JPH02176629A - 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。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。

／ＩＮ 〔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グを回転放物線型リフレクタ〜
の焦点に置き、ラング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、光の進行方向に活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。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
は可能であシ、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、面光源が液晶表示装置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、
面光源の厚味が２０〜３０咽となり、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＋程度の螢光灯が利用
出来る様に々ると、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上げるし
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
足せしめる螢光灯は存在せず、又、このような螢光灯が
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。

このような観点から本発明者は、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置され、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
面光源素子について提案している（特願昭６３−７８１
８５号）。

このような面光源素子によって、上述した多くの問題点
を解決することが可能となったが、さらにこの面光源素
子の各構成部材の性能等を鋭意検討したところ、導光体
の性能と反射層の性能を一定以上に保持すると、上記出
射光調整部材を省略してもほぼ満足しうる製品が得られ
ることが判明し、このことにより製作がよシー層容易と
なｐ。

大幅にコストダウンが可能となった面光源素子を提供す
ることができることとなシ、本発明を完成するに至った
次第である。

〔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離板と同等にみ
なすことができ、しかも製作が容易でコストの低廉化が
図れ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、本発明では原則として梨地面とい
う）を有しており、しかも該導光体は光の進行方向とは
直交する方向で光を透過したときの曇価が６０係以上で
あり、かつ上記反射層はその反射率が８０係以上である
ことを特徴とする面光源素子により達成される。

以下、本発明に係る面光源素子について、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源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〜
１．６近辺であり、第１０図（ａ）に示すように、導光
体１００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度前後で
原理的に出射平面１２には光が出射しない。なお、第１
０図（ＩＬ）において、１４は螢光灯などの光源、１５
はそのリフレクタ−１３は導光体１０の出射平面１２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１０図（ｂ）に示すように、出射
平面１２を拡散加工した平面１２ａとしたシ、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、本発明を完成し九。

これを実施例に従って説明する。

まず、導光体光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簡厚のアクリ
ル樹脂板の表面に熱ゾレスによってレプリカを作シ、粗
面の程度が異なる複数の粗面加工板（以下マツ７ト板と
も呼ぶ）を作成した。

このマット板を５０Ｘ５０ａｉサイズに切り出して、Ａ
ＳＴＭＤ　１００３−６１に準じて、曇価を測定した。

一方、第６図（ａ）のような両側面に螢光灯を配置し、
かつ反射層を形成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。その結果は第５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）
には殆んど光は出ておらず、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６図（ｂ）
参照）ことがわかった。

但し、第５図（ｅ）　ｊ　（ｄ）の導光体は本発明の範
囲外のものであるが、出射光の方向は変るものではない
。

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、すなわち光の進行方向とは直交する方向で
光を透過したときの曇価が６０係以上のマット板を透明
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、導光体出射面の対
面に位置する反射率８０係以上の反射層による多次反射
をも利用し、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ものである。

〔実施例〕

以下、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
欠載斜視図である。第２図はそのＩ−１線の部分的な断
面図であり、光源１４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は螢光灯等の光源、１
５はそのリフレクタ−１３は導光体５０の出射面１６と
反対側に形成された反射面、１６は前記したよりな粗面
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。まだ
、導光体５０は該出射面の反対面に反射層１３を備えて
お９、該出射面に直接入射した光のみならず、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。

なお、拡散板５１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の上に拡散板５１を積
層して構成されるが、との導光体５０上への拡散板５１
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、単に載置するのみでも行な
われる。また、導光体５０と光拡散板５１との間には、
極く薄い空気層が形成されている。

本発明の素子を構成する材料としては、小型軽量の目的
から光の導光体として可視光透過率の最も大きいアクリ
ル樹脂が好適であるが、これに限定する必要はなく、ポ
リカーボネート樹脂や塩化ビニル樹脂が使用しうる。

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

第３図及び第４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３図において、導光体５０−１はその梨地面３０を拡
散板５１０反対側に形成し、独立または一体的に形成し
た反射層１３に対向させて配置したものとなっておシ、
拡散板５１側の導光体５０−１の出射面１６は平面とな
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、反射層１３によシ反射
されたあと、再び、梨地面３０へ入射し、出射面１６、
拡散板５１を経て出射される。

第４図は導光体５０の上下両面を梨地面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３図及び第４図に示す構成例は、第２図の構成
例と略同等の性能を有していることが確認されている。

なお、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、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
体として曇価（導光体の光の進行方向と直交する方向に
光を透過して測定）が６０係以上であることが好ましい
。この曇価は後述す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シ、本発明の目
的を達成するためには６０４以上でないと所定の輝度が
得られないことが確認されている。なお詳細は後述の具
体的実施例において説明する。

又本発明の目的を達成するためＫは反射層の反射率が８
０係以上であることも要求されるが、このような反射率
を有する反射層としては、透明フィルムに銀やアルミニ
ウムを蒸着したフィルムを用いることによって、あるい
は導光体の面に直接上記蒸着層を形成することでなしう
る。

次に１０インチ液晶表示装置用の背面光源を想定し、ノ
ぐネルサイズを横２００　ｔａｇ　ｘ縦１８０ｍとし、
導光体は厚さ６瓢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〕

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、磨いた黄銅板（約３■Ｘ　２５０ｗＸ　２５０■
）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シ４種類の金型を作製した。

