JP4671344B2 - 導光板及びそれを用いたバックライト装置 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示パネルを背面より照射するバックライト機構を有する表示装置の導光板及びそれを用いたバックライト装置に関する。

近年、液晶パネルを用いた表示装置は、時計、電話機、パソコン等のあらゆる電子機器に搭載されている。このような電子機器にあって、特に時計や携帯電話等は夜間や暗所においても使用されるため、液晶セルを照明するバックライトを備えたものが多い。このバックライトには、大別して光拡散板などの下に光源を配置した直下型と、導光板の側面に光源を配置したサイドライト型とがある。サイドライト型バックライトは、液晶表示パネルとほぼ同じ大きさに形成された合成樹脂からなる平板状の導光板を備え、その一つの側面が入光面とされ、その入光面に対向して光源が配置される。

このように、サイドライト型バックライトは、導光板の側方に光源を配置する構成であるため、直下型バックライトに比べて薄型化が可能であり、また、液晶表示パネルに対する光源の発熱の影響を少なくし得る点で有利である。このようなバックライト装置に用いられる導光板には、例えば複数のＶ溝が形成されたもの、またはサンドブラスト加工や、しぼ加工が施されたものなどが用いられ、これらの導光板を介して、点光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）から入射される光を表示パネル全体に導くようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

このような従来技術におけるバックライト装置の具体例について図６、図７を用いて説明する。図６は、従来技術におけるバックライト装置を示し、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。また、図７は、従来技術におけるバックライト装置の光源から発せられた光の光路を示す模式図である。図６、図７に示すように、筐体１の内部に透明なプラスチック部材よりなる略直方体形状をした導光板２と、導光板２の入光部となる側面２ａに４個の光源としての発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記載する）３が設置されている。このＬＥＤ３から照射された光が導光板２の側面２ａから導光板２内部に入射し、導光板２の内部で全反射を繰り返しながら導光される。また、導光板２の下面２ｂは光反射面となっており、所定の間隔で配設されたプリズムが形成されており、ＬＥＤ３からの照射光は、下面２ｂのプリズムで反射して上方に向い導光板２の出射面である上面２ｃから外部に出射する。

この導光板２の上面２ｃ側にはプリズムシート５が設けられており、導光板２の上面２ｃから外部に出射した光は、プリズムシート５で屈折、全反射、透過し、液晶パネル（図示しない）を照射する。また、導光板２の下面２ｂ側には、白色シート等の反射シート４が配置されている。この反射シート４は、導光板２の下面２ｂから漏洩する光を反射して再び導光板２に戻すものである。このように、複数のＬＥＤ３から指向性を持って発せられた光は導光板２の入光面である側面２ｂから内部に入射、導光され、導光板２の下面２ｂに設けられたプリズムによって全反射され、出射面２ｃから外部に出射される。

特開２００２−４２５２９号公報（第３−４頁、図１）

しかしながら、前述の従来例のバックライト装置に用いられる点光源であるＬＥＤ３から照射される光には一般に指向性がある。一般的には、複数のＬＥＤが配置されるが、ＬＥＤが配置されている部分と各ＬＥＤ間の部分とに輝度むらが発生し特にＬＥＤ３に近い部分で輝度むらが大きくなる。また、導光板２の下面２ｂに設けられたプリズムの傾斜角Ｐは、ＬＥＤ３の発光面の法線から角度θ（図６（ａ）参照）が大きくなるに従い、その方向における角度が小さくなる。図８における曲線８はＬＥＤ３の発光面の法線に対する角度θの方向におけるプリズムの傾斜面角度の変化を示している。縦軸はＬＥＤ３の発光面の法線方向におけるプリズムの傾斜面角度Ｐに対する傾斜面角度の比、横軸はＬＥＤ３の発光面の法線からの角度θである。図８の曲線８に示すように、ＬＥＤ３の発光面の法線に対する角度θが大きくなるに従って角度比は小さくなり、角度θが大きい部分ではプリズムが無いものと同様になる。このため、図９に示すように、ＬＥＤ３付近のＬＥＤ間に導光板２から出射する光が極端に少ない暗部領域７が発生する。このため、ＬＥＤ３付近ではバックライトの輝度むらが発生するという問題があった。

