JP4995877B2 - 導光板の設計方法及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、導光板の設計方法及びその製造方法に関するものである。

近年、平面ディスプレイの発展が速く、パソコン、テレビ、移動通信用及び消費者用電子製品などの分野に広く使用されていると共に、電子製品は、平面ディスプレイ（例えば液晶ディスプレイ）に対する要求が不断に高まっている。バックライトモジュールは、前記平面ディスプレイの重要な素子であり、点光源（例えば、発光ダイオード）又は線光源（例えば、冷陰極管）からの光線を一つの平面から出射させ、面光源とすることができるので、いろいろなバックライトモジュールを設計することの研究がなされている。

バックライトモジュールは、光源及び導光板を含み、該光源が前記導光板の入射面と対向する位置に設置される。光源が設置される位置によって、バックライトモジュールは、直射型とサイドライト型に分けられる。前記直射型のバックライトモジュールとは、光源を導光板の底部に設置して直接に照明するものである。前記サイドライト型のバックライトモジュールとは、光源を導光板の側面と対向する位置に設置して、光線が該側面から導光板に入射してから、不断に前方向へ伝えると共に、完全反射の条件が壊されるので、該光線が導光板の出射面から均一的に出射できる。

一般に、直射型のバックライトモジュールに利用した導光板は、入射面、反射面、該反射面と対向する出射面、該反射面に配列された複数のパターンを含む。前記複数のパターンは、前記入射面から離れる方向に沿って行で配列され、前記隣接する行との間の配列されたパターンとの距離は、だんだん小さくなり、各々行に配列された隣接するパターンとの距離も、だんだん小さくなる。しかし、前記導光板の複数のパターンは前記入射面だけに適用する。前記導光板を直射型のバックライトモジュールに応用される場合、該直射型のバックライトモジュールを、均一的に光線を出射させることができない。

直射型のバックライトモジュールに応用された導光板は、入射面と、該入射面に対向する出射面と、前記入射面又は／及び前記出射面に分布された複数の散乱ドットと、を含む。前記複数の散乱ドットを利用することにより、前記導光板の照度の均一化及び効率化を高めることができる。しかし、従来バックライトモジュールに利用された複数の散乱ドットにより、射出面からの光を均一にさせることができないので、前記バックライトモジュールの照度の均一性を高めることができない。

本発明の導光板の設計方法は、入射面及び該入射面に反対する射出面を有する導光板予備製品を準備する第一ステップと、前記射出面の照度分布により、前記入射面を複数の環帯に分割する第二ステップと、前記入射面に形成された各々の前記同心環において、散乱ドットの最良分布密度を設定する第三ステップと、前記最良分布密度により、各々の前記環帯に設けられた散乱ドットの数量を計算し、各々の前記環帯に対して前記散乱ドットを分布させて導光板を得る第四ステップと、を含む。

前記第二ステップは、前記入射面に前記散乱ドットを形成しない場合、前記射出面の照度分布を設定する第一サブステップと、前記入射面の照度分布によって設けられた前記同心環の半径により、前記入射面を複数の環帯で分割する第二サブステップと、を含む。

前記第二サブステップにおいて、前記射出面の最大照度Ｅ_ｍａｘ及び最小照度Ｅ_ｍｉｎを設定し、次の数式により各々の前記環帯の半径を計算する。

ΔＥは隣接する環帯の照度差、αは環帯の数量、Ｅ_０は前記射出面３４の中心の照度、Ｅ（ｒ_１）は前記射出面の中心に隣接する環帯の照度である。

前記第三ステップにおいて、前記散乱ドットの密度は、次の数式を満足し、
Ｓ_ｄｏｔは、前記環帯に分布された全ての散乱ドットの数量、Ｓ_ａは環帯の面積である。

本発明の導光板の製造方法は、入射面及び射出面を有する導光板の予備製品を提供するステップ（Ａ）と、前記射出面の照度分布により、前記入射面に散乱ドットの分布パターンを設計するステップ（Ｂ）と、第二ステップに設けられた散乱ドットの分布パターンにより、前記入射面に複数の散乱ドットを形成して、導光板を形成するステップ（Ｃ）と、を含む。

