JP2723414B2 - 面状発光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パーソナルコンピュー
タやワードプロセッサなどの液晶ディスプレー、液晶カ
ラーテレビなどに用いられるエッジライト方式の面状発
光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、エッジライト方式の面状発光装
置の基本構造を示す断面図である。同図において、面状
発光装置(7) は、背面に印刷ドットパターン(5) を有す
る導光板(6) と、導光板(6) の少なくとも１つの側面に
設けられた陰極管から成る光源(1) と、導光板(6) の後
側に設けられた反射板(3) と、導光板(6) の前側に設け
られた光拡散シート(4) とから主として構成されてい
る。面状発光装置(7) の前側には液晶表示素子(2) が設
けられている。エッジライト方式のドットパターン(5)
は、側面の螢光ランプ(1) から入射した光を、画面のど
の位置からも均等に出射させるために導光板(6) の背面
に形成された光散乱性の印刷ドットパターンであり、疑
似光源ともいえるものである。

【０００３】光拡散シート(4) は、液晶表示画面を使用
する際に、液晶表示素子(2) を通して背面の光源、すな
わち疑似光源であるドットパターン(5) が視認されず、
均一に発光している面と見なされるよう機能する。

【０００４】従来、印刷ドットパターン(5) が見えない
ようにして光拡散率を高めるには、大別して、ｉ）プラ
スチックシートの表面に光拡散剤を塗布したりこれを内
部に含有せしめる、ii）プラスチックシートの表面にシ
ボ状の凹凸加工やマット加工を施すなどの手段がとられ
ていた。

【０００５】前者ｉ）の例としては、図１に示す面状発
光装置(7) において、光拡散シート(4) として、ポリエ
ステル、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート
などの樹脂に微粉状炭酸カルシウム、酸化チタン、短ガ
ラス繊維、ポリシロキサン結合含有シリコーン樹脂粒子
などの光拡散剤を配合した材料から押出機でシート状に
成型して成るシートを用いたものが挙げられる（特開昭
６３−３３７０３号、特開平１−２０９４０２号、特開
平１−１７２８０１号の各公報参照）。

【０００６】また、後者ii）の例としては、同じく図１
に示す面状発光装置(7) において、導光板(6) の前側ま
たは光拡散シート(4) の少なくとも片面に、上記のよう
な加工を施したシートを用いたものがある（実開平２−
７８９２４号、特開昭６０−７３６１８号、特開平２−
１７号、特開平２−８４６１８号の各公報参照）。こう
した鋸歯状凹凸加工は、いずれも光源の軸線に対して平
行に施されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
面状発光装置では、光源(1) から発せられた光は、導光
板(6) のドットパターン(5) で乱反射されて前方へ放射
されるが、その中で導光板(6) の法線方向へ向かう成分
はごく僅かであり、明るい画面が得られ難かった。ま
た、光拡散機能を向上させるために光拡散シート中の光
拡散剤の量を増すと、その隠蔽力のために出光量が低下
した。このように、前者の構成の面状発光装置では、図
１０に示すように、実用上の画面の明るさが不足しがち
であった（発光装置の出射光輝度の測定方法については
後述する）。

【０００８】他方、後者の面状発光装置は、集光シート
表面の凹凸形状による光散乱を利用したもので、出光量
の点では前者の装置より勝っている。しかし、この場合
には面状発光装置の機種（主に導光板の厚みや光拡散シ
ート種類）によって最大出光量角度に差違があるので、
特定の形状のプリズム部を有する集光シートを使用した
時、ある機種の発光装置では図１１に示すような良好な
出光特性が得られても、別の機種の発光装置では図１２
に示すようにそれ程良好な効果が得られないというよう
な事態が起こる。そのため、使用者の方向を最も明るく
する発光装置を得るには、装置毎に集光シートのプリズ
ム部の頂角度を設定して個々の発光装置に対応しなけれ
ばならなかった。プリズム加工を導光板に直接形成する
場合にも、上記と同じく導光板毎にプリズム部の頂角度
を設定する必要があり、そのような形状の板を成形する
のは著しいコスト高を招いた。

【０００９】また、鋸歯状凹凸を使用した場合、その凹
凸が最終的な出向面に近いほど、凹凸ピッチによっては
モアレ縞と言われる干渉模様を生じることが多かった。

【００１０】本発明の目的は、上記の点に鑑み、画面の
正面に出光分布を集中させることができ、しかも集光シ
ートもしくは導光板のプリズム加工において個々の発光
装置の機種に合わせて凸条の頂角度を設定する必要がな
く、かつモアレ縞の発生のない面状発光装置用集光シー
トを用いたエッジライト方式の面状発光装置を提供する
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、多数の平行状
凸条が光源の軸線に対して所要角度をなすように面状発
光装置用集光シートを配置することにより、発光装置の
出光特性を任意に変化させることができるという知見を
得て完成されたものである。

