JPWO2009099219A1 - 導光板、面発光装置、液晶表示装置及び導光板の製造方法 - Google Patents

導光板、面発光装置、液晶表示装置及び導光板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】光の利用効率及び輝度分布特性を改善できる、薄肉化にも対応可能な導光板、面発光装置、液晶表示装置及び導光板の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る導光板４は、光出射面４１と、光出射面４１と対向する光反射面４２と、光出射面４１の縁部に沿って連続する突出部４３ｃを有する光入射面４３ａとを具備する。これにより、突出部４３ｃに入射した光は、突出部４３ｃを透過し光出射面４１の内面で全反射して導光板４の内部を伝播する。このように、光入射面４３ａの上部へ向けて射出される入射光成分を突出部４３ｃで効果的に遮蔽できるため、光利用効率の向上が図れるとともに、輝度分布特性の改善が図れるようになる。本発明に係る導光板４は、打ち抜きプレス加工によって製造される。【選択図】図７

Description

本発明は、エッジライト型のバックライトユニットに用いられる導光板、これを備えた面発光装置、液晶表示装置及び導光板の製造方法に関する。
液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）は、ブラウン管（ＣＲＴ：Cathode Ray Tube）と比較して低消費電力かつ小型化、薄型化が可能であり、現在では、携帯電話、携帯型ゲーム機、デジタルカメラ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の小型機器から、大型サイズの液晶テレビに至るまで、様々なサイズのものが幅広く使用されている。
液晶表示装置は透過型、反射型等に分類され、特に透過型液晶表示装置は、液晶表示パネルと、照明光源としてバックライトユニットを備えている。バックライトユニットは、光源を液晶表示パネルの直下に配置する直下型のほか、エッジライト型がある。エッジライト型のバックライトユニットは、液晶表示パネルの背面に配置される導光板と、この導光板の側面に配置された光源と、導光板の光出射面とは反対側の面を覆う反射板等で構成されている。
これら各方式のバックライトユニットに用いられる光源には、従来より、白色光を発光する冷陰極管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）が広く用いられている。特に近年、携帯電話等のモバイル用途のディスプレイには、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を光源に用いるバックライトユニットが有望視されている。
エッジライト型のバックライトユニットにおいて、光源から出射された光は、導光板の入射面から導光板の内部に入り、導光板の出射面と反射面において全反射を繰り返しながら導光板の内部を伝播する。その途中で、光は、反射面に形成された拡散パターンで拡散され、出射面に対する入射角が臨界角以下となった場合に出射面から出射して、液晶表示パネルの照明光となる。このような光学特性が得られるように、導光板の設計は最適化されている。
その一方で、エッジライト型のバックライトユニットにおいては、光の利用効率の向上と面内の輝度分布の向上が求められている。すなわち、光源から出射された光を導光板の内部へ効率良く入射させるとともに、導光板内部を伝播した光が外部へ漏洩することを防ぐ必要がある。また、光源にＬＥＤを用いた場合、光源から射出される光は導光板の入射面から扇状に広がって導光板内部へ伝播する。その結果、導光板内部において光が伝播しない領域が発生しやすくなるため、導光板の設計の最適化のみでは、導光板の出射面から均一に光を出射させることが困難である。
上記の問題を解消するため、例えば特許文献１には、導光板の入射面を粗面化することで、入射面における光の拡散を利用し、輝度ムラを低減することが開示されている。また、特許文献２及び特許文献３には、導光板の入射面にプリズム又は曲面状の凹凸を設けることで、輝度ムラを低減することが開示されている。
特開２００１−２４３８２５号公報 特開２００２−１９６１５１号公報 特開２００５−２２８７１８号公報
特許文献１に記載の導光板においては、光源からの光を入射時に無方向的に強制拡散するため、入射後の光の進行方向も無方向となり、導光板の面方向だけでなく厚さ方向にも分散されることになる。その結果、導光板内を全反射により進行するはずの光が導光板の側面や裏面から抜けてしまい、光の利用効率が低下するという問題がある。
また、特許文献２，３に記載の導光板においては、光の入射面にプリズム又は曲面状の凹凸が形成されているため入射面が平坦でなくなり、その結果、凹凸部分での光の屈折あるいは反射によって、光を効率よく導光板の内部へ入射させることができないという問題が生じる。したがって、この構成においても、光の利用効率の向上と輝度分布の改善を図ることが困難である。
さらに近年、携帯電話に代表される携帯情報端末や携帯型ゲーム機の分野においては、液晶表示装置のさらなる薄型化が求められているため、導光板の薄肉化は必須の検討課題となり得る。しかしながら、導光板の薄肉化に伴い、入射面への光の入射効率は低下し、光の利用効率の向上と輝度分布特性の改善はますます困難になる。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、光の利用効率及び輝度分布特性を改善できる、薄肉化にも対応可能な導光板、面発光装置、液晶表示装置及び導光板の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る導光板は、光出射面と、光反射面と、光入射面とを具備する。
