JP2605134B2 - 面光源素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は面光源装置に用いる面光源素子に関する。本
発明は特に、液晶表示装置等の背面照明手段として好適
に使用されるものである。

〔従来の技術〕

従来、液晶表示装置まどの背面照明手段としては、光
源に線状ランプを用いランプを回転放物線型リフレクタ
ーの焦点に置き、ランプ上部に乳白色の拡散板を置いた
形状が一般的であり、リフレクターの形状及び拡散板の
拡散率を調整する工夫などが行なわれている。

また、特殊な形状として、線状ランプと導光体を組合
せ、導光体形状を点光源近似によってシュミレートし、
ある方向に出射光を集光するように近似曲線状に加工し
たもの、光の進行方向に沿って導光体の厚みを変えたも
の、光源からの距離によってプリズム角を変えたレンチ
キュラーを使ったもの、及びこれらのいくつかを組み合
わせたものなどがある。点光源近似をすれば、ほとんど
の場合、光路をシュミレートでき、かつそれに応じた導
光層の形状を光の進行方向の距離に応じて変えていくこ
とは可能であり、このような提案も特許及び実用新案で
多数なされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

近年、面光源が液晶表示装置の表示品質向上の為に実
用的に応用される例が増えているが、特に10〜12インチ
サイズの大型の表示用になると、上記従来例の場合、面
光源の厚味が20〜30mmとなり、決して薄型とは云えなく
なる。

近年ランプの開発が進み直径7mm程度の螢光灯が利用
出来る様になると、必要な面輝度を得る為に20〜30mmを
要するようでは、薄型の面光源素子としての要望を満た
すことはできない。

一方アクリル樹脂の様な透明材を用いたエッジライト
方式が数々提案されているが10〜12インチサイズの大型
になると、出光面の対面反射層をランプからの距離に応
じて薄くする等、光の光路を幾何学的に変える等などの
手段が考えられているが、このような方法は精密加工を
必要とする特殊形状としなければならず、製造コスト上
問題である。また、このような方法を採用しないとすれ
ば、光源から遠い箇所に出射する光が極端に少なくな
り、必要な輝度を得る為にランプのワット数を上げるし
かない。しかし、現在のところ上記薄型の液晶表示装置
に使用できるもので上記大型面光源素子の高い輝度を満
足せしめる螢光灯は存在せず、又、このような螢光灯が
出現しても面の輝度の均一性が悪いという問題点は解決
されない。

このような観点から本発明者は、少なくとも一つの側
面を入射面とし、これと直交する面を光出射面とし、か
つ該出射面の反射面に反射層を備えた透明導光体と、該
導光体からの光を無指向に拡散させる拡散板と、前記導
光体と前記拡散板との間に配置され、反射機能を有する
出射光調整部材とから構成される面光源素子であって、
上記導光体の出射面には、その仮想平面が上記反射層の
面と実質的に平行な梨地面を有していることを特徴とす
る面光源素子について提案している（特願昭63−78185
号）。

このような面光源素子によって、上述した多くの問題
点を解決することが可能となったが、さらにこの面光源
素子の各構成部材の性能等を鋭意検討したところ、導光
体の性能と反射層の性能を一定以上に保持すると、上記
出射光調整部材を省略してもほぼ満足しうる製品が得ら
れることが判明し、このことにより製作がより一層容易
となり、大幅にコストダウンが可能となった面光源素子
を提供することができることとなり、本発明を完成する
に至った次第である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は、CRTに代替することが可能な程度に
大きくすることが可能で、かつランプ径程度の薄さで実
質的に光源素子自体が特殊形状ではなく単板と同等にみ
なすことができ、しかも製作が容易でコストの低廉化が
図れる面光源素子を提供することにある。

本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとし
て、 少なくとも一つの側面を入射面とし、これと直交する
面を光出射面とし、かつ該出射面の反対面に反射層を備
えた透明導光体と、 該導光体からの光を無指向に拡散させる拡散板とから
構成される面光源素子であって、 上記導光体の出射面及び反対面の少なくとも一方は、
その仮想平面が上記反射層の面と実質的に平行で、上記
出射面及び入射面の双方と直交する面内の方向において
上記出射面の法線方向に対して傾いた特定方向範囲に指
向性をもつ光を上記出射面から出射させるような梨地面
（マット面と称されることもある）を有しており、しか
も該導光体は上記出射面と直交する方向で光を透過した
ときの曇価が60％以上であり、かつ上記反射層はその反
射率が80％以上であることを特徴とする面光源素子、 が提供される。

