JP5799233B2 - 導光板、金型、および金型の加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネルや照明用のエッジライト式バックライトに用いられる導光板、金型、および金型の製造方法に関する。

近年、液晶パネルや照明用の導光板を用いたエッジライト式バックライトの光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）を用いたものが採用されており、性能向上と省エネルギー化が進んでいる。従来技術のエッジライト式バックライトユニットを図１４に示す（特許文献１）。導光板１８は、光の入光面になる光入射面１９と、光反射面２０と、光出射面２１とから成る。この導光板１８の上には、拡散シート２４と、プリズムシート２３と、各シート２３、２４を押さえる枠２２とが順に配置される。また、導光板１８の下には導光板１８の光反射面２０からもれた光を反射する反射シート２５と、バックライトの光の光源となるＬＥＤ２７と、導光板１８およびＬＥＤ２７を保持するケース２６とが順に配置される。ここで、導光板１８は図１５に示ように、光入射面１９から入射された光を、導光板１８の一方の主面である光反射面２０と、光反射面２０に平行かつ対向する他方の主面である光出射面２１とにおいて全反射することにより導光し、上記光出射面２１から均一な光として出射することにより面発光を実現する。光反射面２０は、ｎ個のプリズム２０Ａｎから成るプリズムパターンで形成されており、光入射面１９から入射され導光板１８内に導光された光を効率よく光出射面２１方向へ導く。この導光板１８において、光の導光方向をＸ軸方向とし、光出射面２１に平行な方向であってＸ軸方向に対して直交する方向をＹ軸方向とし、光出射面２１から面発光して出射する方向をＺ軸方向とすることによりＸＹＺ座標系を定義する。このＸＹＺ座標系において、各プリズム２０Ａｎのピッチまたは各プリズム２０Ａｎの高さを変えることで、導光板１８が導光する光のＸ軸方向成分は、配光制御されている。また、シリンドリカル状の円弧の溝２１Ａｍをその軸方向がＸ軸方向に平行になるように形成することで、３つのＬＥＤからＸ軸方向に沿って現れるライン上の輝線を低減させている。ＬＥＤ等を光源として導光板の横から光を入れ、面発光させるエッジライト式のバックライトでは、面の輝度の均一性を高めるために、導光板の光源の並びに平行なライン上のプリズムパターンで輝度均一性を得るようにしている。

特許文献１の場合の輝度分布を図１６（ａ）と、図１６（ｂ）と図１６（ｃ）とで説明する。図１６（ａ）は、導光板１８の平面図であり、図１６（ｂ）は、導光板１８のＸ軸方向の輝度分布である。図１６（ｃ）は、Ｙ軸方向の輝度分布である。Ｙ軸方向は中央の輝度が高く、光を制御できている。Ｘ軸方向は一定の輝度分布であることから、輝度分布を制御できていない。

一方、従来の特許文献２に述べられるように大型の液晶テレビに用いられるディスプレイの冷陰極管を用いた直下式バックライトの導光板を図１７Ａに示す。図１７Ｂはまた、図１７Ａの断面図である。図１７Ａおよび図１７Ｂに示すようにバックライト２８は直管の冷陰極管３０と曲がった冷陰極管３０ａとケース２９と拡散板３１から成っている。冷陰極管３０ａを曲げている理由は、以下の理由である。このような直下式バックライトの導光板では、液晶テレビなどの高画質化のために高輝度および高解像度が望まれており、また、低消費電力化が望まれている。これらの中でも輝度は、画像の見た目を印象づけるもっとも重要な項目である。また、液晶カラーテレビでは、他の部分より液晶画面の中央部の輝度が明るい輝度傾斜を有するいわゆる中央部輝度重視型に対応した背面照明を行うことによって、全体として見やすくしている。

このようにすると輝度分布を目立ちにくくできるのは以下の理由があると考えられている。人間の瞳は円であり、一度に画面を知覚できる領域は円形に近いため、画面内の輝度傾斜分布形状が円の場合には人間が一度に知覚できる領域と輝度傾斜の分布形状とがほぼ相似形になる。このため、観察者に一種の錯覚を起こさせることにより、輝度傾斜に関する観察者の心理的影響を小さくすることができる。

したがって、輝度傾斜は、観察者に知覚されにくくするために表示画像の輝度を略単調に減少させることが好ましく、さらに輝度傾斜に対称性があるほうがより目立ちにくい。このため、画面中央から水平、もしくは垂直方向に単調に輝度を減少させることは有効である。また、同様の理由で、輝度傾斜は表示画像の水平軸もしくは垂直軸に対して略対称となる輝度傾斜としている。このように、輝度傾斜を同心円状に分布させることにより、輝度傾斜を極めて目立ちにくくしている。なお、「同心円状の輝度分布」とは、輝度の略等しい部分を結んだ線が画面中心を略中心とする略円形となっているような分布のことである。

以上のような観点から特許文献２の技術では、冷陰極管３０ａを曲げることによって画面の平面的に中央の冷陰極管の密度が高くなるようにして、輝度を高くしつつ、画面の平面的に中央の輝度が高い山型の輝度分布特性を得るようにしている。

特開２００５−１３５８４３号公報 特開２００７−２１４０７１号公報

しかしながら、ＬＥＤを用いたエッジライト式の特許文献１の導光板では、図１６（ｂ）に示すように、導光方向（Ｘ軸方向）の輝度分布の制御しかできず、図１６（ｃ）に示すような導光方向に対する直交方向（Ｙ軸方向）である光源の並びと平行方向の輝度分布の制御ができない。特許文献１のようなシリンダ型の輝度分布プリズム式導光板において、ライン上のプリズム２０Ａｎを複数形成することでは、当該プリズム２０Ａｎが出射方向（Ｚ軸方向）へ効率よく光を反射させるという利点があり、また各プリズム２０Ａｎのピッチまたは各プリズム２０Ａｎの高さを変えることで、導光板１８が導光する光のＸ軸方向成分の配光制御を行いやすい。しかし、特許文献１の技術では、Ｙ軸方向成分の配光制御を行いにくいという問題がある。また、光出射面２１に設けられるシリンドリカル状の円弧の溝２１Ａｍでは、輝度を制御する効果は低く、輝度ムラの光拡散効果による低減効果しかなく、Ｙ軸方向における配光制御は難しい。このため、特許文献１の導光板では、人間の視覚的に、画面中心を高いと見やすく、かつ輝度ムラに見えないことをいかした輝度分布は実現できず、そのため、均一化するため、全体の輝度を必要以上に上げる必要があるという問題があった。

