JPH10339815A

JPH10339815A - 導光板、導光板の製造方法及びその導光板を用いた面光源

Info

Publication number: JPH10339815A
Application number: JP9151180A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Goto; 後藤　　陽一郎; Yasuko Teragaki; 靖子寺垣; Katsutoshi Hibino; 克俊日比野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-06-09
Filing date: 1997-06-09
Publication date: 1998-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】レンチキュラーレンズシートの使用枚数を１
枚若しくは不要とし、更に導光板裏面の光散乱ドットパ
ターン印刷を不要とし、部品コスト及び製造コストを低
減したバックライト用面光源、その面光源が具備する導
光板及びその導光板の製造方法を提供することを提供す
ることにある。【解決手段】導光板１には、溝間隔４ｄが光入射面に
遠ざかるに従って密になるように形成され、特に、光入
射面に最も近い第１の溝４ａの遠端から第２の溝の近端
までの間隔４ｄが溝幅に対して５倍から１５倍の間隔と
なるように、導光板の裏面構造が最適化されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導光板、導光板の
製造方法及びその導光板を用いた面光源に係り、更に詳
しくは、液晶表示装置等のバックライト用、照明広告、
交通標識等に用いる面光源、その面光源が具備する導光
板及びその導光板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置（ＬＣＤ）のバックライト
用面光源として、透光性平板を導光板としたサイドライ
ト方式のものが知られている。このような面光源では、
透明な平行平板や断面楔形平板からなる導光板の側端面
の一方から光を入射させ、透光性平板内部の全反射を利
用し、光を導光板の全域に遍く伝播させ、その伝播した
光の一部を導光板裏面の光散乱反射板で臨界角未満の拡
散反射光となし、導光板表面から拡散光を放出する（実
開昭５５−１６２２０１）。

【０００３】また、一方の面に三角プリズム型レンチキ
ュラーレンズの突起を有し、もう一方の面を平滑面とし
たレンズシートを、上述した面光源の導光板表面上に突
起面を上にして重ね、レンズの光集束作用を利用して、
その拡散放射光を所望の角度範囲内に均一等方的に拡散
させるものも知られている（実開平４−１０７２０
１）。

【０００４】このレンズシートは艶消透明拡散板（艶消
透明シート）と組合せて使用する場合には、単に艶消透
明拡散板のみを用いたもの（米国特許第４７２９０６７
号）よりも、光源の光エネルギーを所望の限られた角度
範囲内に重点的に分配し、かつ、その角度範囲内では均
一等方性の高い拡散光を得ることができる。また、液晶
表示装置に用いるバックライトの高輝度対策として、図
１に示す様に、レンチキュラーレンズシートを２枚直角
に重ねた構成を採用する傾向にある（月刊ディスプレイ
１９９６年５月号Ｐ３５〜Ｐ３９）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
液晶表示装置のバックライト用面光源では、視覚特性が
比較的狭いという問題点があるばかりでなく、レンチキ
ュラーレンズシートを２枚使用するため、その分だけ部
品コストが発生すると共に、レンチキュラーレンズシー
ト２枚を直角に位置合わせして取り付ける必要があるの
で、多大な製造コストが発生し、バックライト用面光源
そのものが大変高価なものになるという問題点があり、
レンチキュラーレンズシート、拡散板や導光板裏面の光
散乱ドットパターン印刷などを不要とするバックライト
用面光源の研究開発報告がなされている（電子情報通信
学会・信学技報ＥＩＤ９８−７９Ｐａｇｅ６７〜７
２）。

【０００６】本発明は、上記の問題点を解決する為にな
されたものであり、導光板の裏面構造を最適化すること
により、レンチキュラーレンズシートの使用枚数を１枚
若しくは不要とし、更に導光板裏面の光散乱ドットパタ
ーン印刷を不要とし、部品コスト及び製造コストを低減
したバックライト用面光源、その面光源が具備する導光
板及びその導光板の製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る本発明の
導光板は、上記の目的を達成する為に、前記導光板の１
つの側端面が光入射面と、前記光入射面と交わる前記導
光板の１つの面が光出射面とを構成し、前記光出射面の
対向面上に、溝幅がほぼ等しい複数の溝が互いに略平行
であって、前記光入射面に遠ざかるに従って溝間隔が密
になるように形成されていることを特徴とする。

