JP3559910B2 - バックライト - Google Patents

Description

【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はに示すように、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、光拡散機能を施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、該導光板材料の屈折率と等しいか小さい屈折率を持つ光拡散物質を部分的に被覆し、又は同面に光拡散機能を施し、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。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。
【０００８】
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、導光板の材質と等しいか小さい屈折率を持ち、かつ拡散反射率が大きい顔料、例えばシリカを含んだ塗料、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。更に、導光板の表面に小孔をあけるなどして光拡散機能を施した導光板を用いる。
【０００９】
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。
【００１０】
鏡面ないし光拡散反射板（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。
【００１１】
７は透光性材料からなるシ−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。
【００１２】
本発明ではこのシ−トを１枚又は複数枚用いるが、例えば２枚用いる場合には、互いの直線状頂稜部が直交するように２枚とも頂稜面が外側になるように重ね合わせれば、本発明の効果は更に増加する。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）を配置しても良いし、前記のシートの外側に配置しても良い。
【００１３】
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。
【００１４】
本発明における前記条件を更に詳述すると、前記したシ−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−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（ＰＥＴ）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。
【００１５】
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。
【００１６】
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１００度のほうが好ましく１５０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９０度〜１１０度が良い。
【００１７】
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１０〜１０００μｍ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５０〜１０００μｍ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。
【００１８】
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。
【００１９】
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型しても良い。
【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１１．２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２ｍｍ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−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−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（シリカを含む塗料）（図中６）は、円形のドットパタ−ンを１．２ｍｍピッチでスクリ−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７％、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−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１８２ｃｄ／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２９２ｃｄ／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枚配置した以外は実施例１と同一の装置、条件、で操作し、測定した輝度は１４ｃｄ／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２３３ｃｄ／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２８０ｃｄ／ｍ^２であった（実施例３）。
【００３４】
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５０μｍ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枚配置した以外は実施例１と同一の装置、条件で操作し、測定した輝度は２２３ｃｄ／ｍ^２であった（実施例４）。
【００３５】
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度から溝と直角な方向へ７０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
【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

Claims (1)

1. 透光性材料からなる導光板の一方の広い面に、該導光板材料の屈折率以下の屈折率を持つ光拡散物質を部分的に被覆し、又は、同面に光拡散機能を施し、その面を鏡面ないし光拡散反射板で覆い、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１５０度未満の直線状頂稜を持つプリズムを、同一面に、頂稜がほぼ平行で、かつ、隣り合った頂稜と頂稜との間隔が１０〜１０００μｍである状態で多数有する、ポリカーボネート、ポリスチレン又はポリエチレンテレフタレートのいずれかの透光性材料からなるシ−トを２枚、直線状頂稜が互いに直交するように、かつ、２枚とも頂稜面が外側になるように配置したパネル用バックライト。

Images