また、冷陰極管を用いた特許文献２の技術では、光源として冷陰極管３０を採用した場合でしか実現できない。仮にＬＥＤのような点光源を冷陰極管の伸びている状態と同一の位置に並べても、輝度のムラとなって現れるという問題がある。また、このような輝度のムラを解消するために、透過率の低い拡散板を用いると、輝度を低下させてしまうという問題が新たに発生する。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、輝度ムラを生じさせず、かつ、少ない光源において高画質化を実現できる導光板を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一形態に係る導光板は、第一面と前記第一面に対向する第二面とを有し、前記第二面と平行な第一方向に沿って光を入光して、前記第一面に直交する第三方向の前記第一面側へ向けて光を出射する導光板であって、光を受け入れる入光部と、前記入光部において入光した光を前記第一方向に沿って導く光導通路と、前記光導通路によって前記第一方向に沿って導かれた光を前記第三方向の前記第一面側へ向けて反射することにより出射する出射部とを備え、前記出射部は、前記第二面において前記第一方向に交差する第二方向に沿って延び、かつ、断面がＶ字形状の第一Ｖ字形溝であり、前記第一Ｖ字形溝は、前記第一方向の中央に複数本設けられ、その深さが前記第一Ｖ字形溝の前記第二方向における中央が最も深く形成され、前記導光板は、さらに、前記第二面において前記第一Ｖ字形溝の前記第一方向の両外側に設けられ、断面が前記第三方向にわたって一定の第二Ｖ字形溝を備える。

これによれば、第一Ｖ字形溝は、第一方向に複数が設けられ、その深さが第一Ｖ字形溝の第二方向における中央が最も深く形成される。つまり、第一Ｖ字形溝によって形成される面の面積は、第二方向の中央が第二方向の端部よりも大きくなる。このため、入光部から入光した光は、第一Ｖ字形溝の第二方向の中央側において第二方向の両端側よりも多くの光が第三方向により反射される。このように溝深さの最適化を行うことにより、中央の輝度を高くし、かつ、その周りを中央から遠ざかるに従って輝度が低下するような輝度分布とすることができる。このため、全面の輝度を上げる必要がなく、少ない光源において高画質化を実現でき、かつ、効率の良い省エネルギーのバックライトを実現できる。
また、これによれば、導光板の輝度分布は、第二方向における中央の輝度が高くなるだけでなく、第一方向における中央の輝度も高くなる。このため、輝度が同一の領域が同心円状となり、かつ、中央から遠ざかるに従って輝度が低下するような輝度分布とすることができる。

また、好ましくは、前記光を反射する前記Ｖ字形溝の反射面の角度は、前記第一方向に対して４５°〜６０°である。

これによれば、入光部から入光した光を第三方向へ効率よく反射させることができる。

また、好ましくは、前記複数の第一Ｖ字形溝は、前記第一方向の中央側に配置される第一Ｖ字形溝の深さが、前記第一方向の外側に配置される第一Ｖ字形溝よりも深くなるように形成される。

これによれば、導光板の輝度分布は、第二方向における中央の輝度が高くなるだけでなく、第一方向における中央の輝度も高くなる。このため、輝度が同一の領域が同心円状となり、かつ、中央から遠ざかるに従って輝度が低下するような輝度分布とすることができる。

また、好ましくは、前記第一Ｖ字形溝は、中央の深さをｈとすると、端の深さｈ２が（ｈ−ｈ／６）以下となる深さを連続的に変化させる関数で表される。

これによれば、第一Ｖ字形溝の第二方向における深さの変化量を最大深さに対して６分の１としている。このため、第二方向外側の輝度を徐々に減少させることができる。

また、好ましくは、前記光の光源は、前記第二方向に沿って配列された複数の点光源である。

これによれば、点光源による光源であっても、中央の輝度を高くし、かつ、その周りを中央から遠ざかるに従って輝度が低下するような輝度分布とすることができる。

また、好ましくは、前記光は、前記導光板の対向する両側面から入射される。

これによれば、導光板に対して第一方向の両側から複数の点光源を配置しているため、第一方向における輝度分布を左右対称とすることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の一形態にかかる金型は、請求項１から７のいずれか１項に記載の導光板のＶ字形溝を形成するための金型であって、前記導光板の第二面に対応する第二面形成面と、前記導光板の前記第一Ｖ字形溝に対応し、第二方向に延びる第一Ｖ字形凸と、を備え、前記第一Ｖ字形凸が形成される２つの面と前記第二面形成面とが交わることにより形成される２つの境界線は、前記第一Ｖ字形凸の前記第二方向中央から端部にいくに従って近づくように、前記第二方向に対して所定角度だけ互いに傾斜している。

これによれば、第一方向に複数が設けられ、その深さが第一Ｖ字形溝の第二方向における中央からその両端に向かって浅く形成される第一Ｖ字形溝に対応する金型を作成することができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の一形態にかかる金型の加工方法は、請求項８に記載の金型の加工方法であって、メッキ可能な金属マスタープレートに、溝深さが前記第二方向に対して変化するＶ溝を加工する工程と、前記金属マスタープレートに厚膜メッキを施す工程と、前記厚膜メッキを施された前記金属マスタープレートから前記厚膜メッキを剥がす工程と、剥がされた前記厚膜メッキを所定の金型プレートに取り付ける工程とを含む。

