JPH09265823A

JPH09265823A - 面発光装置

Info

Publication number: JPH09265823A
Application number: JP8074728A
Authority: JP
Inventors: Yukio Yoshikawa; 幸雄吉川; Takeharu Yamagami; 丈晴山上; Masafumi Ono; 雅史小野; Keiichirou Tomosada; 圭一郎友貞; Norimichi Kato; 則道加藤
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 1997-10-07

Abstract

(57)【要約】【課題】導光板に設けられる凹部の密度を無段階に差を
設ける場合において、場所による凹部の形状のばらつき
の発生を防ぐことができ、互いに隣接する凹部間の間隔
をより少なくして凹部の配設密度を上げることができ、
光源から離れた導光板外部へ射出する光の量をより多く
する。【解決手段】光源を光透過性の導光板１の側方または
両側方に配設し、光源の光を導光板内部に導光し、発光
面に並設される拡散板で光を散乱させて照明を行う面発
光装置において、発光面に対向する裏面に光源からの距
離に略比例した高い密度で配設される多数の凹部６を成
形するための型凸部１０３を、頂角θの切削工具３０で
切削加工した母型Ｍから得られる成形金型１０１を用い
て光透過性の樹脂材料から射出成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は所定面積を有するＬ
ＣＤ（液晶表示装置）などを背面から照明するために用
いられる面発光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】所定面積を有するＬＣＤなどを背面から
照明する際に、先ず最初に考慮しなければならない点と
して、光源から発生する光をＬＣＤの所定面積の全ての
部位に渡って均一にすることが挙げられる。

【０００３】そこで、従来より、光源を光透過性が高い
素材から形成される導光部材の側方に配置し、光源から
の光を導光部材の面方向に導光して、導光部材の発光面
に並設される発光部材に対して導光部材の発光面から放
出される光を散乱させるように構成する場合において、
導光部材の発光面と反対側面において多数の突起部を形
成しておき、これらの突起部において光源からの光を反
射する一方、光源から遠い部分に突起部をより多く形成
するようにして発光面の明るさが均一になるようにした
面発光装置が多く実用化されている。

【０００４】このように構成される面発光装置によれ
ば、導光部材を光透過性が高い例えばアクリル樹脂材料
を用いて射出成形して量産しているが、この射出成形に
おいて導光部材成形用のキャビティを備えた金型は化学
エッチングにより主に加工されている。

【０００５】図６は、従来の導光板１０の拡大断面図
（ａ）と、導光板１０を射出加工するために使用される
射出成形金型２０１の拡大断面図（ｂ）である。

【０００６】先ず、図６（ｂ）において、射出成形金型
２０１により導光板１０の突起部１６を成形するための
型凹部２０２を化学エッチングにより加工形成する際
に、金型のキャビティイの底面部位を所定ピッチ及び所
定開口面積の開口孔部２０３ａを設けたレジスト膜２０
３で覆ってから、エッチング液を導入して開口孔部２０
３ａを介して接触する面を侵食により掘り込んで形成し
た後に、レジスト膜２０３を取り除くようにして射出成
形金型２０１のキャビティを形成するようにしている。

【０００７】このように加工形成される射出成形金型２
０１を使用して、図６（ｂ）に図示されるように厚さＨ
の導光板１０であって突起部１６を多数形成したものを
射出成形して、上記のように導光部材１０の発光面１０
ａにおいて光源からの光を反射する一方、光源から遠い
部分において突起部１６をより多く形成するようにして
発光面における明るさが均一になるようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように化学エッチング加工によって金型キャビティを加
工すると、開口孔部２０３ａが小径ドットの時には半球
状になり、また大径ドットの時には鍋底状の形状になる
ことが知られている。

【０００９】また、化学エッチング工程の途中で所謂オ
ーバーエッチングが発生した場合には、図６（ｂ）に図
示のようなアンダー部２０２ａが形成される。また、突
起部１６ｂの直径寸法ｄが例えばΦ０．５ｍｍ以下のよ
うに小さくなり、かつ配置ピッチが１ｍｍ以下に狭くな
ると連通部２０２ｂが形成されることがあるので、この
ような金型を用いて射出成形される導光板１０の突起部
１６には図示のような不良箇所１６ａ、１６ｂが形成さ
れることになる。

