JP2002184223A - 面発光装置及びその製造方法並びに液晶表示装置 - Google Patents

面発光装置及びその製造方法並びに液晶表示装置

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JP2002184223A
JP2002184223A JP2000380740A JP2000380740A JP2002184223A JP 2002184223 A JP2002184223 A JP 2002184223A JP 2000380740 A JP2000380740 A JP 2000380740A JP 2000380740 A JP2000380740 A JP 2000380740A JP 2002184223 A JP2002184223 A JP 2002184223A
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groove
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guide plate
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Sadao Nakamura
貞夫 中村
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    • G02F1/133616Front illuminating devices

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源から離れた位置でも十分な光量が得られ
る面発光装置及びその製造方法、並びに表示領域の全面
にわたって均一な明るさの表示が可能な液晶表示装置を
提供することを目的とする。 【解決手段】 光源13と、該光源13からの光を側端
面12aから入射して出射面12bから出射させる構造
を有する導光板12とを備え、前記出射面12bと反対
側の対向面12cに、溝14がストライプ状に形成され
ており、前記溝14のうち、光源12からの距離が大き
い溝14ほど深く形成されており、かつ隣接する溝14
の深さの差が、光源からの距離が大きい溝14ほど大き
くなるように形成されていることを特徴とする面発光装
置およびその製造方法、並びに前記面発光装置を備えた
液晶表示装置を採用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、面発光装置とその
製造方法、液晶表示装置に関するものであり、特に、液
晶表示装置のフロントライトとして用いて好適な面発光
装置の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】太陽光や照明光を光源として表示を行う
反射型液晶表示装置は、消費電力が小さいという特徴か
ら、携帯電話や携帯情報端末などに用いられているが、
この反射型液晶表示装置は、外部の光源が利用できない
暗所での表示が極端に劣るという問題がある。この問題
を解決するために、反射型液晶表示装置にバックライト
を配して、外光が得られない暗所などではこのバックラ
イトを点灯させて透過表示を行う半透過反射型液晶表示
装置が知られている。しかしながら、この半透過反射型
液晶表示装置ではバックライトの光を金属薄膜からなる
反射膜を通過させる必要があるため、透過表示と反射表
示の明るさを両立させることは極めて困難であった。
【0003】そこで、導光板の側端面から導入された冷
陰極管などの光源からの光を導光板の一面から出射させ
て、この光を反射型液晶表示素子の前面から照射する面
発光装置(フロントライト)を備えた液晶表示装置が開
発されている。このように液晶表示装置の前面に面発光
装置を配することにより、暗所であっても外光を利用す
る場合と同様の反射表示が可能になる。図15は、液晶
表示ユニットの前面にフロントライトを備える液晶表示
装置の一例を示す断面構造図であり、この図において、
液晶表示装置100は、フロントライト110と液晶表
示ユニット120とから構成されており、フロントライ
ト110は、透明なアクリル系樹脂等からなる導光板1
12とその側端面112aに配置された冷陰極管やLE
D(Light Emitting Diode)等からなる光源113とか
ら概略構成されており、導光板112の出射面112b
と対向する対向面112cには複数の溝114がストラ
イプ状に連続して形成されており、この溝114は、出
射面112bに対して傾斜して形成された2つの斜面部
114a、114bから構成されている。上記2つの斜
面部は、緩斜面部114aと、この緩斜面部114aよ
り急な傾斜角度を有する急斜面部114bとからなり、
前記導光板112の対向面112cに緩斜面部114a
と急斜面部114bが交互に連続して形成されている。
一方、液晶表示ユニット120は液晶層123を挟んで
対向する一対のガラス基板121、122をシール材1
24で接合一体化した構成である。液晶表示ユニット1
20の後面側(フロントライト110と反対側)の基板
121の液晶層123側に反射膜125と表示回路12
6が形成されている。基板121と対向する基板122
の液晶層123側に表示回路127が形成されている。
尚、表示回路126、127は、図示されていないが電
極層や配向膜などの液晶層223を駆動、制御する回路
を含むものである。
【0004】上記の液晶表示装置100において、フロ
ントライト110の導光板112は液晶表示ユニット1
20の表示領域の前面側(図示上面側)に配置されてい
る。光源113からの光は、導光板112の側端面11
2aを介して導光板112に導入されて出射面112b
や対向面112cで反射されて導光板112の内部を伝
搬するとともに対向面112cに形成された2つ斜面部
114a、114bのうち、より急な傾斜角を有する急
斜面部114bでの反射により出射面112bに向かう
方向へその伝搬方向を変えられて、出射面112bから
出射される。このようにしてフロントライト110が液
晶表示ユニット120を照明するようになっている。次
に、液晶表示ユニット120に入射した光は、各表示回
路126、127および液晶層123を通過して反射層
125に達して反射され、再び液晶表示装置120の外
側に戻る。この反射された光がフロントライト110を
通過して観察者に到達して、液晶表示ユニット120の
表示が観察者に視認される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の構成の液晶表示
装置100によれば、フロントライト110を点灯させ
ることにより、暗所であっても表示を行うことが可能で
あるが、フロントライト110を点灯させた状態におい
て、光源113に近い側は明るい表示が得られるもの
の、光源113から離れるに従って表示が暗くなり、一
般的なフロントライトでは光源113から約50mm離
れた位置の表示の明るさは光源113近傍における表示
の明るさの半分程度でしかない。従って、上記の液晶表
示装置100において、暗所での十分な視認性を実現し
ているのは上記液晶表示装置100の表示領域の一部の
みであった。また、上記のような表示が暗い領域がある
ために、場合によっては却って表示が見づらくなるとい
う問題もあった。
【0006】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、光源から離れた位置でも十分な光
量が得られる面発光装置及びその製造方法、並びに表示
領域の全面にわたって均一な明るさの表示が可能な液晶
表示装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、光源と、該光
源からの光を端面から入射して出射面から出射させる構
造を有する導光板とを備え、前記出射面と反対側の対向
面に、複数の溝がストライプ状に形成されており、前記
溝のうち、光源からの距離が大きい溝ほど深く形成され
ており、かつ隣接する溝の深さの差が、光源からの距離
が大きい溝ほど大きくなるように形成されていることを
特徴とする面発光装置を上記課題の解決手段とした。
【0008】次に、本発明の上記の面発光装置におい
て、前記ストライプ状に形成されている複数の溝のう
ち、光源側から(n+1)番目の溝の深さHn+1が、前
記導光板の板厚Tと、n番目の溝の深さHnとを用い
て、Hn+1=Hn×T/(T−Hn)なる関係を満たすこ
とを特徴とする面発光装置を上記課題の解決手段とし
た。
【0009】次に、上記の面発光装置において、前記ス
トライプ状に形成されている複数の溝のうち、前記光源
からn番目の溝の深さHn(μm)が、溝の番号n、係
数a、1本目の溝深さH1(μm)と、導光板の板厚T
(μm)を用いて、Hn=an 2T+H1なる式で示さ
れ、前記係数aが、1.0×10-8以上5.0×10-8
以下であることを特徴とする面発光装置を上記課題の解
決手段とした。
【0010】次に、上記の面発光装置において、前記ス
トライプ状に形成されている複数の溝のうち、光源から
n番目の溝の深さHn(μm)が、溝の番号n、係数
a、b、1本目の溝深さH1(μm)、導光板の板厚T
(μm)を用いてHn=(an2+bn)×T+H1なる
式で示されており、前記係数aが、1.0×10-8以上
5.0×10-8以下であり、前記係数bが、1.0×1
-6以上3.0×10-6以下であることを特徴とする面
発光装置を上記課題の解決手段とした。
【0011】次に、本発明は、上記の面発光装置におい
て、前記ストライプ状に形成されている複数の溝のう
ち、光源からn番目の溝の深さFnが、該Fnのうち光の
出射に寄与する実効部分Hnと、該Hn以外の部分である
無効部分dとの和(Hn+d)で示されており、光源か
ら(n+1)番目の溝の深さFn+1が、n番目の溝の深
さFnと、導光板の板厚Tと、前記無効部分dとを用い
てFn+1=((Fn−d)×T/(T−Fn+d))+d
