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TWI581020B - Light guide plate, mold, and mold processing methods - Google Patents

Light guide plate, mold, and mold processing methods Download PDF

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TWI581020B
TWI581020B TW101128608A TW101128608A TWI581020B TW I581020 B TWI581020 B TW I581020B TW 101128608 A TW101128608 A TW 101128608A TW 101128608 A TW101128608 A TW 101128608A TW I581020 B TWI581020 B TW I581020B
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Taiwan
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light
guide plate
light guide
shaped groove
center
Prior art date
Application number
TW101128608A
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TW201326927A (zh
Inventor
藤田勝
伊藤正彌
菊池榮成
日下雄介
Original Assignee
松下知識產權經營股份有限公司
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Application filed by 松下知識產權經營股份有限公司 filed Critical 松下知識產權經營股份有限公司
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Publication of TWI581020B publication Critical patent/TWI581020B/zh

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    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
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    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
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Description

導光板、模具、及模具之加工方法 發明領域
本發明係有關於一種使用於液晶面板或照明用之邊緣照明式背光之導光板、模具、及模具之製造方法。
發明背景
近年來，使用液晶面板或照明用導光板之邊緣照明式背光之光源係採用使用LED(發光二極體)者，且朝向性能提升及省能化。習知係揭示有如專利文獻1及專利文獻2之導光板。
先行技術文獻 專利文獻
【專利文獻1】日本特開2005-135843號公報
【專利文獻2】日本特開2007-214071號公報
發明概要
然而，如專利文獻1或專利文獻2所揭示之導光板中，難以不產生亮度不均，且難以在較少光源中實現高畫質化。
因此，本發明係有鑑於此種狀況而做成者，其目的在於提供一種不會產生亮度不均，且，在較少光源下也可實現高畫質化之導光板。
為了解決上述課題，本發明之一形態之導光板係具有第一面及與前述第一面對向之第二面，且使光沿著與前述第二面平行之第一方向入光，然後使光往直交於前述第一面之第三方向之前述第一面側出射者，包含有：入光部，係接收光者；光導通路，係沿著前述第一方向引導在前述入光部入光之光；及出射部，係使藉由前述光導通路而沿著前述第一方向被引導之光，朝向前述第三方向之前述第一面側反射而出射者，前述出射部係在前述第二面中沿著交錯於前述第一方向之第二方向延伸，且截面為V字形之第一V字形溝，前述第一V字形溝於前述第一方向設置有複數，其深度在前述第一V字形溝之前述第二方向之中央形成最深。
藉此，第一V字形溝係於第一方向設置複數，其深度係第一V字形溝之第二方向的中央形成最深。也就是說，由第一V字形溝所形成之面的面積係第二方向之中央比第二方向之端部大。因此，由入光部入光之光在第一V字形溝之第二方向之中央側中，比第二方向之兩端側還多之光被第三方向反射。如此進行溝深度之最適化，藉此可提高中央之亮度，且，可做成使其周圍隨著遠離中央而亮度降低之亮度分布。因此，不需提高全面之亮度，可在較少的光源中實現高畫質化，且，可實現有效率之省能的背光。
再者，該等之全部或具體的態樣亦可以方法、積 體電路、電腦程式或電腦可讀取之CD-ROM等之記錄媒體實現，亦可以方法、積體電路、電腦程式或記錄媒體之任意組合來實現。
根據本發明之導光板，不需要提高全面的亮度，可在較少光源下實現高畫質化，且可實現效率佳之省能之背光。
