JP3549919B2

JP3549919B2 - 面状発光装置

Info

Publication number: JP3549919B2
Application number: JP07870094A
Authority: JP
Inventors: 孝原田; 和彦豊岡
Original assignee: ミネソタマイニングアンドマニュファクチャリングカンパニー
Priority date: 1994-04-18
Filing date: 1994-04-18
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: JPH07294743A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶表示装置等のバックライト等に用いられる高輝度で、かつ、薄型、軽量の面状発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平４−４８７号には光源直下型の面状発光装置が記載されている。しかし、この装置は薄型化、軽量化が困難であり、高輝度を得るために光源の位置を厳格に調整する必要があり、光源の発熱により液晶表示装置が劣化するおそれがある、等の問題点があった。
【０００３】
特開平４−１９１７０４号には、導光体の両側に光源を配し、導光体の背面に綱点模様を配した面状発光装置が記載されている。この装置は、導光体を使用するので軽量化、薄型化が困難であり、導光体に綱点模様を付すために加工が困難であり、また輝度が低い等の問題点があった。
特開平５−１８１１３６には、導光空間の両端に光源を配し、発光板の内面にプリズム形状を付した面状発光装置が記載されている。この装置は、プリズム面に反射処理が必要であり、表面平滑性がなく、均一処理が困難であり、さらに特に薄型の場合に輝度が不足する、等の問題点を有する。
【０００４】
特開平５−２８１５４０には、導光空間の両端に光源を配し、光源の前方にプリズム板を配して、光源からの光を発光拡散体に向けるようにした面状発光装置が記載されている。この装置においては、同一プリズム板に異る屈折率を与える処理が必要であり、具体化することが事実上困難である。
特開昭６３−３１８００３には、導光空間の両端に光源を配し、発光体内面及び光源の前方に、一面に平行な多数のプリズム形状を有する透光性シート配した面状発光装置が記載されている。しかしながらこの装置においては、薄型にした場合に輝度が均一性に欠けるおそれがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、薄型・軽量であって、高輝度であり、且つ均一な発光が可能な面状発光装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は第一の態様において、導光空間４を形成するように平行配置された発光板２及び背面板３、並びに該導光空間４の少なくとも両端のそれぞれに少なくとも１個の光源８を有する面状発光装置において、該発光板２の前記導光空間側に、一面が平坦で他面に多数の平行な鋸刃状のプリズムを有する透光性フィルム５（第一の発光面透光性フィルムと称する）を有し、該背面板３の導光空間側に、一面が平坦で他面に多数の、前記光源からの光の入射方向に対して平行な鋸刃状プリズムを有する透光性フィルム６（背面透光性フィルムと称する）が設けられ、且つ、該背面透光性フィルム６が、概ね該透光性フィルムの中央部７を発光面側に向かう山頂として前記光源８に向って、傾斜平面を有することを特徴とする面状発光装置を提供する。
【０００７】
前記傾斜平面は、好ましくは背面板に対して１５°以下の角度をなしている。好ましい態様においては、前記背面透光性フィルムは、前記山頂から少なくとも２分割されて傾斜面又は傾斜曲面を構成している。
本発明の第二の態様によれば、前記第一の態様の面状発光装置において、前記発光板２が拡散フィルム（すなわち、光を拡散して透過させる、透光性フィルム）であり、前記発光板２の前記導光空間側とは反対側に、一面が平坦で他面に多数の平行な鋸刃状のプリズムを有する透光性フィルム９（第二の発光面透光性フィルムと称する）をさらに配してなる面状発光装置が提供される。
【０００８】
本発明の第三の態様においては、前記面状発光装置において、前記光源８の導光空間側に、一面が平坦で他面に多数の平行な鋸刃状プリズムを有する透光性フィルム１０（第一の光源透光性フィルムと称する）が配設されている。
本発明の第四の態様においては、前記第三の態様の装置において、前記第一の光源透光性フィルム１０と平行にこれに接して又はその近傍に、一面が平坦で他面に多数の鋸刃状プリズムを有する透光性フィルム１１（第二の光源透光性フィルムと称する）がさらに配設されており、該第一の光源透光性フィルムのプリズム列と該第二の光源透光性フィルムのプリズム列とが相互に垂直方向にある。
【０００９】
