JP4537368B2 - Ｌｅｄバックライト装置の導光板 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤバックライト装置の導光板に関し、より具体的には入射面に複数の楕円柱状の溝を厚さ方向に陰刻することで光の入射角を広げることが可能になるように構成されたＬＥＤバックライト装置の導光板に関する。

携帯電話とＰＤＡ（Ｐｅｒｓｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの小型ＬＣＤは、バックライト装置の光源として側面型発光ダイオード、即ち、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を使用する。このような側面型ＬＥＤは、通常、図１に示すようにバックライト装置に装着される。

図１を参照すると、バックライト装置１０は基板１２上に平板形の導光板２０が配置され、該導光板２０の側面には複数の側面型ＬＥＤ３０（一つのみ図示）がアレイ型で配置される。ＬＥＤ３０から導光板２０内に入射された光Ｌは、導光板２０の床面に提供された微細な反射パターン２２と反射シート（図示せず）によって上部に反射され導光板２０で出射された後、導光板２０上部のＬＣＤパネル４０にバックライトを提供するようになる。

このようなバックライト装置１０は、ＬＥＤ３０から導光板２０に光が入射される際、図２の平面図に示しているような問題が生じる。

即ち、図２に示すように、ＬＥＤ３０から放出された光Ｌは導光板２０に入射される際、スネルの法則により媒質の屈折率の差によって一定角度（θ）だけ導光板２０側に屈折される。即ち、光ＬはＬＥＤ３０からα１の指向角（ｂｅａｍ ａｎｇｌｅ）で放出されても実際はそれより小さいα２の入射角で導光板２０に入射される。このような光Ｌの入射形状が図３に示されている。

従って、各々のＬＥＤ３０に導光板２０中に入射された光Ｌが互いに混合する混合区間の長さｌが長くなる問題がある。また、導光板２０の入射面上の長さｌに該当する領域にはホットスポット（Ｈｏｔ ｓｐｏｔ）と言う明部Ｈと暗部Ｄが交互に存在するようになる。明部ＨはＬＥＤ３０に面した位置に形成され、暗部Ｄはその間に形成される。

このように交互に形成された明部Ｈと暗部Ｄは導光板において不要であるのでできるだけ除去すべきである。また、不可避であってもその長さｌをできるだけ減らすべきである。そのためには導光板に入射される光の角度、即ち、入射角を増やさなければならない。

このような目的として、図４に示すように導光板の側面に突起を形成する技術が提案された。

即ち、導光板２０Ａの側面にプリズム形態の微細突起２４を多数形成すると、光Ｌは光源の焦点Ｆで放出される指向角α１と実質的に同じ入射角α３で導光板２０Ａ中に入射するようになる。従って、光源で放出される指向角α１が同じである場合、光Ｌは図２及び図３の場合に比べて広い入射角α３で導光板に入射するようになる。その結果、図２で提起される問題を減らすことができる。

また、図５に示すように導光板２０Ｂの側面に半円周形の微細突起２６を形成することも可能である。このようにしても図４と同様な利点を得ることができる。

しかしながら、図４及び図５の構成は依然として下のような問題を引き起こす。

導光板は一般的にモールドに透明な樹脂を射出して成形する。例えば、図５に示すような導光板２０Ｂを製造する場合は、図６に示すように導光板２０Ｂ形状が陰刻されたモールド５０を使用する。

モールド５０の内面には、図５の導光板２０Ｂの突起２６に該当する陰刻突起５２が形成されるが、この陰刻突起５２の末端５４は尖っているため製造が難しく、また製造しても損傷され易い。

また、モールド５０の内側に樹脂を満たして導光板を成形した後にモールド５０を導光板から容易に取り除くことができるようモールド５０の内面には離型剤を塗るが、陰刻突起５２の末端５４が尖っていると離型剤が末端５４には十分塗布されないか、ほぼ塗布されないようなことが生じる。そうなると、末端５４において樹脂がモールド５０の突起５２と直接接触するようになり、後でモールド５０を取り除く際、樹脂から成る導光板がモールド５０の突起５２にくっついて離れ難くなる。また、離れる際の衝撃により導光板の一部が割れるなどの不良が発生しやすい。

