JP6184205B2

JP6184205B2 - 導光板及びこれを用いたサイドエッジ型面照明装置

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Publication number: JP6184205B2
Application number: JP2013139561A
Authority: JP
Inventors: 和海千々波
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: CN104280815A; CN104280815B; US9366798B2; JP2015015083A; US20150009711A1

Description

本発明は液晶表示（LCD）装置等に用いられ、光源を側面に有するサイドエッジ型面照明装置、特に、その導光板に関する。

LCD装置の面照明装置として薄型化、軽量化の点で優れたサイドエッジ型面照明装置が用いられている。図１４は従来のサイドエッジ型面照明装置を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のB-B線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のC-C線断面図である。

図１４において、１はアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透光性材料よりなる導光板である。導光板１の入射面S_in側には複数の発光ダイオード（LED）素子よりなる光源２が設けられ、他方、導光板１の出射面S_out側にはプリズムシート３が設けられ、プリズムシート３の外側にはLCDパネル（図示せず）が設けられている。プリズムシート３は、たとえば片面三角構造のプリズムシートを用いることができるが、プリズム断面構造は三角形に限らない。またプリズム断面に現れる形状が曲線を含むものでもよい。また、導光板１の出射面S_outに対向する配光制御面S_cont側には柔軟性を有する反射シート４が設けられている。反射シート４は導光板１の配光制御面S_contから洩れてきた光を拡散反射させて導光板１へ戻すことにより面照明量を増加させるためのものであり、図１４においては離れているが、実際には、導光板１の配光制御面S_contに近接している。尚、プリズムシート３及び反射シート４は図１４の（Ａ）に図示せず、プリズムシート３は図１４の（Ｃ）のみに図示し、反射シート４は図１４の（Ｂ）、（Ｃ）のみに図示してある。

導光板１の配光制御面S_contにおいては、入射面S_inの長手方向に延在する複数の平坦鏡面部１１が形成されている。平坦鏡面部１１は光を奥まで均一にするためのものであり、平坦鏡面部１１の幅は入射面S_inから遠ざかるにつれて小さくされている。また、導光板１の配光制御面S_contにおいて平坦鏡面部１１が形成されていない領域には、複数の三角形状プリズムよりなる三角形状プリズム列１２が平坦鏡面部１１に対して突出して形成されている。三角形状プリズム列１２は光を立ち上げるためであり、三角形状プリズム列１２の幅は入射面S_inから遠ざかるにつれて大きくされている。これにより、奥に行く光をより多く全反射させて均一に面発光させるようにする。

図１４の三角形状プリズム列の部分拡大断面図である図１５に示すごとく、導光板１の三角形状プリズム列１２の各プリズムは非対称の上り傾斜面１２ａ、下り傾斜面１２ｂよりなっており、各プリズムの光源２側の上り傾斜面１２ａの傾斜角度α0と非光源側の下り傾斜面１２ｂの傾斜角度α1とは異なっている。特に、下り傾斜面１２ｂが配光制御を行うものである。図１４のサイドエッジ型面照明装置の面発光の高効率化のためには、下り傾斜面１２ｂと導光板１の平坦鏡面部１１とが織りなす傾斜角度α1は小さくたとえば4〜5°である。この結果、図１６に示すごとく、狭い半値幅を有する導光板１の出射配光特性が得られ、図１６においては、55°〜80°の半値全幅25°である。尚、上り傾斜面１２ａの傾斜角度α0は、
15° ≦ α0 ≦ 90°
である。

従って、図１７に示すプリズムシート３の出射配光分布において、面照明全方位への出射光のうち法線方向への出射割合が増加することになる。

しかしながら、上述の従来のサイドエッジ型面照明装置においては、さらに面照明全方位への出射光のうち法線方向への出射割合を増加させるためには、さらに導光板１の狭い半値幅の出射配光特性を得る必要があり、従って、非光源側の下り傾斜面１２ｂと導光板１の平坦鏡面部１１とが織りなす傾斜角度α1を4°未満とする必要がある。この結果、非光源側の下り傾斜面１２ｂは導光板１の平坦鏡面部１１とほぼ平行となる。従って、図１８に示すごとく、柔軟性を有する反射シート４がプリズムの下り傾斜面１２ｂに広く接触し、下り傾斜面１２ｂと反射シート４との間に空気層が存在しない領域Rが発現し、プリズム−空気界面が消失する。この領域Rでは反射シート４による拡散反射が発生するので、部分的に異なる導光板１の出射配光特性を示し、図１９に示すごとく、導光板１の出射面S_out上にウェットアウト（wet-out）現象と呼ばれるむら模様が発現して面照明装置の品質を損なうという課題がある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る導光板は、入射面、出射面及び出射面に対向する配光制御面を有し、配光制御面に形成された平坦鏡面部と、配光制御面上の平坦鏡面部が形成されていない領域に平坦鏡面部に対して突出して形成されたプリズム列とを具備し、プリズム列の各プリズムは、入射面側の上り傾斜面、入射面と反対側に上り傾斜面と連続する第１、第２の下り傾斜面を有し、第１の下り傾斜面は第２の下り傾斜面より急峻であり、第１の下り傾斜面の傾斜は谷状の曲線状であり、第２の下り傾斜面の傾斜は直線状である。第２の下り傾斜面は配光制御を行うのに対し、第１の下り傾斜面はウェットアウト効果を抑止する作用を行う。