1,7‧‧‧導光板
2,8‧‧‧LED
3a‧‧‧第一稜鏡溝
3b‧‧‧第二稜鏡溝
6,6a,6b‧‧‧入光面
12a,12b‧‧‧凸稜鏡
13‧‧‧模具嵌件
14‧‧‧金屬母板
15a,15b‧‧‧稜鏡溝
18‧‧‧導光板
19‧‧‧光入射面
20‧‧‧光反射面
20An‧‧‧稜鏡
21‧‧‧光出射面
21Am‧‧‧溝
22‧‧‧框
23‧‧‧稜鏡片
24‧‧‧擴散片
25‧‧‧反射片
26‧‧‧殼體
27‧‧‧LED
28‧‧‧背光
29‧‧‧殼體
30,30a‧‧‧冷陰極管
31‧‧‧擴散板
A1‧‧‧第一面
A2‧‧‧第二面
A12‧‧‧第二面形成面
Lp1‧‧‧光導通路
L1,L2,L3,L4‧‧‧直線
P1‧‧‧交點
R1,R2‧‧‧反射面
R11,R12‧‧‧反射形成面
O‧‧‧中心點
α‧‧‧工具角
β‧‧‧反射角
h,h1,h2‧‧‧高度
圖1係在本發明之實施形態1中之導光板的立體圖。
圖2(a)係在本發明之實施形態1中之導光板之平面圖，圖2(b)係在本發明之實施形態1中之稜鏡溝截面。
圖3係在本發明之實施形態1中之稜鏡溝截面的放大圖。
圖4(a)係由在本發明之實施形態1中之導光板之出射面側觀看的平面圖，圖4(b)係在本發明之實施形態1中之X軸方向的亮度分布圖，圖4(c)係在本發明之實施形態1中之Y軸方向的亮度分布圖。
圖5係在本發明之實施形態2中之導光板的立體圖。
圖6(a)係在本發明之實施形態2中之導光板的平面圖，圖6(b)係在本發明之實施形態2中之稜鏡溝截面。
圖7係在本發明之實施形態2中之稜鏡溝截面的放大圖。
圖8(a)係由在本發明之實施形態2中之導光板之出射面 側觀看之平面圖，圖8(b)係在本發明之實施形態2中之X軸方向的亮度分布圖，圖8(c)係在本發明之實施形態2中之Y軸方向的亮度分布圖。
圖9A係本發明之實施形態3中之模具嵌件的立體圖。
圖9B係本發明之實施形態3中之凸稜鏡的立體圖。
圖10A係本發明之實施形態3中之1本之凸稜鏡平面圖。
圖10B係本發明之實施形態3中之凸稜鏡部分立體圖。
圖10C係本發明之實施形態3中之凸稜鏡之1/4象限的平面圖。
圖10D係由本發明之實施形態3中之凸稜鏡之θ方向觀看之截面圖。
圖10E係由本發明之實施形態3中之凸稜鏡之Y軸方向觀看之截面圖。
圖11係顯示本發明之實施形態3中之導光板之有效發光區域與凸稜鏡之尺寸之關係圖。
圖12A係形成本發明之實施形態4中之稜鏡溝之金屬板的立體圖。
圖12B係本發明之實施形態4中之金屬板的稜鏡溝截面。
圖13(a)係本發明之實施形態4中之電鍍鎳之狀態圖，圖13(b)係本發明之實施形態4中之電鍍鎳的剝離狀態圖。
圖14係專利文獻1所記載之背光單元的分解立體圖。
圖15係專利文獻1所記載之導光板的立體圖。
圖16(a)係專利文獻1所記載之導光板之平面圖，圖16(b) 係專利文獻1所記載之導光板中之X軸方向的亮度分布圖，圖16(c)係專利文獻1所記載之導光板中之Y軸方向的亮度分布圖。
圖17A係專利文獻2所記載之使用冷陰極管之直下式背光的平面模式圖。
圖17B係專利文獻2所記載之使用冷陰極管之直下式背光的截面圖。
用以實施發明之形態 (為本發明之基礎之知識)
關於「背景技術」一欄所記載之導光板，本發明人發現產生以下之問題。
圖14顯示習知技術之邊緣照明式背光單元(專利文獻1)。導光板18係由為光之入光面之光入射面19、光反射面20、及光出射面21所構成。該導光板18上依序配置擴散片24、稜鏡片23、及收納各片23、24之框22。又，於導光板18之下，依序配置用以反射由導光板18之光反射面20漏出光之反射片25、為背光之光的光源之LED27、及用以保持導光板18及LED27之殼體26。在此，導光板18係如圖15所示，藉由使由光入射面19入射之光在為導光板18之其中一主面之光反射面20、及與光反射面20平行且對向之另一主面之光出射面21中全反射而導光，並藉由從上述光出射面21出射成為均一之光而實現面發光。光反射面20係以由n個稜鏡20An構成之稜鏡型樣所形成，可有效率地將由光入射面19入射而導光到導光板18內之光導往光出射面21方 向。該導光板18中，令光之導光方向為X軸方向，令為與光出射面21平行之方向且對X軸方向直交之方向為Y軸方向，令由光出射面21進行面發光而出射之方向為Z軸方向，藉此定義XYZ座標系。在該XYZ座標系中，藉改變在X軸方向成複數排列而形成之各稜鏡20An間之間距或各稜鏡20An之高度(Z軸方向之幅度)，導光板18導光之光的X軸方向成分會受配光控制。又，導光板18係形成為使柱狀之圓弧之溝21Am之其軸方向與X軸方向平行。圓弧之溝21Am係使從3個LED沿著X軸方向而出現之光線上之亮線減少。使LED等作為光源而由導光板旁邊使光進入而面發光之邊緣照明式之背光中，為了提高面之亮度的均一性，可藉與導光板之光源排列平行之線狀之稜鏡型樣得到亮度均一性。
圖16(a)、圖16(b)及圖16(c)來說明專利文獻1之情況的亮度分布。圖16(a)為導光板18之平面圖，圖16(b)為導光板18之X軸方向之亮度分布。圖16(c)為Y軸方向之亮度分布。Y軸方向之亮度分布係中央之亮度較高，可控制光。另一方面，X軸方向之亮度分布為固定之亮度分布，故無法控制亮度分布。
