(57)【要約】【課題】光入射面が重力方向に配置された状態における輝度分布の均一性を向上させることができるようにする。【解決手段】導光板１０は、矩形の板状をなす。導光板１０は、光入射面１２、光出射面１３、反対板面、及び光反射パターンＰ２を備える。光入射面１２に、光源からの光が入射する。光出射面１３は、光を出射させる。反対板面は、光出射面の反対側の板面からなる。光反射パターンＰ２は、反対板面に形成されて光を光出射面１３から出射させるための複数の光反射部からなる。光反射パターンＰ２は、光入射面１２からの距離、及び光源の点灯後であって温度安定後における温度勾配による光源の発光効率の変化に応じた分布を有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形の板状をなす導光板であって、
外周端面のうち対辺をなす一対の端面の少なくともいずれか一方の端面からなり、光源からの光が入射する光入射面と、
一対の板面のうちの一方の板面からなり、光を出射させる光出射面と、
前記一対の板面のうち前記光出射面とは反対側の板面からなる反対板面と、
前記反対板面に形成されて光を前記光出射面から出射させるための複数の光反射部からなる光反射パターンであって、前記光入射面からの距離、及び前記光源の点灯後であって温度安定後における温度勾配による前記光源の発光効率の変化に応じた分布を有する光反射パターンと、を備える導光板。
【請求項２】
前記光反射パターンは、
前記外周端面のうち対辺をなすとともに前記光入射面を含まない一対の端面に沿う方向を第１方向とし、前記外周端面のうち前記光入射面を含む前記一対の端面に沿う方向を第２方向とした上で、
前記反対板面を、前記第１方向について少なくとも中央側領域と前記光入射面に近い端側領域とに区分したとき、前記端側領域よりも前記中央側領域の方が前記光反射部の分布密度が相対的に高くなる第１パターンと、
前記反対板面を、前記第２方向が重力方向に平行となるように配置された状態において前記第２方向について少なくとも上部側領域と下部側領域とに区分したとき、前記下部側領域よりも前記上部側領域の方が前記光反射部の分布密度が相対的に高くなる第２パターンとに応じた分布となるように形成されている、請求項１に記載の導光板。
【請求項３】
前記光反射パターンは、前記光源の点灯初期における前記光出射面の各部についての輝度に対する温度安定後における前記光出射面の各部についての輝度の割合の逆数に基づいて形成される、請求項１又は２に記載の導光板。
【請求項４】
前記光反射部は、反射膜からなるドットを前記反対板面に印刷してなり、
前記光反射パターンは、前記ドットの面積と前記ドットの配列ピッチとの少なくともいずれか一方を変更して前記光反射部の分布密度を調整することで構成される、請求項１から３のいずれかに記載の導光板。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の導光板と、
前記光入射面へ光を発する光源と、を備える面発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光入射面から入射した光を光反射部で反射することで光出射面から出射させる導光板、及びこれを備える面発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
テレビ、ディスプレイ装置、及びデジタルサイネージ等の画像表示装置の中には、バックライトとして面発光装置を備えるものがある。面発光装置には、その機構によってエッジライト型と直下型とがあり、画像表示装置の薄型化のためにはエッジライト型の面発光装置を用いることが好ましい。エッジライト型の面発光装置は、導光板を備える（例えば、特許文献１参照。）。導光板は、光入射面から入射した光を、光反射部で反射することで光出射面から出射する。導光板では、輝度分布を均一にすることが重要である。従来の導光板では、設計の容易性のために、複数の光反射部からなる光反射パターンは、光入射面が水平方向に配置された状態において左右対称に形成されている。