JP4599215B2 - 導光板装置及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示装置や照明装置などの面発光を利用する装置に使用される導光板装置と当該導光板装置を使用した表示装置に関する。

液晶表示装置などの薄型ディスプレイは、陰極線管などのディスプレイに比べて、厚みを薄くでき、しかも軽量にすることができるという利点があり、このような特徴を最大限に活用するためには、高輝度の面分布をなす光を液晶表示装置の液晶部を透過するように射出するための装置が必要とされ、通常液晶表示装置の液晶部の背面側には、バックライト装置部が配設される。

一般にバックライト装置部には光源が含まれるが、ディスプレイを薄型にするために、側部にＬＥＤ（発光ダイオード）や冷陰極管などを配置することが行われている。このようなＬＥＤや冷陰極管から射出された光は導光板と称される側面から導入された光を主面側に導く透明基板を利用して面光源化され、液晶表示装置の液晶部を透過して行く。通常、液晶部の反対側となる導光板の背面側には反射板などが配置され、また、均一性が維持される面分布光源となるように導光板の射出側面には液晶部との間に拡散シートやプリズムシートなどが配設される。

導光板の背面側である光反射面には、光を散乱させるための反射ドットを設ける構成の導光板が知られており（例えば、特許文献１参照。）、このような導光板を用いることで光の反射面での反射率を高くすると共に、面内の不均一さを緩和させることが可能である。また、導光板の他の例として、反射面に複数の輝度強化凹部と呼ばれる四角錐形状の反射領域が形成される例も知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００３−２１５３５１号公報 特開２００３−４３２６５号公報

ところが、導光板を設けたり、導光板の一部に複数の反射ドットや輝度強化凹部を設ける技術では、その反射ドットや輝度強化凹部の周囲での狭い範囲での輝度の向上を図ることが可能であるが、さらに広い領域での輝度の面内の均一さを作り出すには十分ではなく、光射出面から射出される光量も全体的に不足してしまうと言う問題が生じている。

また、反射ドットや輝度強化凹部は、アクリル樹脂板などの透明樹脂基板を加工することで形成されるが、導光板の反射面側により高精細な形状のドットや凹部を形成するには、それぞれ製造上の限界が生じていた。

そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、広い領域で均一な輝度をなし得るような面発光を実現し、且つ製造上も容易に高精細な加工が実現される導光板装置を提供することを目的とする。

本発明の導光板装置は、側面の少なくとも１面から入射された光を反射面に対向した光射出面から面光源分布の光として取り出すことが可能な導光板を複数配設した導光板装置において、反射面の周辺部にのみ凹部が複数形成された第１の導光板と、反射面の中央部にのみ前記第１の導光板の凹部よりも小さな凹部が前記第１の導光板の凹部よりも密に複数形成された第２の導光板とを有し、前記第１の導光板と前記第２の導光板とが隣接し、且つ前記第１の導光板の前記周辺部と前記第２の導光板の前記中央部とが重ならないように配設されていることを特徴とする。

本発明の導光板装置によれば、単一の導光板によって面発光を行うのではなく、第１と第２の導光板の組み合わせで光を光射出面より取り出すことができ、導光板の側面から入射する光を効率よく反射して行くことが可能となる。２つの導光板の凹部の密度を変えることで、例えば密度の低い第１の導光板で面方向への透過成分を大きくするような役割を持たせ、密度の高い第２の導光板で面方向における反射成分を大きくするような役割を持たせることができ、これらを同時に使用することで光を効率よく反射できることになる。

複数の導光板を重ねて使用することで、側面から入射する光を効率よく反射して行くことが可能となり、当該導光板装置から射出する光の輝度を高めることができ、液晶表示装置に使用した場合には、明るい表示画面を作り出すことができる。また、２つの導光板を重ねるように配設することで、光射出面側から見た場合には、同じ領域内に第１の導光板の凹部と第２の導光板の凹部が存在することになり、凹部の密度が高くなると言う利点が生ずる。これは所要の領域に凹部を配設する加工を考えた場合に、凹部間の間隔を広く取ることができることになり、余裕をもって導光板の加工を行うことが実現される。

