JPH01252933A - 面光源素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は面光源装置に用いる面光源素子に関する０本発
明は特に、液晶表示装置等の背面照明手段として好適に
使用されるものである。

［従来の技術］ 従来、液晶表示装置などの背面証明手段としては、光源
に線状ランプを用いランプを回転放物線型リフレクタ−
の焦点に置き、ランプ上部に乳白色の拡散板を置いた形
状が一般的であり、リフレクタ−の形状及び拡散板の拡
散率を調整する工夫などが行なわれている。

また、特殊な形状として、線状ランプと導光体を組合せ
、導光体形状を点光源近似によってシュミレートし、あ
る方向に出射光を集光するように近似曲線状に加工した
もの、光の進行方向に沿って導光体の厚みを変えたもの
、光源からの距離によってプリズム角を変えたレンチキ
ュラーを使ったもの、及びこれらのいくつかを組み合わ
せたものなどがある０点光源近似をすれば、はとんどの
場合、光路をシュミレートでき、かつそれに応じた導光
層の形状を光の進行方向の距離に応じて変えていくこと
は可能であり、このような提案も特許及び実用新案で多
数なされている。

［発明が解決しようとする問題点］ 近年１面光源が液晶表示装この表示品質向上の為に実用
的に応用される例が増えているが、特に１０〜１２イン
チサイズの大型の表示用になると、上記従来例の場合１
面光源の厚味が２０〜３０膳■となり、決して薄型とは
云えなくなる。

近年ランプの開発が進み直径７ｍ−程度の蛍光灯が利用
出来る様になると２必要な面輝度を得る為に２０〜３０
ｍ■を要するようでは、薄型の面光源素子としての要望
を満たすことはできない。

一方アクリル樹脂の様な透明材を用いたエツジライト方
式が数々提案されているが１０〜１２インチサイズの大
型になると、出光面の対面反射層をランプからの距離に
応じて薄くする等、光の光路を幾何学的に変える等など
の手段が考えられているが、このような方法は精密加工
を特徴とする特殊形状としなければならず、製造コスト
上問題である。また、このような方法を採用しないとす
れば、光源から遠い箇所に出射する光が極端に少なくな
り、必要な輝度を得る為にランプのワット数をトげるし
かない。しかし、現在のところ上記薄型の液晶表示装置
に使用できるもので上記大型面光源素子の高い輝度を満
足せしめる蛍光灯は存在せず、又、このような蛍光灯が
出現しても面の輝度の均一性が悪いという問題点は解決
されない。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の目的は、ＣＲＴに代替することが可能な程度に
大きくすることが可能で、かつランプ径程度の薄さで実
質的に光源素子自体が特殊形状ではなく単板と同等にみ
なすことのできる面光源素子を提供することにある。

以上のような目的は、少なくとも一つの側面を入射面と
し、これと直交する面を光出射面とし。

かつ該出射面の反対面に反射層を備えた透明導光体と。

該導光体からの光を無指向に拡散させる拡散板と、 前記導光体と前記拡散板との間に配設され、反射機能を
有する出射光調整部材とから構成される面光源素子であ
って。

上記導光体の出射面には、その仮想平面が上記反射層の
面と実質的に平行な梨地面（マット面と称されることも
あるが１本発明では原則として梨地面という）を有して
いることを特徴とする面光源素子により達成される。

以下１本発明に係る面光Ｓ素子について１図面に基づき
詳細に説明する。

まず、最初に本発明に係る面光Ｓ素子の基本的な考え方
について、説明する。

導光体の空気に対する光の屈折率ｎは概ねｎ　＝　１．
４〜１．８近辺であり、第１３図（ａ）に示すように、
導光体ｌＯの入射面１１と出射平面１２が直交している
ようなエツジライティング形状では、臨界角が４５度萌
後で原理的に出射平面１２には光が出射しない、なお、
第１３図（ａ）において、１４は蛍光灯などの光源、１
５はそのリフレクタ−，１３は導光体１０の出射平面１
２と反対側に形成された反射面である。