光入射面が水平方向に配置された状態においては、光源の点灯による熱分布が左右対称になるので、光源の発光効率も左右対称となり、光出射面の輝度も左右対称になる。このように、光入射面が水平方向に配置された状態では、光反射パターンが左右対称に形成されていても、光源の温度上昇によって輝度分布の均一性が低下することはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４３２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の導光板では、光入射面が重力方向に配置された状態において、光入射面に沿う方向における熱分布の対称性が損なわれ、上部側領域の温度が上昇するので、上部側領域の光源の発光効率が低下し、輝度分布の均一性が低下する。
【０００５】
この発明の目的は、光入射面が重力方向に配置された状態における輝度分布の均一性を向上させることができる導光板及びこれを備える面発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の導光板は、矩形の板状をなす。導光板は、光入射面、光出射面、反対板面、及び光反射パターンを備える。光入射面は、外周端面のうち対辺をなす一対の端面の少なくともいずれか一方の端面からなり、光源からの光が入射する。光出射面は、一対の板面のうちの一方の板面からなり、光を出射させる。反対板面は、一対の板面のうち光出射面とは反対側の板面からなる。光反射パターンは、反対板面に形成されて光を光出射面から出射させるための複数の光反射部からなる光反射パターンであって、光入射面からの距離、及び光源の点灯後であって温度安定後における温度勾配による光源の発光効率の変化に応じた分布を有する。
【０００７】
この構成では、光反射パターンが光入射面からの距離に応じた分布を有するので、光入射面からの距離に関わらず輝度分布の均一性が向上する。また、光反射パターンは温度勾配による光源の発光効率の変化にも応じた分布を有するので、光入射面が重力方向に配置された状態において光入射面に沿う方向における熱分布の対称性が損なわれた場合でも、温度上昇によって光源の発光効率が低下した領域ほど光反射部による反射率が高くなる。
【０００８】
上述の構成において、光反射パターンは、外周端面のうち対辺をなすとともに光入射面を含まない一対の端面に沿う方向を第１方向とし、外周端面のうち光入射面を含む一対の端面に沿う方向を第２方向とした上で、反対板面を、第１方向について少なくとも中央側領域と光入射面に近い端側領域とに区分したとき、端側領域よりも中央側領域の方が光反射部の分布密度が相対的に高くなる第１パターンと、反対板面を、第２方向が重力方向に平行となるように配置された状態において第２方向について少なくとも上部側領域と下部側領域とに区分したとき、下部側領域よりも上部側領域の方が光反射部の分布密度が相対的に高くなる第２パターンとに応じた分布となるように形成することができる。
【０００９】
この構成では、第１パターンによって、端側領域よりも中央側領域の方が光反射部による光の反射率が高くなる。このため、光反射面からの距離に関わらず輝度分布の均一性が向上する。また、第２パターンによって、下部側領域よりも上部側領域の方が光反射部による光の反射率が高くなる。このため、光入射面が重力方向に配置された状態において、重力方向に沿って温度勾配が生じ、下部側領域よりも上部側領域の方が光源の発光効率が低下した場合でも、光源の発光効率が低下した領域ほど光反射部による光の反射率が向上するので、輝度ムラが抑制される。
【００１０】
また、光反射パターンは、光源の点灯初期における光出射面の各部についての輝度に対する温度安定後における光出射面の各部についての輝度の割合の逆数に基づいて形成することができる。
【００１１】
この構成では、実験結果に基づいて、光出射面の各部の温度変化に応じた光反射パターンを精度よく形成することができる。
【００１２】
さらに、光反射部は、反射膜からなるドットを反対板面に印刷してなり、光反射パターンは、ドットの面積とドットの配列ピッチとの少なくともいずれか一方を変更して光反射部の分布密度を調整することで構成することができる。
【００１３】
