の前記直交方向の断面形状において、前記平行溝の先端部分は、前記矩形状光射出面の前記平行溝に相当する第1部分において前記平行溝に収納された棒状光源からの射出光によって形成される照度または輝度のピーク値の、前記1対の傾斜背面部に相当する第2部分において前記射出光によって形成される照度または輝度の平均値に対する比に応じて、前記矩形状光射出面に向かってその間隔が狭くなる1対の輪郭線で構成される請求項1〜3のいずれかに記載の導光板。
- 前記1対の傾斜背面部は、前記棒状光源の軸を含み前記矩形状光出射面に対して垂直な面に対して対称であり、
前記直交方向の断面形状における前記平行溝の1対の輪郭線は、前記平行溝の前記矩形状光射出面に垂直な中心線に対して対称であり、
前記平行溝の先端部分は、前記平行溝の前記直交方向の断面形状において、前記平行溝の前記矩形状光射出面に垂直な中心線に対して、前記矩形状光射出面に向かってその間隔が対称に狭くなる請求項4に記載の導光板。 - 前記平行溝の先端部分の1対の輪郭線は、前記矩形状光射出面の前記第1部分の照度または輝度のピーク値が前記第2部分の照度または輝度の平均値の3倍以下となるように、その間隔が狭くなる請求項5に記載の導光板。
- 前記1対の傾斜背面部は、それぞれ前記平行溝近傍に前記矩形状光射出面に平行な部分を有する請求項1〜6のいずれかに記載の導光板。
- 前記平行溝の前記先端部分の頂部の断面形状が、前記対称な2つの曲線が交わる前に互いに前記中心線に対して対称な直線または曲線で接続された形状である請求項1〜7のいずれかに記載の導光板。
- 前記平行溝の少なくとも前記先端部分の1対の輪郭線が、それぞれ楕円形または双曲線の一部である請求項1〜8のいずれかに記載の導光板。
- 互いに連結されている2つの前記導光板ブロックの前記薄肉端面の前記傾斜背面は、それぞれ、連結部分において互いに緩やかに傾斜する部分を有する請求項1〜9のいずれかに記載の導光板。
- 請求項1〜10のいずれかに記載される導光板と、
前記導光板の前記平行溝に収納される棒状光源とを少なくとも有する面状照明装置において、
前記棒状光源の光出射表面の全面積をSt、前記棒状光源の直径をR、前記棒状光源の光出射表面と前記導光板の光入射面までの距離をTとし、
T≦2Rを満たす前記棒状光源の光出射表面の面積をSpとするとき、下記式を満足することを特徴とする面状照明装置。
Sp/St ≧ 0.5 - さらに、前記平行溝を塞ぐように前記棒状光源の背後に設けられるリフレクタと、
前記導光板の前記厚肉部の両側の前記傾斜背面部の前記傾斜背面に取り付けられる反射シートと、
前記導光板の前記矩形状光出射面上に配置される拡散シートとを有する請求項11に記載の面状照明装置。 - さらに、前記導光板の前記矩形状光出射面と前記拡散シートとの間に配置される透過率調整体ユニットを有することを特徴とする請求項12に記載の面状照明装置。
- さらに、前記導光板の前記矩形状光出射面と前記拡散シートとの間に配置されるプリズムシートを有することを特徴とする請求項12または13に記載の面状照明装置。
- 請求項11〜14のいずれかに記載の面状照明装置からなるバックライトユニットと、
このバックライトユニットの光出射面側に配置される液晶表示パネルと、前記バックライトユニットおよび前記液晶表示パネルを駆動する駆動ユニットとを有することを特徴とする液晶表示装置。
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