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図面 (4)

課題

導光板の表面部から出射する光の方向を制御することができず、輝度が低い上にその光量分布むらがある。

解決手段

光を出射する表面部15が液晶パネル22の裏面と対向するように配置される導光板12は、表面部15およびその反対側に位置する裏面部20の内の少なくとも一方に形成され、表面部および/または裏面部の全域に亙りほぼ一様な分布を持つ多数の第1光偏向要素21と、表面部15および裏面部20の内の少なくとも一方に形成され、液晶パネル22の1つの画素面積当り占有率が2〜10%となるように点在し、光源からの光が導入される入射端面部から遠ざかるほどその占有率が大きくなる複数の光偏向部23とを具え、個々の光偏向部23は、曲率半径が30〜70μmで高さまたは深さが0.1〜2μmの球面の一部にて形成されたそれぞれ3〜350個の第2光偏向要素24の集合体からなる。

概要

背景

概要

導光板の表面部から出射する光の方向を制御することができず、輝度が低い上にその光量分布むらがある。

光を出射する表面部15が液晶パネル22の裏面と対向するように配置される導光板12は、表面部15およびその反対側に位置する裏面部20の内の少なくとも一方に形成され、表面部および/または裏面部の全域に亙りほぼ一様な分布を持つ多数の第1光偏向要素21と、表面部15および裏面部20の内の少なくとも一方に形成され、液晶パネル22の1つの画素面積当り占有率が2〜10%となるように点在し、光源からの光が導入される入射端面部から遠ざかるほどその占有率が大きくなる複数の光偏向部23とを具え、個々の光偏向部23は、曲率半径が30〜70μmで高さまたは深さが0.1〜2μmの球面の一部にて形成されたそれぞれ3〜350個の第2光偏向要素24の集合体からなる。

目的

効果

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請求項1

光源からの光が導入される入射端面部と、この入射端面部から導入された光を出射する表面部と、この表面部と反対側に位置する裏面部とを有し、前記表面部が液晶パネルの裏面と対向するように液晶パネルの裏面側に配置される導光板であって、前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成されて前記表面部および/または前記裏面部の全域に亙りほぼ一様な分布を持つ多数の第1光偏向要素と、前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成され、前記液晶パネルの1つの画素面積当り占有率が2〜10%となるように点在して前記入射端面部から遠ざかるほどその占有率が大きくなる複数の光偏向部とを具え、個々の前記光偏向部は、それぞれ3〜350個の第2光偏向要素の集合体からなり、個々の前記第2光偏向要素は、曲率半径が30〜70μmで高さまたは深さが0.1〜2μmの球面の一部にて形成されていることを特徴とする導光板。

請求項2

前記第1光偏向要素は、それぞれ曲率半径が30〜70μmで高さまたは深さが0.1〜2μmの球面の一部にて形成され、前記表面部または前記裏面部の面積に対して0.5〜3%の占有率を有することを特徴とする請求項1に記載の導光板。

請求項3

1つの前記光偏向部の大きさは、30〜100μmであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の導光板。

請求項4

光源からの光が導入される入射端面部と、この入射端面部から導入された光を出射する表面部と、この表面部と反対側に位置する裏面部とを有し、前記表面部が液晶パネルの裏面と対向するように液晶パネルの裏面側に配置される導光板と、この導光板の前記入射端面部に向けて照明光投射する光源と、前記導光板の前記表面部および前記入射端面部以外の部分を覆う光反射シートとを具えた平面照明装置であって、前記導光板は、前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成され、前記表面部および/または前記裏面部の全域に亙りほぼ一様な分布を持つ多数の第1光偏向要素と、前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成され、前記液晶パネルの1つの画素面積当りの占有率が2〜10%となるように点在して前記入射端面部から遠ざかるほどその占有率が大きくなる複数の光偏向部とを有し、個々の前記光偏向部は、それぞれ3〜350個の第2光偏向要素の集合体からなり、個々の前記第2光偏向要素は、曲率半径が30〜70μmで高さまたは深さが0.1〜2μmの球面の一部にて形成されていることを特徴とする平面照明装置。