この構成では、ドットの面積を大きくすることと、ドットの配列ピッチを小さくすることとの少なくともいずれか一方によって、光反射部の分布密度が高くなる。
【００１４】
この発明の面発光装置は、上述のいずれかに記載の導光板と、光入射面へ光を発する光源と、を備える。
【００１５】
この構成では、光反射パターンが光入射面からの距離に応じた分布を有するので、光反射面からの距離に関わらず輝度分布の均一性が向上する。また、光反射パターンは温度勾配による光源の発光効率の変化にも応じた分布を有するので、光入射面が重力方向に配置された状態において光入射面に沿う方向における熱分布の対称性が損なわれた場合でも、温度上昇によって光源の発光効率が低下した領域ほど光反射部による反射率が高くなる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、光入射面が重力方向に配置された状態における輝度分布の均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の第１実施形態に係る導光板を備えた液晶表示装置の概略の構成を示す分解斜視図である。
【図２】液晶表示装置に備えられる面発光装置を構成する光源基板及び導光板の正面図である。
【図３】光入射面からの距離のみが考慮された比較例に係る導光板の右側半分の光反射パターンを示す正面図である。
【図４】温度安定後における図３に示す導光板の右側半分の輝度を示す正面図である。
【図５】第１実施形態に係る導光板の右側半分の光反射パターンを示す正面図である。
【図６】図３に示す比較例に係る導光板の全領域の光反射パターンのドット半径の一例を示す図である。
【図７】図６に示す光反射パターンを図形化したものである。
【図８】図６に示す光反射パターンを有する導光板の全領域の光源点灯初期の輝度分布の一例を示す図である。
【図９】図８に示す光源点灯初期の輝度分布を図形化したものである。
【図１０】図６に示す光反射パターンを有する導光板の全領域の温度安定後の輝度分布の一例を示す図である。
【図１１】図１０に示す温度安定後の輝度分布を図形化したものである。
【図１２】図１に示す中央線Ａ１−Ａ２上における、図６に示す光反射パターンを有する導光板の光源点灯初期と温度安定後との輝度の変化の一例を示す図である。
【図１３】図６に示す光反射パターンを有する導光板の全領域の光源点灯初期と温度安定後との輝度の変化に基づく補正値の一例を示す図である。
【図１４】補正後の光反射パターンのドット半径の一例を示す図である。
【図１５】図１４に示す補正後の光反射パターンを図形化したものである。
【図１６】図１に示す中央線Ａ１−Ａ２上の光反射部の補正前と補正後のドット半径を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜第１実施形態＞
図１及び図２に示すように、この発明の第１実施形態に係る導光板１０は、面発光装置１に備えられる。面発光装置１は、液晶表示装置１００にバックライト装置として搭載されている。面発光装置１は、エッジライト型である。
【００１９】
液晶表示装置１００は、前フレーム１０１、液晶パネル１０２、面発光装置１、補強用アングル１０３、及び後キャビネット１０４を備え、これらの部材が前方Ｆから後方Ｒへこの順序で互いに重なる位置に配されている。
【００２０】
面発光装置１は、光学シート２，３，４、導光板１０、シャーシ２０、及び光源基板３１，３２を備えている。
【００２１】
シャーシ２０は、略矩形に形成されている。導光板１０は、略矩形の板状に形成され、シャーシ２０の所定位置に位置決めされ、シャーシ２０に支持されている。
【００２２】
導光板１０の外周端面のうち対辺をなす一対の端面の少なくともいずれか一方の端面が、光源からの光が入射する光入射面である。この第１実施形態では、導光板１０の左右両方の端面が、光入射面１１，１２である。
【００２３】
シャーシ２０は、光入射面に対応する位置に、側壁部を有している。この第１実施形態では、シャーシ２０は、両側端部に、前方Ｆ側へ突き出た側壁部を有している。光源基板３１は、シャーシ２０の左側端部の側壁部に支持され、光源基板３２は、シャーシ２０の右側端部の側壁部に支持されている。光源基板３２は、光源基板３１と実質的に同様に構成されている。