本発明の導光板装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に本実施形態の導光板装置の一例を示す。本実施形態の導光板装置は、面光源分布となる光を光射出面より取り出すことが可能な導光板装置において、光反射面１１ｂに複数の凹部１７が形成された第１の導光板１１と、光反射面１２ｂに前記第１の導光板の凹部１７よりも密に複数の凹部１６が形成された第２の導光板１２とを有し、これら第１及び第２の導光板１１、１２が重ねられて前記面光源分布となる光を光射出面１１ｆより射出することを特徴とする。

本実施形態の導光板装置は、液晶部１５を備えた液晶表示装置のバックライト装置として用いられる構造を有しており、比較的に粗い密度で配列された反射用の凹部１７を反射面１１ｂに有する第１の導光板１１と、比較的に密な密度で配列された反射用の凹部１６を反射面１２ｂに有する第２の導光板１２と重ねた構造を有している。各導光板１１、１２は透明な矩形状の樹脂板であって、例えばポリエステル樹脂、非晶性ポリエステル樹脂、ポリメチルメタクリレート（PMMA）などのアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂(PS)、スチレン・アクリロニトリル樹脂(SAN)、ウレタン樹脂、シクロオレフィン樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、脂環式アクリル樹脂、非晶性フッ素系樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ビニルエステル樹脂などの各種の透明性高分子材料を用いることができ、これらの変性材料や複数の樹脂材料の組み合わせであっても良い。

各導光板１１、１２の底面側は反射面１１ｂ、１２ｂであり、これら反射面１１ｂ、１２ｂの表面から略四角錐状に凹部が形成されている。なお、凹部の形状は円錐や三角錐、六角錐などの他の角錐状でも良い。導光板１２の裏面側には、表面が光の反射面とされた反射板１３が形成され、その反射板１３の表面で各導光板１１、１２から反射面側に漏れた光が反射されて射出側に向かう。

各導光板１１、１２の側面１１ｉ、１２ｉに臨むように、ＬＥＤアレイ１４が配置される。このＬＥＤアレイ１４は複数の白色発光ダイオードを並べた装置であり、図示しない電源線などに接続されて各導光板１１、１２の側面１１ｉ、１２ｉの側面に対して光が射出される。

液晶部１５は、所要の電気信号が供給され画素ごとの液晶セルを駆動する装置であり、本実施形態の導光板装置からの光を選択的に透過して画像や単色光を表示する装置である。液晶部１５と第１の導光板１１の間には、拡散板やプリズムシート、散光シートなどを配することができるが、十分な光量で均一な光が得られている場合には、これらの光学部材を設けなくとも良い。

ＬＥＤアレイ１４から出た光は、各導光板１１、１２の側面１１ｉ、１２ｉから入射し、比較的に密な密度で配列された凹部１６を反射面１２ｂに有する第２の導光板１２で主な反射がなされると共に、第１の導光板１１の内部を水平方向に進行するような光も第１の導光板１１の凹部１７で反射がなされ、その反射効率は高いものとなる。すなわち、上側に位置する第１の導光板１１の凹部１７が比較的に粗い密度で配列されていることから、その底面側から入射する、第２の導光板１２からの面分布を有する光は、粗い密度で配列された凹部１７の間で第１の導光板１１を透過し、当該第１の導光板１１の凹部１７で反射する光と加算させて射出されることになる。

このような２枚の導光板１１、１２の組み合わせによって導光板装置を構成する場合には、それぞれの導光板１１、１２を独立して作成して組み合わせることができ、比較的に簡単に製造することが可能となり、特に積層方向に凹部を配置させることができるため、単位面積当たりの反射率を十分に高くすることが可能である。