請求項5

前記第1光偏向要素は、それぞれ曲率半径が30〜70μmで高さまたは深さが0.1〜2μmの球面の一部にて形成され、前記表面部または前記裏面部の面積に対して0.5〜3%の占有率を有することを特徴とする請求項4に記載の平面照明装置。

請求項6

1つの前記光偏向部の大きさは、30〜100μmであることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の平面照明装置。

技術分野

0001

本発明は、透過型液晶ディスプレイバックライト光源として用いられ、側端面から導入した光を表面から均一に出射させるための導光板およびこの導光板を用いた平面照明装置に関する。

0002

透過型液晶ディスプレイのバックライト光源などに使用される平面照明装置は、光源である冷陰極管(FCL)やLEDアレイなどの光を透明な導光板の側端面から導き、導光板内での光の全反射などを利用して導光板の表面部あるいは裏面部全域から均一に出射させるようにしたものである。このため、透過型液晶ディスプレイなどに対して平面照明装置に要求される機能としては、薄く軽量であって光源に対する出射光変換効率が高く、しかも均一であることが重要である。

0003

このような観点から、導光板の裏面部に散乱物質などを混入させた白色系塗料などで丸状や角状パターン印刷し、導光板の裏面部からその表面部へ向けて光を拡散状態反射させるようにした方法が知られている。また、表面部や裏面部などに微細凸凹にて形成された梨地加工を施し、導光板の表面部や裏面部に到達した光を梨地加工の凹凸によって散乱させ、これにより導光板の表面部から出射する光が一様な明るさとなるようにする方法も知られている。さらに、本件特許出願人による特願平10−146354号に記載されているように、導光板の表面部や裏面部に150μm以下の凸部を表面部や裏面部の面積の1〜20%の占有率となるようにランダムに形成し、これら凸部に入射した光を全反射させることにより、表面部から出射する光を均一化すると共にその輝度を高めるようにした技術がすでに提案されている。

発明が解決しようとする課題

0004

導光板の裏面部に白色系塗料などによって所定のパターンを印刷したものは、この白色系塗料に混入された散乱物質などにより、導光板内を伝播する光が吸収されてエネルギー損失を招くため、導光板の表面部から出射する光が相当量減衰してしまう上、導光板の裏面部に対する印刷処理が後工程として必要である。

0005

また、導光板の表面部や裏面部に梨地加工を施したものは、光の透過率が低下するために輝度の高い照明光を得ることができず、しかも表面部から出射する光を任意の方向に制御することが困難であり、プリズムシートなどを併用する必要が生ずる。

0006

さらに、特願平10−146354号に記載されているように、導光板の表面部や裏面部に150μm以下の凸部を表面部や裏面部の面積の1〜20%の占有率となるようにランダムに形成したものでは、凸部の大きさが150μm程度の大きな寸法の場合、凸部を肉眼によって識別することが可能となり、透過型液晶ディスプレィ画質プリズム現象によって損なうおそれが生ずる。逆に、凸部が極めて小さな寸法でその占有率が小さい場合、表面部から出射する光の輝度を充分に高めることが困難となる。

0007

本発明の目的は、透過型液晶ディスプレィのバックライト光源として好ましい特性を有し、表面部から出射する光の方向性を制御して輝度を高く保つと共にその光量分布をほぼ均一にし得る導光板およびこの導光板を用いた平面照明装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

本発明の第1の形態は、光源からの光が導入される入射端面部と、この入射端面部から導入された光を出射する表面部と、この表面部と反対側に位置する裏面部とを有し、前記表面部が液晶パネルの裏面と対向するように液晶パネルの裏面側に配置される導光板であって、前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成され、前記表面部および/または前記裏面部の全域に亙りほぼ一様な分布を持つ多数の第1光偏向要素と、前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成され、前記液晶パネルの1つの画素面積当りの占有率が2〜10%となるように点在して前記入射端面部から遠ざかるほどその占有率が大きくなる複数の光偏向部とを具え、個々の前記光偏向部は、それぞれ3〜350個の第2光偏向要素の集合体からなり、個々の前記第2光偏向要素は、曲率半径が30〜70μmで高さまたは深さが0.1〜2μmの球面の一部にて形成されていることを特徴とするものである。

