JPH10227918A - 面発光装置の導光部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源からの距離に略比例した高い密度になる
ように導光板の凸部を円錐形状とこれ以外の三角錐、四
角錐、多角錐、屋根状他の任意の形状にする。 【解決手段】 樹脂材料から決定される臨界角β以上で
入射した入射光を完成後凸部の傾斜面において発光面に
向けて拡散するように所定形状を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は所定面積を有するＬ
ＣＤ（液晶表示装置）などを背面から照明するために用
いられる面発光装置の導光部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】所定面積を有するＬＣＤなどを背面から
照明する際に、先ず最初に考慮しなければならない点と
して、光源から発生する光をＬＣＤの所定面積の全ての
部位に渡って均一にすることが挙げられる。

【０００３】そこで、従来より、光源を光透過性が高い
素材から形成される導光部材の側方に配置し、光源から
の光を導光部材の面方向に導光して、導光部材の発光面
に並設される発光部材に対して導光部材の発光面から放
出される光を散乱させるように構成する場合において、
導光部材の発光面と反対側面において多数の突起部を形
成しておき、これらの突起部において光源からの光を反
射する一方で、光源から遠い部分に突起部をより多く形
成するようにして発光面の明るさが均一になるようにし
た面発光装置が多く実用化されている。

【０００４】このように構成される面発光装置によれ
ば、導光部材を光透過性が高い例えばアクリル樹脂材料
を用いて射出成形により量産しているが、この射出成形
において導光部材成形用のキャビティを備えた金型は化
学エッチングにより主に加工されている。

【０００５】図７は、従来の導光板１０の拡大断面図
（ａ）と、導光板１０を射出加工するために使用される
射出成形金型２０１の拡大断面図（ｂ）である。

【０００６】先ず、図７（ｂ）において、射出成形金型
２０１により導光板１０の突起部１６を成形するための
型凹部２０２を化学エッチングにより加工形成する際
に、金型のキャビティイの底面部位を所定ピッチ及び所
定開口面積の開口孔部２０３ａを設けたレジスト膜２０
３で覆ってから、エッチング液を導入して開口孔部２０
３ａを介して接触する面を侵食により掘り込んで形成し
た後に、レジスト膜２０３を取り除くようにして射出成
形金型２０１のキャビティを形成するようにしている。

【０００７】このように加工形成される射出成形金型２
０１を使用して、図７（ａ）に図示されるように厚さＨ
の導光板１０であって突起部１６を多数形成したものを
射出成形して、上記のように導光部材１０の発光面１０
ａにおいて光源からの光を反射する一方、光源から遠い
部分において突起部１６をより多く形成するようにして
発光面における明るさが均一になるようにしている。

【０００８】しかしながら、上記のように化学エッチン
グ加工によって金型キャビティを加工すると、開口孔部
２０３ａが小径ドットの時には半球状になり、また大径
ドットの時には鍋底状の形状になることが知られてい
る。

【０００９】また、化学エッチング工程の途中で所謂オ
ーバーエッチングが発生した場合には、図７（ｂ）に図
示のようなオーバーエッチング部２０２ａが形成され
る。また、突起部１６ｂの直径寸法ｄが例えばΦ０．３
ｍｍ以下のように小さくなり、かつ配置ピッチが０．６
ｍｍ以下に狭くなると連通部２０２ｂが形成されること
があるので、このような金型を用いて射出成形される導
光板１０の突起部１６には図示のような不良箇所１６
ａ、１６ｂが形成されることになる。

【００１０】この結果、光源からの光Ｌが突起部１６の
不良箇所１６ａで乱反射されたり、また突起部１６で反
射されてから発光面１０ａに向けて指向するようにでき
なくなり、光を効率的に光源から離れた導光板部位に正
常に導くような形状を選択する事ができず、所望の性能
が得られなくなる問題点があった。

【００１１】さらにまた、化学エッチング加工は薬液濃
度、温度等の管理が特に難しく、突起部の密度を無段階
に差を設けるようにする場合には、部位によるばらつき
の発生を防ぐことは非常に困難であった。このために、
互いに隣接する突起部１６間の間隔を多く必要となり、
突起部の配設密度を上げることができず、おのずから限
度があり、導光板外部へ射出する光の量をより多くし
て、輝度アップを図る事にはおのずから限界があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】そこで、上記のエッチ
ング以外で加工形成される超精密の射出成形金型を用い
て光透過性のアクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂材料
から射出成形し、上記の突起部に代えた適正な形状の傾
斜面を有する凸部を導光板に形成するようにして、樹脂
材料から決定される臨界角β以上で入射した入射光を凸
部の傾斜面で反射できるようにして、発光面に向けるよ
うにすることで輝度アップを図ることが考えられる。

