JP5635472B2 - 導光板 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置などに用いられる導光板に関するものである。
液晶表示装置には、液晶表示パネルの裏面側から光を照射し、液晶表示パネルを照明する面状照明装置(バックライトユニット)が用いられている。バックライトユニットは、照明用の光源が発する光を拡散して液晶表示パネルを照射する導光板、導光板から出射される光を均一化するプリズムシートや拡散シートなどの部品を用いて構成される。
現在、大型の液晶テレビのバックライトユニットは、照明用の光源の直上に導光板を配置した、いわゆる直下型と呼ばれる方式が主流である。この方式では、光源である冷陰極管を液晶表示パネルの背面に複数本配置し、内部を白色の反射面として均一な光量分布と必要な輝度を確保している。
しかしながら、直下型のバックライトユニットでは、光量分布を均一にするために、液晶表示パネルに対して垂直方向の厚みが30mm程度必要であり、これ以上の薄型化が困難である。
これに対し、薄型化が可能なバックライトユニットとしては、照明用の光源から出射され、入射した光を、所定方向に導き、光が入射された面とは異なる面である光出射面から出射させる導光板を用いるエッジライト型のバックライトユニットがある。
このようなエッジライト型のバックライトユニットでは、透明樹脂に光を散乱させるための散乱粒子を混入させた板状の導光板を用いることが提案されている。
例えば、特許文献1には、少なくとも1つの光入射面領域および少なくとも1つの光取出面領域を有する光散乱導光体と光入射面領域から光入射を行う為の光源手段とを備え、光散乱導光体は光入射面から遠ざかるにつれて厚みを減ずる傾向を持った領域を有していることを特徴とする光散乱導光光源装置が記載されている。
このようなエッジライト型のバックライトユニットでは、光が光入射面に入射する方向と、光出射面から光が出射される方向とが異なるため、直下型と比較して光の利用効率が低くなる傾向があり、また、出射された出射光の分布にムラが生じやすい。さらに、導光板を薄型化、大型化した場合には、入射した光を導光板の奥まで導光することが難しくなり、また、光出射面に対する光入射面の面積が小さくなるため、出射光の輝度が低下したり、出射光にムラが生じやすくなる。
そこで、本出願人は、粒子濃度が異なる2つの層からなる導光板であって、第1層および第2層の、光出射面に略垂直な方向の厚さをそれぞれ変化させることで、光入射面に垂直な方向において、光入射面に垂直な方向における合成粒子濃度を変化させることにより、大型かつ薄型な形状であり、光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができる導光板を提案した(特許文献2)。
特開平7−36037号公報 特許第4713697号公報
上記特許文献2に記載の導光板によれば、大型かつ薄型な導光板であっても、光の利用効率を高くすることができ、輝度むらが少ない光を出射することができる。しかしながら、薄型で、2層の導光板であるため、導光板の厚さの不均一さ(寸法公差)の影響が相対的に大きくなり、導光板の厚さが不均一な場合に、輝度分布が所望の分布から変化し、出射光にムラが生じてしまう。そのため、所望の輝度分布を実現する導光板を得るためには、寸法公差を小さくする必要があり、製造が難しくなり、また、コストアップの要因となるという問題があった。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、大型かつ薄型な形状であり、光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、大画面の薄型液晶テレビに要求される画面の中央部付近が周辺部に比べて明るい分布、いわゆる中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができ、かつ、製造が容易な導光板を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、矩形状の光出射面と、前記光出射面の端辺側に設けられ、前記光出射面に略平行な方向に進行する光を入射する少なくとも1つの光入射面と、前記光出射面とは反対側の背面と、内部に分散される散乱粒子とを有する導光板であって、前記導光板は、前記光出射面に垂直な方向に重なる、前記光出射面側の第1層と、前記背面側で前記第1層よりも前記散乱粒子の粒子濃度が高い第2層との2つの層からなり、前記光入射面に垂直な方向において、前記2つの層の、前記光出射面に略垂直な方向の厚さがそれぞれ変化して、前記導光板の合成粒子濃度が変化し、かつ、前記光出射面に垂直な方向の厚さをTlgとし、前記第2層の中央部の厚さをtcenとすると、0.3mm≦Tlg≦4mm、0.3≦tcen/Tlg≦1を満たすことを特徴とする導光板を提供する。
ここで、前記光入射面に垂直な方向において、前記中央部から前記光入射面に向かうに従って、前記第2層の厚さが、漸次、薄くなる領域を有し、前記領域での前記第2層の最小厚さをtminとすると、2≦tcen/tmin≦10を満足するのが好ましい。
また、前記光入射面に垂直な方向において、前記光入射面から離間するに従って、前記第2層の厚さが薄くなって最小厚さtminとなった後、厚くなる領域を有することが好ましい。
ここで、前記少なくとも1つの光入射面が、前記光出射面の対向する2つの端辺側に設けられた2つの光入射面であって、前記光入射面に垂直な方向において、前記第2層が、中央部で最大厚さとなり、中央部から2つの前記光入射面それぞれに向かうに従って、薄くなって最小厚さtminとなった後、再び、厚くなるように滑らかに変化しているのが好ましい。
あるいは、前記少なくとも1つの光入射面が、前記光出射面の対向する2つの端辺側に設けられた2つの光入射面であって、前記光入射面に垂直な方向において、前記第2層が、中央部で最大厚さとなり、中央部から2つの前記光入射面それぞれに向かうに従って、薄くなって最小厚さtminとなった後、再び、厚くなるように滑らかに変化した後、薄くなるのが好ましい。
また、前記第1層と前記第2層との境界面が、2つの前記光入射面それぞれの側の、前記光出射面に向かって凹の曲面と、この2つの凹の曲面の間で、2つの曲面に滑らかに接続される、前記光出射面に向かって凸の曲面とからなる領域を有するのが好ましい。
また、前記凸の曲面の曲率半径をR1とし、前記凹の曲面の曲率半径をR2とし、2つの前記光入射面の間の距離をLlgとすると、Tlg・R1を横軸、Tlg・R2を縦軸としたグラフにおいて、Tlg・R1、Tlg・R2が、5点PR1(6000・(Llg/539)-、34000・(Llg/539))、PR2(21000・(Llg/539)-、16000・(Llg/539))、PR3(82000・(Llg/539)-、62000・(Llg/539))、PR4(29500・(Llg/539)-、67000・(Llg/539))、PR5(10000・(Llg/539)-、54000・(Llg/539))で囲まれる範囲内にあるのが好ましい。
また、前記第1層の粒子濃度をNpoとし、前記第2層の粒子濃度をNprとすると、0.0004wt%≦Npo≦0.044wt%、0.008wt%≦Npr≦0.3wt%を満たすのが好ましい。
また、前記第1層の粒子濃度をNpoとし、前記第2層の粒子濃度をNprとし、2つの前記光入射面の間の距離をLlgとすると、Npoを横軸、Nprを縦軸としたグラフにおいて、Npo、Nprが7点、PNP1(0.001・(539/Llg)、0.02・(539/Llg))、PNP2(0.015・(539/Llg)、0.02・(539/Llg))、PNP3(0.022・(539/Llg)、0.035・(539/Llg))、PNP4(0.022・(539/Llg)、0.1・(539/Llg))、PNP5(0.02・(539/Llg)、0.15・(539/Llg))、PNP6(0.005・(539/Llg)、0.15・(539/Llg))、PNP7(0.001・(539/Llg)、0.1・(539/Llg))で囲まれる範囲内にあるのが好ましい。
ここで、前記少なくとも1つの光入射面が、前記光出射面の1つの端辺に設けられる1つの光入射面であって、前記光入射面に垂直な方向において、前記光入射面から離間するに従って、前記第2層が、薄くなって最小厚さtminとなった後、厚くなり最大厚さとなった後、再び、薄くなるように滑らかに変化しているのが好ましい。
あるいは、前記少なくとも1つの光入射面が、前記光出射面の1つの端辺に設けられる1つの光入射面であって、前記光入射面に垂直な方向において、前記光入射面から離間するに従って、前記第2層が、薄くなって最小厚さtminとなった後、厚くなり最大厚さで一定となるように滑らかに変化しているのが好ましい。
あるいは、前記少なくとも1つの光入射面が、前記光出射面の1つの端辺に設けられる1つの光入射面であって、前記光入射面に垂直な方向において、前記光入射面から離間するに従って、前記第2層が、一旦、厚くなった後、薄くなって最小厚さtminとなり、再び、厚くなり最大厚さとなった後、薄くなるように連続的に変化しているのが好ましい。
あるいは、前記少なくとも1つの光入射面が、前記光出射面の1つの端辺に設けられる1つの光入射面であって、前記光入射面に垂直な方向において、前記光入射面から離間するに従って、前記第2層が、一旦、厚くなった後、薄くなって最小厚さtminとなり、再び、厚くなり最大厚さで一定となるように連続的に変化しているのが好ましい。
ここで、前記光入射面に垂直な方向において、前記第2層が最小厚さtminとなる位置から最大厚さとなる位置までの領域における、前記第1層と前記第2層との境界面が、前記光出射面に向かって凹の曲面と、この凹の曲面に滑らかに接続される、前記光出射面に向かって凸の曲面とからなるのが好ましい。
また、前記凸の曲面の曲率半径をR1とし、前記凹の曲面の曲率半径をR2とし、前記光入射面と、この光入射面に対向する面との間の距離をLlgとしたとき、Tlg・R1を横軸、Tlg・R2を縦軸としたグラフにおいて、Tlg・R1、Tlg・R2が、4点PR1(20000・(Llg/539)-、180000・(Llg/539))、PR2(54000・(Llg/539)-、76000・(Llg/539))、PR3(135000・(Llg/539)-、135000・(Llg/539))、PR4(45000・(Llg/539)-、300000・(Llg/539))で囲まれる範囲内にあるのが好ましい。
また、前記第1層の粒子濃度をNpoとし、前記第2層の粒子濃度をNprとすると、0.0000573wt%≦Npo≦0.021wt%、0.0064wt%≦Npr≦0.19wt%を満たすのが好ましい。
また、前記光入射面と、この光入射面に対向する面との間の距離をLlgとし、前記第1層の粒子濃度をNpoとし、前記第2層の粒子濃度をNprとすると、Npoを横軸、Nprを縦軸としたグラフにおいて、Npo、Nprが8点、PNP1(0.00016・(539/Llg)、0.054・(539/Llg))、PNP2(0.0012・(539/Llg)、0.018・(539/Llg))、PNP3(0.009・(539/Llg)、0.018・(539/Llg))、PNP4(0.0095・(539/Llg)、0.033・(539/Llg))、PNP5(0.0095・(539/Llg)、0.048・(539/Llg))、PNP6(0.007・(539/Llg)、0.088・(539/Llg))、PNP7(0.0007・(539/Llg)、0.088・(539/Llg))、PNP8(0.00016・(539/Llg)、0.058・(539/Llg))で囲まれる範囲内にあるのが好ましい。
また、前記光出射面が、前記背面に向かって凸の曲面であるのが好ましい。
本発明によれば、光出射面に垂直な方向に重なり、粒子濃度が異なる2つの層からなり、光入射面に垂直な方向において、2つの層の、光出射面に略垂直な方向の厚さがそれぞれ変化して、導光板の合成粒子濃度が変化し、かつ、光出射面に垂直な方向の厚さをTlgとし、第2層の中央部の厚さをtcenとすると、0.3mm≦Tlg≦4mm、0.3≦tcen/Tlg≦1を満たすので、薄型な形状であり、かつ光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、大画面の薄型液晶テレビに要求される画面の中央部付近が周辺部に比べて明るい分布、いわゆる中高あるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができ、かつ、寸法公差が大きい場合であっても、所望の輝度分布に近い分布を安定して得ることができ、製造が容易になる。