また、本発明に係るサイドエッジ型面照明装置は、入射面、出射面及び出射面に対向する配光制御面を有する導光板と、導光板の入射面側に設けられた光源と、導光板の出射面側に設けられたプリズムシートと、導光板の配光制御面側に設けられた反射シートとを具備し、導光板は、配光制御面に形成された平坦鏡面部と、配光制御面上の平坦鏡面部が形成されていない領域に平坦鏡面部に対して突出して形成されたプリズム列とを具備し、プリズム列の各プリズムは、入射面側の上り傾斜面、入射面と反対側に上り傾斜面と連続する谷状の曲線状の下り傾斜面を有し、下り傾斜面は、入射面に近づく程、急峻であるものである。

本発明によれば、第２の下り傾斜面を緩慢にして配光制御性を向上させると共に、第１の下り傾斜面を急峻にして第１の下り傾斜面と上り傾斜面がなす角度を鋭くでき、この結果、サイドエッジ型面照明装置に適用した場合に、反射シートとの接触面積を小さくでき、従って、ウェットアウト効果を抑止できる。

本発明に係る導光板の第１の実施の形態を含むサイドエッジ型面照明装置を示す断面図である。図１の導光板の部分拡大断面図である。図１の導光板の傾斜面と反射シートとの接触状態を説明する断面図である。図１の導光板の出射配光特性の適正な状態を示す図である。図１のプリズムシートの出射配光特性の適正な状態を示す図である。図１の導光板の出射配光特性の不適正な状態を示す図である。図１のプリズムシートの出射配光特性の不適正な状態を示す図である。本発明に係る導光板の第２の実施の形態を含むサイドエッジ型面照明装置を示す断面図である。図８の導光板の部分拡大断面図である。図８の導光板の傾斜面と反射シートとの接触状態を説明する断面図である。本発明に係る導光板の第３の実施の形態を含むサイドエッジ型面照明装置を示す断面図である。図１１の導光板の部分拡大断面図である。図１１の導光板の傾斜面と反射シートとの接触状態を説明する断面図である。従来のサイドエッジ型面照明装置を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のB-B線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のC-C線断面図である。図１４の導光板の部分拡大断面図である。図１４の導光板の出射配光特性を示す図である。図１４のプリズムシートの出射配光特性を示す図である。図１４の導光板の傾斜面と反射シートとの接触状態を説明する断面図である。図１４におけるウェットアウト現象を説明する図である。

図１は本発明に係る導光板の第１の実施の形態を含むサイドエッジ型面照明装置を示す断面図である。図１の導光板１Ａと図１４の導光板１とは、三角形状プリズム列１２の傾斜面のみが異なり、他の部分は同一である。

図２は図１の三角形状プリズム列１２の部分拡大断面図である。

図２に示すように、三角形状プリズム列１２の各プリズムは１つの上り傾斜面１２ｃ、２つの直線状の下り傾斜面１２ｄ、１２ｅを有する。この場合、下り傾斜面１２ｄと導光板１Ａの平坦鏡面部１１とが織りなす傾斜角度β1及び下り傾斜面１２ｅと導光板１Ａの平坦鏡面部１１とが織りなす傾斜角度β2は、
β1 ＞ β2
なる関係を有する。つまり、下り傾斜面１２ｄは下り傾斜面１２ｅより急峻である。尚、上り傾斜面１２ｃと導光板１Ａの平坦鏡面部１１とが織りなす傾斜角度β0は、図１５の傾斜角度α0と同一である。つまり、
15° ≦ β0 ≦ 90°
である。また、各プリズムのピッチPは、たとえば、
40μm ≦ P ≦ 130 μm
である。