另一方面，圖17A顯示如習知之專利文獻2所述，使用在大型液晶電視所使用之顯示器之冷陰極管之直下式背光之導光板。圖17B為圖17A之截面圖。如圖17A及圖17B所示，背光28係由直管之冷陰極管30、彎曲之冷陰極管30a、殼體29及擴散板31所構成。將冷陰極管30a彎曲的理由為以下理由。此種直下式背光之導光板中，為了液晶 電視等之高畫質化，期望高亮度及高解像度，又，期望低耗電化。該等當中，亮度也是給影像觀看賦予印象之最重要的項目。又，液晶彩色電視中，係藉由進行所謂的中央部亮度重視型的背面照明，因而整體容易觀看，中央部亮度重視型係具有液晶畫面之中央部的亮度比其他部分亮之亮度傾斜。
發明人認為如此一來亮度分布可變得不明顯有以下之理由。人的瞳孔其形狀是圓的，由於瞳孔可暫時感受到畫面的領域係接近圓形，因此當畫面內之亮度傾斜分布形狀為圓形的時候，人可暫時感受的領域與亮度傾斜之分布形狀成為幾乎相似形。如此，藉由使觀察者產生一種錯覺，可減少有關亮度傾斜之觀察者的心理影響。
因此，亮度傾斜宜略單調地使表示畫像之亮度減少，以難以讓觀察者察覺到，進而亮度傾斜具有對稱性者較不明顯。因此，由畫面中央朝水平或垂直方向單調地減少亮度是有效的。又，以同樣的理由，亮度傾斜係相對於顯示畫像之水平軸或者垂直軸成略對稱之亮度傾斜。如此，藉由使亮度傾斜分布為同心圓狀，亮度傾斜難以極明顯。再者，所謂「同心圓狀之亮度分布」，係如連結亮度大略相等之部分的線呈以畫面中心為大略中心之略圓形的分布。
由以上觀點來看，專利文獻2之技術中，藉由將冷陰極管30a彎曲，使畫面中央之冷陰極管的密度變高，提高亮度，並且可得到畫面中央之亮度較高之山型之亮度分 布特性。
然而，在使用LED之邊緣照明式之專利文獻1之導光板中，係如圖16(b)所示，只可控制導光方向(X軸方向)之亮度分布，無法控制如圖16(c)所示之與直交於導光方向之直交方向(Y軸方向)之光源排列平行之平行方向的亮度分布。如專利文獻1之圓柱(cylinder)型之亮度分布稜鏡式導光板中，在光線上之稜鏡20An形成複數，具有該稜鏡20An可有效率地使光往出射方向(Z軸方向)反射之優點，又，藉改變各稜鏡20An之間距或各稜鏡20An之高度，容易進行導光板18導光之光之X軸方向成分之配光控制。可是，專利文獻1之技術中，具有難以進行Y軸方向成分之配光控制的問題。又，設置於光出射面21之柱(cylindrical)狀之圓弧之溝21Am中，控制亮度之效果較低，只有降低亮度不均之光擴散效果的效果，Y軸方向之配光控制難。因此，專利文獻1之導光板中，難以實現在人的視覺上畫面中心之亮度較高且看不到亮度不均之亮度分布。又，由於亮度之均一化，全體之亮度降低，因此具有必須將全體亮度提高到必要以上的問題。
，在使用冷陰極管之專利文獻2之技術中，只能實現光源採用冷陰極管30之情況。假設將如LED之點光源排列在與冷陰極管延伸之狀態相同之位置，也會有出現亮度不均的問題。又，為了消除如此之亮度不均，使用透過率較低之擴散板時，會產生亮度降低的新問題。
為了解決此種問題，本發明之一態樣之導光板， 係具有第一面及與前述第一面對向之第二面，且使光沿著與前述第二面平行之第一方向入光，然後使光往直交於前述第一面之第三方向之前述第一面側出射者，包含有：入光部，係接收光者；光導通路，係沿著前述第一方向引導在前述入光部入光之光；及出射部，係使藉由前述光導通路而沿著前述第一方向被引導之光，朝向前述第三方向之前述第一面側反射而出射者，前述出射部係在前述第二面中沿著交錯於前述第一方向之第二方向延伸，且截面為V字形之第一V字形溝，前述第一V字形溝於前述第一方向設置有複數個，其深度在前述第一V字形溝之前述第二方向之中央形成最深。
藉此，第一V字形溝於第一方向設置複數，且其深度係在第一V字形溝之第二方向的中央形成為最深。也就是說，由第一V字形溝所形成之面的面積係第二方向之中央比第二方向之端部還大。因此，由入光部入光之光在第一V字形溝之第二方向之中央側中，會有比在第二方向之兩端側還多之光被反射到第三方向射。如此，藉由進行溝深度之最適化，可提高中央之亮度，且，作成其周圍隨著與遠離中央而亮度降低之亮度分布。因此，不需要提高全面之亮度，可在較少之光源下實現高畫質化，且可實現效率佳之省能之背光。
又，較佳的是，用以反射前述光之前述V字形溝之反射面之角度係相對於前述第一方向為45°以上、60°以下。
藉此，可使由入光部入光之光有效率地往第三方向反射。
又，較佳的是，前述第一V字形溝在前述第一方向之中央設有複數支，進而，在前述第二面中，具有設置於前述第一V字形溝之前述第一方向之兩外側，且截面涵括前述第三方向而固定之第二V字形溝。
又，較佳的是，前述複數之第一V字形溝係形成為，配置於前述第一方向之中央側之第一V字形溝的深度比配置於前述第一方向之外側之第一V字形溝還深。
藉此，導光板之亮度分布不僅是第二方向中之中央之亮度變高，第一方向中之中央的亮度也變高。因此，亮度相同之領域呈同心圓狀，且可做成隨著遠離中央而亮度降低之亮度分布。
又，較佳的是，前述第一V字形溝係以當中央之深度為h時，端之深度h2為(h-h/6)以下之使深度連續地變化之函數來表示。
藉此，令第一V字形溝之第二方向中之深度的變化量相對於最大深度為6分之1。因此，可漸漸地減少第二方向外側之亮度。
又，較佳的是，前述光之光源為沿著前述第二方向配列之複數之點光源。
藉此，即使是採用如點光源之光源時，亦可提高中央之亮度，且，可做成使其周圍隨著遠離中央而亮度降低之亮度分布。
又，較佳的是，前述光係由前述導光板對向之兩側面入射。