なる式で示されることを特徴とする面発光装置を上記課
題の解決手段とした。
【0012】次に、本発明は、上記の面発光装置におい
て、前記導光板の反射面部が、導光板の互いに隣接する
溝の間に形成された平坦部を有することを特徴とする面
発光装置を上記課題の解決手段とした。
【0013】次に、本発明は、上記の面発光装置におい
て、前記導光板の反射面部が、溝の底部に形成された平
坦部を有することを特徴とする面発光装置を上記課題の
解決手段とした。
【0014】次に、本発明は、上記の面発光装置におい
て、前記平坦部の面積が、導光方向に沿って徐々に小さ
くなるように形成されていることを特徴とする面発光装
置を上記課題の解決手段とした。
【0015】次に、本発明は、鋳型用基材の一面に所定
のピッチで平面加工を施し、該平面加工により前記鋳型
用基材の表面に前記ピッチで形成された段差部に複数の
溝をストライプ状に形成して鋳型を作製する工程と、該
鋳型から金型を作製する工程と、該金型を用いた射出成
形により導光板を作製する工程と、該導光板に光源を配
設する工程とを含み、前記複数の溝のうち、光源からの
距離が大きい溝ほど深く形成され、かつ隣接する溝の深
さの差が光源からの距離が大きい溝ほど大きくなるよう
に形成されることを特徴とする面発光装置を上記課題の
解決手段とした。
【0016】次に、本発明は、金型用基材の一面に所定
のピッチで平面加工を施し、該平面加工により前記鋳型
用基材の表面に前記ピッチで形成された段差部に複数の
溝をストライプ状に形成して金型を作製する工程と、該
金型を用いた射出成形により導光板を作製する工程と、
該導光板に光源を配設する工程とを含み、前記複数の溝
のうち、光源からの距離が大きい溝ほど深く形成され、
かつ隣接する溝の深さの差が光源からの距離が大きい溝
ほど大きくなるように形成されることを特徴とする面発
光装置を上記課題の解決手段とした。
【0017】次に、本発明は、上記の面発光装置の製造
方法において、前記複数の溝のうち光源からn番目の溝
の深さFnが、該Fnのうち光の出射に寄与する実効部分
nと、該Hn以外の部分である無効部分dとの和(Hn
+d)で示されており、光源から(n+1)番目の溝の
深さFn+1が、n番目の溝の深さFnと導光板の板厚T
と、前記無効部分dとを用いてFn+1=((Fn−d)×
T/(T−Fn+d))+dなる式で示されるように前
記溝を形成することを特徴とする面発光装置の製造方法
を上記課題の解決手段とした。
【0018】次に、本発明は、上記の面発光装置の製造
方法において、前記複数の溝のうち光源からn番目の溝
の深さHn(μm)が、溝の番号nと、1.0×10-8
以上5.0×10-8以下の係数aと、導光板の板厚T
(μm)と、1本目の溝深さH 1(μm)とを用いて示
されるHn=an2T+H1なる式を満たすように前記溝
を形成することを特徴とする面発光装置の製造方法を上
記課題の解決手段とした。
【0019】次に、本発明は、上記の面発光装置の製造
方法において、前記複数の溝のうち光源からn番目の溝
の深さHn(μm)が、溝の番号nと、1.0×10-8
以上5.0×10-8以下の係数aと、1.0×10-6
上3.0×10-6以下の係数bと、導光板の板厚T(μ
m)と、1本目の溝深さH1(μm)とを用いて示され
るHn=(an2+bn)×T+H1なる式を満たすよう
に前記溝を形成することを特徴とする面発光装置の製造
方法を上記課題の解決手段とした。
【0020】次に、本発明は、上記の面発光装置の製造
方法において、互いに隣接する前記溝の間に平坦部が形
成されるように前記溝を形成することを特徴とする面発
光装置の製造方法を上記課題の解決手段とした。
【0021】次に、本発明は、上記の面発光装置の製造
方法において、前記平坦部のうち、光源からの距離が大
きい平坦部ほど該平坦部の面積が小さくなるように該平
坦部が形成されることを特徴とする。
【0022】次に、本発明は、上記の面発光装置を備え
たことを特徴とする液晶表示装置を上記課題の解決手段
とした。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。ただし本発明は以下の実施の形態
に限定されるものではない。また、以下の実施の形態に
おいて参照される図面は、各実施の形態の構成を説明す
るためのものであり、各部の大きさや厚さや寸法等は実
際の面発光装置や液晶表示装置とは異なる。
【0024】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態であるフロントライトを備える液晶表示装置
を示す断面図である。この図に示す液晶表示装置1は、
液晶表示ユニット20と、この液晶表示ユニット20の
前面(図示上方)に配されたフロントライト10とから
構成されている。フロントライト10は、導光板12
と、光源13とから概略構成されている。導光板12の
液晶表示ユニット20側(下面側)は平坦面とされて光
が出射される出射面12bとされている。また、出射面
12bと反対側の面である対向面12cには、図1に示
すように、出射面12bに対して傾斜して形成された緩
斜面部14aと、この緩斜面部14aに続いて形成され
て緩斜面部14aよりも急な傾斜角度を有する急斜面部
14bとからなる複数の溝14がストライプ状に形成さ
れており、これらの複数の溝14は、光源13から離れ
たものほど深さが大きくなるように形成されている。ま
た、対向面12cの隣接する溝14の間に、平坦部15
が形成されており、この平坦部15は光源13から離れ
たものほどその面積が小さくなるように形成されてい
る。
【0025】導光板12は光透過率90%以上の透明な
樹脂材料から構成されることが好ましく、この材料とし
て例えばアクリル系樹脂やシクロオレフィン系樹脂など
を好適なものとして挙げることができる。また、光源1
3を構成するものとしては冷陰極管や白色LED、有機
EL素子などを好適なものとして挙げることができる。
対向面12cにストライプ状に形成された複数の溝14
は、図1に示す断面視において互いに相似形を成して形
成されている。すなわち、溝14を構成する緩斜面部1
4aと急斜面部14bの出射面12bに対する傾斜角は
全ての溝14において同一である。本発明によれば、こ
のような単純な構成であっても溝14の深さを制御する
ことにより出射面12bからの出射光量を制御すること
ができる。また、単純な構成であるために加工精度を高
めることが容易であり、より精度よく出射光量を制御す
ることができるという効果も得られる。
【0026】また、導光板12は、互いに隣接して形成
された溝14の間に平坦部15を有する構成となってい
る。このような平坦部15を隣接する溝14の間に形成
することにより、対向面12cにおいて緩斜面部14a
および急斜面部14bのほかに上記平坦部15も外光の
反射面とすることができる。従って、導光板12の外面
で特定の方向の光が強く反射されて視認性が低下する現
象を抑制することができる。また、上記平坦部15の面
積が、光源13から離れるに従って小さくなるように形
成されている。これは、平坦部15を同一の面積となる
ように設けた場合には、この平坦部15の表面において
特定の方向の光が強く反射されて視認性が低下すること
と、光源13から離れた位置での出射光量を確保するた
めに溝14を深く形成する必要があるために溝14が観
察者から視認されやすくなり、液晶表示ユニット20の
表示を妨げて表示の視認性が低下することによるもので
ある。
【0027】一方、液晶表示ユニット20は、液晶層2
3を挟持して対向するガラスなどからなる第1の基板2
1と、第2の基板22をシール材24で接合一体化して
構成されている。前記第1の基板21の液晶層23側の
面に金属の反射膜を含む反射層25と、表示回路26が
順に積層されており、前記第2の基板22の液晶層23
側の面には、それぞれ表示回路27が形成されている。
このように液晶表示ユニット20は、外部から入射した
光を反射させるための反射層25を備えた反射型の液晶
表示ユニットとされている。尚、表示回路26および2
7には、図示されていないが液晶層23を駆動するため
の透明導電膜等からなる電極層や液晶層23の配向を制
御するための配向膜等が形成されている。また、場合に
よってはカラー表示を行うためのカラーフィルタなどが
形成されていてもよい。また、反射層25は例えば表面
に凹凸形状が形成されたアクリル系樹脂等からなる有機
膜上に、アルミニウムや銀などからなる金属の反射膜を
スパッタ法などにより形成し、この反射膜と有機膜を覆
うようにアクリル系樹脂などからなる平坦化膜を形成し
て構成される。この反射層25はカラーフィルタを含む
構成としても良く、その場合には、前記反射膜の直上に
カラーフィルタを形成することが好ましい。このような
構成とするならば、光の反射面にカラーフィルタを配置
することができるので、色ずれや視差を低減して高品位
のカラー表示が可能である。
【0028】ここで、上記の液晶表示ユニット20の反
射層25の有機膜の表面および有機膜上に形成される反
射膜の形状について図2を参照して以下に説明する。図
2は、液晶表示ユニット20の反射層25に形成された
有機膜と反射膜とを拡大して示す斜視図である。この図
において、有機膜28の表面には内面が球面の一部を成
す多数の凹部28aが重なり合うように連続して形成さ
れており、この有機膜28上に反射膜29が成膜されて
いる。有機膜28は、基板上に感光性樹脂などからなる
樹脂層を平面形状に形成した後、図2に示す有機膜28
の表面とは逆凹凸の表面形状を有するシリコーン系樹脂
などからなる転写型を上記樹脂層の表面に圧着した後、
樹脂層を硬化させることにより形成される。反射膜29
は、有機膜28の表面に形成されて液晶表示ユニット2
0に入射する光を反射するものであり、アルミニウムや
銀などの高い反射率を有する金属材料をスパッタ法や真
空蒸着などの成膜法により形成したものである。
【0029】図2に示す凹部28aは、その深さを0.