0009

本発明によると、入射端面部から導光板内に入射した光の一部は、表面部および裏面部で全反射を繰り返しつつ導光板内を伝播するが、第1光偏向要素および光偏向部によってそれぞれ全反射状態が破られ、第1光偏向要素によって拡散状態となり、また、入射端面部から遠ざかるほどその占有率が大きくなる光偏向部により導光板の表面部からほぼ均一な光量分布となって出射する。

0010

本発明の第2の形態は、光源からの光が導入される入射端面部と、この入射端面部から導入された光を出射する表面部と、この表面部と反対側に位置する裏面部とを有し、前記表面部が液晶パネルの裏面と対向するように液晶パネルの裏面側に配置される導光板と、この導光板の前記入射端面部に向けて照明光を投射する光源と、前記導光板の前記表面部および前記入射端面部以外の部分を覆う光反射シートとを具えた平面照明装置であって、前記導光板は、前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成され、前記表面部および/または前記裏面部の全域に亙りほぼ一様な分布を持つ多数の第1光偏向要素と、前記表面部および前記裏面部の内の少なくとも一方に形成され、前記液晶パネルの1つの画素面積当りの占有率が2〜10%となるように点在して前記入射端面部から遠ざかるほどその占有率が大きくなる複数の光偏向部とを有し、個々の前記光偏向部は、それぞれ3〜350個の第2光偏向要素の集合体からなり、個々の前記第2光偏向要素は、曲率半径が30〜70μmで高さまたは深さが0.1〜2μmの球面の一部にて形成されていることを特徴とするものである。

0011

本発明によると、光源からの照明光が入射端面部から導光板内に入射するが、入射端面部から導光板内に入射した光の一部は、表面部および裏面部で全反射を繰り返しつつ導光板内を伝播する間に、第1光偏向要素および光偏向部によってそれぞれ全反射状態が破られる。また、入射端面部および表面部以外の導光板の部分から出射した光は、光反射シートによって拡散状態で再び導光板内に入り、最終的に導光板の表面部から出射するが、これらの光は第1光偏向要素によって拡散状態となり、また、入射端面部から遠ざかるほどその占有率が大きくなる光偏向部により導光板の表面部からほぼ均一な光量分布となって出射する。

発明を実施するための最良の形態

0012

本発明の第1の形態による導光板において、第1光偏向要素は、それぞれ曲率半径が30〜70μmで高さまたは深さが0.1〜2μmの球面の一部にて形成され、表面部または裏面部の面積に対して0.5〜3%の占有率を有するものであってもよく、これにより光がより均一に散乱して導光板の表面部から均一な分布の光が出射する。

0013

また、1つの光偏向部の大きさが30〜100μmであってもよく、この範囲内で光偏向部の大きさを自由に選択可能である。

0014

本発明の第2の形態による平面照明装置において、第1光偏向要素は、それぞれ曲率半径が30〜70μmで高さまたは深さが0.1〜2μmの球面の一部にて形成され、表面部または裏面部の面積に対して0.5〜3%の占有率を有するものであってもよく、これにより光がより均一に散乱して導光板の表面部から均一な分布の光が出射する。

0015

また、1つの光偏向部の大きさが30〜100μmであってもよく、この範囲内で光偏向部の大きさを自由に選択可能である。

0016

本発明を透過型液晶ディスプレィのバックライト光源として応用した一実施例について、図1図3を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念包含されるべき他の技術にも応用することができる。