これによれば、厚膜メッキを行うことにより金型の第一Ｖ字凸を成形しているため、精度良く金型を成形することができる。

本発明の導光板によれば、全面の輝度を上げる必要がなく、少ない光源において高画質化を実現でき、かつ、効率の良い省エネルギーのバックライトを実現できる。

本発明での実施の形態１における導光板の斜視図である。 （ａ）は、本発明での実施の形態１における導光板の平面図である。（ｂ）は、本発明での実施の形態１におけるプリズム溝断面である。 本発明での実施の形態１におけるプリズム溝断面の拡大図である。 （ａ）は、本発明での実施の形態１における導光板の出射面側から見た平面図である。（ｂ）は、本発明での実施の形態１におけるＸ軸方向の輝度分布図である。（ｃ）は、本発明での実施の形態１におけるＹ軸方向の輝度分布図である。 本発明での実施の形態２における導光板の斜視図である。 （ａ）は、本発明での実施の形態２における導光板の平面図である。（ｂ）は、本発明での実施の形態２におけるプリズム溝断面である。 本発明での実施の形態２におけるプリズム溝断面の拡大図である。 （ａ）は、本発明での実施の形態２における導光板の出射面側から見た平面図である。（ｂ）は、本発明での実施の形態２におけるＸ軸方向の輝度分布図である。（ｃ）は、本発明での実施の形態２におけるＹ軸方向の輝度分布図である。 本発明の実施の形態３における金型入れ子の斜視図である。 本発明の実施の形態３におけるプリズム凸の斜視図である。 本発明の実施の形態３における１本のプリズム凸平面図である。 本発明の実施の形態３におけるプリズム凸部分斜視図である。 本発明の実施の形態３におけるプリズム凸の１／４象限の平面図である。 本発明の実施の形態３におけるプリズム凸のθ方向からみた断面図である。 本発明の実施の形態３におけるプリズム凸のＹ軸方向からみた断面図である。 本発明の実施の形態３における導光板の有効発光エリアとプリズム凸の寸法との関係を示す図である。 本発明の実施の形態４におけるプリズム溝を形成する金属プレートの斜視図である。 本発明の実施の形態４における金属プレートのプリズム溝断面である。 （ａ）は、本発明の実施の形態４における電解ニッケルメッキの状態図である。（ｂ）は、本発明の実施の形態４における電解ニッケルメッキの剥離状態図である。 特許文献１に記載のバックライトユニットの分解斜視図である。 特許文献１に記載の導光板の斜視図である。 （ａ）は、特許文献１に記載の導光板の平面図である。（ｂ）は、特許文献１に記載の導光板におけるＸ軸方向の輝度分布図である。（ｃ）は、特許文献１に記載の導光板におけるＹ軸方向の輝度分布図である。 特許文献２に記載の冷陰極管を用いた直下式バックライトの平面模式図である。 特許文献２に記載の冷陰極管を用いた直下式バックライトの断面図である。

以下本発明を実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における導光板について、図１〜図４を用いて説明する。導光板１は、液晶ディスプレイなどのエッジライト式バックライトに利用され、導光板１の端部に配置される光源からの光を内部に導いて反射し、面発光を実現させるための板である。導光板１は、液晶ディスプレイに表示される範囲の領域（つまり有効発光エリア）において面発光するように、導光板１の端部から照射される光を内部に導いて反射する。

図１は、本発明の一実施例の導光板１を示す図である。導光板１は、第一面Ａ１と、第一面Ａ１と対向する第二面Ａ２と、光源となるＬＥＤ２と、ＬＥＤ２の光を受け入れる入光部としての入光面６と、入光面６において入光した光を第一面Ａ１（または第二面Ａ２）に平行な第一方向（以下、「Ｘ軸方向」という）に沿って導く光導通路Ｌｐ１と、光導通路Ｌｐ１によって導かれた光を第一面Ａ１に直交する第三方向（以下、「Ｚ軸方向」という）の第一面Ａ１側へ向けて反射することにより光を出射する出射部としての第一プリズム溝３ａおよび第二プリズム溝３ｂとから成る。光導通路Ｌｐ１は、第一面Ａ１と第二面Ａ２との間に形成される。

第一プリズム溝３ａは、第二面Ａ２側に設けられ、Ｘ軸方向に交差する第二方向（以下、「Ｙ軸方向」という）に沿って延び、かつ、断面がＶ字形状の第一Ｖ字形溝である。第一プリズム溝３ａは、Ｘ軸方向に複数が並んでＹ軸方向の中央に設けられる。第一プリズム溝３ａの深さＤ１は、第一プリズム溝３ａのＹ軸方向における中央からその両端に向かって浅く形成される。つまり、第一プリズム溝３ａの深さＤ１は、Ｙ軸方向における中央が最も深く、Ｙ軸方向における両端が最も浅い。さらに、第一プリズム溝３ａの中央から両端にわたって、第一プリズム溝３ａの深さＤ１は単調減少している。

第二プリズム溝３ｂは、第二面Ａ２側であって、Ｘ軸方向の両外側に設けられ、断面がＹ軸方向にわたって一定の第二Ｖ字形溝である。つまり、第二プリズム溝３ｂは、その深さＤ２がＹ軸方向にわたって均一である。第二プリズム溝３ｂは、導光板１の中央側から離れた位置であって、Ｘ軸方向の両端に複数本（本実施形態では２本）ずつ形成される。

図２（ａ）は、導光板１の第二面Ａ２側の平面図であり、図２（ｂ）は、第一プリズム溝３ａおよび第二プリズム溝３ｂのＸ−Ｚ平面による断面図である。図２（ｂ）では、光を出射面としての第一面Ａ１側のＺ軸方向に反射させる立ち上がり角θ２と、第一プリズム溝３ａの深さＤ１（または第二プリズム溝３ｂの深さＤ２）を示している。なお、第一プリズム溝３ａおよび第二プリズム溝３ｂの構造がわかるように記載しており、第一プリズム溝３ａおよび第二プリズム溝３ｂは共にその深さおよび幅が異なるのみでそれ以外の断面形状は同一であるため、両方の構造を図２（ｂ）において説明している。

図３は、図２（ｂ）の拡大図であり、導光板１の光導通路Ｌｐ１を通過する経路の一例を示す図である。図３では、第二面Ａ２側のＺ軸方向に第一プリズム溝３ａおよび第二プリズム溝３ｂで反射される光の光路と、第二面Ａ２において反射した光が第一面Ａ１によって再び反射される光路とを示す。上記に示すように導光板１は、光導通路Ｌｐ１に導かれた光を第一プリズム溝３ａおよび第二プリズム溝３ｂによって反射して、出射方向であるＺ軸方向の第一面Ａ１側に光を出射する。導光板１はまた、第一面Ａ１および第二面Ａ２に対して全反射角以上の角度で進行してくる光（光線Ｂ２）を第一面Ａ１および第二面Ａ２において全反射することにより、導光板１のＹ軸方向の奥側（つまり入光面６とは反対側）へ光を導く。

