JPH0926510A

JPH0926510A - 導光板

Info

Publication number: JPH0926510A
Application number: JP7175144A
Authority: JP
Inventors: Naoaki Yamamoto; 直明山本; Tetsushi Yamamoto; 哲士山本; Noboru Shinto; 昇新堂
Original assignee: KASUGA KAGAKU KOGYO KK; Sekisui Plastics Co Ltd
Current assignee: KASUGA KAGAKU KOGYO KK; Sekisui Kasei Co Ltd
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 1997-01-28

Abstract

(57)【要約】【目的】導光板の一側面に光源Ｌを配置して、この光源
Ｌの光を透明樹脂製の導光板Ｐの中に導き、反射屈折さ
せながら、正面から発光させる導光板Ｐにおいて、液晶
表示の明るさが低下せず、かつ、拡散シートを使わない
で済むような、輝度ムラの少ない、拡散効果を有する導
光板Ｐを実現する。【構成】導光板Ｐの裏面のほぼ全域に、光源Ｌから入射
される光を反射屈折させる周期的な表面形状の変化（Ｖ
溝）を付けるとともに、前記透明樹脂に、この透明樹脂
とは屈折率の異なる透明高分子の粒子を０．０５重量％
以上３０重量％以下混入し分散させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置のバ
ックライト等に用いる導光板の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】導光板は、液晶表示装置の表示面とほぼ
同サイズの透明樹脂製の薄い板からなるものである。導
光板の使用方法は、図９に示すように、導光板の側面に
線光源Ｌ（冷陰極線管）を配置して、線光源Ｌの光を導
光板Ｐの中に導き、反射屈折させながら、導光板Ｐの正
面（以下「発光面」という）を通して光を発光させるこ
とである。

【０００３】前記発光面又はその裏面には、導光板Ｐの
内部を通る光の進行方向を一部直角に変えるための表面
形状の変化（例えばスクリーン印刷加工）が施されてい
る。さらに、前記裏面に接して白色反射シートが配置さ
れているとともに、前記発光面に接して、表面処理され
た半透明のポリエステルやアクリル等の薄い拡散シート
Ｓが１枚または必要ならば２枚重ねて配置されている。
この拡散シートＳは、発光に伴い発光面に必然的に生じ
る輝度ムラ（例えば縞模様）を防止して、光が自然な感
じで拡散されるようにするためのものである（特開平６
−９４９０４号、特開平６−１５５６７４号、特開平６
−２７３７６２号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記拡散シートＳは、
発光面の輝度ムラを防止するために必要なものである
が、この拡散シートＳの存在のために光の輝度が全体的
に低下し、液晶表示の明るさの低下につながるという問
題があった。また、薄いシートに表面処理する必要があ
るので、加工の手間とコストがかかり、これが液晶表示
装置の原価上昇につながるという問題もあった。

【０００５】したがって、拡散シートＳを使わないて済
むように、発光面の輝度ムラが十分抑制された導光板Ｐ
を実現することが望まれていた。このような輝度ムラの
少ない導光板Ｐを実現しようとすれば、導光板Ｐの発光
面又はその裏面の、周期的な表面形状の変化のピッチを
細かくすればよいことは容易に考えられる。

【０００６】しかし、ピッチを細かくすれば、導光板Ｐ
の内部を進む光を反射屈折させる効率が低下し、前記線
光源Ｌの光が導光板Ｐの中を進むに従って、なかなか発
光面から発光されず、光が導光板Ｐの内部に多く残っ
て、端面付近のみが光輝くという結果になり、液晶表示
の明るさが低下することが予想される。本発明は、液晶
表示の明るさが低下せず、かつ、拡散シートを使わない
で済むような、輝度ムラの少ない、拡散効果を有する導
光板を実現することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めの請求項１記載の導光板は、導光板の裏面のほぼ全域
に、光源から入射される光を反射屈折させる周期的な表
面形状の変化を付けるとともに、前記導光板は、透明樹
脂に、この透明樹脂とは屈折率の異なる透明高分子の粒
子を０．０５重量％以上３０重量％以下混入し分散させ
たものである。