【００１２】すなわち、本発明の面状発光装置は、液晶
表示素子を照明することを目的とする面状発光装置であ
って、液晶表示素子背面に設置され、該液晶表示素子を
照明する面状発光装置用集光シートと、面状発光装置用
集光シートの後方に設けられかつ背面にドットパターン
を有する導光板と、導光板の少なくとも１つの側面に設
けられた光源と、導光板の後側に設けられた反射板とよ
りなり、上記面状発光装置用集光シートは片面に、横断
面略三角形の多数の凸条が、各稜線が略平行状に成形さ
れた２枚の方形シートよりなり、一方のシートの凸条の
稜線が該シートの辺縁、即ち面状発光装置の辺縁、即ち
液晶表示素子の辺縁に対して時計方向に５〜８５°の角
度をなし、他方のシートの凸条の稜線が該シートの辺
縁、即ち面状発光装置の辺縁、即ち液晶表示素子の辺縁
に対して反時計方向に５〜８５°の角度をなし、かつ一
方のシートの凸条の稜線と他方のシートの凸条の稜線と
が５°以上の角度をなすように重ね合わされていると共
に、２枚に方形シートは共に、凸条が成形されている面
が液晶表示素子側になるよう設置されていることを特徴
とするものである。

【００１３】この明細書全体を通して、「シート」とは
厚さによって規定される厳密な意味でのシートのみなら
ず、通常フィルムと呼ばれる薄手のものも含むものとす
る。「横断面略三角形の凸条」とは、横断面形状が幾何
学上の三角形をなす所謂プリズムと呼ばれるもののみな
らず、頂角部を横断面凸弧状にしたもの、隣接する凸条
間の凹条底部を横断面凹弧状にしたもの、さらには、横
断面三角形の少なくとも一方の斜辺が集光性能を低下さ
せない範囲で多少湾曲ないしは屈曲しているものをも含
む意味である。また、「略平行状」とは、横断面略三角
形の多数の凸条の各稜線が実質状平行であることを意味
する。

【００１４】面状発光装置の出射光輝度の測定方法につ
いて説明する。

【００１５】図９において、面状発光装置(7) の出光面
の法線方向を０°とし、発光装置(7) 上のある点Ｐの輝
度を、Ｐを通りかつ光源(1) に平行な直線を軸として−
９０°〜＋９０°の範囲の幾つかの位置から、輝度計(1
2)によってそれぞれ測定する。こうして得られた値のう
ち、最大輝度の値を１００％として、他の位置の値を％
で表示し、測定位置と輝度との関係を図にプロットす
る。

【００１６】図１０は、図１に示すような基本構造を有
するエッジランプ型の発光装置における輝度分布を示す
ものである（角度γは出光面と測定方向のなす角度）。
この発光装置では、その使用者は同装置の正面（０°）
の位置にいるのに、正面方向への出光量が少ないという
ことが判る。正面方向への輝度分布を増大させるため
に、従来技術の項で述べたように、シートの片面または
両面に横断面鋸歯状の凹凸加工を施した、図３に示す集
光シート(13)を用いたり、上記のような凹凸加工を導光
板の出光面側または反射板側に直接形成したものが提案
されている。こうした集光シートまたは導光板の凹凸加
工は、いずれも光源の軸線に平行に施されている。しか
し、この場合には面状発光装置の機種によって最大出光
量角度に差違があるので、特定の形状のプリズム群を有
する集光シートを使用した時、ある機種の発光装置では
図１１に示すような良好な出光特性が得られても、別の
機種の発光装置では図１２に示すようにそれ程良好な効
果が得られない。

【００１７】面状発光装置用集光シートを構成する方形
シートの多数の凸条は、同シートの出射光を画面に対す
る法線方向により多く集める作用を果たす。多数の凸条
の各２つの斜面のなす角度は３０〜１５０°、好ましく
は約６０〜１２０°の範囲である。３０°未満では凸条
の形成が困難であり、１５０°を超えると集光能力が低
下する恐れがある。

