JP2007123086A - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 設計が比較的容易であり、入光面付近に発生する輝度ムラ発生を抑制することができる導光板を提供する。
【解決手段】 入光面と、該入光面に略垂直な出射面と、該出射面に対向する下面を有し、前記入光面近傍に複数のＬＥＤが６ｍｍ〜１７ｍｍ間隔で配置されるサイドエッジタイプのバックライト装置に使用される導光板であって、 前記入光面には、ＬＥＤからの光を、前記入射面内における出射面と平行な方向に拡げる加工がされてなり、 前記出射面又は下面の少なくとも一方に、２面からなる突条が複数形成されてなり、 該突条は、入射面から遠い方の面と前記出射面の法線とのなす角をθ、ＬＥＤの正面におけるθをθ_α、隣接するＬＥＤの中心線上におけるθをθ_βとしたとき、θ_α＞θ_βを満たす部分を有してなる導光板。
【選択図】 図６

Description

本発明は液晶表示装置の面光源装置に関する。

図１は、液晶表示装置１０の外観を示す概略図である。図１において、１は導光板、２は光源、３は出射面、４は反射面、５は入光面、６は偏向パターン素子、７は液晶、８はリフレクタ、９は光学シート、１１はホルダー、１２は光線、１３は観察者の視点である。なお、液晶表示装置１０から液晶パネルを除いた状態でバックライト装置１４ということがある。

図１に示すようなバックライト装置や液晶表示装置は、光源が導光板の側面（サイド）に位置するため、サイドエッジタイプと呼び、光源が導光板の背面に位置するタイプと区別される。サイドエッジタイプのバックライト装置に使用される導光板においては、入光面の近傍には複数のＬＥＤが光源２として所定間隔で配置されているのが一般的である。

ＬＥＤから出射される出射光は、ある程度の指向性を有しているために、図２に示すように、入光面付近において、ＬＥＤの正面部分は明るいが、ＬＥＤとＬＥＤの間の部分では暗く観察されるという問題があった。このような明暗は、液晶表示装置の見栄えを低下させるため問題となっていた。

そこでこの問題を解決するために、入光面に光拡散加工を行った導光板が提案されている。この光拡散加工は、ＬＥＤからの入射光を横方向（前記入光面内において出射面と平行な方向）に拡散させるための形状を付与する加工であり、ＬＥＤ正面方向に光が集中するのを防ぐことにより、入光面付近の輝度ムラを低減することが可能となる（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、図３の導光板上面図に示すように、入光面に光拡散パターン１６を入れた場合であると、今度は、ＬＥＤ正面付近に暗部１５が生じ、相対的にＬＥＤ間が明部となり、入光面で輝度ムラが発生してしまうことがわかった。このようなＬＥＤ正面付近が暗くなることによる輝度ムラは、ＬＥＤ正面付近が明るいことによる輝度ムラと比較して、ムラの程度が少ないため、従来は大きな問題とならなかったが、近年、液晶表示素子の画素数が高まったり、ＬＥＤ自体の輝度が大幅に向上してきたことによって、ＬＥＤ正面付近が暗くなることによる輝度ムラが無視できないようになっている。

図３に示すような、ＬＥＤ正面付近が暗く、ＬＥＤ間が明るくなってしまうことによる輝度ムラを解消するために、導光板の出射面又は下面のいずれか片方の、入光面に近い部分に、光拡散加工を行った導光板が提案されている。このような光拡散加工としては、図４に示すように、入光面付近に、ＬＥＤ付近は疎、ＬＥＤ間は密となるようなドットパターン１７を形成したものや、図５に示すように、ＬＥＤ付近に細かい縦溝グルーブ１８（入光面の法線方向に伸びる溝）を形成したもの等が考えられる。

しかしながら、図４に示すドットパターン方式では、必ずしも狙った効果が得られるとは限らないため、製品に応じて何種類ものドットパターン１７を試して、最も効果のあるものを見つけ出さなくてはならない。このため導光板の金型を製造するのに莫大な費用を要する。また、金型を製造しないとしても、手加工で数種類のドットパターン１７を形成して効果を確認することとなるため、最良のドットパターンを見出すのに時間がかかることとなる。また、ドットパターン１７は入光付近で光を拡散させるため出射面からの輝度が低下する要因となる。

一方、図５に示す縦溝グルーブ１８についても同様のことが言えて、縦溝グルーブの配置箇所を決定するためのバックデータをそろえる必要がある。また、縦溝グルーブによって、正面視（出射面の正面から見た場合）の輝度ムラが改善できたとしても、少し斜め方向から見た時に輝度ムラが発生してしまう場合があり、この点を解決するためには、実際に異なるパターンの縦溝グルーブを設けた導光板を何種類も製作しなければ効果がわからなかった。

