JPH06265888A - 面光源素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 出射面の光出射角が等方性であっても、簡単
に輝度向上が実現でき、液晶表示装置の背面照明手段と
しては、消費電力を増加することなく、輝度を大幅に向
上させることができる面光源素子を提供すること 【構成】 一側端に光源５を備え、これと直交する面を
光出射面とし、かつ光出射面の反対面に光反射層３を備
え、光出射面に拡散処理（梨地面４）を施した透明導光
体２と、透明導光体２の光出射面側に載置され、光出射
角度分布を狭少化して法線方向輝度を向上させる４角錘
群シート４とを有する面光源素子

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、面光源装置に用いられ
る面光源素子に関し、特に液晶表示素子などの背面照明
手段として好適に使用出来るものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示装置などの背面照明（バ
ックライト）手段としては、表示有効面の直下の空間
に、直管状或いはＵ字管状の蛍光灯を複数配置し、その
上部に拡散板、下部に反射板を配したいわゆる直下型、
又は、導光体を用いそのエッジに蛍光灯１〜２灯を配置
し、光出射面に拡散板、又は拡散フィルムを配しその対
面に反射層を形成したいわゆるエッジライト型が殆んど
総てである。

【０００３】直下型については、ランプのホットイメー
ジを消す為に、拡散板は、可能な限り拡散能の大きな拡
散板を使用する。エッジライト型についても輝度分布の
均一性を上げる目的で拡散能の大きな材料を選択するの
が一般的である。

【０００４】光の性質から拡散能を上げれば、出射光の
出射角分布は広くなり完全拡散に近くなる反面、表示装
置の法線方向の輝度は、当然のこと乍ら低くなり、見掛
け上法線方向は暗くなる。

【０００５】一般的に使用されている面光源装置は、内
面の輝度の均一性を良くする為に拡散能の良好な拡散板
或いは拡散フィルムを使用している。従って同一出射光
エネルギーであれば、面光源装置の出射面の法線方向に
対して光の出射角分布が広ければ広い程、面光源装置と
して使用する法線方向輝度は低下する。

【０００６】拡散光は、レンズ（凸，凹共に）で集光す
ることが不可能であるが、光の出射角分布を狭くするこ
とが可能であれば、面光源装置の法線方向輝度を向上さ
せることが出来る。

【０００７】特に、液晶表示装置の背面照明としては、
輝度を上げる為に簡単に蛍光灯の消費電力を大きくした
り、面光源装置の厚さを厚くすることは、認められな
い。従って外形的に殆んど変更なしで、輝度を１．８〜
２．０倍に上げられれば、背面照明の低電力化に対して
大きく寄与することが出来る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、拡散フ
ィルムの種類を選ぶことにより、１．１〜１．２倍の輝
度向上をすることは確認ができても、それ以上に、輝度
を上げることは、拡散フィルムの選択では、達成できな
い。

【０００９】すなわち、通常拡散板、或いは拡散フィル
ムを用いた面光源装置より出射する光の出射角分布は、
出射面の法線方向強度の１／２になる分布角（「半値
巾」と云う）で表示すると、１００〜１１０°である
（光の進行方向に関係なく、強度分布は等方性であ
る）。

【００１０】従って、この様な出射光分布を有する面の
分布巾を狭くする為の光学素子として、レンズ群は殆ん
ど後に立たない（フレネルレンズ，レンチキュラーを含
む）。

【００１１】これに対して、プリズムシートなどのプリ
ズム群を用いて拡散光の出射光分布を狭めることが提案
されている（特開昭６３−３１８００３号）。これは、
プリズムシートに対して斜めに入射する光を、プリズム
シートの法線方向に変え、他方、プリズムシートに対し
て垂直に入射する強い光を、プリズムシートのプリズム
の臨界反射面を利用して光学的空所に戻すものである。

【００１２】しかしながら、出射面より出射する光の分
布角は等方性であるので、単にプリズムシートを配置し
ただけでは、全方位について、拡散光の出射光分布を狭
めて光学挙動を満足させることはできない。

【００１３】この発明は、上述の背景に基づきなされた
ものであり、その目的とするところは、出射面の光出射
角が等方性であっても、簡単に輝度向上が実現でき、液
晶表示装置の背面照明手段としては、消費電力を増加す
ることなく、輝度を大幅に向上させることができる面光
源素子を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題は、この発明に
より解決する。