本発明の第五の態様によれば、導光空間４を形成するように平行配置された発光板２及び背面板３、並びに該導光空間の少なくとも両端のそれぞれに少なくとも１個の光源８を有する面状発光装置において、該発光板２が拡散フィルムから構成されており、該発光板２の両面に、一面が平坦で他面に多数の平行な鋸刃状のプリズムを有する透光性フィルム５及び９（第一及び第二の発光面透光性フィルム）を配設し、少なくとも前記導光空間側の透光性フィルム５（第一の発光面透光性フィルム）のプリズム列が前記光源８からの光の入射方向に対して垂直方向となるように配置されている面状発光装置を提供する。
【００１０】
本発明の第六の態様によれば、前記第五の態様の装置において、前記光源８の導光空間側に、一面が平坦で他面に多数の平行な鋸刃状プリズムを有する透光性フィルム１０（第一の光源透光性フィルム）が配設されている。
本発明の第七の態様によれば、前記第六の態様の面状発光装置において、前記第一の光源透光性フィルム１０と平行にこれに接して又はその近傍に、一面が平坦で他面に多数の鋸刃状プリズムを有する透光性フィルム１１（第二の光源透光性フィルム）が配設されており、該第一の光源透光性フィルム１０のプリズム列と該第二の光源透光性フィルム１１のプリズム列とが垂直方向にある。
【００１１】
本発明の第八の態様によれば、前記第５〜第７の態様の面状発光装置において、前記背面板３の導光空間側面上に、一面が平坦で他面に多数の平行な鋸刃状のプリズムを有する透光性フィルム６（背面透光性フィルム）がさらに配設されており、該背面透光性フィルムのプリズム列が前記光源８からの光の入射方向に対して平行である。
【００１２】
本発明の第九の態様によれば、導光空間を形成するように平行配置された発光板２及び背面板３、並びに該導光空間の少なくとも両端のそれぞれに少なくとも１個の光源８を有する面状発光装置において、該光源８の導光空間側に、一面が平坦で他面に多数の平行な鋸刃状のプリズムを有する透光性フィルム１０（第一光源透光性フィルム）及びこれに接して又はその近傍に配設された、一面が平坦で他面に多数の平行な鋸刃状のプリズムを有する透光性フィルム１１（第二の光源透光性フィルム）を有し、該第一の光源透光性フィルムのプリズム列と第二の光源透光性フィルムのプリズム列とが垂直方向にある面状発光装置が提供される。
【００１３】
本発明の第十の態様によれば、前記第九の態様の面状発光装置において、前記背面板３の導光空間側に、一面が平坦で他面に多数の平行な鋸刃状のプリズムを有する透光性フィルム６（背面透光性フィルム）が配設されており、該背面透光性フィルム６のプリズム列が前記光源８からの光の入射方向に対して平行である。
本発明の他態様によれば、背面板３又は背面透光性フィルム６の導光空間側表面に光乱反射体２０が設けられている。
【００１４】
【具体的な説明】
本発明において発光板とは、液晶表示装置等に対して、均一且つ高輝度の光を提供する機能を有する板であり、透光性の透明フィルム、又は拡散フィルムから成る。拡散フィルムは少なくともその片面に微細な凹凸形状や突起を有し、あるいは、中に光を拡散するような粒子を含む、入射光を均一に拡散透過させるフィルムである。例えば、ポリカーボネートや、ポリエチレンテレフタレート等の材料からなり、表面にマット処理加工を施した、厚さ１−１０００μｍのフィルムであり、商業的に入手可能なものとして、辻本電機製作所（株）製のＰＣＳＭ等が挙げられる。
【００１５】
一面が平坦で他面に多数の平行な鋸刃状のプリズムを有する透光性フィルムは、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ等の透光性材料から成り、その一面に形成されたプリズム形状は、頂角が６０〜１２０°、好ましくは７５〜１１０°、例えば概ね９０°であり、間隔は例えば１０μｍ〜１ｍｍであり、厚さは例えば５０〜５００μｍである。商業的には３Ｍ社から、 “３Ｍオプティカルライティングフィルム” 、 “３Ｍブライトネスエンハンスメントフィルム” 、 “３Ｍトランスミッシブライトアングルフィルム” 等の商品名のもとに入手可能である。
【００１６】
発光板とプリズム形状を有する透光性フィルムは、一体的に作られていてもよく、機械的に固定されていてもよい。一体的であれば、より薄型の発光装置の提供が可能であり、拡散板と、透光性フィルムの間の光散乱、吸収も少ないためである。また、機械的固定の場合は、作成コストが安く、どちらか一方が劣化した場合でも容易交換可能なためである。
【００１７】
背面板は、光の反射により、光を漏らさず、発光板とともに、導光空間を形成し、効率的に発光板に、光を到達させるためである。また、面状発光装置の適当な機械的強度を得るためである。
材質としては、ポリカーボネート、アクリル樹脂、塩ビ樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、金属、例えば、アルミニウム、チタン、各種合金、また、各種材料上に、反射効率向上のため、白色化処理したもの、例えば、住友スリーエム（株）製、スコッチカル（１１２５−２５）、シルバーラックス（ＳＳ９５Ｐ）等が使用可能である。
【００１８】
光乱反射体の材質としては、任意の光反射性のフィルムを使用することができ、例えば前記３Ｍ社製のスコッチカル１１２５−２５を用いることができる。
