| 【発明の名称】 |
面状発光装置及びこれを用いたバックライト光学系及びディスプレイ |
| 【発明者】 |
【氏名】山下 善二郎
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| 【要約】 |
【課題】導光板の斜面の形状と光拡散パターン率を適正に設定することにより、導光板の軽量化を実現する。
【解決手段】本発明の面状光源装置で使用する導光板は、複数の平面からなる斜面を持ち、各平面に形成されるパターン率を連続して変化させるとともに、それらパターン間の接続では線状光源に近い方のパターン率を基準線とし、線状光源に遠く、かつその基準線パターン率に近接するパターン率に連続的に接続した一連のパターンから構成される導光板である。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 光源と、光拡散パターンを形成した導光板とを有する面状発光装置において、該導光板は光拡散パターンを形成した複数の平面からなる反射面を有し、該平面相互の境界において、光拡散パターンの面積比率が連続的に変化することを特徴とする面状発光装置。
【請求項２】 請求項１に記載の面状発光装置において、光拡散パターンを形成した反射面が２つの平面からなる導光板で、入光端側の光拡散パターンを形成した反射面を構成する導光板部の光拡散パターン率は、該導光板部の出光面と光拡散パターンを形成した反射面を反入光端側に延長した線上で、反入光端、もしくは出光面と交わる部分まで延長して形成される導光板の、輝度均斉度の得られた光拡散パターン率の入光端に近い反射面部の反射面パターン率を適用することからなる面状発光装置。
【請求項３】 請求項１に記載の面状発光装置において、光拡散パターンを形成した反射面が２面からなる導光板で、反入光端側の光拡散パターンを形成した反射面を構成する導光板部の光拡散パターン率は、該導光板部の出光面と光拡散パターンを形成した反射面を入光端側まで延長した形状で構成される導光板の、輝度均斉度の得られた光拡散パターン率の反入光端に近い反射面部の反射面パターン率を適用することからなる面状発光装置。
【請求項４】 請求項１または２に記載の面状発光装置において、前記平面相互の境界の両側に跨って、前記請求項２に記載のパターン率を基線に、前記請求項３に記載のパターン率に連続的に接続することを特徴とする面状発光装置。
【請求項５】 請求項１に記載の面状発光装置において、光拡散パターンを形成した反射面が３以上の平面からなる導光板で、請求項２及び請求項３に記載の反射面の光拡散パターン率で構成されることからなる面状発光装置。
【請求項６】 請求項１から４に記載の面状発光装置を有するバックライト光学系。
【請求項７】 請求項１から４に記載の面状発光装置を有するデイスブレイ装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置等のディスプレイ装置として用いられる面状発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来よりエッジライト方式の面状発光装置が液晶表示装置の導光板として用いられており、例えば、実開昭５４−１３５１９０号公報に公開されている。この方式の面状発光装置（以下面状発光装置ともいう）では、図３１、図３２に示すように、導光板１７の反射面２３に光拡散パターンが形成され、導光板１７の入光端２５に線状光源２２が配置される。又反射面２３に密着させて反射シート（図示せず）を、導光板１７の出光面２４上に表面拡散シートまたはプリズムシート（図示せず）などを配置した構成にする場合がある。本構成からなる面状発光装置の軽量化には、導光板１７の入光端側と先端側の厚さｔ１，ｔ２を薄くすることでこれまでは対応してきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、線状光源２２に対向する導光板１７の入光端２５の厚みｔ１は、線状光源２２の外径ｄ１以下にはできないこと、又先端薄肉部の板厚ｔ２は成形加工上の制約があり、導光板軽量化の上で大きな課題になっていた。また導光板１７の斜面（反射面）２３は、出射する光の輝度分布にきわめて大きな影響を与える。特に反射面２３をえぐり、複数の面から構成することによって導光板１７を軽量化する方法については、輝度均斉化のための適正なパターン設計が確立していなかったため、上記導光板１７の厚さｔ１，ｔ２を薄くする方式が踏襲されてきた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決するために、導光板の斜面の形状と光拡散パターン率を適正に設定することにより、導光板の軽量化を実現したものである。