1μm〜3μmの範囲でランダムに形成し、隣接する凹
部28aのピッチを5μm〜100μmの範囲でランダ
ムに配置し、上記凹部28a内面の傾斜角を−30度〜
+30度の範囲に設定することが望ましい。特に、凹部
28a内面の傾斜角分布を−30度〜+30度の範囲に
設定する点、隣接する凹部28aのピッチを平面全方向
に対してランダムに配置する点が特に重要である。なぜ
ならば、仮に隣接する凹部28aのピッチに規則性があ
ると、光の干渉色が出て反射光が色付いてしまうという
不具合があるからである。また、凹部28a内面の傾斜
角分布が−30度〜+30度の範囲を超えると、反射光
の拡散角が広がりすぎて反射強度が低下し、明るい表示
が得られない(反射光の拡散角が空気中で36度以上に
なり、液晶表示装置内部の反射強度ピークが低下し、反
射ロスが大きくなるからである。)からである。また、
凹部28aの深さが3μmを超えると、後工程で凹部2
8aを平坦化する場合に凸部の頂上が平坦化膜で埋めき
れず、所望の平坦性が得られなくなる。隣接する凹部2
8aのピッチが5μm未満の場合、有機膜28を形成す
るために用いる転写型の製作上の制約があり、加工時間
が極めて長くなる、所望の反射特性が得られるだけの形
状が形成できない、干渉光が発生する等の問題が生じ
る。また、実用上、有機膜28の表面形状を形成するた
めの前記転写型は、ダイヤモンド圧子を基材に多数押圧
して作製された転写型用基材を用いて作製されるが、こ
のダイヤモンド圧子の先端径が30μm〜200μmで
あることが望ましいので、隣接する凹部28aのピッチ
は5μm〜100μmとすることが望ましい。
【0030】以上の構成の液晶表示装置1は、太陽の光
や外部の照明光を利用した反射表示のほか、フロントラ
イト10を点灯させてその光を上記反射層25で反射さ
せて表示を行うことができる。フロントライト10の導
光板12は、液晶表示ユニット20の表示領域の前面に
配置されており、フロントライト10の光源13から導
光板12の側端面12aを介して導光板12に導入され
た光は、導光板12の内部を伝搬するとともに導光板1
2の対向面12cに形成された複数の溝14によって反
射されて出射面12bに向かう側に方向を変えられ、導
光板12の出射面12bから出射されて液晶表示ユニッ
ト20を照明する。液晶表示ユニット20に入射した光
は液晶表示ユニット20の表示回路26、27および液
晶層23を通過して、反射層25に達し、この反射層2
5の反射膜によって反射されて液晶表示ユニット20の
外側へ戻り、導光板12を通過して対向面12cから出
射されて観察者に到達する。このようにして液晶表示ユ
ニット20の表示が観察者に視認される。
【0031】この液晶表示装置1のフロントライト10
においては、図1に示すように導光板12の対向面12
cにストライプ状に形成された複数の溝14が、光源1
3から遠いものほどその深さが深く形成されており、隣
接する2つの溝14の深さの差が、光源から離れた位置
の溝14ほど大きくなるように形成されている。この溝
14の深さは、光源13から(n+1)番目の溝14の
深さHn+1が、n番目の溝14の深さHnと導光板12の
板厚Tを用いてHn+1=Hn×T/(T−Hn)なる関係
式を満たすように形成されていることが好ましい。上記
の導光板の板厚と溝の深さの関係式を、図3を参照して
以下に詳細に説明する。図3は、本実施形態のフロント
ライト10の導光板12の部分断面構造を示す図であ
り、この図において導光板12の下面が平坦面として形
成されて光が出射される出射面12bとされている。ま
た、前記出射面12bの反対側に位置する対向面12c
に出射面12bに対して傾斜して形成された緩斜面部1
4aと、この緩斜面部14aより急な傾斜角を有して形
成された急斜面部14bとからなる溝14が連続して周
期的に形成されている。また、図示されていないが、図
3の図示右側に光源が配置されており、この光源13か
らの光が図示右側から左側に向かって導光板12の内部
を伝搬するようになっている。
【0032】図3において、導光板12の光出射面12
bから出射される光は、図3に示す対向面12cの急斜
面部14bにて反射された光が出射面12bから放出さ
れるものである。光源からの光は導光板12の内部を内
面で反射しながら伝搬するので導光板12の溝14を構
成する急斜面部14bによって反射されて出射面部12
bから出射される光量は、図3に示すA−A’線に沿う
導光板12の断面を通過する光のうち、急斜面部14b
によって反射される部分に相当する。ここで、図3に符
号14nで示す溝を光源からn番目の溝としてその深さ
をH nとする。また、この溝14nの前後の溝の深さを
光源側に隣接する溝((n−1)番目の溝)の深さをH
n-1とし、導光方向側に隣接する溝((n+1)番目の
溝)の深さをHn+1とする。図3に示す導光板12にお
いて、急斜面部14bによって反射されて出射面12b
から出射される光量は、図3に示すA−A’線に沿う断
面を通過する光量Lnおよび導光板12の板厚Tを用い
てLn×Hn/Tで示され、急斜面部14bで反射されず
に導光方向へ伝搬する光量Ln+1は、Ln +1=Ln−Ln×
n/Tで示される。従って、溝14nの次に導光板1
2内を伝搬する光が通過する溝である(n+1)番目の
溝14において急斜面部14bにより方向を変えられて
出射面12bに向かう光量は、この(n+1)番目の溝
14の深さHn+1、および上記Ln+1を用いてLn+1×H
n+1/Tで示される。
【0033】以上から、この(n+1)番目の溝14に
よる出射光量と、前記n番目の溝14による出射光量を
同一にするためには、Ln+1×Hn+1/T=Ln×Hn/T
なる式が成立すればよく、上記からLn+1=Ln−Ln×
n/Tであるので、この2式から、Hn+1=Hn×T/
(T−Hn)なる関係式が導かれる。つまり(n+1)
番目の溝14の深さは、n番目の溝14よりも深く形成
する必要があり、具体的には上記のようにT/(T−H
n)倍とする必要がある。
【0034】また、上記の式から(n+1)番目の溝1
4の深さHn+1と、n番目の溝14の深さHnの差を求め
ると、Hn+1−Hn=Hn 2/(T−Hn)なる式で表すこ
とができる。さらに、n番目の溝14の深さHnと、
(n−1)番目の溝の深さHn-1の差は、上式からHn
n-1=Hn 2/(T+Hn)なる式で表すことができる。
この2式から明らかなように、(Hn+1−Hn)>(Hn
−Hn-1)である。すなわち、各溝による出射光量を均
一化するためには、隣接する溝14の深さの差を、nが
大きくなるほど(すなわち光源から離れた位置にあるほ
ど)大きくする必要がある。
【0035】以上から、多数の溝14による出射光量の
差を小さくして、出射面12bにおける出射光量の分布
を均一にするためには、導光板12の対向面12cに形
成された溝14の深さを、光源13から離れたものほど
深く形成し、かつ隣接する溝14の深さの差が光源13
から離れるほど大きくなるようにすればよい。より具体
的には、光源から(n+1)番目の溝の深さHn+1が、
n番目の溝の深さHnと、導光板12の板厚Tを用い
て、Hn+1=Hn×T/(T−Hn)なる関係式を満たす
ように、溝14の深さを設定するならば、対向面12c
に形成された各溝14による出射光量を同一にすること
ができる。従って、本実施形態のフロントライト10の
導光板12は、対向面12cにストライプ状に形成され
た溝14によって反射されて出射面12bに向かう光量
を全ての溝14において均一化することができる。これ
により、フロントライト10を備えた液晶表示装置1に
おいては、表示領域の全面において均一な明るさの表示
を行うことが可能である。
【0036】あるいは、溝14の深さが光源13から離
れたものほど大きい深さとなり、かつ隣接して形成され
た溝14の深さの差が光源13から離れるほど大きくな
る構成として、図1に示す溝14の深さを、光源13か
らn番目の溝14の深さHn(μm)が、溝の番号n
と、係数a、および導光板12の板厚T(μm)、およ
び1本目の溝深さH1(μm)を用いてHn=an2T+
1なる関係式で示されており、かつ係数aが1.0×
10-8以上、5.0×10-8以下の範囲となるようにす
ることもできる。上記のように溝14の深さを、溝の番
号nの二次関数とすることにより光源13からの距離の
増大に対して溝14の深さと隣接する溝14の深さの差
をいずれも大きくすることができる。これにより、導光
板12の出射面12bにおいて均一な出射光量を得るこ
とができるので、液晶表示装置1は均一な明るさの表示
を行うことができる。
【0037】あるいはまた、光源13からn番目の溝1
4の深さHn(μm)が、溝の番号nと、係数a、b
と、導光板12の板厚T(μm)と、1本目の溝深さH
1(μm)を用いて、Hn=(an2+bn)×T+H1
る関係式で示されており、係数aが1.0×10-8
上、5.0×10-8以下の範囲であり、係数bが1.0
×10-6以上、3.0×10-6以下の範囲となるように
してもよい。溝14の深さをこのような式で示される構
成とするならば、上記の二次関数Hn=an2T+H1
る式で示される場合と比較してより正確に溝の深さを制
御することができるので、出射面12bからの出射光量
をより均一にすることができる。
【0038】(第2の実施形態)上記第1の実施形態で
は、前記溝14の深さと導光板12の板厚Tの割合によ
って出射面12bからの出射光量を導き、溝14の深さ
を決定している。しかしながら、上記導光板12はアク
リル系樹脂やシクロオレフィン系樹脂を射出成形するこ
とにより製造されるため、前記ストライプ状に形成され
た溝14の一部に面ダレ等による成形不良が発生して溝
14を構成する急斜面部16における反射効率が低下す
る現象が見られる。上記の射出成形工程における面ダレ
等の成形不良は、導光板12の表面において外側に突出
した部分や内側に凹んだ形状の部分に対して、成形条件
が一定ならば、一定の長さあるいは深さにおいて発生す
るものである。より具体的には、図3に示す導光板12
の対向面12cにおいて、符号18で示される凸部の高
さが一定量だけ小さくなり、符号19で示される凹部の
深さが一定量だけ浅くなるものである。
【0039】そこで、上記の面ダレなどの成形不良に対