導光板１は、四角形の透明なアクリル樹脂板から成り、出射方向（Ｚ軸方向）に対面する第一面Ａ１が光学平面に仕上げられている。導光板１はまた、その第一面Ａ１と垂直な４平面が光学平面に仕上げられ、４平面のうちの１つの面（つまり入光面６）から０．５ｍｍ離した位置に、１４０個のＬＥＤ２を一定ピッチで並べる。なお、図１、２、４では、説明の便宜上ＬＥＤ２の数は７個となっているが、実際には１４０個が配置される。また、第二面Ａ２についても、第一面Ａ１と同様に光学平面に仕上げられる。

入光面６から導光板１に入光した光は、液晶パネルの画像を表示する有効発光エリアにおいて、第一プリズム溝３ａまたは第二プリズム溝３ｂにより反射されるまで、第一面Ａ１および第二面Ａ２のうちの少なくとも一方により全反射されることを繰り返して導光板１の入光面６とは反対側へ導光される。第一プリズム溝３ａおよび第二プリズム溝３ｂは、液晶パネルの有効発光エリアの範囲内に形成され、第二面Ａ２の平面に対して、断面Ｖ字形の溝を形成する２つの反射面Ｒ１および反射面Ｒ２の立ち上がり角θ２が５２°となるように形成される。図３に示すように第二面Ａ２により反射された光線Ｂ１は、反射面Ｒ１により反射され、第一面Ａ１を透過し、ほぼＺ軸方向に沿って出射される。この反射面Ｒ１の反射面積が広い部分ほど、導光板１の当該部分から出射される輝度は高くなる。なお、第一プリズム溝３ａおよび第二プリズム溝３ｂが形成される反射面Ｒ１および反射面Ｒ２のうち、反射面Ｒ１は光源側であり、反射面Ｒ２は光源とは反対側に形成される。

複数の第一プリズム溝３ａは、Ｘ軸方向の中心に配置される第一プリズム溝３ａの中央深さが最も深く、Ｘ軸方向の中心から遠ざかるに従って深さが浅くなるようにそれぞれが形成される。つまり、複数の第一プリズム溝３ａは、Ｘ軸方向においても深さが異なり、中心付近の深さが最も深くなるように形成されている。好ましくは、第一プリズム溝３ａは、中央の深さをｈとすると、端の深さｈ２が（ｈ−ｈ／６）以下となる深さを連続的に変化させる関数で表される。

このように、第一プリズム溝３ａの深さＤ２が深いほど反射面Ｒ１、Ｒ２の面積は大きくなり、深さＤ２が浅いほど反射面Ｒ１、Ｒ２の面積は小さくなる。このため、中央に配置される第一プリズム溝３ａによって反射されて出射される光の輝度は高く、中央から遠ざかる位置の第一プリズム溝３ａによって反射されて出射される光の輝度は低い。したがって、複数の第一プリズム溝３ａは、導光板１の中央付近の輝度を高くでき、その周囲に遠ざかるに従って輝度が緩やかに低くなるように光を出射させることができる。

複数の第一プリズム溝３ａおよび複数の第二プリズム溝３ｂが形成されるＸ軸方向におけるピッチ（つまり、複数の第一プリズム溝３ａおよび複数の第二プリズム溝３ｂ間の距離）は、５００μｍで一定である。第一プリズム溝３ａでは、溝深さが４μｍから７０μｍに、各溝間で変化する。なお、溝深さは４μｍ以下であると、加工誤差が０．４μｍあるため、誤差の影響が１０％以上になり、輝度の分布誤差が大きくなる。また溝深さが７０μｍ以上の深さに深くなると、溝加工時間が長くかかり、製作コストと光学的な輝度設計分布とのバランスを考えると７０μｍ以下が適している。第一プリズム溝３ａのＹ軸方向における端部（またはＸ軸方向の端部の第二プリズム溝３ｂ）では、光を反射してＺ軸方向の第一面Ａ１側へ出射するための最低限の面積が必要なため、４μｍ以上の深さとなる。つまり、光をＺ軸方向へ出射するためには最低限として４μｍの深さを有する反射面が必要となる。

図４（ａ）は導光板１の第一面Ａ１側の平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の第一面Ａ１側から輝度計により輝度測定を行った場合に、Ｘ軸方向の輝度分布を示す図である。また、図４（ｃ）は、図４（ａ）の第一面Ａ１側から輝度計により輝度測定を行った場合に、Ｙ軸方向の輝度分布を示す図である。

この結果のように、導光板１にＬＥＤ２による光を入光させた場合のＸ軸方向における輝度分布は、図４（ｂ）に示すように中央が高い輝度分布となる。この理由は、Ｙ軸方向の同一位置における第一プリズム溝３ａの深さは、Ｘ軸方向の中央が最も深くなっており、端に向かうに連れて浅くなるためである。このような構造とすることにより、Ｘ軸方向の中央側においてＹ軸方向の単位範囲の反射面Ｒ１の面積を大きくでき、Ｘ軸方向の端部においてＹ軸方向の単位範囲の反射面Ｒ１の面積を小さくできる。このため、図４（ｂ）に示すような中央が高い輝度分布とすることができる。

また、同様に、導光板１にＬＥＤ２による光を入光させた場合のＹ軸方向における輝度分布は、図４（ｃ）のように中央が高い輝度分布となる。この理由は、同一の第一プリズム溝３ａにおける深さは、Ｙ軸方向の中央が最も深くなっており、第一プリズム溝３ａの端部に向かうに連れて浅くなるためである。このような構造とすることにより、同一の第一プリズム溝３ａにおいて、Ｙ軸方向の中央側の反射面Ｒ１の面積を大きくでき、Ｙ軸方向の端部側の反射面Ｒ１の面積を小さくできる。このため、図４（ｃ）に示すような中央が高い輝度分布とすることができる。

