JPH0651130A - 点光源を用いた面照明装置用導光板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 側面に点光源設置凹部（１）を複数個設けた
透明板からなる導光板（４）において、該側面の上記凹
部（１）と凹部との間に略三角形状の切れ込み（２）を
設けた点光源（３）を用いた面照明装置用導光板。 【効果】 低消費電力で、しかも輝度の均一性の高い面
照明装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置などに用い
られる面照明装置用導光板のうち、特に点光源を用いた
ものに関する。

【０００２】

【従来の技術】面照明装置は液晶表示装置などに用いら
れており、現在主流となっているのは図11及び図12に示
すように上記表示装置のある観察側から拡散フィルム
（７）、導光板（４）、反射フィルム（８）を順に重
ね、さらに側面に光源（６）を配置した構成である。こ
のうち導光板とは通常透明な平板の片面に格子点上に、
かつ光源（６）に近い方が小さい形のドットパターン
（10）という模様や、凸起又は凹穴が多数形成された物
である。なお多くの場合、ドットパターン（10）は観察
側の面（観察面）に対向する面（反射面）に形成されて
いる。

【０００３】そして導光板の側面から入った光は、反射
面と観察面で全反射を繰り返しながら伝達され、そのう
ちの一部の光はドットパターンで散乱されて観察側に射
出される。このとき図12に示すように予め光源（６）に
近い側のドットパターン（10）を小さくし、光源から遠
くなるほど大きくする事により、観察面の全面に渡って
一様に光を射出する事ができる。

【０００４】導光板に形成されたドットパターンで散乱
された光線の一部は、反射面から裏面にも射出される。
そこでこの光線を有効に利用するために裏面には反射フ
ィルムが配置されており、ここで反射された光は再び観
察側に向かう。また同様に、側面部にも反射手段を講じ
て光の利用効率を高める事も行われている。

【０００５】また多くの場合、導光板に形成されたドッ
トパターンが観察側から見える事は不適当であるため、
導光板の観察側には拡散フィルムを配置してそのドット
パターンが観察されないようにしてある。さらに照明装
置の輝度を全面で一様にするためにも拡散フィルムは用
いられる。

【０００６】次に光源は上記導光板の側面の位置に配置
され、棒状の蛍光管等の線光源が使われる事が多い。

【０００７】このような面照明装置の導光板に関する技
術は多数開示されており、例えばドットパターンを印刷
により光散乱性の白色インクで形成する方法や、また、
ドットパターンを透明板と一体な凸起又は凹穴として形
成する方法等がある。

【０００８】近年、液晶表示装置は多種多様に用いられ
るようになってきた。この中でも特に低消費電力である
事や装置が小型である事が望まれる分野がある。この場
合には光源として発光ダイオードが用いられるようにな
ってきた。発光ダイオートは蛍光管と比較して駆動電圧
が低く電源装置が簡素なため小型化でき、また、低消費
電力だからである。

【０００９】光源として発光ダイオード等の点光源用い
た面照明装置に用いられる導光板の例を図４に示す。こ
の場合、導光板（４）の光が入射する側面に凹部（１）
を設けて、ここに点光源が組み込まれるようにして装置
の小型化を図っている。この場合も線光源を用いた場合
と同様に反射面には印刷又は凸起や凹穴によりドットパ
ターンが形成される。また、点光源を用いる場合は輝度
が小さくなり易いので、導光板の観察側にもシボやヘア
ラインなどの微細な凹凸を形成して故意に光の伝達を抑
制し、輝度の不足を補う事も行われている。

【００１０】図４のように点光源を用いる場合には、通
常導光板の一つの側面に複数の点光源が配置される。一
つの装置に用いられる光源の個数は装置の発光面積や必
要とする明るさ、光源の輝度、また、許容される消費電
力などを考慮して決定される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし光源として発光
ダイオードを用いる照明装置の場合には、低消費電力で
あることが第１に要求される場合が多い。そこで現在こ
の要求に対しては、一つの照明装置に用いる発光ダイオ
ードの数を出来るだけ減らして最大限の明るさを得て、
消費電力を減らす事が試みられている。

