JP3566399B2

JP3566399B2 - 面照明装置およびその面照明装置の輝度を高くする方法

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Publication number: JP3566399B2
Application number: JP12484595A
Authority: JP
Inventors: 泰久東條; 周治矢野; 栄三川野; 和典河村; 陽三長井
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1995-05-24
Filing date: 1995-05-24
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2019-09-15
Also published as: JPH08320487A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶表示装置のバックライトに用いられる面照明装置およびその面照明装置の輝度を高くする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えばワードプロセッサや液晶テレビ、パーソナルコンピュータ等に用いられる液晶表示装置においては、文字や画像を見やすくするために背面に面照明装置を設けるのが通例であるが、このような面照明装置においては、液晶表示装置と同じく薄型化や、カラー表示に対応するための高輝度化が求められ、さらには消費電力を低減するために光の利用効率の向上が要請される。
【０００３】
図１は、この種の面照明装置の一般的な構成を示したものである。同図に示す面照明装置１は、光反射板２、導光板３、光拡散板４、プリズムシート５をこの順に積層し、このうちの導光板３における光反射板２側の面に光散乱層６を形成するとともに、その導光板３の側端面に光源７を配置した構成である。そして、光源７から出た光が、直接、または光源７の背面に設けられた反射板８で反射された後、導光板３の側端面から入射し、導光板３の全反射を繰り返しながら、背面の光散乱層６で散乱されるとともに、その散乱された光が反対面より光拡散板３側に出射されて同拡散板により散乱透過されるようになっている。
【０００４】
この場合において、光散乱層６には、白色インク等を所定のパターン状にスクリーン印刷したり、導光板３の面に適当な溝を形成したりしたものが一般に用いられ、そのパターンは導光板全体に一様な輝度が得られるように決定される。
【０００５】
また、導光板３より出射される光は、斜め方向成分をはじめ各種方向成分を持っていることから、例えば特開昭６２−１４４１０２号公報に記載されているような片面に多数の三角形プリズムを規則的に形成してなるプリズムシート５を用い、これを導光板３の前方に一枚、もしくは２枚相互に直交させた状態で配置して、導光板３の表面から出射された光をプリズムシート５によって正面方向に集光させることが行われる。
【０００６】
このような面照明装置の良否を検討するのに一般に用いられるのは、当該面照明装置の中心点からの出射光の輝度角度依存性である。使用電力が同じであれば、できるだけ法線方向の輝度が高く、視野角が広いほど良い。ところが、法線方向の輝度と視野角とは背反するものである。このため、プリズムシートが備えられる従来の面照明装置においては、そのプリズムシートをセットする前の状態での各出射方向への輝度特性は、例えば図２の（ａ）で示すように正面方向、つまり導光板の光出射面に立てた法線の方向（以下、法線方向）が一番明るくなるように設定されるか、または同図の（ｂ）で示すように一斜め方向の出射光が明るくなるように設定されるかのどちらかであるが、現状では液晶表示装置自体の視野角に限界があることから、正面方向の輝度を上げることが優先されている。その場合、プリズムシート装着状態での正面方向の輝度を上げる手段として、従来は、プリズムシート装着前の状態において、より正面方向の輝度を高くした出射光分布とするのが通例であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のようにプリズムシート装着前の状態において単純に正面方向の輝度を高くしただけの出射光分布では、各プリズムの頂角が略９０°に設定されている通常のプリズムシートを装着した場合、かえってそのプリズムシートによる集光性が良くなく、そのため正面方向の輝度があまり高くならないという問題が生じていた。
【０００８】