本発明に係る導光板を用いる面状照明装置を備える液晶表示装置の一実施形態を示す概略斜視図である。 図1に示す液晶表示装置のII−II線断面図である。 (A)は、図2に示した面状照明装置の、III−III線矢視図であり、(B)は、(A)のB−B線断面図である。 (A)は、図1及び図2に示す面状照明装置の光源ユニットの概略構成を示す斜視図であり、(B)は、(A)に示す光源ユニットの1つのLEDを拡大して示す概略斜視図である。 図3に示す導光板の形状を示す概略斜視図である。 導光板の第2層の厚さ、および、導光板に付加する厚み誤差を表すグラフである。 (A)〜(D)は、導光板の光出射面から出射される光の照度分布を測定した結果を示すグラフである。 導光板の光出射面から出射される光の照度分布を測定した結果を示すグラフである。 (A)〜(C)は、導光板の第2層の厚さ、および、導光板に付加する厚み誤差を表すグラフである。 (A)〜(D)は、導光板の光出射面から出射される光の照度分布を測定した結果を示すグラフである。 (A)〜(D)は、導光板の光出射面から出射される光の照度分布を測定した結果を示すグラフである。 (A)〜(D)は、導光板の光出射面から出射される光の照度分布を測定した結果を示すグラフである。 cen/Tlgと、変化の平均との関係を示すグラフである。 (A)〜(F)は、本発明に係る導光板の他の一例を示す概略断面図である。 (A)は、第2層の厚みを表す図であり、(B)は、導光板の光出射面から出射される光の照度分布を測定した結果を示すグラフである。 (A)〜(D)は、導光板の光出射面から出射される光の照度分布を測定した結果を示すグラフである。 (A)および(B)は、本発明に係る導光板の他の一例を示す概略断面図である。 (A)および(B)は、本発明に係る導光板の他の一例を示す概略断面図である。 合成粒子濃度[wt%]と導光板の位置[mm]との関係を示すグラフである。 導光板の第2層の厚さ、および、導光板に付加する厚み誤差を表すグラフである。 (A)〜(F)は、導光板の光出射面から出射される光の照度分布を表すグラフである。 散乱粒子の粒子数と、効率との関係を表すグラフである。 粒子濃度と、厚み誤差による輝度変化との関係を表すグラフである。 第1層と第2層との境界面の曲面の曲率半径の範囲を表すグラフである。 第1層および第2層の粒子濃度の範囲を表すグラフである。 (A)は、第1層および第2層の粒子濃度の範囲を表すグラフであり、(B)は、第1層と第2層との境界面の曲面の曲率半径の範囲を表すグラフである。 (A)〜(C)は、導光板の光出射面から出射される光の照度分布を測定した結果を示すグラフである。 第1層および第2層の粒子濃度の範囲を表すグラフである。 第1層と第2層との境界面の曲面の曲率半径の範囲を表すグラフである。
本発明に係る導光板を用いる面状照明装置を、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。
図1は、本発明に係る導光板を用いる面状照明装置を備える液晶表示装置の概略を示す斜視図であり、図2は、図1に示した液晶表示装置のII−II線断面図である。
また、図3(A)は、図2に示した面状照明装置(以下「バックライトユニット」ともいう。)のIII−III線矢視図であり、図3(B)は、(A)のB−B線断面図である。
液晶表示装置10は、バックライトユニット20と、そのバックライトユニット20の光出射面側に配置される液晶表示パネル12と、液晶表示パネル12を駆動する駆動ユニット14とを有する。なお、図1においては、バックライトユニットの構成を示すため、液晶表示パネル12の一部の図示を省略している。
液晶表示パネル12は、予め特定の方向に配列してある液晶分子に、部分的に電界を印加してこの分子の配列を変え、液晶セル内に生じた屈折率の変化を利用して、液晶表示パネル12の表面上に文字、図形、画像などを表示する。
駆動ユニット14は、液晶表示パネル12内の透明電極に電圧をかけ、液晶分子の向きを変えて液晶表示パネル12を透過する光の透過率を制御する。
バックライトユニット20は、液晶表示パネル12の背面から、液晶表示パネル12の全面に光を照射する照明装置であり、液晶表示パネル12の画像表示面と略同一形状の光出射面24aを有する。
本実施形態におけるバックライトユニット20は、図1、図2、図3(A)および図3(B)に示すように、2つの光源ユニット28、導光板30および光学部材ユニット32を有する照明装置本体24と、下部筐体42、上部筐体44、折返部材46および支持部材48を有する筐体26とを有する。また、図1に示すように筐体26の下部筐体42の裏側には、光源ユニット28に電力を供給する複数の電源を収納する電源収納部49が取り付けられている。
以下、バックライトユニット20を構成する各構成部品について説明する。
照明装置本体24は、光を出射する光源ユニット28と、光源ユニット28から出射された光を面状の光として出射する導光板30と、導光板30から出射された光を、散乱や拡散させてよりムラのない光とする光学部材ユニット32とを有する。
まず、光源ユニット28について説明する。
図4(A)は、図1および図2に示すバックライトユニット20の光源ユニット28の概略構成を示す概略斜視図であり、図4(B)は、図4(A)に示す光源ユニット28の1つのLEDチップのみを拡大して示す概略斜視図である。
図4(A)に示すように、光源ユニット28は、複数の発光ダイオードのチップ(以下「LEDチップ」という)50と、光源支持部52とを有する。
LEDチップ50は、青色光を出射する発光ダイオードの表面に蛍光物質を塗布したチップであり、所定面積の発光面58を有し、この発光面58から白色光を出射する。
つまり、LEDチップ50の発光ダイオードの表面から出射された青色光が蛍光物質を透過すると、蛍光物質が蛍光する。これにより、LEDチップ50からは、発光ダイオードが出射した青色光と、蛍光物質が蛍光して出射された光とにより白色光が生成され、出射される。
ここで、LEDチップ50としては、GaN系発光ダイオード、InGaN系発光ダイオード等の表面にYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光物質を塗布したチップが例示される。
光源支持部52は、一面が導光板30の光入射面(30c、30d)に対向して配置される板状部材である。
光源支持部52は、導光板30の光入射面(30c、30d)に対向する面となる側面に、複数のLEDチップ50を、互いに所定間隔離間した状態で支持している。具体的には、光源ユニット28を構成する複数のLEDチップ50は、後述する導光板30の第1光入射面30cまたは第2光入射面30dの長手方向に沿って、アレイ状に配列され、光源支持部52上に固定されている。
光源支持部52は、銅やアルミニウム等の熱伝導性の良い金属で形成されており、LEDチップ50から発生する熱を吸収し、外部に放散させるヒートシンクとしての機能も有する。なお、光源支持部52には、表面積を広くし、かつ、放熱効果を高くすることができるフィンを設けてもよく、熱を放熱部材に伝熱するヒートパイプを設けてもよい。
ここで、図4(B)に示すように、本実施形態のLEDチップ50は、LEDチップ50の配列方向の長さよりも、配列方向に直交する方向の長さが短い長方形形状、つまり、後述する導光板30の厚み方向(光出射面30aに垂直な方向)が短辺となる長方形形状を有する。言い換えれば、LEDチップ50は、導光板30の光出射面30aに垂直な方向の長さをa、配列方向の長さをbとしたときに、b>aとなる形状である。また、LEDチップ50の配置間隔をqとするとq>bである。このように、LEDチップ50の導光板30の光出射面30aに垂直な方向の長さa、配列方向の長さb、LEDチップ50の配置間隔qの関係が、q>b>aを満たすことが好ましい。
LEDチップ50を長方形形状とすることにより、大光量の出力を維持しつつ、薄型な光源ユニットとすることができる。光源ユニット28を薄型化することにより、バックライトユニットを薄型にすることができる。また、LEDチップの配置個数を少なくすることができる。
なお、LEDチップ50は、光源ユニット28をより薄型にできるため、導光板30の厚み方向を短辺とする長方形形状とすることが好ましいが、本発明はこれに限定はされず、正方形形状、円形形状、多角形形状、楕円形形状等種々の形状のLEDチップを用いることができる。
次に、導光板30について説明する。
図5は、導光板の形状を示す概略斜視図である。
導光板30は、図2、図3および図5に示すように、長方形形状の光出射面30aと、この光出射面30aの長辺側の両端面に、光出射面30aに対してほぼ垂直に形成された2つの光入射面(第1光入射面30cと第2光入射面30d)と、光出射面30aの反対側、つまり、導光板30の背面側に位置し平面である背面30bとを有している。
ここで、上述した2つの光源ユニット28は、それぞれ導光板30の第1光入射面30cおよび第2光入射面30dに対向して配置されている。ここで、本実施形態では、光出射面30aに略垂直な方向において、光源ユニット28のLEDチップ50の発光面58の長さと第1光入射面30cおよび第2光入射面30dの長さが略同じ長さである。
このようにバックライトユニット20は、2つの光源ユニット28が、導光板30をはさみこむように配置されている。つまり、所定間隔離間して、向い合って配置された2つの光源ユニット28の間に導光板30が配置されている。
導光板30は、透明樹脂に、光を散乱させるための散乱粒子が混錬分散されて形成されている。導光板30に用いられる透明樹脂の材料としては、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PP(ポリプロピレン)、PC(ポリカーボネート)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、ベンジルメタクリレート、MS樹脂、あるいはCOP(シクロオレフィンポリマー)のような光学的に透明な樹脂が挙げられる。導光板30に混錬分散させる散乱粒子としては、トスパール(登録商標)等のシリコーン粒子や、シリカ、ジルコニア、誘電体ポリマ等からなる粒子を用いることができる。
ここで、導光板30は、光出射面30a側の第1層60と、背面30b側の第2層62とに分かれた2層構造で形成されている。第1層60と第2層62との境界を境界面zとすると、第1層60は、光出射面30aと、第1光入射面30cおよび第2光入射面30dと、境界面zとで囲まれた断面の領域であり、第2層62は、第1層の背面30b側に隣接する層であり、境界面zと背面30bとで囲まれた断面の領域である。
第1層60の散乱粒子の粒子濃度をNpoとし、第2層62の散乱粒子の粒子濃度をNprとすると、NpoとNprとの関係は、Npo<Nprとなる。つまり、導光板30は、光出射面30a側の第1層よりも、背面30b側の第2層の方が散乱粒子の粒子濃度が高い。
また、第1層60と第2層62との境界面zは、光入射面の長手方向に垂直な断面で見た際に、光出射面30aの2等分線αの位置(つまり光出射面の中央部)から、第1光入射面30cおよび第2光入射面30dに向かって第2層62が薄くなるように滑らかに変化し、さらに、第1光入射面30cおよび第2光入射面30d付近で、厚くなるように滑らかに変化している。
具体的には、境界面zは、導光板30の中央部の、光出射面30aに向かって凸の曲線と、この凸の曲線に滑らかに接続され、光入射面30c、30dに接続する凹の曲線とからなる。
このように、第1層60よりも散乱粒子の粒子濃度が高い第2層の厚さを、導光板の中央部で最も厚くなる極大値と、光入射面近傍で一旦、薄くなる極小値とを有するように連続的に変化させることにより、散乱粒子の合成粒子濃度を、第1および第2光入射面(30cおよび30d)それぞれの近傍の極小値と、導光板中央部の極大値とを有するように変化させている。
すなわち、合成粒子濃度のプロファイルは、導光板の中央で最大となる第2極大値を持ち、その両側に、図示例では、中央から光入射面までの距離の約2/3の位置で極小値を持つように変化する曲線である。
なお、本発明において、合成粒子濃度とは、光入射面から他の入射面に向けて離間した或る位置において、光出射面と略垂直方向に加算(合成)した散乱粒子量を用いて、導光板を光入射面の厚みの平板と見なした際における散乱粒子の濃度である。すなわち、光入射面から離間した或る位置において、該導光板を光入射面の厚みの、一種類の濃度の平板導光板とみなした場合に、光出射面と略垂直方向に加算した散乱粒子の単位体積あたりの数量または、母材に対する重量百分率である。
このように、粒子濃度が高い第2層の厚さが、導光板の中央部で最も厚くなり、中央部から光入射面に向かうに従って、薄くなるように変化した後、光入射面近傍で再び厚くなるように滑らかに変化する構成とし、光入射面から導光板の中央部に向かうに従って、合成粒子濃度を、一旦低くなった後、高くなるように滑らかに変化し、導光板の中央部で最も高くなるように変化させることにより、大型かつ薄型な導光板であっても、光入射面から入射する光をより遠い位置まで届けることができ、出射光の輝度分布を中高な輝度分布とすることができる。