【０００５】すなわち本発明の面状発光装置に使用される導光板は、複数の平面からなる反射面を持ち、各平面に形成されるパターン率を連続して変化させるとともに、それらパターン間の接続では線状光源に近い方のパターン率を基準線とし、線状光源に遠く、かつその基準線パターン率に近接するパターン率に連続的に接続した一連のパターンから構成される導光板である。
【０００６】本発明の面状発光装置は、光源と、光拡散パターンを形成した導光板とを有する面状発光装置において、該導光板は光拡散パターンを形成した複数の平面からなる反射面を有し、該平面相互の境界において、光拡散パターンの面積比率が連続的に変化することを特徴とする。
【０００７】一つの実施態様においては、光拡散パターンを形成した反射面が２つの平面からなる導光板で、入光端側の光拡散パターンを形成した反射面を構成する導光板部の光拡散パターン率は、該導光板部の出光面と光拡散パターンを形成した反射面を反入光端側に延長した線上で、反入光端、もしくは出光面と交わる部分まで延長して形成される導光板の、輝度均斉度の得られた光拡散パターン率の入光端に近い反射面部の反射面パターン率を適用することからなる。
【０００８】一つの実施態様においては、光拡散パターンを形成した反射面が２面からなる導光板で、反入光端側の光拡散パターンを形成した反射面を構成する導光板部の光拡散パターン率は、該導光板部の出光面と光拡散パターンを形成した反射面を入光端側まで延長した形状で構成される導光板の、輝度均斉度の得られた光拡散パターン率の反入光端に近い反射面部の反射面パターン率を適用することからなる。
【０００９】一つの実施態様においては、前記平面相互の境界の両側に跨って、前記請求項２に記載のパターン率を基線に、前記請求項３に記載のパターン率に連続的に接続することを特徴とする。
【００１０】一つの実施態様においては、光拡散パターンを形成した反射面が３以上の平面からなる導光板で、請求項２及び請求項３に記載の反射面の光拡散パターン率で構成されることからなる。
【００１１】本発明のバックライト光学系またはデイスブレイ装置は、上記面状発光装置を有する。
【００１２】本発明の作用は以下の通りである。
【００１３】導光板は複数の平面からなる斜面を持ち、各平面に形成されるパターン率を連続して変化させるとともに、それらパターン間の接続では線状光源に近い方のパターン率を基準線とし、線状光源に遠く、かつその基準線パターン率に近接するパターン率に連続的に接続した一連のパターンから構成される。従って、導光板の斜面の形状と光拡散パターン率を適正に設定することにより、導光板の軽量化が実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下本発明の詳細について図面を参照しながら説明する。
【００１５】（第１の実施例）図１は本発明の面状発光装置の１実施例で、導光板１の反射面４は２つの平面４１，４２から構成されている。導光板１の各平面４１，４２には反射パターンが施されている。導光板１の入光端面１５には近接して線状光源２が配置されている。線状光源２の光損失を軽減するためにリフレクター３が線状光源２の周囲に配置され、周囲への光漏れを防止している。
【００１６】導光板１の反射面４に沿ってその下面には反射シート６が必要に応じて配置される。導光板１の出光する面上には拡散シートもしくプリズムシート９が配置され、さらに該シート９上に液晶パネル７が配置されている。またこれら導光板１を含む部品は筐体５内に納められる。
【００１７】次に、反射面４に形成する光拡散パターンについて簡単に説明する。
【００１８】図２８には従来の導光板１７、図２９にその反射面４に形成する光拡散パターン２６の平面図、図３０にその光拡散パターン率を示す。
【００１９】光拡散パターン２６は導光板１７の入光端２５より入光した光を出光面２４より出射させる機能を有し、光拡散パターン２６の面積率（光拡散パターン率）を用いて出射の割合を決定する。