上記光反射面は、上記光出射面と対向する。上記光入射面は、突出部を有する。上記突出部は、上記光出射面側から上記光反射面側に向かって突出量が漸次小さくなる。上記突出部は、上記光出射面側の端部に形成されている。
また、本発明の一形態に係る面発光装置は、導光板と、光源とを具備する。
上記導光板は、光出射面と、光反射面と、光入射面とを有する。上記光反射面は、上記光出射面と対向する。上記光入射面は、突出部を有する。上記突出部は、上記光出射面側から上記光反射面側に向かって突出量が漸次小さくなる。上記突出部は、上記光出射面側の端部に形成されている。
上記光源は、上記導光板の上記光入射面に配置されている。
さらに、本発明の一形態に係る液晶表示装置は、導光板と、光源と、液晶表示素子とを具備する。
上記導光板は、光出射面と、光反射面と、光入射面とを有する。上記光反射面は、上記光出射面と対向する。上記光入射面は、突出部を有する。上記突出部は、上記光出射面側から上記光反射面側に向かって突出量が漸次小さくなる。上記突出部は、上記光出射面側の端部に形成されている。
上記光源は、上記導光板の上記光入射面に配置されている。
上記液晶表示素子は、上記導光板の上記光出射面側に配置されている。
上記導光板は、光入射面の光出射面側の端部に上記構成の突出部を有しているため、光源の高さが導光板の厚さ寸法と同等以上の場合、光入射面と光源との間には突出部の突出長に相当する離間距離が形成される。通常、光源としての発光ダイオードから射出される光は指向性を有しているため、光入射面から導光板内部を扇状に伝播する。上記導光板では、突出部の形成により、光源から射出され光入射面へ入射する光をある程度の拡がりをもって光入射面に入射させる。これにより、入射光Ｌの指向性が緩和され、光源を光入射面に接触配置させる場合に比べて、光源の配置部位における光入射面上の輝点の発生が抑えられる。
また、光入射面の近傍位置において光を広範囲にわたって拡散させることが可能となるため、導光板の四隅位置や光源の間などを伝播する光の量を多くして、導光板内部を透過する光の均一性を高め、面内輝度分布の改善を図ることが可能となる。さらに、光入射面に直交する両側面及び、光入射面と対向する側面へ直接到達する光の量を低減できるため、これらの側面から外部へ透過する光の量が少なくなる。これにより、光利用効率の向上を図ることが可能となる。
さらに、光入射面が上記突出部を有することにより、突出部に入射した光は、突出部を透過し光出射面の内面で全反射して導光板の内部を伝播する。このように、光入射面の上部へ向けて射出される入射光成分を突出部で効果的に遮蔽できるため、光利用効率の向上が図れるようになる。なお、上記突出部は、光出射面の縁部に沿って光入射面に連続的に形成されている場合のほか、光出射面の縁部に沿って光入射面に間欠的に形成されていてもよい。
上記導光板は、それが薄肉に形成されている場合にも顕著な効果を発揮する。すなわち、導光板の光入射面部分の厚さが光源の高さ（厚さ）以下で構成される場合、上記突出部を有効に機能させることができるので、光の利用効率及び輝度分布特性の改善を同時に実現することが可能となる。
光入射面は、その長手方向に沿って配列された複数列のプリズムからなるプリズム面であってもよい。
これにより、光入射面における光の拡散効果が高まり、輝度ムラの低減を図ることができる。光入射面は、上記プリズム面に限られず、他のレンズ形状であってもよい。
一方、本発明の他の形態に係る導光板は、光出射面と、光反射面と、光入射面を含む４つの側面とを具備する。
上記光反射面は、上記光出射面と対向する。上記側面は、突出部を有する。上記突出部は、上記光出射面側から上記光反射面側に向かって突出量が漸次小さくなる。上記突出部は、上記光出射面側の端部に形成されている。
光入射面を含む４つの側面に上記突出部が形成されることによって、導光板の側面と反射板との間の隙間内を正面方向へ伝播する光を突出部で捕捉して導光板の内部へ再入射させることが可能となる。これにより、導光板の周縁部に偏った輝度上昇を緩和することができる。
上記導光板において、上記光入射面は、上記光反射面側から上記光出射面側に向かう多数の筋状の凹部を有する構成とすることができる。これにより、導光板の厚さ方向への光の拡散を抑制し、導光部を透過する光の全反射効率の低下を抑えて、光の利用効率を損なうことなく出射強度の面内均一性の向上を図ることが可能となる。
さらに、上記構成において、上記光入射面は、ある程度の粗度を有する構成とすることができる。光入射面を粗面化することにより、入射光を光入射面においてある程度散乱させ、かつ、無方向化することが可能となる。その結果、導光板内部における光の透過分布の均一化を実現することが可能となる。また、光入射面の表面粗さがその長手方向に適度なランダム性をもって分布することによって、上記効果をより一層高めることが可能となる。
そして、本発明の一形態に係る導光板の製造方法は、透光性樹脂からなるプラスチックシートを準備することを含む。上記プラスチックシートを枠状に打ち抜くことで、導光板の外形が形成される。これにより、上記プラスチックシートの一方の表面の縁部に沿って連続する突出部を有する打ち抜き断面を備えた導光板を製造することができる。