【００１５】すなわち、この発明の第１の態様の面光源
素子は、少なくとも一つの側端を光入射面とし、これと
直接若しくは延長面上で交わる一つの面を光出射面と
し、かつ光出射面の反対面に光反射層を備え、光出射面
に光拡散シート又は光拡散フィルム、又は導光体自体の
表面に拡散処理を施した透明導光体と、透明導光体の光
出射面側に載置され、光出射角度分布を狭少化して法線
方向輝度を向上させる多角錘群シートとを有することを
特徴とするものである。

【００１６】この発明の別の態様の面光源素子では、少
なくとも一つの側端を光入射面とし、これと直交する一
つの面を光出射面とし、かつ該光出射面の反対面に光反
射層を備え、光出射面に光拡散シート又は光拡散フィル
ム、又は導光体自体の表面に拡散処理を施した透明導光
体と、透明導光体の光出射面側にプリズム軸を直交させ
て載置され、光出射角度分布を狭少化して法線方向輝度
を向上させる２枚のマルチプリズムシートとを有するこ
とを特徴とするものである。

【００１７】この発明の別の態様の面光源素子では、光
源装置を収容し、少なくとも１面を光出射面とし、かつ
該光出射面の反対面に光反射層を備え、光出射面に光拡
散シート又は光拡散フィルムを配設したハウジングと、
ハウジングの光出射面側に載置され、光出射角度分布を
狭少化して法線方向輝度を向上させる多角錘群シートと
を有することを特徴とするものである。

【００１８】この発明の別の態様の面光源素子は、光源
装置を収容し、少なくとも１面を光出射面とし、かつ該
光出射面の反対面に光反射層を備え、光出射面に光拡散
シート又は光拡散フィルムを配設したハウジングと、ハ
ウジングの光出射面側にプリズム軸を直交させて載置さ
れ、光出射角度分布を狭少化して法線方向輝度を向上さ
せる２枚のマルチプリズムシートとを有することを特徴
とするものである。

【００１９】この発明の好ましい態様において、多角錘
群シート及びマルチプリズムシートは、アクリル系樹
脂、ポリカーボネート系樹脂又はポリエステル系樹脂で
形成される。

【００２０】

【作用】上記構成を有するこの発明の面光源素子は、以
下のように動作・作用する。

【００２１】導光体を用いる態様では、透明導光体の側
端である光入射面から光源光が入射し、導光体の光出射
面から光が出射する。また、光源装置を内部に収容する
態様では、光源からの光が、直接若しくは間接的にハウ
ジングの光出射面から出射する。

【００２２】透明導光体の光出射面側に多角錘群シート
を載置する場合、多角錘群シートの断面図の図４を参照
しながら、多角錘群シートの機能を説明する。図４は、
多角錘１１、１２、１３を含む多角錘群シート１の部分
を示す。光線１４がシート１の下面１０に斜めに入射す
ると、ここで屈折され、多角錘１１の角錐斜面を通過す
る際にも屈折される。その結果、多角錘群シート１から
の出射光１５は、入射するときの角度よりも法線方向に
近い角度で多角錘群シート１から出射される。

【００２３】他方、光線１６がシート１の下面１０に垂
直に入射すると、多角錘１２の両方の角錐斜面で全反射
され、再び、導光体若しくはハウジング（図示せず）内
部に戻る。内部に戻った光は、反射層で反射され、多角
錘群シート１の下面に到達する。

【００２４】上記のより機能することにより、第１に、
斜めにシートの入射する光を法線方向に集めるので、一
方向について光出射角度分布を狭少化する。第２に、シ
ートに垂直に入射する光（この光は、光源に近い場合、
強い）を戻すので、直下型については、ランプのホット
イメージを消すことができ、より均一な光を出射させる
ことができる。

【００２５】シートに到る光は、等方性である。上記と
異なる方向については、この発明による多角錘群の別の
角錐斜面で規制される。

【００２６】上記説明は、多角錘群シートについてであ
るが、２枚のマルチプリズムシートを用いる場合は、第
１のマルチプリズムシートが一方向の規制を行ない、第
２のマルチプリズムシートが、別の方向の規制を行な
う。

【００２７】上述のように、出射面の光出射角が等方性
であっても、光出射角度分布を狭少化して法線方向輝度
を向上させることができる。

【００２８】

【実施例】この発明を、以下の実施例により具体的に説
明する。

【００２９】実施例１ 磨いた黄銅板の片面に６０メッシュのガラスビーズを吹
き付けるホーニング法によってホーニング加工し、レプ
リカ用の金型を作成し、この金型を用いて熱プレスによ
ってアクリル樹脂板の片面にホーニング面のレプリカを
とった。得られた樹脂板を所定の寸法に裁断して、厚さ
５ｍｍ、サイズ１００×６０ｍｍの光出射面が拡散処理
（梨地面）された透明導光体を作製した。この長辺に４
ｍｍφ×１３０ｍｍの冷陰極管を１灯配置し、常法通
り、インバーターを介して点灯した。