【００２０】光拡散パターン２６の形状は、図２９に示す丸形状が一般的で、その他四角形状等も採用することができる。図２９に示すように導光板１７の入光端２５から遠ざかるにつれ光拡散パターン２６の形状は大きくなる。断面が楔形形状をした導光板１７の出光面２４より出光する光の輝度分布を均斉化するのは従来の方法で可能である。
【００２１】以下に、本発明で使用される導光板の構造を詳細に説明する。
【００２２】図３に示す導光板１は本発明の軽量化を達成するために開発された導光板である。
【００２３】該導光板１は反射パターンを施す斜面が、２つの平面４１，４２からなる反射面４より構成されている。二つの平面４１，４２は側面視で内側へ凹むように屈折されている。この２つの平面４１，４２の交点部ｏを変曲点と呼ぶことにする。次に、図４に示すように平面４２の延長線上で入光端面１５との交点をｆ、平面４１の延長線上で端面１１（ｃｄ）との交点をｅとする。これから図５に示す断面ａｆｃｄからなる導光板Ｄ１１、図６に示す断面ａｂｅｄからなる導光板Ｄ１２の基本形状を有する導光板が作図される。つまり導光板Ｄ１１の変曲点Ｏの右側部Ｄ１と、導光板Ｄ１２の変曲点Ｏの左側部Ｄ２を合体したものが図３に示した導光板１である。
【００２４】次に導光板Ｄ１１と、その輝度特性を均斉化させるための光拡散パターン率の設計値を図７に、また導光板Ｄ１２と、その輝度特性を均斉化させるための光拡散パターン率の設計値を図８に示す。
【００２５】導光板Ｄ１１の斜面角θ１は導光板Ｄ１２斜面角θ２に比べ小さいため、反射面４の光拡散パターンによる反射拡散効率が低下する。そのため、図８に示す導光板Ｄ１２の光拡散パターン率曲線Ｌ２に比し、図７に示す導光板Ｄ１１の光拡散パターン率曲線Ｌｌが高めのラインで、かつ導光板の薄肉先端部でのパターン率カーブが立ち上がってくる。
【００２６】なお上記光拡散パターンによる反射拡散効果はパターンの形成法、印刷法、エッチング金型による成形加工法、さらに個々のパターン面性状により微妙に異なるため、それぞれの特性にあったパターン設計が必要になる。
【００２７】本発明者らは個々のパターンについて３〜４種類の斜面角の異なる導光板の試作を行うことにより、新たな斜面角の導光板光拡散パターン率は予測設計している。
【００２８】図９は導光板Ｄ１１を示すが、斜線部は、図３に示す導光板の変曲点Ｏの右側部に当たる導光板Ｄｌである。図７の光拡散パターン率特性でこの導光板の右側部Ｄ１に対応するパターン曲線Ｌ１の一部ａ２−Ｋ２を図１０に示す。
【００２９】図１１は導光板Ｄ１２を示すが、この図で斜線部は、図３に示す本発明の導光板の変曲点Ｏの左側部に当たる導光板Ｄ２である。図８の光拡散パターン率特性でこの導光板の左側部Ｄ２に対応するパターン曲線Ｌ２の一部ｂ１−Ｋ１を図１２に示す。
【００３０】図１３は図９の導光板の右側Ｄ１と図１１の導光板の左側部Ｄ２の合体図で、これを一体で作成したものが本発明の光源装置である。
【００３１】図１４が図１０のパターン曲線Ｌ１の一部ａ２−Ｋ２と、図１２のパターン曲線Ｌ２の一部ｂ１−Ｋ１をそれぞれ記載したものである。
【００３２】上記で説明したように斜面角の違いによる反射拡散効率の効果により、導光板の左側部Ｄ２のパターン曲線は、導光板の右側部Ｄ１のパターン曲線より低位に設計され、パターン曲線Ｌ２の端点ＫＩがパターン曲線Ｌｌの端点Ｋ２の下方に位置する。このため両パターンの端点Ｋ１，Ｋ２は連続的に連結できない。
【００３３】本連結法として図１８では、パターン曲線Ｌｌを基線にパターン曲線Ｌ１の端点ｋ２よりパターン曲線Ｌ２に連続的に連結する方法を示している。
【００３４】このときの輝度特性を図１９に示す。連結したＫ４付近より輝度は上昇し、変曲点部に一致するＫ２近辺で頂点に達し、それ以降なだらかに降下し薄肉先端部では入光端部輝度より逆に低下する。これはＫ２を頂点とする輝度上昇の山を形成したことによる。
【００３５】図１７では、パターン曲線Ｌ２を基線にパターン曲線Ｌ２の端点ｋ１よりパターン曲線Ｌｌに連続的に連結する方法を示している。本連結パターン率曲線で輝度均斉度の安定した導光板が得られる。