上記導光板の製造方法においては、打ち抜きプレス法によって導光板を製造するようにしているので、射出成形法によっては作製することができない、例えば０．３０ｍｍ以下という超薄型の導光板を容易に製造することが可能である。また、導光板の製造を低コストに抑えることが可能であるとともに、生産性を大幅に向上させることが可能である。また、打ち抜き刃の大きさを変更することで、種々の画面サイズに対応した導光板の作製にも容易に対応することが可能となる。さらに、打ち抜き後、導光板の側面に特殊な加工を施すことなく、打ち抜き断面のままで実使用に供することが可能である。
以上のように、本発明によれば、光の利用効率及び輝度分布特性を改善できる、薄肉化にも対応可能な導光板、面発光装置、液晶表示装置を得ることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の実施形態による液晶表示装置１の構成を概略的に示す斜視図である。まず、この液晶表示装置１の全体構成について説明する。
本実施形態の液晶表示装置１は、液晶表示パネル２と、この液晶表示パネル２を背面側から照明する面発光装置３とを備えている。面発光装置３は、導光板４、光源５及び反射板６からなるバックライトユニット７と、拡散シート８及び、プリズムシートやレンズシートのような集光シート９等の適宜の光学シートとで構成されている。
液晶表示パネル２は、液晶層を一対の透明基板で挟み込んだ構造を有している。液晶表示パネル２の駆動モードは特に限定されず、ＶＡ（垂直配向）、ＩＰＳ（インプレーンスイッチング）、ＴＮ（ツイストネマチック）等が適用可能である。この液晶表示パネル２は、光入射側に配置された第１の偏光子（偏光板）と光出射側に配置された第２の偏光子（偏光板）を備えている。また、液晶表示パネル２は、カラー画像を表示させるためのカラーフィルタ（図示略）を有している。なお必要に応じて、液晶表示パネル２は、液晶層等の複屈折を光学的に補償するための位相差フィルム等を含む構成とされる。
バックライトユニット７は、エッジライト型バックライトユニットで構成されている。バックライトユニット７は、透光性材料からなる導光板４と、この導光板４の一側面部に配置された光源５と、導光板４の光出射面とは反対側の面を覆う反射板６等を備えている。反射板６は、反射シート、鏡面金属フレーム、白色などの反射性の高い樹脂フレームなどを含む。光源５は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の複数の点光源で構成されている。なお、蛍光管等の線光源を用いることも可能である。
図２は導光板４の側面図、図３は導光板４の平面図、図４は導光板４の底面図、図５は図３における［Ａ］−［Ａ］線断面図、図６は導光板４の要部斜視図である。導光板４は、ポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂等の透明なプラスチック材料で構成されている。本実施形態では、導光板４は、上記透明樹脂材料のプラスチックシートを所定の大きさに打ち抜いて製作される。導光板４の大きさの具体例として、本実施形態では、６７ｍｍ（横）×３５ｍｍ（縦）×０．２５ｍｍ（厚さ）である。
図３から図５に示すように、導光板４は、導光板本体である導光部４０と、光出射面４１と、光反射面４２と、４つの側面４３を有する薄板で構成されている。光出射面４１と光反射面４２は互いに対向する導光板４の２つの主面に相当する。導光板４の４つの側面４３のうち、１つは光入射面４３ａとなる第１の側面に相当し、他の３つはそれ以外の第２の側面４３ｂに相当する。光入射面４３ａは導光板４の短辺側の側面でもよいし、長辺側の側面でもよい。導光板４の光反射面４２及び、光入射面４３ａを除く他の３つの側面４３ｂは、反射板６によって覆われている。なお、光入射面４３ａ側も反射板６で覆われていても良い。
導光板４の４つの側面４３は、光出射面４１側から光反射面４２側に向かって突出量が漸次小さくなる突出部４３ｃをそれぞれ有している。突出部４３ｃは、光入射面４３ａの光出射面４１側の端部に形成されており、特に本実施形態では、光出射面４１の縁部に沿って連続して形成されている。これらの突出部４３ｃは、後述するように、導光板４がプラスチックシートを枠状に打ち抜きプレスして製作される際に、側面４３に同時に形成される。プレスの方向は、光反射面４２側から光出射面４１側へ向かう方向である。なお、突出部４３ｃを含む各側面４３の後述する表面性状は、当該導光板４の製造方法に由来する。
突出部４３ｃは略三角形状を有しており、その突出長は特に限定されないが、本実施形態では、約１０μｍである。突出部４３ｃの上面側（光出射面４１側）の表面は、光出射面４１と同一の平面内に属し、光出射面４１に連続的に形成されることで、光出射面４１の縁部を形成している。突出部４３ｃの下面側（光反射面４２側）の表面は、光出射面４１側から光反射面４２側に向かって傾斜するテーパー面となっている。これにより、側面４３は、厚み方向の所定の位置から光出射面４１へ向かいテーパー状に拡大する形状を有している。側面部４３の高さに対する突出部４３ｃの高さの割合は、例えば、１０分の１以下である。
導光板４の光出射面４１には、図３及び図５に示すように、プリズムパターン４１ａが形成されている。このプリズムパターン４１ａは、光出射面４１から出射される光を拡散するための光拡散パターンとして機能し、光入射面４３ａとなる一方の側面４３と平行な方向に多数配列されている。プリズムパターン４１ａは光出射面４１の全域に形成されていてもよいし、光出射面４１に部分的に形成されていてもよい。また、プリズムパターンに限られず、トロイダルレンズパターンやレンズアレイパターン等の他の光拡散性パターンを採用してもよい。