【００３０】得られた光源付きの梨地処理された透明導
光体を測定台上に載置し、導光体の光出射面上方で輝度
測定器により、輝度を測定した。輝度測定器直下の位置
で、光源が回転軸に垂直になるように導光体を回転させ
所定の角度で、決められた位置（パネルの中央部）の輝
度を測定した。次いで光源が回転軸に平行になる様に載
置して同様に測定した。このようにして梨地処理された
導光体のみの出射光分布角を測定した。測定結果を表１
に示す。

【００３１】次いで、厚さ１ｍｍの透明なアクリル樹脂
板の片面を、頭頂角８８°のダイヤモンドバイトで０．
３ｍｍピッチで切削し、次いで被切削物を９０°回転
し、同様に０．３ｍｍピッチで切削して、０．３×０．
３ｍｍの底面を有する４角錘群をアクリル板上に形成し
た。

【００３２】得られた４角錘群シートを、図１に示すよ
うに、梨地面を有する導光体上に載置して面光源素子を
組み立てた。

【００３３】図１に示す面光源素子は、一側端に光源５
を備え、これと直交する面を光出射面とし、かつ光出射
面の反対面に光反射層３を備え、光出射面に拡散処理
（梨地面４）を施した透明導光体２と、透明導光体２の
光出射面側に載置され、光出射角度分布を狭少化して法
線方向輝度を向上させる４角錘群シート４とを有するも
のである。

【００３４】導光体の出射光分布角の測定に用いた輝度
測定装置に、４角錘の底面側より光が入射する様に、組
み立てた面光源素子を載置した（角錘の鋭角部が面光源
の出射光の方向）。

【００３５】本発明による面光源素子についても、同様
に測定台上に光源が回転軸に垂直方向と平行方向になる
様に載置し、それぞれの分布角を測定して、面光源素子
の出射光分布角を測定した。測定結果を表１に示す。

【００３６】比較例１ 厚さ１ｍｍの透明なアクリル板の片面を、頭頂角８８°
のダイヤモンドバイトで０．３ｍｍピッチで切削して、
マルチプリズムを作成した。

【００３７】得られたマルチプリズムシートを、実施例
１で作成した、梨地面を有する透明導光体の上に載置し
て、比較例の面光源素子を組み立てた。

【００３８】組み立てた面光源素子について、実施例１
と同様に出射光分布角を測定した。その結果を表１に示
す。

【００３９】実施例２ 厚さ透明な１ｍｍのアクリル板の片面を頭頂角９０°の
ダイヤモンドバイトで０．３ｍｍピッチで切削し、次い
でアクリル板の切削軸を＋６０°回転して同様に０．３
ｍｍピッチで切削した。更に＋６０°回転して同様に切
削し６角錘群シートを形成した。

【００４０】得られた６角錘群シートを、実施例１で作
成した、梨地面を有する透明導光体の上に載置して、実
施例の面光源素子を組み立てた。

【００４１】組み立てた面光源素子について、実施例１
と同様に出射光分布角を測定した。その結果を表１に示
す。

【００４２】実施例３ 厚さ１ｍｍの透明なアクリル板の片面を、頭頂角８８°
のダイヤモンドバイトで０．３ｍｍピッチで切削して、
２枚のマルチプリズムを作成した。

【００４３】２枚のマルチプリズムシートを、いずれの
シートのプリズム部も出射方向に向く様にプリズム軸を
直角にして２枚重ねとし、これらを、実施例１で作成し
た梨地面を有する透明導光体の上に載置して、実施例の
面光源素子を組み立てた。

【００４４】図２に、この実施例による面光源素子の断
面図を示す。

【００４５】図２に示す面光源素子は、一側端に光源５
を備え、これと直交する面を光出射面とし、かつ光出射
面の反対面に光反射層３を備え、光出射面に拡散処理
（梨地面４）を施した透明導光体２と、透明導光体２の
光出射面側にプリズム軸を直交させて載置され、光出射
角度分布を狭少化して法線方向輝度を向上させる２枚の
マルチプリズムシート６ａ、６ｂとを有するものであ
る。