（発明の目的）
本発明の目的は上記従来技術における課題に鑑みなされたものであり、光源の指向性に起因する暗部領域の発生をより簡単な構造で防止すると同時に、光源からの光を効率良く導光し明るく均一な輝度を示す導光板及びそれを用いたバックライト装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の導光板は、光源から照射される光を入射する入光面と、該入光面に入射される光を反射する反射面と、該反射面にて反射される光を出射する出射面とを有する導光板において、前記反射面に前記光源からの光を反射させるためプリズムを有し、該プリズムが所定の間隔で連続して配設された鋸歯状の傾斜角を有し、該プリズムの傾斜角は、光源と対面するプリズムの斜面の第１の傾斜角と、それとは反対側のプリズムの斜面の第２の傾斜角とで構成され、前記第１の傾斜角を前記入光面から遠ざかるに従い大きくなるように設定し、前記第２の傾斜角を前記入光面と対向する側面から遠ざかるに従い大きくなるように設定し、前記導光板の入光面側から該入光面に対向する側面側に向かって形成されている第１の傾斜角を、Ａ（１）、Ａ（２）・・Ａ（ｍ）・・Ａ（ｎ）とし、
前記導光板の入光面に対向する側面側から前記入光面側に向かって形成されている第２の傾斜角を、Ｂ（１）、Ｂ（２）・・Ｂ（ｍ）・・Ｂ（ｎ）とし、
ｍ＝１からｍ＝ｎの範囲で次式、
Ａ（１） ＜（Ａ２）＜・・Ａ（ｍ−１）＜Ａ（ｍ）・・Ａ（ｎ−１）＜Ａ（ｎ）
Ｂ（１） ＜Ｂ（２）＜・・Ｂ（ｍ−１）＜Ｂ（ｍ）・・Ｂ（ｎ−１）＜Ｂ（ｎ）
Ａｍ＝Ｂｍ
の条件を満たすことを特徴とする。

また、導光板の入光面に対向する側面に光を反射する反射膜が設けられていることを特徴とする。

また、本発明のバックライト装置は、請求項１に記載の導光板と、該導光板を収納する筐体とを備え、該筐体の側壁に光に対して高反射性を有する塗料が塗布されていることを特徴とする。

以上のように本発明の導光板及びそれを用いたバックライト装置は、その下面に設けるプリズムの傾斜角を本発明のごとく適正に設定することによって、入光面と反対側の側面を透過した光を側面の近傍に設ける反射手段で反射させ再度導光板内部に入射した光を入光面側へ向かわせ、従来、暗部領域とされていた領域に光を入射させることができる。この結果、ＬＥＤの指向性に起因する暗部領域の発生を簡単な構造で防止することができ、ＬＥＤ付近のＬＥＤ間でも光が出射されＬＥＤ付近の輝度むらを解消し、輝度の安定化と輝度の上昇を実現することができる。

図１から図５は本発明の実施形態における導光板を示す。本実施形態における導光板は、その下面に光源としてのＬＥＤからの光を反射させるためプリズムを設け、このプリズムを光源と対面するプリズムの斜面の第１の傾斜角と、それとは反対側のプリズムの斜面の第２の傾斜角とで構成し、第１の傾斜角を入光面から遠ざかるに従い大きくなるように設定し、第２の傾斜角を入光面と対向する側面から遠ざかるに従い大きくなるように設定したことを特徴としており、これによって、入光面と反対側の側面から出射した光を、その近傍に設ける反射手段で反射させ、再度導光板に入射した光を従来、暗部領域とされていた領域に光を入射させＬＥＤ付近の輝度むらを解消し輝度の安定化と輝度の上昇を実現してものである。以下、図１から図５を参照して本実施形態における導光板の具体的実施例について説明する。

図１は本実施例における導光板を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ部の部分拡大断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＢ部の部分拡大断面図、図２は本実施例における導光板のプリズムの傾斜角の変化を示す図である。また、図３は本実施例における導光板を用いたバックライト装置を例として、光源から照射された光の光路を示す図で、図４は、図３におけるＣ部の部分拡大図である。
示す図である。

図１に示すように、本実施例における導光板１２は透明な樹脂材料からなる略直方体形状をなし、光源としての発光ダイオード（以下ＬＥＤと記載）３と対向する側面１２ａがＬＥＤ３から照射された光を入射する入光面となっている。この側面１２ａから入射した光が導光板内部で全反射を繰り返しながら導光される。また、導光板１２の下面２ｂは光反射面となっており、所定の間隔で配設されたプリズムが形成されており、ＬＥＤ３からの照射光は、下面１２ｂのプリズムで反射して上方に向い導光板１２の出射面である上面１２ｃから外部に出射する。

導光板１２の反射面１２ｂに設けるプリズムは入光面である側面１２ａから側面１２ａと対向する側面１２ｄの方向に向かって所定の間隔で配設されている。このプリズムは鋸歯状の形状をなし、ＬＥＤ３と対面し第１の傾斜角を有する一方のプリズム斜面１６ａと、これとは反対側の第２の傾斜角を有する他方のプリズム斜面１６ｂとで構成されている。また、一方のプリズム斜面１６ａの第１の傾斜角は、入光面である側面１２ａから遠ざかるに従い大きくなるように設定され、他方のプリズム斜面１６ｂの第２の傾斜角は、側面１２ａと対向する側面１２ｄから遠ざかるに従い大きくなるように設定されている。