また、導光板１のＸ軸方向の端部には、Ｖ字形状の溝が一定の平行溝とした第二プリズム溝３ｂを形成することにより、導光板１の端においては、図４（ｂ）や図４（ｃ）のような上に凸の形状の輝度分布とせずに、輝度分布が均一になるようにする。第一プリズム溝３ａと第二プリズム溝３ｂとの溝深さの比率は、中央の輝度を持上げる範囲に応じて決定され、一定ではない。導光板１のＸ軸方向における長さの、両端より２０％ずつの範囲の領域付近）には第二プリズム溝３ｂが設けられ、輝度の制御量に応じて溝深さを設定でき、当該両端より２０％ずつの範囲の領域以外の領域には第一プリズム溝３ａが設けられ、導光板１の中央部の輝度が高くなるようにする。なお、両端から２０％が好ましいのは、中央輝度を持上げたい領域は導光板長さの中央の１０％の領域であるからである。したがって、加工の困難な溝の深さが変化する第一プリズム溝３ａの溝を端まで形成する必要はなく、なめらかに中央の高輝度領域につなぐ上で、端から２０％のところから第一プリズム溝３ａの溝とすることで急激な輝度変化をなくすようにしている。

なお、実施の形態１では、ＬＥＤ２を導光板１の片側に設けて、一方向からの光を制御するため、完全な対称輝度分布とはならない。しかし、上述のように、第一プリズム溝３ａおよび第二プリズム溝３ｂを設けることによって、溝深さの最適化を行うことにより、中央の輝度を高くし、かつ、その周り輝度分布を中央から遠ざかるに従って輝度分布が低下するような分布とすることができる。つまり、輝度が同一の領域が同心円状となり、かつ、中央から遠ざかるに従って輝度が低下するような輝度分布とすることができる。このことによって、画像品質を極力落とさずに、光源の光量を下げることができる。

なお、従来の図１５のように、出射面側に、反射面と直交する凸プリズムを形成し、入光側からの光のＸ軸方向の輝度ムラを低減させた場合においても、反射面側の中央輝度をあげるプリズム高さの効果は得られる。その際は出射面側のプリズムの屈折、反射状態を加味して最適化した反射面側のプリズム高さのプリズム高さの設計を行うことが好ましい。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における導光板７について、図５から図７を用いて説明する。実施の形態２の導光板７が、実施の形態１の導光板１と異なる点は、導光板７のＸ軸方向における両側に導光板７の光の光源となる複数のＬＥＤ８を設け、ＬＥＤ８の光をＸ軸方向の両側から入光させる入光面６ａとその面の対向する入光面６ｂとを有することのみである。したがって、共通部分については説明を省略する。

導光板７は、第一面Ａ１と垂直につらなる４平面が光学平面に仕上げられ、４平面のうちの１つの面（つまり入光面６ａ）から０．５ｍｍ離した位置に、７０個の発光ダイオードを一定ピッチで並べる。入光面６ａに対向するもう１つの入光面６ｂから０．５ｍｍ離した位置に、７０個の発光ダイオードを一定ピッチで並べる。なお、図５、６、８では、説明の便宜上ＬＥＤ８の数は片側に７個となっているが、実際には片側につき７０個が配置される。

入光面６ａ、６ｂから導光板７に入光した光（光線Ｂ３〜Ｂ６）は、図７に示すように、液晶パネルの画像を表示する有効発光エリアにおいて、第一プリズム溝３ａまたは第二プリズム溝３ｂにより反射されるまで、第一面Ａ１および第二面Ａ２のうちの少なくとも一方により全反射されることを繰り返して導光される。なお、図７において、光線Ｂ３、Ｂ４は、第一プリズム溝３ａまたは第二プリズム溝３ｂにより反射される光線を示し、光線Ｂ５、Ｂ６は、第一面Ａ１および第二面Ａ２のうちの少なくとも一方により全反射されることを繰り返して導光される光線を示す。第一プリズム溝３ａおよび第二プリズム溝３ｂは、液晶パネルの有効発光エリアの範囲内に形成され、第二面Ａ２の平面に対して、断面Ｖ字形の溝を形成する２つの反射面Ｒ１および反射面Ｒ２の立ち上がり角θ２が５２°となるように形成される。図７に示すように入光面６ａから入光し第二面Ａ２により反射された光線Ｂ３は、反射面Ｒ１により反射され、第一面Ａ１を透過し、ほぼＺ軸方向に沿って出射される。また、入光面６ａとは反対側の入光面６ｂから入光し第二面Ａ２により反射された光線Ｂ４は、反射面Ｒ１の反対側の反射面Ｒ２により反射され、第一面Ａ１を透過し、ほぼＺ軸方向に沿って出射される。この反射面Ｒ１および反射面Ｒ２の反射面積が広い部分ほど、導光板１の当該部分から出射される輝度は高くなる。

図８（ａ）は導光板７の第一面Ａ１側の平面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）の第一面Ａ１側から輝度計により輝度測定を行った場合に、Ｘ軸方向の輝度分布を示す図である。また、図８（ｃ）は、図８（ａ）の第一面Ａ１側から輝度計により輝度測定を行った場合に、Ｙ軸方向の輝度分布を示す図である。

この結果のように、導光板７にＬＥＤ８から光を入光させた場合のＸ軸方向における輝度分布は、図８（ｂ）に示すように中央が高い輝度分布となる。また、導光板７ではＸ軸方向の両側に光源であるＬＥＤ８を配置しているため、両方向からの光の配光特性を制御することになり左右対称な輝度分布となる。また、導光板１と同様に、導光板７にＬＥＤ８から光を入光させた場合のＹ軸方向における輝度分布は、図８（ｃ）のように中央が高い輝度分布となる。