また、光入射面近傍の合成粒子濃度を極小値よりも高くすることによって、光入射面から入射した光を、光入射面近傍で十分に拡散することができ、光入射面近傍から出射される出射光に、光源の配置間隔等に起因する輝線(暗線、ムラ)が視認されることを防止することができる。
また、境界面zの形状を調整することで、輝度分布(散乱粒子の濃度分布)も任意に設定することができ、効率を最大限に向上できる。
また、光出射面側の層の粒子濃度を低くするので、全体での散乱粒子の量を少なくすることができ、コストダウンにもつながる。
なお、導光板30は、境界面zで第1層60と第2層62とに分かれているが、第1層60と第2層62とは、粒子濃度が異なるのみで、同じ透明樹脂に同じ散乱粒子を分散させた構成であり、構造上は一体となっている。つまり、導光板30は、境界面zを基準として分けた場合、それぞれの領域の粒子濃度は異なるが、境界面zは、仮想的な線であり、第1層60および第2層62は一体となっている。
このような導光板30は、押出成形法や射出成形法を用いて製造することができる。
ここで、前述のとおり、薄型で2層の導光板とすると、導光板の厚さの不均一さ(寸法公差)の影響が相対的に大きくなってしまい、導光板の厚さが不均一な場合に、輝度分布(照度分布)が所望の分布から変化し、出射光にムラが生じてしまう。そのため、所望の輝度分布を実現する導光板を得るためには、寸法公差を小さくする必要があり、製造が難しくなり、また、コストアップの要因となるという問題があった。
そこで、本発明においては、各層の厚さを規定することにより、大型かつ薄型な形状であっても、厚さの不均一さの影響が小さく、安定して、光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができるようにする。
図3(C)に導光板30を概念的に表す断面図を示す。
図3(C)に示すように、導光板30の厚さをTlgとし、第2層62の中央部(極大値の位置)での厚さ(最大厚さ)をtcenとし、極小値の位置での厚さ(最小厚さ)をtminとすると、導光板を薄型化して、導光板30の厚さTlgを0.3mm≦Tlg≦4mmとしたときに、第2層62の中央部の厚さtcenと導光板30の厚さTlgとは、0.3≦tcen/Tlg≦1を満たす。
第2層62の中央部の厚さtcenと導光板30の厚さTlgとが、0.3≦tcen/Tlg≦1を満たすことにより、ロバスト性を向上させることができ、大型かつ薄型な形状であっても、厚さの不均一さの影響が小さく、安定して、光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる。
また、第2層の最小厚さtminと中央部の厚さtcenとが、2≦tcen/tmin≦10を満足することが好ましい。第2層の最小厚さtminと中央部の厚さtcenとが上記範囲を満たすことにより、さらに、厚さの不均一さの影響を小さくすることができ、安定して、光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる。
以下、これらの点について具体的実施例を用いて説明する。
[実施例1]
実施例1として、図3に示す導光板30の仕様を種々変更して、計算機シミュレーションにより、出射される光の規格化された照度分布を求めた。
また、シミュレーションにおいて、導光板の透明樹脂の材料はPMMA、散乱粒子の材料はシリコーンとしてモデル化した。この点については、以下の実施例についても全て同様である。
実施例11では、画面サイズが40インチに対応する導光板30を用いた。具体的には、第1光入射面30cから第2光入射面30dまでの長さLlg(導光板の長さ)を539mmとし、光出射面30aに垂直な方向の厚さTlg(導光板の厚さ)を2mmとし、内部に混錬分散させる散乱粒子の粒径は4.5μmとした導光板30を用いた。
このような導光板30において、中高な照度分布となり、かつ、出射光の中央の最も高い照度を100としたときに、光入射面近傍の最も低い照度が75となる合成粒子濃度を、光の利用効率を変えて3種類(A、B、Cとする)求めた。3種類のうち最も光の利用効率が高い合成粒子濃度Aの効率を100としたとき、合成粒子濃度Bの効率は98、合成粒子濃度Cの効率は92であった。
3種類の合成粒子濃度それぞれにおいて、導光板30の厚さTlgと第2層62の中央部の厚さtcenとの比tcen/Tlgと、第2層62の最小厚さtminと中央部の厚さtcenとの比tcen/tminを種々変更して、第2層に厚み誤差(不均一さ)を付与した場合の照度分布を求めた。具体的には、第2層の中央部の厚さtcenは、0.4mm、0.6mm、0.8mm、1.2mm、1.6mm、1.95mmの6種類とし、最小厚さtminと中央部の厚さtcenとの比tcen/tminは、5、3、2の3種類とした。
第2層の厚みに付与する厚み誤差は、試作サンプルを参考に、周期を導光板の長さ(光入射面間の距離)Llgの約1/3とし、振幅を±50μmとした。
図6は、導光板30の第2層62の厚さ、および、導光板30に付加する厚み誤差を表す図である。
図6において、第2層の理想厚さ(設計厚さ)の一例を実線で示し、誤差パターンを破線で示し、誤差を付与した第2層の厚さを一点鎖線で示す。図6に示されるように、薄型の導光板においては、±50μmの振幅の誤差パターンによって第2層の厚さが大きく変化していることがわかる。
種々の合成粒子濃度、導光板30の厚さTlgと第2層62の中央部の厚さtcenとの比tcen/Tlg、第2層62の最小厚さtminと中央部の厚さtcenとの比tcen/tminの組み合わせにおいて、誤差パターンを付与した場合の照度分布(実分布)と、誤差パターンを付与しない場合の照度分布(理想分布)とを求めて比較した。
具体的には、実分布の、理想分布からの変化の平均[%]を求めた。結果を表1に示す。
さらに、理想分布に対して実分布が高くなる方向の変化の最大値と、低くなる方向の変化の最大値とを加算した値(変化の最大値)[%]を求めた。結果を表2に示す。なお、変化の最大値を求める際には、光入射面近傍は除いて実分布と理想分布とを比較した。
また、それぞれの場合における第1層60の粒子濃度[wt%]および第2層62の粒子濃度[wt%]をそれぞれ表3および表4に示す。
Figure 0005635472
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また、図7(A)〜(D)に、導光板の光出射面から出射される光の照度分布を測定した結果の例を示す。
図7(A)は、tcen/Tlgが0.4で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がA(効率100)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図7(B)は、tcen/Tlgが0.4で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がB(効率98)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図7(C)は、tcen/Tlgが0.975で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がA(効率100)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図7(D)は、tcen/Tlgが0.6で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がC(効率92)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
ここで、比較例として、市販のTV(SONY EX700)の照度分布を測定した。
図8に照度の測定結果を示す。
測定した照度分布を実線で示す。また、一点鎖線で示すように、測定結果と同程度の中高分布となる滑らかな2次曲線を理想分布とした。
比較例において、実分布の、理想分布からの変化の平均は5%であった。また、変化の最大値は18%であった。
表1〜2および図7(A)〜(D)から、効率が高いほど、変化の平均および変化の最大値が大きくなってしまい、また、照度ムラが大きくなることがわかる。また、tcen/Tlgが大きいほど、変化の平均および変化の最大値が小さくなり、また、照度ムラが小さくなることがわかる。
また、tcen/tminが大きいほど、変化の平均および変化の最大値が小さくなり、また、照度ムラが小さくなることがわかる。
例えば、tcen/Tlgが0.4で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がA(効率100)の場合は、表1〜2に示すように、変化の平均が7.3%で、変化の最大値が27.8%で比較例よりも大きく、また、図7(A)に示すように、照度の実分布は、理想分布に対する差が大きく、分布に凹凸が生じて、ムラが大きい。
一方、tcen/Tlgが0.4で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がB(効率98)の場合は、変化の平均が4.7%で、変化の最大値が17.0%で比較例と同等であり、また、図7(B)に示すように、照度の実分布の、理想分布に対する差は、比較例と同等以下であり、照度の分布に比較例に近い凹凸が発生している。
また、tcen/Tlgが0.975で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がA(効率100)の場合は、変化の平均が3.5%で、変化の最大値が12.7%で比較例よりも低く、また、図7(C)に示すように、照度の実分布の、理想分布に対する差は、比較例よりも小さく、分布の凹凸は小さい。
また、tcen/Tlgが0.6で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がC(効率92)の場合は、変化の平均が2.5%で、変化の最大値が7.2%で比較例よりも低く、また、図7(D)に示すように、照度の実分布の、理想分布に対する差は、比較例よりも小さく、分布の凹凸は小さい。
次に、異なる誤差パターンを付与して、上記と同様に、照度分布を求めた。
図9(A)〜(C)は、それぞれ導光板の第2層の厚さ、および、導光板に付与する厚み誤差のパターンを表すグラフであり、誤差パターンを破線で示し、第2層の理想厚さの一例を実線で示し、誤差を付与した第2層の厚さを一点鎖線で示す。図9(A)〜(C)に示す誤差パターンはいずれも、±50μmの振幅で、周期を変えたものである。図9(A)に示す誤差パターンは、周期を導光板の長さLlgの約1/2とし、導光板中央で凹となる形状とした。また、図9(B)に示す誤差パターンは、周期を導光板の長さLlgの約1/3とし、導光板中央で凹となる形状とした。また、図9(C)に示す誤差パターンは、周期を導光板の長さLlgの約1/2とし、導光板中央で凸となる形状とした。
実施例12として、図9(A)に示す誤差パターンを付与した以外は、実施例11と同様にして、照度分布を求め、理想分布に対する変化の平均[%]、および、変化の最大値[%]を求めた。結果を表5〜6に示す。
Figure 0005635472
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また、図10(A)〜(D)に、導光板の光出射面から出射される光の照度分布を測定した結果の一例を示す。
図10(A)は、tcen/Tlgが0.4で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がA(効率100)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図10(B)は、tcen/Tlgが0.4で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がB(効率98)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図10(C)は、tcen/Tlgが0.975で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がA(効率100)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図10(D)は、tcen/Tlgが0.6で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がC(効率92)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
実施例13として、図9(B)に示す誤差パターンを付与した以外は、実施例11と同様にして、理想分布に対する変化の平均[%]、および、変化の最大値[%]を求めた。結果を表7〜8に示す。
