JP2010140906A - 導光板及びバックライトモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、導光板及び該導光板を利用したバックライトモジュールに関する。
【解決手段】本発明の導光板は、光拡散面と、前記光拡散面と対向する出射面と、前記光拡散面と前記出射面とを接続する側面と、を含む。前記光拡散面が一つの中心を有し、前記光拡散面に複数の散乱ドットが設置され、前記複数の散乱ドットが、前記光拡散面の中心を円心とする複数の円環に配列され、単一の前記円環の半径が４ｍｍであり、又は４ｍｍより大きく設けられている。また、本発明は、それぞれ、前記導光板を利用したバックライトモジュールを提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、導光板及びバックライトモジュールに関し、特に直射型の導光板及びバックライトモジュールに関するものである。

近年、平面ディスプレイの発展が速く、パソコン、テレビ、移動通信用及び消費者用電子製品などの分野に広く使用されていると共に、電子製品は、平面ディスプレイ（例えば液晶ディスプレイ）に対する要求が不断に高まっている。バックライトモジュールは、前記平面ディスプレイの重要な素子であり、点光源（例えば、発光ダイオード）又は線光源（例えば、冷陰極管）からの光を一つの平面から出射させ、面光源とすることができるので、いろいろなバックライトモジュールを設計することの研究がなされている。

バックライトモジュールは、光源及び導光板を含み、該光源が前記導光板の入射面と対向する位置に設置される。光源が設置される位置によって、バックライトモジュールは、直射型とサイドライト型に分けられる。前記直射型のバックライトモジュールとは、光源を導光板の底部に設置して直接に照明するものである。前記サイドライト型のバックライトモジュールとは、光源を導光板の側面と対向する位置に設置して、光が該側面から導光板に入射してから、不断に前方向へ伝えると共に、完全反射の条件が壊されるので、該光が導光板の出射面から均一的に出射できる。

図１を参照すると、導光板１０を提供する。該導光板１０は、入射面１０２、反射面１０４、該反射面１０４と対向する出射面（図示せず）、該反射面１０４に配列された複数の散乱ドット１０６を含む。前記複数の散乱ドット１０６は、前記導光板１０の入射面１０２から離れる方向に沿って行で配列され、前記隣接する行との間の配列された散乱ドット１０６との距離は、だんだん小さくなり、各々行に配列された隣接する散乱ドット１０６との距離も、だんだん小さくなる。しかし、前記導光板１０の複数の散乱ドット１０６が前記入射面１０２から離れる方向に沿って、行で疎から密へ配列されるので、サイドライト型のバックライトモジュールだけに適用する。前記導光板１０を直射型のバックライトモジュールに応用される場合、該直射型のバックライトモジュールを、均一的に光を出射させることができない。

従来技術は、直射型のバックライトモジュールに応用された導光板を提供する。該導光板は、入射面、該入射面に対向する出射面、前記入射面又は／及び前記出射面に配列された複数の散乱ドットを含む。前記複数の散乱ドットは、前記導光板の入射面又は出射面の中心を中心として、放射状で任意的に配列される。

しかし、光源からの光が一般的に円柱形である光であり、導光板が正方形あるいは長方形であり、該導光板の複数の散乱ドットが該導光板の出射面の中心を中心として、放射状で任意的に配列されるので、該導光板から出射する光は、均一性が良くなく、前記直射型のバックライトモジュールは、均一的に光を出射することができない。

従って、本発明は、直射型のバックライトモジュールから出射する光の均一性を高めることができる導光板及び該導光板を利用した直射型のバックライトモジュールを提供することを課題とする。

導光板は、光拡散面と、前記光拡散面と対向する出射面と、前記光拡散面と前記出射面とを接続する側面と、を含む。前記光拡散面が一つの中心を有し、前記光拡散面に複数の散乱ドットが設置され、前記複数の散乱ドットが、前記光拡散面の中心を円心とする複数の円環上に配列され、単一の前記円環の半径が４ｍｍであり、又は４ｍｍより大きく設けられている。

各々の前記円環に配列された散乱ドットの数量ｅは、次の数式により計算する
［数１］
ｅ＝｜４〔ａ１×（ｒ−ａ２）×（ｒ−ａ３）〕｜ （１）
ｒは単一の円環の半径であり、ａ１、ａ２及びａ３は常数であり、且つ常数ａ１、ａ２及びａ３は
［数２］
０．０５≦ａ１≦０．１ （２）
ａ２≧６ （３）
ａ３≦１２ （４）
を満足する。