する補正を加えてより正確に溝の深さを制御した導光板
を備えるフロントライトを本発明の第2の実施形態とし
て、図4を参照して以下に詳細に説明する。図4は、本
発明の第2の実施形態であるフロントライトの導光板の
部分断面構造図である。この図において、導光板32は
平坦面として形成されて光が出射される出射面32bと
反対側の対向面32cに、出射面32bに対して傾斜し
ている緩斜面部34aとこの緩斜面部34aに続いて形
成されて緩斜面部34aより急な傾斜角度を有する急斜
面部34bとから構成される複数の溝34がストライプ
状に形成されている。この溝34の深さは光源33から
離れているものほど大きくなるように形成されている。
また、ストライプ状に形成された複数の溝34のうち、
隣接する2本の溝34の深さの差が、導光方向に沿って
大きくなるように溝34は形成されている。また、図示
されていないが、本実施の形態のフロントライトは、図
1に示すフロントライト10と同様の構造であって、図
4に示す導光板32と、この導光板32の一側端面に光
源を備える構造であり、図4において光源は図示幹側に
配置されており、この光源からの光が図示右側から左側
へ導光板32内部を伝搬する構造である。また、導光板
32内部を伝搬する光のうち、上記急斜面部34bによ
って反射されて出射面32bに向かって伝搬した光が、
出射面部32bから出射されるようになっている。
【0040】本実施形態の導光板32の複数の溝34の
深さは、光源からn番目の溝の深さFnが、該Fnのうち
光の出射に寄与する実効部分Hnと、該Hn以外の部分で
ある無効部分dとの和(Hn+d)で示され、光源から
(n+1)番目の溝の深さFn +1が、n番目の溝の深さ
nと、導光板の板厚Tと、前記無効部分dとを用いて
n+1=((Fn−d)×T/(T−Fn+d))+dな
る式で示されることが好ましい。
【0041】上記に示す関係式について以下に詳細に説
明する。本実施形態においては、上記ストライプ状に形
成された複数の溝34の深さが上記の成形不良を考慮し
た上で設定されている。この溝34の深さについて、図
4を参照して以下に詳細に説明する。図4に示すよう
に、導光板32の対向面32cにはストライプ状に形成
された溝34により、凸部35a、35bおよび凹部3
6a、36bが形成されている。これらの凸部35a、
35bおよび凹部36a、36bにおいては、導光板3
2が射出成形により作製される工程において、図4に示
すように面ダレが発生する。より具体的には、例えば凸
部35aを例に挙げると、図4に示す凸部35aの近傍
に点線で示す部分が、導光板32を作製するための射出
成型用の金型に形成された形状であるが、実際に作製さ
れた導光板32においては、図4に示すように角が取れ
た形状の凸部35aのようになる。また、凸部35bお
よび凹部36a、36bも同様である。
【0042】図4に示す導光板32において、溝34に
よって生成される出射光は急斜面部34bによって反射
された光であり、溝34が深く形成されているほど出射
光量は大きくなる。従って、上記のような成形不良を考
慮するならば、図4に示す溝34を光源からn番目の溝
とすると、その設計深さFnから上記の成形不良部を除
いた実効的な溝34の深さの実効部分Hnに対応する急
斜面部34bのみが光の出射に寄与する部分であり、上
記Hnを差し引いた溝の深さをdとすると、d=Fn−H
nなる部分が無効部分となる。ところで、凸部35a、
および凸部35bにおいて、上記金型の設計寸法からの
ずれは、凸部35a、35bにおいてほぼ同一であり、
導光板32の対向面に形成された他の凸部においても同
様である。また、凹部36a、36bにおいても上記凸
部35a、35bと同様の設計寸法からのずれとなる。
従って、上記無効部分dは、溝34の深さによらず一定
の値とすることができる。
【0043】以上から、上記複数の溝34の深さにおけ
る実効部分Hnを適切に設定することにより、導光板3
2の出射面32bからの出射光量を均一にすることがで
きる。具体的には、上記第1の実施形態に記載のよう
に、光源から(n+1)番目の溝34の深さHn+1が、
n番目の溝34の深さHnと、導光板の板厚Tとを用い
て、Hn+1=Hn×T/(T−Hn)なる式を満たすよう
に、溝34の深さの実効部分Hnを設定すればよい。上
記から、溝34の深さの無効部分dは溝34の深さによ
らず一定とすることができるので、n番目の溝34の設
計深さFnは、上記実効部分Hnと、無効部分dの和とし
て示されてFn=Hn+dなる式が成立する。従って、こ
れらの式から溝34の設計深さは、(n+1)番目の溝
34の設計深さFn+1が、n番目の溝の設計深さFnと、
導光板の板厚Tと、上記無効部分dとを用いて、Fn+1
=(F n−d)×T/(T−Fn+d)なる式で示される
ように、各溝34の設計深さを設定すればよい。
【0044】上記第1、第2の実施形態においては、図
1に示す導光板12および図4に示す導光板32のよう
に、一面にストライプ状の溝が形成されており、この溝
の間に平坦部を有する導光板を面発光装置に適用する場
合について説明したが、本発明の面発光装置には一面に
ストライプ状の溝が形成されており、この溝の底部に平
坦部を備える導光板を用いることもできる。このような
構成とした場合も上記第1の実施形態、第2の実施形態
と同様に溝の深さを設定することにより、出射面からの
出射光量が大きく、かつ出射面において均一な発光が可
能な面発光装置とすることができる。
【0045】尚、上記第1または第2の実施形態では導
光板の一側端面にのみ光源を設けたフロントライトにつ
いて説明したが、対向する2つの側端面に光源を設けた
構成とすることもできる。このような構成とする場合に
は、側端面に配された2つの光源側に近いほど浅い溝が
形成されており、導光板の中心に近いほど深い溝が形成
されている構成とすればよい。このような構成とするな
らば、出射光量が出射面において均一で、かつ大面積の
面発光装置を実現することができる。
【0046】(面発光装置の製造方法)次に、本発明に
係る面発光装置の製造方法について図5〜図6を参照し
て説明する。図5および図6は、本発明の面発光装置の
製造工程の一例を示す断面構成図である。尚、図5のA
〜Cおよび図6のD〜Fはそれぞれ工程順を示してお
り、図5Cと図6Dに示す工程は連続している。
【0047】まず、図5Aに示すように、先端が平坦な
形状のダイヤモンドカッター41を用いて、例えばSU
S420鋼に50〜100μm厚さのNiメッキを施し
た材料等からなる平板状の鋳型用基材40の一面に例え
ば160μmのピッチで平面加工を連続して行う。この
ように平面加工をピッチ送りしながら行う際には、図5
Aに示すように、連続的な平面を形成することは非常に
難しく、実際の加工では平面加工により形成された平坦
部42aと、この平坦部42aに隣接する平坦部42b
との境界に段差部43が形成される。図5Aに示す工程
においては鋳型用基材40の上方からダイヤモンドカッ
ター41による平面加工を行っており、この平面加工の
鋳型用基材40の厚さ方向での加工精度は0.1μm程
度である。従って平坦部42aと平坦部42bの境界に
0.3μm程度以下の高さを有する段差部43が生じ
る。しかしながら、その一方で平面加工により形成され
た平坦部42a、42bの表面粗さ(Ra)は0.01
μm以下になるために、この両者の違いにより平坦部4
2aと平坦部42bの境界に形成される段差部43が、
わずか0.数μmのものであっても段差として認識さ
れ、光の散乱等の問題の原因となる。
【0048】次に、先の工程とは異なり、先端形状が三
角形のダイヤモンドカッター44を用いて、上記の平面
加工により形成された段差部43に上記ダイヤモンドカ
ッター44の先端44aが位置するように加工の位置決
めを行い、前記段差部43に沿う溝45をストライプ状
に連続して形成する。このようにして、図5Cに示す鋳
型50を得る。以上の工程のように鋳型用基材40の一
面への平面加工をダイヤモンドカッター41をピッチ送
りしながら行うことにより、鋳型用基材40に所望の平
面粗度を有する平坦面が得られるとともに、識別可能な
段差43が形成され、その後の溝45を形成する工程に
おいて、加工を行うダイヤモンドカッター44を正確に
段差43に位置決めすることが可能になる。その一方
で、光学的に問題となる段差43は、ダイヤモンドカッ
ター44による加工で削除することができる。従って、
本発明の製造方法によれば作製される導光板の溝の寸法
精度を向上させることができるので、面発光装置の出射
光量、およびその分布をより設計値に近いものとするこ
とができる。
【0049】図5Bに示す工程で形成される溝45の深
さは、最初に加工された溝45からピッチ送りされる順
に徐々に深い溝45を形成して、かつ1ピッチごとの溝
45の深さの増加量がピッチ送りされる順に徐々に大き
くなるようにする。具体的には、最初に形成された溝を
1番目として(n+1)番目の溝の深さFn+1が、n番
目の溝の深さFnと、このFnのうち出射面からの光の出
射に寄与する実効部分Hnと、このHn以外の無効部分d
と、作製される導光板の板厚Tを用いてFn+1=(Fn
d)×T/(T−Fn+d)なる式を満たすように上記
溝45をストライプ状に形成する。上記の関係式を満た
すように溝45の深さを設定することにより、導光板の
出射面からの出射光量が均一な面発光装置を構成するこ
とができる。その理由は上記第2の実施形態に記載の通
りである。
【0050】あるいは、最初に形成された溝からn番目
の溝45の深さHn(μm)が、溝の番号nと、1.0
×10-8以上、5.0×10-8以下の範囲の係数aと、
作製される導光板の板厚T(μm)と、1本目の溝深さ
1(μm)とを用いて、Hn=an2T+H1なる関係
式を満たすようにしてもよい。このような構成とした鋳
型を用いて作製された導光板においても、上記と同様に
光源からの距離が離れるほど深い溝が形成されており、
かつ隣接する溝の深さの差が光源から離れた位置の溝ほ
ど大きい構成とすることができるので、導光板の出射面
における出射光量が均一な面発光装置を構成することが
できる。あるいはまた、最初に形成された溝からn番目
の溝の45の深さHn(μm)が、溝の番号nと、1.