Figure 0005635472
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また、図11(A)〜(D)に、導光板の光出射面から出射される光の照度分布を測定した結果を示す。
図11(A)は、tcen/Tlgが0.4で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がA(効率100)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図11(B)は、tcen/Tlgが0.4で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がB(効率98)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図11(C)は、tcen/Tlgが0.975で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がA(効率100)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図11(D)は、tcen/Tlgが0.6で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がC(効率92)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
実施例14として、図9(C)に示す誤差パターンを付与した以外は、実施例11と同様にして、理想分布に対する変化の平均[%]、および、変化の最大値[%]を求めた。結果を表9〜10に示す。
Figure 0005635472
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また、図12(A)〜(D)に、導光板の光出射面から出射される光の照度分布を測定した結果を示す。
図12(A)は、tcen/Tlgが0.4で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がA(効率100)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図12(B)は、tcen/Tlgが0.4で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がB(効率98)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図12(C)は、tcen/Tlgが0.975で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がA(効率100)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図12(D)は、tcen/Tlgが0.6で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がC(効率92)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
以上、実施例11〜14の結果から、厚さ4mm以下の、厚さの不均一さの影響により実際の厚さの変化率が大きくなりやすい薄型で2層の導光板であっても、tcen/Tlgを0.3以上、1以下とすることにより、変化の平均を5%以下とし、また、変化の最大値を18%以下とすることができ、すなわち、ロバスト性を向上させることができ、光の利用効率を高くしつつ、かつ、導光板の厚さの不均一さ(寸法公差)の影響を小さくし、導光板の厚さが不均一な場合であっても、照度分布が所望の分布からあまり変化せず、ムラが生じることを防止できることがわかる。したがって、所望の照度分布を実現する導光板を得るために、寸法公差を小さくする必要がなく、安定して容易に製造することができることがわかる。
ここで、図13に、実施例11のtcen/Tlgと、変化の平均との関係を示すグラフを示す。図13において、合成粒子濃度A(効率100)の場合を実線で示し、合成粒子濃度B(効率98)の場合を破線で示し、合成粒子濃度C(効率92)の場合を一点鎖線で示す。
図13に示すように、tcen/Tlgを0.6以上とすることにより、合成粒子濃度A(効率100)の場合であっても、変化の平均を5%以下とすることができることがわかる。すなわち、ロバスト性をより向上させることができる点で、tcen/Tlgを0.6以上とすることが好ましい。
また、tcen/tminが大きいほど、変化の平均および変化の最大値が小さくなり、また、照度ムラが小さくなることがわかる。tcen/tminを2以上とすることにより、さらに、厚さの不均一さの影響を小さくすることができ、安定して、光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる点で好ましいことがわかる。なお、tcen/tminは大きすぎると最小厚みtminが小さくなりすぎるため、20以下、好ましくは10以下とすることが好ましい。
また、本実施例においては、散乱粒子の粒径は4.5μmとしたが、これに限定はされない。なお、散乱粒子の粒径の範囲は、4.5〜12μmとすることが好ましい。
また、光入射面に垂直な方向において、光入射面から最小厚さtminの位置までの距離の好ましい範囲は、導光板のサイズに比例する。具体的には、20インチに対応する導光板の場合は、6.4〜22.2mmの範囲とすることが好ましく、40インチに対応する導光板の場合は、12.8〜44.4mmの範囲とすることが好ましく、100インチに対応する導光板の場合は、32.1〜110.9mmの範囲とすることが好ましい。
また、粒子濃度(合成粒子濃度)が高いほど光の利用効率が高くなるものの、合成粒子濃度が高いとロバスト性が低下してしまうことがわかる。すなわち、光の利用効率を高くして、かつ、ロバスト性を高くするためには、粒子濃度を所定の範囲にするのがこのましいことがわかる。この点については、のちに詳述する。
図2に示す導光板30では、光源ユニット28から出射され第1光入射面30cおよび第2光入射面30dから入射した光は、導光板30の内部に含まれる散乱体(散乱粒子)によって散乱されつつ、導光板30内部を通過し、直接、または背面30bで反射した後、光出射面30aから出射される。このとき、背面30bから一部の光が漏出する場合もあるが、漏出した光は導光板30の背面30b側に配置された反射板34によって反射され再び導光板30の内部に入射する。反射板34については後ほど詳細に説明する。
なお、本発明の薄型で2層に異なる粒子濃度の散乱粒子を混練分散させた、薄型(0.3〜4mm)の導光板の作製方法としては、1層目となる、散乱粒子を含有するベースフィルムを押し出し成型法等で作製し、作製したベースフィルム上に、散乱粒子を分散させたモノマー樹脂液体(透明樹脂の液体)を塗布した後、紫外線や可視光を照射して、モノマー樹脂液体を硬化させることで、所望の粒子濃度の2層目を作製して、フィルム状の導光板とする方法のほか、2層押し出し成形法等がある。
ここで、図示例の導光板30においては、第2層の厚さは、導光板の中央部で最も厚くなり、中央部から光入射面に向かうに従って、薄くなるように変化した後、光入射面近傍で再び厚くなるように滑らかに変化する形状としたが、本発明は、これに限定はされない。
図14(A)に本発明に係る導光板の他の一例の概略図を示す。
なお、図14(A)に示す導光板90は、図3に示す導光板30において、第1層と第2層との境界面zの形状を変更した以外は、同じ構成を有するので、同じ部位には、同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行う。
図14(A)に示す導光板90は、第1層92と、第1層92よりも粒子濃度が高い第2層94とから構成される。導光板90の第1層92と第2層94との境界面zは、光入射面の長手方向に垂直な断面で見た際に、2等分線αにおける光出射面30a(つまり光出射面の中央部)で第2層が最大厚さとなり、第1光入射面30cおよび第2光入射面30dに向かって第2層92が薄くなるように滑らかに変化して最小厚さtminとなり、さらに、第1光入射面30cおよび第2光入射面30d付近で、一旦、厚くなった後、再び薄くなるように連続的に変化している。
具体的には、境界面zは、導光板90の中央部の、光出射面30aに向かって凸の曲線と、この凸の曲線に滑らかに接続された凹の曲線と、この凹の曲線と接続され、光入射面30c、30dの背面30b側の端部に接続する凹の曲線とからなる。また、光入射面30c、30d上では、第2層92の厚さが0となる。
このように、第1層92よりも散乱粒子の粒子濃度が高い第2層94の厚さを、光入射面近傍で一旦、厚くなる第1極大値と、導光板中央部で最も厚くなる第2極大値とを有するように連続的に変化させることにより、散乱粒子の合成粒子濃度を、第1および第2光入射面(30cおよび30d)それぞれの近傍の第1極大値と、導光板中央部の、第1極大値よりも大きい第2極大値とを有するように変化させている。
すなわち、合成粒子濃度のプロファイルは、導光板30の中央で最大となる第2極大値を持ち、その両側に、図示例では、中央から光入射面(30dおよび30e)までの距離の約2/3の位置で極小値を持ち、さらに極小値よりも光入射面側に第1極大値を持つように変化する曲線である。
ここで、第2層92の厚さ(合成粒子濃度)の第1極大値の位置は、上部筺体44の開口部44aの境界の位置近傍に配置される。上部筐体44の開口部44aを形成する額縁部分に覆われる領域は、バックライトユニット20としての光の出射には寄与しない。
すなわち、光入射面30c、30dから第1極大値までの領域は、上部筐体44の開口部44aを形成する額縁部分に配置されるので、バックライトユニット20としての光の出射には寄与しない。つまり、光入射面30c、30dから第1極大値までの領域は、光入射面から入射した光を拡散するための、いわゆるミキシングゾーンMである。また、ミキシングゾーンMよりも導光板中央部の領域、すなわち、上部筺体44の開口部44aに対応する領域は有効画面エリアEであり、バックライトユニット20としての光の出射に寄与する領域である。すなわち、導光板90は、有効画面エリアEにおいて、図3に示す導光板30の境界面zと同様の形状の境界面zを有し、その両端部(光入射面側端部)の領域にミキシングゾーンMを有する。
このように、導光板90の第2層の厚さを、中央部で最大となる第2極大値を有する濃度とすることによって、大型かつ薄型な導光板であっても、光入射面30c、30dから入射する光を光入射面30c、30dからより遠い位置まで届けることができ、出射光の輝度分布を中高な輝度分布とすることができる。
また、光入射面30c、30d近傍に、合成粒子濃度の第1極大値を配置することによって、光入射面30c、30dから入射した光を、光入射面近傍で十分に拡散し、光入射面近傍から出射される出射光に、光源の配置間隔等に起因する輝線(暗線、ムラ)が視認されることを防止することができる。
また、合成粒子濃度の第1極大値となる位置よりも光入射面30c、30d側の領域を、第1極大値よりも低い合成粒子濃度とすることによって、入射した光が光入射面から出射される戻り光や、筺体に覆われていて利用されない光入射面付近の領域(ミキシングゾーンM)からの出射光を低減し、光出射面の有効な領域(有効画面エリアE)から出射する光の利用効率を向上させることができる。
ここで、本発明においては、導光板90は、第2層92の中央部の厚さtcenと導光板90の厚さTlgとが、0.3mm≦Tlg≦4mm、0.3≦tcen/Tlg≦1を満たす。これにより、上記のような形状の、大型かつ薄型な形状であっても、厚さの不均一さの影響が小さく、安定して、光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる。
また、図示例の導光板90においては、境界面zの、第1極大値の位置から、光入射面30c、30dまでの領域、すなわち、ミキシングゾーンMの形状は、光出射面30aに向かって凹の曲面としたが、本発明は、これに限定はされない。
図14(B)〜(F)に本発明に係る導光板の他の一例の概略図を示す。
なお、図14(B)〜(F)に示す導光板100、110、120、130および140は、図14(A)に示す導光板90において、ミキシングゾーンMにおける第1層および第2層の厚さ、すなわち、境界面zの形状を変更した以外は、同じ構成を有するので、同じ部位には、同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行なう。
図14(B)に示す導光板100は、第1層102と、第1層102よりも粒子濃度が高い第2層104とから構成される。ミキシングゾーンMにおける、第1層102と第2層104との境界面zは、第1極大値の位置に接続され、光出射面30aに向かって凸の曲面であり、光入射面30c、30dの背面30b側の端部に接続される形状である。