【００１３】したがって、本発明は上述した事情に鑑み
てなされたものであり、光源からの距離に略比例した高
い密度になるように導光板の凸部を円錐形状とこれ以外
の三角錐、四角錐、多角錐、屋根状他の任意の形状に加
工することで、輝度アップを図ることのできる面発光装
置の導光部材の提供を目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明によれば、光源を光透過
性の板状の導光部材の少なくとも１つの側方に配設し、
前記光源からの光を前記側方の入光面から前記導光部材
の内部に導光し、前記導光部材の発光面に並設される拡
散部材において光を散乱させて照明を行うために、前記
発光面の裏面に所定形状の完成後凸部を無数に形成した
面発光装置の導光部材であって、前記光源からの距離に
略比例した高い密度になるようにした凹部を有した成形
金型を得る金型製造工程と、前記成形金型を使用し光透
過性の樹脂材料から射出成形して前記完成後凸部を無数
に形成した前記導光部材を射出成形する成形工程とを経
て得ることを特徴としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好適な各実施形態
について図面を参照して述べる。

【００１６】先ず、図１は、例えば自己発光能力のない
液晶のバックライト用として使用される面発光装置の要
部を示した横断面図である。また、図２は図１のＸ‐Ｘ
矢視断面図を示したものである。

【００１７】図１と図２において、光源部４は高輝度発
光ダイオード（ＬＥＤ）を基板５上にボンディングして
から、シリコン樹脂乃至エポキシ樹脂等で封止するよう
に形成されており、図示のように基板５の電極部が外部
に出るようにして、図示しない電源部に電極部を接続す
ることで点灯できるようにして、単独での製造及び供給
を可能にしている。

【００１８】一方、図示のように平面状に形成される導
光板１は、液晶の平面状の表示面１５と略同様の形状と
面積を有しており、その入光側面１ｆにおいて上記の一
対の光源部４を収容する形状部を形成するとともに、そ
の材質として透明なアクリル樹脂、ポリカーボネート
（ＰＣ）樹脂等が用いられて射出成形される。この導光
板１の裏面１ｂは鏡面から構成される一方で、凸部６の
傾斜面は鏡面または粗面となるようにして、臨界角β以
上の入射光を全反射または乱反射するようにしている。

【００１９】また、この導光板１の発光面１ａと左右側
面１ｄ、１ｅと反対面１ｃと裏面１ｂは夫々鏡面になる
ように射出成形されるとともに、裏面１ｂ上において無
数の凸部６を規則的に形成している。これらの凸部６の
配置は、図２に図示のように、光源４に近い部位では横
ピッチＰｗと縦ピッチＰｄとが疎状態になるように配設
される一方で、光源４から離間するにつれて次第に横ピ
ッチＰｗと縦ピッチＰｄが密状態になるようにしてい
る。

【００２０】さらに図示のように極力千鳥状になるよう
に凸部６を配設することで、光源４からの光が隣接する
凸部６の遠方まで確実に到達できるようにコンピュータ
を用いたシュミレーション解析に基づき凸部６を配設す
るようにしている。

【００２１】一方、図示のように略箱状に形成される反
射枠３は、上記の導光板１を略隙間なく収容する寸法と
箱形状となるように成形される。また、この反射枠３
は、例えば白色樹脂から射出成形するか、または無電界
メッキすることにより形成されることで、反射面として
の反射内面３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが内側に形成されて
おり、各反射内面で反射した光が拡散板２に向かうよう
にしている。

【００２２】以上が、面発光装置の概略構成であって、
その寸法は液晶サイズに応じて適宜決定されるものであ
る。液晶サイズが大型の場合は、光源４として線光源と
なる蛍光燈が適宜用いられる。尚、バックライトが横長
になる場合には、図１、２に示した装置を左右対称にし
て一対分が対向するように設けて、凸部６が中央部位で
密状態になるように配設されることになる。

【００２３】次に、図３（ａ）は、導光板１に入光する
光Ｌの反射の様子を示した模式図であり、また図３
（ｂ）は凸部６における光Ｌの反射の様子を示した要部
断面図である。