一方、導光板４の光反射面４２は、光入射面４３ａから入射し導光部４０を透過した光を光出射面４１側へ反射する機能を有している。光反射面４２には、図４及び図５に示すように、凹型曲面状のドットパターン４２ａが形成されている。ドットパターン４２ａは、光反射面４２で反射する光を拡散するためのものであり、光入射面４３ａから遠ざかるに従って、互いの形成間隔が狭まるように高密度に形成されている。ドットパターン４２ａは凹型に限らず、凸型、あるいは凸型と凹型の結合型でもよい。ドットパターン４２ａに代えて、光反射面４２全体をシボ面にしても、同様の光拡散作用が得られる。
そして、導光板４の光入射面４３ａを含む側面４３には、図６に示すように導光板４の厚さ方向に多数の筋状の微小な凹部（溝）４３ｄが形成されている。これにより、側面４３は、その長手方向に表面の凹凸分布が形成される。凹部４３ｄの形状は、三角形状、平坦状、曲面状であってもよい。凹部４３ｄの形成間隔は規則性を有していてもよいが、非規則的であってもよい。また、側面４３はある程度の表面粗さを有している。側面４３の凹部と凸部の間に表面粗度の違いをもたせてもよく、この場合、側面４３の長手方向に粗度の分布をもたせることができる。
光入射面４３ａの表面粗さは特に限定されない。光入射面４３ａの表面粗さは、例えば、Ｒａ（中心線平均粗さ）０．２μｍ以上０．７μｍ（Ｒｚ（最大粗さ）２μｍ以上７μｍ以下、Ｒｚjis（１０点平均粗さ）２μｍ〜５μｍ）とすることができる。これにより、光入射面４３ａにおいて光を効率よく散乱させて輝度ムラの低減を図ることができる。
また、光入射面４３ａの表面粗さは、光源光の波長以下であってもよい。これにより、光入射面４３ａにモスアイ効果が発現し、光入射面４３ａに入射する光の反射が抑えられ、光の利用効率の向上を図ることができる。ここでいう「モスアイ効果」とは、対象となる光の波長以下の周期で凹凸構造（例えば突起構造）が形成された層に対して光が入射したときに発現する反射防止機能を意味する。光は上記凹凸構造を構造体としてではなく、あたかも屈折率が連続的に変化する層として認識するために、界面反射が抑制され、反射防止機能が発現する。
光入射面４３ａの粗度は、プラスチックシートの打ち抜き条件によって調整することが可能である。また、打ち抜き後の導光板４の側面に後加工を施して、目的とする粗度に調整することも可能である。加工方法としては、ロータリーカッターやヤスリ等を用いた研削処理が挙げられる。
図７は、光源５と導光板４の光入射面４３ａとの関係を示す要部側面図である。光源５は発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）で構成され、その光出射面が導光板４の光入射面４３ａに対向配置されている。特に、光源５は、導光板４の突出部４３ｃを挟んで光入射面４３ａに対向するように配置されており、光源５と光入射面４３ａの間に少なくとも突出部４３ｃの突出長に相当する大きさの離間距離Ｘが形成されている。本実施形態では、離間距離Ｘは、約１０μｍ程度とされる。
導光板４の光入射面４３ａに配置される光源５の数及び位置は特に限定されない。本実施形態では、光入射面４３ａの中央部及びその両側に計３つ、それぞれ等間隔に配置されている。また、個々の光源５を構成するＬＥＤチップの大きさ又は厚さ（高さ）は特に制限されない。ＬＥＤチップは白色光を出射する白色ＬＥＤが用いられる。なお、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の三色のＬＥＤチップを用い、導光板４内で混色して白色を形成するようにしてもよい。
本実施形態の液晶表示装置１は以上のように構成される。次に、この液晶表示装置１の基本動作について説明する。
導光板４の光入射面４３ａに入射した光源５からの射出光は、光出射面４１と光反射面４２のそれぞれの内面において全反射を繰り返すことで導光部４０内を伝播する。光反射面４２のドットパターン４２ａで拡散された光は、全反射条件が崩れることで、光出射面４１から出射される。特に、ドットパターン４２ａが光源５から遠ざかるに従って高密度に形成されることによって、導光板４の面内においてほぼ均一な輝度分布をもって光出射面４１から光を出射させることが可能である。
また、光出射面４１にはプリズムパターン４１ａが形成されていることにより、光出射面４１から出射される光は一定の広がりをもって拡散出射される。さらに、導光板４の光反射面４２及び側面４３ｂから漏れ出た光は、反射板６にて反射されて、再度、導光板４内に入射される。これにより、光の利用効率が高められる。
導光板４の光出射面４１から出射された光は、拡散シート８及び集光シート９を介して液晶表示パネル２へ入射される。拡散シート８は、導光板４からの出射光をむらなく拡散し、面内における輝度の均一性を向上させる。集光シート９は、拡散シート８から出射した光を正面方向に集光して液晶表示パネル２へ入射させて、液晶表示パネル２の正面輝度を向上させる。液晶表示パネル２に入射した光は、画素ごとに透過量が制御された後、カラーフィルタ（図示略）を介して観察者側へ出射される。これにより、液晶表示パネル２の前面にカラー画像が表示される。
次に、本発明の一実施形態に係る導光板４の詳細について説明する。
本実施形態の導光板４は、上述のように、光入射面４３ａを構成する側面４３の光出射面４１側の端部に突出部４３ｃを有している。このため、光入射面４３ａとこの光入射面４３ａに対向して配置される光源５との間には、図７に示したように突出部４３ｃの突出長に相当する離間距離Ｘが形成される。通常、発光ダイオードから射出される光は指向性を有し、光入射面４３ａから導光部４０内を扇状に伝播する。本実施形態では、離間距離Ｘの形成により、光源５から射出され光入射面４３ａへ入射する光（以下「入射光」という。）Ｌは、ある程度の拡がりをもって光入射面４３ａに入射する。これにより、入射光Ｌの指向性が緩和され、光源５を光入射面４３ａに接触配置させる場合に比べて、光源５の配置部位における光入射面４３ａ上の輝点の発生が抑えられる。
