JP2559579B2

JP2559579B2 - 面光源

Info

Publication number: JP2559579B2
Application number: JP61205766A
Authority: JP
Inventors: 達見高橋; 孝二黒田
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1986-09-03
Filing date: 1986-09-03
Publication date: 1996-12-04
Anticipated expiration: 2011-12-04
Also published as: JPS6363084A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は面光源に関し、更に詳しくは、各種ディスプ
レイの光源、特に液晶表示セルの裏面に背面光源として
設置するのに適し、出光効率の著しく改良された面光源
に関する。

（従来の技術）近年、情報化社会の急激な進展とともに、各種情報を
人間に受渡しする端末機器が非常に多く利用されてい
る。これらの端末ディスプレイの大部分はいわゆるCRT
であるが、これらのCRTは、カラー表示機能、画像調整
機能等に優れ、信号ケーブルが少なくて済む等の多くの
利点を有するものの、高圧電源や肉厚ガラスからなる表
示管を必要とするため、大きくて重く、且つスペースを
とるという欠点があることから、壁掛け型、可搬型、携
帯型等の用途を中心に平板状のフラットディスプレイが
種々提案されており、これらのうちで特に有望なもの
は、IC駆動可能で、カラー化が容易な液晶ディスプレイ
である。

（発明が解決しようとしている問題）従来の液晶ディスプレイは、裏面に光反射層を設け、
前面からの外光を利用して情報を表示する方式であり、
格別の光源を必要としないため、卓上計算機、電池駆動
の計算機、時計等のディスプレイとして広く使用されて
いる。しかしながら、このような液晶ディスプレイを端
末機やテレビとして従来のCRTに代えて使用する場合に
は、明るさが不足しているために、視野角、コントラス
ト、表示品質が劣り、特に10〜12インチ程度以上のサイ
ズにし、80字20〜25行程度の大容量表示用としては表示
品質上の問題が生じる。また特別の光源を有さないの
で、外部の光環境条件の変化によって表示品質が左右さ
れ、外光が存在しない場合には、表示機能を全く失うと
いう欠点がある。

このような問題点を解決するために、最近では、液晶
ディスプレイの裏面に設置する背面光源の研究が多く試
されている。これらの背面光源としては有機分散型EL、
薄膜EL、発光ダイオードアレイを利用したもの、蛍光灯
やランプ等の光源と導光板とを組み合わせたもの、フル
ネル型導光板、照明ボックス等種々のものが提案されて
いるが、大型ディスプレイ用としては、均一性、光効
率、演色性等の点で満足できるものは知られていない。

これらの内で有望なものとしては、アクリル板等の透
光性パネルの側面に蛍光灯等の光源を設け、パネルの一
方の面から出光する方式が知られているが、この方式で
はまず第一にパネルを蛍光灯の直径より薄くすると導光
効率が著しく低下するという問題があり、また第二に導
入光の大部分は出光面に平行な直進光であるために、出
光面からの出光効率が低いという問題があり、また、出
光面から出光する光は出光面に対して垂直な光が多いた
め、ディスプレイの視野各がせまいという問題があり、
更に第三にはこのパネルを大型にすればする程光源付近
とパネルの中央部分との照度に差が生じるという問題が
ある。

また光源として蛍光灯を使用する場合には、蛍光灯の
光量は常に均一であるために、出光面の光量を任意に制
御することができず、液晶ディスプレイの使用者の個人
差や使用環境に対応することができない。また、光量す
なわち明暗のみではなく、ホワイトバランスや演色性、
使用者の眼精疲労を考慮すると、出光面からの波長を調
節して、適当な色相光とすることも望ましいが、光源が
蛍光灯である場合には白色光のみが出光されるので、電
気的に調節することは不可能であるという欠点が生じ
る。

従って、本発明の主たる目的は、CRTに代替できる程
度に大型であり、且つ出光パネルを蛍光灯等の光源のサ
イズに関係なく薄くでき、更に出光効率や視野角に優れ
た面光源を提供することである。