【００２４】先ず、図３（ａ）において、光源４から出
射した光であって、図中の破線で図示した光Ｌは、アク
リル樹脂の屈折率ｎ＝１．４９のために臨界角βは４
２．１６°となり、各面に入射角４２．１６°以上で入
射した場合において全反射することになる。即ち、導光
板１からの垂線と成す角度αで導光板１に対して入光し
た光は臨界角βで屈折することになるが、屈折率ｎ＝ｓ
ｉｎα／ｓｉｎβの関係式においてαを９０°として、
ｓｉｎβ＝ｓｉｎ（９０°）／ｎから臨界角βの４２．
１６°が求まることになる。

【００２５】同様に、ＰＣ樹脂の場合はｎ＝１．５９の
ために、臨界角は３８．９７°で、各面に入射角３８．
９７°以上で入射した場合に全反射することになる。

【００２６】したがって、アクリル樹脂から成形される
導光板１の入光側面１ｆから入射した光Ｌは、臨界角以
上の角度４７．８４°以上の角度で左右側面１ｄ、１ｅ
と発光面１ａと裏面１ｂの凹部６以外の部分に入射し、
全て全反射される。同様に、ＰＣ樹脂の場合も入光側面
１ｆから入射した光は全て全反射する。

【００２７】以上のような全反射を繰り返しながら、反
対面１ｃまで達した光は、導光板１から外部に出射され
てから、反射枠３の反射内面３ｂで反射されてから、再
度導光板１に入射することになる。

【００２８】次に、本願発明の最も特徴的な凸部６は、
図３（ｂ）に図示のように裏面１ｂ上に形成されてお
り、凸部６の反射面６ａに対する入射角が臨界角β以上
であれば破線図示のように全反射するように形成されて
いる。また、反射面６ａ、６ｂが粗面処理されている場
合には反射面６で一部拡散しながら破線図示のように向
かう。

【００２９】また、発光面１ａにおいて入射角が臨界角
β以下の場合には、発光面１ａでは反射せずに導光板１
から外部に屈折出射して、拡散板２に達し、そこで拡散
することになる。また、発光面１ａにおいて入射角が臨
界角β以上の入射光は、全反射して、導光板内の奥側に
導光する。

【００３０】一方、図示しないが裏面１ｂに対して臨界
角β以下で入光した光は、裏面１ｂ面から出射して、反
射枠３の反射面３ａに指向して、反射面３ａで反射され
てから、再度、導光板１に入射されて発光面１ａに指向
することになる。

【００３１】以上のようにして拡散板２において拡散さ
れた光は、面光源を形成することになり液晶用バックラ
イトの場合において、図１に図示のＬＣＤ透過パターン
１５を通過して、表示が行われることになる。

【００３２】また、凸部６は図示のように導光板１の裏
面１ｂから発光側面１ａから遠くなるように円錐状に突
出するように形成されており、その先端を半径ｒの球状
にする一方で、頂角θが１３０°以下になるように形成
されている。このように凸部６を形成することにより、
裏面１ｂに対して臨界角β以上で入光した光であって、
本来は裏面１ｂ面で全反射導光されるべき光を凸部６の
反射面６ａにおいて全反射するようにして、発光面１ａ
に指向させて、発光面１ａから出光できるように構成さ
れている。

【００３３】以上のように形成される凸部６を、上記の
ように光源４から離間するにつれて次第に横ピッチＰｗ
と縦ピッチＰｄが密状態になるようにし、さらに極力千
鳥状になるように配設することで、光源４からの光が反
対面１ｃまで確実に到達できるようになる。

【００３４】尚、突起部の頂角θを種々実験したとこ
ろ、１１０°〜１５０°近辺で効率が良いことが確認さ
れ、１２０°が最良であり、また凸部６の高さｈは０．
０５ｍｍ、直径ｄは０．２５ｍｍで、最も高密度に凸部
６を設ける部位であって図１に示す反対面１ｃに近い部
位における横ピッチＰｗと縦ピッチＰｄを０．３ｍｍま
で狭くすることができ、良い結果を得ることができた。

