JP3228537B2 - バックライト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透過型又は、半透過型
パネルを背面より照射するパネル用バックライトに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近時、ラップトップ型又は、ブック型の
ワ−ドプロセッサ−やコンピュ−タ等の表示装置とし
て、薄型でしかも見易いバックライト機構を有する液晶
表示装置が用いられている。このようなバックライトに
は、図１に示すように透光性の導光板の一端部に、蛍光
管のような線状光源を併設する１灯型エッジライト方
式、図３に示すように透光性の導光板の対向する二端部
に、蛍光管のような線状光源を併設する２灯型エッジラ
イト方式、がよく用いられる。このエッジライト方式の
場合、図２又は図４に示すように、導光板の一方の面に
この導光板材料よりも屈折率が大きい光拡散物質を部分
的に被覆し、その面のほぼ全面を光拡散反射板で覆うよ
うに配置されたものが多い。

【０００３】特に近時、バックライトがバッテリー駆動
されるようになり消費電力−輝度変換効率のより一層の
向上が望まれており、線状光源を覆う光反射器に反射率
の高い反射板を配したり、導光板の光拡散物質を部分的
に被覆した面に反射率の高い反射板を配したりすること
が提案されている。

【０００４】しかし、前記したいづれの方法において
も、消費電力−輝度変換効率は向上するものの、未だ充
分でなく、更により一層の向上が望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、消費
電力−輝度変換効率が高く、かつ高輝度が得られるバッ
クライトを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述の点
につき種々の検討を行った結果、光拡散物質を部分的に
被覆した透光性材料の出光面側に、直線状頂稜を多数有
する透光性プリズムシ−トを配したが、光の指向性がよ
り強くなり、実質的に出光面に降ろした法線方向近傍に
対しては前記した消費電力−輝度変換効率の高いバック
ライトとなることを見出した。

【０００７】即ち本発明は、透光性材料からなる導光板
の一方の広い面に、該導光板材料よりも屈折率が大きい
光拡散物質を部分的に被覆し、その面を鏡面ないし光反
射板で覆い、前記導光板の少なくとも一側面端部にこれ
に近接した線状光源を有するパネル用バックライトに於
いて、導光板の出光面側に、同一面に微細な間隔で直線
状頂稜を持つプリズムが、頂稜がほぼ平行となる状態で
多数有する透光性材料からなるシ−トを、頂稜面が外側
になるように、出光面側に１枚以上配置したパネル用バ
ックライトに関するものである。

【０００８】次に本発明を図面に基づいて詳述する。図
５は、導光板の一端部に光源を持つエッジライト方式の
一実施態様の斜視図であり、図６はその断面図である。
同様に図７は、導光板の二端部に光源を持つエッジライ
ト方式の一実施態様の斜視図であり、図８はその断面図
である。

【０００９】図中１は導光板であり、光を効率よく通過
させる物質であればよく、石英、ガラス、透光性の天然
又は合成樹脂、例えばアクリル系樹脂等である。導光板
に施す光拡散物質（図中６）は、導光板の材質に比較し
て高屈折率を持ち、かつ拡散反射率が大きい顔料、例え
ばチタンホワイトを含んだ塗料、印刷インキ等である。
これらをスクリ−ン印刷等の方法で導光板面上にドット
状に印刷する。

【００１０】４は線状光源で、好ましい態様としては、
導光板の端部に光が入光するための間隙（スリット）を
有する光反射器５で、線状光源の光源面とある幅の間隙
をもたせた状態で覆われており、導光板の少なくとも一
端面部に近接してその中心軸が導光板の端面とほぼ平行
となるように設置される。前記線状光源は、蛍光管、タ
ングステン白熱管、オプティカルロッド、ＬＥＤを配列
した物等があるが、蛍光管が好ましく、省電力の面か
ら、電極部を除く均一発光部の長さが、近接する導光板
の端部の長さとほぼ等しいことが好ましい。

