JPH06265732A - 面光源装置及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発光輝度が高く、輝度分布が均一な面光源装置
を提供する。 【構成】発光面側に設けられレンズを配列したプリズム
レンズシートと、そのプリズムレンズシートの背後側に
設けられ光拡散パターンを配列した光拡散反射手段を有
する面光源装置において、上記プリズムレンズの配列軸
に対して、上記光拡散パターンの配列軸は角度を成すよ
うに、プリズムレンズシートと光拡散反射手段をもうけ
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は面光源装置に関する。特
に、液晶テレビ、パソコン等のディスプレイに使用する
バックライト装置や看板のバックライト装置、又は照明
器具として用いられる面発光の導光板装置等に利用でき
る面光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の面光源装置としては、図５で示す
ようにアクリル樹脂等からなる透明導光板１を備え、こ
の透明導光板１の一方の面には透過率の高い半透明拡散
シート２を設け、更にその上にレンズを配列したプリズ
ムレンズシート３を設け、この透明導光板１の他方の面
には光を拡散反射させるための光拡散反射シート５を設
けてある。また、この透明導光板１の側端面部から光源
６光を入射し、その光を光拡散反射シート５の鏡面反射
層７及び光拡散パターン８で拡散反射させて、発光面９
側を発光させるように構成した面光源装置が知られてい
る（実開平４─１０７２０１、例１とする））。この考
案においてプリズムレンズシート３は発光面９から発光
される光を一定方向に向ける働きがあり、その方向での
輝度が大きくなる。

【０００３】また、他の従来の面光源装置としては、図
６で示すようにアクリル樹脂等からなる透明導光板１を
備え、この透明導光板１の一方の面は発光面９となって
おり、この透明導光板１の他方の面には光を拡散反射さ
せるための光拡散反射シート５を設け、この透明導光板
１の側端面部から光源６の光を入射し、その光を光拡散
反射シート５の鏡面反射層７及び光拡散パターン８で拡
散反射させて、発光面９側を発光させるように構成した
面光源装置が知られている（特開平１─２４５２２０、
例２とする）。この発明において、光拡散反射シート５
の光拡散パターンは光散乱物質１０を施したものであっ
て、光源６の光入射部分から遠ざかるに従って光散乱物
質１０が密となるように構成されいる。これは面光源装
置の輝度分布を均一化する。

【０００４】しかし、上記従来技術において、例１では
輝度分布を均一化しようとして、光拡散反射シート５の
光拡散パターン８を細密化するとプリズムレンズシート
３と光学的なモアレ現象を起こしてモアレパターンによ
る不均一さが表れ、光拡散パターンが大きい場合は光拡
散パターン８が輝度分布に表れてしまい十分な均一性が
得られなかった。そのため拡散効果の大きい半透明拡散
シート２を設けることが必要であり、半透明拡散シート
２によって光拡散パターン８が輝度分布に表れることを
緩和しているが、一方半透明拡散シート２は光の拡散効
果を高めると光の吸収量が大きくなり、又表示に不要な
発光面の接線方向近辺へも光を拡散させるためプリズム
レンズシート３による発光面の法線方向近辺の輝度を高
める効果が減じられるという問題があった。従って、面
光源装置の輝度を高くするためには、光源６の輝度を高
めることとなり、そうすると光源の寿命が短くなり、消
費電力が大きいなるという問題もあった。また、例２に
おいては、輝度分布を均一化する効果はある程度達成す
るものの半透明拡散シートを利用しないため限界がある
上、プリズムレンズシート３を利用できないため法線方
向近辺の輝度が低く、性能の劣るものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明が解決
しようとする課題は、発光面の法線方向近傍の発光輝度
が高く、輝度分布が均一な面光源装置を提供することあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明者は種々研究を行った結果、発光表面側に設け
られレンズを配列したプリズムレンズシートと、そのプ
リズムレンズシートの背後側に設けられ光拡散パターン
を配列した光拡散反射手段を有する面光源装置におい
て、上記プリズムレンズの配列軸に対して、上記光拡散
パターンの配列軸は角度を成すように、プリズムレンズ
シートと光拡散反射手段をもうけたことよって、法線方
向近傍の発光輝度が高く、輝度分布が均一な面光源装置
を実現でき、上記課題を達成することを見出し本発明を
完成するに到った。