次に厚さ６瓢のアクリル樹脂板の片面に該金型を用い熱
プレスによシホーニング面のレプリカをとり、更に横２
００■×縦１８０簡の大きさに切断しこれを導光体とし
た。

（導光体の曇価の測定） （１）上記（導光体の作製）で４種類の金型を用いてレ
プリカをとったアクリル樹脂板６ｍ＋よシ各各５０Ｘ５
０ｍの試片を切シ出し、曇価測定用試料とした。このう
ちの２種類は本発明品（試料１゜２）、残シ２種類は比
較品（試料３，４）である。

曇価の測定はＡＳＴＭ−Ｄ１００３−６１に準じ、計測
器の光入射側にレプリカ面を配置して測Φし、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））×　１
００　係 （２）　　測定結果は第１表のとうシである。

ｔＸ１表 曇価 試料−１７０，８ｑ６ 試料−２６４，８チ 試料−３４０，８係 試料−４２８，８％ （導光体の出射光分布の測定） 上記で得られた導光体から横６０　ｒａｍ　Ｘ縦５０瓢
の大きさの試片を切り出し、横６０簡の端面を常法によ
り研摩すると共に、梨地面とは反対面及び縦５０ｗｍの
端面に下記の反射材−２を貼り付けた。

このようにして得られた接合体の横６０ｍの２辺に沿っ
て、ランプ（スタンレー電気（株）Ｗ　ＣＨ２−３０Ｏ
８，直径７．０　ｍ　）の中央部に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した。

そしてとの試片の中央部（第７図（、）の■参照）につ
いて輝度計４０（（株）ミノルタ製輝度計ｎｔ−４）で
法線に対して角度を変えて測定しく第７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５図（、）〜（ｄ）に示す。なお、第５図にお
いて半径方向に輝度、円周方向に視野角をとっである。

（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調）を横２００　ｉｍ　Ｘ縦１８０■
の大きさに切断し、横２００瓢の端面には黒の塗料を塗
布して光拡散板５１を得た。

（反射層に用いた反射材と反射率の測定）実施例の反射
層として次の４種類を用い、それぞれの全光線反射率を
ＡＳＴＭ−Ｄ−１００３に準拠し、村上色彩技術研究新
製ＨＲ−１００を用い、Ｃ光源によって測定した。この
結果を示すのが第２表である。

第２表 （構成） （全光線反射率） 測定 ルム側より測定 反射材−３厚さ５寓のアクリル樹脂板にアルミニウムを
蒸着し、板側より測定 ７８．７　価 （面光源素子の作製） 次に、先に得られた導光体の横２００ｍの２辺を常法に
よシ研磨し、Ｒ１８０ｍの２辺は粘着剤によシ反射材−
２を貼シつけ、導光体の梨地面とは反対面には、上記反
射材−１〜４を貼シ付は九。

なお反射材−３だけは、導光体の反対面に直接アルミニ
ウムを真空蒸着した後、透明ラッカーによる保護層を形
成した。

そして、上記の導光体の梨地面の横２００ｍ側に沿って
幅７簡の両面粘着テープを介在し、上記光拡散板を接合
させて組立てた。

（面光源素子の輝度測定） ５：／ｆ（ｘり：／Ｖ−社製ＣＢ７−３００８）２本を
、上記反射材−１を共通にリフレクタ−として用いて、
面光源素子の横２００ｍの２辺に巻き付けて配設しく第
１図及び第２図参照）、ランプ点灯後３０分経過後、法
線方向（第７図（ｂ）参照）からその輝度を（株）ミノ
ルタ製輝度計ｎｔ−１を用いて測定した。測定点は、第
８図に示すように横１０分割、縦８分割したーっが２０
Ｘ２０．の格子を描き、その中心１０ｍ＋φの円になる
ようにして行った。なお、ランプを配置した辺の端から
１０瓢幅の部分は、両面粘着テープを介在しているため
、測定点から除外した。

この結果を第３表及び第４表に示す。

以上の表から分る通り、試料すなわち導光体の曇価を６
０係以上、反射材の反射率を８０％以上にして面光源素
子を構成すると、出射光調整部材を用いなくても充分な
輝度と均一性が発揮しうるものであることが確認された
。

（面光源素子の出射光分布の測定） 試料−１及び反射材−１の組合せＫよる面光源素子につ
いて、中央部（第８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）に準じて測定した
のが第９図であ及、出射光が均一に分布していることが
分る。なお、本発明例の他の面光源素子についても測定
したが、はぼ同様であった。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、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置においては、大きな利点
になる。

■　本質的に拡散光源である螢光灯を用いた場合におい
ても、簡単九表面の輝度が高められる。

■　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く、しかも全体の製作が容易で使用
する部材も多くないため製造コストが安い。

【図面の簡単な説明】

ｔＸ１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。 第３図および第４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５図（、）〜（ｄ）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６図（＆）　Ｄ　（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７図（ａ）　ｔ　（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８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９図は、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１０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・・・光
拡散板、１６・・・導光体出射面、１３・・・反射面、
１４・・・光源、１５・・・リフレクタ−３０・・・マ
ット面。 代理人　弁理士　山　下　穣　平 第 図 第 図 第 図

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おり、しかも該導光体
   は光の進行方向とは直交する方向で光を透過したときの
   曇価が６０％以上であり、かつ上記反射層はその反射率
   が８０％以上であることを特徴とする面光源素子。