以下、本発明に係る面光源素子について、図面に基づ
き詳細に説明する。

まず、最初に本発明に係る面光源素子の基本的な考え
方について、説明する。

導光体の空気に対する光の屈折率ｎは概ねｎ＝1.4〜
1.6近辺であり、第10図（ａ）に示すように、導光体10
の入射面11と出射平面12が直交しているようなエッジラ
イティング形状では、臨界角が45度前後で原理的に出射
平面12には光が出射しない。なお、第10図（ａ）におい
て、14は螢光灯などの光源、15はそのリフレクター、13
は導光体10の出射平面12と反対側に形成された反射面で
ある。

そのため、一般には第10図（ｂ）に示すように、出射
平面12を拡散加工した平面12aとしたり、出射対向面13
を散乱反射面13aとすることがよく行なわれる。しかし
ながら、本発明の実施例にも示してあるが、出射平面の
法線方向への出射光量は極めて少ない。

そこで本発明者らは、導光体表面をできるだけ均一に
粗面加工を施し、その形成された粗面と出射光量及び出
射光の方向性を詳細に検討した結果、出射面の法線に対
し70〜80度方向にほとんどの光が出射していることを見
いだし、この方向を法線方向に変換させる手段を考案
し、本発明を完成した。

これを実施例に従って説明する。

まず、導光体表面の粗面の程度による影響を調べるた
めに、粗面加工を施した面を有する導光体を作成した。
金属板の表面を常法のホーニング加工によって、ホーニ
ングの程度の異なる試料を作成し、透明な6mm厚のアク
リル樹脂板の表面に熱プレスによってレプリカを作り、
粗面の程度が異なる複数の粗面加工板（以下マット板と
も呼ぶ）を作成した。

このマット板を50×50mmサイズに切り出して、ASTMD
1003-61に準じて、曇価を測定した。一方、第６図
（ａ）のような両側面に螢光灯を配置し、かつ反射層を
形成した構成で該マット板をセットし中央部で出射光の
出射角と出射光量（輝度として測定）の関係を測定し
た。その結果は第５図（ａ）〜（ｄ）に示すとおり、光
源として必要な正面方向（平面の法線方向）には殆んど
光は出ておらず、光が75〜80°方向の特定方向に出射光
が集中して出射している（第６図（ｂ）参照）ことがわ
かった。但し、第５図（ｃ），（ｄ）の導光体は本発明
の範囲外のものであるが、出射光の方向は変るものでは
ない。

本発明はこの様に特定方向に出射光が集中し、しかも
出射光の多い、すなわち光の進行方向とは直交する方向
で光を透過したときの曇価が60％以上のマット板を透明
導光体として利用し、法線方向に対して±75〜80°方向
にしか出射しない大部分の光を、導光体出射面の対面に
位置する反射率80％以上の反射層による多次反射をも利
用し、更に出光面側に配設した拡散板により、一層の光
の拡散を行なう事で、法線方向に出射光を光路変更さ
せ、前述の目的を達成したものである。

〔実施例〕

以下、本発明に係る面光源素子について、その具体的
な構成について、図面に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明に係る面光源素子の一実施例を示す一
部欠載斜視図である。第２図はそのＩ−Ｉ線の部分的な
断面図であり、光源14付近の断面図を示した図である。

第１図及び第２図において、14は螢光灯等の光源、15
はそのリフレクター、13は導光体50の出射面16と反対側
に形成された反射面、16は前記したような粗面加工され
た光出射面（梨地面30）、50は該光出射面16を有する導
光体、51は光拡散板である。

光源14は導光体の少なくとも一つの側面11に設置さ
れ、その側面11を光の入射面とし、これと直交する面に
前記粗面加工を配した面を光出射面16とする。また、導
光体50は該出射面の反対面に反射層13を備えており、該
出射面に直接入射した光のみならず、反射層13によって
反射された光をも該出射面16方向に出射させる。

なお、拡散板51は、通常光を拡散するために用いられ
る通常のものが使用され特に限定はされない。

本実施例においては、導光体50の上に拡散板51を積層
して構成されるが、この導光体50上への拡散板51の配置
は、端部のみを接着材等による接着や圧着による強制的
密着による方法の他、単に載置するのみでも行なわれ
る。また、導光体50と光拡散板51との間には、極く薄い
空気層が形成されている。

本発明の素子を構成する材料としては、小型軽量の目
的から光の導光体として可視光透過率の最も大きいアク
リル樹脂が好適であるが、これに限定する必要はなく、
ポリカーボネート樹脂や塩化ビニル樹脂が使用しうる。