【０００７】

【作用】面光源装置の発光表面側に設けられ、レンズを
配列したプリズムレンズシートの屈折集光作用によって
発光面法線方向近傍の輝度が高められ、光拡散パターン
を配列した光拡散反射手段によって輝度の均一化が図ら
れる、この時上記プリズムレンズの配列軸に対して、上
記印刷ドットの配列軸は角度を成すように、プリズムレ
ンズシートと光拡散反射シートとを配置したことよって
光学的なモアレが発生せず、かつ光拡散反射手段の光拡
散パターンを不可視化できるから、高輝度化と輝度の均
一化とを両立できる。また半透明拡散シートを全く必要
としないか、使用するとしても拡散効果は小さくてよく
光の吸収量が小さく済むから輝度が均一である上にプリ
ズムレンズシートによる高輝度化は極めて効果的とな
る。

【０００８】

【実施例】本発明について好適な実施例を挙げて以下に
説明する。図１は本発明の面光源装置の断面を模式的に
示す図である。特にエッジライト型（サイドライト型と
も呼称される）の場合を図示する。図１において１はア
クリル樹脂、ガラス等からなる透明導光板であり、この
透明導光板１の一方の面には透過率の高い半透明拡散シ
ート２を設け、更にその上にレンズを配列したプリズム
レンズシート３を設けている。さらに、この透明導光板
１の他方の面には光を拡散反射させるための光拡散反射
手段５を設け、この透明導光板１の側端面部から光源６
の光を入射し、その光を光拡散反射手段５の鏡面反射層
７及び光拡散パターン８で拡散反射させて、発光面９側
を発光させるように構成されている。本発明においてプ
リズムレンズシート３は発光面９から発光される光を一
定方向に向ける働きがあり、その方向での輝度が大きく
なる。輝度の極大方向は通常は発光面９の法線方向であ
る。また、光拡散反射手段５の光拡散パターンは印刷等
により例えばドット状に光散乱物質１０を施したもので
あり光源６の光入射部分から遠ざかるに従って光散乱物
質１０の面積が大となるように構成され面光源装置の輝
度分布を均一化する。尚ここで、導光板は、特開昭６３
─３１８００３号公報（米国特許第７４９１５４０）、
特開昭６３─１８１２０１号公報等のように空洞にして
もよい。

【０００９】図２は本発明の面光源装置の平面を模式的
に示す図である。図２において１１はプリズムレンズシ
ート３の配列軸を示しており、１２は光拡散パターン８
の配列軸を示している。配列軸１１と配列軸１２は角度
θを成している。本発明において、この角度は１５度〜
７５度の範囲であって、モアレを生ずることなく、かつ
光拡散反射シートの光拡散パターンを不可視化する働き
がある。

【００１０】本発明に使用できるプリズムレンズシート
３は如何なるタイプの物であってもよい。例えば、図３
に示すように、三角プリズム型レンチキュラーレンズ１
３、円又は楕円柱型凸レンチキュラーレンズ１４、円又
は楕円柱型凹レンチキュラーレンズ１５、角錐レンズ１
６、蠅の目レンズ１７、等が利用できる。また図３の１
８に示すようにプリズムレンズシート３は一枚を単層で
使用することもできるが、平行または直角に二枚重ねて
二層として使用することができる。また三層以上で使用
することも可能である。更に、同種のプリズムレンズシ
ートを組み合わせるだけでなく異種のプリズムレンズシ
ートを組み合わせて使用することも可能である。これら
プリズムレンズシートの材質は特に限定されず、光学的
に透明であれば如何なる材料であってもよい。熱可塑性
樹脂、又は熱、紫外線、電子線で架橋する硬化型樹脂の
いずれであってもよく、例えば、アクリル樹脂、塩化ビ
ニール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹
脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミ
ド樹脂等が使用できる。またガラス、石英等の材料も使
用できる。また単一な材料で構成することも可能である
が、図８に示すように透明なシート状（又は板状）の基
材の上に透明材料で成形したプリズムレンズを積層した
構成とすることもできる。