0017

本実施例における平面照明装置の外観を分解状態で図1に示し、その導光板の反射端面部側の断面構造図2に示す。すなわち、本実施例における平面照明装置11は、矩形の板状をなす導光板12と、この導光板12の入射端面部13に沿って配置される光源14と、導光板12の入射端面部13および表面部15以外の部分を覆う光反射シート16とを有し、冷陰極管や複数のLEDあるいは半導体レーザーにて構成される光源14は、反射面が凹曲面となったリフレクタ17で囲まれており、この光源14からの光は、リフレクタ17からの反射光と共に導光板12の入射端面部13から導光板12内に入射するようになっている。

0018

リフレクタ17は、白色の絶縁性材料アルミニウムなどの金属を蒸着したシート状または金属などからなり、導光板12の入射端面部13と光源14とを包囲するようにし、光源14からの光を反射し、反射光を導光板12の入射端面部13に再び入射させる。

0019

光反射シート16は、熱可塑性樹脂に例えば酸化チタンのような白色材料を混入したシートや、熱可塑性樹脂のシートにアルミニウムなどの金属蒸着を施したり、あるいは金属箔を積層したものやシート状金属からなり、光源14からの光が導光板12の表面部15および入射端面部13以外の部分から導光板12の外に出射する光を反射または乱反射させ、再び導光板12内に入射させて光源14からの光を全て表面部15から出射するようにしている。

0020

導光板12は、屈折率が1.4〜1.7程度の透明なアクリル樹脂PMMA)やポリカーボネート(PC)などで形成され、光源14からの光を導く入射端面部13と、この入射端面部13の反対側に位置する反射端面部18と、これら入射端面部13と反射端面部18とに接続する側面部19と、光を出射する表面部15と、この表面部15と反対側に位置する裏面部20とからなる。

0021

導光板12の裏面部20全域には、それぞれ曲率半径R1が30〜70μmで深さが0.1〜2μmの球面の一部にて形成された多数の第1光偏向要素21がほぼ一様な分布でランダムに点在しており、裏面部20に対するこれら第1光偏向要素21の占有率は、0.5〜3%に設定されている。つまり、裏面部20に形成されたすべての第1光偏向要素21の面積の和は、裏面部20の面積の0.5〜3%となっている。

0022

これによって、透過型液晶ディスプレィ22を通して平面照明装置11の表面、つまり導光板12の表面部15を見た場合、第1光偏向要素21を個々に視認することが不可能となる上、導光板12の裏面部20全域に亙って拡散光を得ることができるため、光がより均一に散乱して導光板の表面部から均一な分布の光が出射し、表面部15から出射する光の方向性をなくすことが可能である。

0023

また、導光板12の表面部15には、この導光板12の上に重ねられる透過型液晶ディスプレィ22を構成する1つの画素ピクセル)に対する占有率が2〜10%となるように点在するそれぞれ30〜100μmの大きさの光偏向部23が設けられており、これら光偏向部23の分布状態を表す図3に示すように、基本的には入射端面部13から遠ざかるほどその占有率が大きくなるように設定されている。この場合、導光板12の入射端面部13に近接する表面部15は、光源14からの光が直接透過して輝度が高くなる傾向を有するため、入射端面部13に近接する表面部15における光偏向部23の占有率をこれに続く部分よりも小さめに設定している。同様に、導光板12の反射端面部18に近接する表面部15は、反射端面部18からの反射光が透過して輝度が高くなる傾向を有するため、反射端面部18に近接する表面部15における光偏向部23の占有率をこれに続く部分よりも小さめに設定している。

0024

個々の光偏向部23は、それぞれ3〜350個の第2光偏向要素24の集合体からなり、本実施例における個々の第2光偏向要素24は、曲率半径R2が30〜70μmで高さが0.1〜2μmの球面の一部にて形成されている。例えば、光偏向部23を直径100μmの円形領域に設定した場合、曲率半径R2が50μmで高さhが1μmの第2光偏向要素24は、表面部15を横切るその弦の長さcが
c=2{R22−(R2−h)2}1/2
となる。また、直径Dの円に内接する直径cの円の数Nは、近似的に
N=0.907{(D/c)−0.94}2+3.7
で求めることができるので、上式にR2=50,h=1,D=100をそれぞれ代入することにより、1つの光偏向部23に対して18個まで第2光偏向要素24を形成できることがわかる。本実施例では、光偏向部23を円形に設定したが、矩形や楕円形などの任意の形状に設定することが可能である。