このような問題は、図４に示した導光板２０Ａの場合にも同じく生じる。即ち、導光板２０Ａ、２０Ｂを成形するためのモールド５０内面の突起５２に尖部があるため、それによる成形の難しさと成形不良が発生するのである。

このような問題を避けるために、透明な樹脂平板の側面に上の突起２４、２６を切り取って前述した導光板２０Ａ、２０Ｂを得ることも可能であるが、これは作業性が落ちる。

従って、導光板の側面に微細突起を形成しながらも前述した成形性問題を克服することができる新たな技術が求められる。

従って、本発明は前述した従来技術の問題を解決するために案出されたもので、本発明の目的は入射面に複数の楕円柱状の溝を厚さ方向に陰刻することで光の入射角を広げることができるように構成されたＬＥＤバックライト装置の導光板を提供することである。

本発明の他の目的は、導光板入射面の溝を丸く形成し、これらの溝の間に尖部を突設することで、導光板を成形するためのモールド製造作業が容易なだけでなく、モールドを使用して容易にかつ安定的に製造可能な導光板を提供することである。

上述した本発明の目的を達成するために、本発明はＬＥＤを光源とするバックライト装置に設けられる平板形の導光板であって、一対の向かい合う広い面と、上記導光板の厚さになる幅で上記広い面の間に形成された狭い面を含み、上記狭い面は上記ＬＥＤ光源に向かう部分に入射面が形成され、上記広い面の一面は上記ＬＥＤ光源から入射された光を放出する出射面となり、上記入射面には複数の楕円柱状の溝が厚さ方向に陰刻されたことを特徴とする。

本発明の導光板において、上記陰刻された楕円柱は該当する数の楕円を互いに部分的に重なるように上記導光板出射面の厚さ方向に延長した形態であることが好ましい。

この時、上記楕円の重なる部分は上記楕円柱の間に入射面から外側へ延長した尖部を形成することができる。また、上記楕円の重なる部分の幅は上記楕円幅の１０乃至３０％であることができる。一方、上記楕円は、長軸と短軸の比が１．５：１乃至３：１、好ましくは１．８：１乃至２．２：１であることができる。また、上記楕円は長軸が２乃至６ｍｍ、短軸が１乃至３ｍｍであることができる。

前述した導光板において、上記楕円柱は上記入射面に湾入された楕円の長軸方向端部には上記入射面と平行な平面が形成され得る。

本発明のＬＥＤバックライト装置の導光板は、入射面に複数の楕円柱状の溝を厚さ方向に陰刻することで光の入射角を広げることができるように構成される。また、溝を丸く形成し、これらの溝の間に尖部を突設することで導光板を成形するためのモールド製造作業が容易なだけでなく、モールドを使用した導光板製造も容易に、かつ安定的に行うことができる。

以下、本発明の好ましき実施例を添付の図面を参照してより詳しく説明する。

図７は本発明による導光板の入射面を示す平面図であり、図８は図７の導光板の斜視図である。

図７及び図８に示した導光板１００は、ＬＥＤを光源としてバックライト装置に使用されるものであって、その配置状態は図１で前述したものと実質的に同じである。

導光板１００は、平板形の部材であって、透明な硝子で、プラスチックアクリル、またはＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）で製造される。

導光板１００は、一対の向かい合う広い面、即ち、上下面１０２とこれらの広い面１０２の間に導光板の厚みとなる幅で形成された狭い面、即ち、側面１０４とを含む。側面１０４の中、ＬＥＤ光源１３０に向い合う面、即ち、導光板先端１００ａ側の一面は入射面になり、この入射面には、図８に示した形態の複数の溝１０６が形成されている。溝１０６は楕円柱状であって、導光板１００の入射面１０４ａに厚さ方向に陰刻されている。

