JP6311988B2 - 導光板及び面光源装置 - Google Patents
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Description
図1は、特許文献1に開示された面光源装置を示す斜視図である。図1の面光源装置11では、導光板13はくさび状をした光導入部14と平板状をした導光板本体15とが一体に形成されている。光導入部14の光入射端面16には光源12が対向している。光導入部14の上面には傾斜面17が形成されている。導光板本体15の上面には、光出射面19が形成されている。
図4(A)及び図4(B)は、非特許文献1に開示された導光板の一部を示す斜視図である。この導光板26では、光導入部14の上面に形成された傾斜面17に、2種のパターン27、28を設けている。一方のパターン27は、光入射端面16から延びた比較的短いパターンであり、他方のパターン28は、光入射端面16から延びた比較的長いパターンである。パターン27とパターン28は交互に並べられており、パターン28の稜線の傾斜角はパターン27の稜線の傾斜角よりも小さい。
また、本発明に係る第2の導光板は、光を導入する光入射端面と、面状に広げた光を外部へ出射する光出射面と、前記光出射面を有する平板状の導光板本体と、前記光入射端面を有し、前記導光板本体の厚みよりも大きな最大厚みを有する光導入部と、前記導光板本体の厚みよりも大きな厚みを有する前記光導入部の第1の箇所と、前記導光板本体の厚みよりも大きな厚みを有するとともに前記第1の箇所よりも前記導光板本体の近くに位置する前記光導入部の第2の箇所と、前記光導入部の光出射側の面とその反対側の面のうち少なくとも一方の面において、前記第1の箇所と前記第2の箇所との間に設けられた第1の傾斜面と、前記第1の傾斜面と同じ側の面において、前記第2の箇所と前記導光板本体の端部との間に設けられた複数の第1のパターン要素と、前記第1の傾斜面に形成された複数の第2のパターン要素とを備え、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記第1のパターン要素は前記光入射端面に垂直な方向に対してそれぞれ平行に延び、かつ、前記第1のパターン要素又は隣接する前記第1のパターン要素の間の稜線と前記第2のパターン要素又は隣接する前記第2のパターン要素の間の稜線とが平行な方向に延びており、前記導光板本体の側面から見たとき、前記第1のパターン要素の稜線が前記第2の箇所から前記導光板本体の表面に向けて傾斜し、かつ、前記第1のパターン要素又は前記第1のパターン要素の間の稜線がそれぞれ前記第1の傾斜面の最大傾斜角よりも小さな平均傾斜角で傾斜し、前記第1のパターン要素の配列されているピッチと前記第2のパターン要素の配列されているピッチが異なり、前記第1のパターン要素又は隣接する前記第1のパターン要素の間の稜線と前記第2のパターン要素又は隣接する前記第2のパターン要素の間の稜線とが周期的に一直線状に並ぶことを特徴としている。
また、本発明に係る第1及び第2の導光板にあっては、第1の傾斜面に複数の第2のパターン要素が形成されているので、第1の傾斜面にも第2のパターン要素を設けることで導光板の光学的特性を改善することができる。
また、本発明に係る第1及び第2の導光板にあっては、導光板本体の表面に垂直な方向から見たとき、第1のパターン要素又は隣接する第1のパターン要素の間の稜線と第2のパターン要素又は隣接する第2のパターン要素の間の稜線とが一直線状に並んでいるものを含むので、第1及び第2のパターンの製作が容易になる。
さらに、本発明に係る第1の導光板にあっては、第1のパターン要素の配列されているピッチが、第2のパターン要素の配列されているピッチの半分(1/2倍)であるので、何本かおきに第1のパターン要素又は隣接する第1のパターン要素の間の稜線と第2のパターン要素又は隣接する第2のパターン要素の間の稜線とが一致することになる。
また、本発明に係る第2の導光板にあっては、第1のパターン要素の配列されているピッチと第2のパターン要素の配列されているピッチが異なり、第1のパターン要素又は隣接する第1のパターン要素の間の稜線と第2のパターン要素又は隣接する第2のパターン要素の間の稜線とが周期的に一直線状に並んでいるので、何本かおきに第1のパターン要素又は隣接する第1のパターン要素の間の稜線と第2のパターン要素又は隣接する第2のパターン要素の間の稜線とが一致することになる。
