JPH0442675B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈技術分野〉 本発明は、受動型表示装置等の照明手段、特に
液晶表示装置の背面照明（バツクライト）に用い
られるライトボツクスに関するものである。

〈従来技術〉 表示装置は、一般に能動型（発光型）装置と受
動型（非発光型）装置に大別することができる。
能動型装置とは、発光ダイオードデイスプレイ、
プラズマデイスプレイ、エレクトロルミネツセン
トデイスプレイ等のように自ら光を発することに
より表示を行なうものである。これに対して、受
動型装置は液晶表示装置（以下LCDと略す）あ
るいはエレクトロクトミツク表示装置のように自
らは発光せず、光の透過率あるいは反射率を制御
することにより自然光や他の照明源からの照射光
を変調し、表示を行なうものである。従つて、受
動型装置は周囲光が少ない（暗い）場合には照明
手段を設けないと表示が見難くなるという問題点
を有している。

LCDは消費電力が少ないという特徴を有して
おり、電卓、腕時計等の携帯用電子機器に広汎に
活用されている。しかしながら、大部分のLCD
の表示モードは液晶の光学的異方性を利用するも
のであるため、偏光板を重ね合わせることが不可
欠の構成要素となつており、この偏光板のために
照明光の50％程度はカツトされてしまう。特にカ
ラーフイルターを用いた液晶表示装置では、カラ
ー化のためにさらに光量が減少するので、屋内で
の一般的な使用に際しては装置に照明手段を付設
することが必須の要件になる。携帯用電子機器で
は電源の制約が大きく、従つて少ない消費電力で
いかに明るい照明手段を得るかが表示装置を設計
する上での課題となる。

従来より上記照明手段として用いられてきたバ
ツクライトを第１０図に示す。即ち、光源１とし
ては白熱豆電球や蛍光灯が用いられ、光源と表示
パネル１０との間に、照明面の輝度を面全体にわ
たつて均一にさせるために光散乱効果を有する乳
白色のガラスあるいは合成樹脂板からなる拡散透
過板４が介設される。また反射板５としては鏡面
反射板もしくは光散乱アクリル板が用いられてい
る。この反射板５は、光源１から発して背面に向
かう光を反射させて前面に導くことにより、光の
利用率を向上させるために設けられるものであ
る。ところが、このようなバツクライトでは、輝
度ムラを少なくする為に光源１と拡散透過板４と
の距離をあまり短くすることはできないので奥行
きが大きくなるという欠点があつた。さらに拡散
透過板４としては、拡散度の大きいものを用いな
ければならないので輝度が低下するという欠点が
あつた。

一方、従来より第１１図に示すようなエツジラ
イトも用いられてきた。このライドガイド６では
光源１よりＣ面を介して入射した光が粗面加工さ
れているＢ面で拡散反射された後、Ａ面を介して
該Ａ面に近接配置されている表示パネル１０に照
射される。この方式ではＢ面の輝度は光源から遠
くなるに従つて暗くなるという欠点を有する。

また第１２図に示すように、光源１に対して放
物面状（管状光源を用いる場合には放物柱面状）
の反射鏡７を用いる場合もある。この場合、反射
鏡７による反射光はほぼ平行な光束となるが、第
１２図からもわかるように、奥行きが大きくなる
という欠点を有している。

〈発明の目的〉 本発明は上述の諸事情に鑑み、本出願と同一の
出願人によつて出願された特願昭60−142751号
（特開昭62−3226号公報）の技術を改良するもの
であり、ライドガイドの形状に技術的手段を駆使
することにより奥行が小さく光の利用率が高く照
明ムラの生じない明るい表示を得ることができる
新規有用なライトボツクスを提供することを目的
とする。

〈発明の背景〉 上記特願昭60−142751号では光源として管状光
源が使用され、管状光源は照明面の辺縁部に設け
る場合が想定されていた。光源が照明面の中央部
に設けられる場合にこれを適用すると光源の近傍
の輝度が高くなり、輝度ムラを輝度均一化スクリ
ーンの導入により解決しようとするものであり、
次の(1)〜(3)の原理を背景としてなされたものであ
る。

(1) ある定められた方向から表示パネルを観察す
る場合、表示パネルが均一に照明される為には
バツクライトのその方向の輝度が均一であれば
よく、指向性（配光性）や光束発散度は必ずし
も均一でなくてもよい。

(2) 光源を直接観察する時の輝度は、光源と観察
者との間の距離には依存せず一定である。

(3) 光源からの光を平面鏡で反射させて観察する
場合、光源の鏡像の輝度は、（光源の輝度）×
（平面鏡の反射率）と等しくなり、光源の鏡像
の位置に依存しない。

特願昭60−142751号の照明装置は、かかる原理
に着目し、管状光源と複数の帯状反射面を配置し
て帯状反射面の各々が光源からの光を所定の視角
方向に反射するように角度設定するとともに視角
方向から見た場合の隣接する各帯状反射面相互の
見かけの間隔ｐと各帯状反射面の見かけの幅ａと
の比ａ／ｐが光源からの距離Ｄに比例する様に設
定している。ここで所定の視角方向は必ずしも表
示パネル面に垂直な方向に設定する必要はなく、
液晶表示パネルのように視角依存性のある表示パ
ネルを用いる場合などはその最適視角方向を所定
の観察方向として設計してもよい。