【００１１】本発明に使用できる光拡散反射手段５は光
拡散反射シート５であってもよい。光拡散反射シート５
は印刷等により例えばドット状の光拡散パターン８が形
成されている。この光拡散パターン８は光散乱物質１０
であり、通常の白色度の高いインキや塗料の顔料が使わ
れる。例えば、チタンホワイト、酸化亜鉛、酸化カルシ
ウム、酸化バリウム、硫酸バリウム等が使用できる。こ
れらの顔料はバインダー、溶剤等を含む展着剤に分散さ
れて、印刷インキとして光拡散反射シート５に印刷され
るか、塗料として光拡散反射シート５に塗布される。あ
るいは、テープ状に成形したものを光拡散反射シート５
に貼り付ける方式でもよい。この光散乱物質１０は、透
明導光板１の光源側の端から離れるに従って順次その濃
度が密、あるいは光拡散パターン８の面積が大となるよ
うにする。このことにより、面光源装置における輝度の
分布が均一化できる。

【００１２】一方、光拡散反射シート５の鏡面反射層７
はアルミ蒸着等が施された鏡面となっており、光を反射
する。以上、光拡散反射シート５に鏡面反射層７と光拡
散パターン８を設けたが、これらは透明導光板１に直接
設けることもできる。その場合鏡面反射層７は発光面９
の反対側の面に形成するが、光拡散パターン８は透明導
光板１の何れの面に設けてもよく、また両面に設けても
よい。

【００１３】上記光拡散パターン８は図４に示すように
ドットを規則周期で配列し、光源から離れるに従ってド
ット径を大きくするドットパターン１９、ドットをラン
ダムに配列し、光源から離れるに従って単位面積あたり
のドットの数を増加させるランダムパターン２０、複数
の楔型のパターンを楔の先端が光源に向くように平行に
配列した楔パターン２１、ラインを規則周期で描き、光
源から離れるに従って描かれるラインの数を増加させる
ラインパターン２２等、パターンの面積が光源から離れ
るに従って大きくなるようなパターンであれば如何なる
パターンであってもよい。

【００１４】以上のようなプリズムレンズシート３と光
拡散パターン８において、プリズムレンズシート３の配
列軸１１と拡散パターン７の配列軸１２との成す角度θ
は次のようにして決定される。配列軸１１は円又は楕円
柱型凸レンチキュラーレンズの円又は楕円柱方向をＹ軸
方向、円又は楕円柱を複数配列する方向をＸ軸方向とす
る時のＹ軸とする。また配列軸１２は光拡散パターン８
であるドットの光源６に対して離れる方向をｙ軸方向と
し、光源６に平行する方向をｘ軸方向とするときのｙ軸
とする。両座標系の原点をＯ、ｏとして、座標系Ｏ−Ｘ
−Ｙと座標系ｏ−ｘ−ｙについて原点Ｏと原点ｏを一致
させるものとする。この時、モアレ縞を防止するために
はＹ軸とｙ軸の成す角度、即ち配列軸１１と配列軸１２
の成す角度θは１５度以上７５度以下とするのが好まし
い。１５度以下においても、７５度以上においてもモア
レ縞が発生する。

【００１５】更に、この角度θを変化させると光拡散パ
ターン８であるドットの陰影が変化してθがθ＝sin ^-1
(2/5^-2) ＝６３．５度の場合にドットの陰影が最も見え
なくなり、拡散パターン７であるドットの不可視可を実
現できる。θ＝６３．５度はドットの陰影が極小となる
角度であって、特にθがおおよそ５７度〜７０度の範囲
であればドットの陰影が見えなくなる最適範囲である。
また、θはＸ軸（ｘ軸）から測っても、Ｙ軸（ｙ軸）か
ら測っても対称的なため、θと９０−θは同じ結果を与
え、θ＝９０−６３．５＝２６．５度の場合もθ＝６
３．５度と同様の結果が得られる。

【００１６】従来のプリズムレンズシートの配列軸と拡
散パターンの配列軸とが直行または平行していたのに対
し、本発明ではそれらの軸が角度を成すため、拡散パタ
ーンの陰影が見えにくく、モアレ縞も発生しないことか
ら、本発明の半透明拡散シート２は、ヘイズ（曇値）、
吸収光量とも１／２以下とすることができる。また、拡
散パターンのの不可視性、面光源の光拡散半値角、輝度
の如何によっては全く省略することもできる。