また、この実施態様においては、前記第1のパターン要素は、傾き方向が異なる少なくとも2つの斜面からなり、前記第1のパターン要素は、前記第2の傾斜面上に幅方向に沿って複数配列され、前記第1のパターン要素の前記光入射端面に平行な断面において、前記第1のパターン要素の各斜面に内部から外部へ向けて法線を立てたとき、前記光入射端面の中心を通過し前記光入射端面に垂直な中心線を挟む両側の領域においてそれぞれ、前記法線が前記中心線側に向いて傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が前記中心線と反対側に向いて傾いている斜面の横幅の総和よりも大きいことが望ましい。このような態様によれば、指向性変換パターンからの光の漏れを少なくできるとともに、指向性変換パターンで反射された光の指向特性を効率よく幅方向外側へ曲げることができる。
さらに、この実施態様においては、前記第1のパターン要素は、傾き方向が異なる少なくとも2つの斜面からなり、前記第1のパターン要素は、前記第2の傾斜面上に幅方向に沿って複数配列され、前記第1のパターン要素の前記光入射端面に平行な断面において、前記第1のパターン要素の各斜面に内部から外部へ向けて法線を立てたとき、前記光入射端面の中心を通過し前記光入射端面に垂直な中心線を挟む両側の領域においてそれぞれ、前記法線が前記中心線と反対側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度が、前記法線が前記中心線側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度よりも大きいことが望ましい。このような態様によれば、指向性変換パターンからの光の漏れを少なくできるとともに、指向性変換パターンで反射された光の指向特性を効率よく幅方向外側へ曲げることができる。
P/〔2・arcsin(1/n)〕
以下の領域に存在していることが望ましい。指向性変換パターンの形成されている領域が、光源の光出射側端面からP/〔2・arcsin(1/n)〕よりも遠くまで延びると、ある光源から出た光が隣の光源の前方の領域に入って光の利用効率が却って悪くなるためである。
以下、図6、図7を参照して本発明の実施形態による面光源装置31の構造を説明する。図6は本発明の実施形態1による面光源装置31を示す斜視図である。図7(A)は、面光源装置31の断面図であって、導光板33の光入射端面38及び光出射面39に垂直な面内における光の挙動を表している。図7(B)は、図7(A)のX部を拡大して示す。
光源32の光出射窓44の幅(w): 2mm
導光板33の幅: 4.7mm
光導入部35の最大高さ(T): 0.4mm
光入射端面38から第2の箇所P2までの距離: 1mm
光導入部35の長さ: 1.5mm
導光板本体34の高さ(t): 0.23mm
光入射端面38から表示用に用いることのできる領域の端までの距離(D): 2.5mm
導光板33の屈折率(n): 1.59
G=2D・tan(arcsin(1/n))+w …(式1)
の幅を有する領域(以下、評価領域46という。)を考える。言い換えると、この評価領域46の端は、光源32の光出射窓44の端からD・tan(arcsin(1/n))だけ幅方向へ進んだ位置にある。ただし、複数個の光源32が並んでいる場合(例えば、図26参照)には、上記式1で定義されるGの値と光源32のピッチ(P)とを比較し、光源32のピッチの方が上記式1のGよりも小さい場合には、光源32のピッチの値を評価領域46の幅として用いるものとする。また、この評価領域46の長さ方向は、導光板本体34の端から始まり、光入射端面38から離れる方向へ導光板本体34の端から距離Kの位置で終わる。距離Kは、3mm以下の一定値(例えば、1mm)である。また、距離Dは例えば2.5mm、光源32の発光幅wは例えば2mm、導光板33の屈折率nは例えば1.59である。よって、評価領域46は、図12に示すように、導光板本体34の端部に沿って延びた幅方向に長い矩形状(長さK、幅G)領域である。評価領域46の中央(光源32の正面)における平均輝度をAo、評価領域46の幅方向の端における平均輝度をAtとするとき、ホットスポット量はAo/Atで定義される。よって、ホットスポット量が1に近いほど輝度ムラが小さく、ホットスポット量が大きいほど輝度ムラが大きいことになる。
57°≦ω≦145°
の範囲にあれば、比較例よりも効率が向上することがわかる。
図15は、本発明の実施形態2による面光源装置51を示す平面図である。本発明の実施形態2による面光源装置51は、指向性変換パターン40aの断面形状に特徴を有するものである。実施形態2の面光源装置51では、指向性変換パターン40aの光入射端面38と平行な断面の形状が、非対称な形状となっている。その他の点については、実施形態1と同様であるので、実施形態1と同じ構造の部分には同じ符号を付すことによって説明を省略する。