なお、上記図２の（ｂ）で示した出射光分布は、導光板の一方の側端面にのみ光源が配置された、いわゆる一灯式面照明装置についてのものであるが、このような面照明装置においては、プリズムシートを装着する前の状態で斜め方向（法線方向に対して略７０°の角度をなす方向）の輝度が高くなるように構成されているため、プリズムシートによる正面方向への集光性は上述の場合よりも良くなる。しかし、法線方向に対して略７０°の角度をなす方向の輝度が高くなる出射光分布を持つ図例のような一灯式面照明装置では、導光板から出射された光がプリズムシートによって法線方向に近い方向に集光されるものの、輝度の最も高くなる方向が法線方向と一致するまでには至らず、しかも輝度の高い部分が法線方向の片側にしか存在しないため、この場合も正面方向の輝度を高くすることができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題に対処するもので、プリズムシートを装着した状態で正面方向の輝度が最も高くなるようにした高輝度の面照明装置およびその面照明装置の輝度を高くする方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
プリズムシートを装着する前の状態で、全角度への出射光の積分値は、使用電力、光源が同じであれば、どのようなシステムでも大差はない。したがって、プリズムシートを装着したときに最も正面輝度が高まるように、プリズムシート装着前の状態における各出射方向への輝度特性を設定すればよい。
【００１１】
このような観点から上記の目的を達成するため、本発明は、光反射板、導光板、光拡散板、プリズムシートがこの順番に設けられ、このうちの導光板における光反射板側の面に光拡散層が形成されているとともに、その導光板の側端面に光源が近接して配置されており、その光源から出た光が導光板に進入して反射や散乱を繰り返したのち光拡散板を介してプリズムシート側に出射されて同シートにより正面方向に集光されるようにした面照明装置において、次のように構成したことを特徴とする。
【００１２】
すなわち、上記導光板からプリズムシート側に出射された光の強度の角度分布を、そのプリズムシートを除いた状態で当該導光板の光出射面の法線を含む任意の一つの面内で測定した場合に、法線方向に出射される光よりも大きな光強度を有する部分が、法線を挟む両側の位置においてプリズムシート装着状態で正面方向の輝度が最も高くなる角度範囲で各々一つ以上存在するように、上記プリズムシートを装着する前の状態における各出射方向への輝度特性を設定する。このような輝度特性を有する面照明装置においては、プリズムシートを除いた場合の出射光の角度分布は例えば図３や図４に示したようなものとなる。
【００１３】
上記輝度特性を得るための手段としては、例えば以下に示すような構成を採用することができる。
▲１▼ 上述した出射光強度の角度分布が得られるように、導光板とプリズムシートとの間に配置される光拡散板の裏面（導光板に対向する面）に微細な凹凸を設ける。その場合の凹凸の一つ当たりの大きさ（縦、横、高さの各寸法）は０．１〜１００μｍが良く、さらに好ましくは０．５〜１０μｍである。このような微細な凹凸は、光拡散板の裏面に対する化学処理、スクリーン処理、有機および無機の微粒子の付着によって形成することができる。
【００１４】
▲２▼ 光拡散板として、正面方向（法線方向）の光は拡散し且つ斜め方向の光は拡散せずに透過させる視野角選択型シートを用いる。このような視野角選択型シートは、例えば特開平２−２８０１０２号公報に示されているような方法によって作製することができる。
【００１５】
▲３▼ 上述した出射光強度の角度分布が得られるように、導光板の両側端面の近くにそれぞれ光源を配置して、いわゆる２灯式とする。その場合、必要に応じて２灯間の距離や導光板の形状、あるいは光拡散層のパターンやその配置等を調整する。
【００１６】
本発明の面照明装置が備えるべき上記輝度特性、すなわちプリズムシートを装着する前の状態において正面方向よりも光強度の大きい部分が法線を挟んでその両側に少なくとも２つ以上存在するという各出射方向への輝度特性は、以上の▲１▼〜▲３▼のいずれかの構成を単独で、または組み合わせて用いることで得られるが、上述のような輝度特性を付与できるものであれば、その他の手段を使用しても良く、また光反射板、導光板、光拡散板、プリズムシート等の各構成要素についても、部分的に従来のものを使用しても構わない。
【００１７】
各プリズムの頂角が９０°で且つ基材がポリカーボネイトであるプリズムシートを用いた面照明装置においては、上述したプリズムシート装着前の状態における各出射方向への輝度特性は、さらに以下のように設定されているのが好ましい。
【００１８】
すなわち、プリズムシートを装着する前の状態において、図５に示すように、
（１）正面方向への出射成分Ａの輝度が、最も大きな斜め方向出射成分Ｂの輝度の８０％であり、より好ましくは５０％以下であり、さらに好ましくは３０％以下であること。
【００１９】