溝１０６の平面形態は楕円の一部になるが、これは図９に明確に示されている。溝１０６は導光板１００の入射面に複数の楕円を互いに部分的に重なるように厚さ方向に形成した楕円柱の陰刻形態で形成される。

図９で、各々の溝１０６の楕円はその長軸をｙ、短軸をｘとした時、互いに重なる長さｄは、全体短軸の１０乃至３０％が良く、より好ましくは２０％付近である。

また、長軸ｙと短軸ｘとの比は１．５：１乃至３：１が好ましく、より好ましくは１．８：１乃至２．２：１である。

各々の楕円が重なる長さｄ及び長軸ｙと短軸ｘの比をこのように定めることは光源から導光板１００に入射する光の入射角度を最適化するためである。

これを本発明による導光板入射面での光の入射経路を示す平面図である図１０を参照してさらに説明する。

即ち、ＬＥＤ光源の焦点Ｆから発生した光Ｌは予め定められた角度で導光板１００の入射面に到逹し、前述した溝１０６によって屈折されながら導光板１００中に進入する。この時の入射経路は、図４を参照して説明したものと類似する。即ち、溝１０６によって光Ｌは指向角、あるいは指向角より広い角度で導光板１００中に入射するようになる。

この場合、溝１０６の幅、即ち、上述した楕円の短軸ｘが大きすぎると、このような溝の屈折効果が小さい。また、溝１０６の幅が小さすぎると、溝１０６の間の尖部１０８において散乱または反射が多くなって導光板１００中に進入する光の量が減少する恐れがある。そのため、このような特性を考慮して溝１０６となる楕円の重なる長さｄ、長軸ｙ及び短軸ｘの寸法を定めることになり、その最適値は前述した通りである。

このような本発明の導光板１００に広い指向角で入射された光Ｌは、図１で説明したものと同じ過程を経て導光板１００の出射面を介して上部のＬＣＤパネルにバックライトを提供するようになる。この時、出射面は本実施例では上下面１０２中で上面となる。

以下、図１１を参照して本発明の導光板１００の長所を説明する。図１１を参照すると、本発明の導光板１００の製造に使用されるモールド１５０の一部が断面図で示されている。

モールド１５０の内面には本発明の導光板１００の溝１０６に対応する突起１５２が形成されている。この突起１５２は凸状であり、突起１５２の間の谷１５４が溝１０６の尖１０８に該当する。

このようにモールド１５０を形成すると、次のような長所を有するようになる。

モールドに透明な樹脂を射出して導光板を成形する際、モールド突起１５２の末端が、図１１のように、緩やかなためモールド突起１５２の製造が容易であり、さらに損傷されない。また、モールド１５０の内側に樹脂を満たして導光板を成形した後にモールド１５０を導光板から容易に取り除くことができるようにモールド１５０の内面に離型剤を塗るが、モールド突起１５２の末端が緩やかなため離型剤が末端にも十分塗布され得る。こうすると、モールド１５０と導光板になる樹脂が互いに接触しなくなり、樹脂が硬化した後にモールド１５０を取り除く際、何ら問題がない。従って、図６のような形態のモールドを使用する従来技術において提起される問題を全て解決することができる。

以下、図１２及び図１３を参照して従来技術の導光板と本発明の導光板の入射面付近の光量分布を説明する。

図１２は、６つのＬＥＤ光源を図２に示した従来技術の導光板の入射面に配置し、導光板の入射面付近の光量分布を観察したものである。この時、導光板の幅は８０ｍｍであり、各々のＬＥＤ光源は５ｗの出力を有するものを使用した。図１２で、導光板の入射面側にはＬＥＤ光源に該当する６つの高いピークが観察された。

図１３は、６つのＬＥＤ光源を本発明の導光板の入射面に配置し、導光板の入射面付近の光量分布を観察したものである。この時、導光板の幅は８０ｍｍであり、各々のＬＥＤ光源は５ｗの出力を有するものを使用した。図１３で、最左側の導光板の入射面側に相対的に高いピークが観察されたが、全体的に均一な光量分布が確認できた。