本発明の装置においては、面状発光装置に常用されている任意の光源、例えば冷陰極管、熱陰極管、発光ダイオード等を使用することができる。
【００１９】
次に、本発明の面状発光装置の構成を、図面に言及しながら具体的に説明する。
図１は、本発明の第一の態様の面状発光装置１の分解図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。平行配置された発光板２及び背面板３により導光空間４が形成されており、該発光板２の導光空間側に、一面が平坦で他面に多数の平行な鋸刃状プリズムを有する透光性フィルム５（プリズムフィルムと略する場合がある）（第一の発光面透光性フィルム）が設けられている。第一発光面透光性フィルムは、導光空間を通過した不定方向の光を、全体として、効率よく、発光板に到達させる働きをする。この透光性フィルムのプリズム列は、光源８からの光の入射方向に対して概ね垂直、例えば９０°±３０°であるのが好ましい。光源からの光を効率よく、発光板に到達させるためである。
【００２０】
さらに背面板３の導光空間側には透光性プリズムフィルム６（背面透光性フィルム）が設けられている。このフィルムのプリズム列は、光源８からの光の入射方向に対して平行である。この背面透光性フィルム６は、背面板３と共に、光の反射により光を漏さず、発光板と共に導光空間を形成し、光を効率的に発光板２に到達させる働きをする。この背面透光性フィルム６は概ね中央部７を発光面側に向かう山頂として、光源８に向かって傾斜平面を有する。
【００２１】
前記傾斜平面と、背面板との角度αは１５°以下であることが好ましい。この角度は好ましくは１〜１０°であり、さらに好ましくは２〜６°である。この背面透光性フィルムは、概ね中央部７において２分割されていてもよい。これにより、折曲げ等の加工が不要で、製造コストが低く、精度も向上するからである。
【００２２】
この態様においては、光源８からの光の一部は直接に、他の一部は反射鏡１５により反射されて導光空間に入る。導光空間に入った光の一部は発光面透光性フィルム５に直接達して、屈折され、発光板２を通って放出されるほか、一部は背面透光板６により反射され、発光面透光性フィルム５及び発光板２を通して放出される。この際背面透光性フィルム６が傾斜しているので、それにより反射される光が発光板２の中央部に集まり、中央部の輝度が不足しやすいという従来技術の欠点が改善される。
【００２３】
図２は本発明の第二の面状発光装置の分解図である。この装置は、第１図に示す第一の態様の装置に、さらに、発光板２の外側に、プリズムフィルム９（第二の発光面透光性フィルム）が設けられている。第一の発光面透光性フィルム５と第二の発光面透光性フィルム９とはプリズム側が対向していてもよく、又それらの平坦面側が対向していてもよい。これらの２個の発光面透光性フィルムのプリズム列は、平行でもよく垂直に配置されていてもよい。
好ましくは、プリズムフィルム９のプリズム面は指向性が増加するため上向きで、プリズムフィルム５はどちらでもよい。プリズムの方向は自由であるが、好ましくはプリズムフィルム９は図２にある通り、プリズムフィルム５は、プリズム面が下にむいているときは図２の通り、上にむいたときは入射光に平行な方がよい。
【００２４】
この第二の態様においては、第一の態様の利点に加えて、次の利点が得られる。
プリズムフィルム９が拡散フィルムから出射する拡散光の方向を規制する規制板として働き、プリズムの頂角を適当に設定することにより所望の方向の輝度を上げることができる。
【００２５】
図３は、本発明の第三の態様の面状発光装置分解図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。この装置においては図１の装置（第二の発光面透光性フィルム９が存在しない）又は図２の装置（第二の発光面透光性フィルム９を有する）に、さらに、プリズムフィルム１０（第一の光源透光性フィルム）が設けられている。好ましくは、このフィルム１０のプリズム列は、発光面２に対して垂直である。この態様により、光源からの拡散光に指向性が与えられ光源近傍の発光面の明るさがおさえられ、発光面の輝度均一性が増すという利点が得られる。
【００２６】
図４は、本発明の第四の態様の面状発光装置の分解図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。この装置においては、第三の態様の装置に、さらに第二の光源透光性フィルム１１が設けられている。第二の光源透光性フィルム１１は第一の光源透光性フィルム１０に接しているか、又はその近傍にあり、それらのフィルムのプリズム列は相互に垂直方向にある。この態様においては、さらに指向性が増し、均一性が上がる。
【００２７】
図５は、本発明の第五の態様の面状発光装置の分解図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。平行配置された発光板２及び背面板３により導光空間４が形成されており、該発光板２の両側に第一の発光面透光性フィルム５及び第二の発光面透光性フィルム９が配置されている。このように、２枚の透光性フィルムを配置することにより極めて高い輝度が得られる。