前記ステップ（Ｂ）において、前記入射面に散乱ドットの分布パターンを設計する方法は、前記射出面の照度分布を設定するステップ（Ｂ１）と、前記入射面の照度分布によって設けられた前記同心環の半径により、前記入射面を複数の環帯で分割するステップ（Ｂ２）と、を含む。

本発明の導光板の設計方法は直射型バックライトモジュールに利用されることができ、導光板の入射面にランダムに環状の散乱ドットパターンが形成される。本発明の方法を利用することにより、導光板の照度均一性は、９１％程度に達することができる。同時に、前記規則的なドットパターン及び液晶セルマトリックスの間に生じた光学干渉による波紋現象を消去することができる。

本発明の導光板の設計方法のフローチャートである。 本発明の、散乱ドットが形成されない導光板の予備製品の模式図である。 本発明の導光板の予備製品の照度分布を示す図である。 本発明の、散乱ドットが分布された導光板を示す図である。 本発明の導光板に設けられた散乱ドットの分布状態を示す図である。 図４にしめされた導光板の製造方法のフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１及び図２を参照すると、本実施例１における導光板の設計方法は、入射面３２及び該入射面３２に反対する射出面３４を有する導光板予備製品３０（図２に示される）を準備する第一ステップと、前記射出面３４の照度分布Ｅ(ρ,θ)により、前記入射面３２を複数の環帯に分割する第二ステップと、前記入射面３２に形成された各々の前記環帯において、散乱ドット３２０の最良分布密度Ｄ(ρ,θ)を設定する第三ステップと、前記最良分布密度により、各々の前記環帯に設けられた散乱ドット３２０の数量Ｎを計算し、各々の前記環帯に対して、前記散乱ドット３２０を分布させて、図４に示された導光板３０ａを得る第四ステップと、を含む。

前記第一ステップにおいて、前記導光板予備製品３０は、円形、方形、三角形又は多角形の、透明な平板である。前記導光板予備製品３０は、プラスチック、ポリメチル・メタクリレート（ＰＭＭＡ）、ガラスのいずれか一種である。前記導光板予備製品３０の入射面３２は、射出面３４に平行する。前記導光板予備製品３０の射出面３４の中心に、コーン状の切欠３４４が形成されている。本実施例において、前記導光板予備製品３０は方形であり、ＰＭＭＡからなる。前記導光板予備製品３０の厚さは５ｍｍであり、その長さは３０ｍｍである。

前記第二ステップは、前記入射面３２に前記散乱ドット３４０を形成しない場合、前記射出面３４の照度分布Ｅ(ρ,θ)を設定する第一サブステップと、前記入射面３４の照度分布Ｅ(ρ,θ)によって設けられた前記同心環の半径により、前記入射面３２を複数の環帯（隣接する二つの同心円により形成された環状の領域は一つの環帯である）で分割する第二サブステップと、を含む。

前記第一サブステップにおいて、Ｅ(ρ,θ)は、前記入射面３２に前記散乱ドット３４０を形成せず、前記射出面３４又は前記入射面３２の中心を軸とする場合、前記射出面３４の照度分布と設定されている。

前記第二サブステップにおいて、前記射出面３４の最大照度Ｅ_ｍａｘ及び最小照度Ｅ_ｍｉｎを設定する場合、次の数式により各々の前記同心環の半径を計算することができる。

前記数式（１）において、ΔＥは隣接する環帯の照度差、αは環帯の数量、Ｅ_０は前記射出面３４の中心円の照度、Ｅ（ｒ_１）は前記射出面３４の中心に隣接する環帯の照度である。ここで、前記射出面３４の中心円は第一円、該第一円の領域は第一環帯と定義されている。このように類推すれば、前記導光板予備製品３０の射出面３４は、複数の同心環帯に分割されることができる。前記射出面３４の環帯に対応して、前記導光板予備製品３０の入射面３２の、前記散乱ドット３２０が分布された領域は、複数の同心環に分割されている。