従って、本発明の導光板が従来技術の導光板に比べ入射面側において均一な光量分布を有することが分かる。

次いで、図１４及び図１５を参照して従来技術の導光板と本発明の導光板において入射面付近の明暗分布を観察した、この時使用した導光板とＬＥＤ光源は図１２及び図１３に示すものと同じである。

図１４で、従来技術の導光板２０には明部Ｈと暗部Ｄが交互に観察されたが、明部ＨはＬＥＤ光源と直接向い合う部分であることが判る。

一方、図１５で、本発明の導光板１００は明部と暗部がほぼ区別されないことが判る。即ち、導光板１００の先端１００ａ側の入射面付近において全体的に均一な明暗分布を示すことが判る。

かかる実験により本発明の導光板は暗部を実質的に除去し、それにより混合区間を減少させることが分かる。このような混合区間の縮小がバックライトの小型化に非常に重要な因子であることを考慮した時、本発明の長所を明確に理解できる。

図１６は本発明の導光板の変形例の平面図である。図１６を参照すると、導光板２００は溝２０６の床面２０８が平坦であることを除けば、図７の導光板１００と同じである。従って、同じ構成要素には１００ずつ増した図面部号を付し、その説明は省略する。この時、全体床面２０８の延長面は同一平面になることが好ましく、導光板先端２００ａ側の入射面と平行であると好ましい。

上記では本発明の好ましき実施例を参照して説明したが、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、下記の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内において本発明を多様に修正及び変更できることを理解するであろう。

一般的なバックライト装置の側面図である。 従来技術の導光板入射面での入射角を示す平面図である。 図２の導光板入射面での光の入射経路を詳しく示す平面図である。 従来技術の改善された導光板入射面での光の入射経路を示す平面図である。 従来技術の他の改善された導光板入射面の形状を示す平面図である。 図５の導光板製造に使用されるモールドの一部を示す断面図である。 本発明による導光板の入射面を示す平面図である。 図７の導光板の斜視図である。 図７の導光板入射面の形状を説明する概念図である。 本発明による導光板の入射面での光の入射経路を示す平面図である。 本発明の導光板製造に使用されるモールドの一部を示す断面図である。 従来技術の導光板の入射面付近での光量分布を示すグラフである。 本発明による導光板の入射面付近での光量分布を示すグラフである。 従来技術の導光板の入射面付近での明部と暗部分布を示す図である。 本発明による導光板の入射面付近での明部と暗部分布を示す図である。 本発明の導光板の変形例の平面図である。

符号の説明

１００、２００ 導光板
１０６、２０６ 楕円形の溝
１０８ 尖部
１３０、２３０ ＬＥＤ光源
２０８ 溝の床面
Ｆ 焦点

Claims (5)

1. ＬＥＤを光源とするバックライト装置に設けられる平板形の導光板であって、
   一対の向かい合う広い面と、
   前記導光板の厚みとなる幅で前記広い面の間に形成された狭い面を含み、
   前記狭い面は前記ＬＥＤ光源に向かう部分に入射面が形成され、前記広い面の一面は前記ＬＥＤ光源から入射された光を放出する出射面となり、前記入射面は、複数の楕円柱がその断面の幅方向に１０乃至３０％の割合で互いに部分的に重なる形態の楕円柱状を厚さ方向に陰刻して形成された溝であり、
   前記楕円は、長軸と短軸の比が１．５：１乃至３：１であることを特徴とする導光板。
2. 前記楕円の重なる部分は、前記楕円柱の間に入射面から外側へ延長した尖部を形成することを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
3. 前記楕円は長軸と短軸の比が１．８：１乃至２．２：１であることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
4. 前記楕円は長軸が２乃至６ｍｍ、短軸が１乃至３ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
5. 前記楕円柱は前記入射面に湾入された楕円の長軸方向端部には前記入射面と平行な平面が形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の導光板。