【０００８】請求項２に係る本発明の導光板は、請求項
１に記載の導光板において、前記複数の溝の内、前記光
入射面に近い第１の溝の遠端から、前記第１の溝と前記
光入射面に遠ざかる方向に隣接する第２の溝の近端まで
の間隔が、前記溝幅に対して５倍から１５倍の間隔であ
ることを特徴とする。請求項３に係る本発明の導光板
は、請求項１または請求項２に記載の導光板において、
前記複数の溝の断面形状が、下記（ａ）、（ｂ）または
（ｃ）のいずれかに記載の形状であることを特徴とす
る。

【０００９】ａ）Ｎ角形（但し、Ｎは３以上の自然数）ｂ）二等辺三角形ｃ）楕円の一部（但し、楕円は円を含む）請求項４に係る本発明の導光板の製造方法は、請求項１
ないし請求項３のいずれかに記載の導光板の製造方法で
あって、前記導光板を金型で成形する工程を含むことを
特徴とする。

【００１０】請求項５に係る本発明の面光源は、請求項
１ないし請求項３のいずれかに記載の導光板と、前記導
光板の光入射面に隣接して設けられた光源とを具備する
ことを特徴とする。

【００１１】

【実施の形態】図２は、本発明に係る導光板の模式図で
あり、図２（ａ）は導光板の一部断面図、図２（ｂ）は
導光板の要部拡大断面図でる。この図を用いて以下の用
語を定義する。溝とは、導光板１の光出射面２の対向面
３上に、光源の長さと同じ程度の長さに掘られている複
数の溝４ａ（図２（ａ）参照）をいう。

【００１２】溝４ａの断面形状とは、溝４ａに対応した
断面形状４ｂ（図２（ｂ）及び図２（ｃ）参照）をい
い、この場合は４角形又は楕円の半分である。また、図
２（ｂ）において、溝４ａの断面形状４ｂは、Ｎ角形
（但し、Ｎは３以上の自然数）であればよく、特にＮが
３の場合には、溝４ａの断面形状４ｂはＶ字形状にな
る。尚、断面形状４ｂのＮ角形の交点は滑らかに角が取
れてＲを帯びている形状であってもよい。

【００１３】溝の近端とは、図２（ｂ）において紙面左
側に光入射面（図示せず）がある場合、溝４ａの点Ｐ１
をいう。溝の遠端とは、図２（ｂ）において紙面左側に
光入射面（図示せず）がある場合、溝４ａの点Ｐ２をい
う。溝幅とは、溝幅４ｃ（図２（ｂ）参照）をいう。

【００１４】溝の遠端から隣接する溝の近端までの間隔
（以下、単に「溝間隔」という）とは、溝間隔４ｄ（図
２（ｂ）参照）をいう。次に、本発明の実施の形態を、
図面と共に詳細に説明する。図３は、本発明に係る導光
板の模式図であり、図３（ａ）は導光板の斜視図、図３
（ｂ）は導光板の正面図である。

【００１５】１は、導光板であり、金型を用いた樹脂成
形により導光板１が作製されると同時に、複数の溝４ａ
（この場合は、断面三角形状）が光反射面３に形成され
る。５は、光入射面であり、以下で説明するように、光
入射面５に略平行に近設された光源（図示せず）から照
射される光が入射される。３は、光反射面であり、上述
したように、光反射面３上には光入射面５に略平行に複
数の溝４ａが形成されており、更に溝４ａ同士の溝間隔
４ｄは、溝４ａが光入射面５から遠ざかるに従って徐々
に狭くなっている。また光反射面３には、樹脂成形の後
に、光が漏洩するのを防ぎ反射効率を高める為に、スパ
ッタリングや蒸着などでアルミの反射膜が形成される
（図示せず）。