藉此，由於對導光板由第一方向之兩側配置了複數之點光源，故可使第一方向之亮度分布成左右對稱。
又，為了解決上述課題，本發明之一形態之模具係用以形成如請求項1~7之任1項之導光板之V字形溝之模具，包含有：對應於前述導光板之第二面之第二面形成面、及對應於前述導光板之前述第一V字形溝並朝第二方向延伸之第一V字形凸，前述第一V字形凸所形成之2個面與前述第二面形成面交錯而形成之2條界線係由前述第一V字形凸之前述第二方向中央，隨著愈向端部而愈靠近，從而相對於前述第二方向彼此傾斜預定角度。
藉此，可作成對應於在第一方向設置複數，且其深度由第一V字形溝之第二方向中之中央朝向其兩端而形成較淺之第一V字形溝的模具。
又，為解決上述課題，本發明之一形態之模具之加工方法係請求項8記載之模具之加工方法，包含有下述步驟：於可鍍敷之金屬母板，進行溝深度相對於前述第二方向而變化之V溝的加工；於前述金屬母板施行厚膜鍍敷；由施行有前述厚膜鍍敷之前述金屬母板剝除前述厚膜鍍敷；及將所剝除之前述厚膜鍍敷安裝於預定之模板。
藉此，藉由進行厚膜鍍敷，使模具之第一V字形凸成形，故可成形精確度良好之模具。
再者，該等之全部或具體的態樣亦可以方法、積 體電路、電腦程式或電腦可讀取之CD-ROM等之記錄媒體實現，亦可以方法、積體電路、電腦程式或記錄媒體之任意組合來實現。
以下就實施形態，參照圖式說明本發明。
(實施形態1)
關於本發明之實施形態1之導光板，使用圖1~圖4加以說明。導光板1係使用於液晶顯示器等之邊緣照明式背光，用以將來自配置於導光板1之端部之光源的光導向內部而反射，實現面發光之板。導光板1係將由導光板1之端部照射之光導向內部而反射，從而在液晶顯示器所顯示之範圍之領域(也就是有效發光區域)中面發光。
圖1係顯示本發明之一實施例之導光板1者。導光板1係由如下所構成：第一面A1；與第一面A1對向之第二面A2；為光源之LED2；接收LED2之光且作為入光部之入光面6；沿著與第一面A1(或第二面A2)平行之第一方向(以下、稱為「X軸方向」)引導在入光面6入光之光之光導通路Lp1；作為出射部，藉由使被光導通路Lp1所導引之光朝向直交於第一面A1之第三方向(以下、稱為「Z軸方向」)之第一面A1側反射而使光出射之第一稜鏡溝3a及第二稜鏡溝3b。光導通路Lp1形成於第一面A1與第二面A2之間。
第一稜鏡溝3a設置於第二面A2側，沿著與X軸方向交錯之第二方向(以下、稱為「Y軸方向」)延伸，且為截面V字形狀之第一V字形溝。第一稜鏡溝3a係於X軸方向上排列複數且設置於Y軸方向之中央。第一稜鏡溝3a之深度D1係由第一稜鏡溝3a之Y軸方向之中央朝向其兩端而淺淺 地形成。也就是說，第一稜鏡溝3a之深度D1在Y軸方向之中央為最深，在Y軸方向之兩端為最淺。進而，由第一稜鏡溝3a之中央涵括兩端，第一稜鏡溝3a之深度D1單調地減少。
第二稜鏡溝3b為第二面A2側，設置於X軸方向之兩外側，且截面為涵括Y軸方向而為固定之第二V字形溝。也就是說，第二稜鏡溝3b其深度D2涵括Y軸方向而均一。第二稜鏡溝3b在遠離導光板1之中央側之位置，每每複數地(本實施形態中為2支)分別形成於X軸方向之兩端。
圖2(a)為導光板1之第二面A2側之平面圖，圖2(b)為第一稜鏡溝3a及第二稜鏡溝3b之X-Z平面之截面圖。圖2(b)中，顯示使光朝向作為出射面之第一面A1側之Z軸方向反射之立起角θ2、及第一稜鏡溝3a之深度D1(或第二稜鏡溝3b之深度D2)。再者，圖2(a)中，係記載成可理解第一稜鏡溝3a及第二稜鏡溝3b之平面的配置或形狀，由於第一稜鏡溝3a及第二稜鏡溝3b皆是僅有其深度及幅度不同，而除此以外之截面形狀相同，因此圖2(b)中，共通地說明第一稜鏡溝3a及第二稜鏡溝3b兩方之構造。
圖3為圖2(b)之放大圖，係顯示通過導光板1之光導通路Lp1之路徑之一例者。圖3中，係顯示於第二面A2側之Z軸方向被第一稜鏡溝3a及第二稜鏡溝3b反射之光之光路、及在第二面A2中被反射之光藉由第一面A1而再次反射之光路。如上所述，導光板1藉由第一稜鏡溝3a及第二稜鏡溝3b反射被導至光導通路Lp1之光，而於為出射方向之Z軸方向之第一面A1側出射光。導光板1又使對第一面A1及第 二面A2以全反射角以上之角度前進之光(光線B2)在第一面A1及第二面A2全反射，藉此將光導往導光板1之Y軸方向之裡側(也就是與入光面6相反之相反側)。
導光板1係由四角形之透明壓克力樹脂板所構成，與出射方向(Z軸方向)對面之第一面A1被加工為光學平面。又，導光板1係與其第一面A1垂直之4平面被加工為光學平面，且於距離4平面中之其中一面(也就是入光面6)0.5mm之位置，以預定之間距排列140個之LED2。再者，圖1、2、4中，為了方便說明，LED2之數目係7個，但實際上配置140個。又，關於第二面A2也與第一面A1同樣加工為光學平面。
由入光面6入光至導光板1之光，在液晶面板之顯示畫像之有效發光區域中，被第一面A1及第二面A2中之至少一者重複進行全反射，直到被第一稜鏡溝3a或第二稜鏡溝3b反射，而導往與導光板1之入光面6相反之相反側。第一稜鏡溝3a及第二稜鏡溝3b係形成於液晶面板之有效發光區域之範圍內，且相對於第二面A2之平面，形成為形成截面V字形之溝之2個反射面R1及反射面R2之立起角θ2為52°。如圖3所示，被第二面A2反射之光線B1被反射面R1反射，透過第一面A1，而大致沿著Z軸方向出射。該反射面R1之反射面積之部分愈大，則由導光板1之該部分出射之亮度愈高。再者，形成有第一稜鏡溝3a及第二稜鏡溝3b之反射面R1及反射面R2中，反射面R1為光源側，反射面R2形成於與光源為相反之相反側。