そのため、一般には第１３図（ｂ）に示すように、出射
モ面１２を拡散加工した平面１２ａとしたり、出射対向
面１３を散乱反射面１３ａとすることがよく行なわれる
。しかしながら、本発明の実施例にも示しであるが、出
射平面の法線方向への出射光量は極めて少ない。

そこで本発明者らは、導光体表面をできるだけ均一に粗
面加工を施し、その形成された粗面と出射光量及び出射
光の方向性を詳細に検討した結果、出射面の法線に対し
７０〜８０度方向にほとんどの光が出射していることを
見いだし、この方向を法線方向に変換させる手段を考案
し、本発明を完成した。

これを実施例に徒って説明する。

まず、導光体表面の粗面の程度による影響を調べるため
に、粗面加工を施した面を有する導光体を作成した。金
属板の表面を常法のホーニング加工によって、ホーニン
グの程度の異なる試料を作成し、透明な６■厚のアクリ
ル樹脂板の表面に熱プレスによってレプリカを作り、粗
面の程度が異なる複数の粗面加工板（以下マット板とも
呼ぶ）を作Ｊ表した。

このマット板を５０Ｘ５０ａ層サイズに切り出して、Ａ
Ｓ丁ＭＤ１００３−８１に準じて、曇価を測定した。

一方、第８図（ａ）のような両側面に蛍光灯を配設した
構成で該マット板をセットし中央部で出射光の出射角と
出射光量（輝度として測定）の関係を測定した。その結
果はＷＩＪ７図（ａ）〜（ｄ）に示すとおり、光源とし
て必要な正面方向（平面の法線方向）には殆んど光は山
ておらず、光が７５〜８０°方向の特定方向に出射光が
集中して出射している（第８図（ｂ）参照）ことがわか
った。

本発明はこの様に特定方向に出射光が集中し、しかも出
射光の多いマット板を透明導光体として利用し、法線方
向に対して±７５〜８０″方向にしか出射しない大部分
の光を、後述する出射光調整部材、及び導光体出射面の
対面に位置する反射層による多次反射を利用して出射光
分布の均一化を行ない、更に出光面側に配設した拡散板
により、−層の光の拡散を行なう事で、法線方向に出射
光を光路変更させ、前述の目的を達成したちのである。

なお本発明を用いる出射光調整部材には、例えば実願昭
Ｅ１１−１７１００１号に開示したものを用いることが
出来る。

［実施例］ 以下１本発明に係る面光源素子について、その具体的な
構成について、図面に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明に係る面光源素子の一実施例を示す一部
欠斜視図である。第２図はそのＩ−Ｉ線の部分的な断面
図であり、光ＩＱ１４付近の断面図を示した図である。

第１図及び第２図において、１４は蛍光灯等の光源、１
５はそのリフレクタ−１１３は導光体５０の出射面１６
と反対側に形成された反射面、１６は前記したような粗
面加工された光出射面（梨地面３０）、５０は該光出射
面１６を有する導光体、５１は出射光調整部材、５２は
光拡散板である。

光源１４は導光体の少なくとも一つの側面１１に設置さ
れ、その側面１１を光の入射面とし、これと直交する面
に前記粗面加工を配した面を光出射面１６とする。また
、導光体５０は該出射面の反対面に反射層１３を備えて
おり、該出射面に直接入射した光のみならず１反射層１
３によって反射された光をも該出射面１６方向に出射さ
せる。

出射光調整部材５１は、後述するような反射層のパター
ンを有しており、光源に近い部分の光は多く反射され、
中央部は殆ど透過する。すなわち、光出射面１６から出
射した光は、その位置に応じて出射光調整部材５１によ
り反射又は透過し、光源１５の近くの光量と中央部の光
量が均一化される。

この出射光調整による均一化の効果は、さらに出射光調
整部材５１の反射層により反射した光が導光体５０に再
入射し、また導光体５０の反射層１３によって再反射さ
れるというような多次反射により一暦、高められる（第
２図の光路参Ｉ！！り。