【００４６】組み立てた面光源素子について、実施例１
と同様に出射光分布角を測定した。その結果を表１に示
す。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１に示される輝度測定結果より、実施例
では、正面輝度（０゜）が、５０１〜４３５と、導光体
の約２倍、比較例の１．３〜１．４倍であり、大幅に正
面輝度が向上していることが分かる。また、０゜に対す
る倍率から、光出射角度分布を狭少化されていることが
理解される。これが法線方向（正面）輝度を向上させ手
いる。

【００４９】この発明は、上記実施例に限定されず、種
々の変形態様も実施することができる。例えば、４角
錐、６角錐以外に、３角錐、５角錐などの多角錐群シー
トとすることもできる。

【００５０】更に、図３に示すように、直下型の面光源
にもこの発明は適用できる。図３の面光源素子は、２台
の光源装置５を収容し、上面を光出射面とし、かつ光出
射面の反対面に光反射層３を備え、光出射面に光拡散シ
ート７を配設したハウジング８と、ハウジング８の光出
射面側に載置され、光出射角度分布を狭少化して法線方
向輝度を向上させる４角錘群シート１とを有するもので
ある。

【００５１】また、４角錘群シート１に代えて、プリズ
ム軸を直交させた２枚のマルチプリズムシートを用いる
こともできる。

【００５２】

【発明の効果】この発明の面光源素子では、出射面の光
出射角が等方性である場合、簡単に輝度向上が実現で
き、特に、液晶表示装置の背面照明手段としては、消費
電力を増加することなく、輝度を約２倍にアップでき
る。また多角錘シートの厚さを薄くすることで、ディス
プレイ自体の厚さも殆んど無視出来る程度の厚さ増で済
み、液晶表示装置の薄型化、高輝度化、低消費電力化に
対して絶大な効果が期待出来る。また、簡便には、マル
チプリズムシートを２枚、軸を直交させて使うことで、
同じ効果を得ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明による面光源素子の一実施例
の断面図である。

【図２】図２は、この発明による面光源素子の別の実施
例の断面図である。

【図３】図３は、この発明による面光源素子の別の実施
例の断面図である。

【図４】図４は、この発明による面光源素子の作用を説
明する説明図である。

【符号の説明】

１ ４角錐群シート ２ 導光体 ３ 光反射層 ４ 梨地面 ５ 光源 ６ マルチプリズムシート ７ 拡散シート ８ ハウジング

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一つの側端を光入射面とし、
   これと直接若しくは延長面上で交わる一つの面を光出射
   面とし、かつ該光出射面の反対面に光反射層を備え、光
   出射面に光拡散シート若しくは光拡散フィルムを配設
   し、又は導光体自体の表面に拡散処理を施した透明導光
   体と、 透明導光体の光出射面側に載置され、光出射角度分布を
   狭少化して法線方向輝度を向上させる多角錘群シートと
   を有することを特徴とする面光源素子。
2. 【請求項２】 少なくとも一つの側端を光入射面とし、
   これと直交する一つの面を光出射面とし、かつ該光出射
   面の反対面に光反射層を備え、光出射面に光拡散シート
   若しくは光拡散フィルムを配設し、又は導光体自体の表
   面に拡散処理を施した透明導光体と、 透明導光体の光出射面側にプリズム軸を直交させて載置
   され、光出射角度分布を狭少化して法線方向輝度を向上
   させる２枚のマルチプリズムシートとを有することを特
   徴とする面光源素子。
3. 【請求項３】 光源装置を収容し、少なくとも１面を光
   出射面とし、かつ該光出射面の反対面に光反射層を備
   え、光出射面に光拡散シート又は光拡散フィルムを配設
   したハウジングと、 ハウジングの光出射面側に載置され、光出射角度分布を
   狭少化して法線方向輝度を向上させる多角錘群シートと
   を有することを特徴とする面光源素子。
4. 【請求項４】 光源装置を収容し、少なくとも１面を光
   出射面とし、かつ該光出射面の反対面に光反射層を備
   え、光出射面に光拡散シート又は光拡散フィルムを配設
   したハウジングと、 ハウジングの光出射面側にプリズム軸を直交させて載置
   され、光出射角度分布を狭少化して法線方向輝度を向上
   させる２枚のマルチプリズムシートとを有することを特
   徴とする面光源素子。
5. 【請求項５】 多角錘群シートが、アクリル系樹脂、ポ
   リカーボネート系樹脂又はポリエステル系樹脂で形成さ
   れた請求項１又は３記載の面光源素子。
6. 【請求項６】 マルチプリズムシートが、アクリル系樹
   脂、ポリカーボネート系樹脂又はポリエステル系樹脂で
   形成された請求項２又は４記載の面光源素子。