一方のプリズム斜面１６ａの第１の傾斜角は、導光板１２の入光面である側面１２ａ側を始点とし、側面１２ａに対向する側面１２ｂ側を終点とし、
Ａ（１） 、Ａ（２）・・Ａ（ｍ）・・Ａ（ｎ）と定義する。
また、他方のプリズム斜面１６ｂの第２の傾斜角は、導光板の入光面に対向する側面１２ｂ側を始点とし、側面１２ａ側を終点とし、
Ｂ（１） 、Ｂ（２）・・Ｂ（ｍ）・・Ｂ（ｎ）と定義する。
ここで、ｍ＝１からｍ＝ｎの範囲で前述のように次式、
Ａ（１） ＜（Ａ２）＜・・Ａ（ｍ−１）＜Ａ（ｍ）・・Ａ（ｎ−１）＜Ａ（ｎ）
Ｂ（１） ＜Ｂ（２）＜・・Ｂ（ｍ−１）＜Ｂ（ｍ）・・Ｂ（ｎ−１）＜Ｂ（ｎ）
の条件を満たすように、各値を設定し且つ次式、
Ａｍ＝Ｂｍ
の条件を満たすように、各値を設定する。即ち、
Ａ（１）＝Ｂ（１）、Ａ（２）＝Ｂ（２）・・Ａ（ｍ）＝Ｂ（ｍ）・・Ａ（ｎ−１）＝Ｂ（ｎ−１）、Ａ（ｎ）＝Ｂ（ｎ）とする。
本実施例における各値の設定値を図２に示す。図２は傾斜角度の変化を示す図で縦軸はプリズム斜面の傾斜角度を示し、横軸は導光板１２中の位置（側面１２ａ位置を０、側面１２ｂの位置をＬと表示）を示している。また、曲線１７は第１の傾斜角の変化を示し、曲線１８は第２の傾斜角の変化を示している。

本実施例においては、第１の傾斜角、第２の傾斜角の値を図２に示すように、１．４〜３．６度の範囲に設定した。この第１の傾斜角、第２の傾斜角の値は使用するバックライトの大きさによって変わり特に限定されるものでないが、０．５〜５０度の範囲に設定することが好ましい。また、プリズムのピッチは０．０５〜０．３ｍｍ程度が好ましい。

次に、本実施例の導光板１２を用いたバックライト装置を例に光源から照射された光の光路について説明する。図３に示すように、このバックライト装置は、筐体１の内部に導光板１２と、導光板１２に光を照射する光源としてのＬＥＤ３とを備えており、このＬＥＤ３から照射された光が導光板１２の側面１２ａから導光板１２の内部に入射し、導光板１２の内部で全反射を繰り返しながら導光され、下面１２ｂで反射して上方に向い導光板１２の出射面である上面１２ｃから外部に出射する。さらに導光板１２の出射面１２ｃ側には、従来例と同様のプリズムシート５が配置されており、上面１２ｃから外部に出射した光はプリズムシート５に入射しバックライト装置の上面方向への指向特性を持った光に変換され光束１１として出射される。なお、導光板１２の反射面１２ｂ側には、銀色シート等の反射シート４が配置されている。この反射シート４は、従来技術と同様に導光板２の下面１２ｂから漏洩する光を反射して再び導光板１２に戻すものである。

導光板１２の反射面１２ｂに設けられているプリズムは、第１の傾斜角を有する一方のプリズム斜面１６ａと第２の傾斜角を有する他方のプリズム斜面１６ｂとで構成されている。図３、図４に示すように、導光板１２の内部に導光され、側面１２ｂから導光板１２の外部に出射した光は筐体１の側壁１ａで反射され、再び導光板１２に入射する。この入射光は、導光板１２の上面１２ｃと、下面１２ｂに設ける第２の傾斜角を有する他方のプリズム斜面１６ｂとの間で反射され、導光板１２の内部で全反射を繰り返しながら、ＬＥＤ３に対向する導光板１２の側面１２ａの近傍に到達する。その後、臨界角より小さくなった光が導光板１２の上面１２ｃから出射する。さらに導光板１２から出射した光はプリズムシート５に入射し、バックライト装置の上面方向への指向特性を持った光に変換され光束１３として出射される。これによって、ＬＥＤ近傍における暗部領域の発生を抑制することができバックライトの輝度むらを防止することができる。なお、本実施例における筐体１の側壁１ａは、光に対して高反射性を有するように、筐体１の材質を選定することが好ましい。または、筐体１の側壁１ａに光に対して高反射性を有する塗料等を塗布しても良い。

