(57)【要約】      （修正有）【課題】２辺からの光源に対して、それぞれ均一に発光させることが可能なバックライトの導光板を提供する。【解決手段】対向する２つの入射面と、光反射面と光出射面を有する導光板であって、光反射面には断面がＶ字となる多数の反射素子が、光入射面と平行に形成されており、入射面からｎ番目の反射素子において、入射面に近い方の面と光出射面の法線とのなす角をθｎ、遠い方の面と前記法線とのなす角をφｎとしたとき、θｎ＜θｎ＋１、φｎ＞φｎ＋１をみたす導光板。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２つの入射面と、光反射面と光出射面を有する導光板であって、前記光反射面には断面がＶ字となる多数の反射素子が、光入射面と平行に形成されており、入射面からｎ番目の反射素子において、入射面に近い方の面と光出射面の法線とのなす角をθｎ、遠い方の面と前記法線とのなす角をφｎとしたとき、θｎ＜θｎ＋１、φｎ＞φｎ＋１をみたす導光板。
【請求項２】
前記反射素子の形状が、前記２つの光入射面の中間を中心として左右対称に形成された請求項１記載の導光板。
【請求項３】
前記反射面が、曲率半径Ｒの曲面である請求項１又は２記載の導光板。
【請求項４】
前記曲率半径Ｒが、５００＜Ｒ＜３０００である請求項３記載の導光板。
【請求項５】
前記反射素子の頂角が一定である請求項１乃至４のいずれかに記載の導光板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、小型の液晶表示パネルに用いられる導光板に関し、特に、液晶表示パネルをその背面側から光照射するバックライトの導光板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信の高速化やＩＴ化に伴い、小型の携帯情報端末が急速に市場に浸透している。その代表的なものに携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）があり、これら携帯情報端末には液晶表示装置が使われる。
液晶自身は発光性をもたないため、バックライト又はフロントライトと呼ばれる照明ユニットが付属され、この照明ユニットと液晶の組み合わせによって、表示が可能となる。
バックライトは透過型又は半透過型液晶に用いられ、液晶の背面側から照射し、その照射光が液晶表示装置内のカラーフィルタを透過することによって色表示が可能となる。
【０００３】
近年、表示面のカラー化、高精細化が進んでおり、それに伴い液晶の透過率が低下しているため、表示面での輝度を確保するために、バックライトについては高輝度化、高均斉度化が要求されている。
バックライトの構成は一般にＬＥＤ、透明プラスチック性の面状発光体（導光板）、反射シート、拡散シート及び集光シートからなっている。
ＬＥＤはある１辺に等ピッチで複数個配列し、ＬＥＤ発光面を導光板の光入射面に向けて配置するのが一般的である。
【０００４】
反射シートは導光板の底面に配置し、導光板裏面からの漏れ光を回収し、光出射面側に反射させている。
また、拡散シート、集光シートは導光板の上面に配置し、導光板からの出射光を光出射面に対して法線方向に立ち上げることより高輝度化を図っている。
現在、導光板としては、特許文献１、２等に示すものが考案されている。
【特許文献１】特願２００５−１０６８９２号
【特許文献２】特願２００５−２６２０８０号
【０００５】
導光板での光の出射方法としては、導光板の反射面に配置した反射素子を用いて、光を発光面側に立ち上げることが一般的であり、反射素子の密度を、入光側と反入光側とで差をつけることにより、発光面での高均斉度化を図っている。
発光面での均一性を図るためには、反射面の光学素子の密度について、ＬＥＤに近い側を疎に、ＬＥＤから遠い側を密にすることが一般的である。
また、近年、差別化を図るために、さまざまな構成のバックライトが考案されており、構成にあった導光板の最適化が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
表示面を立体的にみせるために、ＬＥＤを２辺に配置し、交互に点灯させる構造が提案されている。この場合、バックライトとしてはそれぞれの辺の光源に対して均一に発光させなければならない。