【００２４】
光源基板３１は、一列に配された複数の光源を保持している。光源として、点状光源が用いられている。一例として、点状光源はＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。光源基板３１，３２の光源は、導光板１０の光入射面１１，１２にそれぞれ対向している。
【００２５】
導光板１０の一対の板面のうちの一方の板面が、光を出射させる光出射面１３である。導光板１０の一対の板面のうち光出射面１３とは反対側の板面からなる反対板面１４に、光を光出射面１３から出射させるための光反射部からなる光反射パターンが形成されている。一例として、光反射部は、反射膜からなるドットを反対板面１４に印刷されることで構成される。光反射パターンは、複数の光反射部の分布によって構成される。
【００２６】
シャーシ２０の前方Ｆに、導光板１０、光学シート４，３，２、及び液晶パネル１０２が、この順序で重なるように配置されている。
【００２７】
光源から発せられた光は、導光板１０に導かれ、光反射部で前方Ｆへ反射されて光出射面１３から出射し、光学シート２〜４を後方Ｒから前方Ｆへ透過する。光学シート２〜４に照射される光の指向性は一定ではないが、光学シート２〜４は、透過する光の指向性を変更して前方Ｆへ集光する。
【００２８】
図３は、光入射面１１，１２からの距離のみが考慮された比較例に係る導光板１０Ｐの右側半分の光反射パターンＰ１を示す。導光板１０Ｐの左側半分の光反射パターンは、右側半分の光反射パターンＰ１の線対称に形成されている。なお、説明の便宜上、導光板１０Ｐについて、導光板１０と同様の構成については、導光板１０と同じ符号を使用する。
【００２９】
ここで、導光板１０の外周端面のうち対辺をなすとともに光入射面１１，１２を含まない一対の端面１５，１６に沿う方向を第１方向Ｘとし、外周端面のうち光入射面１１，１２を含む一対の端面に沿う方向を第２方向Ｙとする。
【００３０】
光反射パターンＰ１は、反対板面１４を、第１方向Ｘについて少なくとも中央側領域Ｅ１と光入射面１２に近い端側領域Ｅ２とに区分したとき、端側領域Ｅ２よりも中央側領域Ｅ１の方が光反射部の分布密度が相対的に高くなるように形成されている。なお、図３では、説明の便宜上、４つの領域に分割したような図が記載されているが、光入射面１２に近い端部から中央側領域Ｅ１へかけて、光反射部の分布密度がグラデーションとなるように形成されることが好ましい。
【００３１】
導光板１０Ｐでは、光入射面１２に近いほど光反射部の分布密度が低く、光入射面１２から遠いほど光反射部の分布密度が高いので、光源の点灯初期においては、光反射面１１，１２からの距離に関わらず輝度分布の均一性が高くなる。導光板１０Ｐの輝度は、特に上下対称性が高くなる。
【００３２】
導光板１０Ｐを、第２方向Ｙが重力方向に平行になるように配置した状態で使用を続けると、光源から発せられる熱によって導光板１０Ｐの温度が次第に上昇する。特に、導光板１０Ｐの上部の方が、下部よりも温度が高くなる。導光板１０Ｐの温度が上昇すると、光源として用いられているＬＥＤの温度も上昇し、高温になったものほど発光効率が低下する。即ち、上側に配置されたＬＥＤほど、発光効率が低下する。
【００３３】
図４は、温度安定後における導光板１０Ｐの輝度を示す。導光板１０Ｐでは、温度安定後における輝度は、光入射面１２に近い端側の上部ほど低く、中央側下部ほど高くなる。このように、導光板１０Ｐでは、温度安定後には、輝度の上下対称性が崩れる。
【００３４】
このような現象を改善する方法として、ＬＥＤの駆動電流を上げる方法が考えられるが、電流を上げると、ＬＥＤの発熱も大きくなり、ＬＥＤの発光効率をさらに低下させる原因になるので、適切でない。
【００３５】
そこで、本発明に係る導光板１０の光反射パターンＰ２は、光入射面１１，１２からの距離、及び光源の点灯後であって温度安定後における温度勾配による光源の発光効率の変化に応じた分布を有するように構成される。
【００３６】