【００１８】面状発光装置用集光シートの材質は透明な
樹脂であれば特に限定されなず、透明な樹脂としては、
ポリカーボネート、ポリエステル、ポリメチルメタクリ
レートなどが例示される。面状発光装置用集光シート
は、好ましくは、後述する光拡散シートの基材樹脂と同
種の樹脂から成る。

【００１９】多数の凸条の形成は、シートの出光面にな
される。凸条の形成方法としては、異形押出法、押出成
型しながらのロールエンボッシング法、平板への熱プレ
ス法、モノマーキャスチング法、射出成型法などがある
が、形成方法はこれらに限定されない。

【００２０】方形シートの厚さは８０μｍ以上、好まし
くは９０〜３００μｍである。この厚さが８０μｍ未満
であると、凸条の付形が困難となることがある。

【００２１】多数の凸条は、図２に示すように、シート
の片面に凸条の稜線が方形シートの辺縁に対して角度θ
が５°≦θ≦８５°の範囲になるように形成される。θ
が８５°を越えると充分な集光効果が得られず、また、
角度θが５°未満あるいは８５°以上であると、面状発
光装置用集光シートの凸条の稜線と液晶表示部のブラッ
クマトリックス及び表示による平行線の集合とでモアレ
縞が発生することがある。

【００２２】この角度θを設定するには、上述した方法
によって観測方向毎に輝度分布を確認しながら、出光分
布を画面の正面に集中させる値を求める。

【００２３】本発明では、上述した方形シート２枚が、
一方のシートの凸条の稜線と他方のシートの凸条の稜線
とが５°以上の角度をなすように、かつ一方のシートの
凸条の稜線がシートの辺縁に対して時計方向に５〜８５
°の角度をなし、他方のシートの凸条の稜線がシートの
辺縁に対して反時計方向に５〜８５°の角度をなすよう
に、重ね合わされている。

【００２４】図７に示すように、一方のシートにおける
凸条の稜線とシートの辺縁との角度を反時計方向にθと
すると、他方のシートにおける角度θ´は時計方向へ５
°≦θ´≦８５°の範囲にある。また、一方のシートに
おける角度θと他方のシートにおける角度θ´とは、上
記の如くシートの辺縁に対して時計方向と反時計方向に
逆方向に設定され、好ましくは等しい絶対値を有する。
ただし、一方のシートの凸条の稜線と他方のシートの凸
条の稜線とは、上述のように５°以上の角度をなす必要
があるので、角度θと角度θ´の差の絶対値が５°未満
にならないように、両シートを重ね合わされる必要があ
る。｜θ−θ´｜＜５°ではこれらのシートの凸条同志
でモアレ縞を生じることがある。

【００２５】こうして構成される面状発光装置用集光シ
ートは、面状発光装置の素子として用いられる。すなわ
ち、図６に示すように、上記構成の面状発光装置用集光
シート(8) と、面状発光装置用集光シートの後方に設け
られかつ背面に印刷ドットパターン(5) を有する導光板
(6) と、導光板(6) の少なくとも１つの側面に設けられ
た光源(1) と、導光板(6) の後側に設けられた反射板
(3) とを具備し、該面状発光装置用集光シートは、各方
形シートの凸条の稜線が光源の軸線に対して傾斜すると
共に凸条の形成されている面が出光面になるようになさ
れている面状発光装置(7) が得られる。面状発光装置用
集光シート(8) と導光板(6) の間 (図６参照) 、または
面状発光装置用集光シート(8) の前側すなわち、最も出
光側 (図８参照）には、必要に応じて少なくとも１枚の
光拡散シート(4) が適宜介在させられる。面状発光装置
(7) の前側には液晶表示素子(2) が設けられている。

【００２６】つぎに、面状発光装置(7) を構成する各素
子について説明する。

【００２７】まず、面状発光装置用集光シート(8) は上
述した構成を有する。

【００２８】光源(1) としては、通常、陰極管が用いら
れる。陰極管は冷陰極管でも熱陰極管でも構わない。陰
極管のサイズその他は限定されない。陰極管は、導光板
(6)の左右両側面またはいずれか一方の側面に設けられ
ている。また、これは導光板(6) の三方の側面または四
方全側面に設けられることもある。

【００２９】導光板(6) は、ガラス、ポリカーボネー
ト、ポリエステル、ポリメチルメタクリレートなどの透
明性の良好な素材から成り、その背面すなわち反射板側
の面に、光源(1) からの光を出光面のどの位置からも均
一に出光するよう乱反射を起こさせる印刷ドットパター
ン(5) を施したものである。導光板(6) の厚さその他は
限定されない。