図３に示すように、本実施例において、数式（１）〜（３）に基づいて、前記導光板予備製品３０の入射面３２、前記散乱ドット３２０が分布された領域は、五つの環帯に分割されている。各々の前記同心円の半径は、表１に示されている。

前記第三ステップにおいて、前記散乱ドットの密度Ｄ(ρ,θ)は、次の数式を満足する。

ここで、Ｓ_ｄｏｔは、前記環帯に分布された全ての散乱ドット３２０の数量、Ｓ_ａは環帯の面積である。本実施例において、前記散乱ドット３２０は半円形であり、その光学特徴はランバート散乱モデル（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｍｏｄｅｌ）を満足する。前記散乱ドット３２０の半径は同じである。本実施例において、前記散乱ドット３２０の半径は０．３５であるので、光学モデルで制御することが簡単となる。

前記導光板予備製品３０の入射面３２に分布された散乱ドット３２０は、前記散乱ドット３２０が分布された領域の直上領域に影響を与える。前記散乱ドット３２０の分布領域は、中心軸に対して対称となっていることが好ましい。前記散乱ドット３２０の分布領域の形状は、導光板の照度の均一性に影響を与える。例えば、前記射出面３４の環帯の平均照度が大きくなれば、前記入射面３２に分布された散乱ドット３２０の密度が低くなる。従って、前記散乱ドット３２０の密度Ｄ(ρ,θ)は、前記導光板予備製品３０の射出面３４の照度分布Ｅ(ρ,θ)によって決められる。前記照度分布Ｅ(ρ,θ)及び前記散乱ドット３２０の密度Ｄ(ρ,θ)の関係は次の式に示されている。

ここで、ｋは定数である。

本実施例において、前記散乱ドット３２０の密度Ｄ(ρ,θ)は、前記導光板予備製品３０の射出面３４の照度分布Ｅ(ρ,θ)によって決められる。前記散乱ドット３２０の密度分布は、表２に示されている。

前記第四ステップにおいて、各々の前記環帯に分布された散乱ドット３２０の数量Ｎは、前記散乱ドット３２０の分布密度Ｄ(ρ,θ)により決められている。

ここで、Ｓは前記環帯の面積、Ｒは単一の散乱ドットの半径である。

前記散乱ドット３２０が規則的にバックライトモジュールに分布される場合、前記規則的なドットパターン及び液晶セルマトリックスの間に生じた光学干渉による波紋現象を消去するために、ランダム関数を利用して前記ドットをランダムに分布させる。

前記散乱ドット３２０の座標は次の式により決められている。

前記散乱ドット３２０の重なる部分を消去するために、ランダム関数を利用して、次の数式により座標を決める。

前記散乱ドット３２０は各々の前記環帯に規則的に分布されている場合、隣接する二つの環帯の界面の隣に分布された散乱ドット３２０の分布方式が異なるので、前記導光板の予備製品３０の射出面３４に、不均一な照度が形成される。前記散乱ドット３２０を数回ランダムに分布させた後、最も均一化した前記散乱ドット３２０を選択することができる。前記ランダム分布の回数が多くなれば、照度の均一化が良くなる。本実施例において、照度の最良均一化は８１％程度に達することができる。この場合、前記照度分布はＥ’(ρ,θ)と定義されている。

前記照度均一性は要望の程度に達すると、前記導光板に対しての設計が完成する。記照度均一性は要望の程度に達しない場合、次の第五ステップが行われる。該第五ステップにおいて、各々の前記散乱ドット３２０の密度を再び設け、前記散乱ドット３２０をランダムに分布させることができる。この場合、前記導光板の予備製品３０の射出面３４の平均照度は
各々の前記環帯の平均照度は
である。各々の前記環帯に分布された前記散乱ドット３２０は、次の数式で計算される。

ここで、Ｄ_１１，Ｄ_２１，…，Ｄ_ｎ１は各々の前記環帯に分布された前記散乱ドット３２０の最初密度、Ｄ_１２，Ｄ_２２，…，Ｄ_ｎ２は各々の前記環帯に分布された前記散乱ドット３２０の新たな密度である。