本発明は、前記、課題を解決するため、設計が比較的容易であり、入光面付近に発生する輝度ムラ発生を抑制することができる導光板を提供するものである。

本発明の一実施形態は、入光面と、該入光面に略垂直な出射面と、該出射面に対向する下面を有し、前記入光面近傍に複数のＬＥＤが６ｍｍ〜１７ｍｍ間隔で配置されるサイドエッジタイプのバックライト装置に使用される導光板であって、前記入光面には、ＬＥＤからの光を、前記入光面内における出射面と平行な方向に拡げる加工がされてなり、前記出射面又は下面の少なくとも一方に、２面からなる突条が複数形成されてなり、該突条は、入光面から遠い方の面と前記出射面の法線とのなす角をθ、ＬＥＤの正面におけるθをθａ、隣接するＬＥＤの中心線状におけるθをθｂとしたとき、θａ＞θｂを満たす部分を有してなる導光板に関する。

本発明の導光板によれば、入光面付近に発生する輝度ムラの抑制が可能であり、これを用いたバックライト装置及び液晶表示装置の見栄えを改善することができる。

図６に本発明の導光板の一実施形態を示す。本発明の導光板１はサイドエッジタイプであって、入光面５は導光板の側面に位置し、入光面と対向するように複数の光源２が配置されている。一般的な光源はＬＥＤであるがこれに限定されるものではない。図６において導光板１は上下を反転して図示してある。つまり、図６において、入光面５に略垂直な出射面３は図の下を向いており、出射面３に対向する下面４（反射面）は図の上を向いている。下面４には、入光面５から入射した光を出射面３方向に曲げるための多数の光学素子６が形成されている。また、本発明の導光板は、入光部付近に２面からなる突条１９が複数形成されている。なお本明細書における図面は模式図であって、それぞれの大きさは実際の相対的なサイズの関係とは異なることは言うまでもない。

図６では、光学素子６及び突条１９は、いずれも下面４に形成されているが、これに限定されるものではない。つまり、光学素子６及び突条１９は光出射面側に形成されていてもよく、また、光学素子６と突条１９がそれぞれ異なる面に形成されていてもよい。しかしながら、光学素子６を図６のような直線状プリズム形状とする場合は下面４にこれが形成されている方が光の利用効率の点で好ましい。また、光学素子６と突条１９は同じ面に形成されている方が、金型の加工が容易である点で好ましい。以下、それぞれの構成について詳しく説明する。

光源２としては、具体的にはＬＥＤが挙げられる。ＬＥＤは、導光板製品の長辺側面、短辺側面どちらに配置されても良い。図６においては短辺側面に配置している。ＬＥＤが配置される予定位置の間の距離は６ｍｍ〜１７ｍｍであるが、この距離は７ｍｍ〜１６ｍｍの範囲が好ましく、８ｍｍ〜１５ｍｍの範囲の時がより好ましい。この範囲であると後述する突条１９の輝度ムラ解消効果を効率的に得ることができる傾向がある。

次に光学素子６について説明する。入光面から入射した光はこの多数の光学素子６により反射されながら、導光板１の中を徐々にその角度を変化させながら導波し、臨界角に達した時点で出射面３から出射される。このような高機能を有する光学素子はこれまでに種々の形状のものが開発されている。具体的には、例えば、図６に示すような入光面に平行な方向に伸びるプリズム形状や、入光面の法線方向に伸びるプリズム形状、ドット、梨地面加工等を施したものをあげることができ、これらは用途に応じて自由に選択することができる。

次に入光面５について説明する。入光面５には、ＬＥＤからの光を横方向（入光面内において出射面と平行な方向）に広げる加工がされてなる。このような加工例としては、ヘアライン加工と呼ばれる細かい溝を多数設けるものや、細かい凸プリズム形状、凹プルズム形状及び曲面形状等を挙げることができる。バックライト装置として光学シートにプリズムシートを１枚使用する１プリズム仕様の場合には、上記入光面への加工は曲面形状であることが好ましく、プリズムを２枚使用する仕様では凹プリズム形状を設けることが好ましい。

次に突条１９について説明する。本発明の導光板では、導光板１の出射面３又は下面４の少なくとも一方に、２面からなる突条が形成されてなる。このような加工例としては、図６に示すような、入光面５に対して平行な直線グルーブ形状の他に、曲線グルーブ形状、直線グルーブ形状と曲線グルーブ形状を組み合わせたパターン等があるが、設計や加工の容易性の点から、ＬＥＤの配置方向に対して平行な直線グルーブ形状が好ましい。

