JP2002015611A

JP2002015611A - 面光源素子およびそれを用いた表示装置

Info

Publication number: JP2002015611A
Application number: JP2000198569A
Authority: JP
Inventors: Isao Hamashima; 功浜島; Katsuya Fujisawa; 克也藤澤
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】暗線の発生を低減し、表示品位が向上された
面光源素子を提供すること。【解決手段】光源２と、該光源２の周囲に配置された
リフレクタ３と、該リフレクタ３で反射された光源２か
らの光が少なくとも一つの端面から入射される導光体１
と、該導光体１の出射面５側に配置され、導光体１と対
向する面に設けられた複数の凸部によって導光体１の出
射面５からの光を出射面の正面方向に向かわせる出射光
制御板６とを備えた面光源素子において、導光体１の光
源配置側の端部に光源２の長手方向と同じ方向に伸びる
突起部８が設けられており、該突起部基部における光源
２の長手方向と垂直な方向の長さで表される突起部の幅
と光源２の長手方向と平行な方向の長さで表される突起
部の長さの比（突起部の長さ／突起部の幅）が下記
（１）式で示される値Ｙ以上である面光源素子によって
上記の課題が解決される。Ｙ＝ｔａｎ｛ｓｉｎ^-1（１／ｎ）｝
（１）（ｎは、導光体の屈折率）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パーソナルコンピ
ュータ、コンピュータ用モニタ、ビデオカメラ、テレビ
受信機、カーナビゲーションシステムなどに利用される
面光源素子およびこれを用いた直視型の表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネルに代表される透過型表示装置
は、面状に光を発するバックライトとドット状に画素が
配置された表示パネルとで構成され、該表示パネルの各
画素の光の透過率がコントロールされることによって文
字および映像が表示される。バックライトとしては、ハ
ロゲンランプ、反射板、レンズ等が組み合わされて出射
光の輝度の分布が制御されるもの、蛍光管が導光板の端
面に設けられ、蛍光管からの光が端面と垂直な面から出
射されるもの、蛍光管が導光体の内部に設けられたもの
（直下型）などが挙げられる。ハロゲンランプを利用し
たバックライトは、高輝度を必要とする液晶プロジェク
タに主に用いられる。一方、導光体を利用したバックラ
イトは薄型化が可能であるため、直視型の液晶ＴＶ、パ
ーソナルコンピュータのディスプレイなどに用いられる
ことが多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】液晶ＴＶ、ノートパソ
コンなどに用いられるバックライトでは、消費電力を軽
減すること、および高輝度であることが要求されてい
る。高輝度化を実現することは、冷陰極管などの光源を
増やすことで可能であるが、この方法は消費電力の増加
につながるため実用的ではない。そこで、図６に示すよ
うな導光体上にマイクロプリズムアレイを有する出射光
制御板を配置した構成の面光源素子が提案されている
（ＵＳＰ５，３９６，３５０号等参照）。この面光源素
子によれば、マイクロプリズムアレイでの光の全反射を
利用しており、光の損失が少なく、高輝度化を実現する
ことができるものの、図７に示すように導光体１の厚み
方向のコーナー部４から暗線が発生し、表示品位が大き
く低下してしまうことがある。

【０００４】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、暗線の発生を低減し、表示品位が向上された面光
源素子を提供することを目的とする。また、本発明は、
この面光源素子を利用した、高い輝度を有する表示装置
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、光源と、
該光源の周囲に配置されたリフレクタと、該リフレクタ
で反射された光源からの光が少なくとも一つの端面から
入射される導光体と、該導光体の出射面側に配置され、
導光体と対向する面に設けられた複数の凸部によって導
光体の出射面からの光を出射面の正面方向に向かわせる
出射光制御板とを備えた面光源素子において、導光体の
光源配置側の端部に光源の長手方向と同じ方向に伸びる
突起部がを設けられており、該突起部基部における光源
の長手方に垂直な方向の長さで表される突起部の幅と光
源の長手方向に平行な方向の長さで表される突起部の長
さの比（突起部の長さ／突起部の幅）が下記（１）式で
示される値Ｙ以上である面光源素子によって解決され
る。Ｙ＝ｔａｎ｛ｓｉｎ^-1（１／ｎ）｝（１）（ｎは、導光体の屈折率）