0025

このように、第1光偏向要素21の他に第2光偏向要素24の集合体で構成した光偏向部23を設けたので、反射光量が増大して導光板12の表面部15から出射する光の輝度を向上させることができる。また、光偏向部23の占有率を光源14から離れた反射端面部18側ほど大きくすることにより、導光板12の表面部15から出射する光の輝度分布を均一化させることが可能であり、その出射方向性を制御して輝度を向上させることができる。しかも、透過型液晶ディスプレィ22を通して平面照明装置11の表面、つまり導光板12の表面部15を見た場合、これら光偏向部23を個々に視認することが不可能となり、透過型液晶ディスプレィ22の視認性を良好に保つことができる。

0026

上述した実施例では、導光板12の表面部15にこの表面部15から突出する第2光偏向要素24を持った光偏向部23を形成したが、導光板12の裏面部20に光偏向部23を形成するようにしてもよく、第2光偏向要素24を第1光偏向要素21と同様に窪んだ形状にすることも可能である。また、第1光偏向要素21を第2光偏向要素24と同様な突出形状にすることも可能であり、これを導光板12の表面部15に形成するようにしてもよい。さらに、第1光偏向要素21や光偏向部23を導光板12の表面部15および裏面部20の両方に形成することも可能であるが、この場合には、上述した占有率および分布条件を満たすようにこれらの分布を振り分ける必要がある。第1光偏向要素21と光偏向部23とを両方とも導光板12の表面部15または裏面部20に形成した場合には、光偏向部23の輪郭、つまり境界部分の視認性を低下させることができ、表面部15から出射する光の輝度分布の均一化の点で有効である。

発明の効果

0027

本発明によると、表面部および裏面部の内の少なくとも一方に形成されて表面部および/または裏面部の全域に亙りほぼ一様な分布を持つ多数の第1光偏向要素と、表面部および裏面部の内の少なくとも一方に形成され、液晶パネルの1つの画素面積当りの占有率が2〜10%となるように点在して入射端面部から遠ざかるほどその占有率が大きくなる複数の光偏向部とを設け、個々の光偏向部がそれぞれ3〜350個の第2光偏向要素の集合体からなり、個々の第2光偏向要素を曲率半径が30〜70μmで高さまたは深さが0.1〜2μmの球面の一部にて形成したので、第1光偏向要素により表面部から出射する光の方向性をなくし、光偏向部によって表面部から出射する光の方向性を制御して輝度を向上させることができると共にその輝度分布を均一化させることができる。

0028

光偏向部の大きさを30〜100μmにした場合には、これら光偏向部を個々に視認することが不可能となる上、表面部から出射する光の輝度分布をより均一化することができる。

0029

第1光偏向要素をそれぞれ曲率半径が30〜70μmで高さまたは深さが0.1〜2μmの球面の一部にて形成し、表面部または裏面部の面積に対して0.5〜3%の占有率を有するようにした場合には、これら第1光偏向要素を個々に視認することが不可能となる上、導光板の表面部および/または裏面部全域に亙って拡散光を得ることができるため、表面部から出射する光の方向性をなくすことができる。

図面の簡単な説明

0030

図1本発明による平面照明装置の一実施例の外観を表す分解斜視図である。
図2図1に示した実施例における導光板の反射端面部を抽出した断面図である。
図3入射端面部から反射端面部に至る導光板の位置と光偏向部の占有率との関係を表すグラフである。

--

0031

11平面照明装置
12導光板
13入射端面部
14光源
15 表面部
16光反射シート
17リフレクタ
18反射端面部
19 側面部
20 裏面部
21 第1光偏向要素
22透過型液晶ディスプレィ
23光偏向部
24 第2光偏向要素
R1 第1光偏向要素の曲率半径
R2 第2光偏向要素の曲率半径

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