第２図及び第３図は本発明の構成原理を説明す
る説明図である。２０Ａは反射面であり、これに
より光源１の鏡像が１Ａの位置にできる。１Ａか
ら出た光は２０Ａによつて角度分布が制限される
ので第２図の斜線部分のみに到達する。２０Ａの
幅が光源の半径Ｒに比べて十分小さいとき、光源
１の反射面２０Ａとの間の距離をＤとすると第２
図の斜線部のなす角度θは2sin^-1（Ｒ／Ｄ）とな
るので反射光の角度分布は第４図に示すように幅
2sin^-1（Ｒ／Ｄ）の矩形状になる。同図ａはＤが
大きく、θが小さい場合同図ｂはＤが小さく、θ
が大きい場合を示す。ａ，ｂはそれぞれ第５図、
第６図のａ，ｂに対応する。

入射光の角度分布がθで表わされ、拡散板の
特性がDθで表わされるとすると拡散透過光の角
度分布Tθは次のようになる。

Tθ＝∫＋90° −90°（θ−）・Ｄ（）d 但し、Dθは拡散板に垂直に平行光線を入射し
た時の入射光の光度に対するθ方向の拡散光の光
度の比を表わす。

拡散板の拡散度すなわちDθの半値幅が入射光
の角度分布の幅に比べて小さい場合は、第５図
ａ，ｂに示すように入射光の角度分布の両端がな
まるだけで最大輝度は入射光の角度分布の幅に依
存しない。

これに対して拡散度の大きい拡散板を用いる場
合には第６図ａ，ｂに示すように最大輝度は入射
光の総量によつて変化する。

本発明は帯状反射面の幅ａと帯状反射面相互の
間隔ｐの比率を光源からの距離に応じて変化させ
ることにより、前述の光源からの距離による輝度
変化を打ち消し、所定の視角方向から見た輝度が
一定になるように補正を加えたものである。

以上の原理により光源からある程度以上離れた
部位の輝度は均一化される。

〈実施例〉 第１図は本発明の１実施例の説明に供するライ
トボツクスん基本構成図である。第８図及び第９
図は、それぞれ本発明の実施形態を示す断面図で
ある。

再度第２図、第３図を用いて本発明の１実施例
を説明する。管状光源１から出た光はライドガイ
ド２０の帯状反射面２０Ａによつて所定の視角方
向（図では上方）に反射される。この場合、光源
１の鏡像は１Ａの位置にできるので、第１図の斜
線部下ら観察すると帯状反射面２０Ａ全体が光つ
て見える。一方ライドガイド２０の符号２０Ｂで
示される面は光源１からの光にほぼ平行が帯状反
射面２０Ａの影になるような角度に設定されてお
り、所定の方向から観察した場合には光らない。
面２０Ｂを設けるのはライドガイド２０全体の厚
さを薄くするためである。ライドガイド２０の各
稜のＸ，Ｙ座標は次のようなアルゴリズムによつ
て求められる。いま管状光源１の位置をＸ，Ｙ座
標の原点とし、視角方向をＹ軸方向とする。第３
図で、ライドガイド２０のｉ番目の帯状反射面２
０Ａの両端の座標をそれぞれ（xi，yi）、（vi，
wi）とする。２０Ａ面と２０Ｂ面のそれぞれが
水平面となす角度をそれぞれαi，βiとする。ま
た、２０Ａ面、２０Ｂ面のそれぞれの水平方向の
幅をａ，ｂとする。従つてピツチＰはａ＋ｂとな
る。

今、光源１から遠い方の端を出発点として与え
ると、次の一連の式によつて光源に近い側の点の
座標が逐次求められる。

βi＝arc tan（yi／xi） αi＝（90°−βi）／２ vi＝xi−ａ wi＝yi−ａ tanαi xi＋１＝vi−ｂ yi＋１＝wi−ｂ tanβi このようにして得られる形状のライドガイド２
０を所定の視角方向から観察すると、光つている
２０Ａ面と光らない２０Ｂ面とが交互に並んだ縞
状に見える。帯状反射面２０Ａの輝度は前述のよ
うに光源１からの距離によらず一定である。また
明暗の縞を平均した時の輝度は帯状反射面２０Ａ
の輝度のａ／ｐ倍となる。ｂを小さくすると平均
輝度は上がるが、ライドガイド２０の厚さｔもー
増加しｂを大きくすると平均輝度は下がるが厚さ
ｔは薄くなるので、要求される仕様に応じてａと
ｂの比率を変化させればよい。