Σαi×D1i/ΣD1i
で定義する。ここで、分母及び分子の総和の計算は、いずれも光軸Cの右側領域、または左側領域の斜面52aについて別々に行うものである。同様に、外向き法線の斜面52bの法線Nが垂線C´となす角度βの平均角度とは、外向き法線の斜面52bの法線Nが垂線C´となす角度をそれぞれβj、各斜面52bの横幅をそれぞれD2jとするとき(jは、外向き法線の斜面52bのそれぞれに付けた指標)、
Σβj×D2j/ΣD2j
で定義する。ここで、分母及び分子の総和の計算は、いずれも光軸Cの右側領域、または左側領域の斜面52bについて別々に行うものである。また、この平均角度の大小の比較も、光軸Cの右側領域と左側領域で別々に行う。特に、図18に示す例では、任意の箇所の隣合う2つの斜面52a、52bについて、外向き法線の斜面52bの法線Nが垂線C´となす角度βが、内向き法線の斜面52aの法線Nが垂線C´となす角度αよりも大きくなっている。
図25は本発明の実施形態3による面光源装置を示す平面図である。この実施形態では、水平面37a及び第1の傾斜面37bに光拡散パターン40bを設けていない。
つぎに、複数の光源32を備えた面光源装置61を説明する。図26は、導光板33の光入射端面38に対向させて複数個の光源32を配置した面光源装置61を示す平面図である。この面光源装置61においては、光源32はピッチPで配列されている。
γ = arcsin(1/n) …(式2)
と表される。ただし、nは、導光板33の屈折率である。よって、光導入部35内における光の広がりは、図26に示すように、光軸Cを中心として左右にγの範囲となる。指向性変換パターン40aにおける光の横方向への広がりgは、図26と上記式2より、
g=Stanγ≒S・γ=S・arcsin(1/n) …(式3)
となる。光軸Cからγの方向へ導光された光が隣の領域に入らないためには、この横方向広がりgが光源32のピッチPの1/2よりも小さければよいので、
g ≦ P/2 …(条件1)
となる。ただし、Sは、光源32の端面(発光面)から測った指向性変換パターン40aの端までの距離である。よって、指向性変換パターン40aに2方向から光が届かないようにするための条件は、上記式3と条件1から、
S ≦ P/〔2・arcsin(1/n)〕 …(条件2)
となる。
S ≦ P/〔2・arcsin(1/n)〕
という条件を満たすように決めれば、指向性変換パターン40aを最適設計することが可能になり、光漏れを減らして光利用効率を高めることができる。
図27は、指向性変換パターン40aの種々の断面形状を示す。図27(A)に示すものは、左右非対称な断面形状を有する指向性変換パターン40aを左右の領域で繰り返し配列させたものである。図27(B)は、左右非対称な断面形状を有する指向性変換パターン40aを、左右の領域で徐々に変形させながら配列させている。特に、指向性変換パターン40aの頂角を一定に保ったままで指向性変換パターン40aをその稜線の回りで徐々に回転させている。図27(C)のようにV溝状をした左右対称な断面形状の指向性変換パターン40aを繰り返し並べてもよい。また、図27(D)のように指向性変換パターン40の頂部を湾曲させたり、図27(E)のように断面多角形状の指向性変換パターン40aを配列させたものであってもよい。
図34は、本発明の面光源装置(例えば、実施形態1の面光源装置31)を用いた液晶表示装置71の概略断面図である。この液晶表示装置71は、導光板33の光出射面側に対向させて拡散板72、プリズムシート73及び液晶パネル74を重ねてあり、導光板33の裏面側に反射シート75を配置している。このような液晶表示装置71によれば、本発明の面光源装置の特徴を生かすことができ、液晶表示装置71の画面にムラが発生するのを防ぐことができ、液晶表示装置の画像品質を向上させることができる。
図35は、本発明の面光源装置又は液晶表示装置を用いたモバイル機器、すなわちスマートフォン81の平面図であって、正面にはタッチパネル付き液晶表示装置82を備えている。このようなスマートフォン81に本発明の面光源装置を用いれば、画面の輝度ムラを抑制できるので、表示画面の品位が向上する。また、本発明の面光源装置はスマートフォンなどの携帯電話以外にも、タブレット型コンピュータ、電子辞書、電子ブックリーダーなどのモバイル機器や電子機器にも適用できる。
32 光源
33 導光板
34 導光板本体
35 光導入部
36 レンチキュラーレンズ
37a、37d 水平面
37b 第1の傾斜面
37c 第2の傾斜面
38 光入射端面
39 光出射面