また、本発明の別の目的は、CRTに代替できる程度に
大型であり、且つ使用する光環境や使用者の個人差に応
じて容易に光量および／または波長を調節することがで
きる面光源を提供することである。

このような本発明の目的は、以下の本発明によって達
成された。

（問題点を解決するための手段）すなわち、本発明は、光源および透光性の出光パネル
からなり、該出光パネルが、該出光パネルの両側端部に
位置して光源を包設する光源収納部、該光源からの光を
取入れる導光面、導入光を分配して光案内部に導光する
光分配部および一方の面に出光面を、又、該出光面の対
向面に光反射層を有してなる光案内部からなる面光源に
おいて、光案内部の光反射層に多数の凹凸形状が設けら
れ、該多数の凹凸形状の出光面に向かう凸部の頂点を結
ぶ線が出光面に向かう凸形状を有し、これらの凸形状に
よって導入光を出光面に拡散反射して出光するようにし
たことを特徴とする面光源である。

（好ましい実施態様）次に本発明の面光源の好しい実施態様を図解的に示す
添付図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。

第１図は、本発明の面光源の１例の断面図を示し、第
２図はその平面図を示し、第４図は従来技術の面光源の
断面図を示すものである。

従来のアクリル板等を使用した面光源は、第４図示の
如く、出光面３と導光面６を除いた部分に光反射層８を
設けた出光パネルＢの導光面６に、蛍光灯等の光源Ａを
付設したものであり、蛍光灯Ａの直径よりも出光パネル
Ｂの厚みを薄くすると光源光１の導入効率が低下すると
いう欠点があった。また、光源Ａを出光パネルＢとは異
なる平面上に設け、光源光を反射させて出光パネルＢに
平行に導入するものも知られているが、上記と同様に、
出光パネルＢを光源Ａの直径より薄くすると、光源Ａか
ら発生する光の導入効率が低いものである。

また、出光パネルＢを厚くすれば導光効率は向上する
が、現在の薄型化および軽量化指向に合致しないもので
ある。また光源Ａから導入される光は出光パネルＢ中を
出光面に平行に直進する光が多くの割合を占めるため、
出光面３からの出光効率が低いという問題があり、ま
た、出光面から出る光は出光面に対して垂直な光が多い
ため、ディスプレイの視覚角がせまいという問題があ
り、更に光源Ａ付近の出光面３の照度が高く、光源Ａか
ら離れる程照度が低下し、出光面３全体において照度が
不均一であった。

また、光源として蛍光灯を使用する場合には、蛍光灯
の光量は常に均一であるために、出光面の光量を任意に
制御することができず、液晶ディスプレイの使用者の個
人差や使用環境に対応することができない。また、光量
すなわち明暗のみではなく、ホワイトバランスや演色
性、使用者の眼精疲労を考慮すると、出光面からの波長
を調節して、適当な色相光とすることも望ましいが、光
源が蛍光灯である場合には色色光のみが出光されるの
で、電気的に調節することは不可能であるという問題が
ある。

本発明の面光源は、上記の如き従来技術の問題点を解
決したものであり、第１図および第２図に図解的に示す
如く、光源Ａおよび出光パネルＢからなり、該出光パネ
ルＢが光源Ａを収納する光源収納部２、導光面６、導入
光１を分配して光案内部４に導光する光分配部10、導入
光１を出光面３に案内する光案内部４、光反射層８（太
線部）および出光面３からなるものであり、光源Ａは光
源収納部２中に包設され、光案内部４は、好ましくは光
源Ａから離れる従って薄くなり、光反射層８は、出光面
３に対向する領域に多数の凹凸形状12を有して、これら
の凹凸形状が光源光１を拡散反射してその反射光を出光
面３に対し方向づけられた角度とすることを特徴とし、
且つ好ましくは上記の凹凸形状12の凸部13を結ぶ線が出
光面３に対して凸形状となっているものである。