複數之第一稜鏡溝3a分別形成為，配置於X軸方向之中心之第一稜鏡溝3a之中央深度為最深，隨著遠離X軸方向之中心而深度漸淺。也就是說，複數之第一稜鏡溝3a形成為，在X軸方向中深度也不同，且中心附近之深度為最深。例如，第一稜鏡溝3a具有使以中央之深度為h時，端之深度h2為(h-h/6)以下之深度連續變化之函數來表示之形狀。
如此，第一稜鏡溝3a之深度D2愈深，則反射面R1、R2之面積愈大，深度D2愈淺，則反射面R1、R2之面積愈小。因此，因被配置於中央之第一稜鏡溝3a反射而出射之光的亮度高，被遠離中央之位置之第一稜鏡溝3a反射而出射之光的亮度低。因此，複數之第一稜鏡溝3a可提高導光板1之中央附近之亮度，且以隨著遠離其周圍而亮度緩慢地降低的方式使光出射。
形成有複數之第一稜鏡溝3a及複數之第二稜鏡溝3b之X軸方向上之間距(也就是複數之第一稜鏡溝3a及複數之第二稜鏡溝3b間之距離)固定為500μm。第一稜鏡溝3a中，溝深度由4μm到70μm，在各溝間有所變化。再者，當溝深度為4μm以下時，由於加工誤差有0.4μm，故誤差之影響為10%以上，亮度之分布誤差變大。又，當溝深度深達70μm以上之深度時，考慮到溝加工時間花費較長，且製作成本與光學的亮度設計分布的平衡，適合70μm以下。第一稜鏡溝3a之Y軸方向中之端部(或X軸方向之端部之第二稜鏡溝3b)中，由於用以使光反射而往Z軸方向之第一面A1側 出射之反射面R1、R2之面積需要最低限度，故為4μm以上之深度。也就是說，為了使光往Z軸方向出射，具有最低限為4μm之深度的反射面是必要的。
圖4(a)為導光板1之第一面A1側之平面圖。圖4(b)係顯示使用亮度計由圖4(a)之第一面A1側進行亮度測定時，X軸方向之亮度分布。又，圖4(c)係顯示使用亮度計由圖4(a)之第一面A1側進行亮度測定時，Y軸方向之亮度分布。
如該結果，使LED2之光入光到導光板1時之X軸方向的亮度分布係如圖4(b)所示，呈中央較高之亮度分布。該理由係Y軸方向之相同位置中之第一稜鏡溝3a之深度在X軸方向之中央為最深，隨著朝向端而變淺之故。藉由做成如此之構造，可加大在X軸方向之中央側中，Y軸方向之單位範圍之反射面R1之面積，並可縮小X軸方向之端部中Y軸方向之單位範圍之反射面R1之面積。因此，可做成如圖4(b)所示之中央較高之亮度分布。
又，同樣地，使LED2之光入光到導光板1時之Y軸方向的亮度分布係如圖4(c)所示，呈中央較高之亮度分布。該理由係相同之第一稜鏡溝3a之深度在Y軸方向之中央為最深，隨著朝向第一稜鏡溝3a之端部而變淺之故。藉由做成如此之構造，在相同之第一稜鏡溝3a中，可加大Y軸方向之中央側之反射面R1之面積，並可縮小Y軸方向之端部側之反射面R1之面積。因此，可做成如圖4(c)所示之中央較高之亮度分布。
又，藉由於導光板1之X軸方向之端部，形成V字形狀之溝為固定之平行溝之第二稜鏡溝3b，在導光板1之端中，如圖4(b)或圖4(c)之上面不做凸形狀之亮度分布，而是亮度分布均一。第一稜鏡溝3a與第二稜鏡溝3b之溝深度之比率係因應於提高中央之亮度的範圍來決定，非為固定。第二稜鏡溝3b係設置於導光板1之X軸方向中之長度之分別距離兩端20%之範圍之領域附近)，並可因應於亮度之控制量而設定溝深度。又，第一稜鏡溝3a設置於分別距離該兩端20%之範圍之領域以外的領域，導光板1之中央部之亮度變高。再者，宜距離兩端20%者是因為欲提高中央亮度之領域為導光板長度之中央之10%之領域，因此，不需要將加工困難之溝的深度會變化之第一稜鏡溝3a之溝形成到端，除了緩慢地連接著中央之高亮度領域之外，並藉由從端到20%之處作為第一稜鏡溝3a之溝，藉此可消除急遽的亮度變化。
再者，實施形態1中，由於係在導光板1之單側設置LED2，控制來自單向之光，故不會呈現完全對稱的亮度分布。可是，如上述，藉由設置第一稜鏡溝3a及第二稜鏡溝3b，進行溝深度之最適化，可提高中央之亮度，且，可使其周圍亮度分布為隨著遠離中央而亮度分布降低之分布。也就是說，亮度相同之領域為同心圓狀，且，可做成隨著遠離中央而亮度降低之亮度分布。藉此，可降低光源之光量，而極力使畫像品質不降低。
再者，如習知之圖15，即使係於出射面側形成與 反射面直交之凸稜鏡，使來自入光側之光之X軸方向之亮度不均降低，也可得到如上述之提高反射面側之中央亮度之稜鏡溝的效果。此時，宜進行考量出射面側之稜鏡之折射、反射狀態而最適化之反射面側之稜鏡溝深度之設計。
(實施形態2)
關於本發明之實施形態2中之導光板7，使用圖5~圖7來說明。實施形態2之導光板7與實施形態1之導光板1不同之點，僅有在導光板7之X軸方向之兩側設置為導光板7之光的光源之複數LED8，並具有使LED8之光由X軸方向之兩側入光之入光面6a及與該面對向之入光面6b。因此，關於共通部分則省略說明。
導光板7之與第一面A1垂直連接之4平面被加工為光學平面，且在距離4平面中之一面(也就是入光面6a)0.5mm之位置，以預定之間距排列70個之發光二極體。在距離與入光面6a對向之另一入光面6b0.5mm之位置，以預定之間距排列70個之發光二極體。再者，圖5、6、8中，為了方便說明，LED8之數目是單側為7個，但實際上每個單側配置70個。
