JP5584366B2 - Ｓａｇ調節パターンが形成された導光板及びこれを用いたバックライトユニット - Google Patents

Description

本発明は、導光板及びバックライトユニットに関し、より詳しくは、導光板に形成された光学パターンのＳａｇを調節することにより、バックライトユニットから放出される光効率を改善させると共に、均一性を維持できるＳａｇ調節パターン(Ｓａｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｔｔｅｒｎ)が形成されたバックライトユニットに関する。

バックライト(ｂａｃｋｌｉｇｈｔ)は、ＬＣＤの後方から光を照らす発光体である。小型ディスプレイにおいて可読性を高めるために、又はコンピュータディスプレイやＬＣＤテレビにおいてＣＲＴのように光を照らすために用いられる。

一時、バックライトは、ノートブック型コンピュータやモニタに用いられるＬＣＤ部品の中で製造が比較的容易であるため、低技術(ｌｏｗ-ｔｅｃｈ)製品として考えられてきた。しかしながら、現在は段々と重要性が高まってきてＬＣＤ市場の成長を左右する主な要因の１つとなった。バックライトの品質が高いほど映像の品質と色再現性を格段に向上させる可能性を有しているので、バックライトは、ＬＣＤ-ＴＶの発展の鍵であるといえる。バックライトの種類はＣＣＦＬ(冷陰極蛍光ランプ)、ＥＥＦＬ(外部電極蛍光ランプ)、ＬＥＤ(発光ダイオード)、ＦＦＬ(平板型蛍光ランプ)などがある。

図１は、従来技術に係るエッジ型バックライトユニットの断面図である。従来技術に係るエッジ型バックライトユニットにおいて、光源１１０から出射される光は、導光板１４０を通じて全反射しながら進行する。全反射の条件は、スネルの法則(ｓｎｅｌｌ’lａｗ)により媒質と空気層の屈折率によって臨界角が決まり、この角度以内の光は臨界角を超過させる器具物にぶつからない以上、エネルギー損失を最小化しながら進行することになる。印刷導光板の場合は、白色ドットパターン(ｗｈｉｔｅ ｄｏｔ ｐａｔｔｅｒｎ)１３０を用いて散乱及び透過されるようになる。

このような白色ドットパターン１３０を製造する工程は、射出成形、印刷方法、レーザ加工方法、及びスタンピング方法などがある。射出成形方法は、印刷方法に比べて工程が簡単であるが、量産性が劣り、反り、及び輸出不良という問題がある。印刷方法は、開発リードタイム及び製作時間が短く、再現性に優れるが、製作工程が複雑で付加設備が多く、不良が大量に発生する恐れがある。又、レーザ加工方法は、開発リードタイム及び製作時間が短いが、熱によるクレーター(噴火口)が発生し、光効率(印刷方法と同等のレベル)が減少する。スタンピング方法は、再現性に優れ、量産性が高く、工程が簡単であるが、モデルの変更時に開発時間が長くなるという問題がある。

特に、白色ドットパターンの場合、光損失が発生し、フィルファクター(ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ)の限界が存在して光を最適化して使用することはできない。ここで、フィルファクターとは白色ドットパターンが配列される空間の密度を意味する。このような白色ドットパターンは、一定の距離を互いに維持しなければならないので、個数を増やすには限界がある。一方、光を外部に放出する角度と光が出る面積を調節するためには十分な個数の白色ドットパターンが必要であるが、前述したフィルファクターの限界により光の角度及び面積を最適に調節できない。

本発明は、前述した問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、バックライトユニットにおいて、白色ドットパターンの製造方法の欠点を解消し、フィルファクターの限界を克服することで、光効率と均一性を容易に調節できるＳａｇ調節パターンが形成されたバックライトユニットを提供することにある。

前述した問題を解決するための本発明に係るＳａｇ調節パターンが形成されたバックライトユニットの構造は、導光板の側面に形成された光源と、上記導光板の下面に形成された複数の光学パターンとを含み、上記複数のパターンは、上記光源から遠ざかるほどＳａｇが増加するように構成する。