また、光入射面４３ａの近傍位置において光を広範囲にわたって拡散させることが可能となるため、導光板４の四隅位置や光源５の間などを伝播する光の量を多くして、導光部４０内を透過する光の均一性を高め、面内輝度分布の改善を図ることが可能となる。さらに、光入射面４３ａに直交する両側面４３ｂ及び、光入射面４３ａと対向する側面４３ｂへ直接到達する光の量を低減できるため、これらの側面４３ｂから外部へ透過する光の量が少なくなる。これにより、光利用効率の向上を図ることが可能となる。
加えて、本実施形態の導光板４においては、導光板４の光入射面４３ａが適度な表面粗さを有しているため、入射光Ｌを光入射面４３ａにおいてある程度散乱させ、かつ、無方向化することが可能となる。その結果、導光部４０における光の透過分布の更なる均一化を実現することが可能となる。また、光入射面４３ａの表面粗さがその長手方向に適度なランダム性をもって分布することによって、上記効果をより一層高めることが可能となる。このような効果は、導光板４の板厚が薄いほど、より顕著となる。
図８は導光板４の光入射面４３ａの要部拡大平面図である。光入射面４３ａには多数の微細な筋状の凹部４３ｄが形成されているため、図８に示すように、入射光Ｌを面内の各方向に拡げる機能を果たす。その結果、光入射面４３ａにおける入射光Ｌの無方向化を強めて、導光部４０における光の透過分布の更なる向上を図ることが可能となる。また、凹部４３ｄが導光板４の厚さ方向に沿って形成されているため、導光板４の厚さ方向への光の拡散が抑制される。これにより、導光部４０を透過する光の全反射効率の低下が抑制されるため、光の利用効率を損なうことなく出射強度の面内均一性の向上を図ることが可能となる。
一方、導光板４の光入射面４３ａと光源５の間の離間距離Ｘの存在により、光源５から光出射面４１側へ漏れ出る入射光Ｌの成分が発生し得る。しかし、本実施形態では導光板４の光入射面４３ａに突出部４３ｃが形成されているため、この突出部４３ｃで入射光Ｌの漏出を遮る機能を得ることが可能となる。
図９（Ａ）は、突出部４３ｃのない光入射面４４ａを示している。この場合、光入射面４３ａの上部で反射し外部へ漏出する入射光成分Ｌａが現れてしまい、光の利用効率が損なわれてしまう。これに対して、図９（Ｂ）のように突出部４３ｃを有する光入射面４３ａによれば、光入射面４３ａの上部に向かう入射光成分Ｌａを突出部４３ｃの内部へ効果的に導くことが可能となる。突出部４３ｃに入射した光は、突出部４３ｃを透過し光出射面４１の内面で全反射して導光部４０内を伝播する。このように、光入射面４３ａの上部へ向けて射出される入射光成分Ｌａを突出部４３ｃで効果的に遮蔽できるため、光利用効率の向上が図れるようになる。
このような突出部４３ｃの遮光効果を高めるため、突出部４３ｃは図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示す形状に形成されることができる。図１０（Ａ）は突出部４３ｃが勾配が一定の平面状のテーパー面４３ｔ１を有する例を示しており、図１０（Ｂ）及び（Ｃ）は勾配が漸次変化する曲面状のテーパー面４３ｔ２及び４３ｔ３を有する例をそれぞれ示している。
一方、本実施形態の導光板４は、光入射面４３ａ以外の他の３つの側面４３ｂも、光入射面４３ａと同様の構成を有していることにより、以下の効果を得ることができる。
第１に、各々の側面４３ｂが適度な表面粗さ又は粗さ分布を有しているので、導光部４０を透過し側面４３ｂに到達した光をランダムに拡散して反射させることが可能となる。これにより、光出射面４１の面内における輝度の均一性を高めることが可能となる。また、側面４３ｂを透過する光の量を低減して光の利用効率を高めることが可能となる。さらに、反射板６で反射し導光板４へ再入射する際に適度な光散乱効果を得ることができる。
第２に、各々の側面４３ｂが厚さ方向に沿った筋状の微細な凹部４３ｄを有しているので、上述の効果に加えて、導光板４の主たる面内における反射散乱効率が高められる。これにより、光出射面から出射される光の面内均一性を向上させることが可能となる。
第３に、各々の側面４３ｂが光出射面４１側に突出部４３ｃを有しているので、導光板４の側面４３ｂと反射板６との間の隙間内を正面方向へ伝播する光を突出部４３ｃで捕捉して導光部４０内へ再入射させることが可能となる。図１１はその様子を示すバックライトユニット７の要部断面図である。導光板４の側面４３ｂと反射板６の間の隙間Ｇを正面方向（図中上方向）へ向かって伝播する光Ｌｂは、側面４３ｂの突出部４３ｃに入射し、かつ、突出部４３ｃの適度な粗さを有する表面効果によって拡散される。これにより、導光板４の周縁部に偏った輝度上昇を緩和し、輝度分布の改善を図ることができる。
突出部４３ｃの有無による導光板の光学特性の相違を図１５（Ａ）及び（Ｂ）に示す。図１５（Ａ）は側面に突出部４３ｃを有しない導光板構成をモデルにしたシミュレーション結果を示し、図１５（Ｂ）は側面に突出部４３ｃを有する本実施形態の導光板構成をモデルにしたシミュレーション結果を示している。導光板の側面が上述した構成の突出部を有することにより、光出射面の全域に光を到達させて輝度の面内分布を向上させることが可能となるとともに、導光板の側面からの光の漏れを抑制することが可能となる。