【００１６】２は、光出射面であり、光入射面５から入
射された光が、光反射面３や導光板１の３つの側面６
ａ、６ｂ及び６ｃで反射して、入射光の殆どが最終的に
光出射面２から均一な指向性を有する光として出射され
る。尚、この側面６ａ、６ｂ及び６ｃには、光の漏洩を
防止する為に、白色テープなどの漏洩防止部材が取り付
けられる。

【００１７】導光板１の材料としては、透光性材料の中
から選択され、通常はアクリル又はポリカーボネートの
樹脂が用いられる。導光板の形状は平行平板や断面楔形
平板で、その厚みは、通常１〜１０ｍｍ程度のものが用
いられる。また、その他の透光性材料としては、ポリメ
タアクリル酸メチル，ポリアクリル酸メチル等のアクリ
ル酸エステル又はメタアクリル酸エステルの単独若しく
は共重合体，ポリエチレンテレフタレート，ポリブチレ
ンテレフタレート等のポリエステル，ポリカーボネー
ト，ポリスチレン、ポリメチルペンテン等熱可塑性樹
脂、或いは紫外線又は電子線で架橋した、多官能のウレ
タンアクリレート、ポリエステルアクリレート等のアク
リレート、不飽和ポリエステル等透明な樹脂，透明な硝
子等、透明なセラミックス等が用いられる。

【００１８】つぎに、本発明に係る導光板の作用を図２
（ｂ）を用いて説明する。導光板１の光入射面５に隣接
して設けられた光源（図示せず）から出射された光（図
２（ｂ）左横）は、光入射面５から導光板１の内部に入
り、光反射面３、複数の溝４ａや側面６ａ、６ｂ及び６
ｃで反射して、光出射面２から出射される（図２（ｂ）
上方向）。

【００１９】図４は、本発明に係る導光板の一部断面図
である。光反射面３上には、光入射面５に略平行に断面
三角形状（この場合、二等辺三角形）であって、溝幅４
ｃがほぼ等しい溝が複数形成されており、光入射面５に
近い順に溝４ａ１、溝４ａ２、溝４ａ３、溝４ａ
４．．．というように、光入射面５から遠ざかるに従っ
て溝間隔４ｄ１、溝間隔４ｄ２、溝間隔４ｄ３．．．が
徐々に狭くなっている。

【００２０】図５は、輝度分布特性を示すグラフであ
る。横軸は、光源（ランプ）からの導光板の距離を表示
しており、値０の位置がランプの端面位置である。縦軸
は、単位を示してはいないが、輝度であって、値が大き
いほど明るいことを意味する。

【００２１】このグラフは、図４に示す溝間隔が光入射
面５から遠ざかるに従って徐々に狭くなる本発明に係る
導光板において、溝幅４ｃを固定し、光入射面５に最も
近い溝間隔４ｄ１の幅を変化させた場合の輝度分布特性
の推移を示しており、アメリカＯＲＡ社が開発した光学
設計評価ソフトウェアであるＣＯＤＥＶを用いて導光板
の輝度分布特性を解析したものである。

【００２２】評価パラメータとしては、１）導光板の形状は、長さＬ＝１９０（ｍｍ）、Ｗ＝幅
２６０（ｍｍ）、厚さｄ１＝３（ｍｍ）、厚さｄ２＝
１．２（ｍｍ）の断面楔形平板形状（図６参照）、２）光源（ランプ）から照射される光の波長は、６００
ｎｍ、３）導光板の材料は、屈折率１．４９のＰＭＭＡ、４）光反射面３上の溝４ａは、底辺の溝幅４ｃが０．２
（ｍｍ）で頂角１５０度の断面二等辺三角形であり、５）光反射面３及び溝４ａは、アルミの反射膜を形成し
ている。

【００２３】６）溝間隔４ｄ１の変化幅は、溝幅４ｃの
２．５倍から２０倍の５段階、即ち、０．５（ｍｍ）か
ら４（ｍｍ）の範囲の５つのポイントで輝度分布特性の
シミュレーションを行っている。図５から歴然と判明するように、溝間隔４ｄ１が、溝幅
４ｃの２．５倍及び２０倍の場合には、光源に近い位置
又は遠い位置に特性の偏りが見られ、輝度分布特性が極
端に悪く、一方溝幅４ｃの５倍、１０倍及び１５倍の場
合は、２．５倍及び２０倍の場合に比較して、遙かにそ
の特性が均一に分布する様に改善され、ピーク的効果が
現れていることが容易に理解できる。但し、光の波長や
導光板の材料の屈折率を多少変化させても、ここで判明
した輝度分布特性に大きな影響はない。