40a 指向性変換パターン(第1のパターン要素)
40b 光拡散パターン(第2のパターン要素)
Claims (23)
- 光を導入する光入射端面と、
面状に広げた光を外部へ出射する光出射面と、
前記光出射面を有する平板状の導光板本体と、
前記光入射端面を有し、前記導光板本体の厚みよりも大きな最大厚みを有する光導入部と、
前記導光板本体の厚みよりも大きな厚みを有する前記光導入部の第1の箇所と、
前記導光板本体の厚みよりも大きな厚みを有するとともに前記第1の箇所よりも前記導光板本体の近くに位置する前記光導入部の第2の箇所と、
前記光導入部の光出射側の面とその反対側の面のうち少なくとも一方の面において、前記第1の箇所と前記第2の箇所との間に設けられた第1の傾斜面と、
前記第1の傾斜面と同じ側の面において、前記第2の箇所と前記導光板本体の端部との間に設けられた複数の第1のパターン要素と、
前記第1の傾斜面に形成された複数の第2のパターン要素とを備え、
前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記第1のパターン要素は前記光入射端面に垂直な方向に対してそれぞれ平行に延び、かつ、前記第1のパターン要素又は隣接する前記第1のパターン要素の間の稜線と前記第2のパターン要素又は隣接する前記第2のパターン要素の間の稜線とが平行な方向に延びており、
前記導光板本体の側面から見たとき、前記第1のパターン要素の稜線が前記第2の箇所から前記導光板本体の表面に向けて傾斜し、かつ、前記第1のパターン要素又は前記第1のパターン要素の間の稜線がそれぞれ前記第1の傾斜面の最大傾斜角よりも小さな平均傾斜角で傾斜し、
前記第1のパターン要素の配列されているピッチは、前記第2のパターン要素の配列されているピッチの半分であることを特徴とする導光板。 - 光を導入する光入射端面と、
面状に広げた光を外部へ出射する光出射面と、
前記光出射面を有する平板状の導光板本体と、
前記光入射端面を有し、前記導光板本体の厚みよりも大きな最大厚みを有する光導入部と、
前記導光板本体の厚みよりも大きな厚みを有する前記光導入部の第1の箇所と、
前記導光板本体の厚みよりも大きな厚みを有するとともに前記第1の箇所よりも前記導光板本体の近くに位置する前記光導入部の第2の箇所と、
前記光導入部の光出射側の面とその反対側の面のうち少なくとも一方の面において、前記第1の箇所と前記第2の箇所との間に設けられた第1の傾斜面と、
前記第1の傾斜面と同じ側の面において、前記第2の箇所と前記導光板本体の端部との間に設けられた複数の第1のパターン要素と、
前記第1の傾斜面に形成された複数の第2のパターン要素とを備え、
前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記第1のパターン要素は前記光入射端面に垂直な方向に対してそれぞれ平行に延び、かつ、前記第1のパターン要素又は隣接する前記第1のパターン要素の間の稜線と前記第2のパターン要素又は隣接する前記第2のパターン要素の間の稜線とが平行な方向に延びており、
前記導光板本体の側面から見たとき、前記第1のパターン要素の稜線が前記第2の箇所から前記導光板本体の表面に向けて傾斜し、かつ、前記第1のパターン要素又は前記第1のパターン要素の間の稜線がそれぞれ前記第1の傾斜面の最大傾斜角よりも小さな平均傾斜角で傾斜し、
前記第1のパターン要素の配列されているピッチと前記第2のパターン要素の配列されているピッチが異なり、
前記第1のパターン要素又は隣接する前記第1のパターン要素の間の稜線と前記第2のパターン要素又は隣接する前記第2のパターン要素の間の稜線とが周期的に一直線状に並ぶことを特徴とする導光板。 - 前記第1のパターン要素又は前記第1のパターン要素の間の稜線の平均傾斜角は、3.5°以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の導光板。
- 前記導光板本体の表面を基準として、前記第2の箇所の高さが、前記第1の箇所の高さの3分の1以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の導光板。
- 前記第1の傾斜面と同じ側の面には、前記第2の箇所から前記導光板本体の表面に向けて傾斜した第2の傾斜面が設けられ、
前記第2の傾斜面は、前記第1の傾斜面の最大傾斜角よりも小さな平均傾斜角を有し、
複数の前記第1のパターン要素は前記第2の傾斜面に形成されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の導光板。 - 前記第2の傾斜面の平均傾斜角は、3.5°以下であることを特徴とする、請求項5に記載の導光板。