【００３０】反射板(3) は、白色顔料を混入した樹脂
板、発泡樹脂板、金属蒸着樹脂板、金属板など、光線を
遮蔽する作用のある板状のものであれば限定なく適用で
きる。反射板(3) は導光板(6) の非出光面側に配され、
導光板(6) の印刷ドットパターン(5) に接している。

【００３１】光拡散シート(4) は、導光板(6) の印刷ド
ットパターン(5) の形状が使用者に視認されないよう、
光線を拡散するものであり、光拡散剤練込タイプまたは
ランダム凹凸加工タイプがある。このシートの厚さは限
定されないが、通常１０μｍ以上、好ましくは２０〜３
００μｍである。この厚さが１０μｍ未満であると、十
分な拡散性が得られないことがある。光拡散シート(4)
を構成する樹脂は透明な樹脂であれば特に限定されな
ず、透明な樹脂としては、ポリカーボネート、ポリエス
テル、ポリメチルメタクリレートなどが例示される。光
拡散剤としては、従来公知のものが適用でき、たとえば
酸化チタン、ガラス繊維、ガラスビーズ、シリカ・アル
ミナなどが例示される。光拡散剤の配合量は、透明な樹
脂１００重量部に対し、好ましくは５〜１００重量部、
さらに好ましくは１０〜５０重量部である。光拡散シー
ト(4) 製造のためのシートの成型方法としては、材料を
熱プレスする方法、同材料をＴダイで押出す方法、フロ
ーキャステェング方法、その他公知の方法が適用でき、
形成されたシートによるヘイズ値が５０〜９０％好まし
くは７０〜８５％であれば、成型方法は特に限定されな
い。ヘイズ値が５０％未満であると、拡散機能が不十分
で背面の印刷ドットパターンが透視される。またヘイズ
値が９０％を越えると出射する光量が少なくなり過ぎ、
画面の明るさが不足する。

【００３２】

【実施例】本発明を下記実施例により具体的に説明す
る。

【００３３】実施例 異なる形状の凸条を有する２種類の集光シートを成型し
た。

【００３４】シート(a) 図４において、方形シートの出光面に、横断面直角二等
辺三角形のプリズム状の凸条(9) が多数平行状に形成さ
れている（頂角が直角）。シートの全厚さは３００μ
ｍ、凸条(9) の高さは１５０μｍである。シートの材質
はメルトインデックス（２９０℃、1.9 ｋｇ）４．０の
ポリカーボネートである。凸条(9) は熱プレス法によっ
て成型したものである。こうして多数の凸条(9) を備え
たシート(a) が構成されている。

【００３５】シート(b) 図５において、方形シートの出光面に、横断面略正三角
形の多数の凸条(10)が、平行状に形成されている。凸条
(10)の頂角部は曲率半径２０μｍで横断面凸弧状に丸め
られ、隣接する凸条間の凹条の底部も曲率半径２０μｍ
で横断面凹弧状に丸められている。シートの全厚さは２
５０μｍ、凸条(10)の高さは１２０μｍである。シート
の材質はポリメチルメタクリレートである。こうして多
数の凸条(10)を備えたシート(b) が構成されている。

【００３６】また、陰極管(1) 、導光板(8) 、反射板
(3) 、光拡散シート(4) のセットとして下記のものを用
いた。

【００３７】セット(A) 陰極管：直径３．５ｍｍ、長さ１５０ｍｍの冷陰極管
（１本） 導光板：縦１５０ｍｍ、横２００ｍｍ、厚さ３．０ｍ
ｍ、材質ポリメチルメタクリレート、下面にドット印刷
が施されている 反射板：厚さ１００μｍ、酸化チタン２０重量％を練り
込んだポリカーボネート 光拡散シート：炭酸カルシウム１０重量％を練り込んだ
ポリカーボネート。

【００３８】セット(B) 陰極管：直径５．０ｍｍ、長さ１７０ｍｍの熱陰極管
（２本） 導光板：縦１７０ｍｍ、横２３０ｍｍ、厚さ５．０ｍ
ｍ、材質ポリカーボネート、下面にドット印刷が施され
ている 反射板：厚さ１００μｍ、材質ポリエチレンテレフタレ
ートフォーム 光拡散シート：炭酸カルシウム１０重量％を練り込んだ
ポリカーボネート。