図２においては、下り傾斜面１２ｄの傾斜角度β1は、
3° ＜ β1 ＜ 8° （１）
とし、ウェットアウト現象を防止する。他方、下り傾斜面１２ｅの傾斜角度β2は
0.5° ＜ β2 ＜ 3° （２）
とし、導光板１Ａの出射配光制御効率を上げる。
さらに、下り傾斜面１２ｄの面積をS_12dとし、下り傾斜面１２ｅの面積をS_12eとすれば、
2・S_12d ≦ S_12e ≦ 6・S_12d （３）
である。つまり、S_12e ＜ 2・S_12dの場合には、下り傾斜面１２ｄが導光板１Ａの出射配光制御に悪影響し、導光板１Ａの出射配光特性の半値幅が大きくなる。他方、S_12e ＞ 6・S_12dの場合には、下り傾斜面１２ｄが増大してウェットアウト現象の抑止効果が低減する。

従って、図３に示すごとく、導光板１Ａの上り傾斜面１２ｃ、下り傾斜面１２ｄと反射シート４との接触面積が小さくなり、この結果、ウェットアウト現象を抑止できる。

図４は図１の導光板１Ａの出射配光特性を示す図である。図４においては、上述の条件（１）、（２）、（３）を満足する状態Iとして、
β1 = 7°
β2 = 1°
S_12e = 5・S_12d
とし、上述の条件（１）、（２）、（３）を満足する状態IIとして、
β1 = 4°
β2 = 2°
S_12e = 2・S_12d
とする。状態I、IIのいずれの場合も、従来の半値全幅25°に比較して導光板１Ａの出射配光特性の半値全幅は14°（68°〜82°）、18°（63°〜81°）と小さくなる。この結果、図５に示すごとく、プリズムシート３の出射配光分布において、状態I、IIのいずれの場合も、面照射全方位への出射光のうち法線方向への出射割合が従来に比較して増加した。

これに対して、上述の条件（１）、（２）、（３）のいずれかを満足しない状態III、IVを図１の導光板１Ａに適用した場合の図１の導光板１Ａの出射配光特性及び図１のプリズムシート３の出射配光特性を図６、図７に示す。状態IIIは、
β1 = 6°
β2 = 2°
S_12e = 1.5・S_12d
であり、条件（３）を満足していない。また、状態IVとして、
β1 = 8°
β2 = 1°
S_12e = 3・S_12d
であり、条件（１）を満足していない。状態III、IVのいずれも、図６に示すごとく、導光板１Ａの出射配光特性の半値全幅は24°（56°〜80°）、23°（57°〜80°）と従来の半値全幅と同程度である。この結果、図７に示すごとく、プリズムシート３の出射配光分布において、状態III、IVのいずれの場合も、面照射全方位への出射光のうち法線方向への出射割合が従来と同程度であった。

図８は本発明に係る導光板の第２の実施の形態を含むサイドエッジ型面照明装置を示す断面図である。図８の三角形状プリズム列１２の部分拡大断面図である図９に示すように、導光板１Ｂにおいて、図２の直線状の下り傾斜面１２ｄの代りに、谷状の曲線状の下り傾斜面１２ｄ’を設けてある。下り傾斜面１２ｄ’の曲線はたとえば直線状の下り傾斜面１２ｅの正接曲線であるが、これに限定されない。この場合も、下り傾斜面１２ｄ’は下り傾斜面１２ｅより急峻である。

図９においては、下り傾斜面１２ｄ’の断面曲線の両端を結ぶ線分の傾斜角度β1’は、上述の条件（１）と同様に、
3° ＜ β1’ ＜ 8° （１）’
とし、ウェットアウト現象を防止する。他方、下り傾斜面１２ｅの傾斜角度β2は、上述の条件（２）は同一である。つまり、
0.5° ＜ β2 ＜ 3° （２）’
とし、導光板１Ｂの出射配光制御効率を上げる。
さらに、下り傾斜面１２ｄ’の面積をS_12d’とし、下り傾斜面１２ｅの面積をS_12eとすれば、上述の条件（３）と同様に、
2・S_12d’ ≦ S_12e ≦ 6・S_12d’ （３）’
であるが、この条件（３）’は、
2・L_12d≦ L_12e ≦ 6・L_12d
但し、L_12d は下り傾斜面１２ｄ’の断面円弧長、
L_12e は下り傾斜面１２ｅの断面直線長
と近似できる。

図８、図９に示す第２の実施の形態においては、下り傾斜面１２ｅは第１の実施の形態と同一であるので、配光制御は同一である。しかし、上り傾斜面１２ｃと下り傾斜面１２ｄ’とがなす角度が小さくなった分、図１０に示すごとく、導光板１Ｂの下り傾斜面１２ｄ’と反射シート４との接触面積はさらに小さくなり、従って、ウェットアウト現象の抑止効果をさらに向上させることができる。