【００３６】図２０で、線状光源２からの光の一部は光路ｈ１に示すように直接、又光路ｈ２に示すように出光面８面で全反射して反射面４上の変曲点Ｏの近辺の拡散パターン１６により拡散反射され、導光板１の出光面８の一部より出光される。反射面４１で変曲点近辺の光拡散パターンで反射拡散される効果は、反射面４２の変曲点近辺の光拡散パターンで反射拡散される効果に比べ高い。このため図１８のパターン曲線Ｌ１を基線にパターン曲線Ｌｌの端点よりパターン曲線Ｌ２に連続的に連結する方法では、変曲点前後より拡散パターン率を上げ、出光量を高めようとするもので図１９に示すように輝度が上昇し、輝度均斉度の低下を来す。以上のことから図１７のパターン曲線Ｌ２を基線にパターン曲線Ｌ２の端点よりパターン曲線Ｌ１に連続的に連結することからなる反射面４の拡散パターン率の形成が、良好な輝度均斉度を有する導光板が得られることになる。
【００３７】（第２の実施例）図２に変曲点ｏ１が入光端よりに位置する発明の一例を示す。本実施例は第１図に示す導光板よりさらに軽量化効果が高くなる。
【００３８】図２１〜図２４で本発明の内容について説明する。図２１で第２の発明の１例を再掲する。図２２は図２１を基に２つの導光板を創成したものである。
【００３９】図２２において斜面ｂ２−ｏ２の延長線と交わる点をｅ２（第１の発明の例では反入光端ｃ２−ｄ２上に交点はあったがこの例では出光面ａ１−ｄ１上で交わる、図２参照）、斜面ｃ２−ｏ２の延長線上で入光端ａ２−ｂ２と交わる点をｆ２とし、これより図２３に示す導光板ａ２、ｂ２、ｅ２，図２４に示す導光板ａ２、ｆ２、ｃ２、ｄ２が作成される。図２１に示す導光板で変曲点ｏ２より左側に対応する導光部が図２３に示す斜線部Ｄ２１、図２１に示す導光板で変曲点ｏ２より右側に対応する導光部が図２４に示す斜線部Ｄ２２となる。これらおのおの導光板に光拡散パターンを設計するが、一連の設計法は第１の発明の例で説明した図９〜図１７と全く同様に行う。但しこの場合、図７、図８で示す反射面４の角度θ１、θ２の角度差が大きく、図２３の導光板の輝度レベルが図２４の輝度レベルより高くなるため、図２３の左側部Ｄ２１の輝度レベルを、図２４のレベルに下げるよう光拡散率を設計する。
【００４０】図２５に３つの反射平面からなる導光板の断面図を示す。図４に示したように個々の導光板はその延長線上で形成した導光板を設定したが、同様にＤ２１，Ｄ２２，Ｄ２３導光板部の延長したそれぞれの導光板の輝度均斉化した拡該パターン率特性を求め、該当する部位の拡散パターン率を設定したのが図２６のＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３の各拡散パターン率曲線である。
【００４１】これら特性曲線を一連の連続した拡散パターン率曲線として接続するために、図２７に示すように導光板部Ｄ２１に該当するパターン率曲線Ｌ１１を基線としてＬ１２に接続し、Ｌ１２を基線としてＬ１３に接続する。上記方法により２平面のみならず、３平面以上の反射面４で構成される導光板の輝度均斉化に必要な反射面輝度拡散パターン率の設計が可能になる。
【００４２】
【発明の効果】本発明の導光板は、反射面を内側へ屈折するようにして複数の反射面で形成することにより、より効果的な軽量化を実現するとともに、これら導光板に、本発明により形成した一連の連続したパターン率曲線からなる光反射パターンを適用することにより輝度均斉度の安定向上が図られる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５０４９
【氏名又は名称】シャープ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年４月１７日（２０００．４．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７８２８２
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 秀策
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３０７５２７（Ｐ２００１−３０７５２７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１１月２日（２００１．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１１５７４３（Ｐ２０００−１１５７４３） |
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