【００１１】鏡面ないし光反射板、例えば、光拡散反射
板（図中３）は光拡散物質を被覆した導光板の面のほぼ
全面を覆うように配置するが、導光板の線状光源を近接
させていない残りの端面部のほぼ全面を覆うように配置
すると光の利用効率及び均一な面状発光を得る点で更に
良い。

【００１２】７は透光性材料からなるシート（以下単に
シートと称する）で、同一面に微細な間隔で互いに平行
な直線状頂稜を多数有するもので、頂稜面が外側（導光
板と相対する面と反対側）になるように配置することに
より、バックライトの出光面より出光した光の指向性を
変化させ、出光面に降ろした法線方向近傍に対する指向
性をより強くさせるものである。前記直線状頂稜部が線
状光源の中心軸と平行になるように配置しても良いし、
直角になるように配置しても良い。

【００１３】尚、導光板面上に印刷されたドット状の光
拡散物質（図中６）のドット状のパタ−ンの識別が不可
能となるように、必要に応じて、前記シ−トと前記導光
板との間に光拡散板（図中２）を配置しても良い。

【００１４】本発明は、前記したように、バックライト
の出光面側に、ある条件を満足する形状を持つ透光性材
料からなるシ−トを配置することが特徴である。

【００１５】本発明における前記条件を更に詳述する
と、前記したシート（図中７）は透光性材料からなるも
のであれば特に限定されないが、例えばメタクリル酸エ
ステル、ポリカーボネイト、ポリ塩化ビニル、ポリスチ
レン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）などのポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、繊維素系樹脂、ガラス等である。

【００１６】本発明で用いるシ−トの、出光面側に形成
する互いに平行な直線状頂稜を有するプリズムの形状は
図９に示したように、光学的平面を２つ以上持ついわゆ
るプリズム状のもので、前記２つの光学的平面が交わる
頂稜（図中８）は直線状で、同一面内には微細な間隔
（図中Ｐ）で互いに平行な多数の直線状プリズムが存在
する状態である。シートに形成するこれら頂稜の頂角は
実質的に同じ形状の部分を持つもので、このことは、頂
点を中心として同一の条件で裁断した際にその頂角が実
質的に同じ角度を持つことを意味する。

【００１７】本発明に於いては、前記したシ−トの頂稜
の頂角（図中９）は７０〜１５０度であることが好まし
い。前記頂角のより好ましい角度範囲は用いるシ−トの
材料の屈折率および用いる面状発光体の配光特性に依存
する。例えば屈折率の大なる材料（ポリカ−ボネート、
屈折率ｎ＝１．５９）を用いた場合は、頂角は７０度よ
りも９０度、９０度よりも１２０度のほうが好ましく１
５０度以上になると本発明の効果は減少し、配光特性、
例えば面状発光体から出光する光が出光面に降ろした法
線方向から４５度以内に実質的に集中している場合は、
頂角は１００度〜１４０度が良い。

【００１８】又、前記したシ−トのプリズムの、頂点か
らのそれぞれの斜辺の長さが実質的に等しいものを用い
ることが、本発明の効果を向上させる上で特に好まし
い。又、シートに形成した多数の直線状プリズムの分布
状態は、表面から出光される光によって直線状プリズム
の間隔が視認されにくくする上で、互いに平行で隣り合
った直線状プリズムの頂稜と頂稜の間隔は１０〜１００
０μｍであることが好ましい。そして前記シ−トの直線
状プリズム部の厚さ（図中ｔ２）は前記した頂稜の頂角
及び頂稜と頂稜の間隔で決まるが、多数の直線状プリズ
ムを微細な間隔で互いに平行な位置関係に維持するため
の厚さ（図中ｔ１）が必要で、このｔ１は光線透過率及
びバックライトの薄型化のためには薄い方が良いが、前
記シ−トの製造上の理由及び強度の点から、前記シ−ト
の総厚（図中Ｔ）は１０〜３０００μｍ、好ましくは５
０〜１０００μｍが良い。また、同一面に形成する直線
状プリズムは、より効果的には同一形状のものが良い。