なお、拡散板５２は、通常光を拡散するために用いられ
る通常のものが使用され特に限定はされない。

本実施例においては、導光体５０の上に出射光調整部材
５１、拡散板５２の順により構成されるが、この導光体
５０上への出射光調整部材５１及び拡散板５２の配置は
、端部のみを接着材等による接着や圧着による強制的密
着による方法の他。

単に藏こするのみでも行なわれる。また、導光体５０、
出射光調整部材５１、光拡散板５２のそれぞれの間には
、極く薄い空気層が形成されている。

第３図は前記出射光調整部材５１の一構成例を示す平面
図である。

出射光調整部材５１はフィルムまたはシート形ｙ島を有
しており、光源からの距離に応じて反射程度が部分的に
異なる。該部材５１は透明体５１ａに部分的に反射層５
１ｂを付することにより形成することができる。即ち、
光源配置側の端縁から中央部へと次第に反射層５１ｂの
面積割合が小さくなるように透明体５１ａ１例えば、ポ
リエチレンテレフタレートフイルム−Ｆに散点状に反射
！。

例えばアルミニウム層を形成すればよい、第４図に第３
図におけるｘ−ｘに沿っての平均反射率Ｒのグラフを示
す、第３図に示されるとうり光源配置側の端縁部におい
ては、１つ１つの反射層の大きさが大きく透明部５１ａ
の面積が比較的小さいので、第４図に示されるようにこ
の部分での平均反射率ｒは比較的高い、これに対し、第
３図に示されるように光源配置側の端縁部から中央部へ
と次第に反射層５１ｂの大きさが小さくなり透明部５１
ａの面積が次第に大きくなるので、第４図に示されると
うり、光源配置側の端縁部から中央部へと次第に平均反
射率が低くなり、光源側面縁部からＸ以内の距離の領域
を除く中央部の領域においては、反射層５１ｂが存在し
ないので、平均反射率は透明体５１ａ自体の有する反射
率のみになる。

本発明の素子を構成する材料としては、小型軽睦の目的
から光の導光体として可視光透過率の最も人さいアクリ
ル樹脂板が好適であるが、これに限定する必要はない。

また、光源１４としては、小型の蛍光灯を用いるが、連
続した形状の線状光源（例えば、フィラメントランプ）
であってもかまわない。

第５図及び２８６図は本発明の他の実施例の構成を示す
面光源素子の部分的な断面図である。

第５図において、導光体５０−１はその梨地面３０を拡
散板５２の反対側に形成し、独立または一体的に形成し
た反射層１３に対向させて配としたものとなっており、
出射光調整部材５１側の導光体５０−１の出射面１６は
上面となっている。

光源からの光は、側面１１から導光体５０−１内に導光
され、梨地面３０から出射され１反射層１３により反射
されたあと、再び、梨地面３０へ入射し、出射面１６．
出射光調整部材５１．拡散板５２を経て出射される。

第６図は導光体５０のＥ下両面を梨地面３０とした導光
体５０−２を使用した構成例を示したものである。

なお、第５図及び第６図に示す構成例は、後述するよう
に第２図の構成例と略凹等の性能を有している。

なお１本発明において、透明導光体の梨地面の仮想平面
が反射層の面と実質的に平行であるということは、端的
にいえば平坦な板状をなすということであり１本発明は
このような板状であっても十分な性能を発揮し、かつ特
別な成形加工を要せず、容易に製作できて組立も容易な
透明導光体を用いることを特徴の１つとしているのであ
る。

また本発明の梨地面の性能としては、導光体となる板状
体として肴価が約３０％以上、とりわけ５０％以上であ
ることが好ましい、この曇価は後ａｔ−るように定義さ
れるが、導光体の光拡散性能をあられす目安になるから
であり、３０％よりはるかに下廻ると所定の輝度が得ら
れないことが確認されている。なお詳細は後述の具体的
実施例においで説明する。