ここで、上記光学パターンは、凹パターンであることが光効率及び均一性の面で望ましく、この場合、上記複数の光学パターンは同一の直径を有するように形成することができる。
又、上記複数のパターンは均一に配列されてフィルファクターを高めることができる。
なお、上述した光学パターンのＳａｇは０.０１〜０.３の範囲を満たすように形成でき、特に上記光学パターンの直径は１μｍ〜５００μｍの範囲で形成できる。

上述した導光板を用いて次のような構造のバックライトユニットの構造を実現することができる。具体的には、光源から出射される光を受容して前方に光を誘導する導光板；を含み、上記導光板は、光出射面である一面と上記一面に対向するに他面を備え、上記他面には光源から遠ざかるほどＳａｇが増加する少なくとも１以上の光学パターン；を備えるバックライトユニットを形成できる。

又、上記光源は複数からなり、上記導光板の側面のうち２以上の箇所に形成することもできる。そして、上記光学パターンの形状は、マイクロレンズ、プリズム、ピラミッド、レンチキュラーのうちいずれか１つ以上からなり、上述した導光板の構造をそのまま採用できることは勿論である。一方、Ｓａｇ調節パターンが形成された導光板を含むバックライトユニットは、上記導光板の上下方にそれぞれ形成された拡散層及び反射層をさらに含むことができる。

本発明により、導光板に形成されたパターンのＳａｇを調節することにより、バックライトユニットから放出される光効率を向上させると共に、均一性を維持することができる。又、光学パターンのＳａｇを調節することにより、パターン配列の数を増加させて(ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒの向上)光効率及び均一性を容易に調節することができる。又、既存の白色ドットパターンの製造方法に比べて時間及びコストの面でより効率的に製造できる。

従来技術に係るエッジ型バックライトユニットの断面図である。 本発明に係るＳａｇ調節パターンが形成されたバックライトユニットに形成されたパターンの形状を示す断面図である。 本発明に係るＳａｇ調節パターンが形成されたバックライトユニットの断面図である。 本発明に係るＳａｇ調節パターンが形成されたバックライトユニットの平面図である。 本発明に係るＳａｇ調節パターンが形成されたバックライトユニットの光学的機能を示す断面図である。 本発明に係るＳａｇ調節パターンが形成されたバックライトユニットの光特性を示すグラフである。

本発明は、光入射面からＳａｇが徐々に高まる光学パターンの配置構造を備える導光板とこれを用いたバックライトユニットを実現することで、光効率を向上させると共に、均一性を容易に調節することができ、製造時間及びコストを低減できる技術を提供することを要旨とする。

(実施の形態)
以下では、添付した図面を参照して望ましい一実施形態によるＳａｇ調整パターンが形成されたバックライトユニットについて詳しく説明する。但し、実施形態の説明において、関連の公知機能や構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にする可能性があると判断される場合、それについての詳細な説明は省略する。また、図での各構成要素のサイズは、説明のために誇張されることがあり、実際に適用されるサイズを意味するものではない。