【００１０】この結果、光源からの光Ｌが突起部１６の
不良箇所１６ａで乱反射されたり、また突起部１６で反
射されてから発光面１０ａに向けて指向するようにでき
なくなり、光を効率的に光源から離れた導光板部位に正
常に導くような形状を選択する事ができず、所望の性能
が得られなくなる問題点があった。

【００１１】さらにまた、化学エッチング加工は薬液濃
度、温度等の管理が特に難しく、突起部の密度を無段階
に差を設けるようにする場合には、部位によるばらつき
の発生を防ぐことは非常に困難であった。このために、
互いに隣接する突起部１６間の間隔を多く必要となり、
突起部の配設密度を上げることができず、おのずから限
度があり、導光板外部へ射出する光の量をより多くし
て、輝度アップを図ることができないものであった。

【００１２】一方、発光面に対向する裏面に光源からの
距離に略比例した高い密度で多数の凹部を設けること
で、導光板内における入射光を凹部で反射させることで
導光板の発光面に指向させるように構成することで、か
なり良い結果が得られることが知られている。

【００１３】しかしながら、このように導光板の裏面に
おいて凹部を例えば射出成形装置を用いて成形するため
には金型のキャビティの底面において凹部に対応する多
数の型凸部を設けなけらばならなうが、上記の化学エッ
チングでは事実上加工不可能であるので殆ど実施されて
いなかった。

【００１４】したがって、本発明は上述した問題点に鑑
みてなされたものであり、導光板に設けられる凹部の密
度を無段階に差を設ける場合において、場所による凹部
の形状のばらつきの発生を防ぐことができ、互いに隣接
する凹部間の間隔をより少なくして凹部の配設密度を上
げることができ、光源から離れた導光板外部へ射出する
光の量をより多くできるようにして、全体的な輝度アッ
プを大幅に達成できる面発光装置の提供を目的としてい
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明によれば、光源を光透過
性の板状の導光部材の側方または両側方に配設し、前記
光源の光を前記導光部材の内部に導光し、前記導光部材
の発光面に並設される拡散部材で光を散乱させて照明を
行う面発光装置において、前記発光面に対向する裏面に
前記光源からの距離に略比例した高い密度で配設される
多数の凹部を成形するための型凸部を、頂角θの切削工
具で切削加工した母型から得られる成形金型を用いて、
光透過性の樹脂材料から射出成形することを特徴として
いる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態について
図面を参照して述べると、図１は、例えば自己発光能力
のない液晶のバックライト用として使用される面発光装
置の横断面図である。また、図２は図１のＸ‐Ｘ矢視断
面図を示したものである。

【００１７】両図において、光源部４は高輝度発光ダイ
オード（ＬＥＤ）を基板５上にボンディングしてから、
シリコン樹脂乃至エポキシ樹脂等で封止するように形成
されており、図示のように基板５の電極部が外部に出る
ようにして、図示しない電源部に電極部を接続すること
で点灯できるようにして、面発光装置単独での製造及び
供給を可能にしている。

【００１８】一方、図示のように平面状に形成される導
光板１は液晶の平面状の表示面１５と略同様の形状と面
積を有しており、その入光側面１ｆにおいて上記の一対
の光源部４を収容する形状部を形成するとともに、その
材質として透明なアクリル樹脂、ポリカーボネート（Ｐ
Ｃ）樹脂等から射出成形される。また、この導光板１の
発光面１ａと左右側面１ｄ、１ｅと反対面１ｃと裏面１
ｂは夫々鏡面ないし鏡面に近くなるように成形されてお
り、裏面１ｂ上において無数の円錐状の凹部６を規則的
に形成している。

【００１９】これらの凹部６の配置は、図２に図示のよ
うに光源４に近い部位では横ピッチＰｗと縦ピッチＰｄ
が疎状態になるように配設する一方で、光源４から離間
するにつれて次第に横ピッチＰｗと縦ピッチＰｄが密状
態になるようにし、さらにまた、図示のように極力千鳥
状になるように配設することで、光源４からの光が隣接
する凹部６の遠方まで確実に到達できるようにシュミレ
ーション解析に基づき凹部６を配設している。

【００２０】一方、図示のように箱状に形成される反射
枠３は、上記の導光板１を略隙間なく収容する寸法と形
状に成形される。また、この反射枠３は、例えば白色樹
脂から射出成形するか、または無電界メッキすることに
より形成される反射面としての反射内面３ａ、３ｂ、３
ｃ、３ｄを設けており、各反射内面で反射した光が拡散
板２に向かうようにしている。