本実施形態の導光板４は以上のような導光特性を有することにより、光利用効率が高く、面内輝度分布に優れた面発光装置３及び液晶表示装置１を得ることができる。また、導光板４が０．３０ｍｍ以下という極めて薄く形成されているため、面発光装置３及び液晶表示装置１の薄型化に大きく貢献することができる。
次に、本実施形態の導光板４の製造方法について説明する。
本実施形態の導光板４の製造方法は、透光性樹脂からなるプラスチックシートを準備する工程と、このプラスチックシートを枠状に打ち抜いて導光板４の外形を形成する工程とを有する。導光板４の母材となる上記プラスチックシートは、溶融押出し成形、熱プレス成形、ロール成形等の各種成形法によって製造される。なお、市販の製品を購入することで上記プラスチックシートを準備してもよい。
図１２は、本実施形態において用いられる導光板製造装置１１の概略構成図である。導光板製造装置１１は、シート成形部１２と、打ち抜きプレス部１３とを有している。
シート成形部１２には、成形機２０が設置されている。成形機２０は、加熱ロール２１と、冷却ロール２２と、加熱ロール２１及び冷却ロール２２に巻回された第１のエンドレスベルト２３とを有している。また、成形機２０は、加熱ロール２１と対向する第１のニップロール２４と、冷却ロール２２と対向する第２のニップロール２５と、第１及び第２のニップロール２４及び２５に巻回された第２のエンドレスベルト２６とを有している。
第１のエンドレスベルト２３と第２のエンドレスベルト２６との間には一定の間隙が形成されており、同一方向に走行するエンドレスベルト２３，２６の間に透光性樹脂材料が供給されることによって、所定厚（例えば０．３０ｍｍ以下）の長尺のプラスチックシートＳが成形される。また、第１のエンドレスベルト２３の表面（成形面）にプリズムパターンからなる幾何学模様を形成することにより、プラスチックシートＳの成形と同時に、プラスチックシートＳの一方の表面（図１２において上面）にプリズムパターン（４１ａ）を形成することができる。さらに、第２のエンドレスベルト２６の表面（成形面）に凸型又は凹型曲面状のドットパターンからなる幾何学模様を形成することによって、プラスチックシートＳの成形と同時に、プラスチックシートＳの他方の表面（図１２において下面）に凹型又は凸型曲面状のドットパターン（４２ａ）を転写することができる。
打ち抜きプレス部１３には、図１３に示す打ち抜きプレス機３０が設置されている。打ち抜きプレス機３０は、プラスチックシートＳの上面側に位置する可動型３１と、プラスチックシートＳの下面側に位置する固定型３２とを有する。可動型３１は、固定型３２に対して上下方向へ移動自在に構成されている。可動型３１及び固定型３２のそれぞれの内面側には緩衝材３３，３４が設置されており、特に、固定型３２側の緩衝材３４の内部には、枠状の打ち抜き刃（ビク刃）３５が埋設されている。
打ち抜きプレス機３０は、可動型３１と固定型３２との間に供給されたプラスチックシートＳを上下方向からプレスする。このとき、緩衝材３４に埋設した打ち抜き刃３５がプラスチックシートＳの下面から進入し、打ち抜き刃３５の形状に対応する外形形状を有するシート片を作製する。この作製されたシート片によって、本実施形態の導光板４が構成される。
打ち抜きプレス機３０によって形成されたシート片の打ち抜き断面部は、図２から図６に示したような表面性状を有する導光板４の側面４３を構成する。すなわち、側面４３の突出部４３ｃは、打ち抜き工程の最終段階においてプラスチックシートＳの上面付近に形成される。突出部４３ｃは、打ち抜き刃３５による切断作用とは異なり機械的に分断されることで形成され、切断断面から外方へ突出した形態を有する。突出部４３ｃは、プラスチックシートＳの打ち抜き工程において、打ち抜き断面部に必然的に形成される。
また、導光板４の側面４３の表面粗さは、プラスチックシートＳに対する打ち抜き刃３５での切断時に必然的に形成される、打ち抜き断面部に固有なものである。したがって、プラスチックシートＳの構成材料、打ち抜き刃３５の先鋭度、プレス圧力等によって、側面４３の表面粗さを調整することが可能となる。導光板４の側面４３に形成される筋状の凹部４３ｄも同様である。凹部４３の形成方向は、導光板４の打ち抜き方向（導光板４の厚さ方向）に基づいている。
以上のように製造された導光板４は、打ち抜き断面において突出部４３ｃが形成される側の表面（プラスチックシートＳの上面）が光出射面４１、その反対側が光反射面４２として使用される。なお、導光板４の側面部は、いずれも同様の表面性状を有するため、いずれの面も光入射面４３ａとして使用することが可能である。
本実施形態によれば、打ち抜きプレス法によって導光板４を製造するようにしているので、射出成形法によっては作製することができない、例えば０．３０ｍｍ以下という超薄型の導光板４を容易に製造することが可能である。
また、導光板４の製造を低コストに抑えることが可能であるとともに、生産性を大幅に向上させることが可能である。また、打ち抜き刃３５の大きさを変更することで、種々の画面サイズに対応した導光板の作製にも容易に対応することが可能となる。
また、本実施形態によれば、導光板４の側面を打ち抜き断面で構成しているので、上述した種々の光学特性を容易に実現することが可能である。すなわち、打ち抜き後、導光板４の側面に特殊な加工を施すことなく、打ち抜き断面のままで実使用に供することが可能である。
図１４（Ａ）は、厚さ０．２５ｍｍのポリカーボネートシートを所定の大きさに打ち抜き加工して得られた導光板の側面（打ち抜き断面）のサンプル写真を示している。打ち抜き断面には、導光板の厚さ方向に延在する筋状の微細な凹部（溝）が確認される。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）において筋状に形成された断面部分の拡大写真、図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ）において非筋状に形成された断面部分の拡大写真である。