図２は、本発明に係るＳａｇ調節パターンが形成された導光板、又はこれを含んで構成されるバックライトユニットに形成された光学パターンの形状を示す断面図である。

図２を参照すると、本発明に係る導光板又は上記導光板を含んで構成されるバックライトユニットに形成された光学パターンは、例えば、マイクロレンズ、プリズム、ピラミッド、レンチキュラーのような光学パターンを用いて導光板を進行する光の反射角度及び反射範囲を調節する原理である。ここで、上記光学パターンは、導光板の設計目的に応じて単独又は混合して用いることができ、本明細書ではマイクロレンズを用いて説明する。
マイクロレンズシート(アレイ、フィルム)は、マイクロメートル単位の非常に小さなレンズが規則的に配列されたシート(薄板)状になるものをいう。本発明は、上記シートを導光板として用いることで、導光板にマイクロレンズ光学パターンが形成される。特に、マイクロレンズの形態を定義するときに使用する用語のＳａｇは、図２に示すように、
Ｓａｇ＝高さ(ｈ)/直径(Ｄ)
である。具体的には、導光板に成形するマイクロレンズアレイにおいてレンズの周期は同一に進行するが、レンズの大きさ、すなわちＳａｇを調節することにより、光の出射角と均一性を同時に制御することができる。これについての詳細な説明は、以下の図３を参照して説明する。
図３は、本発明に係るＳａｇ調節光学パターンが形成された導光板を含んで構成されるバックライトユニットの断面図である。図３を参照すると、導光板１４０に形成されたマイクロレンズ１４５の光学パターンは、光源１１０から遠ざかるほどＳａｇが増加することが分かる。

すなわち、マイクロレンズ１４５の直径(Ｄ)は同一であるが、高さ(ｈ)が光源１１０から遠ざかるほど増加してＳａｇの比が増加するのである。ここで、直径(Ｄ)は５μｍ〜３ｍｍの範囲の任意の１つの数値で固定し、光源から遠ざかるほどＳａｇを０.０５〜０.５の範囲で増加させることが望ましいが、必ずしもこの範囲に限定するのではなく、導光板１４０の厚さと面積に応じて設計変更が可能である。特に、上記光学パターンのＳａｇは０.０１〜０.３の範囲で形成する場合、全反射を最小化して光効率を向上させることができる。

このような形態は、導光板１４０を通じて放出される光の均一性を維持するために必要不可欠であり、配光分布を調節するのにも容易である。

又、導光板１４０に形成されたマイクロレンズ１４５の光学パターンは、凸凹光学パターンの両方の形成が可能であるが、凹(ｈｏｌｅ)形態のマイクロレンズ１４５光学パターンが輝度(光効率又は総光量で表現できる。)及び均一性の面でより優れた性能を示す。

図４は、本発明に係るＳａｇ調節光学パターンが形成されたバックライトユニットの平面図である。図４を参照すると、(ａ)は、マイクロレンズ１４５光学パターンの配列が均一でない構造を示す。詳しくは、光源１１０と近い部分は密度が小さく、遠ざかるほど密度が高くなる。一方、(ｂ)は、マイクロレンズ１４５パターンを導光板１４０全体に均一に配列し光源１１０から遠ざかるほどＳａｇが増加するように調節された形態である。このような形態は、(ａ)と同等な均一性を示すと共に、光効率を増加させることができる。

図５は、本発明に係るＳａｇ調節パターンが形成されたバックライトユニットの光学的機能を示す断面図である。図５を参照すると、光源１１０から放出された光が導光板１４０にあるマイクロレンズ１４５によって進行する光経路の変化を示す。導光板１４０を進行する光は、マイクロレンズ１４５にぶつかると、２つの機能に分けられる。１つは、マイクロレンズ１４５を通過した光が底面に位置した反射層１２０に当たって再度マイクロレンズ１４５面に通??過する瞬間、臨界角を超えて拡散層１５０を通じて放出される。その他の経路は、マイクロレンズ１４５に当たる光がマイクロレンズ１４５面から反射(直反射)されて直ぐに臨界角を超えるようになり、臨界角を超える光は直ぐに導光板１４０の上面に出るようになる。

このような光の進行原理は、マイクロレンズ１４５のＳａｇを調節することで実現することができる。即ち、マイクロレンズ１４５のＳａｇを光源１１０から遠ざかるほど増加させることにより、光が出る面積と角度を調節して均一性及び光効率を同時に制御することができる。