【０００６】

【発明の実施の形態】図１に本発明の面光源素子の一例
の概略構成図を示す。この面光源素子は両端面に冷陰極
管などの光源２が設けられた導光体１と、導光体１から
出射された光の角度分布を制御する出射光制御板６とを
備えている。導光体１は導光体の厚み方向のコーナー部
に突起部８を設けている。出射光制御板６は導光体１の
出射面５上に配置されており、出射光制御板６の入射面
には多数の凸部（マイクロプリズムアレイ）が形成され
ている。該凸部の断面形状は、放物線状、三角形状など
である。この例における凸部は１次元パターンであり、
光源２が配置されている側の導光体端面と平行になるよ
うに凸部の稜線が配置されている。光源２の周りには、
導光体１の端面とは反対方向に進む光を反射し、導光体
１の端面方向に進行させるリフレクタ３が設けられてい
る。端面から導光体１に入射した光は導光体内を全反射
を繰り返しながら伝搬していく。この伝搬光は出射光制
御板６の凸部と導光体１の出射面との密着部から出射光
制御板６に取り込まれる。これにより、導光体１内を伝
搬する光は密着部から順次、出射光制御板６に取り出さ
れ、取り出された光は出射光制御板６の凸部内で全反射
されながら集光される。突起部の平面形は図１に示すよ
うなものの他、突起部の基部と先端部の幅が異なる台形
状であっても良い。

【０００７】出射光制御板を利用したタイプの面光源素
子においては、出射光制御板の凸部内面での全反射を利
用して光を取り出しているため、導光体内を進行してい
た光はある特定の方向に出射されてくる。つまり、面光
源素子からある特定の方向に出射される光は、その方向
に対応したある特定の方向に導光体内を伝播してきた光
のみである。そのため、導光体内をある特定の方向に伝
播する光が出射する方向から面光源素子を観察した場
合、その方向と平行な方向に伝播する光が存在しないと
きには、暗線が現れる。

【０００８】図２により、暗線の発生について説明す
る。導光体内を進行する光は、図２（ａ）に示されるよ
うに、導光体の屈折率をｎ、空気の屈折率を１、空気か
ら導光体への入射角度をθｉ、導光体内での角度をθｏ
とすると、下記の式（２）ｓｉｎ（θｉ）＝ｎ・ｓｉｎ（θｏ）（２）が成り立つ。入射角度θｉのとり得る範囲は−９０°〜
９０°であるので、 −１＜ｎ・ｓｉｎ（θｏ）＜１（３）であり、導光体内ではｓｉｎ^-1（−１／ｎ）＜θｏ＜ｓｉｎ^-1（１／ｎ）（４）の範囲内に光の進行方向が制限される。例えば、導光体
にｎ＝１．４９のアクリル板を用いた場合には、 −４２．２°＜θｏ＜４２．２° （５）である。

【０００９】導光体のコーナー部における光の伝搬を図
２（ｂ）により説明する。点Ａに、ある角度で入射した
光は、点Ｂで全反射しＣ方向に伝搬する。一方、点Ｆに
おいてＢＣ方向と平行な方向に伝搬する光（ＦＧ方向）
は、ＥＦ方向さらにＤＥ方向から伝搬してきた光であ
る。しかし、上述したように、導光体内では光の伝搬角
度が制限されるため、ＤＥ方向への伝搬光は実際には存
在しない。つまりＦＧ方向へは光が伝搬しない。また導
光体外から空気と導光体との屈折率差により、点Ｈに入
射後、屈折して導光体内を進行するＢＣ方向と平行な方
向に伝搬する光（ＨＩ方向）が存在する。従って、図中
のＢＣとＨＩの間の領域ではＢＣ方向と平行な方向に光
が伝播せず、その外側の領域では光が伝搬する。このた
め導光体内をＢＣ（ＨＩ）方向に伝播する光が出射する
方向から観察した場合、ＢＣとＨＩとの間で暗線が発生
する。