【００３９】上記シート(a) および(b) を２枚重ね合わ
せた重ね合わせ体を用いて面状発光装置用集光シートを
構成し、これらを２種類のセット(A) および(B) と組み
合わせ、面状発光装置用集光シートを凸条の稜線が陰極
管の軸線に対し所要角度をなすように配し、それぞれ面
状発光装置を作成した。すなわち、エッジライト方式の
面状発光装置の基本構造を示す図６において、光源とし
ての陰極管(1) は、背面に印刷ドットパターン(5) を有
する導光板(6) の側面に配されている。導光板(6) の後
側に反射板(3) が配され、導光板(6) の前側には光拡散
シート(4) を介して面状発光装置用集光シート(8) が、
その凸条を有する面が光拡散シート(4)の反対側になる
ように配置されている。こうして製作された面状発光装
置(7) の前側、面状発光装置用集光シート(8) の凸条を
有する面側に液晶表示素子(2) が設けられている。

【００４０】比較例 上記シート(a) を凸条の稜線が陰極管の軸線に平行にな
るように配した面状発光装置も製作した。

【００４１】実施例および比較例の各発光装置につい
て、正面輝度および輝度比を測定し、また外観を観察し
た。 その結果を表１にまとめて示す。

【００４２】

【表１】 ＊プリズム部角度：面状発光装置用集光シートの凸条の
稜線が陰極管の軸線と平行する角度を０°とする。 ＊輝度比：１つの発光装置について、最高輝度方向の
輝度に対する、正面輝度の割合。＊ 輝度比：面状発光装置用集光シートを凸条の稜線が
陰極管の軸線に平行になるように配した面状発光装置
（その他の設定条件は変えない）の正面輝度に対する
比。

【００４３】輝度の測定は、先に説明した方法により行
った。

【００４４】

【発明の効果】本発明の面状発光装置は以上の如く構成
されているので、光源の出光分布を画面の正面に集中さ
せ、出光量を最大限に活用でき、パーソナルコンピュー
タ、ワードプロセッサ等に組み込んだ時に明るい画面を
得ることができると共に、モアレ縞が発生するという不
具合点も解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エッジライト方式の面状発光装置を示す断面図
である。

【図２】図１の発光装置の平面図である。

【図３】面状発光装置用集光シートを構成する方形シー
トを示す断面図である。

【図４】面状発光装置用集光シートを構成する方形シー
トを示す断面図である。

【図５】面状発光装置用集光シートを構成する方形シー
トを示す断面図である。

【図６】エッジライト方式の面状発光装置を示す断面図
である。

【図７】発光装置の平面図である。

【図８】エッジライト方式の面状発光装置を示す断面図
である。

【図９】輝度の測定方法を示す概略図である。

【図１０】エッジランプ型の発光装置における輝度分布
を示す図である。

【図１１】エッジランプ型の発光装置における輝度分布
を示す図である。

【図１２】エッジランプ型の発光装置における輝度分布
を示す図である。

【符号の説明】

(1) 光源 (2) 液晶表示素子 (3) 反射板 (4) 光拡散シート (5) ドットパターン (6) 導光板 (7) 面状発光装置 (8) (a)(b)(c) 面状発光装置用集光シート (9) (10)(11) 凸条

フロントページの続き 合議体 審判長 石井 勝徳 審判官 吉野 公夫 審判官 小谷 一郎 (56)参考文献 特開 平３−200929（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−212880（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−123342（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−109786（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−69184（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶表示素子を照明することを目的とす
   る面状発光装置であって、液晶表示素子背面に設置さ
   れ、該液晶表示素子を照明する面状発光装置用集光シー
   トと、面状発光装置用集光シートの後方に設けられかつ
   背面にドットパターンを有する導光板と、導光板の少な
   くとも１つの側面に設けられた光源と、導光板の後側に
   設けられた反射板とよりなり、上記面状発光装置用集光
   シートは片面に、横断面略三角形の多数の凸条が、各稜
   線が略平行状に成形された２枚の方形シートよりなり、
   一方のシートの凸条の稜線が該シートの辺縁、即ち面状
   発光装置の辺縁、即ち液晶表示素子の辺縁に対して時計
   方向に５〜８５°の角度をなし、他方のシートの凸条の
   稜線が該シートの辺縁、即ち面状発光装置の辺縁、即ち
   液晶表示素子の辺縁に対して反時計方向に５〜８５°の
   角度をなし、かつ一方のシートの凸条の稜線と他方のシ
   ートの凸条の稜線とが５°以上の角度をなすように重ね
   合わされていると共に、２枚に方形シートは共に、凸条
   が成形されている面が液晶表示素子側になるよう設置さ
   れていることを特徴とする面状発光装置。