【００３５】次に、 図４の模式図において、型凹部１
０２を有する成形金型Ｍを加工機により加工した後に、
これを取り外してから、キャビティＣ内にアクリル樹脂
材料等を使用して所定条件で射出成形して導光板１を得
る。成形金型Ｍを加工機で加工するとき、裏面を成形す
る平滑部１０３は鏡面となるように加工され、また導光
板１の両側において光源４が配設されており、入光面１
ｆを両側側面に設ける場合は、キャビティＣの中央部か
ら順に型凹部１０２を加工するようにして、加工歪みの
影響が続く加工に及ばないようにして、光源からの光を
反射する傾斜面を確実に加工できるようにしている。ま
た、導光板１の片側のみにおいて光源４を配設し、入光
面１ｆを片側側面のみに設ける場合は、光源から遠い順
に型凹部１０２を加工するようにして、加工歪みの影響
が続く加工に及ばないようにして、光源からの光を反射
する傾斜面を確実に加工できるようにしている。

【００３６】図５、図６は凸部６が任意の形状に構成で
きることを示した一覧表である。両図の（ａ）から
（ｏ）において、導光板において凸部６として射出成形
される形状と臨界角以上で入光した光を反射する様子を
示した外観斜視図が夫々示されている。

【００３７】先ず、図５（ａ）において、凸部は頂角が
１１０度から１５０度の円錐形状にされており、導光板
において図示のような円錐形状の凸部として射出成形さ
れる。この結果、図３で述べたように臨界角β以上で入
光した光を矢印方向に反射することができる。

【００３８】また、図５（ｂ）において、凸部は導光板
において図示のような円錐形状の凸部として射出成形さ
れ、球状部分が目立つことがないように構成できる結
果、図３で述べたように臨界角β以上で入光した光を矢
印方向に反射するとともに、球状部分が目立つことがな
いように構成できるようにしている。

【００３９】また、図５（ｃ）において、導光板におい
て図示のような円錐形状の凸部として射出成形され、平
らな部分の面積を適宜設定することで、図３で述べたよ
うに臨界角β以上で入光した光を矢印方向に反射すると
きの光量を制御できるようになる。

【００４０】図５（ｄ）において、導光板において図示
のような三角錐の凸部として射出成形されることにな
り、１８０度間隔で３方から傾斜面に対して臨界角β以
上で入光した光を矢印方向に反射することができるよう
になる。

【００４１】さらに、図５（ｅ）において、導光板にお
いて図示のような四角錐の凸部として射出成形されるこ
とになり、９０度間隔で４方から傾斜面に対して臨界角
β以上で入光した光を矢印方向に反射することができる
ようになる。したがって、例えば、光源を４側面の全て
に配置するようにして、大幅な輝度アップを図るように
できる。また、異なる色の光源を４側面に配置するよう
にして、凸部において加法混色するように構成して、種
々の色を得るようにも構成できる。

【００４２】図５（ｆ）は、図示のように四角錐を先端
部に形成しており、さらに頂点部分において球状として
いる。このために、図５（ｂ）と略同様に球状部分が目
立つことがないように構成できる結果、図３で述べたよ
うに臨界角β以上で入光した光を矢印方向に反射すると
ともに、球状部分が目立つことがないように構成でき
る。

【００４３】図５（ｇ）は、図示のように四角錐を先端
部に形成し平らな部分を形成している。このために、図
５（ｃ）と略同様に光量を制御できるようになる。

【００４４】続いて、図６（ｈ）は、図示のように切り
妻の屋根状からなり、外観斜視図に示したように左右方
向から図３で述べたように臨界角β以上で入光した光を
矢印方向に反射するようにできる。

【００４５】図６（ｉ）は図６（ｈ）の屋根状の頂点部
分をアール状にしており、この部分でおいて、目立つこ
とがないように構成している。

【００４６】さらに、図６（ｊ）は、図示のように寄せ
棟の屋根状であり、外観斜視図に示したように左右前後
方向から臨界角β以上で入光した光を矢印方向に反射す
るようにできる。

【００４７】また、図６（ｋ）は、底面が小判形の胴部
からなり、図示のように変形寄せ棟の屋根状の形状部で
あり、外観斜視図に示したように前後左右方向から臨界
角β以上で入光した光を矢印方向に反射するようにでき
る。

【００４８】図６（ｌ）は、底面が小判形であり、図示
のように先端部において円弧面と平面とからなる変形寄
せ棟の屋根状の形状部を形成している。この場合には、
外観斜視図に示したように前後左右方向から臨界角β以
上で入光した光を矢印方向に反射するようにできる。

【００４９】最後に、図６（ｍ）は、底面が小判形であ
り、図示のように先端部において台形長円錐状の形状部
を形成している。この場合には、外観斜視図に示したよ
うに前後左右方向から臨界角β以上で入光した光を矢印
方向に反射する。