【００２１】以上が、面発光装置の概略構成であって、
その寸法は液晶サイズに応じて適宜決定されるものであ
り、また、大型の場合には光源４として線光源となる蛍
光燈が採用される。また、バックライトが横長になる場
合には、図１、２に示したように構成される面発光装置
の反射内面３ｂを取り除き、この部分を基準線として左
右対称にして一対分を対向するように設けて、凹部６が
その中央部位で密状態になるように配設するようにして
も良い。また、反射内面３ｃ、３ｄのいずれかを取り除
き、この部分を接合面として一対分を並設するように設
けて、幅が広くなるように配設しても良い。

【００２２】図３（ａ）は、導光板１に入光する光Ｌの
反射の様子を示した模式図であり、（ｂ）は凹部６にお
ける光Ｌの反射の様子を示した要部断面図である。

【００２３】先ず、図３（ａ）において、光源４から出
射した光であって、図中の破線で図示した光Ｌは、アク
リル樹脂の屈折率ｎ＝１．４９のために臨界角βは４
２．１６°となり、各面に入射角４２．１６°以上で入
射した場合において全反射することになる。即ち、導光
板１からの垂線と成す角度αで導光板１に対して入光し
た光は臨界角βで屈折することになるが、屈折率ｎ＝ｓ
ｉｎα／ｓｉｎβの関係式においてαを９０°として、
ｓｉｎβ＝ｓｉｎ（９０°）／ｎから臨界角βの４２．
１６°が求まることになる。

【００２４】同様に、ＰＣ樹脂の場合はｎ＝１．５９の
ために、臨界角は３８．９７°で、各面に入射角３８．
９７°以上で入射した場合に全反射することになる。

【００２５】したがって、アクリル樹脂から成形される
導光板１の入光側面１ｆから入射した光Ｌの内、臨界角
βの４７．８４°以上の角度で入射した光は左右側面１
ｄ、１ｅと裏面１ｂの凹部６以外の部分で全て全反射さ
れて発光面１ａに指向するようになる。同様に、ＰＣ樹
脂の場合も入光側面１ｆから入射した光は全て全反射す
る。

【００２６】以上のような全反射を繰り返しながら、反
対面１ｃまで達した光は、導光板１から外部に出射され
てから、反射枠３の反射内面３ｂで反射されてから、再
度導光板１に入射する。

【００２７】次に、本願発明の最も特徴的である凹部６
は、図３（ｂ）に図示のように裏面１ｂ上に形成されて
おり、凹部６の反射面６ａに対する入射角が臨界角β以
上であれば全反射する。一方、発光面１ａにおいて入射
角が臨界角β以下の場合には、反射せず導光板１から外
部に屈折出射して、拡散板２に達して、そこで拡散す
る。また、発光面１ａで入射角が臨界角β以上であれ
ば、全反射し、導光板内を導光する。

【００２８】一方、裏面１ｂに対して臨界角β以下で入
光した光は、裏面１ｂ面から出射して、反射枠３の反射
面３ａに指向し、さらに反射されて、再度、導光板１に
入射されて発光面１ａに指向する。

【００２９】以上のようにして拡散板２で拡散された光
は、面光源を形成することになり液晶用バックライトの
場合において、ＬＣＤ透過パターン１５を通過して、表
示することになる。

【００３０】また、凹部６は図示のように導光板１の裏
面１ｂから発光側面１ａに向けて円錐状に突出するよう
に形成されており、その先端を半径ｒの球状にする一方
で、頂角θが１３０°以下になるように形成されてい
る。このように凹部６を形成することにより、裏面１ｂ
に対して臨界角β以上で入光した光であって、本来は裏
面１ｂ面で全反射導光されるべき光を凹部６の反射面６
ａにおいて全反射して、発光面１ａに指向させて、発光
側面１ａで全反射せず出光させる。

【００３１】以上のように形成される凹部６を、上記の
ように光源４から離間するにつれて次第に横ピッチＰｗ
と縦ピッチＰｄが密状態になるようにし、さらに極力千
鳥状になるように配設することで、光源４からの光が反
対面１ｃまで確実に到達できるようになる。