図14(C)に示す導光板110は、第1層112と、第1層112よりも粒子濃度が高い第2層114とから構成される。ミキシングゾーンMにおける、第1層112と第2層114との境界面zは、第1極大値の位置と光入射面30c、30dの背面30b側の端部に接続される平面である。
図14(D)に示す導光板120は、第1層122と、第1層122よりも粒子濃度が高い第2層124とから構成される。ミキシングゾーンMにおける、第1層122と第2層124との境界面zは、第1極大値の位置に接続され、光出射面30aに向かって凸の曲面であり、ミキシングゾーンMの略中央で背面30bに接続される形状である。
図14(E)に示す導光板130は、第1層132と、第1層132よりも粒子濃度が高い第2層134とから構成される。ミキシングゾーンMにおける、第1層132と第2層134との境界面zは、第1極大値の位置に接続され、光出射面30aに向かって凹の曲面であり、ミキシングゾーンMの略中央で背面30bに接続される形状である。
図14(F)に示す導光板140は、第1層142と、第1層142よりも粒子濃度が高い第2層144とから構成される。ミキシングゾーンMにおいては、導光板140は、第1層142のみで構成される。すなわち、境界面zは、第1極大値の位置を通り光入射面30c、30dに平行な平面を有する形状である。
図14(B)〜(F)に示す導光板のように、境界面zの形状を、第1極大値の位置から光入射面30c、30dに向かって、第2層の厚さが小さくなるように形成することにより、第1極大値の位置から光入射面側30c、30dまで領域(ミキシングゾーンM)の合成粒子濃度を、第1極大値よりも低い合成粒子濃度とし、入射した光が光入射面から出射される戻り光や、筺体に覆われていて利用されない光入射面付近の領域(ミキシングゾーンM)からの出射光を低減し、光出射面の有効な領域(有効画面エリアE)から出射する光の利用効率を向上させることができる。
なお、境界面zを形成する凹形および凸形の曲面は、光入射面の長手方向に垂直な断面において、円または楕円の一部で表される曲線であってもよいし、2次曲線、あるいは、多項式で表される曲線であってもよいし、これらを組み合わせた曲線であってもよい。
[実施例2]
実施例2として、図14(F)に示す導光板140を用いて、計算機シミュレーションにより、出射される光の規格化された照度分布を求めた。
なお、実施例2では、第2層144の厚さの分布を変更した以外は、実施例1と同様として、tcen/Tlgが0.4で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がA(効率100)の場合の照度分布を求めた。
図15(A)に、実施例1の第2層の理想厚さを実線で示し、実施例2の第2層の理想厚さを破線で示す。また、図15(B)に、図15(A)に示される形状を有する導光板から出射される光の照度分布を示す。
図15(A)に示されるように、実施例2の第2層の理想厚さは、光入射面近傍(ミキシングゾーンM)で厚さ0となる以外は、実施例1と同様の形状である。
図15(B)に示されるように、実施例2の導光板の照度の理想分布は、実施例1と比較して、光入射面近傍が低くなり、中央部分が高くなっている。すなわち、実施例2の導光板は、実施例1と比較してミキシングゾーンMでの出射光量を低減して、有効画面エリアEからの出射光量を増加させることができ、実質的な光の利用効率が向上していることがわかる。
次に、実施例2において、導光板の厚みに、図6、図9(A)〜(C)に示す誤差パターンそれぞれを付与した場合の出射光の照度分布(実分布)を求めた。結果を図16(A)〜(D)に示す。
図16(A)は、図6に示す誤差パターンを付与した場合の照度の実分布であり、実施例1の実分布を実線で、実施例2の実分布を破線で示す。図16(A)に示されるように、実施例2の照度の実分布は、実施例1と比較して、中央部分が高くなり光の利用効率が向上している以外は、実施例1と同様の傾向である。
同様に、図16(B)〜(D)は、それぞれ、図9(B)、(C)、(A)に示す誤差パターンを付与した場合の照度の実分布である。図16(B)〜(D)の場合にも、それぞれの実施例2の照度の実分布は、実施例1と比較して、中央部分が高くなり光の利用効率が向上している以外は、実施例1と同様の傾向である。
以上から、図14(A)〜(F)に示すような2層形状を有する導光板の場合にも、tcen/Tlgを0.3以上、1以下とすることにより、ロバスト性を向上させることができ、光の利用効率を高くしつつ、かつ、導光板の厚さの不均一さ(寸法公差)の影響を小さくし、導光板の厚さが不均一な場合であっても、照度分布が所望の分布からあまり変化せず、ムラが生じることを防止できる。
また、図示例においては、光出射面30aは平面としたが、これに限定はされず、光出射面を凹面としてもよい。光出射面を凹面とすることにより、導光板が熱や湿気によって伸縮した際に、導光板が光出射面側に反ることを防止することができ、導光板が液晶表示装置12に接触することを防止できる。
次に、光学部材ユニット32について説明する。
光学部材ユニット32は、導光板30の光出射面30aから出射された照明光をより輝度むら及び照度むらのない光にして、照明装置本体24の光出射面24aから出射するためのもので、図2に示すように、導光板30の光出射面30aから出射する照明光を拡散して輝度むら及び照度むらを低減する拡散シート32aと、光入射面30c,30dと光出射面30aとの接線と平行なマイクロプリズム列が形成されたプリズムシート32bと、プリズムシート32bから出射する照明光を拡散して輝度むら及び照度むらを低減する拡散シート32cとを有する。
拡散シート32aおよび32c、プリズムシート32bとしては、特に制限的ではなく、公知の拡散シートやプリズムシートを使用することができ、例えば、本出願人の出願に係る特開2005−234397号公報の[0028]〜[0033]に開示されているものを適用することができる。
なお、本実施形態では、光学部材ユニットを2枚の拡散シート32aおよび32cと、2枚の拡散シートの間に配置したプリズムシート32bとで構成したが、プリズムシートおよび拡散シートの配置順序や配置数は特に限定されず、また、プリズムシート、拡散シートとしても特に限定されず、導光板30の光出射面30aから出射された照明光の輝度むら及び照度むらをより低減することができるものであれば、種々の光学部材を用いることができる。
例えば、光学部材として、上述の拡散シート及びプリズムシートに、加えてまたは代えて、拡散反射体からなる多数の透過率調整体を輝度むら及び照度むらに応じて配置した透過率調整部材も用いることもできる。また、光学部材ユニットを、プリズムシートおよび拡散シートを各1枚ずつ用いるか、あるいは、拡散シートのみを2枚用いて、2層構成としてもよい。
次に、照明装置本体24の反射板34について説明する。
反射板34は、導光板30の背面30bから漏洩する光を反射して、再び導光板30に入射させるために設けられており、光の利用効率を向上させることができる。反射板34は、導光板30の背面30bに対応した形状で、背面30bを覆うように形成される。本実施形態では、図2に示すように、導光板30の背面30bが平面、つまり断面が直線形状に形成されているので、反射板34もこれに補形する形状に形成されている。
反射板34は、導光板30の背面30bから漏洩する光を反射することができれば、どのような材料で形成されてもよく、例えば、PETやPP(ポリプロピレン)等にフィラーを混練後延伸することによりボイドを形成して反射率を高めた樹脂シート、透明もしくは白色の樹脂シート表面にアルミ蒸着などで鏡面を形成したシート、アルミ等の金属箔もしくは金属箔を担持した樹脂シート、あるいは表面に十分な反射性を有する金属薄板により形成することができる。
上部誘導反射板36は、導光板30と拡散シート32aとの間、つまり、導光板30の光出射面30a側に、光源ユニット28および導光板30の光出射面30aの端部(第1光入射面30c側の端部および第2光入射面30d側の端部)を覆うようにそれぞれ配置されている。言い換えれば、上部誘導反射板36は、光軸方向に平行な方向において、導光板30の光出射面30aの一部から光源ユニット28の光源支持部52の一部までを覆うように配置されている。つまり、2つの上部誘導反射板36が、導光板30の両端部にそれぞれ配置されている。
このように、上部誘導反射板36を配置することで、光源ユニット28から出射された光が導光板30に入射することなく、光出射面30a側に漏れ出すことを防止できる。
これにより、光源ユニット28から出射された光を効率よく導光板30の第1光入射面30cおよび第2光入射面30dに入射させることができ、光利用効率を向上させることができる。
下部誘導反射板38は、導光板30の背面30b側に、光源ユニット28の一部を覆うように配置されている。また、下部誘導反射板38の導光板30中心側の端部は、反射板34と連結されている。
ここで、上部誘導反射板36および下部誘導反射板38としては、上述した反射板34に用いる各種材料を用いることができる。
下部誘導反射板38を設けることで、光源ユニット28から出射された光が導光板30に入射することなく、導光板30の背面30b側に漏れ出すことを防止できる。
これにより、光源ユニット28から出射された光を効率よく導光板30の第1光入射面30cおよび第2光入射面30dに入射させることができ、光利用効率を向上させることができる。
なお、本実施形態では、反射板34と下部誘導反射板38とを連結させたが、これに限定されず、それぞれを別々の部材としてもよい。
ここで、上部誘導反射板36および下部誘導反射板38は、光源ユニット28から出射された光を第1光入射面30cまたは第2光入射面30d側に反射させ、光源ユニット28から出射された光を第1光入射面30cまた第2光入射面30dに入射させることができ、導光板30に入射した光を導光板30中心側に導くことができれば、その形状および幅は特に限定されない。
また、本実施形態では、上部誘導反射板36を導光板30と拡散シート32aとの間に配置したが、上部誘導反射板36の配置位置はこれに限定されず、光学部材ユニット32を構成するシート状部材の間に配置してもよく、光学部材ユニット32と上部筐体44との間に配置してもよい。
次に、筐体26について説明する。
図2に示すように、筐体26は、照明装置本体24を収納して支持し、かつその光出射面24a側と導光板30の背面30b側とから挟み込み、固定するものであり、下部筐体42と上部筐体44と折返部材46と支持部材48とを有する。
下部筐体42は、上面が開放され、底面部と、底面部の4辺に設けられ底面部に垂直な側面部とで構成された形状である。つまり、1面が開放された略直方体の箱型形状である。下部筐体42は、図2に示すように、上方から収納された照明装置本体24を底面部および側面部で支持すると共に、照明装置本体24の光出射面24a以外の面、つまり、照明装置本体24の光出射面24aとは反対側の面(背面)および側面を覆っている。
上部筐体44は、上面に開口部となる照明装置本体24の矩形状の光出射面24aより小さい矩形状の開口が形成され、かつ下面が開放された直方体の箱型形状である。
上部筐体44は、図2に示すように、照明装置本体24及び下部筐体42の上方(光出射面側)から、照明装置本体24およびこれが収納された下部筐体42をその4方の側面部も覆うように被せられて配置されている。
折返部材46は、断面の形状が常に同一の凹(U字)型となる形状である。つまり、延在方向に垂直な断面の形状がU字形状となる棒状部材である。
折返部材46は、図2に示すように、下部筐体42の側面と上部筐体44の側面との間に嵌挿され、U字形状の一方の平行部の外側面が下部筐体42の側面部と連結され、他方の平行部の外側面が上部筐体44の側面と連結されている。
ここで、下部筐体42と折返部材46との接合方法、折返部材46と上部筐体44との接合方法としては、ボルトおよびナット等を用いる方法、接着剤を用いる方法等種々の公知の方法を用いることができる。
このように、下部筐体42と上部筐体44との間に折返部材46を配置することで、筐体26の剛性を高くすることができ、導光板30が反ることを防止できる。これにより、例えば、輝度むら及び照度むらがないまたは少ない光を効率よく出射させることができる反面、反りが生じ易い導光板を用いる場合であっても、反りをより確実に矯正でき、または、導光板に反りが生じることをより確実に防止でき、輝度むら及び照度むら等のない、または低減された光を光出射面から出射させることができる。
なお、筐体の上部筐体、下部筐体及び折返部材には、金属、樹脂等の種々の材料を用いることができる。なお、材料としては、軽量で高強度の材料を用いることが好ましい。
また、本実施形態では、折返部材を別部材としたが、上部筐体または下部筐体と一体にして形成してもよい。また、折返部材を設けない構成としてもよい。