（２）最も大きな斜め方向出射成分Ｂと正面方向（法線方向）の出射成分Ａとのなす角度α_１、α_２が各々１０°〜８０°であり、より好ましくは２０°〜７０°であり、さらに好ましくは３０°〜６０°であること。これは、プリズムシート装着前の状態において最も大きな斜め方向出射成分Ｂが３０°〜６０°の範囲に存在するときに、プリズムシート装着状態で正面方向の輝度が最も高くなることによる。ここで、互いに法線を挟む位置関係にある角度α_１と角度α_２については、その各最大斜め方向出射成分Ｂの大きさ（輝度）は、同程度のものであってもよいし（図５または図３参照）、相違していてもよい（図４参照）が、輝度の均一性の観点からは前者の方がより好ましい。また、図５では、プリズムシート装着前の状態で輝度つまり光強度のピーク部分が法線を挟んで２つしかない場合を例示したが、本発明は、この種のピーク部分が法線を挟む位置に２つ以上存在するような場合も含む。
【００２０】
なお、（１）および（２）に示した輝度特性は、上記したように頂角９０°、基材ポリカーボネイト製のプリズムシートを用いた場合のものであるから、各プリズムの頂角や基材の種類が異なるプリズムシートを用いた場合には、好ましい数値範囲が以上の場合と異なることがある。したがって、一般的には、使用すべきプリズムシートを選択したときに、そのプリズムシートの特性に応じた好ましい数値範囲が本発明の範囲内において具体的に決定される。
【００２１】
【作用】
上記の構成によれば、導光板から出射された光は光拡散板を通ってプリズムシートに入り、同シートによって正面方向に集光される。その場合、プリズムシートは、導光板側から入射する様々な角度の光を全体として正面方向に集光させるものの、法線方向に沿って入射した光については各プリズム面による反射や屈折等があるために必ずしもそのまま法線方向に透過させるようにはなっていないため、導光板から出た光の分布が、プリズムシートに入射する前の状態において、単純に正面方向（法線方向）の輝度を高くしたようなものであると、かえってプリズムシートによる集光性が良くなく、プリズムシート透過後において法線方向の輝度が高くならない。
【００２２】
しかし、本発明の面照明装置においては、導光板プリズムシートを装着する前の状態で正面方向よりも両斜め方向に大きな強度を有するように出射光分布が設定されることにより、導光板から出射された光がプリズムシートに入射した後は同シートによって比較的効率良く正面方向に集光されることとなる。これにより、従来よりも輝度の高い面照明装置を実現することができる。また、上記面照明装置の輝度を高くする方法も本発明の技術的思想の範疇である。具体的には、光反射板、導光板、光拡散板、プリズムシートがこの順番に設けられ、このうち導光板における光反射板側の面に光拡散層が形成されているとともに、その導光板の側端面に光源が近接して配置されており、その光源から出た光が導光板に進入して反射や散乱を繰り返したのち光拡散板を介してプリズムシート側に出射されて同シートにより正面方向に集光されるようにした面照明装置の正面方向の輝度を高くする方法であって、上記導光板からプリズムシート側に出射される光の強度の角度分布を、当該導光板の光出射面の法線を含む任意の一つの面内で測定した場合に、法線方向に出射される光よりも大きな光強度を有する部分が、法線を挟む両側の位置においてプリズムシート装着状態で正面方向の輝度が最も高くなる角度範囲で各々一つ以上存在するように、プリズムシートを装着する前に、当該導光板から出射される光の各出射方向への輝度特性を設定することを特徴とすることによって面照明装置の輝度を高くする。上記輝度特性の設定は、上記光拡散板に導光板側の面に凹凸１つ当たりの縦、横及び高さ方向の長さが０．１〜１００μｍである凹凸を設ける手段、上記光拡散板を導光板から出射される光のうち法線方向の光は拡散し且つ斜め方向の光は拡散せずに透過させる視野角選択型シートによって構成する手段、または導光板にその両側端面にそれぞれ光源を接近して配置する手段のうち少なくとも一つの手段を用いて行うことができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
本実施例の面照明装置の基本的な構成は、先に示した図１の面照明装置と同様である。そこで、同図を用いて本実施例の面照明装置１を説明する。
【００２４】
同図に示すように、本実施例の面照明装置１は、光反射板２と、透明なアクリル樹脂（縦１６０ｍｍ、横２２０ｍｍ、厚さ４ｍｍ）からなる導光板３と、光拡散板４と、プリズムシート５とをこの順に積層した構成である。
【００２５】
このうち、導光板３の光出射面と反対側の面には、酸化チタン粒子のごとき拡散反射率の大きな顔料を含有した塗料をドット状に印刷してなる光散乱層６が設けられている。この光散乱層６のパターンは、導光板３の面内で輝度が均一になるように調整されている。なお、光反射板２は、光散乱層６を設けた導光板３の面のほぼ全面を覆うように設置されている。
【００２６】