上記における凹凸形状12は、光源光１を十分に散乱で
きる限り、いずれの形状でもよく、例えば、第１〜２図
示の如く、光源Ａに平行に並んだ多数の柱状突起状でも
よいし、またこれらの柱状突起がランダムに配列したも
のでもよいし、柱状突起に代えて光源Ａに平行あるいは
任意の角度を有する溝（出光パネルＢの裏側からみて）
でもよいし、またそれらの凹凸形状12の凸部13の形状も
半球状、角錐状、角柱状等いずれでもよい。しかしなが
らこれらの凹凸形状のピッチ幅があまりに広すぎても狭
すぎても光源光１の光散乱が不十分となるので、これら
のビッチ幅は0.01mm〜10mm程度であるのが好ましい。ま
たこれらの凹凸形状12の凹部と凸部の高低差が小さすぎ
ると同様に光散乱性が不十分となり、またあまりに大き
すぎても無意味であるので、これらの深さは0.01〜10mm
程度が好ましい。

また、以上の如き凹凸形状12は、その凸部13がパネル
Ｂの中央程出光面３に近く、またパネルＢの周囲、特に
光源Ａに近い程出光面３から離れて、それらの頂点を結
ぶ線が出光面３に対して山形状や凸曲形状を有すること
が好ましく、このようにすることによって出光面３の照
度をより均一にすることが可能となる。このような頂点
を結ぶ凸形状は第１図示の如くパネルＢの周囲から順次
深くなる溝あるいは孔によって形成してもよいし、また
溝あるいは孔の深さに関係なく、第３図に部分的に示す
如く、パネルＢの裏側を凹状（出光面に対しては凸状）
とし、その面に深さが同じかあるいは近い溝あるいは孔
を設けてもよい。

以上の如き構成とすることによって、光源Ａからの光
は、凹凸形状12の頂部13付近で散乱される結果、散乱光
または反射光５は出光面３に対して角度を有する光とな
り、ディスプレイ７の視野角を著しく拡大することがで
きる。また凹凸形状12の頂部13を結ぶ線を出光面３に際
して凸形状とすることによって、従来は照度が低下する
出光パネルＢの中央部分の照度が向上し、これら凸形状
の角度を調整することによって出光面３を照度を全体的
に均一化することができる。

更に本発明の別の好ましい実施態様では、光源Ａの周
囲に調光フィルター11を設ける。この調光フィルター11
は光源Ａからの光の強度および色相を自由に変えること
ができるものであり、光量フィルターおよび／または波
長フィルターとしての機能を有する。

まず最初に調光フイルター11が光量フイルターである
場合には、このような光量フイルターは、蛍光灯Ａから
照射される光の量を調節できる構成である限りいずれの
構成でもよいものであり、いくつかの好ましい例を挙げ
れば次の通りである。

（１）蛍光灯Ａの周囲に蛍光灯の光を制御できる層を形
成し、蛍光灯を回転可能にした態様。

この態様では、上記層が光量フイルターとなり、例え
ば、黒色その他の色の如く、遮光または光を吸収し得る
層を形成する態様、色色、金属色等の如く光を反射でき
る層を形成する方法等いずれでもよい。このような光量
制御層は適当なインキや塗料を調製し、これを蛍光灯Ａ
の周囲に印刷したり、ハケ、ロール、スプレー、静電塗
装、焼付け、インキジェット方等の方法で塗布したり、
蒸着、CVD、スパッタ等の方法、また、予め染着層を形
成しておき、後に染色する方法で、直接光源に形成する
か、予め他の透明基材に形成しておき、貼り合わせする
等のいずれの方法で形成してもよい。勿論、このような
光量フイルターは、蛍光灯Ａの管壁に均一に形成するの
ではなく、線状、縞状あるいは点状に適当に密度差や濃
度差をつけて形成するか、あるいは、透過濃度の異なる
遮光材層を段階的または連続的に形成する。このような
構成の光量フイルター11を形成し、適当な手段（図示し
ない）により蛍光灯Ａを回転させることによって、出光
面に至る光量を容易に制御することができる。