各々の前記環帯に分布された前記散乱ドット３２０をランダムに分布させる方法は、前記第四ステップに記載されたものと同じである。勿論、前記照度均一性は要望の程度に達するまでに、前記第五ステップを繰り返して、前記散乱ドット３２０の密度を再び計算し、前記散乱ドット３２０を再び分布させることができる。本実施例において、前記第五ステップを行った後、前記照度の均一性は９１％程度に達することができる。この場合、前記散乱ドット３２０の分布状況は図５に示されている。

図６を参照すると、前記導光板の設計方法を利用して導光板を製造する方法について説明する。該導光板の製造方法は、入射面３２及び射出面３４を有する導光板の予備製品３０を提供するステップ（Ａ）と、前記射出面３４の照度分布により、前記入射面３２に散乱ドットの分布パターンを設計するステップ（Ｂ）と、第二ステップに設けられた散乱ドットの分布パターンにより、前記入射面３２に複数の散乱ドット３２０を形成して、導光板３０ａ（図４を参照する）を形成するステップ（Ｃ）と、を含む。

前記ステップ（Ｂ）において、前記入射面３２に散乱ドットの分布パターンを設計する方法は、前記第二ステップ〜第四ステップに記載されている。前記ステップ（Ｃ）において、前記入射面３２に複数の散乱ドット３２０を形成する方法は、スクリーン印刷、レーザーエッチング、金型成型方法のいずれか一種である。

３０ 導光板の予備製品
３０ａ 導光板
３２ 入射面
３４ 射出面
３４４ 切欠

Claims (5)

1. 入射面及び該入射面に反対する射出面を有する導光板予備製品を準備する第一ステップと、
   前記射出面の照度分布により、前記入射面を複数の同心環帯に分割する第二ステップと、
   前記入射面に形成された各々の前記同心環帯において、散乱ドットの最良分布密度を設定する第三ステップと、
   前記最良分布密度により、各々の前記同心環帯に設けられた散乱ドットの数量を計算し、各々の前記同心環帯に対して前記散乱ドットを分布させて導光板を得る第四ステップと、を含むことを特徴とする導光板の設計方法。
2. 前記第二ステップは、前記入射面に前記散乱ドットを形成しない場合、前記射出面の照度分布を設定する第一サブステップと、
   前記入射面の照度分布によって設けられた前記同心環帯の半径により、前記入射面を複数の同心環帯で分割する第二サブステップと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の導光板の設計方法。
3. 前記第二サブステップにおいて、前記射出面の最大照度Ｅ_ｍａｘ及び最小照度Ｅ_ｍｉｎを設定し、
   次の数式により各々の前記同心環帯の半径を計算する
   ΔＥは隣接する同心環帯の照度差、αは同心環帯の数量、Ｅ_０は前記射出面の中心の照度、Ｅ（ｒ_１）は前記射出面の中心に隣接する同心環帯の照度であることを特徴とする、請求項２に記載の導光板の設計方法。
4. 前記第三ステップにおいて、前記散乱ドットの密度は、次の数式を満足し、
   Ｓ_ｄｏｔは、前記同心環帯に分布された全ての散乱ドットの数量、Ｓ_ａは同心環帯の面積であることを特徴とする、請求項２に記載の導光板の設計方法。
5. 入射面及び射出面を有する導光板の予備製品を提供するステップ（Ａ）と、
   前記射出面の照度分布により、前記入射面を複数の同心環帯に分割するステップ（Ｂ１）と、
   前記入射面に形成された各々の前記同心環帯において、散乱ドットの最良分布密度を設定するステップ（Ｂ２）と、
   前記最良分布密度により、各々の前記同心環帯に設けられた散乱ドットの数量を計算し、前記入射面に散乱ドットの分布パターンを設計するステップ（Ｂ３）と、
   前記散乱ドットの分布パターンにより、前記入射面に複数の散乱ドットを形成して、導光板を形成するステップ（Ｃ）と、
   を含むことを特徴とする導光板の製造方法。