前記導光板は反射部を含み、該反射部が、前記導光板の出射面の、前記光拡散面の中心と対向する位置に設置され、該反射部が、該導光板の内部に円錐状、半円状又は円錐状に近似する類円錐状に凹んで形成される。

前記導光板の内部に凹んだ円錐状、半円状又は円錐状に近似する類円錐状の底面の直径は８．５ｍｍ〜９．２ｍｍである。

バックライトモジュールは、少なくとも一つの光源及び導光板を含む。前記導光板が、光拡散面と、前記光拡散面と対向する出射面と、前記光拡散面と前記出射面とを接続する側面と、を含む。前記光拡散面が、一つの中心を有する。前記少なくとも一つの光源が、前記光拡散面の中心と対向する位置に設置される。前記光拡散面に、複数の散乱ドットが設置され、前記複数の散乱ドットが、前記光拡散面の中心を円心とする複数の円環上に配列され、単一の前記円環の半径が４ｍｍであり、又は４ｍｍより大きく設けられている。

従来の導光板及びバックライトモジュールと比べると、本発明の導光板及びバックライトモジュールにおいて、導光板の光拡散面は複数の散乱ドットが設置され、該複数の散乱ドットが前記光拡散面又は出射面の中心を中心とする円環上に配列される。且つ、本発明の計算方法を利用して、各々の円環に配列された散乱ドットの数量ｅを精確に計算することができるので、前記導光板に設けられた円環は、前記導光板の輝度を有効的に高めることができる。従って、前記導光板の出射面は、輝度が均一になり、前記バックライトモジュールの輝度も均一になる。

従来技術の導光板の反射面を示す図である。 本発明の実施例１に係るバックライトモジュールの構造を示す図である。 図１における導光板の光拡散面の散乱ドットが配列された図である。 図１における光源の構造を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
図２を参照すると、本発明の実施例１は、バックライトモジュール２０を提供する。前記バックライトモジュール２０は、光源２００、導光板２０２、反射板２０４、プリズムシート２０６、偏光シート２０８及び散射板２１０を含む。

前記導光板２０２は、光拡散面２１２と、該光拡散面２１２と対向する出射面２１４と、前記光拡散面２１２と前記出射面２１４とを接続する側面２１６と、を含む。前記光拡散面２１２は、光拡散面中心２１８を有する。前記出射面２１４は、反射部２２２を含む。

前記光源２００は、前記光拡散面中心２１８と対向するように、前記導光板２０２の前記光拡散面２１２と所定の距離で離れて設置される。前記反射板２０４は、前記光源２００と前記導光板２０２の光拡散面２１２との間に設置される。前記プリズムシート２０６、偏光シート２０８及び散射板２１０は、それぞれ順番に前記導光板２０２の出射面２１４の近くで、前記導光板２０２と対向して設置される。

図２と図４を参照すると、前記光源２００は、発光装置２２８及び集光装置２３０を含む。前記発光装置２２８は、例えば、蛍光ランプ又は発光ダイオードのような点光源である。本実施例において、前記発光装置２２８は、単色の発光ダイオードである。前記集光装置２３０は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）材料からなる。さらに、前記集光装置２３０は、光出射面２３０１と、前記光出射面２３０１に接続された反射面２３０２と、を含む。前記反射面２３０２は非球面の曲面である。前記反射面２３０２の、前記光出射面２３０１に対向する位置に、該集光装置２３０の内部に凹む収容部２３０３が形成されている。前記発光装置２２８は、前記収容部２３０３の中に収容されている。前記収容部２３０３の前記発光装置２２８に対向する表面は、屈折面２３０４であり、前記屈折面２３０４は前記発光装置２２８へ突出する非球面の曲面である。前記発光装置２２８からの光は、前記屈折面２３０４で屈折されて前記集光装置２３０に入る。前記集光装置２３０に入った光の一部は、前記反射面２３０２で反射されて円柱形の光束２３２に形成されるので、前記光束２３２は垂直的に前記光拡散面２１２を通じて導光板２０２に入射する。前記光源２００からの円柱形の光束２３２に対して、その断面の直径が６ミリメートル〜８ミリメートルであることが好ましい。

前記導光板２０２は、円形、正方形、長方形又は多角形の透明基板である。該透明基板の材料は、プラスチック、ポリメタクリル酸メチル又はガラスである。前記導光板２０２の厚さは制限されず、実際の応用に応じて選択することができる。本実施例において、前記導光板２０２は、辺長が４０ミリメートルであるポリメタクリル酸メチルの正方形の基板であり、且つその厚さが３ミリメートルである。