0×10-8以上、5.0×10-8以下の係数aと、1.
0×10-6以上3.0×10-6以下の係数bと、作製さ
れる導光板の板厚T(μm)と、1本目の溝深さH
1(μm)とを用いて、Fn=(an2+bn)×T+H1
なる関係式で示されるように前記溝を形成してもよい。
このような構成として作製された導光板を用いた場合も
上記と同様に出射面における出射光量が均一な面発光装
置を構成することができる。
【0051】また、上記いずれの関係式によって溝の深
さを決定する場合においても、図5Cに示すように、隣
接する溝45の間に平坦部46、47が形成されるよう
にすることが好ましい。このような平坦部46、47を
隣接する溝45の間に設けることにより、作製された面
発光装置の導光板の表面で特定の方向の光が強く反射し
て視認性が低下する現象を防止することができる。ま
た、平坦部46、47はダイヤモンドカッター44のピ
ッチ送りの方向に徐々にその面積が小さくなるように形
成されることが好ましい。すなわち、図6Cに示す平坦
部46の面積よりも、ピッチ送り方向の平坦部47の面
積が小さくなるように形成することが好ましい。このよ
うな構成とすることによりより効果的に特定の方向の反
射を防ぐことができる。
【0052】次に、図6Dに示すように、上記の工程に
て作製された鋳型50を用いて、Ni電鋳等の方法によ
りNi等からなる射出成型用の金型51を作製する。こ
の金型51は上記鋳型50の溝45が形成された一面5
0aの形状とは逆凹凸の形状を有する一面を備えるもの
である。
【0053】次に、図6Eに示すように、上記工程にて
作製された前記鋳型50と逆の凹凸形状を備える金型5
1および箱状の金型52を用いて、アクリル系樹脂やシ
クロオレフィン系樹脂を射出成形して、前記鋳型50の
一面50aと同一の面形状を有する導光板53を作製す
る。この導光板53の一面には、図6Fに示すように溝
55がストライプ状に形成されており、溝55は導光板
53の側端面53a側から対向する側端面に向かって徐
々に深いものが形成されている。また、隣接する溝55
の間には平坦部56、57が形成されており、導光板5
3の側端面53aから離れる方向に上記平坦部の面積が
小さくなっている。つまり、図6Fに示す導光板53に
おいては、平坦部57の面積は、側端面53a側の平坦
部56よりも小さくなっている。
【0054】次に、図6Fに示すように、上記の導光板
53の側端面53aに冷陰極管やLED等からなる棒状
の光源58を配設して面発光装置60を得る。以上の工
程により作製された面発光装置60は、導光板53とそ
の側端面53aに配された光源58とからなり、光源5
8の光を導光板53の側端面53aを介して導光坂53
の内部に導入し、前記ストライプ状に形成された溝55
により、導光板53の内部を伝搬する光の方向を変え
て、前記溝55が形成された面と反対側の出射面53b
から出射させるようになっている。
【0055】本実施形態の製造方法により作製された面
発光装置60は、導光板53の一面に形成された溝55
が、光源58から離れた位置のものほど深く形成されて
おり、隣接する2本の溝55の深さの差が光源58から
離れるほど大きくなるように形成されているので、導光
板53の出射面53bから出射される光量を出射面53
bにおいて均一にすることができる。また、溝55の深
さが、図6Eに示す射出成形の工程において生じる面ダ
レなどの成形不良部分を予め考慮して設計されているの
で、出射面53bからの出射光量を減少させることなく
出射光量の分布を均一にすることができる。
【0056】あるいは、本発明の面発光装置の製造方法
として、上記のように鋳型から作製した金型を用いず
に、金型用の基材に平面加工および溝加工を施して金型
を作製する方法も適用可能である。すなわち、上記の実
施形態において、図5Cに示す鋳型50をそのまま射出
成形の金型として用いることができる。この製造方法を
本発明の面発光装置の製造方法の他の実施形態として、
図7、8を参照して以下に詳細に説明する。図7A〜
C、および図8D、Eは、本実施形態の面発光装置の製
造工程の一例を示す断面構成図であり、図7Cと図8D
に示す工程は連続している。
【0057】まず、図7Aに示すように、先端が平坦な
形状のダイヤモンドカッター71を用いて、例えばSU
S420鋼に50〜100μmのNiメッキを施した材
料などからなる平板状の金型用基材70の一面に例えば
160μmピッチで平面加工を連続して行う。この際、
本実施形態の製造工程においても、図5、6に示す製造
工程と同様の段差部73が、平面加工により形成された
平坦部72aの境界に形成される。
【0058】次に、図7Bに示すように、先端形状が三
角形のダイヤモンドカッター74を用いて、上記の平面
加工により形成された段差部73にダイヤモンドカッタ
ー74の先端74aが位置するように加工の位置決めを
行い、前記段差部73に沿う溝75をストライプ状に連
続して形成する。このようにして金型80を得る。尚、
図7Bに示す工程において、本実施形態の製造方法は、
ダイヤモンドカッター74によって形成される溝75の
緩斜面部と急斜面部の位置関係が、図5Bに示す溝45
とは逆になるように加工を行う。すなわち、溝75の急
斜面部が1本目の溝75側に配置されるようにダイヤモ
ンドカッター74の方向を設定して加工を行う。これ
は、本実施形態の製造方法が、鋳型を介さずに金型を作
製するため、作製される導光板の表面形状が、ダイヤモ
ンドカッター74による加工形状とは逆凹凸の形状とな
るためである。
【0059】また、図7Bに示す工程において形成され
る溝75の深さやピッチなどは、図5に示す溝45と同
様の構成とすればよい。すなわち、最初に加工された溝
75からピッチ送りされる順に徐々に深い溝75を形成
し、かつ1ピッチごとの溝の深さの増加量がピッチ送り
される順に徐々に大きくなるようにすればよい。また、
この溝75に関する溝深さの関係式も先の実施形態の関
係式を適用することができる。
【0060】次に、図8Dに示すように、上記の工程に
て作製された金型80と、箱状の金型82を用いて、ア
クリル系樹脂やシクロオレフィン系樹脂を射出成形し
て、前記金型80の一面80aと逆凹凸の面形状を有す
る導光板83を作製する。この導光板83の一面には、
図8Eに示すように溝85がストライプ状に形成されて
おり、この溝85は導光板83の側端面83a側から、
対向する側端面に向かって徐々に深くなるように形成さ
れている。また、溝85の底部に平坦部86、87が形
成されており、導光板83の側端面83aから離れるに
従って上記平坦部の面積が小さくなっている。つまり、
図8Eに示す導光板83においては、平坦部87の面積
は側端面83a側の平坦部86よりも小さくなってい
る。次に、図8Eに示すように、導光板83の側端面8
3aに冷陰極管やLED等からなる棒状の光源88を配
して、面発光装置90を得る。この面発光装置90も上
記光源88の光を導光板83の側端面83aを介して導
光坂83の内部に導入し、前記ストライプ状に形成され
た溝85により、導光板83の内部を伝搬する光の方向
を変えて、前記溝85が形成された面と反対側の出射面
83bから出射させることができる。また、上記溝85
が図6Fに示す溝55と同様に制御されて形成されてい
るので、上記面発光装置60と同様に、均一な出射光量
分布が得られる。
【0061】以上の構成の面発光装置の製造方法によれ
ば、射出成形に用いる金型を直接加工して作製するの
で、鋳型を作製する工程を省略することができる。従っ
て、工数の削減による製造コストの低減を図ることがで
きる。また、鋳型を介さずに金型を作製するので、金型
の寸法精度を高めることができ、より精度良く導光板、
面発光装置を作製することができる。
【0062】
【実施例】(実施例1)まず、ステンレス鋼の鋳型用基
材を用意し、先端に平坦形状を有するダイヤモンドカッ
ターを用いて160μmピッチで切削加工することによ
り前記鋳型用基材の一面に平坦加工を行った。続いて、
上記平坦加工により鋳型用基材の一面に160μmピッ
チで形成された段差部に、先端が三角形のダイヤモンド
カッターの先端を位置決めして上記段差部に沿って切削
加工を行って前記鋳型用基材の一面に溝をストライプ状
に形成して鋳型を得た。尚、この工程において鋳型の一
面に形成された溝は、面発光装置として動作する状態に
おいて光源に最も近い溝の深さを5.24μmとして形
成し、成形不良に対する補正量d(μm)をd=3.6
9とし、以後光源側から(n+1)番目の溝の深さF
n+1が、n番目の溝の深さFnと導光板の板厚Tを用いて
n+1=((Fn−d)×T/(T−Fn+d))なる関
係式を満たすように順次設定して形成した。具体的に
は、1番目の溝の深さ5.24μm、導光板の板厚80
0μm、および上式から順次溝の深さを算出した。光源
から最も離れた位置に形成された314番目の溝の深さ
は7.64μmであった。尚、上記溝を構成する2つの
斜面部の傾斜角度は、それぞれ急斜面部を45度、緩斜
面部を2.87度とした。次に、上記鋳型を用いて、こ
の鋳型と逆凹凸の凹凸形状が一面に形成されたNiから
なる金型を作製した。次に、上記金型を用いてアクリル
樹脂を射出成形して、(縦)40mm×(横)50mm
×(厚さ)0.8mmの導光板を作製した。次に、この
導光板の溝と平行な側端面に、白色LEDを備える棒状
の光源を配設してフロントライトを作製した。
【0063】上記の工程により得られた本実施例のフロ
ントライトの導光板の一面に形成された溝深さの分布を
図9Aに示す。図9Aのグラフの横軸は光源に最も近い
溝を1番目とした溝の番号を示し、縦軸は溝番号に対応
する溝の深さを示すものである。この図に示すように、
本実施例の導光板においては光源から離れた溝ほど溝深
さが大きくなり、隣接する溝の溝深さの差が光源から離
れるほど大きくなるなるように溝が形成されている。
【0064】次に、本実施例のフロントライトを動作さ
せて導光板の出射面の各部における出射光量の分布を測
定した結果を図9Bに示す。図9Bのグラフにおいて横
軸は導光板に形成された上記溝を光源に最も近い溝を1
番目として示す溝の番号であり、縦軸は光源の光量で規
格化されたフロントライトの光出射面からの出射光量を
示す。図9Bに示すように、本実施例のフロントライト
の出射光量の最大値は入光量を1とした場合、0.00
194であり、最小値は0.001844であった。ま
た、出射光量がそれぞれ最大、最小となる位置は、上記
溝の位置でそれぞれ1本目、314本目であった。本実
施例のフロントライトの出射光量のばらつきを出射光量
の最小値と最大値の比で示すと約95%であった。ま
た、平均の出射光量は0.001899であった。ま
た、本実施例のフロントライトの光源の使用効率は、2
6.0%であった。
【0065】(実施例2)次に、1本目の溝深さを5.