【００２８】
好ましくは、第一の発光面透光性フィルムのプリズム列は、光源８からの光の入射方向に対して垂直方向にある。さらに好ましくは、第二の発光面透光性フィルムのプリズム列も、光源８からの光の入射方向に対して垂直方向にある。こうすることにより、光を効率よく、且つ均一に発光板に向けることができる。
なお、第一の発光面透光性フィルム／発光板（拡散板）／第二の発光面透光性フィルムの固定は、両端、あるいは、周囲を、ビス等により機械的にかしめたり、接着剤や、両面テープにより行うことが好適である。第二の発光面透光性フィルムと発光板（拡散板）との間には空間が存在する方がよい。
【００２９】
図６は、本発明の第六の態様の面状発光装置の分解図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。この態様においては、第五の態様の装置に第一の光源透光性フィルム１０が設けられている。これにより、光源からの拡散光に指向性が与えられ光源近傍の発光面の明るさがおさえられ、発光面の輝度均一性が増す、という利点が得られる。
【００３０】
図７は、本発明の第七の態様の面状発光装置を示す。この態様においては、前記第六の態様の装置に、さらに第二の光源透光性フィルム１１が設けられている。第一の光源透光性フィルムと第二の透光性フィルムに係る条件及び利点は第四の態様において説明した通りである。
【００３１】
図８は、本発明の第八の態様の面状発光装置を示す。この態様においては、第五の態様の装置（光源透光性フィルム１０及び１１が存在しない）、第六の態様の装置（光源透光性フィルム１０を有する）、及び第七の態様の装置（光源透光性フィルム１０及び１１を有する）に加えて、さらに背面透光性フィルム６を有する。この態様においては、プリズムフィルム６に浅い角度で入射した光を全反射し、効率よく発光面中央部へ光を伝えることができ、輝度均一性を高めることができるという利点が得られる。
【００３２】
図９は、本発明の第九の態様の面状発光装置を示す。平行配置された発光板２及び背面板３により導光空間４が形成されており、光源８の導光空間側に、光源透光性フィルム１０及び１１が配置されている。これにより、光源８からの光を、指向性をもたせて効率的に導光空間に導くことができる。
これらの透光性フィルムに係る条件は、第四の態様において説明した通りである。
【００３３】
図１０は、本発明の第十の態様の面状発光装置の分解図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。この態様においては、第九の態様の装置において、さらに背面透光性フィルム６が配設されており、該背面透光性フィルム６のプリズム列は光源からの光の入射方向に対して平行である。これにより、プリズムフィルム６に浅い角度で入射した光を全反射し、効率よく発光面中央部へ光を伝えることができ、輝度均一性を高めることができるという利点が得られる。
【００３４】
本発明の、上記種々の態様において、背面板３の導光空間側表面上に、又は背面板３上に背面透光性フィルムが存在する場合にはその表面上に、光乱反射体を配置するのが好ましい。光乱反射体は、図１１に示すごとく、反射性フィルムを鋸の刃状に切断したものであり反射フィルムの幅が中央部２０で広く、末端２１に近づく程狭くなっている。この光乱反射体を導光空間の中央部に配置することにより中央部の輝度を高めることができる。その結果、中央部において輝度が不足するという従来技術の欠点を補い、発光板全面にわたって均一な発光を得ることができる。
【００３５】
【実施例】
次に、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
実施例．
（１）横２４２ｍｍ、縦１９７ｍｍ、厚さ１０ｍｍの面状発光装置を作るために、横２４２ｍｍ、縦１９７ｍｍの大きさにプリズムフィルムを切り取り、横方向にプリズムの溝がむいているプリズムフィルムはプリズム面を導光空間側に向けて発光面に設置し、縦方向にプリズムの溝が向いているプリズムフィルムはプリズム面を導光空間側に向けて裏面に設置した。また、横２４２ｍｍ、幅１０ｍｍのプリズムフィルムを切り取り、線状光源の導光空間側にそれぞれ２枚ずつプリズムの溝が直行するように設置した。
【００３６】
この装置の裏面には、プリズムフィルムから漏れてくる光を導光空間側へ戻すために、光反射効率のよい白色のフィルムを設置した。また、導光空間の線状光源を設置していない両側面にも光反射効率のよい白色のフィルムを設置した。発光面側のプリズムフィルムの直上に拡散フィルムを設置した。プリズムフィルムとしてプリズム頂角９０°、プリズム間隔５０μｍ、フィルム厚２３０μｍのポリカーボネート製プリズムフィルムを使用した。線状光源としては長さ２５０ｍｍ、直径４ｍｍの蛍光管を用いた。
【００３７】
暗室にて鉛直上方より図１２のように発光面上の２５点での輝度を測定した。その結果を図１３に示す。