次に１０インチ液晶表示装置用の背面光源を想定し、パ
ネルサイズを横２２５■膠×縦１８４ｍ厘とし、導光体
は厚さ６ｍｍの透明アクリル樹脂を用いた具体的な実施
例を以下説明する。なお、下記実施例はその一例にすぎ
ず、本発明はサイズ、厚み、材質共にこれに限定される
ものではないことは明らかである。

［詳細な実施例−１１ 第２図に示す構成例の製作及びその評価（導光体の作製
） まず１Ｍｇいた黄銅板（約３■■×２５０１厘Ｘ　２５
０ｓｍ）の片面に６０メツシユのガラスピーズを吹きつ
ける常法のホーニング法によって金属板表面をホーニン
グ加工し、レプリカ用の金型を作製する。ホーニングの
程度により５種類の金型を作製した。

次に厚さ６１膳のアクリル樹脂板の片面に該金型を用い
熱プレスによりホーこング【ｍのレプリカをとり、これ
を導光体とした。

（出射光調整部材の作製） 厚す約ｔｏｏ　ｐのポリエチレンテレフタレートフィル
ム上にアルミニウム薄膜、感光体層、接着材層及びカバ
ーフィルム積層してなる金属画像形成ネガ−ポジ型感光
材料（きもと社製ｒＫ　、　Ｉ）　。

ＰＪ）を用い、マスクパターンを用いて「Ｋ。

Ｄ、ＰＪの処方に従い露光及び現像を行なって。

第３図に示される用なパターンのスポット状の反射層５
１ｂを有する出射光調整部材５１を得た。

この出射光調整部材５１の反射層５１ｂのパターンにお
いてはスポット状反射層部分は縦方向及び横方向にそれ
ぞれ３０個／インチのビットで配列され、且つ第４図に
おける反射率ｒが４０％とし、更にＸが４０ｍ脂とした
。

（光拡散板の作製） 乳白色光拡散板（三菱レイヨン社製、アクリライトＭ３
ＡＷ２９、板厚１　ｍｍ）を横２２５ｍｍ　Ｘ縦１６４
■の大５さに切断し、光拡散板５２を得た。

（面光源素子の作製） 次に、先に得られた導光体の横２２５ｍｍの２辺を常法
により研磨し、縦１８６腸の２辺は粘着剤つきアルミニ
ウム蒸着膜付ポリエステルフィルムを貼りつけ、転写し
たレプリカ面の対面には銀蒸着膜付きポリエステルフィ
ルムを配設した。その導光体の表面上に、前記出射光調
整部材を形状に対応させて静置し、更に該出射光調整部
材上に上記光拡散板を静置した。そして、それぞれ対応
する導光体、出射光調整部材、及び光拡散板の対向する
２つの端面に両面粘着テープを封することにより３つの
部材で構成される接合体を作成した。

このようにして得られた接合体の横２２５層量の２辺に
沿って、ランプ（スタンレー電気（株）製（：Ｂ７−３
００Ｓ、直径７．０ｍｍ　）をアルミニウム箔をリフレ
クタ−として巻きつけたものを作製し、ＤＣ１２Ｖでイ
ンバーターを介して点灯できるようにし、本発明に係る
面光源素子を得た（第１図参照）。

（導光体の曇価の測定） （１）前記（導光体の作製）で５種類の金型を用いてレ
プリカをとったアクリル樹脂板６腸層より各々５０Ｘ５
０ｍｍの試片を切り出し、曇価測定用試料とした。対照
試料としては、レプリカをとる前の透明なアクリル樹脂
板を同じ様に５０Ｘ５０ｍｓに切断して使用した。