図５は、導光板１０の右側半分の光反射パターンを示す。導光板１０の左側半分の光反射パターンは、右側半分の光反射パターンの線対称に形成される。
【００３７】
導光板１０に形成される光反射パターンＰ２は、光反射パターンＰ１の各ドット半径を補正係数で補正することで形成される。この第１実施形態では、補正係数は、導光板１０Ｐを第２方向Ｙが重力方向に平行になるように配置した状態で光源を点灯し、温度安定後の導光板１０Ｐの光出射面１３の各部の温度を、サーモグラフィ又は熱電対等で計測し、温度に対する光源の発光効率を照らし合わせることで算出される。
【００３８】
このように、光反射パターンＰ２は、反対板面１４を、第１方向Ｘについて少なくとも中央側領域と光入射面に近い端側領域とに区分したとき、端側領域よりも中央側領域の方が光反射部の分布密度が相対的に高くなる第１パターンと、反対板面１４を、第２方向Ｙが重力方向に平行となるように配置された状態において第２方向Ｙについて少なくとも上部側領域と下部側領域とに区分したとき、下部側領域よりも上部側領域の方が光反射部の分布密度が相対的に高くなる第２パターンとに応じた分布となるように形成される。この第１実施形態では、光反射部の分布密度は、光反射部のドット半径を大きくすることで高くし、ドット半径を小さくすることで低くしている。
【００３９】
第１パターンによって、端側領域よりも中央側領域の方が光反射部による光の反射率が高くなる。このため、光入射面からの距離に関わらず輝度分布の均一性が向上する。また、第２パターンによって、下部側領域よりも上部側領域の方が光反射部による光の反射率が高くなる。このため、光入射面が重力方向に配置された状態において、重力方向に沿って温度勾配が生じ、下部側領域よりも上部側領域の方が光源の発光効率が低下した場合でも、光源の発光効率が低下した領域ほど光反射部による光の反射率が向上するので、輝度ムラが抑制される。
【００４０】
これによって、上下方向における導光板１０の熱分布の対称性が損なわれた場合でも、輝度分布の対称性の低下が抑制される。したがって、光入射面１１，１２が重力方向に配置された状態における温度安定後の輝度分布の均一性を向上させることができる。
【００４１】
＜第２実施形態＞
つぎに、第２実施形態に係る導光板１０の光反射パターンＰ２の形成方法について説明する。
【００４２】
図６は、図３に示す比較例に係る導光板１０Ｐの光反射パターンＰ１の第１方向Ｘにおけるドット半径の一例を示す。光反射パターンＰ１は、第１方向について光入射面１１，１２に近い端側領域よりも中央側領域の方が光反射部の分布密度が相対的に高くなるように形成されている。この第２実施形態では、光反射部の分布密度は、光反射部のドット半径を大きくすることで高くし、ドット半径を小さくすることで低くしている。光反射パターンＰ１では、ドット半径は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙのそれぞれについて、線対称に形成されている。図７は、図６に示す光反射パターンＰ１を模式的に図形化したものである。
【００４３】
図８は、比較例に係る導光板１０Ｐの光源点灯初期の輝度分布の一例を示す。各部の輝度は、光出射面１３の上下左右の中央部の座標（Ｇ０９）の輝度を１００％とした比率で表されている。図９は、図８に示す光源点灯初期の輝度分布を図形化したものである。
【００４４】
図１０は、図６に示す光反射パターンＰ１を有する導光板１０Ｐの全領域の温度安定後の輝度分布の一例を示す。図１１は、図１０に示す温度安定後の輝度分布を図形化したものである。温度上昇したことで、例えば、右上部の座標（Ｍ１７）の輝度は、７６．１％から５６．５％に低下している。
【００４５】
図１２は、図１に示す中央線Ａ１−Ａ２上における、図６に示す光反射パターンＰ１を有する導光板１０Ｐの光源点灯初期と温度安定後との輝度の変化の一例を示す図である。
【００４６】
重力方向即ち第２方向Ｙの上部ほど熱が高くなることで、上部の光源ほど発光効率が低下し、上部ほど輝度が低下したことが分かる。これによって、導光板１０Ｐでは、輝度の均一性が低下している。
【００４７】