従来の光学素子の形状、配列では、１辺からの光源に対しては、均一に発光させることが可能であるが、この場合、もう１辺からの光源に対しては均一に発光せず、２辺からの光源に対してそれぞれ均一に発光させることは難しい。
本発明の目的は、２辺からの光源に対して、それぞれ均一に発光させることが可能なバックライトの導光板を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、対向する２つの入射面と、光反射面と光出射面を有する導光板であって、光反射面には断面がＶ字となる多数の反射素子が、光入射面と平行に形成されており、入射面からｎ番目の反射素子において、入射面に近い方の面と光出射面の法線とのなす角をθｎ、遠い方の面と前記法線とのなす角をφｎとしたとき、θｎ＜θｎ＋１、φｎ＞φｎ＋１をみたす導光板に関する。
【０００８】
また、本発明は、前記反射素子の形状が、２つの光入射面の中間を中心として左右対称に形成された導光板に関する。
また、本発明は、前記反射面が、曲率Ｒの曲面である導光板に関する。
また、本発明は、前記曲率半径Ｒが、５００ｍｍ＜Ｒ＜４０００ｍｍである導光板に関する。
さらに、本発明は、前記反射素子の頂角が一定である導光板に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の導光板は、２辺からの光源に対して、それぞれ均一な光を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明になる導光板は、好適には液晶表示装置において用いられる。特に、バックライトとして用いるとよい。この場合、導光板の下面即ち反射面側に反射シート、上面即ち出射面側にプリズムシートを設置したバックライトとする。これによって、光源から出射された光は、光入射部を通って導光板に入光し、導光板内を出射面、反射面間で繰り返し反射されて導光板内を伝播し、反射面上に形成された傾斜角によって出射面の法線方向に反射され、出射面より出射する。
【００１１】
反射面側には反射シートが配置されており、導光板内を伝播する光は漏れなく出射面側から出射することとなる。導光板の出射面から出射された光はプリズムシートに入光し、出射面に対して法線方向に光が出射することとなる。これにより輝度が高く、均一に発光するバックライトとして好適となる。
【００１２】
図１は本発明になる導光板の第１の実施形態（第１の実施例）を示すものであって、同図（ａ）は平面図及び（ｂ）はその右側面図である。図１において、１はこの第１の実施形態の導光板、２はＬＥＤ、３は光入射面、４は反射面及び５は出射面である。図１（ａ）及び（ｂ）において、導光板１は、平面形状が略長方形をなす対角長５６ｍｍ及び厚さ０．６ｍｍの板であり、この導光板１の端面に１つの光入射面、これと対向する端面にもう１つの光入射面が設置されている。
【００１３】
それぞれの光入射面３に対して発光面２ｃが向くようにＬＥＤが配置されている。ＬＥＤ２はそれぞれの辺に複数個配置し、光入射面３に対し略等ピッチで配列する。ＬＥＤの発光面２ｃは導光板１の光入射面３に対向しており、ＬＥＤ２の発光面２ｃから出射される光は、この光入射面３から導光板１内に入射する。ここで、ＬＥＤ２の出射方向、中央軸線Ｓは、導光板１の光入射面３に対して略法線方向に向かうように設定される。
【００１４】
また、発光面での均一性を向上させるためには、ＬＥＤ２からの光をＬＥＤ２並び方向に拡散させる必要があるため、光入射面３には、光を拡散させるためのパターンを設置しておくことが一般的である。反射面４は、導光板１の下側で、光入射面３に対して略垂直に設定されており、反射面４に対向する面が出射面５となっている。光出射面５には、光をＬＥＤ２の配列と平行方向に広げるための光学パターンを設置することが好ましい。光をＬＥＤ導光板１の材質としては、一般的にＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等が用いられるが、本発明ではＰＣが好ましい。
【００１５】
図２は、導光板１の、光入射面３に対して法線方向での断面図である。反射面４には、光入射面３と平行に、断面がＶ字形状である反射素子６が設定されている。反射素子６のピッチｐは、３０μｍ≦ｐ≦２９０μｍであることが好ましい。この範囲よりピッチｐが大きいと、バックライト上で、光入射面３に対して平行にスジ状に反射素子６が視認されてしまう可能性が高い。また前記範囲よりピッチｐが小さい場合、光学特性上の影響はないが、反射素子６の製作が難しく、製品によりばらつきが発生してしまう可能性がある。