置針の測定はＡＳＴＭ−０１００３−８１に準じ、計測
器の光入射側にレプリカ面を配置して測定し５次式によ
り曇価を求めた。

曇価＝（（拡散光透過率）／（全光線透過率））Ｘ１０
０％ （２）＃定結果は第１表のとラリである。

第１表 曇価 試料−１７０，８％ 試料−２８４，８％ 試料−３４０，８％ 試料−４２８，８％ 試料−５（対照試料）４．１％ 対照試料０．３％ （導光体の出射光分布の測定） 前記（面光源素子の作製）で述べた方法から、出射光調
整部材及び拡散板を除去した導光体のパネルを作製した
。該パネル中央部（第９図（ａ）の■参照）について輝
度計４０（（株）ミノルタ製輝度計ｎｔ−１）で法線に
対して角度を変えて測定しく第９図（ｂ）参照）、試料
−１〜試料−４の出射光分布を求めた結果を、それぞれ
第７図（ａ）〜（ｄ）に示す、なお、第７図において半
径方向に輝度１円周方向に視野角をとっである。

試料−５及び対照試料は出光量が小さい為測定が不正確
になった為１割愛した。

（面光源素子の輝度測定） 前記（面光源素子の作製）で作製したパネル（第１図に
示すもの）を第１０図に示すように縦７（Ａ−Ｇ）　Ｘ
Ｊｌｌ　１　（ａ−ｋ）に等分格子状に分割し、ランプ
を点灯し、法線方向の輝度を（株）ミノルタ製輝度計ｎ
ｔ−１を用い、格子の中央を約１０ｍｍ径の円に測定点
がなる様に副筒して各格子ごとに７７点、測定した。

結果は１ｌｓ２表の通りである。

第２表 導光体　中央列７点のバｔＡ全体（７７点）の曇価　平
均光輝度　　の平均光輝度 試料−１，７０，８＄　　　　３２７．３ｃｄ／ａ２　
　　３１２．８ｃｄ／ｍ２試料−２８４，８３０５，４
２８３，４試料−３４０，８２８３，１２５５，１試料
−４２８，８２３８，４２２３，５対照試ネ４　０．３
　　７２．９　　　　　７８．１なお、中央列７点の平
均輝度とは第１０図のｆ列７点の平均の輝度をいう。

本結果を曇価との関係で図示したのが第１１図である。

すなわち、横軸に曇価（％）、縦軸に中心７列の平均輝
度（Ｃｄ／ｍ２）を取り、その関係を調べたものである
。曇価が大きくなるに従って、平均輝度が向１すること
がわかる。

（面光源素子の出射光分布の測定） 試料−１，及び試料−３の面光Ｓ素子について、中央部
（第１０図ｆ列り行の交点）の出射光分布を、前記（導
光体の出射光分布の測定）に準１−で測定したのが第１
２図（ａ）、（ｂ）である、なお、他の試料−２，試料
−４の場合においても、最高輝度は各試料により変化す
るが、出射光分４ｉは第１２図のものと殆ど同一であっ
た。

［詳細な実施例−２１ 第５図及び第６図に示す構成例の製作及びその評価 （導光体の作製） ［詳細な実施例−１］の試料−２を作製した金型を用い
、アクリル樹脂６■厚の両面にレプリカをとり、これを
試料−６とした。この導光体は第６図に示した導光体５
０−２に相当する。

（面光源素子の作成） ［詳細な実施例−１］と全く同じ様にして作られた出射
光調整部材、光拡散板を用いた。導光体の種類としては
重犯試料−２及び試料−６を用い。

次の点を除いて［詳細な実施例−１］と全く同様な面光
源素子を作製した。

異なる点　試料−２と同じ導光体の梨地面に銀蒸Ｍ膜付
ポリエステルフィルムを配 設した。

この様に配設した試料を試料−７とす る。これは第５図の導光体５０−１ に相当する。

（導光体の曇価の測定） ［詳細な実施例−１１と全く同様にして試料−６の曇価
を測定した。

曇価 試料−６８１，５％ （導光体の出射光分布の測定） ［詳細な実施例−１］と全く同様にして試料−６、試料
−７の出射光分布を測定した結果をそれぞれ第７図（ｅ
）、（ｆ）に示す。