また、導光板３の短辺側（図では紙面を貫く方向に延びる辺側）の両端面には、それぞれ光源を構成する１．７ワットの冷陰極管７（図では一つしか示していない）が密着させて配置され、その背面に反射シートからなるカバー８が設けられている。ここで、導光板３の側面のうち、冷陰極管７を設置しない面には、そこから光が漏れないように光反射テープを密着させておくのが望ましい。
【００２７】
さらに、プリズムシート５は、光拡散板４と反対側に位置する面（図１では上面）に、頂角が９０°の二等辺三角形のプリズム５ａを多数並べて形成したシート（スリーエム製ＢＥＦ９０）によって構成されており、その各プリズム５ａ間の溝が導光板３の短辺と平行となるようにセットされている。そして、冷陰極管７から出た光が直接あるいはカバー８で反射されて導光板３内に導入され、全反射を繰り返しながら背面の光散乱層６で散乱されるとともに、その反射または散乱された光が反対面から出射されて光拡散板４に入り、さらに光拡散板４を透過した光がプリズムシート５に入って正面方向に集光されるようになっている。
【００２８】
このような面照明装置１において、本実施例では、光拡散板４として、メラミン樹脂系の微粒子（日本触媒社性、商品名エポスターＭＳ、平均粒径３μｍ）をエステル系バインダーに分散させ、これを厚さ１２５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布して約１０μｍの厚みの樹脂層を形成したものを使用した。その場合、図１の状態で当該樹脂層が導光板３側となるように光拡散板４をセットした。
＜比較例＞
３．４ワットの冷陰極管１本を導光板３の長辺側に設けたことと、光反射層のパターンを調整したこと以外は、実施例１と同様の構成を有する面照明装置を作製した。
＜実施例２＞
比較例の面照明装置において、ポリエーテルウレタンアクリレートとトリブロモフェノキシエチルアクリレートと光重合開始剤との混合物をキャステングして、上部より紫外線を照射することにより作製した光拡散板を用いたこと以外は、同様の構成とした。
＜評価＞
上述した実施例１、２および比較例の各面照明装置について、それぞれ、プリズムシートを除いた状態での輝度の視野角依存性を図６に、プリズムシートを装着した状態での輝度の視野角依存性を図７に示す。なお、輝度の視野角依存性は、導光板の光出射面の法線を含み且つ導光板の長辺と平行な面内で測定したものである。また、図６および図７おいて、実線は実施例１を、一点鎖線は実施例２を、点線は比較例をそれぞれ示す。
【００２９】
これらの図から、本発明によれば、実施例１および実施例２のいずれの場合も、プリズムシートを装着した状態で正面方向の輝度が比較例のものより高い面照明装置が得られることが分かる。
【００３０】
以上のように、本発明の面照明装置およびその面照明装置の輝度を高くする方法によれば、導光板から出射された光がプリズムシートに入射する際に垂直入射近傍の光成分が少なく、斜め入射光成分が多くなるように、出射光の角度分布が設定されることにより、プリズムシートによる集光性能が高くなり、その結果、導光板からの出射光がプリズムシートによって効率良く正面方向に集光されることとなる。これにより、正面方向の輝度が高い面照明装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例および従来技術の各説明で使用した面照明装置の一般的な構成を示す断面図
【図２】従来の面照明装置においてプリズムシートを除いた場合の出射光の角度分布を示すグラフ
【図３】本発明の面照明装置においてプリズムシートを除いた場合の好ましい出射光の角度分布の一例を示すグラフ
【図４】同じく、他の好ましい出射光の角度分布の例を示すグラフ
【図５】本発明の面照明装置においてプリズムシートを除いた場合の好ましい出射光の角度分布を更に具体的に説明するために使用したグラフ
【図６】本発明の実施例および比較例で得られた各面照明装置について、プリズムシートを除いた状態で測定した輝度の視野角依存性の測定結果を示すグラフ
【図７】同じく、プリズムシートを装着した状態で測定した輝度の視野角依存性の測定結果を示すグラフ
【符号の説明】
１・・・面照明装置
２・・・光反射板
３・・・導光板
４・・・光拡散板
５・・・プリズムシート
６・・・光拡散層
７・・・光源（冷陰極管）

Claims

光反射板、導光板、光拡散板、プリズムシートがこの順番に設けられ、このうちの導光板における光反射板側の面に光拡散層が形成されているとともに、その導光板の側端面に光源が近接して配置されており、その光源から出た光が導光板に進入して反射や散乱を繰り返したのち光拡散板を介してプリズムシート側に出射されて同シートにより正面方向に集光されるようにした面照明装置であって、上記導光板からプリズムシート側に出射された光の強度の角度分布を、そのプリズムシートを除いた状態で当該導光板の光出射面の法線を含む任意の一つの面内で測定した場合に、法線方向に出射される光よりも大きな光強度を有する部分が、法線を挟む両側の位置においてプリズムシート装着状態で正面方向の輝度が最も高くなる角度範囲で各々一つ以上存在するように、上記光拡散板における導光板側の面に微細な凹凸が設けられていることを特徴とする面照明装置。