【００１２】ところが、発光ダイオードの数を減らす
と、照明装置の明るさの均一性を保つ事が困難となる。
すなわち、発光ダイオードにごく近い領域では、発光ダ
イオードの近傍が非常に明るくなり、一方隣あった発光
ダイオードとの間の部分は比較的暗くなるので、狭い領
域内で極端に明暗の差が生じる。さらにまた光源付近で
は導光板のドットパターンは可能な限り小さくする必要
があるので、ドットの大きさで明るさを調整する事は困
難であって、明るさの違いを補正することはむずかし
い。特にドットパターンを凸起又は凹穴として導光板と
一体に形成した場合、光の散乱状態はドットへ入射する
光の方向性に依存するため、明るさの違いが大きくなり
易いという問題がある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、種々検討の結果、発明者らは導光板の側面部に、光
源の設置される凹部とは別に切れ込み部分を設けること
により、該切れ込み部分で入射してきた光を板内方向、
すなわち入射する側面から、対向する側面の方向に反射
させることができ、これにより明るさの均一性が得られ
ることを知見して本発明を得た。

【００１４】即ち本発明の面照明装置用導光板は、側面
に点光源設置凹部を複数個設けた透明板からなる導光板
において、該側面の上記凹部と凹部との間に略三角形状
の切れ込みを設けたことを特徴とするものであり、上記
略三角形状の切れ込みを、その二辺を外に向って凸の曲
線形状とするのは有効である。また透明板の片面に光源
に近い程小さく光源から遠い程大きくなる凸起又は凹穴
を多数形成し、またはさらにこの凸起又は凹穴を形成し
た面の反対面を粗面化するのはより効果的である。

【００１５】図１に本発明の原理を示す。図１中（１）
は点光源が設置される凹部、（２）は光を反射させるた
めの略三角形状の切れ込みである。点光源（３）より発
した光は凹部（１）より導光板（４）内に入射し、放射
状に拡散するが、そのうち一部の光は図１に示すように
切れ込み（２）が形成した側面により反射される。そし
て反射された光は隣合う点光源の間の比較的暗い部分に
向かい、ここを照射するため導光板面全体の明るさの均
一性が向上することになる。つまり、点光源の光を切れ
込みで反射させることにより、線光源を用いたような状
態に近づけられる事になる。

【００１６】

【作用】以下、本発明をさらに図を用いて説明する。本
発明では光を反射する切れ込みが、点光源より放射状に
広がる光を反射して線光源に近い状態にする機能を持
つ。そのため、切れ込みの形状は用いられる点光源の配
置を考慮して定められる。また、切れ込みを形成した部
分は照明装置の発光面としては使用できないため、場合
によっては許容される切れ込みの深さも考慮する必要が
ある。

【００１７】図７は略三角形状の切れ込みの形状の例を
示したものである。この切れ込みを形成する略三角形の
二辺は図７（Ａ）のように直線状でも良いし、図７
（Ｂ）のようになめらかな曲線になっていても良い。さ
らに光源の配置と許容される切れ込みの深さが適当であ
った場合には、図７（Ｃ）のように二辺を外側に凸の放
物線状に定める事ができる。この放物線状の反射面は、
点光源からの光を平行光線にする作用があり、図７
（Ｃ）の場合はこの効果を利用できるので一層の効果が
得られる。なおこの反射面を厳密に放物線状とする必要
はなく、円弧状など任意の曲線で近似しても良い。

【００１８】上記略三角形状に切れ込まれた側面（図１
中（２′））は平滑であっても良いし、粗面化されてい
ても良い。また、光反射性のフィルムを接着しても良い
し、光反射塗料を塗布しても良い。例えば、点光源の配
置と許容される切れ込みの深さが適当であり、反射させ
た光線の行路を最適に定める事ができる場合には、鏡面
反射（全反射）するように平滑にするか、さらには鏡面
処理する事が望ましい。また、最適な行路を定める事が
困難な場合には粗面化し、場合によっては光反射塗料を
塗布したり反射フィルムを接着して反射光の指向性を減
少させた方が、均一な照明が得易い。