25μmとし、n本目の溝深さHn(μm)が、溝番号
nと、導光板の板厚800μmと、Hn=(2.8×1
-8)n2+5.25となる式を満たすように、上記実
施例1と同様の方法にてストライプ状に形成された溝を
有する導光板を作製した。尚、本実施例においても各溝
のピッチは160μmとし、溝を構成する斜面部の傾斜
角度を急斜面部を45度、緩斜面部を2.8度とした。
また、最終端(314本目)の溝の溝深さは7.46μ
mであった。次に、この導光板に上記実施例1と同等の
光源を接合一体化してフロントライトを作製した。
【0066】上記の工程により得られた本実施例のフロ
ントライトの導光板の一面に形成された溝深さの分布を
図10Aに示す。図10Aのグラフの横軸は光源に最も
近い溝を1番目とした溝の番号を示し、縦軸は溝番号に
対応する溝の深さを示すものである。この図に示すよう
に、本実施例の導光板においては光源から離れた溝ほど
溝深さが大きくなり、隣接する溝の溝深さの差が光源か
ら離れるほど大きくなるなるように溝が形成されてい
る。
【0067】次に、本実施例のフロントライトを動作さ
せて導光板の出射面の各部における出射光量の分布を測
定した結果を図10Bに示す。図10Bのグラフにおい
て横軸は導光板に形成された上記溝を光源に最も近い溝
を1番目として示す溝の番号であり、縦軸は光源の光量
で規格化されたフロントライトの光出射面からの出射光
量を示す。図10Bに示すように、本実施例のフロント
ライトの出射光量の最大値は、入光量を1として0.0
01965であり、出射光量の最小値は0.00181
3であった。これより、出射光量分布は92.3%であ
り、平均の出射光量は0.001892であった。ま
た、本実施例のフロントライトの光源の使用効率は2
5.4%であった。本実施例のフロントライトの出射光
量がそれぞれ最大、最小となる位置は上記実施例1とは
異なっており、出射光量が最大となる位置は260番目
の溝付近であり、最小となる位置は80番目の溝付近で
あった。
【0068】(実施例3)次に、1本目の溝深さを5.
25μmとし、n本目の溝深さHn(μm)が、溝の番
号nを用いてHn=((2.36×10-8)n2+(1.
6×10-6)n)×800+5.25なる式を満たすよ
うに、上記実施例1と同様の方法にてストライプ状の溝
を形成して導光板を作製した。尚、本実施例においても
各溝のピッチは160μmとし、溝角度を急斜面側を4
5度、緩斜面側を2.82度とした。また、最終端(3
14本目)の溝の溝深さは7.51μmであった。次
に、この導光板に上記実施例1と同等の光源を接合一体
化してフロントライトを作製した。
【0069】上記の工程により得られた本実施例のフロ
ントライトの導光板の一面に形成された溝深さの分布を
図11Aに示す。図11Aのグラフの横軸は光源に最も
近い溝を1番目とした溝の番号を示し、縦軸は溝番号に
対応する溝の深さを示すものである。この図に示すよう
に、本実施例の導光板においては光源から離れた溝ほど
溝深さが大きくなり、隣接する溝の溝深さの差が光源か
ら離れるほど大きくなるなるように溝が形成されてい
る。
【0070】次に、本実施例のフロントライトを動作さ
せて導光板の出射面の各部における出射光量の分布を測
定した結果を図11Bに示す。図11Bのグラフにおい
て横軸は導光板に形成された上記溝を光源に最も近い溝
を1番目として示す溝の番号であり、縦軸は光源の光量
で規格化されたフロントライトの光出射面からの出射光
量を示す。図11Bに示すように、本実施例のフロント
ライトの出射光量の最大値は0.001984であり、
出射光量の最小値は0.001879であった。これよ
り、出射光量分布は94.7%であり、平均の出射光量
は0.001934であった。また、本実施例のフロン
トライトの光源の使用効率は25.9%であった。本実
施例のフロントライトの出射光量がそれぞれ最大、最小
となる位置は上記実施例1、2とは異なっており、出射
光量が最大となる位置は230番目の溝付近であり、最
小となる位置は60番目の溝付近であった。
【0071】(比較例1)次に、1本目の溝深さを5.