（２）実施例（１）の面状発光装置の発光面上にプリズムフィルムをのせて輝度の測定を行った。その結果を図１４に示す。
（３）実施例（２）の面状発光装置の裏面側のプリズムフィルムの中央部を５mmだけ持ち上げて輝度を測定した。その結果を図１５に示す。
（４）実施例（３）の面状発光装置の裏面側のプリズムフィルムの真上に光乱反射体を設置して輝度を測定した。また測定結果を図１６に示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の面状発光装置の第一の態様の分解図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。
【図２】図２は、本発明の面状発光装置の第二の態様の分解図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。
【図３】図３は、本発明の面状発光装置の第三の態様の分解図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。
【図４】図４は、本発明の面状発光装置の第四の態様の分解図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。
【図５】図５は、本発明の面状発光装置の第五の態様の分解図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。
【図６】図６は、本発明の面状発光装置の第六の態様の分解図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。
【図７】図７は、本発明の面状発光装置の第七の態様の分解図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。
【図８】図８は、本発明の面状発光装置の第八の態様の分解図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。
【図９】図９は、本発明の面状発光装置の第九の態様の分解図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。
【図１０】図１０は、本発明の面状発光装置の第十の態様の分解図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。
【図１１】図１１は、光乱反射体の説明図である。
【図１２】図１２は、実施例における輝度測定点を示す図である。
【図１３】図１３は実施例（１）の輝度測定の結果を示す図である。
【図１４】図１４は実施例（２）の輝度測定の結果を示す図である。
【図１５】図１５は実施例（３）の輝度測定の結果を示す図である。
【図１６】図１６は実施例（４）の輝度測定の結果を示す図である。
【符号の説明】
２…発光板
３…背面板
４…導光空間
５…第一の発光面透光性フィルム
６…背面透光性フィルム
７…背面透光性フィルムの中央部
８…光源
９…第二の発光面透光性フィルム
１０…第一の光源透光性フィルム
１１…第二の光源透光性フィルム

Claims

導光空間を形成するように平行配置された発光板及び背面板、並びに該導光空間の少なくとも両端のそれぞれに少なくとも１個の光源を有する面状発光装置において、該発光板の前記導光空間側に、一面が平坦で他面に多数の平行な鋸刃状のプリズムを有する発光面透光性フィルムを有し、該背面板の導光空間側に、一面が平坦で、他面に多数の、前記光源からの光の入射方向に対して平行な鋸刃状のプリズムを有する背面透光性フィルムが設けられ、かつ、該背面透光性フィルムが、概ね該透光性フィルムの中央部分を発光面側に向かう山頂として、前記光源に向かって、傾斜平面を有することを特徴とする面状発光装置。
前記傾斜平面が、背面板に対して１５°以下であることを特徴とする請求項１に記載の面状発光装置。
前記背面透光性フィルムが、前記中央部分において少なくとも２分割されて、傾斜平面を構成することを特徴とする請求項１または２に記載の面状発光装置。
前記発光板が拡散フィルムから構成されており、該発光板の前記導光空間側とは反対側に、一面が平坦で他面に多数の平行な鋸刃状のプリズムを有する第二の発光面透光性フィルムをさらに配して成る、請求項１〜３のいずれか１項に記載の面状発光装置。
前記光源の導光空間側に、一面が平坦で他面に多数の平行な鋸刃状プリズムを有する第一の光源透光性フィルムがさらに配設されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の面状発光装置。
前記第一の光源透光性フィルムと平行にこれと接して又はその近傍に、一面が平坦で他面に多数の鋸刃状プリズムを有する第二の光源透光性フィルムがさらに配設されており、該第一の光源透光性フィルムのプリズム列と第二の光源透光性フィルムのプリズム列とが相互に垂直方向にある、請求項５に記載の面状発光装置。
前記背面透光性フィルムの導光空間側表面上に光乱反射体が設けられている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の面状発光装置。