また、光源14としては、小型の螢光灯を用いるが、連
続した形状の線状光源（例えば、フィラメントランプ）
であってもかまわない。

第３図及び第４図は本発明の他の実施例の構成を示す
面光源素子の部分的な断面図である。

第３図において、導光体50-1はその梨地面30を拡散板
51の反対側に形成し、独立または一体的に形成した反射
層13に対向させて配置したものとなっており、拡散板51
側の導光体50-1の出射面16は平面となっている。

光源からの光は、側面11から導光体50-1内に導光さ
れ、梨地面30から出射され、反射層13により反射された
あと、再び、梨地面30へ入射し、出射面16、拡散板51を
経て出射される。

第４図は導光体50の上下両面を梨地面30とした導光体
50-2を使用した構成例を示したものである。

なお、第３図及び第４図に示す構成例は、第２図の構
成例と略同等の性能を有していることが確認されてい
る。

なお、本発明において、透明導光体の梨地面の仮想平
面が反射層の面と実質的に平行であるということは，端
的にいえば平坦な板状をなすということであり、本発明
はこのような板状であっても十分な性能を発揮し、かつ
特別な成形加工を要せず、容易に製作できて組立も容易
な透明導光体を用いることを特徴の１つとしているので
ある。

また本発明の梨地面の性能としては、導光体となる板
状体として曇価（導光体の光の進行方向と直交する方向
に光を透過して測定）が60％以上であることが好まし
い。この曇価は後述するように定義されるが、導光体の
光拡散性能をあらわす目安になるからであり、本発明の
目的を達成するためには60％以上でないと所定の輝度が
得られないことが確認されている。なお詳細は後述の具
体的実施例において説明する。

又本発明の目的を達成するためには反射層の反射率が
80％以上であることも要求されるが、このような反射率
を有する反射層としては、透明フィルムに銀やアルミニ
ウムを蒸着したフィルムを用いることによって、あるい
は導光体の面に直接上記蒸着層を形成することでなしう
る。

次に10インチ液晶表示装置用の背面光源を想定し、パ
ネルサイズを横200mm×縦180mmとし、導光体は厚さ6mm
の透明アクリル樹脂を用いた具体的な実施例を以下説明
する。なお、下記実施例はその一例にすぎず、本発明は
サイズ、厚み、材質共にこれに限定されるものではない
ことは明らかである。

〔詳細な実施例〕 第２図に示す構成例の製作及びその評価 （導光体の作製） まず、磨いた黄銅板（約3mm×250mm×250mm）の片面
に60メッシュのガラスビーズを吹きつける常法のホーニ
ング法によって金属板表面をホーニング加工し、レプリ
カ用の金型を作製する。ホーニングの程度により４種類
の金型を作製した。

次に厚さ6mmのアクリル樹脂板の片面に該金型を用い
熱プレスによりホーニング面のレプリカをとり、更に横
200mm×縦180mmの大きさに切断しこれを導光体とした。

（導光体の曇価の測定） （１）上記（導光体の作製）で４種類の金型を用いてレ
プリカをとったアクリル樹脂板6mmより各各50×50mmの
試片を切り出し、曇価測定用試料とした。このうちの２
種類は本発明品（試料1,2）、残り２種類は比較品（試
料3,4）である。

曇価の測定はASTM-D1003-61に準じ、計測器の光入射
側にレプリカ面を配置して測定し、次式により曇価を求
めた。

曇価＝｛（拡散光透過率）／（全光線透過率）｝×100
％ （２）測定結果は第１表のとうりである。

第１表 曇価 試料‐１ 70.8％ 試料‐２ 64.8％ 試料‐３ 40.8％ 試料‐４ 28.8％ （導光体の出射光分布の測定） 上記で得られた導光体から横60mm×縦50mmの大きさの
試片を切り出し、横60mmの端面を常法により研摩すると
共に、梨地面とは反対面及び縦50mmの端面に下記の反射
材‐２を貼り付けた。

このようにして得られた接合体の横60mmの２辺に沿っ
て、ランプ（スタンレー電気（株）製CB7−300S、直径
7.0mm）の中央部にアルミニウム箔をリフレクターとし
て巻きつけたものを作製し、DC12Vでインバーターを介
して点灯した。

そしてこの試片の中央部（第７図（ａ）の参照）に
ついて輝度計40（（株）ミノルタ製輝度計nt-1）で法線
に対して角度を変えて測定し（第７図（ｂ）参照）、試
料‐１〜試料‐４の出射光分布を求めた結果を、それぞ
れ第５図（ａ）〜（ｄ）に示す。なお、第５図において
半径方向に輝度、円周方向に視野角をとってある。

（光拡散板の作製） 乳白色光拡散板（三菱レイヨン社製、アクリライトM3
AW29、板厚1mm）を横200mm×縦180mmの大きさに切断
し、横200mmの端面には黒の塗料を塗布して光拡散板51
を得た。