また、反射素子６は、反射面４に連続で形成されているものとする。
【００１６】
図３は、反射素子６の詳細図である。反射面４に対して法線方向の線を６ａとすると、反射面４には入面３ａ側に位置する第２の傾斜角θｎと、これとは反対側に位置する第１の傾斜角φｎとで形成された、鋸刃状の形状となっている。
第１の傾斜角φｎは、ＬＥＤ２ａから発せられ、導光板１内を伝播する光を反射させて光出射面４から導光板１外へ出射させる。
【００１７】
また、第２の傾斜角θｎは、ＬＥＤ２ｂから発せられ、導光板１内を伝播する光を反射させて光出射面４から導光板１外へ出射させる。一般的に、導光板１内を繰り返し反射する光は、その面に対する入射角が光の全反射の臨界角を超えて入射する限り全反射が繰り返され、その入射角が全反射の臨界角より小さくなると、導光板１外へ出射されることとなる。この全反射の臨界角θは、ｎを密な媒質の屈折率、ｎ’を疎な媒質の屈折率とすると、ｓｉｎθ＝ｎ’／ｎで表される。
【００１８】
例えば、導光板１の材質をＰＣ（ポリカーボネート：ｎ＝１．５８５）とすると、全反射の臨界角θは３９．１°となる。図４にＬＥＤ２ａからの光が導光板１の出射面５から出射する経路を示す。ＬＥＤ２ａから発光した光は、光入射面３ａから導光板１内に入射する。導光板１内の反射面４と出射面５とで反射を繰り返すことにより、光は導光板１内を導波していく。
【００１９】
ここで反射面４の光学素子６の第１の傾斜角φｎに光があたることにより、導光板１内で光が徐々に立ち上がる。この角度が臨界角を超えたとき、出射面５から出射する。光は出射面５から出射していくため、導光板１内を導波している光の量をＬＥＤ２ａに近い位置と遠い位置とで比較すると、ＬＥＤ２ａに近い位置の方が導波している光は多い。
【００２０】
ここで、例えば傾斜角φｎを一定値とした場合、ＬＥＤ２ａに近い出射面５で光の出射が多く、ＬＥＤ２ａから離れた出射面で光の出射が少なくなってしまい、その結果、均斉度が低くなってしまう。そのため、ＬＥＤ２ａから発光する光では、第１の傾斜角φｎについて、φｎ＜φｎ＋１の条件をみたしていれば高均斉度化が図れることとなる。
【００２１】
なお、角度の変化量については、０＜φｎ＋１−φｎ＜０．０２°であることが好ましい。
また、ＬＥＤ２ｂから発光する光についても同様のことがいえ、このとき第２の傾斜角θｎについて、θｎ＞θｎ＋１の条件をみたしていれば高均斉度化が図れ、角度の変化量については、０＜θｎ−θｎ＋１であることが好ましい。
【００２２】
ＬＥＤ２ａからの光に影響する反射素子６の傾斜角は、ＬＥＤ２ａから近い順に列挙すると、φ１、φ２、φ３・・・・・・となる。また、ＬＥＤ２ｂからの光に影響する反射素子６に傾斜角は、ＬＥＤ２ｂから近い順に列挙すると、θｚ、θｚ−１、θｚ−２・・・・・・となる。
【００２３】
そのため、ＬＥＤ２ａを発光させたときの性能とＬＥＤ２ｂを発光させたときの性能を同一にするためには、φ１＝θｚ、φ２＝θｚ−１、φ３＝θｚ−２・・・θｚ−２＝θ３、θｚ−１＝θ２、φｚ＝θ１とする必要があり、その結果、ＬＥＤ２ａから発光したときと、ＬＥＤ２ｂから発光したときとで同一性能を出すためには、反射素子の形状は、光入射面２ａと２ｂの中間の面を軸として対称の形状になっていることが好ましい。
【００２４】
前記構成の場合でも、出射面５からの出射量を均一にすることは難しく、ＬＥＤから近いところで出射面５からの出射量が多く、ＬＥＤから遠いところでは少ないという傾向が残る。そこで反射面４について、外形をＲ形状とすることにより、この対策を行う。図５に反射面４をＲ形状にしたときの反射素子６の概略図を示す。
【００２５】
ＬＥＤ２ａを発光させた場合を考えると、ＬＥＤに近い箇所の反射素子６については、反射面４をＲ形状にすることにより、第１の傾斜角φｎを有する部位が、反射面４が平面のときと比較すると小さくなる。その結果、ＬＥＤ２ａに近い出射面５で光の出射を低くおさえることが可能となる。
【００２６】
逆に、ＬＥＤから遠い箇所の反射素子６については、第１の傾斜角φｎ’を有する部位が大きくなり、ＬＥＤ２ａから遠い出射面５で光の出射を強くすることが可能となる。この結果、ＬＥＤ２ａを発光させた場合、反射面４をＲ形状にすることにより、高均斉度化が図れる。また、ＬＥＤ２ｂを発光させた場合についても同様である。