【００１９】次に光源を組み込む凹部の形状は使用する
光源の形状や、光源の発光の指向性を考慮して決定す
る。光源が導光板に比較して十分に小さく、また、ほぼ
等方的な指向性であれば、図１に示すように半円形の凹
部（１）にすると反射のために設けた略三角形状の切れ
込み（２）の形状の設計が容易となる。また、光源が導
光板に比較して大きい場合には、装置の小型化のために
光源の形状に合わせた凹部の形状とする必要が生じる。
また、光源の発光の指向性がある方向に極端に片寄って
いる場合には、これを補正し照明装置の面の輝度の均一
性を高めるために、光が入射する凹部の形状を光学的に
設計して定める必要が生じる。

【００２０】また光が入射する点光源設置凹部の側面は
光利用効率を高めるために平滑である事が望ましいが、
上述のように光源に指向性がある場合には粗面化して、
導光板内に入射する光を散乱させ、輝度の均一性を高め
る事もできる。

【００２１】本発明の導光板の観察面は点光源設置側の
側面より入射した光を光ファイバーのように伝達させる
ために平滑に形成する事が望ましいが、光源の配置や照
明装置の形状によって光を伝達する距離が短い場合に
は、観察面にシボやヘアラインなどの微細な凹凸を形成
して粗面化し、積極的に光の伝達性を低下させ、明るい
照明とすることもできる。

【００２２】次に本発明の導光板に形成されるドットパ
ターンは従来の技術と同様に形成する事ができる。そし
て光源から遠ざかるほど単調にドットが大きくなるよう
に形成するのが良いが、さらに光源設置側面以外の側面
での反射を考慮して該側面部付近でドットが小さくなる
ようにしても良い。あるいは、ドツトの大きさばかりで
なく、ドットのピッチを変更する事により、輝度の均一
性を得る方法もある。また、ドットの形状も円形、長方
形、三角形など点光源の配置によって使い分ける事がで
きる。特にドットパターンを多数の凸起又は凹穴によっ
て形成する場合は、その平面形状を円形のドットとする
と輝度の均一性を高くし易い。

【００２３】なおドットのピッチは導光板の観察側に配
置される拡散フィルムで判別不可能となる程度に小さい
必要がある。ピッチが大きいとドットの部分が明るく、
ドット間の部分が暗い明暗のむらになってしまう。許容
される最大のピッチは拡散フィルムの性能と導光板の厚
みに依存するため一概には定められないが、導光板の厚
みが薄くなるほどピッチを小さくする必要がある。

【００２４】さらに本発明の導光板は従来の導光板と同
様に、光が入射する側面以外の側面に反射手段を施し
て、光の利用効率を高める事ができる。例えば、そのよ
うな側面に白色又は鏡面状の反射フィルムを張り付けた
り、白色のインクにより側面を印刷する方法がある。

【００２５】また本発明の導光板は点光源に関して適用
されるものであり、例えば発光ダイオードや豆電球があ
る。もちろんそのほかの点光源についても使用可能であ
る。光源の位置は図１中（１）で示した凹部内の位置で
あれば特に問題はない。光源と凹部の周面は密着してい
てもよいし、また、間隔が空けられていても良い。例え
ば本発明の導光板を使用する照明装置の部品加工精度や
組立精度が十分に高く、使用用途としても衝撃による光
源の破損などを考慮する必要がなければ、導光板の凹部
と光源とを密着させて使用する事も可能である。もちろ
ん光源の破損を避けるために安全を見て光源と凹部周面
との間に距離を明けておく場合もある。

【００２６】本発明の導光板は、従来の点光源を用いた
場合導光板と同様に照明装置に組み込んで使用される。
すなわち、観察面に拡散フィルムを配置し、反射面には
反射フィルムを配置して使用される。拡散フィルム及び
反射フィルムは特に限定されるものではない。拡散フィ
ルムは導光板の厚みや導光板に形成されるドットピッチ
を考慮して選択され、導光板の厚みが薄く、ドットピッ
チが大きくなるほど拡散性の高いものが必要となる。ま
た、反射フィルムは拡散反射性の高いものを選択する方
が明るい照明装置が得られるため好ましい。