図６は、本発明に係るＳａｇ調節パターンが形成されたバックライトユニットの光特性を示すグラフである。図６を参照すると、(ａ)は、従来技術によって導光板に白色ドットパターン及び拡散シートを形成したバックライトユニットの光特性を示す。又、(ｂ)は、本発明によって導光板にマイクロレンズ１４５パターンが形成されたバックライトユニットの光特性を示し、(ｃ)は、本発明によって導光板にマイクロレンズ１４５パターン及び拡散シート１５０が形成されたバックライトユニットの光特性を示す。

先ず、配光分布を見ると、(ａ)、(ｂ)、(ｃ)はそれぞれ少しずつ異なる配光分布を有する。ここで、緑色線及び赤色線は、下方に光が照らす方向を東西南北に分ける場合、緑色は南北方向、赤色は東西方向と説明できる。このような配光分布は、(ｂ)で広くなったが、(ｃ)で狭くなり、マイクロレンズ１４５のＳａｇ調節によりその幅をより調節することができる。又、均一性を見ると、(ａ)、(ｂ)、(ｃ)は全て良好であることが分かる。しかしながら、(ａ)では、総光量が５８％であって、光効率が非常に低いことが分かる。反面、本願発明の(ｂ)、(ｃ)は、総光量がそれぞれ７７％と７４％であって、光効率の面で非常に改善されたことが分かる。又、視野角においても、(ａ)に比べてより広い視野角度を確保することができる。

導光板に形成されたパターンのＳａｇを調節することにより、バックライトユニットから放出される光効率を向上させると共に、均一性を維持することができる。又、光学パターンのＳａｇを調節することにより、パターン配列の数を増加させて(ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒの向上)光効率及び均一性を容易に調節することができる。

又、既存の白色ドットパターンの製造方法に比べて時間及びコストの面でより効率的に製造できる。

前述したような本発明の詳細な説明では具体的な実施例に関して説明した。しかしながら、本発明の範疇を逸脱しない範囲内で様々な変形が可能である。本発明の技術的思想は本発明の前述した実施例に限定されて定めてならず、特許請求の範囲のみではなく、この特許請求の範囲と均等なものにより定められなければならない。

１１０ 光源、１２０ 反射層、１３０ 白色ドットパターン、１４０ 導光板、１４５ マイクロレンズ、１５０、拡散層

Claims (8)

1. 光出射面である一面と上記一面に対向する他面を備え、
   上記他面には光源から遠ざかるほどＳａｇが０.０５〜０.５の範囲で増加する少なくとも１以上のマイクロレンズの形状の光学パターン；を備え、
   上記光学パターンは、それぞれの光学パターンの直径が同一であり、上記光学パターンの直径は５μｍ〜３ｍｍの範囲の任意の１つの数値で固定されるＳａｇ調節パターンが形成された導光板。
2. 上記光学パターンは、上記導光板の深さ方向に形成される凹パターンである請求項１に記載のＳａｇ調節パターンが形成された導光板。
3. 上記光学パターンは、
   均一な配置間隔を有する請求項１に記載のＳａｇ調節パターンが形成された導光板。
4. 光源から出射される光を受容して前方に光を誘導する導光板；を含み、
   上記導光板は、光出射面である一面と上記一面に対向する他面を備え、
   上記他面には光源から遠ざかるほどＳａｇが０.０５〜０.５の範囲で増加する少なくとも１以上のマイクロレンズの形状の光学パターン；を備え、
   上記光学パターンは、それぞれの光学パターンの直径が同一であり、上記光学パターンの直径は５μｍ〜３ｍｍの範囲の任意の１つの数値で固定されるバックライトユニット。
5. 上記光源は、
   上記導光板の側面のうち２つ以上の箇所に形成される請求項４に記載のバックライトユニット。
6. 上記光学パターンは、上記導光板の深さ方向に形成される凹パターンである請求項４又は請求項５に記載のバックライトユニット。
7. 上記光学パターンは、均一な配置間隔を有する請求項６に記載のバックライトユニット。
8. 上記導光板の上下方にそれぞれ形成された拡散層及び反射層をさらに含んで構成される請求項６に記載のバックライトユニット。