（２）蛍光灯Ａは固定し、その周囲に回転可能な光量フ
イルター11を設ける態様。

この例の原理も上記（１）の場合と全く同一であり、
例えば、透明なガラスやプラスチックからなる管状フイ
ルター11を形成し、その表面に上記（１）における如
き、密度差や濃度差を有する光吸収層あるいは光反射層
を形成する方法でよい。更に上記管状体を設けた後にそ
の表面に上記の如き光量調節機能を有するフイルム等を
巻き付けたものでもよい。また、フレキシブルな筒状シ
ートにして、２軸で回転して送る方法も可能である。こ
のような構成の光量フイルター11を設け、このフイター
11をギヤやベルト等の適当な手段（図示なし）で回転さ
せることによって、出光面に至る光量を任意に制御する
ことができる。以上は、説明容易性のために、管状のフ
イルターを例示して説明したが、フイルターはこれらの
例に限定されず、いずれの形状および可動機構でもよ
い。

また、調光フイルター11が波長フイルターである場合
には、上記（１）および（２）の態様における光吸収層
を特定の波長の光を吸収する色に着色することによって
本発明の目的が達成できる。すなわち、調光フイルター
11をイエロー、オレンジ、レッド、ブルー、グリーン、
バイオレットあるいはそれらの中間色で任意の順序に着
色すればよく、このような構成の調光フイルター11を使
用者の好みに応じて回転あるいはスライドさせることに
よって、光源から出光面に至る光の波長を任意に制御す
ることができる。また、カラーテレビ用途においては、
必須である色相調整が最も簡単にできる方法として有効
である。

更に本発明で使用する調光フイルター11は、上記の光
量フイルターと波長フイルターとを同時に兼ねることが
できる。例えば、同一のフイルター上に光量調節と色調
調節の両機能を持たせる方法と、前記第２の構成例で
は、複数のフイルターに分けて相互に重ね合わせ、独立
に制御する方法とがあり、後者の方が、光量、色調、色
調の濃淡等多くの調整が可能であり、より精密な調整に
適している。

以上の如き本発明の作用効果を奏する出光パネルＢ
は、いずれかの透光性に優れた材料、例えばガラス材料
等から形成できるが、成形容易性や透光性等の点から
は、アクリル樹脂、アクリロニトリルースチレン共重合
樹脂、セルロースアセトブチレート樹脂、セルロースプ
ロピオネート樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポリカー
ボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂等
の透光性プラスチック材料あるいはこれらの複合材料若
しくは共重合材料から形成するのが好ましい。また、反
応固化型のエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリ
ル系樹脂、ウレタン系樹脂等も使用可能である。成形方
法としては、射出成形、コンプレッション成形、注型成
形、切削、研磨等公知の方法がいずれも適用できる。

このようにして得られる出光パネルＢの光反射層８
は、第１図に示す如く、出光面３および光源収納部２の
導光面６を除く他の部分に、ニッケル、アルミニウム、
銀、金等の光反射性金属を蒸着、スパッタ、メッキ、銀
鏡反応等により形成するか、反射性の金属入り塗料を塗
布したり、あるいはアルミニウムシート等の光反射性材
料を貼り合せすることにより形成し、光源光１がパネル
Ｂ外に漏洩するのを防止することが、一部の漏洩光を再
度内部に反射する効果を含めて有効である。また、不要
な部分は設計されない外光入射を防止するための遮光剤
や光吸収剤で層を形成することも手段として有効であ
る。これらの反射面は、光学設計を乱さない範囲で、散
乱性に処理するか、ガラスビーズ等の再帰反射材料を利
用することも可能であり、また、凹凸面を利用して拡散
反射させることも可能である。