【００１９】本発明で用いるシートを成形する方法は特
に限定されるものではなく、例えば熱プレスによる金型
成型加工、エンボス加工、鋳型加工、化学処理等の方法
で実質的に同形の直線状プリズムを微細な間隔で互いに
平行な状態で多数有するように成形可能な方法であれば
良い。尚、製造上の理由から頂稜には若干のだれが生じ
るが、本発明の効果が認められる範囲であれば良い。
又、前記した透光性フィルム（ベースフィルム）の上に
ベースフィルムとは同一材質か、又は、異質の透光性材
質（例えばアクリル系樹脂などの紫外線硬化樹脂等）を
印刷等の方法によって直線状凸型を微細な間隔で多数有
するように成形しても良い。

【００２０】液晶ディスプレイは、その表示面に降ろし
た法線方向から視認する角度が大きくなる程コントラス
トが低くなるため、実用上、前記法線方向近傍での輝度
が重視される。更に、ビュ−ファインダ−に至ってはそ
の表示面に降ろした法線方向からしか見ないため、実用
上、前記法線方向近傍での輝度が重視される。

【００２１】本発明で、前記したように、出光面側が微
細な間隔で互いに平行な多数の直線状プリズムを有する
シ−トを、前記バックライトの出光面に配すると、光の
指向性が現われる。即ち、実質的に出光面に降ろした法
線方向でその面より出光した光の輝度を測定した場合、
前記シ−トを配さない場合に比較して、輝度が増加され
ること、前記出光面に降ろした法線に対してある角度、
例えば４０度の方向から同様に測定した輝度が、実質的
に法線方向で測定した時の輝度よりその減少割合が大と
なる（例えば、法線方向で測定した時の輝度のほぼ５０
％まで減少する）こと等から、前記した光の指向性が現
れていることが判る。

【００２２】次に、本発明における作用を図面に基づい
て更に詳述する。図１０は本発明で、直線状プリズムを
有するシートを用いた場合の、シ−トの任意のプリズム
の断面に任意の点から入射する光線を光線追跡した一例
の図である。

【００２３】プリズムの頂角を２α（度）とし、透光性
材料からなるシ−トの屈折率をｎ、空気の屈折率を１と
すると、臨界角θｃ（度）は θｃ＝ｓｉｎ^−１（１／ｎ） １）光線が角度θ_１（度）で入射し、角度θ_６（度）で
出射する場合（図１０（ａ）） ｓｉｎθ_１＝ｎ×ｓｉｎθ_２ θ_３＝９０°−α−θ_２ ｎ×ｓｉｎθ_３＝ｓｉｎθ_４ （ただしθ_３≦θｃのと
き） θ_５＝９０°−α−θ_４ θ_６＝θ_５ ２）光線が角度θ_１（度）で入射し、角度θ_８（度）で
出射する場合（図１０（ｂ）） ｓｉｎθ_１＝ｎ×ｓｉｎθ_２ θ_３＝９０°−α−θ_２ θ_４＝θ_３ （ただしθ_３＞θｃのとき） θ_５＝２α−θ_４ ｎ×ｓｉｎθ_５＝ｓｉｎθ_６ （ただしθ_５≦θｃのと
き） θ_７＝９０°−α−θ_６ θ_８＝−θ_７ このような計算を行うことによって、透光性材料からな
るシ−トに用いる材料の屈折率、プリズムの頂角がわか
れば、バックライトの出光面から出光する光線の透光性
材料からなるシ−トへの入射角から出射角を求めること
が出来る。尚、図１０には示さなかったが、前記条件に
よっては、入射光線はプリズム内部を２回以上反射する
場合もあるし、バックライトの出光面に戻る場合もあ
る。

【００２４】例えば、図１１に示したように前記シ−ト
をポリカ−ボネート（屈折率ｎ＝１．５９）で作り、プ
リズムの頂角を９０度にした場合に於いては、入射角０
度で前記シ−トに入射した光線はプリズム内部で全反射
し、バックライトへ戻される。バックライトへ戻された
光線はバックライト内部で一部は吸収され、一部は反射
し再びバックライトの出光面より出光する。