【００２４】本願発明者は、溝幅４ｃと溝間隔４ｄ１と
の長さ関係に着目し、導光板の基礎的光学設計シミュレ
ーションを独自に行った結果、溝幅４ｃと溝間隔４ｄ１
との長さの比率が５倍から１５倍の範囲で輝度分布特性
が大幅に改善されることを見出し、その結果に基づいて
全く新規な導光板を提案するものである。図７は、本発
明に係る面光源を具備する液晶表示装置を示す概略図で
ある。

【００２５】液晶表示装置は、液晶パネル７及び面光源
８で構成され、面光源８は、本発明に係る導光板１、蛍
光管などの光源９及び各種制御回路（図示せず）などで
構成されている。光源９から出射された光は、導光板１
の光入射面から内部に入り、光反射面や側端面で反射さ
れ、集束を繰り返し、拡散放射光は所望の角度範囲内に
均一等方的に拡散されて液晶パネル７に導かれる。

【００２６】また、本発明に係る導光板の製造方法は、
光反射面の微細パターンを加工した金型を用いて、上記
の導光板を成形する工程を含んでいる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る導光板
及び導光板の製造方法によれば、溝間隔が光入射面に遠
ざかるに従って密になるように形成され、特に、光入射
面に最も近い第１の溝の遠端から第２の溝の近端までの
間隔が溝幅に対して５倍から１５倍の間隔となるよう
に、導光板の裏面構造が最適化されているので、レンチ
キュラーレンズシートの使用枚数が１枚若しくは不要と
なり、更に導光板裏面の光散乱ドットパターン印刷が不
要となるので、部品コスト及び製造コストを大幅に削減
することが可能となる。

【００２８】また、本発明に係る面光源によれば、上記
導光板を使用するので、面光源の部品コストが大幅に削
減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の液晶表示装置を示す概略図である。

【図２】本発明に係る導光板の模式図である。

【図３】本発明に係る導光板の模式図である。

【図４】本発明に係る導光板の一部断面図である。

【図５】輝度分布特性を示すグラフである。

【図６】本発明に係る導光板を示す斜視図である。

【図７】本発明に係る面光源を具備する液晶表示装置を
示す概略図である。

【符号の説明】

１導光板２光出射面３光反射面４ａ溝４ｂ断面形状４ｃ溝幅４ｄ溝間隔５光入射面７液晶パネル８面光源９光源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導光板であって、前記導光板の１つの側端面が光入射面と、前記光入射面と交わる前記導光板の１つの面が光出射面
とを構成し、前記光出射面の対向面上に、溝幅がほぼ等しい複数の溝
が互いに略平行であって、前記光入射面に遠ざかるに従
って溝間隔が密になるように形成されていること、を特徴とする導光板。
【請求項２】請求項１に記載の導光板において、前記複数の溝の内、前記光入射面に近い第１の溝の遠端
から、前記第１の溝と前記光入射面に遠ざかる方向に隣
接する第２の溝の近端までの間隔が、前記溝幅に対して
５倍から１５倍の間隔であること、を特徴とする導光板。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の導光板
において、前記複数の溝の断面形状が、下記（ａ）、（ｂ）または
（ｃ）のいずれかに記載の形状であること、を特徴とする導光板。ａ）Ｎ角形（但し、Ｎは３以上の自然数）ｂ）二等辺三角形ｃ）楕円の一部（但し、楕円は円を含む）
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の導光板の製造方法であって、前記導光板を金型で成形する工程を含むこと、を特徴とする導光板の製造方法。
【請求項５】請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の導光板と、前記導光板の光入射面に隣接して設けられた光源と、を具備することを特徴とする面光源。