この２方向の輝度分布からみてわかるように中央が楕円状に輝度が高くなる。このことによって、画像品質をおとすことなく、光源の光量を下げることを実現できる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における導光板を製作する金型について、図９Ａ、９Ｂ、図１０Ａ〜１０Ｆ、および図１１を用いて説明する。図９Ａは、本実施の形態３の導光板１を製作するための金型の入れ子を示す。金型入れ子１３は、導光板１、７の各プリズム溝３ａ、３ｂを成形するためのプリズム凸１２ａ、１２ｂが形成される。プリズム凸１２ａ、１２ｂが形成される面は、鏡面仕上げに成形されている。金型入れ子１３は、ステンレス合金の上に、加工層としてのニッケルとリンの合金メッキまたは銅メッキとが施されることにより形成される。そして、金型入れ子１３の厚み（プリズム凸１２ａ、１２ｂを含まず）は、プリズム凸１２ａ、１２ｂの最大高さより、５０μｍほど厚い。

これは、メッキ層の平面度が３０μｍであるため、光学平面加工する面の平面度を確保するため５０μｍの加工量で精密加工により平面度を１μｍ以下にすることが可能となる。この金型入れ子１３を、直接加工し、プリズム凸１２ａ、１２ｂを堀残して加工し形成する。

図９Ｂはプリズム凸１２ａを斜視した図である。図９Ｂに示すように、プリズム凸１２ａは、Ｙ軸方向に対して角度θの傾きを持つように形成される。

図１０Ａは、プリズム凸１２ａの上面視図である。プリズム凸１２ａは、角度θ傾いた方向（以下、「θ方向」という。）に、反射面Ｒ１、Ｒ２を形成するための反射形成面Ｒ１１、Ｒ１２が構成される（図９Ｂ参照）。つまり、導光板の第二面Ａ２を形成するための第二面形成面Ａ１２と、反射形成面Ｒ１１、Ｒ１２との境界線である直線Ｌ１、Ｌ４は、Ｙ軸方向に対して角度θ（所定角度）の傾きを有する。この直線Ｌ１、Ｌ４は、プリズム凸１２ａのＹ軸方向中央から端部にいくに従って近づくように、Ｙ軸方向に対して角度θだけ互いに傾斜している。

図１０Ｂは、プリズム凸１２ａの一部の斜視図である。プリズム凸１２ａは、Ｙ軸方向における所定の位置において高さｈを有する。

図１０Ｃは、プリズム凸１２ａの上面視図（つまり図１０Ａ）において、プリズム凸１２ａの中心点ＯをＸ軸方向およびＹ軸方向における０位置と規定した場合の第４象限部分の拡大概略図である。プリズム凸１２ａは、中心点Ｏから、中心点Ｏを通り、かつ、Ｙ軸方向に対して傾いている直線Ｌ１へ垂直な直線Ｌ２が直線Ｌ１と交わる点までの距離がｂとなる。このため、プリズム凸１２ａのＸ軸方向における幅の１／２（つまり、中心点Ｏと、直線Ｌ１と中心点Ｏを通りＸ軸方向に平行な直線Ｌ３との交点Ｐ１との距離）は、ｂ／ｃｏｓθで表される。

図１０Ｄは、θ方向に対して直角方向の直線Ｌ２とＺ軸方向とにおける断面図である。当該断面図において、反射形成面Ｒ１１となる斜辺とＸ軸方向とがなす角度を工具角αとし、プリズム凸１２ａの高さをｈとすると、既に図１０Ｃで規定したように当該断面図の直角三角形の底辺はｂであるため、これらの関係は式１で表される。

ｈ＝ｂ・ｔａｎα・・・・（式１）

図１０Ｅは、中心点Ｏを通りＸ軸方向に延びる直線Ｌ３とＺ軸方向とおける断面図である。当該断面図において、反射形成面Ｒ１１となる斜辺とＸ軸方向とがなす角度を反射角βとすると、既に図１０Ｃおよび図１０Ｄで規定したように、プリズム凸１２ａの高さはｈであり、当該断面図の直角三角形の底辺はｂ／ｃｏｓθであるため、これらの関係は式２で表される。

ｈ＝（ｂ／ｃｏｓθ）・ｔａｎβ・・・・（式２）

式１および式２より工具角αは式３で表される。

なお、図１０Ｃにおいて、中心点Ｏを通りＹ軸方向に平行な中心線ＣＬと直線Ｌ１との交点をＰ２としたときの中心点Ｏと交点Ｐ２との距離をｙ１とすると、上述の距離ｂは式４で表される。

ｂ＝ｙ１・ｓｉｎθ・・・・（式４）

プリズム凸１２ａの中心線ＣＬ状の端部をＰ３とし、中心点Ｏにおけるプリズム凸１２ａの高さ（つまりＺ軸方向の距離）をｈ１とすると、高さｈ１は式５で表される。

ｈ１＝ｂ・ｔａｎα・・・・（式５）

また、式４および式５よりｈ１は式６で表される。

ｈ１＝ｙ１・ｓｉｎθ・ｔａｎα・・・・（式６）

また、端部Ｐ３におけるプリズム凸１２ａの高さ（つまりＺ軸方向の距離）をｈ２とし、高さｈ１と高さｈ２との比率をγとするとこれらの関係は式７で表される。

ｈ１＝γ・ｈ２・・・・（式７）

ここで、高さｈ１および距離ｙ１と、高さｈ２および距離ｙ２とは同じ係数γを持つ比例関係にあり、距離ｙ１と距離ｙ２との関係も同様に係数γを用いて式８で表される。

ｙ１＝γ・ｙ２・・・・（式８）

そして、距離ｙ１および距離ｙ２と、導光板のＹ軸方向における発光範囲Ｌの１／２との関係は、式９で表される。

（ｙ１−ｙ２）＝Ｌ／２・・・・（式９）

図１１は、導光板１の全体を見たＸ−Ｙ平面における平面図である。図１１に示すように、その導光板に光を入光させるＬＥＤ２と、導光板１の有効発光エリアと、プリズムの反射面が傾く角θと、プリズム凸１２ａの中心ラインとθ傾いたラインが交わる点から導光板１中央までの距離ｙ１と、プリズム凸１２ａの中心ラインとθ傾いたラインが交わる点から導光板１の有効発光エリアまでの距離ｙ２と、を定義する。

このもとで、角度θを求めるためには、式３に示すθ角は初期０にかぎりなく近い値であることを想定すると、式３よりα＝βとなる。このため、工具角αは、光学設計で用いる反射角βと同一であると想定した上で、角度θを求める。