【００２７】
反射面４の曲率半径Ｒが大きすぎてしまうと、反射面４が平面に近くなってしまうために高均斉度化に対しての効果が薄くなってしまう。また反射面４の曲率半径Ｒが小さすぎると、効果は高まるが、導光板１の中央部が厚くなってしまうため、スペース上問題となることが想定される。したがって、反射面４の曲率半径Ｒは５００≦Ｒ≦３０００であることが好ましい。
【００２８】
導光板１は、射出成形で製作するのが一般的である。そのため、反射面４の光学素子６は金型に形状を加工することとなる。本発明の反射素子６のように、入射面に対して平行の光学素子である場合は、その頂角αｎをもつ工具を用いた切削加工にて金型の加工を行うことが多い。ここで、反射素子６の頂角αｎは、αｎ＝θｎ＋φｎで表される。
【００２９】
このとき反射素子６の頂角αについて、位置により角度が異なると、角度の異なる工具を製作して加工する、あるいは複数回切削することにより角度を変えていくといったことが必要となるため、非常に手間がかかり、加工も難しくなる。そのため、反射面４の光学素子６の頂角αについては、αｎ＝αｎ＋１をみたしていることが望ましい。
【実施例】
【００３０】
実施例１
実施例の仕様について図６に示す。導光板１の外形サイズは長さ５４ｍｍ×幅３７ｍｍ、発光エリア７のサイズは長さ４５．１ｍｍ×幅３３．８ｍｍであり、導光板１の材質はＰＣである。光入射面３ａ、３ｂの厚みは０．６ｍｍであり、光入射面３ａ、３ｂに対して発光面２ｃが向くように、それぞれ４灯ＬＥＤが配置されている。
【００３１】
ＬＥＤは発光エリア７に対して均等に割り付けており、ＬＥＤのピッチは３３．８ｍｍ／４灯＝８．４５ｍｍとしている。ＬＥＤ２ａ、２ｂからの光を幅方向に拡散させる目的で、光入射面３ａ、３ｂには、厚み方向に平行な方向で光学パターンを設置している。反射面４の曲率半径Ｒは１８２２．６ｍｍとしており、その結果、導光板１の中央部での厚みは０．８ｍｍとなっている。
【００３２】
反射面４に設置している反射素子６のピッチは１３５μｍ一定であり、光学素子の角度については、αｎ＝１６７°、θ１＝８１．５°、φ１＝８５．５°、θｎ＋１−θ＝０．０１°をみたした、断面がＶ字である反射素子を光入光面３と平行に形成している。
光出射面５には、光を幅方向に拡散させる目的で、光入射面３ａ、３ｂの法線方向の光学パターンを設置している。反射面４の下側には、反射シートとして銀シートを設置している。
【００３３】
本条件にて図７（ａ）に示すように、光出射面の法線方向に対して発光させたＬＥＤと逆方向に６０°をなす角の輝度評価した結果、図７（ｂ）に示す発光面７の長手方向９ポイントの最小／最大、すなわち均斉度について、ＬＥＤ２ａを点灯させたときで６８．３％、ＬＥＤ２ｂを点灯させたときで６８．５％を達成した。
なお、ここで評価した光出射面の法線方向から６０°の光は、集光シートを用いることにより、光出射面の法線方向に立ち上げることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明にかかる導光板は、好適には液晶表示装置において用いられる。特に、バックライトとして用いるとよい。この場合、導光板の下面即ち反射面側に反射シート、上面即ち出射面側にプリズムシートを設置したバックライトとする。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明になる導光板の形態を示す概略図である。
【図２】導光板の光入射面に対して法線方向での断面図である。
【図３】反射素子の詳細図である。
【図４】光の出射方法を示す概略図である。
【図５】反射面をＲ形状としたときの反射素子の概略図である。
【図６】実施例の使用を示す概略図である。
【図７】実施例での評価方法を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  導光板
２、２ａ、２ｂ  ＬＥＤ
２ｃ  発光面
３、３ａ、３ｂ  光入射面
４  反射面
５  出射面
６  反射素子
７  発光エリア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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