【００２５】従って、この様にバックライトから出光し
た光が前記シ−トのプリズム内部で全反射して再びバッ
クライトへ戻される場合には、バックライト内部での光
の吸収が少ない程、またバックライト内部での光の反射
率が高い程すなわちバックライトの出光面以外の面が反
射率の高い反射板で覆われている程、効率の良いバック
ライトになる。

【００２６】また、入射角３０度で前記シ−トに入射し
た光線は出射角０．５度で前記シ−トより出光し、入射
角６０度で前記シ−トに入射した光線は出射角２５．７
度で前記シ−トより出光する。そして、この場合のバッ
クライトの出光面から出光する光は実質的に前記出光面
に降ろした法線方向からの角度がほぼ４０度以内に最も
集中し、その結果、前記法線方向から測定した輝度が、
前記シ−トを配さない場合に比較して増加する。

【００２７】同様に、図１２に示したように前記シ−ト
をポリカ−ボネートで作り、プリズムの頂角を１２０度
にした場合に於いては、入射角０度で前記シ−トに入射
した光線は出射角２２．７度で前記シ−トより出光し、
入射角３０度で前記シ−トに入射した光線は出射角１
１．２度で前記シ−トより出光し、入射角６０度で前記
シ−トに入射した光線は出射角３４．８度で前記シ−ト
より出光する。そして、この場合のバックライトの出光
面から出光する光は実質的に前記出光面に降ろした法線
方向からの角度がほぼ４４度以内に最も集中し、その結
果、前記法線方向から測定した輝度が、前記シ−トを配
さない場合に比較して増加する。

【００２８】この様に、前記シ−トのプリズムの頂角を
コントロ−ルすることによって、面状発光体の出光面か
ら出光する光の指向性を制御することが出来る。

【００２９】

【発明の効果】本発明は比較的小型で、充分な輝度を得
られ、出光面に降ろした法線方向に対しては消費電力−
輝度変換効率が大なバックライトとして使用できる。

【００３０】

【実施例】次に比較例及び実施例で本発明を更に詳述す
る。図５又は６に示すような厚さ２．０ｍｍの長方形導
光板（２２５ｍｍ×１２７ｍｍ）（図中１）の短手の端
部に、直径４．８ｍｍの太さの冷陰極蛍光管（ハリソン
電機株式会社製ノーマル管）（図中４）を配置し、導光
板に接する部分に２ｍｍのスリットを持つ筒型アルミ反
射器の内面に光拡散フィルムをラミネートしたもので覆
い、スリットから出光した光が導光板の端部から導光板
に入光するように配置した。一方、導光板面上に被覆す
る光拡散物質（チタンホワイトを含む塗料）（図中６）
は、円形のドットパターンを１．２ｍｍピッチでスクリ
ーン印刷したものであり下記の条件で作成して用いた。
光拡散物質の被覆率が、最小の地点（冷陰極蛍光管側）
で６％、最大の地点で８０％、その中間ではこれらの比
率を順次増加した値となるように作図した。

【００３１】さらに、導光板の出光面側に光拡散フィル
ム（辻本電機製作所Ｄ−２０４）（図中２）を１枚配置
した。又、導光板の光拡散物質を被覆した面側に光拡散
反射板（図中３）を配置した。冷陰極管に、インバータ
より３０ＫＨｚの交番電圧をかけて一定電流で駆動させ
たときの面輝度を、輝度計（トプコンＢＭ−７）により
視野角２度、出光面に降ろした法線方向に対して、出光
面から輝度計までの距離４０ｃｍで測定したところ１９
２ｃｄ／ｍ^２であった（比較例１）。

【００３２】前記光拡散フィルムの上に、市販の、ポリ
カ−ボネートからなる頂角が９０度の互いに平行な直線
状プリズムを多数有する、直線状プリズムの隣り合った
頂稜と頂稜との間隔が３５０μｍの間隔になるように加
工した厚さ３６０μｍのシ−トを直線状プリズムが外側
になるようにバックライトの出光面側に１枚配置した以
外は比較例１と同一の装置、条件、で操作し、測定した
輝度は３０７ｃｄ／ｍ^２であった（実施例１）。