図１１は本発明に係る導光板の第３の実施の形態を含むサイドエッジ型面照明装置を示す断面図である。図１１の三角形状プリズム列１２の部分拡大断面図である図１２に示すように、導光板１Ｃにおいて、図２の直線状の下り傾斜面１２ｄの代りに、谷状の曲線状の下り傾斜面１２ｄ”を設け、図２の直線状の下り傾斜面１２ｅの代りに、谷状の曲線状の下り傾斜面１２ｅ”を設けてある。この場合、下り傾斜面１２ｄ”は下り傾斜面１２ｅ”より急峻である。

図１２においては、下り傾斜面１２ｄ”の断面曲線の両端を結ぶ線分の傾斜角度β1”は、上述の条件（１）と同様に、
3° ＜ β1” ＜ 8° （１）”
とし、ウェットアウト現象を防止する。他方、下り傾斜面１２ｅ”の断面曲線の両端を結ぶ線分の傾斜角度β2”は、上述の条件（２）と同様に、
0.5° ＜ β2” ＜ 3° （２）”
とし、導光板１Ｃの出射配光制御効率を上げる。
さらに、下り傾斜面１２ｄ”の面積をS_12d”とし、下り傾斜面１２ｅ”の面積をS_12e”とすれば、上述の条件（３）’と同様に、
2・S_12d” ≦ S_12e” ≦ 6・S_12d” （３）”
であるが、この条件（３）”は、
2・L_12d” ≦ L_12e” ≦ 6・L_12d”
但し、L_12d” は下り傾斜面１２ｄ”の線分の長さ、
L_12e” は下り傾斜面１２ｅ”の線分の長さ
と近似できる。さらに、下り傾斜面１２ｄ”の中央点と下り傾斜面１２ｄ”の線分の中央点との距離Dは、
3/1000・L_12d” ≦ D ≦ 2/100・L_12d” （４）”
である。

図１１、図１２に示す第３の実施の形態においては、下り傾斜面１２ｅ”は曲線状であるので、第１の実施の形態に比較して、配光制御は向上し、しかも、上り傾斜面１２ｃと下り傾斜面１２ｄ”とがなす角度が小さくなった分、図１３に示すごとく、導光板１の下り傾斜面１２ｄ”と反射シート４との接触面積はさらに小さくなり、従って、ウェットアウト現象の抑止効果をさらに向上させることができる。

各プリズムのピッチは上述の「40μm ≦ P ≦ 130 μm」の範囲で有効性を確認しているが、ウェットアウト現象の抑止効果が得られる範囲はこれに限らない。ウェットアウト現象の抑止効果は下り傾斜面１２ｄの高さが１μｍ程度から効果が見込まれる。このとき、プリズムピッチは約１５μｍである。この値がプリズムピッチの下限と考えられる。

プリズムピッチが広い場合、個々のプリズムが識別されることで問題視される「ドット見え」現象が生じる。この現象は概ねプリズムピッチが２５０μｍ程度を超えると生じることが知られている。従って、プリズムピッチは２５０μｍを上限とすることが好ましい。

尚、上述の第３の実施の形態においては、三角形状プリズム列の各プリズムの下り傾斜面を谷状の曲線状の２つの傾斜面１２ｄ”、１２ｅ”により構成しているが、１つの連続的な谷状の曲線状の傾斜面としてもよい。この場合、この連続的な傾斜面は、入射面側に近づく程、急峻である。これにより、上り傾斜面と入射面側の下り傾斜面とがなす傾斜角度を小さくしてウェットアウト現象を防止し、他方、非入射面側の下り傾斜面を緩やかにして導光板の出射配光制御効率を上げる。

尚、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲のいかなる変更も適用し得る。

本発明に係るサイドエッジ型面照明装置は、携帯通信端末、タブレット型パソコン、ノートパソコン、車載機器パネル、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の液晶表示装置に利用し得る。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：導光板
２：光源
３：プリズムシート
４：反射シート
１１：平坦鏡面部
１２：三角形状プリズム列
１２ａ、１２ｃ：上り傾斜面
１２ｂ、１２ｄ：下り傾斜面