【００３２】尚、突起部の頂角θを種々実験したとこ
ろ、９０°近辺で効率が最も良いことが確認され、凹部
６の高さｈは０．０５ｍｍ、直径ｄは０．２５ｍｍで、
最も高密度に凹部６を設ける部位であって反対面１ｃに
近い部位における横ピッチＰｗと縦ピッチＰｄを０．３
ｍｍまで狭くすることができ、後述のようにかなり良い
結果を得ることができた。

【００３３】次に、図４は以上のように射出成形される
導光板用の金型の製造工程（ａ）、（ｂ）及び成形終了
工程（ｃ）を示した模式図である。先ず、図４（ａ）に
おいて、真鍮素材から予め導光板１の外形形状になるよ
うに加工された母型Ｍを自動機２００上にセットする。
この母型Ｍの加工表面は鏡面仕上げされており、この後
に、切削工具３０を図示のように上下Ｚ，前後Ｘ，左右
Ｙ方向に相対的に自動送りしつつ、頂角θを先端部位に
おいて有した切削工具３０を所定回転させ、所定の切削
送り量で型凹部１０２を切削加工する。

【００３４】この切削工程において、導光板１の凹部６
を成形するための型凹部１０２の密度の高い部分（横ピ
ッチＰｗと縦ピッチＰｄが例えば、０．３ｍｍ以下の部
位）は、切削加工前に加工された型凹部１０２によりこ
れから加工しようとする型凹部１０２の形状に影響を与
えて、変形させる虞があるために、光源４により近い部
位の型凹部１０２から順に切削加工する事により、加工
時に発生する避けられない形状歪を凹部６内における光
源の反射面６ｂ（図３（ｂ））側のみに限定する事がで
きるようにしている。

【００３５】即ち、上記のように反射に寄与する反射面
６ａは、凹部６の光源４から近い側の面において切削工
具３０により正確な頂角θで加工されることになるの
で、凹部６内で光を反射する際に与える影響を最小限に
する事ができる。

【００３６】以上のようにして、導光板１の凹部６を成
形するための型凹部１０２が多数切削加工された母型Ｍ
を自動機２００から取り外してから、電気鋳造工程（電
鋳）に移行する。

【００３７】この電気鋳造は従来より良く知られている
技術であるのでその詳細は省略するが、簡単に述べる
と、図４（ｂ）に示すように、母型Ｍの外周面にニッケ
ル等のメッキ層１１０を所定厚まで形成した後に、母型
Ｍを剥離させて除去する。この結果、型凹部１０２の形
状に対して完全に反転した形状の型凸部１０３がメッキ
層１１０に形成されることになる。そこで、これを型部
材１０１に一体形成するようにしてキャビティＣを有す
る型部材１０１を得る。

【００３８】次に、図４（ｃ）において、以上のように
切削加工された型凸部１０３を有する型部材１０１を用
いて、アクリル樹脂材料を使用して所定条件で射出成形
して導光板１を得る。

【００３９】ここで、導光板１の両側において光源４が
配設されており、入光面１ｆを両側側面に設ける場合
は、キャビティＣの中央部から最も遠い部位から順に切
削加工するようにすることは言うまでもない。

【００４０】また、図４（ａ）において、１つの切削工
具３０で同一形状の型凹部１０２の切削加工密度を変化
させて加工することを述べたが、同じ切削工具３０で、
加工深さを複数段階変化させて光源４側を浅く、遠い側
を深くするように加工しても良い。また、加工深さの違
う複数の切削工具、または、先端球部の半径ｒを変えて
円錐部の直径ｄを変えた複数の異なる切削工具により同
様に加工しても同じ効果が得られる。また、密度と深さ
の両方を変化させて、凹部６のピッチを大きくすること
なく、出光量を大きく変える事も可能であって、このよ
うにすることにより、薄型、大型でも凹部６が拡散板２
を介して目立つ事のない均一な明るさの面光源装置を実
現する事ができる。

【００４１】再度、図３（ｂ）において、反射面６ｂ
は、反射には寄与しないばかりでなく、光源４からの光
Ｌを反射面６ａに確実に到達させるためには障害となる
ように思えるが、導光板１内部を通過する光が反射面６
ｂの後ろ側に回り込むので、光源４からの光Ｌを発光面
１ａに確実に指向させることができるようになる。この
ようにして、光源４からの光Ｌを発光面１ａに対して略
垂直に入光できるようにすることで、液晶表示面１５は
真上からのみ良く見えるようにでき、斜め方向からは良
く見えなくするようにもできるので、パーソナルユース
が殆どであるノートパソコンの液晶用バックライトには
好都合である。