支持部材48は、延在方向に垂直な断面の形状が同一の棒状部材である。
支持部材48は、図2に示すように、反射板34と下部筐体42との間、より具体的には、導光板30の背面30bの第1光入射面30c側の端部および第2光入射面30d側の端部に対応する位置の反射板34と下部筐体42との間に配置され、導光板30及び反射板34を下部筐体42に固定し、支持する。
支持部材48により反射板34を支持することで、導光板30と反射板34とを密着させることができる。さらに、導光板30及び反射板34を、下部筐体42の所定位置に固定することができる。
なお、本実施形態では、支持部材を独立した部材として設けたが、これに限定されず、下部筐体42、または反射板34と一体で形成してもよい。つまり、下部筐体42の一部に突起部を形成し、この突起部を支持部材として用いても、反射板34の一部に突起部を形成し、この突起部を支持部材として用いてもよい。
また、配置位置も特に限定されず、反射板と下部筐体との間の任意の位置に配置することができるが、導光板を安定して保持するために、導光板の端部側、つまり、本実施形態では、第1光入射面30c近傍、第2光入射面30d近傍に配置することが好ましい。
また、支持部材48の形状は特に限定されず、種々の形状とすることができ、また、種々の材料で作製することもできる。例えば、支持部材を複数設け、所定間隔ごとに配置してもよい。
また、支持部材を反射板と下部筐体とで形成される空間の全域を埋める形状とし、つまり、反射板側の面を反射板に沿った形状とし、下部筐体側の面を下部筐体に沿った形状としてもよい。このように、支持部材により反射板の全面を支持する場合は、導光板と反射板とが離れることを確実に防止することができ、反射板を反射した光により輝度むら及び照度むらが生じることを防止することができる。
バックライトユニット20は、基本的に以上のように構成される。
バックライトユニット20は、導光板30の両端にそれぞれ配置された光源ユニット28から出射された光が導光板30の光入射面(第1光入射面30c及び第2光入射面30d)に入射する。それぞれの面から入射した光は、導光板30の内部に含まれる散乱体によって散乱されつつ、導光板30内部を通過し、直接、または背面30bで反射した後、光出射面30aから出射する。このとき、背面から漏出した一部の光は、反射板34によって反射され再び導光板30の内部に入射する。
このようにして、導光板30の光出射面30aから出射された光は、光学部材32を透過し、照明装置本体24の光出射面24aから出射され、液晶表示パネル12を照明する。
液晶表示パネル12は、駆動ユニット14により、位置に応じて光の透過率を制御することで、液晶表示パネル12の表面上に文字、図形、画像などを表示する。
ここで、上記実施形態では、2つの光源ユニットを導光板の2つ光入射面に配置した両側入射であったが、これに限定はされず、1つの光源ユニットのみを導光板の1つの光入射面に配置した片側入射としてもよい。光源ユニットの数を減らすことで部品点数を削減し、コストダウンできる。
また、片側入射とする場合には、境界面zの形状が非対称な導光板としてもよい。例えば、1つの光入射面を有し、光出射面の2等分線よりも光入射面から遠い位置で導光板の第2層の厚さが最大になるような、第2層の形状が非対称な導光板でもよい。
図17(A)は、本発明の導光板の他の一例を用いるバックライトユニットの一部を示す概略断面図である。なお、図17(A)に示すバックライトユニット156においては、導光板30に代えて導光板150を有し、光源ユニット28を1つのみ有する以外は、バックライトユニット20と同じ構成を有するので、同じ部位には同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行う。
図17(A)に示すバックライトユニット156は、導光板150および導光板150の第1光入射面30cに対向して配置される光源ユニット28とを有する。
導光板150は、光源ユニット28が対向して配置される面である第1光入射面30cと、第1光入射面30cの反対側の面である側面150dとを有している。
また、導光板150は、光出射面30a側の第1層152と背面30b側の第2層154とにより形成されている。第1層152と第2層154との境界面zは、第1光入射面30cの長手方向に垂直な断面で見た際に、光入射面30cから側面150dに向かって、一旦、第2層154が薄くなるように変化し最小厚さtminとなった後、第2層154が厚くなるように変化して最大厚さとなり、再び、側面150d側で薄くなるように、滑らかに変化している。
具体的には、境界面zは、導光板150の光入射面30c側の、光出射面30aに向かって凹の曲線と、この凹の曲線に滑らかに接続される、側面150d側の凸の曲線とからなる。
すなわち、合成粒子濃度のプロファイルは、光入射面側で極小値を持ち、側面側で極大値を持つように変化する曲線である。
このように、1つの光源ユニットのみを用いる片側入射の場合には、導光板150の合成粒子濃度(第2層154の厚さ)を、光入射面30cに近い位置で極小値を有し、中央部よりも側面150d側で、極大値を有する濃度とすることによって、大型かつ薄型な導光板であっても、光入射面から入射する光を光入射面からより遠い位置まで届けることができ、出射光の輝度分布を中高な輝度分布とすることができる。
また、光入射面近傍の合成粒子濃度を極小値よりも高くすることによって、光入射面から入射した光を、光入射面近傍で十分に拡散することができ、光入射面近傍から出射される出射口に、光源の配置間隔等に起因する輝線(暗線、ムラ)が視認されることを防止することができる。
ここで、本発明においては、導光板150は、第2層154の中央部の厚さtcenと導光板150の厚さTlgとが、0.3mm≦Tlg≦4mm、0.3≦tcen/Tlg≦1を満たす。これにより、上記のような形状の、大型かつ薄型な形状であっても、厚さの不均一さの影響が小さく、安定して、光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる。
また、図17(A)に示す導光板150においては、光入射面30cに垂直な方向における第2層154の厚さを、極大値から側面150dに向かうに従って、薄くなる構成としたが、これに限定はされず、図17(B)に示す導光板160のように、第2層164の厚さを、極大値から側面150dまでの間は一定の厚さとしてもよい。
また、図17(A)および(B)に示す導光板においては、第2層の厚さが光入射面から離れるに従って、薄くなるように変化した後、厚くなる形状としたが、これに限定はされない。
図18(A)および(B)に示すバックライトユニット176、186は、バックライトユニット156において、導光板150の境界面zの形状を変更した以外は、バックライトユニット156と同様の構成を有するので、以下の説明においては、同じ部位には同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行う。
図18(A)に示すバックライトユニット176は、導光板170および導光板170の第1光入射面30cに対向して配置される光源ユニット28とを有する。
導光板170は、光出射面30a側の第1層172と背面30b側の第2層174とにより形成されている。第1層172と第2層174との境界面zは、第1光入射面30cの長手方向に垂直な断面で見た際に、第1光入射面30cから側面150dに向かって、第2層174が厚くなるように変化し、一旦、第2層174が薄くなるように滑らかに変化して最小厚さtminとなった後、再び、第2層174が厚くなるように滑らかに変化して最大厚さとなって、再び、側面150d側で薄くなるように、連続的に変化している。
具体的には、境界面zは、側面150d側の、光出射面30aに向かって凸の曲面と、この凸の曲面に滑らかに接続された凹の曲面と、この凹の曲面と接続され、光入射面30cの背面30b側の端部に接続する凹の曲面とからなる。また、光入射面30c上では、第2層154の厚さが0となる。
すなわち、散乱粒子の合成粒子濃度(第2層の厚さ)を、第1光入射面30c近傍の第1極大値と、導光板中央部よりも側面150d側で、第1極大値よりも大きい第2極大値を有するように変化させている。
また、図示は省略しているが、導光板150の合成粒子濃度の第1極大値の位置は、筺体の開口部の境界の位置に配置されており、光入射面30cから第1極大値までの領域は、光入射面から入射した光を拡散するための、いわゆるミキシングゾーンMである。
また、図18(B)に示すバックライトユニット186の導光板180は、第2層184の厚さを、第2極大値から側面150dまでの間は一定の厚さとした以外は、導光板170と同様の形状である。
ここで、本発明においては、導光板170および180は、第2層の中央部の厚さtcenと導光板の厚さTlgとが、0.3mm≦Tlg≦4mm、0.3≦tcen/Tlg≦1を満たす。これにより、図18(A)、(B)に示すような形状で、大型かつ薄型な形状であっても、厚さの不均一さの影響が小さく、安定して、光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる。
[実施例3]
実施例3として、図17(A)に示す導光板150の仕様を種々変更して、計算機シミュレーションにより、出射される光の規格化された照度分布を求めた。
なお、実施例3においては、側面150dに対面する反射板を配置し、側面150dから出射された光を再度、導光板内に入射される構成とした。
実施例31として、画面サイズが40インチに対応する導光板150を用いた。具体的には、第1光入射面30cから側面150dまでの長さLlg(導光板の長さ)を539mmとし、光出射面30aに垂直な方向の厚さTlg(導光板の厚さ)を2mmとし、内部に混錬分散させる散乱粒子の粒径は4.5μmとした導光板150を用いた。
このような導光板150において、出射光の中高度が異なる3種類(V1、V4、V7)の合成粒子濃度を求めた。出射光の分布が、中央の最も高い照度を100としたときに、光入射面近傍の最も低い照度が50となる合成粒子濃度をV1とする。また、出射光の分布が、中央の最も高い照度を100としたときに、光入射面近傍の最も低い照度が60となる合成粒子濃度をV4とする。また、出射光の分布が、中央の最も高い照度を100としたときに、光入射面近傍の最も低い照度が85となる合成粒子濃度をV7とする。
図19に合成粒子濃度[wt%]と導光板の位置[mm]との関係を示す。図19において、V1を実線で示し、V4を破線で示し、V7を一点鎖線で示す。
3種類のうち最も光の利用効率が高い合成粒子濃度V1の効率を100としたとき、合成粒子濃度V4の効率は99、合成粒子濃度V7の効率は97であった。なお、片側入射の場合は、光入射面に対向する側面に反射板を配置して、光を再利用することができるため、粒子数(粒子濃度)が異なっていても効率の差が小さい。
3種類の合成粒子濃度それぞれにおいて、導光板150の厚さTlgと第2層154の中央部の厚さtcenとの比tcen/Tlgと、第2層154の最小厚さtminと中央部の厚さtcenとの比tcen/tminを種々変更して、第2層に厚み誤差(不均一さ)を付与した場合の照度分布を求めた。
具体的には、第2層154の中央部の厚さtcenは、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm、0.975mmの6種類(最大厚さがそれぞれ0.4mm、0.6mm、0.8mm、1.2mm、1.6mm、1.95mm)とし、最小厚さtminと中央部の厚さtcenとの比tcen/tminは、5、3、2の3種類とした。
また、第2層154の厚みに付与する厚み誤差パターンは、図6に示す誤差パターンと同様とした。図20に、第2層の理想厚さと、誤差パターンを付与した時の厚さとを表すグラフを示す。図20において、理想厚さを実線で示し、誤差パターンを破線で示し、誤差付加厚さを一点鎖線で示す。
種々の合成粒子濃度、導光板150の厚さTlgと第2層154の中央部の厚さtcenとの比tcen/Tlg、第2層154の最小厚さtminと中央部の厚さtcenとの比tcen/tminの組み合わせにおいて、誤差パターンを付与した場合の照度分布(実分布)と、誤差パターンを付与しない場合の照度分布(理想分布)とを求めて比較した。
具体的には、実分布の、理想分布からの変化の平均[%]を求めた。結果を表11に示す。
さらに、理想分布に対して実分布が高くなる方向の変化の最大値と、低くなる方向の変化の最大値とを加算した値(変化の最大値)[%]を求めた。結果を表12に示す。なお、変化の最大値を求める際には、光入射面近傍は除いて実分布と理想分布とを比較した。
Figure 0005635472
Figure 0005635472
また、図21(A)〜(F)に、導光板の光出射面から出射される光の照度分布を測定した結果の例を示す。