Claims

入射面、出射面及び該出射面に対向する配光制御面を有する導光板において、
前記配光制御面に形成された平坦鏡面部と、
前記配光制御面上の前記平坦鏡面部が形成されていない領域に前記平坦鏡面部に対して突出して形成されたプリズム列と
を具備し、
前記プリズム列の各プリズムは、前記入射面側の上り傾斜面、前記入射面と反対側に前記上り傾斜面と連続する第１、第２の下り傾斜面を有し、
前記第１の下り傾斜面は前記第２の下り傾斜面より急峻であり、
前記第１、第２の下り傾斜面の傾斜は直線状であり、
前記第１の下り傾斜面の前記平坦鏡面部となす傾斜角度β1は、
3° ＜ β1 ＜ 8°
を満足し、前記第２の下り傾斜面の前記平坦鏡面部となす傾斜角度β2は、
0.5° ＜ β2 ＜ 3°
を満足し、前記第１の下り傾斜面の面積S_12d及び前記第２の下り傾斜面の面積S_12eは、
2・S_12d ≦ S_12e ≦ 6・S_12d
を満足することを特徴とする導光板。
入射面、出射面及び該出射面に対向する配光制御面を有する導光板において、
前記配光制御面に形成された平坦鏡面部と、
前記配光制御面上の前記平坦鏡面部が形成されていない領域に前記平坦鏡面部に対して突出して形成されたプリズム列と
を具備し、
前記プリズム列の各プリズムは、前記入射面側の上り傾斜面、前記入射面と反対側に前記上り傾斜面と連続する第１、第２の下り傾斜面を有し、
前記第１の下り傾斜面は前記第２の下り傾斜面より急峻であり、
前記第１の下り傾斜面の傾斜は谷状の曲線状であり、前記第２の下り傾斜面の傾斜は直線状であることを特徴とする導光板。
前記第１の下り傾斜面の断面曲線の両端を結ぶ線分の前記平坦鏡面部となす傾斜角度β1’は、
3° ＜ β1’ ＜ 8°
を満足し、前記第２の下り傾斜面の前記平坦鏡面部となす傾斜角度β2は、
0.5° ＜ β2 ＜ 3°
を満足し、前記第１の下り傾斜面の面積S_12d’及び前記第２の下り傾斜面の面積S_12eは、
2・S_12d’ ≦ S_12e ≦ 6・S_12d’
を満足する請求項２に記載の導光板。
入射面、出射面及び該出射面に対向する配光制御面を有する導光板において、
前記配光制御面に形成された平坦鏡面部と、
前記配光制御面上の前記平坦鏡面部が形成されていない領域に前記平坦鏡面部に対して突出して形成されたプリズム列と
を具備し、
前記プリズム列の各プリズムは、前記入射面側の上り傾斜面、前記入射面と反対側に前記上り傾斜面と連続する第１、第２の下り傾斜面を有し、
前記第１の下り傾斜面は前記第２の下り傾斜面より急峻であり、
前記第１、第２の下り傾斜面の傾斜は谷状の曲線状であることを特徴とする導光板。
前記第１の下り傾斜面の断面曲線の両端を結ぶ線分の前記平坦鏡面部となす傾斜角度β1”は、
3° ＜ β1” ＜ 8°
を満足し、前記第２の下り傾斜面の断面曲線の両端を結ぶ線分の前記平坦鏡面部となす傾斜角度β2”は、
0.5° ＜ β2” ＜ 3°
を満足し、前記第１の下り傾斜面の面積S_12d”及び前記第２の下り傾斜面の面積S_12e”は、
2・S_12d” ≦ S_12e” ≦ 6・S_12d”
を満足する請求項４に記載の導光板。
入射面、出射面及び該出射面に対向する配光制御面を有する導光板において、
前記配光制御面に形成された平坦鏡面部と、
前記配光制御面上の前記平坦鏡面部が形成されていない領域に前記平坦鏡面部に対して突出して形成されたプリズム列と
を具備し、
前記プリズム列の各プリズムは、前記入射面側の上り傾斜面、前記入射面と反対側に前記上り傾斜面と連続する谷状の曲線状の下り傾斜面を有し、
前記下り傾斜面は、前記入射面側に近づく程、急峻であることを特徴とする導光板。
入射面、出射面及び該出射面に対向する配光制御面を有する導光板と、
該導光板の入射面側に設けられた光源と、
前記導光板の出射面側に設けられたプリズムシートと、
前記導光板の配光制御面側に設けられた反射シートと
を具備し、
前記導光板は、
前記配光制御面に形成された平坦鏡面部と、
前記配光制御面上の前記平坦鏡面部が形成されていない領域に前記平坦鏡面部に対して突出して形成されたプリズム列と
を具備し、
前記プリズム列の各プリズムは、前記入射面側の上り傾斜面、前記入射面と反対側に前記上り傾斜面と連続する谷状の曲線状の下り傾斜面を有し、
前記下り傾斜面は、前記入射面側に近づく程、急峻であるサイドエッジ型面照明装置。