【０００８】この構成であれば、導光板の一側面から導
光板内に入射された光の一部は、前記周期的な表面形状
の変化のために反射屈折され、導光板の正面（発光面）
から出射される。しかし、この周期的な表面形状の変化
のみでは、導光板の発光面から出射される光に縞模様が
出るので、視認性は悪化する。

【０００９】そこで、この視認性の悪化を防ぐために、
前記導光板に、透明樹脂とは屈折率の異なる透明高分子
の粒子を０．０５重量％以上３０重量％以下混入し分散
させる。このことにより、前記「周期的な表面形状の変
化」により反射屈折された光は、導光板の中を伝わると
きに、粒子のためのさらに拡散されて、導光板の表面か
ら明るく自然な感じで出射される。したがって、拡散シ
ートを使用するまでもなく、導光板からの発光の輝度ム
ラを十分抑制することができる。

【００１０】なお、前記「屈折率の異なる」程度は、
０．０１又はそれ以上であることが望ましい。この高分
子の粒子の添加量は、０．０５重量％未満であると、光
拡散効果が十分に表れず、３０重量％を越えると光拡散
効果が強すぎて、光が光入射端面の他端まで届かないよ
うになり発光面の輝度が急激に落ちてしまうので、この
範囲内の数値とすることが必要である。

【００１１】なお、透明樹脂に、透明樹脂とは屈折率の
異なる透明高分子の粒子を混入し分散させた光拡散性樹
脂自体は知られているので（特開平３−１４３９５０号
公報参照）、本発明は、この光拡散性樹脂を、拡散シー
トでなく導光板に直接適用し、拡散シートを不要にし、
若しくは従来２枚重ねて使用しているのを１枚にしよう
としたところ特徴があるといえる。

【００１２】混入する前記粒子は、架橋された高分子か
らなる球状のものであることが好ましい（請求項２）。
粒子は架橋されているために、熱変形温度が異なり樹脂
加工工程においても変形せず、球状を維持している。し
たがって、「周期的な表面形状の変化」により反射屈折
された光は、導光板の中を伝わるときに、図１に模式的
に示すように、球状の粒子のために各方位に効率よく拡
散される。

【００１３】前記高分子の粒子の平均直径は、１μｍ〜
５０μｍであることが好ましい（請求項３）。１μｍ以
下の平均粒子径であれば、光を拡散させる効果が少な
く、また５０μｍ以上の平均粒子径であれば、光を拡散
させる効果若しくは光をしゃ断する効果が強すぎて、光
が光入射端面の他端まで届かないようになり発光面の輝
度が落ちてしまうからである。なお、粒子の平均直径
は、５μｍ〜２０μｍのものがより好適に使用される。

【００１４】前記周期的な表面形状の変化として、導光
板の裏面のほぼ全域に、光源から入射される光を反射屈
折させる周期的な窪みを多数形成し、光源から入射され
る光の進行方向に沿って、前記窪みと窪みとの間に、光
が窪みに遮られることなくそのまま通ることができる通
過領域が設定されていることが好ましい（請求項４）。

【００１５】導光板の一側面から導光板内に入射された
光の一部は、前記窪みにより反射屈折され、導光板の正
面から出射されるが、他の一部は、前記窪みに遮られる
ことなくそのまま通過領域を通過する。しかし、この通
過領域を通る光は、通過領域を通るときに、透明樹脂中
の屈折率差あるいは分散された前記透明高分子の粒子等
により一部屈折され、その屈折光は、やはり窪みにより
反射屈折され、導光板の正面から拡散光として出射され
る。窪みにより反射屈折されなかった光は、さらにこの
通過領域を通り、先に形成された窪みにより反射屈折さ
れ、導光板の正面から拡散光として出射される。