【００１７】本発明の面光源装置を透過型ＬＣＤディス
プレイ装置（液晶表示装置）のバックライトとして使用
する場合、プリズムレンズシート３において、レンズの
配列周期は、ＬＣＤディスプレイの画素とモアレを起こ
さないようにする手段としては「画素の配列軸とプリ
ズムレンズシート３の配列軸にも１５〜７５度の角度を
成す。」か、あるいは「画素の配列周期の１／３以下
か、又は３倍以上と離す。」のいずれかを行うとよい。
また大きい方、即ち３倍以上に離すとレンズの周期が目
に付くから、小さい方、即ち１／３以下とするのが好ま
しい。ただし、レンズの配列周期が１μｍ程度以下にな
ると、光の回折現象が起こるため、レンズの配列周期は
１μｍ以上とする。ＬＣＤディスプレイの画素の配列周
期が３００μｍのであるとすると、レンズの配列周期は
１０〜１００μｍがよい。また、拡散パターン７である
ドットの配列周期は、ドットの目立ちにくさ、輝度及び
その面内での均一さ点から１００μｍ〜５０００μｍが
好ましい。光源６としては蛍光灯等の線状光源又は白熱
電球のような点状光源が使用される。又本発明の光源装
置は図７に示すように、直下型（通称）の形で構成する
こともできる。

【００１８】

【発明の効果】プリズムレンズの配列軸に対して、光拡
散反射シートの光拡散ドットの配列軸は角度を成すよう
に、プリズムレンズシートと光拡散反射シートとを配置
したことよって光学的なモアレが発生せず、かつ光拡散
反射シートの光拡散パターンを不可視化できるから、高
輝度化と輝度の均一化とを両立できる。また半透明拡散
シートを全く必要としないか、使用するとしても拡散効
果は小さくてよく光の吸収量が小さく済むから輝度が均
一である上にプリズムレンズシートによる高輝度化は極
めて効果的となる。

【００１９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の面光源装置の断面の模式図。

【図２】本発明の面光源装置の平面の模式図。

【図３】本発明に使用できるプリズムレンズシートの
図。

【図４】本発明に使用できる光拡散反射シートの光拡散
パターンの図。

【図５】従来の面光源装置の断面の模式図。

【図６】従来の面光源装置の断面の模式図。

【図７】本発明の面光源装置の断面の模式図。

【図８】本発明に使用できるプリズムレンズシートの
図。

【符号の説明】

１透明導光板 ２半透明拡散シート ３プリズムレンズシート ４光拡散反射手段 ５光拡散反射シート ６光源 ７鏡面反射層 ８光拡散パターン ９発光面 １０光散乱物質 １１プリズムレンズシートの配列軸 １２光拡散パターンの配列軸 １３三角プリズム型レンチキュラーレンズ １４円又は楕円柱型凸レンチキュラーレンズ １５円又は楕円柱型凹レンチキュラーレンズ １６角錐型レンズ １７蠅の目レンズ １８円又は楕円柱型凸レンチキュラーレンズを２枚直交
重ねしたレンズ １９ドットパターン ２０ランダムドットパターン ２１楔パターン ２２ラインパターン ２３透過型液晶表示素子 ２４基材シート又は基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも発光面側に設けられレンズを配
   列したプリズムレンズシートと、そのプリズムレンズシ
   ートの背後側に設けられ光拡散パターンを配列した光拡
   散反射手段とを有する面光源装置において、上記プリズ
   ムレンズの配列軸に対して、上記光拡散パターンの配列
   軸は角度を成すように、プリズムレンズシートと光拡散
   反射手段とを設けたことを特徴とする面光源装置。
2. 【請求項２】上記プリズムレンズの配列軸と、上記光拡
   散パターンの配列軸の成す角度は１５度以上、７５度以
   下であることを特徴とする請求項１に記載の面光源装
   置。
3. 【請求項３】透過型液晶表示装置の裏面に、請求項１又
   は請求項２の面光源装置を設けた事を特徴とする透過型
   液晶表示装置。
4. 【請求項４】液晶表示装置の画素の配列軸とプリズムレ
   ンズシートの配列軸が角度を成すようにしたことを特徴
   とする請求項３記載の透過型液晶表示装置。