図１３は、図６に示す光反射パターンＰ１を有する導光板１０Ｐの全領域の光源点灯初期と温度安定後との輝度の変化に基づく補正値の一例を示す。補正値は、光源点灯初期における光出射面１３の各部についての輝度に対する温度安定後における光出射面１３の各部についての輝度の割合の逆数に基づいて算出される。
【００４８】
一例として、座標（Ｍ１７）の補正値の算出方法について説明する。他の座標の補正値についても同様に算出される。
【００４９】
補正値＝（光源点灯初期の輝度）／（温度安定後の輝度）
＝７６．１（％）／５６．５（％）
＝１３４．７（％）
輝度補正はドット分布の密度によって行われるので、図１４に示すように、補正後のドット半径は、元のドット半径に、補正値の０．５乗を乗算することで算出される。
【００５０】
一例として、座標（Ｍ１７）の補正後のドット半径は、つぎのようにして算出される。
【００５１】
補正後のドット半径＝（元のドット半径）×補正値＾０．５
＝０．４１（ｍｍ）×１．３４７＾０．５
＝０．４７（ｍｍ）
図１５は、図１４に示す補正後の光反射パターンを図形化したものである。図１６は、図７及び図１５に示す中央線Ａ１−Ａ２上の光反射部の補正前と補正後のドットの第１方向Ｘの半径を示す。
【００５２】
補正前の光反射パターンＰ１では、光入射面１１，１２から光出射面１３の中央部に向かってドット半径が大きくなる傾向があり、光反射パターンＰ１は上下に線対称となっている。これに対して、補正後の光反射パターンＰ２では、光入射面１１，１２から光出射面１３の中央部に向かってドット半径が大きくなる傾向があるものの、上部の方が下部よりもドット半径が大きくなる傾向もあり、上下に線対称にはなっていない。
【００５３】
このように、実験結果において輝度が低くなった箇所ほど光反射部のドット半径を大きくするように、光反射パターンＰ１を補正して光反射パターンＰ２が形成される。
【００５４】
これによって、光入射面１１，１２が重力方向に配置された状態における温度安定後の輝度分布の均一性を向上させることができる。
【００５５】
＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る導光板１０では、光反射パターンＰ２を構成する光反射部の分布密度は、ドットの面積を調整することに代えて、ドットの配列ピッチを調整することで、調整される。
【００５６】
光反射部の分布密度を高くするには、ドットの面積を大きくすることの他に、ドットの配列ピッチを小さくする方法もある。光反射部を構成するドットの配列ピッチを調整することで、光反射部の分布密度が調整される。この構成によっても、光入射面１１，１２が重力方向に配置された状態における温度安定後の輝度分布の均一性を向上させることができる。
【００５７】
なお、光反射パターンは、ドットの面積とドットの配列ピッチとの両方を変更して光反射部の分布密度を調整することで構成することもできる。
【００５８】
上述の実施形態のそれぞれの技術的特徴を互いに組み合わせることで、新たな実施形態を構成することが考えられる。
【００５９】
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６０】
１…面発光装置
２〜４…光学シート
１０…導光板
１１，１２…光入射面
１３…光出射面
１４…反対板面
１５，１６…端面
２０…シャーシ
３１，３２…光源基板
１００…液晶表示装置
Ｐ１，Ｐ２…光反射パターン
Ｅ１…中央側領域
Ｅ２…端側領域
Ｘ…第１方向
Ｙ…第２方向
【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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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図９】
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【図１１】
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