凹部の形成方法としては、第１の導光板１１と第２の導光板で共通のものとすることができ、一般的にプラスチック加工で広く用いられている熱プレス加工を用いることができる。この熱プレス加工では凹部に対応した突起を有する加熱加工用のプレート若しくはロールにより行なうことが可能である。加熱加工用のプレート若しくはロールを用いることで、加工装置の構造は比較的に簡単なものとなり、量産にも好適となる。また、導光板についての他の凹部の加工方法としては、高周波加工若しくは超音波加工を用いることができる。

各導光板の光反射面は、凹部と共に光散乱加工が施されても良く、例えば、凹部が設けられた周囲の光反射面が細かい梨地状の加工やマット加工されたものであっても良い。また、各導光板の凹部の周辺部には反射面から凹部とは反対の背面方向に突出するように形成された周辺突条部を有するように構成することもでき、このような周辺突条部を設けることで反射面から微小な角度で射出する光も液晶部１５側へ反射させることが可能となる。

次に、図２を参照しながら、第２の導光板２１と第１の導光板２２の組み合わせの一例について説明する。図２は、第２の導光板２１と第１の導光板２２の上面図を示しており、透過して見える底面部にはそれぞれ四角錐形状の凹部２３、２４が形成される。第２の導光板２１には、小さいサイズの凹部２３がマトリクス状に配列され、第１の導光板２２には第２の導光板２１の凹部２３に比べて大きなサイズの凹部２４がマトリクス状に形成される。また、第２の導光板２１上に第１の導光板２２が重ね合わされて構成され、第１の導光板２２では凹部２４の間の間隔が比較的に広く設定されていることから、凹部２４の間の間隔を第２の導光板２１の凹部２３から反射した光が透過するように構成される。

このような構成の第２の導光板２１と第１の導光板２２を用いることで、第１の導光板２２のみならず第２の導光板２１も面分布を有する光の射出に寄与することになり、当該導光板装置の光の反射効率を高くすることができる。

図３は第２の導光板３１と第１の導光板３２の異なる組み合わせ例を示す。第２の導光板３１は、比較的に小さいサイズの四角錐形状の凹部３３r、３３ｄを有しており、中心側には密に配置される凹部３３ｄが複数形成され、周辺側に比較的に粗に配置される凹部３３rが複数形成される。第２の導光板３１は、比較的に大きなサイズの四角錐形状の凹部３４r、３４ｄを有しており、第１の導光板３１と同様に同様に、中心側には密に配置される凹部３４ｄが複数形成され、周辺側に比較的に粗に配置される凹部３４rが複数形成される。

導光板の中心部分はＬＥＤアレイなどの光源から遠くなることから、周辺部分に比べて暗くなりがちであるが、このような構成の導光板装置を用いることで、導光板の中心付近には凹部３３ｄ、３４ｄが密に存在するため、当該中心部分での光反射効率を高めることができ、全体として面分布を有する光を均一に照射することも実現可能となる。

図４は凹部の一例を拡大して示す断面図である。アクリル樹脂板４０の底面には複数の凹部４２が形成されている。それぞれの凹部４２はアクリル樹脂板４０の端面から入射した光を当該アクリル樹脂板４０の表面側に反射するための孔であり、本実施形態においては、略四角錐の形状を有した孔とされる。各凹部４２の周辺部には、アクリル樹脂板４０の背面から突出するように形成された周辺突条部４１が設けられている。

この周辺突条部４１は、凹部４２を形成する際に、熱ロール若しくは熱プレートの表面に形成されたピラミッド状の突起をアクリル樹脂板４０の背面に加圧した際に隆起してなる部分であり、一旦その加圧時に熱で溶融し冷却して各凹部４２の周辺部で固まった部分である。この周辺突条部４１によって、アクリル樹脂板４０の背面の面内方向に進行する光が拡散され、凹部４２の周囲での光取り出し効率を改善する。各凹部４２は、所要の傾斜面を有していることから、アクリル樹脂板４０の端面から入射した光を効率良く、アクリル樹脂板４０の表面側に反射しているが、端面からの入射光と共に凹部４２内の乱反射などでアクリル樹脂板４０の背面の面内方向に進行する光なども有効に周辺突条部４１によってアクリル樹脂板４０の表面側に反射されることになる。