【００４２】図５は、従来の導光板１０と、上記の実施
形態により成形された導光板１を用いた面発光装置を斜
め方向から測定して得られた輝度の比較測定結果であ
る。

【００４３】本図において、各測定結果の比較から、上
記の導光板１の発光面１ａの真上において輝度を従来品
に比べて約３倍にすることができる一方、拡散板２を設
けることで、真上から左右傾斜方向になだらかに減衰す
るようにできることが確認できた。

【００４４】従来品は、本願発明のものに比較して略半
分であり、輝度アップを図る事ができた。

【００４５】尚、導光板１の用途としては、携帯電話機
用の液晶用バックライトや、より大きな表示画面を備え
ているノートパソコンやカーナビゲーション装置であっ
て、その光源である蛍光灯の消費電力を極力抑えたい場
合に使用される液晶用バックライト用に非常に優れた性
能を発揮できる。さらに上記の導光板は、他にも種々適
用できるものであって、導光板を用いた面発光装置の使
用目的に応じて適宜光源、反射枠が選択設計されること
は言うまでもない。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導光板に設けられる凹部の密度を無段階に差を設ける場
合において、場所による凹部の形状のばらつきの発生を
防ぐことができ、互いに隣接する凹部間の間隔をより少
なくして凹部の配設密度を上げることができ、光源から
離れた導光板外部へ射出する光の量をより多くできるよ
うにして、全体的な輝度アップを大幅に達成できる面発
光装置を提供することができる。

【００４７】

【図面の簡単な説明】

【図１】面発光装置の横断面図である。

【図２】図２は図１のＸ‐Ｘ矢視断面図である。

【図３】（ａ）は、導光板１に入光する光Ｌの反射の様
子を示した模式図である。（ｂ）は凹部６における光Ｌ
の反射の様子を示した要部断面図である。

【図４】（ａ）導光板用の母型の製造工程図である。
（ｂ）電気鋳造工程を示した模式図である。（ｃ）射出
成形終了工程を示した模式図である。

【図５】導光板１の比較測定結果を示した測定図であ
る。

【図６】従来の導光板１０の拡大断面図（ａ）と、導光
板１０を射出加工するために使用される射出成形金型２
０１の拡大断面図（ｂ）である。

【符号の説明】

１導光板、２拡散板、３反射枠、４光源、５基板６凹部、３０切削工具１０１型部材１０２型凹部Ｍ母型１１０メッキ層

フロントページの続き (72)発明者友貞圭一郎東京都板橋区志村２丁目16番20号株式会社コパル内 (72)発明者加藤則道東京都板橋区志村２丁目16番20号株式会社コパル内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源を光透過性の板状の導光部材の側方
または両側方に配設し、前記光源の光を前記導光部材の
内部に導光し、前記導光部材の発光面に並設される拡散
部材で光を散乱させて照明を行う面発光装置において、前記発光面に対向する裏面に前記光源からの距離に略比
例した高い密度で配設される多数の凹部を成形するため
の型凸部を、頂角θの切削工具で切削加工した母型から
得られる成形金型を用いて、光透過性の樹脂材料から射
出成形することを特徴とする面発光装置。
【請求項２】前記成形金型は電気鋳造によることを特
徴とする請求項１に記載の面発光装置。
【請求項３】前記母型において、前記光源に最も近い
部位から順に、または中央部位が最後になるように切削
加工することを特徴とする請求項１または請求項２のい
ずれかに記載の面発光装置。
【請求項４】前記母型において、前記切削工具の１つ
で切削加工し、加工深さを複数段階で変化して最終深さ
にまで切削加工することを特徴とする請求項１乃至請求
項３のいずれかに記載の面発光装置。
【請求項５】前記母型において、前記切削工具を同一
形状とし、切削加工深さが異なるように複数回数分に分
けて同時または個別に切削加工する事を特徴とする請求
項１乃至請求項３のいずれかに記載の面発光装置。
【請求項６】前記頂角θが１３０°以下であって、好
ましくは９０°前後に設定することを特徴とする請求項
１乃至請求項５のいずれかに記載の面発光装置。