【００３３】更に直線状プリズムが内側になるようにバ
ックライトの出光面側に１枚配置した以外は以外は実施
例１と同一の装置、条件、で操作し、測定した輝度は１
５ｃｄ／ｍ^２であった（比較例２）。更にプリズム状の
突起の頂角を７０度にした直線状プリズムを用いた以外
は実施例１と同一の装置、条件、で操作し、測定した輝
度は２４５ｃｄ／ｍ^２であった（実施例２）。更にプリ
ズム状の突起の頂角を１２０度にした以外は実施例１と
同一の装置、条件、で操作し、測定した輝度は３３０ｃ
ｄ／ｍ^２であった（実施例３）。前記光拡散フィルムの
上に、厚さ５０μｍのＰＥＴのベースフィルムの上に印
刷法によって紫外線硬化樹脂（アクリル系樹脂）で多数
の直線状凸部を、凸部の底面の長さが５０μｍ、底面か
ら凸部までの高さが２５μｍ、凸部と凸部の間隔が５０
μｍになるように形成したシートを直線状凸部が外側に
なるようにバックライトの出光面側に１枚配置した以外
は比較例１と同一の装置、条件、で操作し、測定した揮
度は２３５ｃｄ／ｍ ^２ であった（実施例４）。

【００３４】次に、バックライトの配光特性を調べるた
めに、比較例１、実施例１、実施例２、について、冷陰
極管に、インバ−タより３０ＫＨｚの交番電圧をかけて
一定電流で駆動させたときの面輝度を、輝度計（トプコ
ンＢＭ−７）により視野角２度で、図１３に示すように
出光面に降ろした法線方向に対しての角度を０度から７
０度まで変化させ、出光面から輝度計までの距離４０cm
で測定したときの輝度の値を図１４に示した。この図か
ら、本発明のバックライトを用いると輝度が増加し、光
の指向性が顕著であることが判る。

【図面の簡単な説明】

【図１】１灯型エッジライト方式のバックライトの一例
を示す斜視図

【図２】１灯型エッジライト方式のバックライトの一例
を示す断面図

【図３】２灯型エッジライト方式のバックライトの一例
を示す斜視図

【図４】２灯型エッジライト方式のバックライトの一例
を示す断面図

【図５】本発明の一実施態様の斜視図

【図６】本発明の一実施態様の断面図

【図７】本発明の一実施態様の斜視図

【図８】本発明の一実施態様の断面図

【図９】本発明で用いるシ−トの斜視図

【図１０】光線追跡の一例を示す図

【図１１】プリズム頂角９０度の場合の例を示す図

【図１２】プリズム頂角１２０度の場合の例を示す図

【図１３】本発明で用いた測定方法の概念図

【図１４】出射光輝度の角度分布を示す図

【図１５】出射光輝度の角度による分布を示す図

【符号の説明】

１：導光板 ２：光拡散板 ３：反射板 ４：線状光源 ５：反射器 ６：光拡散物質 ７：直線状プリズムを持つシ−ト ８：直線状頂稜 ９：プリズムの頂角 １０：バックライト １１：輝度計 １２：出光面に降ろした法線方向に対しての角度 １３：出光面に降ろした法線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−241590（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−127159（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−245220（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−69184（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−107201（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−107237（ＪＰ，Ｕ) 特許3030792（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1335 530

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性材料からなる導光板の一方の広い
   面に、該導光板材料よりも屈折率が大きい光拡散物質を
   部分的に被覆し、その面を鏡面ないし光反射板で覆い、
   前記導光板の少なくとも一側面端部にこれに近接した線
   状光源を有するパネル用バックライトに於いて、導光板
   の出光面側に光拡散板を配置し、該光拡散板の出光面側
   に、頂角が１００度以上１４０度以下である直線状頂稜
   を持つプリズムを、同一面に、頂稜がほぼ平行となる状
   態で多数有し、かつ、隣り合った頂稜と頂稜との間隔
   が、１０〜１０００μｍである透光性材料からなるシー
   トを、頂稜面が外側になるように、１枚以上配置したパ
   ネル用バックライト。