【００１０】ここで図３のように導光体コーナー部に突
起部を設けた場合を考える。突起部のコーナー部（Ｓ）
から上述した理由により暗線が発生するが、暗線の原因
となる光の伝播しない領域が面Ｔで遮断されるため、表
示領域に暗線は生じない。本発明者らが検討した結果、
突起部の幅と長さの比（突起部の長さ／突起部の幅）
が、下記（１）式で表される値Ｙ以上であることが、暗
線を遮断することに必要であることがわかった。Ｙ＝ｔａｎ｛ｓｉｎ^-1（１／ｎ）｝（１）（ｎは、導光体の屈折率）例えば、導光体がアクリル樹
脂の場合は、屈折率が１．４９であり、Ｙは０．９０５
となる。より効果的に暗線を遮断するためには突起部の
幅と長さの比（突起部の長さ／突起部の幅）が、下記
（６）式で表される値Ｙ以上であることが好ましい。Ｙ＝１．２×ｔａｎ｛ｓｉｎ^-1（１／ｎ）｝（６）（ｎは、導光体の屈折率）また、効率的に暗線を遮断す
ることと実際に導光体を成形する観点から、突起部の幅
は１．５ｍｍ〜６ｍｍの範囲が好ましい。特に導光体の
コーナー部の曲率半径（図７参照）が大きい場合には、
発生する暗線の幅が広くなるため、これを遮断するため
には突起部の幅と長さの比（突起部の長さ／突起部の
幅）および突起部の幅が大きい方が効果的である。

【００１１】本発明の面光源素子に用いる導光体として
は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレ
ン樹脂等の透明性に優れた樹脂およびガラスを所定の形
状に加工したものを用いることができる。なかでもアク
リル樹脂を用いるのが軽量性、透明性の点で好ましい。
加工方法としては、押出し板若しくはキャスト板から切
り出す方法または加熱プレス、射出成形等の溶融成形法
などが好適に用いられる。導光体コーナー部に突起部を
設けるためには、切削加工で作製すれば良い。また、金
型を用いた射出成形等で導光体を作製するのであれば、
金型のコーナー部に導光体の突起部に相当する凹形状を
設ければ良い。図５に本発明に用いることができる導光
体の例を示す。図５（ａ）の導光体は両側面から光を入
射させるタイプの導光体であり、導光体をフレームに固
定し位置ズレを防ぐための凸部７を設けている。凸部７
の形状は凹部でも良い。図５（ｂ）は片面の側面から光
を入射させるタイプの導光体であり、軽量化のため導光
体の入光部側と反入光部側で厚みを変えている。この場
合コーナー部の突起は、光源が配置される側のコーナー
部だけに配置すればよい。

【００１２】また、出射光制御板の表面形状は、スタン
パまたは雌金型などを用いて、熱プレス法、紫外線硬化
による２Ｐ法、熱硬化によるキャスト法、射出成形法、
押出し成形法等によって透明な基材上に形成することが
できる。該透明な基材としては、アクリル樹脂、ポリカ
ーボネート樹脂ポリスチレン樹脂等の樹脂またはガラス
が用いられる。出射光制御板の作製に用いるスタンパ
は、例えばガラス基板上にネガ型あるいはポジ型の感光
性樹脂をコーティングし、この感光性樹脂をフォトマス
クを介して露光し、現像後、電鋳を行うことにより作製
することができるし、切削によって作製することもでき
る。出射光制御板は板状である必要はなく、フィルム状
であってもよい。また該出射光制御板の凸部のパターン
は１次元ばかりでなく、２次元的に配置されていても良
い。出射光制御板の光出射面にマイクロレンズアレイが
設けられていても良い。

【００１３】上記の通り説明した面光源素子をバックラ
イトとして用い、その出射面に透過型表示素子を設ける
ことで、画像表示装置を構成することができる。この透
過型表示素子としては、ＳＴＮ、ＴＦＴ、ＭＩＮＩなど
の液晶パネルが挙げられる。