入光面6a、6b入光到導光板7之光(光線B3~B6)係如圖7所示，在顯示液晶面板之畫像之有效發光區域中，會反覆被第一面A1及第二面A2中之至少一者全反射而導光，直到被第一稜鏡溝3a或第二稜鏡溝3b反射。再者，圖7中、光線B3、B4係表示被第一稜鏡溝3a或第二稜鏡溝3b反射之光線，光線B5、B6係表示重複被第一面A1及第二面A2中之至少一者全反射而導光之光線。第一稜鏡溝3a及第二 稜鏡溝3b形成於液晶面板之有效發光區域之範圍內，且形成為相對於第二面A2之平面，形成截面V字形之溝之2個反射面R1及反射面R2之立起角θ2為52°。如圖7所示，由入光面6a入光並經第二面A2反射之光線B3被反射面R1反射，透過第一面A1而大略沿著Z軸方向出射。又，由與入光面6a為相反側之入光面6b入光，並經第二面A2反射之光線B4被反射面R1之相反側之反射面R2所反射，透過第一面A1，而大略沿著Z軸方向出射。該反射面R1及反射面R2之反射面積的部份愈廣，則由導光板1之該部分出射之亮度愈高。
圖8(a)為導光板7之第一面A1側之平面圖。圖8(b)係顯示使用亮度計由圖8(a)之第一面A1側測定亮度測定時，X軸方向之亮度分布圖。又，圖8(c)係顯示使用亮度計由圖8(a)之第一面A1側進行亮度測定時，Y軸方向之亮度分布圖。
如該結果，由LED8使光入光到導光板7時之X軸方向的亮度分布係如圖8(b)所示，呈中央較高之亮度分布。又，導光板7中，由於在X軸方向之兩側配置為光源之LED8，因此會控制來自兩方向之光之配光特性，而呈左右對稱之亮度分布。又，與導光板1同樣，由LED8使光入光到導光板7時之Y軸方向之亮度分布係如圖8(c)，呈中央較高之亮度分佈。
由該2方向之亮度分布來看可知，中央成楕圓狀而亮度變高。藉此，可實現降低光源之光量，而畫像品質不會下降。
(實施形態3)
關於製作本發明之實施形態3之導光板的模具，使用圖9A、9B、圖10A~10F、及圖11進行說明。圖9A係顯示用以製作本實施形態3之導光板1之模具之嵌件。模具嵌件13係形成用以成形導光板1、7之各稜鏡溝3a、3b之凸稜鏡12a、12b。形成凸稜鏡12a、12b之面會成形為鏡面加工。模具嵌件13係藉由在不鏽鋼合金上，施行作為加工層之鎳與磷之鍍合金或鍍銅而形成。而且，模具嵌件13之厚度(不包含凸稜鏡12a、12b)從凸稜鏡12a、12b之最大高度算起厚約50μm。
這是因為鍍敷層之平面度為30μm，為了確保進行光學平面加工之面的平面度，可以50μm之加工量藉由精密加工而令平面度為1μm以下。並可將該模具嵌件13直接加工，挖刻凸稜鏡12a、12b後加工形成。
圖9B係透視凸稜鏡12a之圖。如圖9B所示，凸稜鏡12a係形成為相對於Y軸方向具有角度θ之傾斜。
圖10A為凸稜鏡12a之上面視圖。凸稜鏡12a於傾斜角度θ之方向(以下、稱為「θ方向」。)，構成用以形成反射面R1、R2之反射形成面R11、R12(參照圖9B)。也就是說，為用以形成導光板之第二面A2之第二面形成面A12與反射形成面R11、R12之界線之直線L1、L4，相對於Y軸方向具有角度θ(預定角度)之傾斜。該直線L1及直線L4係相對於Y軸方向僅互相傾斜角度θ，而由凸稜鏡12a之Y軸方向隨著愈靠近中央端部而彼此愈接近。
圖10B為凸稜鏡12a之一部份的立體圖。凸稜鏡 12a在Y軸方向中之預定位置具有高度h。
圖10C係凸稜鏡12a之上面視圖(也就是圖10A)中，將凸稜鏡12a之中心點O限定為X軸方向及Y軸方向之0位置時之第4象限部分之放大概略圖。凸稜鏡12a具有從中心點O，通過中心點O，且到直線L2與直線L1交會之距離為b形狀，前述直線L2係垂直於相對於Y軸方向傾斜之直線L1。因此，凸稜鏡12a之X軸方向之幅度之1/2(也就是說，中心點O與通過直線L1及中心點O且平行於X軸方向之直線L3之交點P1的距離)以b/cosθ來表示。
圖10D為相對於θ方向為直角方向之直線L2與Z軸方向之截面圖。該截面圖中，令為反射形成面R11之斜邊與X軸方向構成之角度為工具角α，令凸稜鏡12a之高度為h時，係如圖10C所限定，該截面圖之直角三角形之底邊為b，因此該等關係以式1來表示。
h=b‧tanα………(式1)
圖10E係通過中心點O朝X軸方向延伸之直線L3與Z軸方向之截面圖。該截面圖中，令為反射形成面R11之斜邊與X軸方向構成之角度為反射角β時，係如圖10C及圖10D所限定，凸稜鏡12a之高度為h，該截面圖之直角三角形之底邊為b/cosθ，故該等之關係以式2來表示。
h=(b/cosθ)‧tanβ………(式2)
由式1及式2，工具角α以式3來表示。
再者，圖10C中，令通過中心點O與Y軸方向平行之中心線CL與直線L1之交點為P2時之中心點O與交點P2的距離為y1時，上述距離b係以式4來表示。
b=y1‧sinθ………(式4)
令凸稜鏡12a之中心線CL上之端部為P3，令中心點O之凸稜鏡12a之高度(也就是Z軸方向之距離)為h1時，高度h1係以式5表示。
h1=b‧tanα………(式5)
又，由式4及式5，h1以式6表示。
h1=y1‧sinθ‧tanα………(式6)
又，令端部P3之凸稜鏡12a之高度(也就是Z軸方向之距離)為h2，令高度h1與高度h2之比率為γ時，該等之關係係由式7來表示。
h1=γ‧h2………(式7)
在此，高度h1及距離y1與高度h2及距離y2為具有相同係數γ之比例關係，距離y1與距離y2之關係也同樣使用係數γ以式8表示。
y1=γ‧y2………(式8)
而且，距離y1及距離y2與導光板之Y軸方向中之發光範圍L之1/2之關係以式9來表示。