【００５０】そして、図６（ｏ）は、底面が正方形であ
り、図示のように光源側に対向する傾斜面をなだらかに
形成している。この場合には、外観斜視図に示したよう
に左方向から臨界角β以上で入光した光のみを矢印方向
に反射するようにできる。

【００５１】以上説明した凸部を設けた導光板を斜めか
ら観察することで得られる輝度特性を任意に制御できる
ようになる結果、例えば輝度確保よりも角度特性を向上
したり、垂直方向からの輝度アップを大幅に向上するな
ど任意に設定できるようになる。

【００５２】以上のように、導光板１を成形するときに
凸部６の形状、大きさ状態等を自由に設定することで、
凸部６の配設間隔を狭くすることもでき、導光板からの
出光量を大きくできるようになるために、従来の化学エ
ッチングのものより約１．５倍の輝度アップを図る事が
確認できた。

【００５３】尚、導光板１の用途としては、携帯電話機
用の液晶用バックライトや、より大きな表示画面を備え
ているノートパソコンやカーナビゲーション装置であっ
て、その光源である蛍光灯の消費電力を極力抑えたい場
合に使用される液晶用バックライト用に非常に優れた性
能を発揮できる。さらに上記の導光板は、他にも種々適
用できるものであって、導光板を用いた面発光装置の使
用目的に応じて適宜光源、反射枠が設計されるものであ
る。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光源からの距離に略比例した高い密度になるように導光
板の凸部を円錐形状とこれ以外の三角錐、四角錐、多角
錐、屋根状他の任意の形状に加工することで、輝度アッ
プを図ることのできる面発光装置の導光部材を提供する
ことができる。

【００５５】

【図面の簡単な説明】

【図１】面発光装置の横断面図である。

【図２】図１のＸ‐Ｘ矢視断面図である。

【図３】（ａ）は、導光板１に入光する光Ｌの反射の様
子を示した模式図である。（ｂ）は凸部６における光Ｌ
の反射の様子を示した要部断面図である。

【図４】は射出成形の工程図である。

【図５】は凸部が任意の形状に鍛造加工できることを示
した一覧表である。

【図６】は凸部が任意の形状に鍛造加工できることを示
した一覧表である。

【図７】（ａ）は従来の導光板１０の拡大断面図、
（ｂ）は導光板１０を射出加工するために使用される射
出成形金型２０１の拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 導光板、 ２ 拡散板、 ３ 反射枠、 ４ 光源、 ５ 基板、 ６ 凸部、 Ｍ 成形金型、 β 臨界角

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源を光透過性の板状の導光部材の少な
   くとも１つの側方に配設し、前記光源からの光を前記側
   方の入光面から前記導光部材の内部に導光し、前記導光
   部材の発光面に並設される拡散部材において光を散乱さ
   せて照明を行うために、前記発光面の裏面に所定形状の
   完成後凸部を無数に形成した面発光装置の導光部材であ
   って、 前記光源からの距離に略比例した高い密度になるように
   した凹部を有した成形金型を得る金型製造工程と、 前記成形金型を使用し光透過性の樹脂材料から射出成形
   して前記完成後凸部を無数に形成した前記導光部材を射
   出成形する成形工程とを経て得ることを特徴とする面発
   光装置の導光部材。
2. 【請求項２】 前記樹脂材料から決定される臨界角β以
   上で入射した入射光を前記完成後凸部の傾斜面において
   前記発光面に対して反射するように前記所定形状を設定
   するとともに、前記裏面を鏡面にしたことを特徴とする
   請求項１に記載の面発光装置の導光部材。
3. 【請求項３】 前記完成後凸部の前記傾斜面を形成する
   ために頂角が１１０度から１５０度の範囲に含まれ、好
   ましくは１２０度の円錐面または三角、四角、多角形
   面、台形長円錐、切り妻、寄せ棟屋根状の各面を形成し
   た任意の形状とすることを特徴とする請求項２に記載の
   面発光装置の導光部材。
4. 【請求項４】 前記完成後凸部の先端部に球状部または
   平坦部を形成した任意の形状とすることを特徴とする請
   求項３に記載の面発光装置の導光部材。
5. 【請求項５】 前記完成後凸部の前記傾斜面を前記光源
   に対向する部位のみ形成した任意の形状とすることを特
   徴とする請求項３に記載の面発光装置の導光部材。