【００１４】

【実施例】図４に本発明の実施例を示す（出射光制御板
は省略）。本実施例ではアクリル樹脂の導光体１の両端
に冷陰極管である光源２を配し、この光源２の周りをリ
フレクタ３で覆っている。光源２を発した光および光源
２から発しリフレクタ３で反射された光は導光体１端面
から入光する。また導光体１内を伝搬する光を取り出し
出射光を制御する図示していない出射光制御板６を出射
面に設けている。

【００１５】導光体は厚さ６ｍｍのアクリル板から切り
出し、光源が配置された側の端部の長さが３１９ｍｍ、
光が伝播する方向の長さが２４１ｍｍとなるよう、切削
加工して作製した。同時に、切削加工によって導光体の
光源が配置された側の厚み方向のコーナー部４に、下記
の表１に示す大きさの光源の長さ方向と平行な方向に突
出した突起部８を設けた。出射光制御板は以下のように
作製した。まず、切削加工により断面形状が放物線から
なる１次元配列で深さが約２０μｍの凹凸パターンを形
成した出射光制御板のスタンパを作製した。厚さ２００
μｍのポリカーボネートフィルムを基材として、その上
にアクリル系の紫外線硬化樹脂を１００μｍ塗布し、金
型に押し当てた後、フィルム側から紫外線を照射するこ
とにより、出射光制御板を得た。得られた出射光制御板
を導光体と同じ大きさに加工して、凸部稜線が光源を配
している導光体の端面と平行になるよう密着させ、光源
およびリフレクタを取り付けて面光源素子とした。上記
の面光源素子について暗線の発生状況を評価した。その
結果を下記の表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】導光体としてアクリル樹脂を用いている本
実施例の結果より、コーナー部から斜め方向に発生する
暗線を低減するためには、導光体の光源が配置された側
の導光体の厚み方向のコーナー部に突起部を設け、突起
部の幅と長さの比を０．９０５以上とすることが必要で
あることが分かる。

【００１８】

【発明の効果】本発明の面光源素子によれば、導光体の
厚み方向のコーナー部から斜め方向に発生する暗線を低
減させることができる。また、この面光源素子を利用し
た表示装置においては高品位な画像を得ることできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の面光源素子の一例の概略構成図であ
る。

【図２】暗線発生を説明する図である。

【図３】暗線低減を説明する図である。

【図４】本発明の実施例である。

【図５】本発明に用いることの出来る導光体の例であ
る。

【図６】従来の構成図である。

【図７】従来の構成で暗線が発生する位置を説明する図
である。

【符号の説明】

１…導光体、２…光源、３…リフレクタ、４…導光体コ
ーナー部５…導光体光出射面、６…出射光制御板、７…導光体固
定部８…突起部

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源の周囲に配置されたリフ
レクタと、該リフレクタで反射された光源からの光が少
なくとも一つの端面から入射される導光体と、該導光体
の出射面側に配置され、導光体と対向する面に設けられ
た複数の凸部によって導光体の出射面からの光を出射面
の正面方向に向かわせる出射光制御板とを備えた面光源
素子において、導光体の光源配置側の端部に光源の長手
方向と同じ方向に伸びる突起部が設けられており、該突
起部基部における、光源の長手方向に垂直な方向の長さ
で表される突起部の幅と光源の長手方向に平行な方向の
長さで表される突起部の長さの比（突起部の長さ／突起
部の幅）が下記（１）式で示される値Ｙ以上である面光
源素子。Ｙ＝ｔａｎ｛ｓｉｎ^-1（１／ｎ）｝（１）（ｎは、導光体の屈折率）
【請求項２】導光体の厚み方向のコーナー部に設けた
突起部の幅が１．５〜６ｍｍである請求項１に記載の面
光源素子。
【請求項３】請求項１または２に記載の面光源素子
と、透過型表示素子とを組み合せた表示装置。
【請求項４】該透過型表示素子が液晶パネルである請
求項３記載の表示装置。