また、その出光面３には、光拡散層９を形成するのが
好ましく、例えば、出光面を出光パネルの成形時または
成形後に、サンドペーパー研磨、サンドブラスト、ホー
ンニング、バフ研磨、ヘアライン加工、エンボス加工、
プレス加工層で粗面化したり、シリカ、アルミナ、酸化
チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、酸化マグネシウム等
の白色顔料や特定径を有するガラスビーズ等の光拡散性
材料を含む透明樹脂層を、浸漬、ロールコート、ブレー
ドコート、スプレーコート等の塗布法により形成した
り、あるいはこれらの層を接着することにより、出光面
３に至った光を乱反射あるいは拡散させ、出光面３から
の照度を均一化するとともに、視角を広げることができ
る。またこのような光拡散層は、スリガラス板、光拡散
性ガラス板、光拡散性プラスチックシート等を別に用意
し、成形時に同時に一体化するか、または使用時に液晶
セル７と出光面３との間に載置あるいは貼り合わせても
よい。また、光源の光源収納部と反対側には光反射性の
集光鏡や放熱板を配置することも効率向上や熱設計上有
利である。

以上の如き出光パネルＢは、第１図示の如く出光面
３、光源収納部２および光分配部10が凹部を形成してお
り、この凹部に液晶ディスプレイ７を載置すことによっ
て、液晶ディスプレイ７の背面を照明し、液晶ディスプ
レイ７を環境によらず明瞭に見えるようにすることがで
きる。また、本発明の出光パネルをこのような形状とす
ることによって、背面光源を含むディスプレイ全体の厚
みを薄くすることができ、全体の軽量化が達成できる。

以上本発明の好ましい実施態様を例示して本発明を説
明したが、光源Ａからの光の大部分を凹凸形状12の凸部
13で拡散および反射して、該反射光５が出光面３に対し
て角度を有する光として出光できる構成である限り、本
発明の面光源は図示の形状に限定されず、いずれの形状
でもよいものである。例えば、出光パネルＢの光源収納
部２（光源Ａ）は図示の２箇所に限定されず、１箇所で
も、３箇所でも４箇所でもよく、また出光パネルＢの形
状は、矩形に限定されず、円盤状、楕円板状、多角形
状、コーナ部が丸みを有する矩形状等任意の形状でよ
く、従って、光源の形状も棒状蛍光灯Ａに限定されず、
出光パネルＢの形状に応じて、環状等任意の形状でよ
い。

（作用・効果）以上の如き本発明の面光源は、前記の構成によって、
光源からの光が出光面３に対向する側に形成された多数
の凹凸形状12の凸部13付近で散乱されて出光面３に至る
ため、出光する光は散乱光となり、パネルＤ上のディス
プレイ７の視野角を著しく拡大することができる。

また好ましい例では凹凸形状12の凸部13の頂点がパネ
ルＢの中心部程高く（すなわち出光面３に近く）且つ光
源に近いパネルＢの部分では低い（すなわち出光面３か
ら遠い）ため、出光面３の照度が十分に補正され、出光
面全体にわたって均一な照度を得ることができる。

また本発明の好ましい実施態様では、光源としての蛍
光灯の太さに拘わず、光案内部を薄くすることができる
ので、ディスプレイの薄層化および軽量化という要求を
満足させることができる。

また、同様の理由から、光源収納部を蛍光灯の直径よ
り厚くして、そのなかに蛍光灯の半分以上を嵌合み、こ
の光源収納部を光分配部で光案内部と連結することによ
り、光案内部は蛍光灯の直径より薄くすることができる
ので、蛍光灯から照射される光の大部分を光案内部に導
入できる。従って、光案内部が蛍光灯の直径よりも薄く
とも、光源光の利用効率を著しく高めることができる。

更に本発明の好ましい例では、光源の周囲に調光フイ
ルターを付設することによって、使用者によって出光面
に至る光の光量および／または波長が簡便に任意に制御
できるので、使用者の個人差に十分対応でき、使用者毎
に最適の光量（明暗）および／または最適の波長光（色
相）をもって液晶ディスプレイ等のディスプレイを使用
することができる。