以上のように本実施例における導光板１２は、その下面１２ｂに設けるプリズムの第１、第２の傾斜角を本実施例のように適正に設定することによって、入光面である側面１２ａと反対側の側面１２ｂから出射し、筐体１の側壁１ａで反射され再び導光板１２の内部に入射した光を入光面である側面１２ａ側へ向かわせ、光の進行方向を徐々に変化させながら、従来、暗部領域とされていた領域に光を入射させることができる。この結果、ＬＥＤの指向性に起因する暗部領域の発生を防止することができ、ＬＥＤ３付近のＬＥＤ３間でも光が出射されＬＥＤ３付近の輝度むらを解消し、輝度の安定化と輝度の上昇を実現することができる。 また、従来例において導光板１２の側面１２ｂを透過しバックライトとして使われなかった光も利用する事が出来るので、バックライトの輝度を高める事も可能である。

図５は、本実施例の他の例を示す。図５に示すように、導光板１２の側面１２ｂに光に対して高反射性を有する反射膜１５を設け、側面１２ｂから出射した光を反射膜１５で反射させ、再度導光板１２の内部に入射させることによっても同様の効果を得ることができる。反射膜１５はアルミニウムやクローム等の金属薄膜が好ましい。この場合、筐体１の側壁１ａは光に対して反射性を持たなくても良い。

また、本発明の導光板は液晶表示装置をはじめとし種々の照明機器、表示装置等のバックライトに広く適用することができる。

本発明の実施例における導光板を示し、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ部の部分拡大図、図１（ｃ）は、図１（ａ）におけるＢ部の部分拡大図である。 本発明の実施例における導光板のプリズムの傾斜角の変化を示す図である。 本発明の実施例における導光板を用いたバックライト装置を示す断面図で、光源から発せられた光の光路を示す図である。 図３におけるＣ部の部分拡大断面図である。 本発明の実施例における導光板の他の例を示し、導光板内部の光路を示す図である。 従来例のバックライト装置の主要部を示し図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 従来例のバックライト装置を示す断面図で光源から発せられた光の光路を示す図である。 従来例の導光板におけるプリズムの傾斜面角度の変化を示す図である。 従来例の導光板の輝度分布を示す図である。

符号の説明

１ 筐体
３ ＬＥＤ
４ 拡散シート
１１、１３ 光束
１２ 導光板
１２ａ 導光板の入光部である側面
１２ｂ 導光板の反射面である下面
１２ｃ 導光板の出射面である上面
１２ｄ 導光板の側面
１５ 反射膜
１６ａ 一方のプリズム斜面
１６ｂ 他方のプリズム斜面
１７ プリズムの第１の傾斜角の変化を示す曲線
１８ プリズムの第２の傾斜角の変化を示す曲線

Claims (3)

1. 光源から照射される光を入射する入光面と、該入光面に入射される光を反射する反射面と、該反射面にて反射される光を出射する出射面とを有する導光板において、
   前記反射面に前記光源からの光を反射させるためプリズムを有し、該プリズムが所定の間隔で連続して配設された鋸歯状の傾斜角を有し、該プリズムの傾斜角は、光源と対面するプリズムの斜面の第１の傾斜角と、それとは反対側のプリズムの斜面の第２の傾斜角とで構成され、前記第１の傾斜角を前記入光面から遠ざかるに従い大きくなるように設定し、前記第２の傾斜角を前記入光面と対向する側面から遠ざかるに従い大きくなるように設定し、前記導光板の入光面側から該入光面に対向する側面側に向かって形成されている第１の傾斜角を、Ａ（１）、Ａ（２）・・Ａ（ｍ）・・Ａ（ｎ）とし、
   前記導光板の入光面に対向する側面側から前記入光面側に向かって形成されている第２の傾斜角を、Ｂ（１）、Ｂ（２）・・Ｂ（ｍ）・・Ｂ（ｎ）とし、
   ｍ＝１からｍ＝ｎの範囲で次式、
   Ａ（１） ＜（Ａ２）＜・・Ａ（ｍ−１）＜Ａ（ｍ）・・Ａ（ｎ−１）＜Ａ（ｎ）
   Ｂ（１） ＜Ｂ（２）＜・・Ｂ（ｍ−１）＜Ｂ（ｍ）・・Ｂ（ｎ−１）＜Ｂ（ｎ）
   Ａｍ＝Ｂｍ
   の条件を満たすことを特徴とする導光板。
2. 前記導光板の入光面に対向する側面に光を反射する反射膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の導光板
3. 請求項１に記載の導光板と、該導光板を収納する筐体とを備え、該筐体の側壁に光に対して高反射性を有する塗料が塗布されていることを特徴とするバックライト装置。
   

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