【００１６】図２は、この通過領域（図ではＤで表して
いる）を通る光が、通過領域Ｄを通るときに屈折され、
その光の一部が、先に配列された窪みＧにとらえられる
様子を模式的に示したものである。このようにして、導
光板Ｐの一側面から導光板Ｐ内に入射された光は、その
一部が少しずつ窪みＧにより反射屈折されていき、徐々
に減衰する。窪みＧは導光板Ｐの裏面のほぼ全域に多数
形成されているものであるから、反射屈折される光は、
導光板Ｐの発光面から一様に出射することになり、透明
高分子の粒子による拡散効果とあいまって自然かつ均一
な発光を実現することができる。

【００１７】前記通過領域Ｄの幅は、導光板Ｐの光入射
側面から離れるに従って、徐々に細くなるように設定さ
れていることが好ましい。この構成によれば、前記通過
領域Ｄの幅は、導光板Ｐの光入射側面から離れるに従っ
て、徐々に細くなるように設定されていて、いいかえれ
ば、導光板Ｐ内に入射された光と直角の方向の窪みＧの
幅が徐々に広くなっている。窪みＧの幅が広くなるとい
うことは、光の反射屈折されていく割合が増加するとい
うことである。

【００１８】このことにより、導光板Ｐの一側面から導
光板Ｐ内に入射された光が、少しずつ窪みＧにより反射
屈折されていく割合を、光入射側面から離れるに従っ
て、徐々に増加させることができるので、導光板Ｐの正
面から光が同じ強さで出射されるよう調整することがで
きる。前記通過領域Ｄの幅は、導光板Ｐの中心部から周
辺に近づくに従って、細くなるように設定されているこ
とが好ましい。この構成によれば、前記通過領域Ｄの幅
は、導光板Ｐの中心部から周辺に近づくに従って、細く
なるように設定されていて、いいかえれば、窪みＧの導
光板Ｐ内に入射された光と直角の方向の幅が徐々に広く
なっている。

【００１９】これにより、導光板Ｐの一側面から導光板
Ｐ内に入射された光が、少しずつ窪みＧにより反射屈折
されていく割合を、導光板Ｐの中心部から周辺に近づく
に従って、徐々に増加させることができるので、導光板
Ｐの正面から光が同じ強さで出射されるよう調整するこ
とができる。また、前記多数の窪みＧは、千鳥状に配列
されていることが好ましい。この構成によれば、窪みＧ
は、千鳥状に配列されているので、前記通過領域Ｄを通
る光は、通過領域Ｄを通るときに自然に拡散され、その
光の一部は、次に配列された窪みＧにとらえられること
になる。

【００２０】もし、窪みＧを千鳥状に配列するのでな
く、縦横整列させると、配列された窪みＧは、先に配列
された窪みＧの影に入ってしまい、通過領域Ｄを通る光
は、先に配列された窪みＧに遮られて次に配列された窪
みＧにとらえられにくくなってしまう。しかし、窪みＧ
は千鳥状を配列すると、配列された窪みＧが、先に配列
された窪みＧの影に入ってしまうということがなく、通
過領域Ｄを通る光は、次々と窪みＧにとらえられて、導
光板Ｐの正面から出射する光に変換されていく。

【００２１】前記窪みＧは、基本的にＶカットされた溝
である。この構成によれば、光はこのＶ面に斜めに入射
して反射屈折される。このＶの深さを調整することによ
り、反射屈折の割合を調節することができるので、導光
板Ｐの正面から光が同じ強さで出射されるよう、Ｖの深
さを設定することができる。窪みＧは、Ｖカットされた
形状以外に、図３(a) に示すように丸く窪んだ形状でも
よく、図３(b) に示すように四角の窪んだ形状をしてい
てもよい。また、図３(c) に示すように鋸のカットのよ
うな形状でもよい。