- 前記第2の傾斜面の高低差は、前記光導入部の最も厚みの大きな箇所の表面と前記光導入部の最も厚みの小さな箇所の表面との間の高低差の3分の1以下であることを特徴とする、請求項5に記載の導光板。
- 前記第1のパターン要素のうち少なくとも一部のパターン要素は、前記光入射端面と平行な断面が非対称形状であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の導光板。
- 前記第1のパターン要素は、傾き方向が異なる少なくとも2つの斜面からなり、前記第1のパターン要素は、前記第2の傾斜面上に幅方向に沿って複数配列され、
前記第1のパターン要素の前記光入射端面に平行な断面において、前記第1のパターン要素の各斜面に内部から外部へ向けて法線を立てたとき、前記光入射端面の中心を通過し前記光入射端面に垂直な中心線を挟む両側の領域においてそれぞれ、前記法線が前記中心線側に向いて傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が前記中心線と反対側に向いて傾いている斜面の横幅の総和よりも大きいことを特徴とする、請求項5に記載の導光板。 - 前記第1のパターン要素は、傾き方向が異なる少なくとも2つの斜面からなり、前記第1のパターン要素は、前記第2の傾斜面上に幅方向に沿って複数配列され、
前記第1のパターン要素の前記光入射端面に平行な断面において、前記第1のパターン要素の各斜面に内部から外部へ向けて法線を立てたとき、前記光入射端面の中心を通過し前記光入射端面に垂直な中心線を挟む両側の領域においてそれぞれ、前記法線が前記中心線と反対側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度が、前記法線が前記中心線側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度よりも大きいことを特徴とする、請求項5に記載の導光板。 - 前記光入射端面の中央を通過し前記光入射端面に垂直な中心線を境にする両側の領域のそれぞれにおいて、前記中心線と側面との間の領域を前記中心線と平行で、前記中心線と前記側面から等距離に位置する分割線によって分割したとき、前記中心線と前記分割線との間の領域に含まれる前記第1のパターン要素が形成されている領域の合計面積が、前記分割線と前記側面との間の領域に含まれる前記第1のパターン要素が形成されている領域の合計面積よりも小さいことを特徴とする、請求項1又は2に記載の導光板。
- 前記中心線を含む領域には、前記第1のパターン要素を設けないことを特徴とする、請求項11に記載の導光板。
- 前記中心線の両側に位置する2本の分割線により挟まれた領域には、前記第1のパターン要素を設けないことを特徴とする、請求項11に記載の導光板。
- 前記第1のパターン要素は、V溝状であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の導光板。
- 隣接する前記第1のパターン要素の間の頂角が90°以上170°以下であることを特徴とする、請求項14に記載の導光板。
- 前記第1のパターン要素は、V溝状であり、
前記第2のパターン要素は、V溝状であり、
隣接する前記第1のパターン要素の間の頂角が、隣接する前記第2のパターン要素の間の頂角に等しいか、又はそれよりも大きいことを特徴とする、請求項1又は2に記載の導光板。 - 前記光出射面に、複数のレンチキュラーレンズ形状を備えていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の導光板。
- 複数の前記レンチキュラーレンズの端部と複数の前記第1のパターン要素の端部とが、相貫していることを特徴とする、請求項17に記載の導光板。
- 請求項1又は2に記載した導光板と、前記導光板の光入射端面に対向させて配置した光源とを備えたことを特徴とする面光源装置。
- 前記光入射端面に対向する位置に複数個の前記光源が配置され、
前記光源の配置されている間隔をP、前記導光板の屈折率をnとすると、複数の前記第1のパターン要素は、前記光源の正面からの距離が、
P/〔2・arcsin(1/n)〕
以下の領域に存在していることを特徴とする、請求項19に記載の面光源装置。 - 請求項19に記載した面光源装置と、液晶パネルとを備えた液晶表示装置。
- 請求項21に記載した液晶表示装置を備えた電子機器。
- 請求項21に記載した液晶表示装置を備えたモバイル機器。
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