06μmとし、溝深さを1本ごとに0.0056μmず
つ深くしてストライプ状の溝を形成して導光板を作製し
た。尚、本比較例においても各溝の溝ピッチは160μ
mとし、溝角度は急斜面側を45度、緩斜面側を2.5
5度とした。また、最終端(314本目)の溝深さは
6.82μmであった。次に、この導光板に上記実施例
1と同等の光源を接合一体化してフロントライトを作製
した。
【0072】上記の工程により得られた本比較例のフロ
ントライトの導光板の一面に形成された溝深さの分布を
図12Aに示す。図12Aのグラフの横軸は光源に最も
近い溝を1番目とした溝の番号を示し、縦軸は溝番号に
対応する溝の深さを示すものである。この図に示すよう
に、本比較例の導光板においては光源から離れた溝ほど
溝深さが大きくなるように溝が形成されているが、隣接
する溝の溝深さの差は光源からの距離に関わらず0.0
056μmで一定である。
【0073】次に、本比較例のフロントライトを動作さ
せて導光板の出射面の各部における出射光量の分布を測
定した結果を図12Bに示す。図12Bのグラフにおい
て横軸は導光板に形成された上記溝を光源に最も近い溝
を1番目として示す溝の番号であり、縦軸は光源の光量
で規格化されたフロントライトの光出射面からの出射光
量を示す。図12Bに示すように、本比較例のフロント
ライトの出射光量の最大値は入光量を1として0.00
1981であり、出射光量の最小値は0.001620
であった。これより、出射光量分布は81.8%であ
り、平均の出射光量は0.001870であった。ま
た、本比較例のフロントライトの光源の使用効率は2
5.1%であった。本比較例のフロントライトの出射光
量がそれぞれ最大、最小となる位置は上記実施例1〜3
とは異なっており、出射光量が最大となる位置は120
番目の溝付近であり、最小となる位置は314番目の溝
の位置であった。
【0074】(比較例2)次に、比較例2として従来の
構成の導光板を作製して、フロントライトを作製した。
従来の構成の導光板とは、導光板において光が出射され
る出射面と反対側の対向面に、出射面と傾斜して形成さ
れた緩斜面部と、この緩斜面部より急な傾斜角度を有す
る急斜面部とからなる溝が、ストライプ状に連続して周
期的に形成されており、この溝が全て同一の形状で構成
されている導光板である。溝の深さを5.66μmと
し、溝を構成する急斜面部および緩斜面部の傾斜角度を
それぞれ45度、2.1度としてストライプ状の溝を形
成して導光板を作製し、続いてこの導光板に白色LED
を備える棒状の光源を接合一体化してフロントライトを
作製した。
【0075】本比較例のフロントライトの導光板の一面
に形成された溝深さの分布を図13Aに示す。図13A
のグラフの横軸は光源に最も近い溝を1番目とした溝の
番号を示し、縦軸は溝番号に対応する溝の深さを示すも
のである。この図に示すように、本比較例の導光板の溝
の深さは、光源からの距離に関わらず5.66μmで一
定である。
【0076】次に、本比較例のフロントライトを動作さ
せて導光板の出射面の各部における出射光量の分布を測
定した結果を図13Bに示す。図13Bのグラフにおい
て横軸は導光板に形成された上記溝を光源に最も近い溝
を1番目として示す溝の番号であり、縦軸は光源の光量
で規格化されたフロントライトの光出射面からの出射光
量を示す。図13Bに示すように、本比較例のフロント
ライトの出射光量の最大値は入光量を1として0.00
2464であり、出射光量の最小値は0.001138
であった。これより、出射光量分布は46.2%であ
り、平均の出射光量は0.001717であった。ま
た、本比較例のフロントライトの光源の使用効率は2
3.0%であった。本実施例のフロントライトの出射光
量が最大となる位置は1番目の溝の位置であり、最小と
なる位置は314番目の溝の位置であった。
【0077】(比較例3)次に、溝深さを4.49μ
m、緩斜面部の傾斜角度を1.65度とした以外は上記
比較例2と同様の構成のフロントライトを作製した。本
比較例のフロントライトの導光板の一面に形成された溝
深さの分布を図14Aに示す。図14Aのグラフの横軸
は光源に最も近い溝を1番目とした溝の番号を示し、縦
軸は溝番号に対応する溝の深さを示すものである。この
図に示すように、本比較例の導光板の溝の深さは、光源
からの距離に関わらず4.49μmで一定である。
【0078】次に、本比較例のフロントライトを動作さ
せて導光板の出射面の各部における出射光量の分布を測
定した結果を図14Bに示す。図14Bのグラフにおい
て横軸は導光板に形成された上記溝を光源に最も近い溝
を1番目として示す溝の番号であり、縦軸は光源の光量
で規格化されたフロントライトの光出射面からの出射光
量を示す。図14Bに示すように、本比較例のフロント
ライトの出射光量の最大値は入光量を1として0.00
1000であり、出射光量の最小値は0.000731
であった。これより、出射光量分布は73.1%であ
り、平均の出射光量は0.000859であった。ま
た、本比較例のフロントライトの光源の使用効率は1
1.5%であった。本実施例のフロントライトの出射光
量が最大となる位置は1番目の溝の位置であり、最小と
なる位置は314番目の溝の位置であった。
【0079】以上の実施例1〜実施例3のフロントライ
トの出射光分布の測定結果をまとめて以下の表に示す。
【0080】上記の表から本発明の実施例1〜3のフロ
ントライトは、いずれも出射光量の最大値と最小値の比
である出射光量分布において90%以上を実現してお
り、平均出射光量においても従来の構成のフロントライ
トである比較例2のフロントライトと比較して10%程
度向上している。また、実施例1〜3と比較例1とを比
較すると、これらのフロントライトはいずれも光源から
離れた溝ほど溝の深さが大きくなるように溝が形成され
た導光板を備えているが、平均出射光量、出射光量分布
ともに実施例1〜3のフロントライトの方が優れる結果
となっている。これは、実施例1〜3のフロントライト
の導光板においては隣接する溝の深さの差が光源から離
れるほど大きくなるように溝が形成されているのに対
し、比較例1のフロントライトの導光板においては、隣
接する溝の深さの差が一定であり、光源から離れた位置
における出射光量が不足しているためであると考えられ
る。
【0081】比較例2と比較例3のフロントライトを比
較すると、溝深さを浅くした比較例3のフロントライト
は、出射光量分布のみ73%と改善されているものの、
平均出射光量が約半分にまで落ち込んでいる。このこと
から溝深さの分布を変化させずに出射光量分布を改善し
た場合には、平均出射光量が低下することが確認され
た。これに対して、実施例1〜3のフロントライトは、
比較例2と比較して平均出射光量、出射光量分布ともに
改善されており、本発明の格別な効果を確認することが
できる。
【0082】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、光源と、該光源からの光を端面から入射して出
射面から出射させる構造を有する導光板とを備え、前記
出射面と反対側の対向面に、複数の溝がストライプ状に
形成されており、前記複数の溝のうち、光源からの距離
が大きい溝ほど深く形成されており、かつ隣接する溝の
深さの差が、光源からの距離が大きい溝ほど大きくなる
ように形成されているので、光源から離れた位置での出
射光量を増大させて出射光量分布に優れた面発光装置を
提供することができる。
【0083】次に、本発明にかかる面発光装置におい
て、前記複数の溝のうち、光源側から(n+1)番目の
溝の深さHn+1が、前記導光板の板厚Tと、n番目の溝
の深さHnとを用いて、Hn+1=Hn×T/(T−Hn)な
る関係を満たすようにするならば、導光板の内部を伝搬
する光のうち、各溝によって反射される光量を、各溝で
均一にすることができるので、出射面における出射光量
を均一にすることができる。
【0084】次に、本発明にかかる面発光装置におい
て、前記複数の溝のうち、前記光源からn番目の溝の深
さHn(μm)が、溝の番号nと、係数aと、導光板の
板厚T(μm)と、1本目の溝深さH1(μm)を用い
て、Hn=an2T+H1なる式で示され、前記係数a
が、1.0×10-8以上5.0×10-8以下であるよう
に溝の深さを設定するならば、出射面における出射光量
分布を均一にすることができる。
【0085】次に、本発明にかかる面発光装置におい
て、前記複数の溝のうち、前記光源からn番目の溝の深
さHn(μm)が、溝の番号nと、係数a、bと、導光
板の板厚T(μm)と、1本目の溝深さH1(μm)を
用いて、Hn=(an2+bn)×T+H1なる式で示さ
れており、前記係数aが、1.0×10-8以上5.0×
10-8以下であり、前記係数bが、1.0×10-6以上
3.0×10-6以下であるように溝の深さを設定して
も、出射面における出射光量分布を均一にすることがで
きる。
【0086】次に、本発明にかかる面発光装置におい
て、前記複数の溝のうち、光源からn番目の溝の深さF
nが、該Fnのうち光の出射に寄与する実効部分Hnと、
該Hn以外の部分である無効部分dとの和(Hn+d)で
示されており、光源から(n+1)番目の溝の深さF
n+1が、導光板の板厚Tと、前記無効部分dを用いてF
n+1=((Fn−d)×T/(T−Fn+d))+dなる
式で示されるように溝の深さを設定するならば、射出成
形によって導光板を作製する際の面ダレ等の成形不良に
よる溝の反射効率の低下を補正したうえで各溝による出
射光量を決定することができるので、出射面における出
射光量分布をより均一にすることができる。
【0087】次に、本発明にかかる面発光装置の製造方
法によれば、鋳型用基材の一面に所定のピッチで平面加
工を施し、該平面加工により前記鋳型用基材の表面に前
記ピッチで形成された段差部に溝加工用のダイヤモンド
カッターの先端を位置決めして複数の溝をストライプ状
に形成して鋳型を作製する工程と、該鋳型から金型を作
製する工程と、該金型を用いた射出成形により導光板を
作製する工程と、該導光板に光源を配設する工程とを含
み、前記溝を形成する工程において、光源からの距離が
大きい溝ほど深く形成され、かつ隣接する溝の深さの差
を光源からの距離が大きい溝ほど大きくなるように形成
するので、出射面における出射光量を均一化した、視認
性に優れる面発光装置を製造することができる。
【0088】次に、本発明にかかる面発光装置の製造方
法において、金型用基材の一面に所定のピッチで平面加
工を施し、該平面加工により前記金型用基材の表面に前
記ピッチで形成された段差部に溝加工用のダイヤモンド
カッターの先端を位置決めして複数のみ度をストライプ
状に形成して金型を作製する工程と、該金型を用いた射
出成形により導光板を作製する工程と、該導光板に光源
を配設する工程とを含み、前記溝を形成する工程におい
て、光源からの距離が大きい溝ほど深く形成され、かつ
隣接する溝の深さの差を光源からの距離が大きい溝ほど
大きくなるように形成する製造方法とするならば、鋳型
を介さずに金型を作製することができるので、工数の削
減による製造コストの低減を図ることができる。
【0089】次に、本発明にかかる面発光装置の製造方
法において、前記複数の溝のうち光源からn番目の溝の