以上のように、打ち抜きプレス加工によって製作された導光板は、その側面に、加工方法に起因する表面形態を有している。これらの表面形態は、上述したように、導光板として有利な種々の光学的機能をもたらす。また、打ち抜きプレス加工によって極めて薄い導光板を作製することが可能となるので、当該導光板を備えた面発光装置及び液晶表示装置の薄型化に大きく貢献することが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ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内において種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば以上の実施形態では、導光板４を打ち抜きプレス加工法によって作製したが、導光板４の厚さに応じては、射出成形法で導光板４を作製することも可能である。この場合、突出部４３ｃや凹部４３ｄの形成には、金型の内面加工で対応することが可能である。また、側面４３の粗面化は、金型の内面加工で対応する場合のほか、成形後、導光板の側面を薬液処理やブラスト処理、研削処理等によって粗面化することが可能である。
また、導光板４の形状は上述したような単純な板状のものに限らず、入射面側から遠ざかるに従って板厚が漸次小さくなる楔形状の導光板にも、本発明は適用可能である。また、図１６に示すように、上面が傾斜部５１と平坦部５２で形成された導光板５０にも本発明は適用可能である。これにより、入射面５３の肉厚を光源５の大きさに合わせて形成することを可能としながら、平坦部５２を光出射面に用いた薄肉の導光板を構成することができる。
さらに、以上の実施形態では、導光板４の光入射面４３ａを含む４つの側面４３にそれぞれ突出部４３ｃが形成される例について説明したが、これに代えて、光入射面４３ａのみ突出部４３ｃが形成される例や、光入射面４３ａ以外の少なくとも１つの側面４３ｂに突出部４３ｃが形成される例にも、本発明は適用可能である。
一方、光入射面４３ａは、例えばプリズムやレンズ等の凹凸形状を有していてもよい。これにより、光入射面４３ａにおいて所定の光の拡散効果が発現し、輝度ムラの低減を図ることができる。上記凹凸形状としては、光入射面４３ａの長手方向（幅方向）に沿って配列された複数列のプリズムからなるプリズム面が含まれる。光入射面の凹凸形状は、例えば、打ち抜き刃の先端内面に凹凸形状を付与したり、刃の先端形状を波形に形成したりすることで、得ることができる。
図１７は、上記プリズム面からなる光入射面の一例を示す部分平面図であり、図１８はその拡大図である。この光入射面４３ｐは、概略二等辺三角形状のプリズムが幅方向に周期的に配列された凹凸構造面を有している。プリズムの配列ピッチ、高さ、頂角、谷角は、導光板の大きさ、光源の配置間隔、光源の配置数、求められる輝度特性などに応じて、適宜設定することができる。
例えば、プリズムの配列ピッチＰは０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、高さＨは０．０５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下、頂角θａ及び谷角θｂはそれぞれ６０°以上１５０°以下とすることができる。プリズムの頂部及び谷部は、先鋭である場合に限られず、図１８に示すように曲面であってもよい。プリズムの頂部及び谷部の曲率半径は、例えば０．０５ｍｍ以上とすることができる。図１９にプリズム形状の光入射面４３ｐを有する導光板の配光分布の一例を示す。図示の例において、頂角θａ及び谷角θｂが１２０°、ピッチＰが０．７ｍｍ、プリズムの頂部及び谷部の曲率半径が０．１５ｍｍの光入射面４３ｐに対する光源１つあたりの配光分布のシミュレーション結果を示している。上記の例は、例えば、５つの光源が８．６ｍｍ間隔で配置される面光源に適用することができる。
プリズム面からなる光入射面４３ｐを打ち抜きプレスで作製する場合、上述したように厚み方向に沿ってプリズム面に微細な筋状の凹部が形成される。この場合、当該凹部における光の拡散作用と、光入射面４３ｐの有するプリズム面での屈折作用とによる二重の光拡散効果が得られる。これにより、輝度ムラの更なる低減を図ることができ、輝度均一性に優れた面光源を構成することができる。
図２０は、導光板４の光入射面４３ａの構成の他の変形例を示す部分平面図である。本例において、光入射面４３ａは、光源５の配置領域を規定する複数の凸部４３ｓを有している。これにより、光入射面４３ａに対する光源５の位置決め精度を高めることができる。凸部４３ｓの間隔、数は、光源５の大きさや設置個数などに応じて適宜設定される。また、凸部４３ｓの間の領域は、例えば、上述したプリズム面４３ｐで形成することができる。