式９に基づいて、式８を挿入すると式１０を導出できる。

（γ・ｙ２−ｙ２）＝Ｌ／２・・・・（式１０）

式１０から、距離ｙ２を導きだすと、距離ｙ２は式１１で表される。

ｙ２＝（Ｌ／２）／（γ―１）・・・・（式１１）

また、式６、式７および式８により、式１２が導出される。

ｈ２＝ｙ２・ｓｉｎθ・ｔａｎα・・・・（式１２）

式１１および式１２より角度θを求めると、角度θは式１３で表される。

これらの式を用いて具体的な設計事例について説明する。図１０Ｂに示すプリズム凸１２ａを、ひとつのプリズム凸１２ａの中央における高さｈが高くなるように加工する。このように加工するため、発光面を成形する金型面を平面的に見ると、図１０Ａに示すように第二面形成面Ａ１２と、反射形成面Ｒ１１、Ｒ１２との境界線である直線Ｌ１、Ｌ２はＹ軸方向に対して角度θ傾いて加工される。そして、プリズム凸１２ａは、導光板中央となる直線Ｌ３で対称となるように角度傾け加工され、かつ、中心線ＣＬで対象となるように加工される。このようにプリズム凸１２ａを加工することにより、導光板１の端となる部分のプリズム凸１２ａの高さが、導光板の中央となる部分で一番高いものに加工できる。このプリズム形状の反射面の角度βは、５２°に近い角度で加工するようにするため、本実施の形態においては、工具角（バイト角度）αを５２°としている。反射角βと工具角αとの関係は、式３の関係であり、平面的に見た角度θによって定まる。この傾き角度θは、導光板１の端部Ｐ３のプリズム高さｈ２を１０μｍ、導光板１の中心点Ｏのプリズム高さｈ１を５０μｍで設計し、ひとつのプリズム凸１２ａにおける中央と端のプリズム高さの倍率γが５で、導光板１の発光面領域（つまり、有効発光エリア）をＹ軸方向における長さＬ＝８００、Ｘ軸方向における長さＷ＝４５０と規定し、角度θが０．１°よりも小さな値となるためα＝βとし、導光板サイズと、導光板１の端部Ｐ３のプリズム高さｈ２と、導光板１の中心点Ｏのプリズム高さｈ１と、工具角αとに基づいて、平面的に傾けるθの角度を式１３から求めることができる。

導光板１の有効発光エリアのＹ軸方向における長さＬを８００ｍｍ、導光板端のプリズム高さｈ２を０．０１ｍｍ、中央部のプリズム高さ倍率γを５、工具角αを５２°とした時、角度θは、式１３により０．００４５°であればよいことが求められる。この角度θを用いて、立ち上がり角θ２を５２°に形成できる先端角７６°のダイヤモンド工具にて、精密加工機にて加工することで、所望のプリズム凸形状を形成できる。角度θの適用範囲は、プリズム間のピッチが０．５ｍｍである場合に、１０°以下が好ましい。なお、上記の場合に角度θが１０°以上であると、プリズムが干渉するため、製作可能な導光板が小さくなる。

立ち上がり角θ２は４５〜６０°、高さｈは４μｍ以上かつ１００μｍ以下、工具角αは４５°〜６０°の範囲で設計することが、反射効率、加工時間の観点から好ましい。特に、立ち上がり角θ２と立ち上がり角θ２を加工する工具角αとは、導光板１におけるθ２が４５°未満の角度だと反射角が鈍角になり、導光板出射面からの出射方向に対して±５°範囲への光りの反射がほとんどない。また６０°を超えている場合に、プリズム溝３ａを透過する光が多くなり、導光板１の出射面からの出射方向に対して±５°範囲への光りの反射がほとんどなく、出射面に対する正面の輝度はあがらない。このため、立ち上がり角θ２は、４５°〜６０°の範囲内で設計する。

このようにして設計し、加工した金型入れ子１３を金型にセットし、射出成形にて、アクリル材料を成形し、実施の形態１または実施の形態２の導光板を製作する。このことにより、プリズム高さを高精度に加工することができ、この金型によって成形された導光板の輝度分布は、導光板の中央付近の輝度を高くすることが実現できる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４について、図１２Ａ、図１２Ｂ、および図１３を用いて説明する。

図１２Ａは、導光板１の第二面Ａ２のプリズム溝３ａ、３ｂを形成するための金属マスタープレート１４を示す図である。金属マスタープレート１４は、金型とは凹凸の逆になる溝を形成する。つまり、導光板１と同様の形状の金型として金属マスタープレート１４は、成形される。

図１２ｂは、プリズム溝１５ａ、１５ｂを加工方向に対して直角に断面した図である。つまり、図１２Ｂは、プリズム溝１５ａ、１５ｂのＸ−Ｚ平面における断面図である。プリズム溝１５ａ、１５ｂの深さをｈ３、反射面プリズム溝の反射面と立ち上がり角θ２、加工工具の頂角α２を示す図である。

図１３（ａ）は、金属マスタープレート１４に無電解ニッケルを、表面にメッキ（無電解ニッケル層１６）した図である。図１３（ｂ）は、金属マスタープレート１４から無電解ニッケル層１６を剥離した状態を示す図である。