本発明の導光板の一実施形態において、突条１９は光源２の正面と光源の中心部とで、突条を形成する２面のうち入光面から遠い側の面が出射面の法線となす角が、それぞれ異なるように形成することが好ましい。

図７は、本発明の導光板の一実施形態の上面図である。図７において、Ａ−Ａ断面は、光源２自体の中心（これを光源２の正面という）の位置の断面、Ｂ−Ｂ断面は隣接する光源２の中間の位置の断面である。図８（ａ）はＡ−Ａ断面の様子、図８（ｂ）はＢ−Ｂ断面の様子を図示してある。このように、つまり、入光面から遠い方の面と前記出射面の法線とのなす角をθとした場合、Ａ−Ａ断面におけるθ（θ_α）は、Ｂ−Ｂ断面におけるθ（θ_β）とが異なることが好ましく、θ_α＞θ_βであることがより好ましい。このようにすることで、ＬＥＤ正面付近と隣接するＬＥＤの中心付近での輝度の差を低減することができる。

突条１９がθ_α＝θ_βとなるように形成した導光板と比較すると、θ_α＝θ_βの場合だとＬＥＤ正面付近と隣接するＬＥＤの中心付近で輝度に差が生じたのに対し、θ_α＞θ_βであるものは、その輝度ムラが低減されていた。これは、θ_α＞θ_βとすることにより、入光部付近の光の伝搬効率が、ＬＥＤ正面付近と隣接するＬＥＤとの中心付近で差が生じるため、入光面付近で発生する輝度ムラを抑制することが可能となる導光板を提供することができるものと考えられる。

θ_α及びθ_βの絶対値や、その差をどの程度とするかについては、特に制限がない。つまり、導光板の大きさ又は光学素子の形状若しくは数、光学シートの形状、置き方又は枚数、液晶表示素子の画素数等、種々の要因によって輝度ムラの程度は異なってくるので、それぞれの用途に応じてθ_αやθ_βの値を決定することができる。一般的には光源２正面と、光源２の間の輝度ムラが大きい場合にはθ_αとθ_βの差を大きくすればよいが、通常は最大で２°以上の差があることが好ましく、最大で５°以上の差があることがより好ましい。

突条１９は、光源２正面と、光源２の間とで、その高さを変化させてもよく、具体的には、図８におけるｈαとｈβの関係は、ｈβ＞ｈαであることが好ましい。

サイドエッジタイプの液晶表示装置の断面模式図である。 従来の導光板の課題を説明するための上面図である。 従来の導光板の課題を説明するための上面図である。 入光部付近にドットパターンを設けた導光板の上面模式図である。 入光部付近に縦溝グルーブを設けた導光板の斜視模式図である。 本発明の導光板の一使用形態を示す斜視模式図である。 本発明の導光板の一実施形態を示す上面模式図である。 図７のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１ 導光板
２ 光源
３ 出射面
４ 反射面
５ 入光面
６ 偏向パターン（光学素子）
７ 液晶
８ リフレクタ
９ 光学シート
１０ 液晶表示装置
１１ ホルダー
１２ 光線
１３ 観察者の視点
１４ バックライト装置
１５ 暗部
１６ 光拡散パターン
１７ ドットパターン
１８ 縦溝グルーブ
１９ 突条

Claims (3)

1. 入光面と、該入光面に略垂直な出射面と、該出射面に対向する下面を有し、前記入光面近傍に複数のＬＥＤが６ｍｍ〜１７ｍｍ間隔で配置されるサイドエッジタイプのバックライト装置に使用される導光板であって、
   前記入光面には、ＬＥＤからの光を、前記入射面内における出射面と平行な方向に拡げる加工がされてなり、
   前記出射面又は下面の少なくとも一方に、２面からなる突条が複数形成されてなり、
   該突条は、入射面から遠い方の面と前記出射面の法線とのなす角をθ、ＬＥＤの正面におけるθをθ_α、隣接するＬＥＤの中心線上におけるθをθ_βとしたとき、θ_α＞θ_βを満たす部分を有してなる導光板。
2. 前記入光面から少なくとも２ｍｍの距離において、前記突条がθ_α＞θ_βを満たしてなる請求項１記載の導光板。
3. 請求項１記載の導光板と、該導光板の側面に配置された複数個のＬＥＤと、前記導光板の出射面に対向して配設された１枚以上の光学シートと、を少なくとも有してなるバックライト装置。
   

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