前記反射部２２２は、前記導光板２０２の出射面２１４の、前記光拡散面中心２１８と対向する位置に設置されている。前記反射部２２２は、該導光板２０２の内部に凹む構造、例えば、前記出射面２１４に形成された穴である。前記穴は、前記出射面２１４から前記導光板２０２内部に円錐状、半円状又は円錐状に近似する類円錐状に窪んだ反射面２２４を形成していることが好ましい。前記導光板２０２内部に窪んだ円錐状、半円状又は円錐状に近似する類円錐状は、底面直径が８.５ミリメートル〜９.２ミリメートルであり、高さが１．４ミリメートル〜１.６ミリメートルであることが好ましい。前記穴は、前記導光板２０２内部に円錐状に窪んだ反射面２２４を形成していることがより好ましい。且つ、前記導光板２０２内部に窪んだ円錐状は、底面直径が８.８ミリメートルであり、高さが１.６ミリメートルであることがより好ましい。前記反射面２２４に、反射材料（図示せず）を塗布し、又はエッチングの方法で複数の微細構造体（図示せず）を形成することもできる。前記反射材料又は複数の微細構造体により、前記反射面２２４の全体又は一部を被覆することができる。前記導光板２０２の出射面２１４に反射部２２２が設置されるので、前記光源２００からの光束２３２は、前記反射部２２２の反射面２２４に入射すると、該反射部２２２の反射面２２４で反射されて、該導光板２０２の内部に入射される。該導光板２０２の内部に入射された光は、該導光板２０２の中で反射され、又は／及び散乱されてから、該導光板２０２の出射面２１４から射出される。従って、前記導光板２０２の出射面２１４の、前記光源２００と対向する領域に分布された光が減少され、前記導光板２０２の出射面２１４の、前記光源２００と対向する領域の以外の領域に分布された光は、増加される。従って、前記導光板２０２から射出した光が均一になるので、前記バックライトモジュール２０の輝度が均一になる。勿論、反射部２２２を設置しないことができる。

図２及び図３を参照すると、前記導光板２０２の光拡散面２１２には、複数の散乱ドット２２０が設置される。前記散乱ドット２２０は、凸構造又は凹構造であり、その形状は、錐体、直方体、立方体、楕球体、円球体及び半球体のいずれか一種又は幾種である。本実施例において、前記散乱ドット２２０は、半球体の凹構造である。

該複数の散乱ドット２２０は、前記光拡散面中心２１８を中心とする複数の円環に配列されている。且つ、同じ円環における前記散乱ドット２２０は、均一的に配列されている。前記複数の円環は、前記光拡散面中心２１８を中心として設置される。且つ、隣接する二つの円環の間の距離が、同じであり、又は前記光拡散面中心２１８から離れる方向に沿って、小さくなる。通常は前記光拡散面中心２１８から離れる方向に沿って、前記光束２３２の強度が弱くなるけれども、前記複数の散乱ドット２２０により、前記導光板２０２の縁から射出される光の輝度を高めることができ、該導光板２０２から射出する光を均一にさせることができる。前記隣接する二つの円環の間の間隔は、０．７ミリメートル〜１．５ミリメートルであることが好ましい。

前記複数の円環において、各々の円環に配列された散乱ドット２２０の数量ｅと該円環の半径ｒとは、次の公式を満足することができる。

［数３］
ｅ＝｜４〔ａ１×（ｒ−ａ２）×（ｒ−ａ３）〕｜ （１）

上記［数３］において、大括弧〔〕は概数を表示し、符号｜｜は絶対値を表示する。ｅは各々の円環に配列された散乱ドット２２０の数量である。ｒは各々の円環の半径であり、且つｒ≧４ｍｍである。前記ａ１、ａ２及びａ３が常数であり、且つ前記常数ａ１、ａ２及びａ３は
［数４］
０．０５≦ａ１≦０．１ （２）
ａ２≧６ （３）
ａ３≦１２ （４）
を満足する。前記光源２００からの光束２３２は、相互に複数の平行な光からなり、円柱形に形成されている。前記円柱形の光束２３２の直径は、６ミリメートル〜８ミリメートルである。前記円柱形の光束２３２は、垂直的に光拡散面２１２を通じて導光板２０２に入射するので、前記導光板光拡散面２１２に、前記中心２１８を円心とした半径ｒが４ｍｍより小さい領域には散乱ドットを設置されなくてもよい。