深さFnが、該Fnのうち光の出射に寄与する実効部分H
nと、該Hn以外の部分である無効部分dとの和(Hn
d)で示されており、光源から(n+1)番目の溝の深
さFn+1が、n番目の溝の深さFnと導光板の板厚Tとを
用いてFn+1=((Fn−d)×T/(T−Fn+d))
+dなる式で示されるように前記複数の溝を形成するな
らば、出射面における出射光量分布がより均一な面発光
装置を製造することができる。
【0090】次に、本発明にかかる面発光装置の製造方
法において、前記複数の溝のうち光源からn番目の溝の
深さHn(μm)が、1.0×10-8以上5.0×10
-8以下の係数aと、導光板の板厚T(μm)と、1本目
の溝深さH1(μm)を用いて示されるHn=an2T+
1なる式を満たすように前記複数の溝を形成しても、
出射面における出射光量分布が均一な面発光装置を製造
することができる。
【0091】次に、本発明にかかる面発光装置の製造方
法において、前記複数の溝のうち光源からn番目の溝の
深さHn(μm)が、1.0×10-8以上5.0×10
-8以下の係数aと、1.0×10-6以上3.0×10-6
以下の係数bと、導光板の板厚T(μm)と、1本目の
溝深さH1(μm)とを用いて示されるHn=(an2
bn)×T+H1なる式を満たすように前記複数の溝を
形成しても、出射面における出射光量分布が均一な面発
光装置を製造することができる。
【0092】次に、本発明に係る液晶表示装置によれ
ば、本発明の面発光装置を備えているため、光源から離
れた位置であっても面発光装置からの照明光を十分に得
ることができる。そのため、表示領域全体で均一な明る
さの表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の第1の実施形態の液晶表示装
置の断面図である。
【図2】 図2は本発明に係る液晶表示ユニットの反射
層の一部を示す斜視図である。
【図3】 図3は本発明に係る面発光装置の導光板の部
分断面図である。
【図4】 図4は本発明の第2の実施形態のフロントラ
イトの導光板の部分断面図である。
【図5】 図5A〜Cは、本発明に係る面発光装置の製
造工程の一例を工程順に示す断面工程図である。
【図6】 図6D〜Fは、本発明に係る面発光装置の製
造工程の一例を工程順に示す断面工程図である。
【図7】 図7は、本発明に係る面発光装置の製造工程
の一例を示す断面工程図である。
【図8】 図8は、本発明に係る面発光装置の製造工程
の一例を示す断面工程図である。
【図9】 図9Aは本発明の実施例1のフロントライト
の溝深さ分布を示すグラフであり、図9Bは実施例1の
フロントライトの出射光量分布を示すグラフである。
【図10】 図10Aは本発明の実施例2のフロントラ
イトの溝深さ分布を示すグラフであり、図10Bは実施
例2のフロントライトの出射光量分布を示すグラフであ
る。
【図11】 図11Aは本発明の実施例3のフロントラ
イトの溝深さ分布を示すグラフであり、図11Bは実施
例3のフロントライトの出射光量分布を示すグラフであ
る。
【図12】 図12Aは比較例1のフロントライトの溝
深さ分布を示すグラフであり、図12Bは比較例1のフ
ロントライトの出射光量分布を示すグラフである。
【図13】 図13Aは比較例2のフロントライトの溝
深さ分布を示すグラフであり、図13Bは比較例2のフ
ロントライトの出射光量分布を示すグラフである。
【図14】 図14Aは比較例3のフロントライトの溝
深さ分布を示すグラフであり、図14Bは比較例3のフ
ロントライトの出射光量分布を示すグラフである。
【図15】 図15は、フロントライトを備える液晶表
示装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 液晶表示装置 10 フロントライト 12 導光板 13 光源 12a 側端面 12b 出射面 12c 対向面 14 溝 14a 緩斜面部 14b 急斜面部 15 平坦部 20 液晶表示ユニット 40、70 鋳型用基材 43、73 段差部 45、75 溝 50 鋳型 51、80 金型 53、83 導光板 58、88 光源

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、該光源からの光を側端面から入
    射して該光を出射面から出射させる構造を有する導光板
    とを備え、前記導光板の出射面と反対側の対向面に、緩
    斜面部と該緩斜面部より急な傾斜角度を有する急斜面部
    とから構成される複数の溝がストライプ状に周期的に形
    成されており、 前記溝のうち、光源からの距離が大きい溝ほど深く形成
    されており、かつ隣接する溝の深さの差が、光源からの
    距離が離れるほど大きくなるように形成されていること
    を特徴とする面発光装置。
  2. 【請求項2】 前記複数の溝のうち、光源から(n+
    1)番目の溝の深さH n+1が、n番目の溝の深さHnと導
    光板の板厚Tを用いてHn+1=Hn×T/(T−Hn)な
    る関係式を満たすように形成されていることを特徴とす
    る請求項1に記載の面発光装置。
  3. 【請求項3】 前記複数の溝のうち、光源からn番目の
    溝の深さHn(μm)が、溝の番号n、係数a、1本目
    の溝深さH1(μm)、導光板の板厚T(μm)を用い
    てHn=an2T+H1なる式で示されており、前記係数
    aが、1.0×10-8以上5.0×10-8以下であるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の面発光装置。
  4. 【請求項4】 前記複数の溝のうち、光源からn番目の
    溝の深さHn(μm)が、溝の番号n、係数a、b、1
    本目の溝深さH1(μm)、導光板の板厚T(μm)を
    用いてHn=(an2+bn)×T+H1なる式で示され
    ており、前記係数aが、1.0×10-8以上5.0×1
    -8以下であり、前記係数bが、1.0×10-6以上
    3.0×10-6以下であることを特徴とする請求項1に
    記載の面発光装置。
  5. 【請求項5】 前記複数の溝のうち、光源からn番目の
    溝の深さFnが、該Fnのうち光の出射に寄与する実効部
    分Hnと、該Hn以外の部分である無効部分dとの和(H
    n+d)で示されており、 光源から(n+1)番目の溝の深さFn+1が、n番目の
    溝の深さFnと、導光板の板厚Tと、前記無効部分dと
    を用いてFn+1=((Fn−d)×T/(T−Fn
    d))+dなる式で示されることを特徴とする請求項1
    に記載の面発光装置。
  6. 【請求項6】 前記導光板の反射面部が、互いに隣接す
    る溝の間に形成された平坦部を有することを特徴とする
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の面発光装置。
  7. 【請求項7】 前記導光板の反射面部が、溝の底部に形
    成された平坦部を有することを特徴とする請求項1〜5
    のいずれか1項に記載の面発光装置。
  8. 【請求項8】 前記平坦部のうち、光源からの距離が大
    きい平坦部ほど該平坦部の面積が小さくなるように形成
    されていることを特徴とする請求項6または7に記載の
    面発光装置。
  9. 【請求項9】 鋳型用基材の一面に所定のピッチで平面
    加工を施し、該平面加工により前記鋳型用基材の表面に
    前記ピッチで形成された段差部に複数の溝をストライプ
    状に形成して鋳型を作製する工程と、該鋳型から金型を
    作製する工程と、該金型を用いた射出成形により導光板
    を作製する工程と、該導光板に光源を配設する工程とを
    含み、 前記複数の溝のうち、光源からの距離が大きい溝ほど深
    く形成され、かつ隣接する溝の深さの差を光源からの距
    離が離れるほど大きくなるように形成されることを特徴
    とする面発光装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 金型用基材の一面に所定のピッチで平
    面加工を施し、該平面加工により前記金型用基材の表面
    に前記ピッチで形成された段差部に複数の溝をストライ
    プ状に形成して金型を作製する工程と、該金型を用いた
    射出成形により導光板を作製する工程と、該導光板に光
    源を配設する工程とを含み、 前記複数の溝のうち、光源からの距離が大きい溝ほど深
    く形成され、かつ隣接する溝の深さの差を光源からの距
    離が離れるほど大きくなるように形成されることを特徴
    とする面発光装置の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記複数の溝のうち光源からn番目の
    溝の深さFnが、該Fnのうち光の出射に寄与する実効部
    分Hnと、該Hn以外の部分である無効部分dとの和(H
    n+d)で示されており、 光源から(n+1)番目の溝の深さFn+1が、n番目の
    溝の深さFnと導光板の板厚Tと前記無効部分dとを用
    いてFn+1=((Fn−d)×T/(T−Fn+d))+
    dなる式を満たすように前記溝を形成することを特徴と
    する請求項9または10に記載の面発光装置の製造方
    法。
  12. 【請求項12】 前記複数の溝のうち光源からn番目の
    溝の深さHn(μm)が、溝の番号nと、1.0×10
    -8以上5.0×10-8以下の係数aと、導光板の板厚T
    (μm)と、1本目の溝の深さH1(μm)とを用いて
    示されるHn=an2T+H1なる式を満たすように前記
    溝を形成することを特徴とする請求項9または10に記
    載の面発光装置の製造方法。
  13. 【請求項13】 前記複数の溝のうち光源からn番目の
    溝の深さHn(μm)が、溝の番号nと、1.0×10
    -8以上5.0×10-8以下の係数aと、1.0×10-6
    以上3.0×10-6以下の係数bと、導光板の板厚T
    (mm)と、1本目の溝深さH1(μm)とを用いて示
    されるHn=(an2+bn)×T+H1なる式を満たす
    ように前記溝を形成することを特徴とする請求項9また
    は10に記載の面発光装置の製造方法。
  14. 【請求項14】 互いに隣接する前記溝の間に平坦部が
    形成されるように前記複数の溝を形成することを特徴と
    する請求項9〜13のいずれか1項に記載の面発光装置
    の製造方法。
  15. 【請求項15】 前記平坦部のうち、光源が配される側
    の端部からの距離が大きい平坦部ほど該平坦部の面積が
    小さくなるように形成されることを特徴とする請求項1
    4に記載の面発光装置の製造方法。
  16. 【請求項16】 請求項1〜8のいずれか1項に記載の
    面発光装置を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
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