（実施例）実施例１ポリメチルメタクリレート樹脂（パラペットHR、協和
ガス化学製）を使用して、第１図および第２図に示す如
き形状で、サイズ200mm×120mm、厚み10mm、孔の直径1m
m、孔間隔1mm、中心部の孔の高さ8mm、周辺部の孔の高
さ1mm、中間部の孔の高さは中心部孔と周辺部孔の頂点
を結んだラインに等しい高さで、光源収納部の厚み25mm
の出光パネルを射出成形方法で成形し、出光面および導
光面を除く外面にアルミニウムを真空蒸着して光反射層
を形成した。また上記のアクリル樹脂にガラスビーズ
（東芝バロティーニ製）を10重量％の割合で混練して2m
mの厚のシートを作成し、これを出光面に貼合した。光
源としては15Wの蛍光灯を２本使用し、光源収納部に形
成した凹部に嵌合し、上面をアルミニウムシートで封止
して本発明の面光源とした。

この面光源の出光面に液晶ディスプレイを載置し、面
光源を点灯したところ、液晶ディスプレーの視野角、コ
ントラストが優れ全体が均一な高い表示機能を示した。

実施例２上記実施例１の上記アクリル樹脂からその一端に回転
用とってを設けた管状体を形成し、その表面に黒色のド
ットが印刷され、ドット数が連続的に変化しているポリ
塩化ビニルシートを貼り合わせ、２本の調光フイルター
を用意した。この中に15Wの蛍光灯を夫々装着し、実施
例１の出光パネルの光源収納部の凹部に嵌合し、上面を
アルミニウムシートで封止し、外部から上記の調光フイ
ルターが自在に回転できるようにして本発明の面光源と
した。

この面光源の出光面に液晶ディスプレイを載置し、面
光源を点灯したところ、液晶ディスプレーは発光型とな
り、視野角、コントラストが優れ、全体が均一な高い表
示機能を示した。また、調光フイルターを徐々に回転さ
せることによって、液晶ディスプレイの明暗が変化し、
個人差および外光に対応して表示面の調光が可能であっ
た。

実施例３実施例２におけるドット印刷シートに代えて、蛍光灯
の周囲長さに等しい巾で、縦に連続的に透明性の高い虹
の７色を配色したシートを使用し、他は実施例２と同様
にして本発明の面光源を得た。この面光源を実施例１と
同様に使用してみたところ、表示面の光の色相を種々の
色相に変化させることができた。

以上の通り、本発明の面光源は、液晶ディスプレイ等
の各種のディスプレイの背面光源とて非常に有用であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の面光源の１例の断面を図解的に示す図
であり、第２図は第１図の平面図に相当し、第３図は凹
凸形状の別の実施例を示し、且つ第４図は従来技術の面
光源の断面を図解的に示す図である。 A;光源 B;出光パネル 1;光源光 2;光源収納部 3;出光面 4;光案内部 5;反射光 6;導光面 7;液晶ディスプレイ 8;光反射層 9;光拡散層 10;光分配部 11;調光フイルター 12;凹凸形状 13;凸部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源および透光性の出光パネルからなり、
該出光パネルが、該出光パネルの両側端部に位置して光
源を包設する光源収納部、該光源からの光を取入れる導
光面、導入光を分配して光案内部に導光する光分配部お
よび一方の面に出光面を、又、該出光面の対向面に光反
射層を有してなる光案内部からなる面光源において、光
案内部の光反射層に多数の凹凸形状が設けられ、該多数
の凹凸形状の出光面に向かう凸部の頂点を結ぶ線が出光
面に向かう凸形状を有し、これらの凸形状によって導入
光を出光面に拡散反射して出光するようにしたことを特
徴とする面光源。
【請求項２】出光パネルが一枚の透光性板からなり、該
透光性板の少なくとも一端に設けられた光源収納部の中
心が、光案内部の中心より出光面に向かう上方に形成さ
れている特許請求の範囲第（１）項に記載の面光源。
【請求項３】出光面および導光面を除く出光パネルの表
面が光反射性となっている特許請求の範囲第（１）項に
記載の面光源。
【請求項４】出光面が光拡散性とされている特許請求の
範囲第（１）項に記載の面光源。
【請求項５】出光パネルが、透光性樹脂から一体的に成
形されている特許請求の範囲第（１）項に記載の面光
源。
【請求項６】光源の周囲あるいはその１部に調光フイル
ターが付設されている特許請求の範囲第（１）項に記載
の面光源。