前記常数ａ１、ａ２及びａ３は
［数５］
ａ１＝０．１ （５）
ａ２＝６ （６）
ａ３＝８ （７）
と設定された場合、半径ｒが異なる円環に配列された散乱ドット２２０の数量ｅは、それぞれ表１に示されている。

前記表１に示されるように、前記中心２１８を円心として、半径が１０ｍｍ以下の領域に、散乱ドットが配列されていない。前記光源２００からの光束２３２は、前記反射部２２２の反射面２２４に反射されて、該導光板光拡散面２１２の、前記反射部２２２が投影された領域以外の領域に入射される。該導光板光拡散面２１２の、前記反射部２２２が投影された領域の半径は、１０ｍｍ以下であるので、この領域に散乱ドットを設置する必要がない。前記導光板光拡散面２１２において、１１ｍｍ≦ｒ≦２０ｍｍの領域に、散乱ドット２２０を円環形で配列させる。隣接する二つの円環の間の間隔は、０．５〜２ミリメートルであることが好ましい。隣接する二つの円環の間の間隔は、１ミリメートルであることがより好ましい。各々の円環に配列された散乱ドット２２０の数量ｅは、表１に示されている。前記導光板光拡散面２１２において、半径が２１ミリメートル以上である領域は、前記導光板２０２の形状に制限されるため、前記散乱ドット２２０は前記中心２１８を円心として、同じ円心を持った複数の平行する円弧形に形成され、前記光拡散面２１２の４つの隅に設置されている。隣接する二つの円弧形の間の間隔は、０．５〜２ミリメートルであることが好ましい。隣接する二つの円弧形の間の間隔は、１ミリメートルであることがより好ましい。半径ｒが異なる各々の円弧形に配列された散乱ドット２２０の数量ｅは、各々の円弧形と対応した円環との長さの比率によって計算される。各々の円環に配列された散乱ドット２２０の数量ｅは、表１に示されている。前記中心２１８を離れる方向に沿って、前記各々の円環に配列された散乱ドット２２０の密度は増加してくる。

前記常数ａ１、ａ２及びａ３は
［数６］
ａ１＝０．１ （８）
ａ２＝６ （９）
ａ３＝１２ （１０）
と設定された場合、半径ｒが異なる円環に配列された散乱ドット２２０の数量ｅは、それぞれ表２に示されている。

前記常数ａ１、ａ２及びａ３は
［数７］
ａ１＝０．０８ （１１）
ａ２＝１０ （１２）
ａ３＝１０ （１３）
と設定された場合、半径ｒが異なる円環に配列された散乱ドット２２０の数量ｅは、それぞれ表３に示されている。

前記常数ａ１、ａ２及びａ３は
［数８］
ａ１＝０．０５ （１４）
ａ２＝６ （１５）
ａ３＝１２ （１６）
と設定された場合、半径ｒが異なる円環に配列された散乱ドット２２０の数量ｅは、それぞれ表４に示されている。

前記散乱ドット２２０からなるパターンにより、前記導光板出射面２１４に反射された光及び前記反射面２２４に反射された光を反射し、散乱して、前記出射面２１４に射入させる。前記導光板２０２の出射面２１４の、前記光源２００と対向する領域の以外の領域に分布された光は、増加される。これによって、前記導光板２０２より射出した光が均一になるので、前記バックライトモジュール２０の輝度が均一になる。

さらに、光の利用率を高めるために、前記導光板２０２の光拡散面２１２に、反射膜（図示せず）を設置できる。前記反射膜は、金属からなる。前記反射膜は、例えば、アルミニウムめっき又は銀めっきにより形成されるものである。前記散乱ドット２２０に、反射膜を設置することにより、その反射率を高めることができる。さらに、前記導光板２０２の出射面２１４に、輝度を増加する又は散乱反射するための光学膜を設置することができる。

勿論、本実施例の導光板２０２は、前記バックライトモジュール２０に応用されたことに制限されず、実際の応用に応じて、他の構造を有するバックライトモジュールに応用されてもよい。

前記反射板２０４は、前記光源２００と前記導光板２０２の光拡散面２１２との間に設置される。前記バックライトモジュール２０の厚さを減少するために、該反射板２０４の厚さをできるだけ小さくするこのが好ましい。前記光源２００からの光の全部を前記導光板２０２の内部に入射させるために、前記反射板２０４の前記光源２００と対向する領域は、中空又は透明のように設けられることができる。前記反射板２０４の、前記導光板２０２の光拡散面２１２と対向する表面に、反射膜２２６を設置することが好ましい。該反射膜２２６により、前記導光板２０２の光拡散面２１２からの光を該導光板２０２の内部に入射させることができるので、前記バックライトモジュール２０の輝度を高くすることができる。勿論、前記バックライトモジュール２０において、前記反射板２０４を設置しないこともできる。