(y1-y2)=L/2………(式9)
圖11係觀看導光板1之全體之X-Y平面中之平面圖。如圖11所示，定義：使光入光到其導光板之LED2、導光板1之有效發光區域、稜鏡之反射面傾斜之角θ、從凸稜 鏡12a之中心線與傾斜θ之線交錯之點到導光板1中央之距離y1、及從凸稜鏡12a之線與傾斜θ之線交錯之點到導光板1之有效發光區域之距離y2。
基於此，欲求得角度θ時，設想式3所示之θ角為初期極為接近0之值，則由式3，α=β。因此，設想工具角α與光學設計所用之反射角β相同，然後求得角度θ。
根據式9，插入式8時，可導出式10。
(γ‧y2-y2)=L/2………(式10)
由式10導出距離y2時，距離y2可以式11來表示。
y2=(L/2)/(γ-1)………(式11)
又，根據式6、式7及式8，導出式12。
h2=y2‧sinθ‧tanα………(式12)
由式11及式12求取角度θ時，角度θ可以式13來表示。
使用該等式就具體的設計事例加以說明。將圖10B所示之凸稜鏡12a加工成一個凸稜鏡12a之中央之高度h較高。由於如此地加工，由平面來看發光面成形之模具面時，如圖10A所示，為第二面形成面A12與反射形成面R11、R12之界線之直線L1、L2係相對Y軸方向傾斜角度θ加工。而且，凸稜鏡12a係傾斜角度θ而加工成以導光板中央之直線L3為對稱，且，加工成以中心線CL為對稱。如此，藉由對凸稜鏡12a加工，成為導光板1之端之部分之凸稜鏡12a之 高度可加工成在為導光板之中央之部分為最高。該稜鏡形狀之反射面之角度β以接近52°之角度來進行加工，因此本實施形態中，工具角(車刀角度)α為52°。反射角β與工具角α之關係為式3之關係，由平面觀看之角度θ來訂定。該傾斜角度θ係以導光板1之端部P3之稜鏡高度h2為10μm、導光板1之中心點O之稜鏡高度h1為50μm來設計，一個凸稜鏡12a之中央與端之稜鏡高度之倍率γ為5，限定導光板1之發光面領域(也就是說，有效發光區域)在Y軸方向之長度L=800、在X軸方向之長度W=450，由於角度θ為比0.1°小之值，因此令α=β時，根據導光板尺寸，導光板1之端部P3之稜鏡高度h2、導光板1之中心點O之稜鏡高度h1、及工具角α，可由式13求得在平面上傾斜θ之角度。
令導光板1之有效發光區域之Y軸方向的長度L為800mm，導光板端之稜鏡高度h2為0.01mm、中央部之稜鏡高度倍率γ為5，工具角α為52°時，由式13，可求得角度θ為0.0045°。使用該角度θ，以可使立起角θ2形成52°之前端角76°之金剛石工具，使用精密加工機進行加工，藉此可形成所期望之凸稜鏡形狀。角度θ之適用範圍係當稜鏡間之間距為0.5mm時，宜在10°以下。再者，在上述之情況下，當角度θ為10°以上時，由於稜鏡會干擾，因此可製作之導光板變小。
以立起角θ2為45以上60°以下、高度h為4μm以上且100μm以下、工具角α為45°以上60°以下的範圍設計模具嵌件13，從反射效率、加工時間的觀點來看是較佳的。特 別是，立起角θ2與將立起角θ2加工之工具角α係，當導光板1之θ2小於45°之角度時，則反射角成為鈍角，且幾乎沒有光往相對於來自導光板出射面之出射方向±5°範圍的反射。又，當立起角θ2超過60°時，透過稜鏡溝3a之光會變多，幾乎沒有光往相對於來自導光板1之出射面之出射方向±5°範圍的反射，相對於出射面之正面的亮度沒有提高。因此，立起角θ2係在45°以上60°以下之範圍內設計。
如此進行設計，將加工之模具嵌件13裝設到模具，以射出成形將壓克力材料成形，製作實施形態1或實施形態2之導光板。藉此，可高精確度地加工稜鏡高度，藉由該模具成形之導光板在由導光板出射之光之亮度分布中，可實現提高導光板之中央附近之亮度。
(實施形態4)
關於本發明之實施形態4，使用圖12A、圖12B、及圖13加以說明。
圖12A係顯示用以形成導光板1之第二面A2之稜鏡溝3a、3b之金屬母板14者。金屬母板14形成與模具為凹凸相反之溝。也就是說，金屬母板14成形為與導光板1同樣之形狀的模具。
圖12B係使稜鏡溝15a、15b相對加工方向，截面成直角者。也就是說，圖12B為稜鏡溝15a、15b之X-Z平面之截面圖。係顯示稜鏡溝15a、15b之深度為h3、反射面稜鏡溝之反射面與立起角θ2、加工工具之頂角α2者。
圖13(a)係於金屬母板14於表面鍍敷無電鍍鎳(無 電鍍鎳層16)。圖13(b)係顯示由金屬母板14將無電鍍鎳層16剝離之狀態。
金屬母板14之形成稜鏡溝15a、15b之表面層施行有無電鍍鎳或鍍銅。該電鍍面之表面14a係以金剛石車刀加工成面粗糙度為50nm以下，而成為成形於導光板1時之光學平面之反射面的面粗糙度。在經如此加工之表面14a，與圖12B所示之導光板1同樣，金屬母板14之立起角θ2為52°之稜鏡溝15a係藉由進行使深度可變化之溝加工而形成，從而稜鏡溝15a之其中一溝中，為導光板中央之部分為最大深度。該溝加工中，為了作成在導光板之中央，亮度變得更大之亮度分布，複數溝形成於導光板之有效發光區域之範圍內，使得在導光板之中央，光之反射面積(也就是往出射方向出射之面積)變大。該稜鏡溝15a、15b之頂角α2係使用76°之金剛石車工加工，其光學面成為50nm以下之面粗糙度之反射面。如此，使光學平面為50nm以下之光學，在可減少散射光之觀點來看是較佳的。將圖13(a)所示而加工之金屬母板14作為母圖，使金屬板之表面進行離模處理，於已進行離模處理之面進行電鍍鎳。