光反射板、導光板、光拡散板、プリズムシートがこの順番に設けられ、このうちの導光板における光反射板側の面に光拡散層が形成されているとともに、その導光板の側端面に光源が近接して配置されており、その光源から出た光が導光板に進入して反射や散乱を繰り返したのち光拡散板を介してプリズムシート側に出射されて同シートにより正面方向に集光されるようにした面照明装置であって、上記導光板からプリズムシート側に出射された光の強度の角度分布を、そのプリズムシートを除いた状態で当該導光板の光出射面の法線を含む任意の一つの面内で測定した場合に、法線方向に出射される光よりも大きな光強度を有する部分が、法線を挟む両側の位置においてプリズムシート装着状態で正面方向の輝度が最も高くなる角度範囲で各々一つ以上存在するように、上記光拡散板が、導光板から出射される光のうち法線方向の光は拡散し且つ斜め方向の光は拡散せずに透過させる視野角選択型シートによって構成されていることを特徴とする面照明装置。
光反射板、導光板、光拡散板、プリズムシートがこの順番に設けられ、このうちの導光板における光反射板側の面に光拡散層が形成されているとともに、その導光板の側端面に光源が近接して配置されており、その光源から出た光が導光板に進入して反射や散乱を繰り返したのち光拡散板を介してプリズムシート側に出射されて同シートにより正面方向に集光されるようにした面照明装置であって、上記導光板からプリズムシート側に出射された光の強度の角度分布を、そのプリズムシートを除いた状態で当該導光板の光出射面の法線を含む任意の一つの面内で測定した場合に、法線方向に出射される光よりも大きな光強度を有する部分が、法線を挟む両側の位置においてプリズムシート装着状態で正面方向の輝度が最も高くなる角度範囲で各々一つ以上存在するように、上記導光板には、その両側端面にそれぞれ光源が近接して配置されていることを特徴とする面照明装置。
光反射板、導光板、光拡散板、プリズムシートがこの順番に設けられ、このうちの導光板における光反射板側の面に光拡散層が形成されているとともに、その導光板の側端面に光源が近接して配置されており、その光源から出た光が導光板に進入して反射や散乱を繰り返したのち光拡散板を介してプリズムシート側に出射されて同シートにより正面方向に集光されるようにした面照明装置であって、上記導光板からプリズムシート側に出射された光の強度の角度分布を、そのプリズムシートを除いた状態で当該導光板の光出射面の法線を含む任意の一つの面内で測定した場合に、法線方向に出射される光よりも大きな光強度を有する部分が、法線を挟む両側の位置においてプリズムシート装着状態で正面方向の輝度が最も高くなる角度範囲で各々一つ以上存在するように、上記光拡散板における導光板側の面に凹凸１つ当たりの縦、横及び高さ方向の長さが０．１〜１００μｍである凹凸が設けられていること、上記光拡散板を導光板から出射される光のうち法線方向の光は拡散し且つ斜め方向の光は拡散せずに透過させる視野角選択型シートによって構成されていること、または導光板にその両側端面にそれぞれ光源が近接して配置されていることのうち少なくとも２つ以上が選択的に組み合わされていることを特徴とする面照明装置。
光反射板、導光板、光拡散板、プリズムシートがこの順番に設けられ、このうちの導光板における光反射板側の面に光拡散層が形成されているとともに、その導光板の側端面に光源が近接して配置されており、その光源から出た光が導光板に進入して反射や散乱を繰り返したのち光拡散板を介してプリズムシート側に出射されて同シートにより正面方向に集光されるようにした面照明装置の正面方向の輝度を高くする方法であって、上記導光板からプリズムシート側に出射される光の強度の角度分布を、当該導光板の光出射面の法線を含む任意の一つの面内で測定した場合に、法線方向に出射される光よりも大きな光強度を有する部分が、法線を挟む両側の位置においてプリズムシート装着状態で正面方向の輝度が最も高くなる角度範囲で各々一つ以上存在するように、プリズムシートを装着する前に、当該導光板から出射される光の各出射方向への輝度特性を設定するとともに、その設定手段として、上記光拡散板に導光板側の面に凹凸１つ当たりの縦、横及び高さ方向の長さが０．１〜１００μｍである凹凸を設ける手段、上記光拡散板を導光板から出射される光のうち法線方向の光は拡散し且つ斜め方向の光は拡散せずに透過させる視野角選択型シートによって構成する手段、または導光板にその両側端面にそれぞれ光源を近接して配置する手段のうち少なくとも一つの手段を用いることを特徴とする面照明装置の輝度を高くする方法。