【００２７】また反射フィルムを使用する代わりに、図
10に示すように反射フィルムと同様の機能を果たす白色
の材料によって導光板を内設するホルダー（９）を作成
し、該ホルダーに予め点光源（３）を設置して、これに
導光板を設置して使用すると、部品点数と組立工程数が
減少するのでより望ましい。

【００２８】本発明の導光板に用いる材料は透明材料で
あれば特に制限されない。透明材料としては例えばポリ
メチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレ
ン等の透明樹脂やガラスがある。この中でも特にポリメ
チルメタクリレートを用いる事が、透明性、耐候性、加
工性等の点で望ましい。

【００２９】また本発明の導光板の製造方法は特に制限
されるものではない。例えば平板状の透明材料を所定の
大きさに切り出し、その一側面を本発明の形状に加工し
てさらにその片面にドットパターンを印刷して作成する
方法や、本発明の側面形状を持つ平板が得られるような
金型を作成し、この金型を用いて射出成形により透明樹
脂製の成形品を得た後、ドットパターンを印刷して導光
板を作成する方法、また、本発明の側面形状を持ち、か
つ片面にドットパターンの凸起又は凹穴が形成される金
型を用いて射出成形により透明樹脂製の導光板を作成す
る方法等がある。

【００３０】これらの方法の中でも、特に金型を用いて
射出成形により側面形状とドットパターンを同時にかつ
一体に作成する方法が作業工程数が少なく、簡便である
ため優れている。この際使用される金型には切削加工や
エッチングなどの手法により側面形状とドットパターン
の凸起又は凹穴に対応する形状が形成される。もちろ
ん、この他の方法で金型を作成しても良い。

【００３１】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する

【００３２】（実施例１）予め作成しておいた金型を用
いて、アクリル樹脂ペレット（旭化成工業（株）製、デ
ルペット６０Ｎ）を射出成形する事により、図２に示す
ような大きさ３cm×４cm、厚さ 1.5mmで反射面となる片
面にピッチ 0.5mmで最小 0.1mmから最大0.4mm の直径の
円柱状の多数の突起物からなるドットパターンを形成
し、同時に点光源を設置する側面に点光源設置凹部
（１）を半円状に形成し、かつこれら凹部（１）間に三
角形状の切れ込み（２）を形成した導光板成形品（４）
を作成した。なお該導光板の観察面、及び側面は平滑に
形成した。

【００３３】該導光板の反射面側に反射フィルム（東レ
（株）製、ルミラー１８８Ｅ・６２）を、また、観察面
に拡散フィルム（ＫＩＭＯＴＯ製、光拡散フィルムＤ２
０４）を重ねて周辺３mmを両面テープで固定した。そし
てこの導光板の点光源設置凹部（１）に１cmの間隔で発
光ダイオード（シャープ（株）製、高輝度タイプ）を３
個配置して面照明装置を構成した。そしてこの発光ダイ
オードを３Ｖの直流電源に接続して発光させ、図２中Ａ
→Ａ′で示した部分の輝度を輝度計（ミノルタ製、ｎｔ
−１／３°Ｐ）で測定した。その結果図８に実線（Ｐ）
で示すように、最も明るい部分と最も暗い部分の輝度の
比は 1.308となり、目視観察でも明暗の差は気にならな
くなった。

【００３４】（実施例２）実施例１と同様な大きさであ
り、導光板の点光源側の側面部の切れ込み（２）の形状
が略三角形の二辺が外に向って凸の放物線状となるよう
な金型を用いて、実施例１と同様に図３のような導光板
を成形して反射フィルム、拡散フィルム、発光ダイオー
ドをセットして輝度の測定を行った。その結果図８に１
点鎖線（Ｑ）で示すように、明るい部分と暗い部分の輝
度の比が 1.209となり、より輝度の均一性が優れた照明
装置が得られた。

【００３５】（実施例３）実施例１で用いた導光板の点
光源側の切れ込み（２）の側面に白色のインクを塗布し
たものを作成し、実施例１と同様に反射フィルムと拡散
フィルム、及び発光ダイオードをセットして輝度の測定
を行った。その結果図８に２点鎖線（Ｒ）で示すよう
に、明るい部分と暗い部分の輝度の比が 1.019となり、
より輝度均一性が優れた照明装置が得られた。