進行電鍍鎳之鍍敷層做成其厚度由300μm到700μm之範圍的厚度。電鍍鎳結束後、如圖13(b)所示，從成為母圖之金屬母板14，剝離無電鍍鎳層16。經剝離之無電鍍鎳層16被轉印導光板之溝形成所需要的凸稜鏡形狀，將具有由該300μm到700μm之範圍之厚度之無電鍍鎳層16構成之鎳板安裝到模具進行射出成形。令無電鍍鎳層16之厚度為300μm到700μm是考慮到要無電鍍鎳層16 之厚度變厚的程度，電鍍費時而為高成本，可確保用以安裝到模具並成形之平面度，且，做成可確保剛性之最小限之厚度。射出成形之材料使用壓克力材料，製作實施形態1或實施形態2之導光板1、7。射出成形而得之導光板1、7係成形為，形成於第二面A2側之稜鏡溝3a、3b在其中一溝中，在為導光板中央之部分為最大深度，故可做成在與光源之排列方向(Y軸方向)平行之方向的亮度分布中，導光板中央之亮度為最高之亮度分布。
如以上所述，根據本發明，採用LED作為光源，隨著提高LED之發光量，在使光從單向或對向之2方向入光而朝出射方向反射之導光板中，可以反射效率佳之稜鏡式，實現提高中央亮度之亮度分布。也就是說，利用容易看到畫面中心之亮度較高且看不到亮度不均之人的視覺性質，採用該導光板，藉由降低為中央部分之周圍之周邊部分之亮度，藉此可減少LED之總光量，實現省能化。
以上，關於本發明之一個或複數態樣之導光板、模具、及模具之加工方法，係根據實施形態來加以說明，但本發明不限定於該實施形態。只要不脫離本發明之要旨，將熟習此技藝者所思及之各種變形施行於本實施形態者，或組合不同之實施形態中之構成要素而構築之形態也可包含在本發明之一或複數之態樣的範圍內。
產業上之可利用性
本發明可實現不需提高全面之亮度，且可在較少之光源中實現高畫質化，且可使用作為可實現效率佳之省能之背光的導光板等。
2‧‧‧LED
3a‧‧‧第一稜鏡溝
3b‧‧‧第二稜鏡溝
6‧‧‧入光面
A1‧‧‧第一面
A2‧‧‧第二面

Claims (12)

  1. 一種導光板，係具有第一面及與前述第一面對向之第二面，且使光沿著與前述第二面平行之第一方向入光，然後使光往直交於前述第一面之第三方向之前述第一面側出射者，包含有：入光部，係接收光者；光導通路，係沿著前述第一方向引導在前述入光部入光之光；及出射部，係使藉由前述光導通路而沿著前述第一方向被引導之光，朝向前述第三方向之前述第一面側反射而出射者，前述出射部係在前述第二面中沿著交錯於前述第一方向之第二方向延伸，且截面為V字形之第一V字形溝，前述第一V字形溝於前述第一方向設置有複數個，其深度形成為在前述第一V字形溝之前述第二方向之中央為最深且隨著遠離前述中央而變淺，前述第一V字形溝於前述第一方向的中央設置有複數條，且該導光板更包含有第二V字形溝，係設置於前述第二面中前述第一V字形溝之前述第一方向的兩外側，其深度為固定之平行溝，且設置在前述第二方向上。
  2. 如申請專利範圍第1項之導光板，其中用以反射前述光之前述V字形溝之反射面之角度係相對於前述第一方向為45°~60°。
  3. 如申請專利範圍第1項之導光板，其中前述截面的V字形為等腰三角形，且在前述第二方向上為相似形狀。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之導光板，其中前述複數條第一V字形溝係形成為：配置於前述第一方向之中央側之第一V字形溝的深度比配置於前述第一方向之兩外側之第一V字形溝還深。
  5. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之導光板，其中前述第一V字形溝係以當中央之深度為h時，端之深度h2為(h-h/6)以下之使深度連續地變化之函數來表示。
  6. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之導光板，其中前述光之光源為沿著前述第二方向配列之複數個點光源，且接收光的前述入光部僅為前述導光板的1個平面。
  7. 如申請專利範圍第1項之導光板，其中前述光係由前述導光板對向之兩側面入射。
  8. 如申請專利範圍第1項之導光板，其中設置於前述兩外側的第二V字形溝為相同形狀。
  9. 如申請專利範圍第1項之導光板，其中前述第一V字形溝的深度分布為同心圓。
  10. 如申請專利範圍第1項之導光板，其中前述第二V字形溝的區域是設置於自前述第二面的兩端起20%以內的區域，前述第一V字形溝的區域是設置於自前述第二面的兩端起20%以外的區域。
  11. 一種模具，係用以形成導光板之第一V字形溝者， 包含有：對應於前述導光板之第二面之第二面形成面、及對應於前述導光板之前述第一V字形溝並朝第二方向延伸之第一V字形凸，前述第一V字形凸所形成之2個面與前述第二面形成面交錯而形成之2條界線係由前述第一V字形凸之前述第二方向中央，隨著愈向端部而愈靠近，從而相對於前述第二方向彼此傾斜預定角度。
  12. 一種模具之加工方法，前述模具是如請求項11記載之模具，前述模具之加工方法包含有下述步驟：於可鍍敷之金屬母板，進行溝深度相對於前述第二方向而變化之V溝的加工之步驟；於前述金屬母板施行厚膜鍍敷之步驟；由施行有前述厚膜鍍敷之前述金屬母板剝除前述厚膜鍍敷之步驟；及將所剝除之前述厚膜鍍敷安裝於預定之模板之步驟。
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