図21(A)は、tcen/Tlgが0.3で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がV1(効率100)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図21(B)は、tcen/Tlgが0.46で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がV1(効率100)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図21(C)は、tcen/Tlgが0.3で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がV4(効率99)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図21(D)は、tcen/Tlgが0.46で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がV4(効率99)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図21(E)は、tcen/Tlgが0.3で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がV7(効率97)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
また、図21(F)は、tcen/Tlgが0.46で、tcen/tminが5で、合成粒子濃度がV7(効率97)の場合の、照度の実分布(一点鎖線)と理想分布(実線)とを示す。
以上、表11〜12、図21(A)〜(F)から、厚さの不均一さの影響により実際の厚さの変化率が大きくなりやすい厚さ4mm以下の薄型の2層導光板であっても、tcen/Tlgを0.3以上とすることにより、変化の平均を5%以下とし、また、変化の最大値を18%以下とすることができ、すなわち、ロバスト性を向上させることができ、光の利用効率を高くしつつ、かつ、導光板の厚さの不均一さ(寸法公差)の影響を小さくし、導光板の厚さが不均一な場合であっても、照度分布が所望の分布からあまり変化せず、ムラが生じることを防止できることがわかる。したがって、所望の照度分布を実現する導光板を得るために、寸法公差を小さくする必要がなく、安定して容易に製造することができることがわかる。
また、tcen/tminが大きいほど、変化の平均および変化の最大値が小さくなり、また、照度ムラが小さくなることがわかる。tcen/tminを2以上とすることにより、さらに、厚さの不均一さの影響を小さくすることができ、安定して、光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる点で好ましいことがわかる。
また、本発明の導光板を用いるバックライトユニットは、これにも限定はされず、2つの光源ユニットに加えて、導光板の光出射面の短辺側の側面にも対向して光源ユニットを配置してもよい。光源ユニットの数を増やすことで、装置が出射する光の強度を高くすることができる。
また、光出射面のみならず背面側から光を出射してもよい。
また、本発明の導光板は、散乱粒子の粒子濃度が異なる2つの層からなるものとしたが、これにも限定はされず、散乱粒子の粒子濃度が異なる3つ以上の層からなる構成としてもよい。
以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明を、より詳細に説明する。
[実施例4]
以下、本発明の導光板について、実施例に基づいてより具体的に説明する。
実施例4においては、図3に示す形状の2層の導光板を用いて、導光板のサイズ、合成粒子濃度(粒子数)を変更した場合の光の利用効率を求めた。なお、導光板のサイズおよび合成粒子濃度を変更した以外は、基本的に実施例1と同様の構成とした。すなわち、合成粒子濃度の分布は、中高な照度分布となり、かつ、出射光の中央の最も高い照度を100としたときに、光入射面近傍の最も低い照度が75となる分布とした。また、光の利用効率は、各サイズにおいて、最も効率が高くなる組み合わせの効率を100として相対的に求めた。
また、各サイズにおいて、誤差パターンを付加した場合の、粒子濃度と照度の変化の平均[%](理想分布からの変化の平均)との関係を求めた。
粒子数と効率との関係を求めた結果を図22に示し、粒子濃度と照度の変化の平均との関係を求めた結果を図23に示す。
図22は、横軸が、断面粒子数[個]で、縦軸が、効率[%]であり、20インチの場合を太実線の丸で示し、40インチの場合を破線の丸で示し、65インチの場合を短破線の丸で示し、100インチの場合を細実線の丸で示す。ここで、断面粒子数とは、入光部の長手方向において、単位長さ(mm)の体積中に含まれる粒子数である。
また、図23は、横軸が、(第2層の濃度−第1層の濃度)/平均濃度であり、縦軸が、照度の変化の平均であり、20インチの場合を太実線の丸で示し、40インチの場合を破線の丸で示し、65インチの場合を短破線の丸で示し、100インチの場合を細実線の丸で示す。
図22から、効率を90%以上とするためには、断面粒子数を28.4×10以上、62.6×10以下とすることが好ましいことがわかる。また、図23から、照度の変化の平均を0.04以下とするためには、(第2層の濃度−第1層の濃度)/平均濃度の値を、0.42以上、1.7以下とすることが好ましいことがわかる。
次に、導光板の厚さLlg、第2層の中央部の厚さtcen、最小厚さtmin、境界面zの凸の曲面の曲率半径R1、凹の曲面の曲率半径R2、第1層の粒子濃度Npo、第2層の粒子濃度Nprを設計変数として、各サイズの導光板において、断面粒子数が28.4×10以上、62.6×10以下となり、かつ、(第2層の濃度−第1層の濃度)/平均濃度の値が、0.42以上、1.7以下となる範囲を求めた。
求めた結果のうち、tcen/Tlg、tcen/tminの範囲を表13に示す。また、第1層の濃度Npoを横軸とし、第2層の濃度Nprを縦軸として、(Npo、Npr)の好ましい範囲を図25に示し、図25に示した(Npo、Npr)の範囲を表す座標を表14に示す。また、R1・Tlgを横軸とし、R2・Tlgを縦軸として、(R1・Tlg、R2・Tlg)の好ましい範囲を図24に示す。なお、図24に示した(R1・Tlg、R2・Tlg)の範囲を表す座標を表15に示す。
Figure 0005635472
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Figure 0005635472
表13に示すように、0.3≦tcen/Tlg≦1を満たすことにより、ロバスト性を向上させることができ、大型かつ薄型な形状であっても、厚さの不均一さの影響が小さく、安定して、光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる。
また、tcen/tminを2以上とすることにより、さらに、厚さの不均一さの影響を小さくすることができ、安定して、光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる。
また、R1・Tlg、R2・Tlg、は、各サイズにおいて、図24に示す範囲を満たすことが好ましい。これにより、さらに、厚さの不均一さの影響を小さくすることができ、安定して、光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる。
ここで、図24および表15から、R1・Tlg、R2・Tlgは、サイズ比の二乗に比例していることがわかる。したがって、導光板の長さLlgを用いて、R1・Tlg、R2・Tlgの好ましい範囲を表す座標を表すと、PR1(6000・(Llg/539)-、34000・(Llg/539))、PR2(21000・(Llg/539)-、16000・(Llg/539))、PR3(82000・(Llg/539)-、62000・(Llg/539))、PR4(29500・(Llg/539)-、67000・(Llg/539))、PR5(10000・(Llg/539)-、54000・(Llg/539))となる。Llg、R1、R2、Tlgが、PR1〜PR5の範囲内にあることが好ましい。
また、粒子濃度Npo、Nprは、各サイズにおいて、図25に示す範囲を満たすことが好ましい。
これにより、さらに、厚さの不均一さの影響を小さくすることができ、安定して、光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる。
ここで、図25および表14から、Npo、Nprは、サイズ比に反比例していることがわかる。したがって、導光板の長さLlgを用いて、Npo、Nprの好ましい範囲を表す座標を表すと、PNP1(0.001・(539/Llg)、0.02・(539/Llg))、PNP2(0.015・(539/Llg)、0.02・(539/Llg))、PNP3(0.022・(539/Llg)、0.035・(539/Llg))、PNP4(0.022・(539/Llg)、0.1・(539/Llg))、PNP5(0.02・(539/Llg)、0.15・(539/Llg))、PNP6(0.005・(539/Llg)、0.15・(539/Llg))、PNP7(0.001・(539/Llg)、0.1・(539/Llg))となる。Llg、Npo、Nprがこの範囲にあることが好ましい。
次に、例を挙げて、上記範囲について説明する。
実施例41として、画面サイズが40インチで、中央部の厚さtcen/導光板厚さTlgを0.6とし、中央部の厚さtcen/最小厚さtminを5とし、R1・Tlg、R2・Tlgをそれぞれ10000、54300とし、第1層の粒子濃度を0.005[wt%]とし、第2層の粒子濃度を0.138[wt%]とした導光板を用いた。すなわち、実施例41は、R1・Tlg、R2・Tlgの組み合わせが、好適な範囲を満たしていない。また、実施例41の光の利用効率は、100であった。
実施例42として、中央部の厚さtcen/導光板厚さTlgを0.6とし、中央部の厚さtcen/最小厚さtminを2とし、R1・Tlg、R2・Tlgをそれぞれ34000、26000とし、第1層の粒子濃度を0.011[wt%]とし、第2層の粒子濃度を0.042[wt%]とした導光板を用いた。すなわち、実施例42は、全ての設計変数が、上記の好適な範囲を満たすものである。また、実施例42の光の利用効率は、92であった。
また、比較例41として、中央部の厚さtcen/導光板厚さTlgを0.2とし、中央部の厚さtcen/最小厚さtminを3とし、R1・Tlg、R2・Tlgをそれぞれ40000、88000とし、第1層の粒子濃度を0.010[wt%]とし、第2層の粒子濃度を0.155[wt%]とした導光板を用いた。また、比較例41の光の利用効率は、98であった。
図26(A)に第1層の濃度を横軸とし、第2層の濃度を縦軸としたグラフを示し、図26(B)にR1・Tlgを横軸とし、R2・Tlgを縦軸としたグラフを示す。また、それぞれのグラフには、40インチの場合の好ましい範囲を太実線で示し、実施例41の位置を三角で示し、実施例42の位置を丸で示し、比較例41の位置をバツで示す。
また、図27(A)には、誤差パターンを付与した比較例41の導光板の光出射面から出射される光の照度分布(理想分布および実分布)を示し、図27(B)には、誤差パターンを付与した実施例41の導光板の光出射面から出射される光の照度分布(理想分布および実分布)を示し、図27(C)には、誤差パターンを付与した実施例42の導光板の光出射面から出射される光の照度分布(理想分布および実分布)を示す。
図27(A)〜(C)から、tcen/Tlgが、0.3以下の比較例41は、照度の実分布に大きな凹凸が発生し、ムラが生じていることがわかる。これに対して、本発明の実施例41および42は、比較例41と比べて照度の実分布の凹凸が小さく厚みの誤差(寸法公差)の影響が小さく、ロバスト性が高いことがわかる。また、R1・Tlg、R2・Tlgの組み合わせが好適な範囲に入らない実施例41と比べて、実施例42は、照度の実分布の凹凸がより小さく厚みの誤差(寸法公差)の影響がより小さいことがわかる。
[実施例5]
実施例5においては、図17に示す片側入射の導光板において、第2層の中央部の厚さtcen、最小厚さtmin、境界面zの凸の曲面の曲率半径R1、凹の曲面の曲率半径R2、第1層の粒子濃度Npo、第2層の粒子濃度Nprの好適な範囲を求めた。
まず、実施例3の結果から、出射光の変化の平均を5%以下とし、変化の最大値を18%以下とするためには、(第2層の濃度Npr−第1層の濃度Npo)/平均濃度の値を1.2以下とすればよいことがわかった。