【００３６】（実施例４）予め作成しておいた金型を用
いて、アクリル樹脂ペレット（旭化成工業（株）製、デ
ルペット６０Ｎ）を射出成形する事により、大きさ６cm
×８cm、厚さ 1.8mm、片面にピッチ 0.6mmで最小 0.1mm
から最大 0.5mmの直径を有する円柱状の多数の突起物か
らなるドットパターンを形成し、同時に点光源設置凹部
（１）を方形に形成し、かつこれら凹部（１）間に略三
角形の切れ込み（２）であってその二辺を外に向って凸
の放物線状となるものを形成した導光板成形品を作成し
た。得られた導光板の形状を図５に示す。なお該導光板
の観察面、及び側面は平滑に形成した。

【００３７】得られた導光板に実施例１と同様に反射フ
ィルムと拡散フィルムを配置し、また、この点光源設置
凹部（１）内に 1.2cmの間隔で発光ダイオードを５個配
置し、５Ｖの直流電源に接続して発光させ、図５中Ｂ→
Ｂ′で示した部分の輝度を輝度計で測定した。その結果
図９に実線（Ｘ）で示すように、明るい部分と暗い部分
の輝度の比が 1.049となり、目視観察でも明暗の差は気
にならなくなった。

【００３８】（比較例１）実施例１と同様な大きさであ
るが、図４のように点光源設置側の側面に切れ込みがな
い導光板を金型により成形し、反射フィルム、拡散フィ
ル、発光ダイオードをセットして上記と同様に輝度の測
定を行った。その結果図８に破線（Ｓ）で示されるよう
に輝度の比が 1.069となり、目視観察すると容易に明暗
が確認できて不適当であった。

【００３９】（比較例２）実施例４と同様な大きさであ
るが図６のように、点光源設置側の側面に切れ込みがな
い導光板を金型を用いて成形し、反射フィルム、拡散フ
ィルム、発光ダイオードをセットして上記と同様に輝度
の測定を行った。その結果図９に破線（Ｙ）で示される
ように輝度の比が 1.069となり、目視観察すると容易に
明暗が確認できて不適当であった。

【００４０】

【発明の効果】本発明によって光源として必要最小限の
発光ダイオードを用いたため低消費電力であり、しかも
輝度の均一性の良い面照明装置を得る事が出来る。ま
た、本発明は原理的に点光源を用いた面発光装置であれ
ば有効であり、発光ダイオード以外の光源にも適用する
事が出来る。さらに光ファイバーなどを用いて外部の光
源から光を導き、これを使用する場合にも有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導光板の原理を示す説明図である。

【図２】本発明の一実施例を示す平面図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す平面図である。

【図４】比較例を示す平面図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例を示す平面図であ
る。

【図６】他の比較例を示す平面図である。

【図７】本発明の導光板の側面に設ける切れ込みの形状
の例を示すもので、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）共に要部平面図
である。

【図８】本発明例及び比較例の導光板の輝度を測定した
結果を示す実測図である。

【図９】同じく実測図である。

【図10】導光板ホルダーを示す斜視図である。

【図11】面照明装置の一例を示す側面図である。

【図12】同じく平面図である。

【符号の説明】

１ 点光源設置凹部 ２ 略三角形状の切れ込み ３ 点光源 ４ 導光板 ６ 光源 ７ 拡散フィルム ８ 反射フィルム ９ ホルダー 10 ドットパターン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 側面に点光源設置凹部を複数個設けた透
   明板からなる導光板において、該側面の上記凹部と凹部
   との間に略三角形状の切れ込みを設けたことを特徴とす
   る点光源を用いた面照明装置用導光板。
2. 【請求項２】 略三角形状の切れ込みが、その二辺を外
   に向って凸の曲線形状とした請求項１記載の面照明装置
   用導光板。
3. 【請求項３】 透明板の片面に、光源に近い程小さく、
   光源から遠い程大きくなる凸起又は凹穴を多数形成した
   請求項１又は２記載の面照明装置用導光板。
4. 【請求項４】 凸起又は凹穴を形成した面の反対面を粗
   面化した請求項３記載の面照明装置用導光板。