【００２２】前記窪みＧの深さは、導光板Ｐの光入射側
面から離れるに従って、徐々に深くなるように設定され
ている。この構成によれば、前記通過領域Ｄの深さは、
導光板Ｐの光入射側面から離れるに従って、徐々に深く
なるように設定されていて、いいかえれば、窪みＧの導
光板Ｐ内に入射された光と直角の方向の深さが徐々に広
くなっている。窪みＧの深さが広くなるということは、
光の反射屈折されていく割合が増加するということであ
る。

【００２３】このことにより、導光板Ｐの一側面から導
光板Ｐ内に入射された光が、少しずつ窪みＧにより反射
屈折されていく割合を、光入射側面から離れるに従っ
て、徐々に増加させることができるので、導光板Ｐの正
面から光が同じ強さで出射されるよう調整することがで
きる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図４は、本発明の導光板の使用状
態を示す断面図であり、導光板Ｐは、液晶表示パネルＣ
の裏に取り付けられている。導光板Ｐの一端面（図では
左側）には、冷陰極線管等の線光源Ｌが配置されてい
て、この線光源Ｌの光が前記一端面を通して導光板Ｐの
内部に導入されるようになっている。導光板Ｐの下面に
は、導光板Ｐの内部に導入された光を下部に漏らさずに
反射させるための白色の反射板Ｒが密着状態で取り付け
られている。導光板Ｐの発光面には、拡散シートは取り
付けていない。

【００２５】導光板Ｐの素材（以下「基本素材」とい
う）は、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネー
ト、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン等の透明樹脂であ
ればよいが、対候性に優れるアクリル樹脂又は強度の高
いポリカーボネートが好ましい。これらの素材は無色透
明であってもよく、着色透明であってもよい。この導光
板Ｐには、基本素材と屈折率の異なる架橋された透明ポ
リマー微粒子が分散されている。ポリマーの種類として
は、ポリアクリル酸メチルなどのポリアクリル酸エステ
ル、ポリメタクリル酸メチルなどのポリメタクリル酸エ
ステル、ポリスチレンなどの樹脂のいずれか１種類、又
は屈折率の異なる樹脂の２種以上があげられる。これら
の透明ポリマー微粒子は無色透明であってもよく、着色
透明であってもよい。また、架橋剤としては、ジビニル
ベンゼン、ジエチレングリコールジメタクリレート、ト
リエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレン
グリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジ
アクリレート、トリエチレングリコールジアクリレー
ト、トリメチロールプロパントリメタレート、トリメチ
ロールプロパントリアクリレートなどを用いることがで
きる。架橋剤の添加量は、ポリマーの原料であるモノマ
ーに対して、５〜８０重量％の範囲であることが好まし
い。

【００２６】前記導光板Ｐを製造するには、基本素材に
透明ポリマー微粒子を混入し、溶融させ混練しながら押
出機により押出してペレットを作る。透明ポリマー微粒
子は架橋されていれば、基本素材が溶融してもその形状
を崩すことなく基本素材中に存在する。そして、このペ
レットを溶融させ射出成形して板状にし、溝を多数形成
して導光板Ｐを作る。また、ペレットを作る工程を省略
して、基本素材に透明ポリマー微粒子を混入し、溶融さ
せ混練しながら押出機によりシート状に押出して、溝を
多数形成して導光板Ｐを作ってもよい。

【００２７】なお、溝を多数形成するとき、量産性を考
慮すれば、溝の既に入った金型を使用して射出成形によ
り作ることが好ましい。なお導光板Ｐの厚みは全領域に
わたって均一であるのが通常であるが、光の入射する端
面から離れるに従って、少しずつ薄くテーパ状になって
いるものであってもよい。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比しなが
ら説明する。以下の比較例及び実施例に使用する導光板
のサイズはすべて共通で、光入射端面の長さ（横幅とい
う）は６８．７ｍｍ、縦幅は５９．４ｍｍ、厚さは４ｍ
ｍのものを用いた。＜比較例１＞透明アクリル板に格子パターンを印刷し
た、市販されている液晶カラーテレビの導光板を用意し
た。