本発明では拡散度の大きい拡散板を用いるので
ａ／ｐを光源からの距離に応じて変化させること
が特徴である。ある程度以上の厚みの乳白色のプ
ラスチツク板は拡散度が大きく、近似的に完全拡
散面と見なせるので、ａ／ｐは次のようにして決
定する。完全拡散面の輝度はどの方向から見ても
一定であり、入射光の角度分布には依存せず、そ
の面の単位面積当りに入射する光束つまり照度だ
けによつて定まる。従つて、輝度を一定にするに
は拡散板に入射する光の照度が一定になるような
条件にすればよい。第２図に示したように反射面
２０Ａによる反射光は図中の斜線の施された楔形
の領域を照らす。この楔形の頂角θの光源１の半
径をＲとし、光源１と反射面２０Ａとの間の距離
をＤとすると2sin^-1（Ｒ／Ｄ）となる。Ｒに比べ
て反射面のピツチｐが小さく、反射面と拡散面と
がある程度以上離れていれば隣接する反射面によ
つて照される楔形の領域は互いに重なり合うこと
になる。重なり合いの程度は楔形の頂角θが大き
い程大きい。拡散板上の一点に着目すればθが大
きい程多数の反射面からの光が届くことになる。
拡散板上の照度はθにほぼ比例し、θはＤにほぼ
反比例するので、ａ／ｐをＤに比例させると、拡
散板上の照度は場所によらずほぼ一定となる。

尚、反射面と拡散板との間の距離が部位によつ
て変化することは次に述べる理由により考慮しな
くてもよい。つまり反射面と拡散板との間の距離
が大きい程１つ１つの反射面からの光による照度
は小さくなるが、ある１点を照らす反射面の数は
増加し、双方の効果は打ち消し合うからである。

以上の如く、拡散板が完全拡散面と見なせる場
合の説明を行なつたが、拡散度が中間の度合の拡
散板を用いる場合に於てもａ／ｐがＤの一次関数
となる様に変化させることにより良好な結果の得
られることが判明した。尚、ｐは全面で一定であ
る必要はなくａ／ｐが、先述の条件を満す所定の
値に設定されておれば差支えない。

ところで、光源１が照明面の中央部に設置され
ている場合には、光源１の近傍で照明面の輝度が
高くなり、輝度ムラが生じる。従つて、第１図に
示す如くこの輝度が高くなる光源１近傍に輝度均
一化スクリーン４を設けてこの部分の輝度を抑制
する。スクリーン４は光源１と拡散透過板２との
間に介設する。スクリーン４の構造は第７図に示
す如く透明フイルム上にAl等の金属薄膜を設け
たものである。金属薄膜はモザイク状または網目
写真状にパターン化されており、入射光の一部が
反射され、残りは透過する。光源１に近い領域で
は反射面の面積比率を透過面より大きく設定し、
光源１から遠ざかるに従つて反射面の面積比率を
小さく透過面の面積比率を大きくすることによつ
て、液晶表示パネル５の表示面での輝度均一化を
達成するように調整されている。反射面、透過面
の面積比率は透明フイルム上に形成される金属薄
膜のパターンによつて定まり、面積比率に応じて
透過光量が制御設定される。スクリーン４で反射
された光は背面側の反射板で反射され、再びスク
リーン４に入射される。スクリーン４を透過した
光は液晶表示パネル５に入射され、液晶表示パネ
ル５で均一な輝度の表示が実行される。

本発明の実施形態としては第８図に示すものと
第９図に示すものの２通りがある。すなわち第８
図の実施例では、ライドガイド２０を透明プラス
チツクで成形し、透明プラスチツク内部の反射を
用いている。反射面２０Ａに対する入射角が臨界
角より大きい場合には全反射するが、臨界角以下
の場合には、一部の光が通り抜けるので金属等の
反射層を設けることになる。ライドガイド２０の
上面では光源からの光が全反射し、１Ｂの位置に
鏡像を生じるので、次に述べる第９図の場合に比
べて利用できる光量が２倍になる。

また第９図の実施例の場合は、成型体の外面の
反射を用いるので、成型体の材質に対して特に制
限はない。反射率が低い場合には、その上に反射
層を設けることになる。

〈効果〉 本発明は以上の構成よりなり、薄型で輝度の均
一なライドガイドによる照明ムラが少なく、かつ
厚みの薄い照明装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す構成図、第２
図及び第３図は本発明の原理説明図、第４図乃至
第６図は拡散板の効果を示す説明図、第７図は輝
度均一化スクリーンのパターンの１実施例を示す
構成図、第８図及び第９図は各々本発明の実施形
態を示す断面図、第１０図から第１２図はそれぞ
れ従来例を示す照明装置の断面図である。 １……管状光源、２……スクリーン、２０……
ライドガイド、２０Ａ……帯状反射面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 管状光源と該光源の光を反射する複数の帯状
   反射面の並設体とを有するライトボツクスにおい
   て、前記光源は光照射面の中央部に設置され、前
   記帯状反射面の各々が前記光源からの光を所定の
   視角方向に反射するような角度に設定されかつ前
   記視角方向から見た場合の隣接する各帯状反射面
   相互の見かけの間隔と各帯状反射面の見かけの幅
   との比が前記光源からの距離に応じて選定され、
   前記光源近傍には輝度均一化のためのスクリーン
   が介設されていることを特徴とするライトボツク
   ス。