（面光源素子の輝度測定） ［詳細な実施例−１１と全く同様にして測定した。

結果は以下の第３表の通りである。

第３表 導光体　中央列の　　パネル全体 の曇価　平均輝度　　の平均輝度 試料−６８１，５＄　　３３８．７ｃｄ／層２３２４．
８ｃｄ／ｍ２試料−７６４，８３０６，２２８２，９こ
の［詳細な実施例−２］の結果は、［詳細な実施例−１
］の結果（第１２図（ａ）、（ｂ）参照）と略同じであ
り、第５図、第６図に示す面光ｉＱ素子とほぼ同等の性
能を有することが確認された。

［発ＩＩの効果］ 以上、説明したように１本発明に係る面光源素子によれ
ば、以下の効果を得ることができる。

■各種液晶表示装置等の背面照明として、薄型で、光源
のワット数を増加することなく、面の輝度が均一で最適
の面光源素子を提供できる。この薄型であることは、携
帯性を重視する液晶表示装乙においては、大きな利点に
なる。

■本質的に拡散光源である蛍光灯を用いた場合において
も、簡単に表面の輝度が高められる。

■ＣＲＴに代替することが可泄な程度に大きくすること
がｒｉｆ能であり、かつ実質的に導光体自体が加工がめ
んどうな特殊形状でないので製造コストが安い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る面光源素子の一実施例を示す一
部切欠斜視図である。 第２図は第１図におけるＩ−Ｉ線の部分的な断面図であ
る。 ｆ５３図は出射光２１ｉｌ整部材の一構成例を示すモ面
図である。 第４図は第３図の出射光２１う部材の反射率分布を示す
図である。 第５図および第６図はそれぞれ本発明の他の実施例の部
分的な断面図である。 第７図（ａ＞〜（ｆ）はそれぞれ本実施例に係る導光体
の出射光輝度の角度分布を示す図である。 第８図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明に係る導光体の
斜視図、断面図である。 第９図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明に係る出射光
輝度の角度分布の測定法の概念図である。 第１０図は、本発明光源素子の輝度測定（法線方向出射
光輝度）の測定点を示す相対点な位置図である。 第１１図は１本発明に係る導光体の曇価と光源素子の法
線方向出射輝度との関係奢示す図である。 第１２図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明に係る面光
源素子の出射光輝度分布を示す図である。 第１３図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ従来の面光源素子
の構成を示す断面図である。 ５０．５０−１．５０−２：導光体。 ５１：出射光調整部材、 ５２：光拡散板、 １６：導光体出射面、 １３：反射色。 １４：光源。 １５：リフレクタ− ３０：マット面。 代理人　　弁理士　山　下　穣　モ 第３図 第４図 Ｘ−＾ 第５図 第６図 第７図 （ａ） 試料−１を傷て、８ｙ。 ８ゼ（第３七−２層トイ＠ε−斗、８％第７図 （Ｃ） ち弐本呼−３号トイ凸４０．８シー （ｄ） 占にル斗−４１トイ西２８．８％ 第７図 （ｅ） 試Ｑ−６４！Ｉｆｆ：１８１．５％ （ｆ） 試＃Ｊｒ−７＋砥頷、８％ 第８図 （ａ） （ｂ） 第９図 （ｂ）、、、　矢ネ」 第１２図 （Ｇ） ｔべ糾−１ （ｂ） 騨Ｌ＋−３ 第１３図 （ａ） （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一つの側面を入射面とし、これと直交
   する面を光出射面とし、かつ該出射面の反対面に反射層
   を備えた透明導光体と、 該導光体からの光を無指向に拡散させる拡散板と、 前記導光体と前記拡散板との間に配設され、反射機能を
   有する出射光調整部材とから構成される面光源素子であ
   って、 上記導光体の出射面には、その仮想平面が上記反射層の
   面と実質的に平行な梨地面を有していることを特徴とす
   る面光源素子。