本発明の実施形態による液晶表示装置の構成を概略的に示す斜視図である。 図１の液晶表示装置を構成する導光板の側面図である。 導光板の平面図である。 導光板の底面図である。 図３における［Ａ］−［Ａ］線方向の断面図である。 導光板の要部斜視図である。 図１の液晶表示装置を構成する光源と導光板の光入射面との関係を示す要部側面図である。 導光板の光入射面の要部平面図である。 導光板の光入射面の要部側面図であり、（Ａ）は本発明に係る突出部がない場合を示し、（Ｂ）は本発明に係る突出部がある場合を示している。 突出部の形状例を示す要部側面図である。 図１の液晶表示装置を構成する導光板の側面と反射板との関係を示す要部側面図である。 本発明の実施形態による導光板の製造方法を説明する導光板製造装置の概略構成図である。 導光板製造装置の打ち抜きプレス部を構成する打ち抜きプレス機の概略構成を示す斜視図である。 打ち抜きプレス加工によって製造された導光板の側面（打ち抜き断面）のサンプル写真である。 導光板の出射面の輝度分布を示すシミュレーション結果であり、（Ａ）は光入射面に突出部のない導光板の例を示し、（Ｂ）は光入射面に突出部を有する導光板の例を示している。 導光板の構成の変形例を示す側面図である。 本発明の他の実施形態による光入射面の形状の変形例を示す図である。 図１７の要部拡大図である。 図１７の構成の光入射面を有する導光板の光源１つあたりの配光分布を示す一シミュレーション結果である。 本発明の他の実施形態による光入射面の形状の変形例を示す図である。
符号の説明
１・・・液晶表示装置
２・・・液晶表示パネル
３・・・面発光装置
４・・・導光板
５・・・光源
６・・・反射板
７・・・バックライトユニット
１１・・・導光板製造装置
１２・・・シート成形部
１３・・・打ち抜きプレス部
４０・・・導光部
４１・・・光出射面
４２・・・光反射面
４３・・・側面
４３ａ・・・光入射面
４３ｃ・・・突出部
４３ｄ・・・凹部
４３ｐ・・・プリズム面
Ｓ・・・プラスチックシート

Claims (19)

  1. 光出射面と、
    前記光出射面と対向する光反射面と、
    前記光出射面側から前記光反射面側に向かって突出量が漸次小さくなる突出部を有し前記突出部が前記光出射面側の端部に形成された光入射面と
    を具備する導光板。
  2. 請求項１に記載の導光板であって、
    前記突出部は、前記光出射面の縁部に沿って前記光入射面に連続的に形成されている
    導光板。
  3. 請求項２に記載の導光板であって、
    前記導光板の厚さは、０．３０ｍｍ以下である
    導光板。
  4. 請求項３に記載の導光板であって、
    前記光入射面は、前記光反射面側から前記光出射面側に向かう多数の筋状の凹部を有する
    導光板。
  5. 請求項３に記載の導光板であって、
    前記光入射面は、前記光入射面の長手方向に沿って粗度の分布を有する
    導光板。
  6. 請求項１に記載の導光板であって、
    前記光入射面は、前記光入射面の長手方向に沿って配列された複数列のプリズムからなるプリズム面である
    導光板。
  7. 請求項６に記載の導光板であって、
    前記プリズム面は、前記光反射面側から前記光出射面側に向かう多数の筋状の凹部を有する
    導光板。
  8. 請求項１に記載の導光板であって、
    前記突出部は、前記光出射面側から前記光反射面側に向かって傾斜するテーパー面を有する
    導光板。
  9. 請求項１に記載の導光板であって、
    前記光反射面は、前記光入射面から遠ざかるに従って高密度に形成された曲面状のドットパターンを有する
    導光板。
  10. 請求項１に記載の導光板であって、
    前記光出射面は、前記光入射面と平行な方向に配列された多列のプリズムパターンを有する
    導光板。
  11. 光出射面と、
    前記光出射面と対向する光反射面と、
    前記光出射面側から前記光反射面側に向かって突出量が漸次小さくなる突出部を有し前記突出部が前記光出射面側の端部に形成された、光入射面を含む４つの側面と
    を具備する導光板。
  12. 請求項１１に記載の導光板であって、
    前記突出部は、前記光出射面の縁部に沿って前記側面に連続的に形成されている
    導光板。
  13. 請求項１１に記載の導光板であって、
    前記４つの側面は、前記光反射面側から前記光出射面側に向かう多数の筋状の凹部を有する
    導光板。
  14. 光出射面と、前記光出射面と対向する光反射面と、前記光出射面側から前記光反射面側に向かって突出量が漸次小さくなる突出部を有し前記突出部が前記光出射面側の端部に形成された光入射面とを含む導光板と、
    前記導光板の前記光入射面に配置された光源と
    を具備する面発光装置。
  15. 請求項１４に記載の面発光装置であって、
    前記光源は、点光源である
    面発光装置。
  16. 光出射面と、前記光出射面と対向する光反射面と、前記光出射面側から前記光反射面側に向かって突出量が漸次小さくなる突出部を有し前記突出部が前記光出射面側の端部に形成された光入射面とを含む導光板と、
    前記導光板の前記光入射面に配置された光源と、
    前記導光板の前記光出射面側に配置された液晶表示素子と
    を具備する液晶表示装置。
  17. 透光性樹脂からなるプラスチックシートを準備し、
    前記プラスチックシートを枠状に打ち抜いて導光板の外形を形成する
    導光板の製造方法。
  18. 請求項１７に記載の導光板の製造方法であって、
    前記打ち抜き工程は、前記プラスチックシートの一方の表面の縁部に沿って連続する突出部を有する断面を形成する
    導光板の製造方法。
  19. 請求項１７に記載の導光板の製造方法であって、
    前記プラスチックシートを準備する工程は、長尺の前記プラスチックシートを成形する工程であり、
    前記プラスチックシートを成形する工程は、前記プラスチックシートの表面に幾何学模様を転写する工程を有する
    導光板の製造方法。
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