金属マスタープレート１４のプリズム溝１５ａ、１５ｂを形成する表面層は、無電解ニッケルメッキまたは、銅メッキをほどこしている。当該メッキ面の表面１４ａは、導光板１に成形された際の光学平面の反射面となる面粗さになるよう面粗さ５０ｎｍ以下に、ダイヤモンドバイトにて加工される。このように加工された表面１４ａには、図１２Ｂに示す導光板１と同様に金属マスタープレート１４の立ち上がり角θ２が５２°のプリズム溝１５ａが、プリズム形成溝１５ａのひとつの溝において導光板中央となる部分で最大深さになるように深さを可変しながら溝加工を行うことにより形成される。この溝加工では、導光板の中央でより輝度が大きくなる輝度分布とするために、導光板の中央でより光の反射面積（つまり出射方向へ出射する面積）が大きくなるように、複数の溝が導光板の有効発光エリアの範囲内に形成される。当該プリズム溝１５ａ、１５ｂは、頂角α２が７６°のダイヤモンドバイトにて加工され、その光学面は５０ｎｍ以下の面粗さの反射面となる。このように、光学平面を５０ｎｍ以下の光学とすることは、散乱光を少なくできる点で好ましい。図１３（ａ）のように加工された金属マスタープレート１４をマスターパターンとし、金属プレートの表面を離型処理し、離型処理した面に電解ニッケルメッキを行う。電解ニッケルメッキによるメッキ層は、その厚みが３００μｍから７００μｍの範囲の厚みとする。電解ニッケルメッキ完了後、図１３（ｂ）に示すようにマスターパターンとなる金属マスタープレート１４から、電解ニッケルメッキ層１６をひきはがす。ひきはがされた電解ニッケルメッキ層１６は、導光板の溝形成に必要な凸プリズム形状が、転写されており、この電解ニッケル層３００μｍから７００μｍの範囲の厚みをもったニッケル板を、金型にとりつけ射出成形する。ニッケル層の厚みを３００μｍから７００μｍとするのは、ニッケル層の厚みが厚くなる程にメッキ時間がかかり高コストとなることを考慮しており、金型に取り付け成形するための平面度が確保でき、かつ、剛性がもてる最小限の厚みとしている。射出成形の材料としては、アクリル材料を使用し、実施の形態１または実施の形態２の導光板１、７製作する。射出成形して得られた導光板１、７は、第二面Ａ２側に形成されたプリズム溝３ａ、３ｂがひとつの溝において導光板中央となる部分で最大深さとなるように成形されるため、光源の並び方向（Ｙ軸方向）と平行な方向の輝度分布においても、導光板中央の輝度が最も高くなる輝度分布にすることが可能となる。

以上のように本発明によれば、光源としてＬＥＤが採用され、ＬＥＤの発光量向上に伴い一方向または対向する２方向から光を入光させて出射方向に反射する導光板において、反射効率の良いプリズム式で、中央輝度を高める輝度分布を実現できる。つまり、画面中心の輝度が高いと見やすく、かつ、輝度ムラに見えないという人間の視覚的な性質を利用しており、該導光板を採用することにより、中央部分の周囲である周辺部分の輝度を落とすことによりＬＥＤの総光量を減らすことができ、省エネルギー化を実現できる。

本発明は、全面の輝度を上げる必要がなく、少ない光源において高画質化を実現でき、かつ、効率の良い省エネルギーのバックライトを実現できる導光板等として利用することができる。

１、７ 導光板
２、８ ＬＥＤ
３ａ 第一プリズム溝
３ｂ 第二プリズム溝
６、６ａ、６ｂ 入光面
１２ａ、１２ｂ プリズム凸
１３ 金型入れ子
１４ 金属マスタープレート
１５ａ、１５ｂ プリズム溝
１８ 導光板
１９ 光入射面
２０ 光反射面
２０Ａｎ プリズム
２１ 光出射面
２１Ａｍ 溝
２２ 枠
２３ プリズムシート
２４ 拡散シート
２５ 反射シート
２６ ケース
２７ ＬＥＤ
２８ バックライト
２９ ケース
３０、３０ａ 冷陰極管
３１ 拡散板
Ａ１ 第一面
Ａ２ 第二面
Ａ１２ 第二面形成面
Ｌｐ１ 光導通路
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 直線
Ｐ１ 交点
Ｒ１、Ｒ２ 反射面
Ｒ１１、Ｒ１２ 反射形成面
Ｏ 中心点
α 工具角
β 反射角
ｈ１、ｈ２ 高さ

Claims (6)

1. 第一面と前記第一面に対向する第二面とを有し、前記第二面と平行な第一方向に沿って光を入光して、前記第一面に直交する第三方向の前記第一面側へ向けて光を出射する導光板であって、
   光を受け入れる入光部と、
   前記入光部において入光した光を前記第一方向に沿って導く光導通路と、
   前記光導通路によって前記第一方向に沿って導かれた光を前記第三方向の前記第一面側へ向けて反射することにより出射する出射部と
   を備え、
   前記出射部は、前記第二面において前記第一方向に交差する第二方向に沿って延び、かつ、断面がＶ字形状の第一Ｖ字形溝であり、
   前記第一Ｖ字形溝は、前記第一方向の中央に複数本設けられ、その深さが前記第一Ｖ字形溝の前記第二方向における中央が最も深く形成され、
   前記導光板は、さらに、前記第二面において前記第一Ｖ字形溝の前記第一方向の両外側に設けられ、断面が前記第三方向にわたって一定の第二Ｖ字形溝を備える
   導光板。
2. 前記光を反射する前記第一Ｖ字形溝の反射面の角度は、前記第一方向に対して４５°〜６０°である
   請求項１に記載の導光板。
3. 前記複数の第一Ｖ字形溝は、前記第一方向の中央側に配置される第一Ｖ字形溝の深さが、前記第一方向の外側に配置される第一Ｖ字形溝よりも深くなるように形成される
   請求項１または２に記載の導光板。
4. 前記第一Ｖ字形溝は、中央の深さをｈとすると、端の深さｈ２が（ｈ−ｈ／６）以下となる深さを連続的に変化させる関数で表される
   請求項１から３のいずれか１項に記載の導光板。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の導光板のＶ字形溝を形成するための金型であって、
   前記導光板の第二面に対応する第二面形成面と、
   前記導光板の前記第一Ｖ字形溝に対応し、第二方向に延びる第一Ｖ字形凸と
   を備え、
   前記第一Ｖ字形凸が形成される２つの面と前記第二面形成面とが交わることにより形成される２つの境界線は、前記第一Ｖ字形凸の前記第二方向中央から端部にいくに従って近づくように、前記第二方向に対して所定角度だけ互いに傾斜している
   金型。
6. 請求項５に記載の金型の加工方法であって、
   メッキ可能な金属マスタープレートに、溝深さが前記第二方向に対して変化するＶ溝を加工する工程と、
   前記金属マスタープレートに厚膜メッキを施す工程と、
   前記厚膜メッキを施された前記金属マスタープレートから前記厚膜メッキを剥がす工程と、
   剥がされた前記厚膜メッキを所定の金型プレートに取り付ける工程と、を含む
   金型の加工方法。

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