【００２９】この比較例１の導光板は、全面にわたって
ほぼ同じ強さで発光を実現することができるが、溝Ｇの
有無に対応して輝度の変化が表れ、遠くから見ると格子
模様が生じている。＜実施例１〜４＞本実施例では、基本素材としてポリメ
タクリル酸メチル（商品名：ベルペット８０Ｎ，旭化成
工業株式会社製）を使用し、これに光拡散微粒子とし
て、架橋ポリメタクリル酸メチルの球状微粒子（商品
名：テクポリマーＭＢＸＫ−８Ｎ，平均粒子径８μｍ、
積水化成品工業株式会社製）を添加した。

【００３０】具体的には、基本素材に微粒子をそれぞれ
３，５，１５，３０重量％混入し、射出成形きにより、
厚さ４ｍｍの透明板を作り、断面Ｖ形の溝を溝ピッチ間
隔１．０ｍｍで多数形成して導光板とした。＜測定結果＞実際、これらの比較例１の導光板、及び実
施例１〜４の導光板に、線光源Ｌから光を入射させ、面
発光させてみた。

【００３１】そして、発光面の前中後左中右の９点にお
いて輝度を輝度計（デジタル照度計Ｔ−１Ｍ，ミノルタ
株式会社製）で測定したところ次の表１のような結果
（単位：ルックス）が得られた。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１の測定データを分析すると、比較例１
（スクリーン印刷）では、輝度の全平均値は３４６８ル
ックスであり、その標準偏差ルックスは２１９と、暗い
が比較的均一な発光が得られている。しかし、スクリー
ン印刷の格子縞が表れていて、拡散シートを用いなけれ
ば、この縞模様を消すことができなかった。実施例１
（粒子３重量％）では、輝度の全平均値は３７１１ルッ
クスであり、比較例１よりも明るいが、絶対的にはやや
暗い値である。これは、粒子による拡散のためであり、
暗くなった分だけ、光が拡散されていることを示す。ま
た、標準偏差は３４７ルックスと、やや大きくなってい
る。

【００３４】実施例２（粒子５重量％）では、輝度の全
平均値は３４５７ルックスであり、実施例１と比べてさ
らに暗くなる。したがって、光はかなり満足できる程度
に拡散されているといえる。しかも、標準偏差は２４６
ルックスと低く抑えられているので均一な発光が得られ
ていることが裏付けられる。実施例３（粒子１５重量
％）では、輝度の全平均値は３６３９ルックスであり、
光はかなり満足できる程度に拡散されているといえる。
しかし、標準偏差が４４５ルックスと大きく、輝度は光
入射端面から離れるにつれて落ち込んでいるので、面全
体で均一な発光は得られていない。

【００３５】実施例４（粒子３０重量％）では、輝度の
全平均値は３５４７ルックスであり、光はかなり満足で
きる程度に拡散されているといえる。しかし、標準偏差
が６１５ルックスとさらに大きく、輝度は光入射端面か
ら離れるにつれて急激に落ち込んでいるので、面全体で
均一な発光は得られていない。以上のことから、球状微
粒子が入っていない導光板では、縞模様が表れるので、
拡散シートを使用しなければならないことが確認でき
た。

【００３６】また、球状微粒子の入っている導光板で
は、全体に暗くなるが、光拡散効果が表れ、縞模様は低
減される。特に、球状微粒子が３重量％の場合は、光拡
散効果は表れるが、まだ少なく、球状微粒子が１５重量
％以上の場合は、光拡散効果が大きく表れ過ぎて、光が
光入射端の他端まで十分届かない。したがって、球状微
粒子が５重量％の場合が最適であるという結果が得られ
た。

【００３７】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の導光板によ
れば、導光板の一側面から導光板内に入射された光の一
部は、導光板の裏面の周期的な表面形状の変化のために
反射屈折され、導光板の中を伝わるときに、粒子のため
のさらに拡散されて、導光板の発光面から明るく自然な
感じで各方位に出射される。したがって、拡散シートを
使用するまでもなく、輝度ムラの少ない、どの角度から
見ても明るさの変わらない十分な拡散効果を有する導光
板を実現することができる。