次に、導光板の厚さLlg、第2層の中央部の厚さtcen、最小厚さtmin、境界面zの凸の曲面の曲率半径R1、凹の曲面の曲率半径R2、第1層の粒子濃度Npo、第2層の粒子濃度Nprを設計変数として、各サイズの導光板において、中高な照度分布となる合成粒子濃度(出射光の中央の最も高い照度を100としたときに、光入射面近傍の最も低い照度が50〜100の範囲となる合成粒子濃度)となり、かつ、0.3≦tcen/Tlg<1、2≦tcen/tmin≦20の範囲で、(第2層の濃度Npr−第1層の濃度Npo)/平均濃度の値が1.2以下を満たす範囲を求めた。
求めた結果のうち、tcen/Tlg、tcen/tminの範囲を表16に示す。また、第1層の濃度Npoを横軸とし、第2層の濃度Nprを縦軸として、(Npo、Npr)の好ましい範囲を表すグラフを図28に示し、図28に示した(Npo、Npr)の範囲を表す座標を表17に示す。また、R1・Tlgを横軸とし、R2・Tlgを縦軸として、(R1・Tlg、R2・Tlg)の好ましい範囲を表すグラフを図29に示す。なお、図29に示した(R1・Tlg、R2・Tlg)の範囲を表す座標を表18に示す。
Figure 0005635472
Figure 0005635472
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片側入射の導光板においては、粒子濃度Npo、Nprは、表17および図28に示す範囲を満たすことが好ましい。
これにより、さらに、厚さの不均一さの影響を小さくすることができ、安定して、光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる。
ここで、図28および表17から、Npo、Nprは、サイズ比に反比例していることがわかる。したがって、導光板の長さLlgを用いて、Npo、Nprの好ましい範囲を表す座標を表すと、PNP1(0.00016・(539/Llg)、0.054・(539/Llg))、PNP2(0.0012・(539/Llg)、0.018・(539/Llg))、PNP3(0.009・(539/Llg)、0.018・(539/Llg))、PNP4(0.0095・(539/Llg)、0.033・(539/Llg))、PNP5(0.0095・(539/Llg)、0.048・(539/Llg))、PNP6(0.007・(539/Llg)、0.088・(539/Llg))、PNP7(0.0007・(539/Llg)、0.088・(539/Llg))、PNP8(0.00016・(539/Llg)、0.058・(539/Llg))となる。Llg、Npo、Nprがこの範囲にあることが好ましい。
また、R1・Tlg、R2・Tlg、は、各サイズにおいて、図29に示す範囲を満たすことが好ましい。これにより、さらに、厚さの不均一さの影響を小さくすることができ、安定して、光の利用効率が高く、輝度むらが少ない光を出射することができ、中高なあるいは釣鐘状の明るさの分布を得ることができる。
ここで、図29および表16から、R1・Tlg、R2・Tlgは、サイズ比の二乗に比例していることがわかる。したがって、導光板の長さLlgを用いて、R1・Tlg、R2・Tlgの好ましい範囲を表す座標を表すと、PR1(20000・(Llg/539)-、180000・(Llg/539))、PR2(54000・(Llg/539)-、76000・(Llg/539))、PR3(135000・(Llg/539)-、135000・(Llg/539))、PR4(4500・(Llg/539)-、300000・(Llg/539))となる。Llg、R1、R2、Tlgが、PR1〜PR4の範囲内にあることが好ましい。
以上、本発明の導光板について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。
10 液晶表示装置
12 液晶表示パネル
14 駆動ユニット
20、156、166、176、186 バックライトユニット(面状照明装置)
24 照明装置本体
24a、30a 光出射面
26 筐体
28 光源ユニット
30、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180 導光板
30b 背面
30c 第1光入射面
30d 第2光入射面
32 光学部材ユニット
32a、32c 拡散シート
32b プリズムシート
34 反射板
36 上部誘導反射板
38 下部誘導反射板
42 下部筐体
44 上部筐体
44a 開口部
46 折返部材
48 支持部材
49 電源収納部
50 LEDチップ
52 光源支持部
58 発光面
60、92、102、112、122、132、142、152、162、172、182 第1層
62、94、104、114、124、134、144、154、164、174、184 第2層
150d 側面
α 2等分線
z 境界面

Claims (13)

  1. 矩形状の光出射面と、前記光出射面の対向する2つの端辺側にそれぞれ設けられ、前記光出射面に略平行な方向に進行する光を入射する2つの光入射面と、前記光出射面とは反対側の背面と、内部に分散される散乱粒子とを有する導光板であって、
    前記導光板は、前記光出射面に垂直な方向に重なる、前記光出射面側の第1層と、前記背面側で前記第1層よりも前記散乱粒子の粒子濃度が高い第2層との2つの層からなり、
    前記光入射面に垂直な方向において、前記2つの層の、前記光出射面に略垂直な方向の厚さがそれぞれ変化して、前記導光板の合成粒子濃度が変化するものであって、2つの前記光入射面に垂直な方向において、前記第2層が、中央部で最大厚さとなり、中央部から2つの前記光入射面それぞれに向かうに従って、薄くなって最小厚さt min となった後、再び、厚くなるように滑らかに変化した後、薄くなり、
    かつ、前記光出射面に垂直な方向の厚さをTlgとし、前記第2層の中央部の厚さをtcenとすると、0.3mm≦Tlg≦4mm、0.3≦tcen/Tlg≦1を満たすことを特徴とする導光板。
  2. 前記光入射面に垂直な方向において、前記中央部から前記光入射面に向かうに従って、前記第2層の厚さが、漸次、薄くなる領域を有し、前記領域での前記第2層の最小厚さをtminとすると、2≦tcen/tmin≦10を満足する請求項1に記載の導光板。
  3. 前記第1層と前記第2層との境界面が、2つの前記光入射面それぞれの側の、前記光出射面に向かって凹の曲面と、この2つの凹の曲面の間で、2つの曲面に滑らかに接続される、前記光出射面に向かって凸の曲面とからなる領域を有する請求項1または2に記載の導光板。
  4. 前記凸の曲面の曲率半径をR1とし、前記凹の曲面の曲率半径をR2とし、2つの前記光入射面の間の距離をLlgとすると、Tlg・R1を横軸、Tlg・R2を縦軸としたグラフにおいて、Tlg・R1、Tlg・R2が、5点PR1(6000・(Llg/539 、34000・(Llg/539))、PR2(21000・(Llg/539 、16000・(Llg/539))、PR3(82000・(Llg/539 、62000・(Llg/539))、PR4(29500・(Llg/539 、67000・(Llg/539))、PR5(10000・(Llg/539 、54000・(Llg/539))で囲まれる範囲内にある請求項に記載の導光板。
  5. 前記第1層の粒子濃度をNpoとし、前記第2層の粒子濃度をNprとすると、0.0004wt%≦Npo≦0.044wt%、0.008wt%≦Npr≦0.3wt%を満たす請求項1〜4のいずれか1項に記載の導光板。
  6. 前記第1層の粒子濃度をNpoとし、前記第2層の粒子濃度をNprとし、2つの前記光入射面の間の距離をLlgとすると、Npoを横軸、Nprを縦軸としたグラフにおいて、Npo、Nprが7点、PNP1(0.001・(539/Llg)、0.02・(539/Llg))、PNP2(0.015・(539/Llg)、0.02・(539/Llg))、PNP3(0.022・(539/Llg)、0.035・(539/Llg))、PNP4(0.022・(539/Llg)、0.1・(539/Llg))、PNP5(0.02・(539/Llg)、0.15・(539/Llg))、PNP6(0.005・(539/Llg)、0.15・(539/Llg))、PNP7(0.001・(539/Llg)、0.1・(539/Llg))で囲まれる範囲内にある請求項1〜5のいずれか1項に記載の導光板。
  7. 矩形状の光出射面と、前記光出射面の1つの端辺側に設けられ、前記光出射面に略平行な方向に進行する光を入射する1つの光入射面と、前記光出射面とは反対側の背面と、内部に分散される散乱粒子とを有する導光板であって、
    前記導光板は、前記光出射面に垂直な方向に重なる、前記光出射面側の第1層と、前記背面側で前記第1層よりも前記散乱粒子の粒子濃度が高い第2層との2つの層からなり、
    前記光入射面に垂直な方向において、前記2つの層の、前記光出射面に略垂直な方向の厚さがそれぞれ変化して、前記導光板の合成粒子濃度が変化するものであって、1つの前記光入射面に垂直な方向において、前記光入射面から離間するに従って、前記第2層が、一旦、厚くなった後、薄くなって最小厚さt min となり、再び、厚くなり最大厚さとなった後、薄くなるように連続的に変化しており、
    かつ、前記光出射面に垂直な方向の厚さをTlgとし、前記第2層の中央部の厚さをtcenとすると、0.3mm≦Tlg≦4mm、0.3≦tcen/Tlg≦1を満たすことを特徴とする導光板。
  8. 矩形状の光出射面と、前記光出射面の1つの端辺側に設けられ、前記光出射面に略平行な方向に進行する光を入射する1つの光入射面と、前記光出射面とは反対側の背面と、内部に分散される散乱粒子とを有する導光板であって、
    前記導光板は、前記光出射面に垂直な方向に重なる、前記光出射面側の第1層と、前記背面側で前記第1層よりも前記散乱粒子の粒子濃度が高い第2層との2つの層からなり、
    前記光入射面に垂直な方向において、前記2つの層の、前記光出射面に略垂直な方向の厚さがそれぞれ変化して、前記導光板の合成粒子濃度が変化するものであって、1つの前記光入射面に垂直な方向において、前記光入射面から離間するに従って、前記第2層が、一旦、厚くなった後、薄くなって最小厚さt min となり、再び、厚くなり最大厚さで一定となるように連続的に変化しており、
    かつ、前記光出射面に垂直な方向の厚さをTlgとし、前記第2層の中央部の厚さをtcenとすると、0.3mm≦Tlg≦4mm、0.3≦tcen/Tlg≦1を満たすことを特徴とする導光板。
  9. 前記光入射面に垂直な方向において、前記第2層が最小厚さtminとなる位置から最大厚さとなる位置までの領域における、前記第1層と前記第2層との境界面が、前記光出射面に向かって凹の曲面と、この凹の曲面に滑らかに接続される、前記光出射面に向かって凸の曲面とからなる請求項7または8に記載の導光板。
  10. 前記凸の曲面の曲率半径をR1とし、前記凹の曲面の曲率半径をR2とし、前記光入射面と、この光入射面に対向する面との間の距離をLlgとしたとき、Tlg・R1を横軸、Tlg・R2を縦軸としたグラフにおいて、Tlg・R1、Tlg・R2が、4点PR1(20000・(Llg/539 、180000・(Llg/539))、PR2(54000・(Llg/539 、76000・(Llg/539))、PR3(135000・(Llg/539 、135000・(Llg/539))、PR4(45000・(Llg/539 、300000・(Llg/539))で囲まれる範囲内にある請求項に記載の導光板。
  11. 前記第1層の粒子濃度をNpoとし、前記第2層の粒子濃度をNprとすると、0.0000573wt%≦Npo≦0.021wt%、0.0064wt%≦Npr≦0.19wt%を満たす請求項7〜10のいずれか1項に記載の導光板。
  12. 前記光入射面と、この光入射面に対向する面との間の距離をLlgとし、前記第1層の粒子濃度をNpoとし、前記第2層の粒子濃度をNprとすると、Npoを横軸、Nprを縦軸としたグラフにおいて、Npo、Nprが8点、PNP1(0.00016・(539/Llg)、0.054・(539/Llg))、PNP2(0.0012・(539/Llg)、0.018・(539/Llg))、PNP3(0.009・(539/Llg)、0.018・(539/Llg))、PNP4(0.0095・(539/Llg)、0.033・(539/Llg))、PNP5(0.0095・(539/Llg)、0.048・(539/Llg))、PNP6(0.007・(539/Llg)、0.088・(539/Llg))、PNP7(0.0007・(539/Llg)、0.088・(539/Llg))、PNP8(0.00016・(539/Llg)、0.058・(539/Llg))で囲まれる範囲内にある請求項7〜11のいずれか1項に記載の導光板。
  13. 前記光出射面が、前記背面に向かって凸の曲面である請求項1〜12のいずれか1項に記載の導光板。
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