図５は三枚の導光板により導光板装置を構成する例である。図５に示すように、三枚の矩形状の透明樹脂板５１、５２、５３を積層させる例である。透明樹脂板５１、５２、５３には、それぞれ反射面側である裏面側に四角錐形状の凹部５４、５５、５６が複数形成されている。三枚の樹脂板５１〜５３を用いることで、積層方向において拡散しているような光も有効に表面側に反射させることができ、二枚の導光板を用いる場合よりも更に高密度に凹部を配置させることができ、液晶部に供給される光の輝度を向上させることができる。

図６は二枚の導光板を用いた導光板装置の例であり、第２の導光板６１の表示側に第１の導光板６２が積層される構造となっている。第２の導光板６１には中央付近に集中するように複数の凹部６３が形成され、第１の導光板６２には中央付近で凹部が形成されず、周辺部だけで集中するように複数の凹部６４が形成されている。このような組み合わせでも、中央部分に集中して小さなサイズの凹部を密に形成し、周辺部では大きなサイズの凹部を粗く形成して、全体的に均一な面分布の光を射出することが可能である。

このような二枚の導光板６１、６２を用いた場合では、それぞれの導光板における凹部６３、６４の深さやサイズはそれぞれの導光板ごとに略同等であり、例えば熱ロールなどで導光板を加工する場合においては、それぞれの凹部の深さなどが均一なため、比較的に容易に加工を行うことができる。

本発明の一実施形態にかかる導光板装置の一例を示す分解斜視図である。 本発明の他の実施形態にかかる導光板装置に用いられる第１、第２の導光板の一例を示す上面図である。 本発明の更に他の実施形態にかかる導光板装置に用いられる第１、第２の導光板の一例を示す上面図である。 本発明の導光板の一例の要部拡大断面図である。 本発明のまた更に他の実施形態にかかる導光板装置の一例を示す図であって、（Ａ）が分解図であり、（Ｂ）が積層したところを示す側面図である。 本発明のさらに他の実施形態にかかる導光板装置に用いられる第１、第２の導光板の一例を示す上面図である。

符号の説明

１１、２２、３２、６２ 第１の導光板
１２、２１、３１，６１ 第２の導光板
１３ 反射板
１４ ＬＥＤアレイ
１６、１７、２３、２４、３３ｒ、３３ｄ、３４ｒ、３４ｄ、６３，６４ 凹部

Claims (5)

1. 側面の少なくとも１面から入射された光を反射面に対向した光射出面から面光源分布の光として取り出すことが可能な導光板を複数配設した導光板装置において、
   反射面の周辺部にのみ凹部が複数形成された第１の導光板と、
   反射面の中央部にのみ前記第１の導光板の凹部よりも小さな凹部が前記第１の導光板の凹部よりも密に複数形成された第２の導光板とを有し、
   前記第１の導光板と前記第２の導光板とが隣接し、
   且つ前記第１の導光板の前記周辺部と前記第２の導光板の前記中央部とが重ならないように配設されていること
   を特徴とする導光板装置。
2. 前記第１の導光板の反射面と前記第２の導光板の反射面には、前記凹部と共に光散乱加工が施されていること
   を特徴とする請求項１記載の導光板装置。
3. 前記第１の導光板の反射面と前記第２の導光板の反射面には、前記反射面から突出した突出部が前記凹部の周囲に形成されていること
   を特徴とする請求項１記載の導光板装置。
4. 前記第１の導光板面と前記第２の導光板は、熱加工装置若しくは高周波加工装置により加工可能とされる透明な樹脂材料により形成されること
   を特徴とする請求項１記載の導光板装置。
5. 請求項１に記載の導光板装置と、
   前記導光板装置の側面の少なくとも１面に隣接して設けられ、前記第１の導光板の側面と前記第２の導光板の側面に光を入射する光源と、
   前記導光板装置の上面に隣接して設けられ、前記第１の導光板の光射出面と前記第２の導光板の光射出面から射出される光を用いて所要の表示を行う表示部を有すること
   を特徴とする表示装置。