（反射層に用いた反射材と反射率の測定） 実施例の反射層として次の４種類を用い、それぞれの
全光線反射率をASTM-D-1003に準拠し、村上色彩技術研
究所製HT-100を用い、Ｃ光源によって測定した。この結
果を示すのが第２表である。

（面光源素子の作製） 次に、先に得られた導光体の横200mmの２辺を常法に
より研磨し、縦180mmの２辺は粘着剤により反射材‐２
を貼りつけ、導光体の梨地面とは反対面には、上記反射
材‐１〜４を貼り付けた。なお反射材‐３だけは、導光
体の反対面に直接アルミニウムを真空蒸着した後、透明
ラッカーによる保護層を形成した。

そして、上記の導光体の梨地面の横200mm側に沿って
幅7mmの両面粘着テープを介在し、上記光拡散板を接合
させて組立てた。

（面光源素子の輝度測定） ランプ（スタンレー社製CB7-300S）２本を、上記反射
材‐１を共通にリフレクターとして用いて、面光源素子
の横200mmの２辺に巻き付けて配設し（第１図及び第２
図参照）、ランプ点灯後30分経過後、法線方向（第７図
（ｂ）参照）からその輝度を（株）ミノルタ製輝度計nt
-1を用いて測定した。測定点は、第８図に示すように横
10分割、縦８分割した一つが20×20mmの格子を描き、そ
の中心10mmφの円になるようにして行った。なお、ラン
プを配置した辺の端から10mm幅の部分は、両面粘着テー
プを介在しているため、測定点から除外した。

この結果を第３表及び第４表に示す。

以上の表から分る通り、試料すなわち導光体の曇価を
60％以上、反射材の反射率を80％以上にして面光源素子
を構成すると、出射光調整部材を用いなくても充分な輝
度と均一性が発揮しうるものであることが確認された。

（面光源素子の出射光分布の測定） 試料‐１及び反射材‐１の組合せによる面光源素子に
ついて、中央部（第８図ｆ列Ｄ行の交点）の出射光分布
を、前記（導光体の出射光分布の測定）に準じて測定し
たのが第９図であり、出射光が均一に分布していること
が分る。なお、本発明例の他の面光源素子についても測
定したが、ほぼ同様であった。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明に係る面光源素子によ
れば、以下の効果を得ることができる。

各種液晶表示装置等の背面照明として、薄型で、光源
のワット数を増加することなく、面の輝度が均一で最適
の面光源素子を提供できる。この薄型であることは、携
帯性を重視する液晶表示装置においては、大きな利点に
なる。

本質的に拡散光源である螢光灯を用いた場合において
も、簡単に表面の輝度が高められる。

CRTに代替することが可能な程度に大きくすることが
可能であり、かつ実質的に導光体自体が加工がめんどう
な特殊形状でなく、しかも全体の製作が容易で使用する
部材も多くないため製造コストが安い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る面光源素子の一実施例を示す一
部切欠斜視図である。 第２図は第１図におけるI-I線の部分的な断面図であ
る。 第３図および第４図はそれぞれ本発明の他の実施例の部
分的な断面図である。 第５図（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ導光体の出射光輝度の
角度分布を示す図である。 第６図（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明に係る導光体の
斜視図、断面図である。 第７図（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明に係る出射光
輝度の角度分布の測定法の概念図である。 第８図は、本発明光源素子の輝度測定（法線方向出射光
輝度）の測定点を示す相対点な位置図である。 第９図は、本発明に係る面光源素子の出射光輝度分布を
示す図である。 第10図（ａ），（ｂ）は、それぞれ従来の面光源素子の
構成を示す断面図である。 50,50-1,50-2…導光体、51…光拡散板、16…導光体出射
面、13…反射面、14…光源、15…リフレクター、30…マ
ット面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−169105（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−122074（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−196217（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一つの側面を入射面とし、これ
   と直交する面を光出射面とし、かつ該出射面の反対面に
   反射層を備えた透明導光体と、 該導光体からの光を無指向に拡散させる拡散板とから構
   成される面光源素子であって、 上記導光体の出射面及び反対面の少なくとも一方は、そ
   の仮想平面が上記反射層の面と実質的に平行で、上記出
   射面及び入射面の双方と直交する面内の方向において上
   記出射面の法線方向に対して傾いた特定方向範囲に指向
   性をもつ光を上記出射面から出射させるような梨地面を
   有しており、しかも該導光体は上記出射面と直交する方
   向で光を透過したときの曇価が60％以上であり、かつ上
   記反射層はその反射率が80％以上であることを特徴とす
   る面光源素子。