【００３８】請求項２記載の導光板によれば、透明樹脂
に混入する前記粒子は、架橋された高分子からなる球状
のものであるので、樹脂加工工程においても変形せず、
「周期的な表面形状の変化」により反射屈折された光
は、導光板の中を伝わるときに、球状の粒子のために各
方位に効率よく拡散される。したがって、導光板の明る
さを向上させ、輝度ムラのさらに少ない導光板を実現す
ることができる。

【００３９】請求項３記載の導光板によれば、粒子の直
径を最適範囲の中から選んでいるので、「周期的な表面
形状の変化」により反射屈折された光は、導光板の中を
伝わるときに、各方位に効率よく拡散され、導光板の明
るさを向上させ、輝度ムラのさらに少ない導光板を実現
することができる。請求項４記載の導光板によれば、導
光板の裏面のほぼ全域に、光源から入射される光を反射
屈折させる周期的な窪みを多数形成し、前記窪みと窪み
との間に、光が窪みに遮られることなくそのまま通るこ
とができる通過領域を設定しているので、導光板の一側
面から導光板内に入射された光は、通過領域を通りつつ
導光板の裏面の全域に多数形成されている窪みにより少
しずつ反射屈折されていき、導光板の正面から一様に出
射されるので、前記粒子の反射屈折効果とあいまって均
一な面発光を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】導光板の裏面の「周期的な表面形状の変化」に
より反射屈折された光が、導光板の中を伝わるときに、
粒子のために各方位に効率よく拡散される様子を示す図
である。粒子は誇張して大きく描いているが、実際には
Ｖ溝の大きさの１０^-3から１０^-2のオーダーの大きさで
ある。

【図２】導光板の通過領域を通る光が、通過領域を通る
ときに自然に拡散され、その光の一部が、次に配列され
た窪みにとらえられる様子を模式的に示した図である。

【図３】窪みの、他の実施例に係る形状を示す図であ
る。

【図４】本発明の導光板の使用状態を示す断面図であ
る。

【図５】窪みの形成された面から導光板を見た平面図で
ある。

【図６】１つの溝の形状を示す断面図であり、同図(a)
は線光源の光が入射する方向から見た断面図、同図(b)
はＢ−Ｂ断面図を示す。

【図７】溝の底面長さｂと、溝の深さｒとが変化する様
子を示すグラフ図である。

【図８】通過領域幅ｄが変化する様子を示すグラフ図で
ある。

【図９】導光板の一般的な使用状態の説明図である。

【符号の説明】

Ｄ通過領域Ｇ溝Ｌ線光源Ｐ導光板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導光板の一側面に光源を配置して、この光
源の光を透明樹脂製の導光板の中に導き、反射屈折させ
ながら、正面から発光させる導光板において、導光板の裏面のほぼ全域に、光源から入射される光を反
射屈折させる周期的な表面形状の変化を付けるととも
に、前記導光板は、透明樹脂に、この透明樹脂とは屈折
率の異なる透明高分子の粒子を０．０５重量％以上３０
重量％以下混入し分散させてなるものであることを特徴
とする導光板。
【請求項２】混入される前記粒子は、架橋された高分子
からなる球状のものであることを特徴とする請求項１記
載の導光板。
【請求項３】前記高分子の粒子の平均直径は、１〜５０
μｍであることを特徴とする請求項２記載の導光板。
【請求項４】前記周期的な表面形状の変化として、導光
板の裏面のほぼ全域に、光源から入射される光を反射屈
折させる周期的な窪みを多数形成し、光源から入射される光の進行方向に沿って、前記窪みと
窪みとの間に、光が窪みに遮られることなくそのまま通
ることができる通過領域が設定されていることを特徴と
する請求項１記載の導光板。