前記導光板２０２からの光を均一的に拡散させるために、前記導光板２０２の出射面２１４に近い側から、順番にプリズムシート２０６、偏光シート２０８及び散射板２１０を設置することができる。前記散乱板２１０は、該導光板２０２の出射面２１４と所定の距離だけ離隔して、前記出射面２１４の一側に設置されている。前記散乱板２１０により、該出射面２１４からの光を均一に拡散させることができる。前記偏光シート２０８は、前記散乱板２１０の前記出射面２１４に近い側の表面に設置され、光の伝送の方向を制御するために用いられる。前記プリズムシート２０６は、前記偏光シート２０８の前記導光板の出射面２１４に近い側の表面に設置される。該プリズムシート２０６は透過型の輝度補償シート又は反射型の輝度補償シートであり、該導光板２０２からの光の輝度を調整するために用いられる。勿論、前記バックライトモジュール２０において、プリズムシート２０６、偏光シート２０８及び散射板２１０を設置しないこともできる。

前記光源２００からの光の一部は、前記反射部２２２に反射されてから、前記導光板２０２の光拡散面２１２に入射する。該導光板２０２の光拡散面２１２に入射した光束２３２が該光拡散面２１２に投影される図形は、円形である。前記散乱ドット２２０が前記導光板２０２の光拡散面２１２に円環に配列される。且つ、各々の円環に配列された散乱ドット２２０の数量ｅは、公式ｅ＝｜４〔ａ１×（ｒ−ａ２）×（ｒ−ａ３）〕を利用して精確に計算することができる。且つ、前記公式を利用して計算された数量ｅの散乱ドット２２０が対応する円環に配列されて前記導光板２０２の輝度を有効的に高めることができる。従って、前記導光板２０２の出射面２１４は、輝度が均一になり、前記バックライトモジュール２０の輝度も均一になる。

２０ バックライトモジュール
２００ 光源
２０２ 導光板
２０４ 反射板
２０６ プリズムシート
２０８ 偏光シート
２１０ 散射板
２１２ 光拡散面
２１４ 出射面
２１６ 側面
２１８ 光拡散面中心
２２０ 散乱ドット
２２２ 反射部
２２４ 反射面
２２６ 反射膜
２２８ 発光装置
２３０ 集光装置
２３２ 光束
２３０１ 光出射面
２３０２ 反射面
２３０３ 収容部
２３０４ 屈折面

Claims (5)

1. 光拡散面と、
   前記光拡散面と対向する出射面と、
   前記光拡散面と前記出射面とを接続する側面と、
   を含む導光板において、
   前記光拡散面が一つの中心を有し、
   前記光拡散面に複数の散乱ドットが設置され、
   前記複数の散乱ドットが、前記光拡散面の中心を円心とする複数の円環上に配列され、
   単一の前記円環の半径が４ｍｍであり、又は４ｍｍより大きく設けられていることを特徴とする導光板。
2. 各々の前記円環に配列された散乱ドットの数量ｅは、次の数式により計算する
   ［数１］
   ｅ＝｜４〔ａ１×（ｒ−ａ２）×（ｒ−ａ３）〕｜ （１）
   ｒは単一の円環の半径であり、ａ１、ａ２及びａ３は常数であり、且つ前記常数ａ１、ａ２及びａ３は
   ［数２］
   ０．０５≦ａ１≦０．１ （２）
   ａ２≧６ （３）
   ａ３≦１２ （４）
   を満足することを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
3. 前記導光板は反射部を含み、
   該反射部が、前記導光板の出射面の、前記光拡散面の中心と対向する位置に設置され、
   該反射部が、該導光板の内部に円錐状、半円状又は円錐状に近似する類円錐状に凹んで形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の導光板。
4. 前記導光板の内部に凹んだ円錐状、半円状又は円錐状に近似する類円錐状の底面の直径は８．５ｍｍ〜９．２ｍｍであることを特徴とする、請求項３に記載の導光板。
5. 少なくとも一つの光源及び導光板を備えたバックライトモジュールにおいて、
   前記導光板は、請求項１〜４のいずれかの一項に記載の導光板であることを特徴とするバックライトモジュール。

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