JPH07104296A

JPH07104296A - 面光源装置

Info

Publication number: JPH07104296A
Application number: JP5274829A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Tosaka; 雅聡登阪; Tadashi Tsunoda; 正津野田
Original assignee: TEKUMO KK; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: TEKUMO KK; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【構成】光拡散部を長方形に形成し、かつ、光源付近
では下式(1) を満たし、光源に対向する面付近では線密
度が２．５以上になるように配置した導光板を使用した
面光源装置。【数１】【効果】明るく均一性の高い面光源装置を、安価に製
造することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置のバックラ
イトや看板、避難誘導灯などに使用される面光源装置の
改良に関するものである。より詳細には、本発明は、光
拡散部の形状と配置との関係が改善されて明るく均斉度
の高い面光源装置を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】導光板を用いた面光源装置は薄型、かつ
軽量であるため、近年液晶表示装置のバックライトや発
光看板、また、装飾性を高めた薄型の避難誘導灯などに
使用されている。この面光源装置は、一般に図４のよう
な構成となっている。

【０００３】図４は、従来の面光源装置の断面を示す模
式図である。図４において、１は導光板、２は光拡散
部、３は反射フィルム、４は拡散フィルム、５は光源、
６は光入射面、７は光入射面に対する端面である。この
導光板１の片面には光拡散部２が形成されている。発光
面全体が均一に光るように、光拡散部２は光源５の近く
では小さく、光源５から遠くなるほど大きくなるように
形成されている。光拡散部２の配置、例えば形状や大き
さの変化の仕方は、発光面積や導光板１の厚みによって
それぞれ変わってくる。

【０００４】このような面光源装置に関する技術とし
て、例えば実開昭５１−１０３８８２号公報や特開昭６
３−６２１０５号公報、そして特開平４−１６２００２
号公報がある。すなわち、実開昭５１−１０３８８２号
公報に記載の面光源装置は、導光板の側面に凹凸の度合
いが連続的に変化する散乱処理を施した事を特徴とする
ものである。また、特開昭６３−６２１０５号公報に記
載の面光源装置は、導光板の光拡散部を乳白色の網点で
形成したものである。さらに、特開平４−１６２００２
号公報に記載の面光源装置は、実開昭５１−１０３８８
２号公報の場合と同様な技術であるが、特に「光拡散部
の面積が変化する」と規定をした点に特徴がある。

【０００５】

【本発明が解決しようとする課題】上記に挙げた他にも
面光源装置に関する発明は多数あるが、本発明のように
発光面の輝度を均一にするための具体的技術については
開示されていない。そのため、発光面全体で明るさの均
一な面光源装置を得るためには、多くの試作品を作成
し、試行錯誤して光拡散部の配置を決定する必要があ
る。

【０００６】特に近年は、有効発光面全体に渡って均斉
度（最も暗い部分の輝度と最も明るい部分の輝度の比）
の値として８０％以上が要求されており、これを満たす
ためには多大の費用と労力を要する。前記説明した実開
昭５１−１０３８８２号公報や特開平４−１６２００２
号公報に記載の技術を用いて導光板を製造する場合に、
光拡散部を（イ）エッチングまたは彫刻などで、透明な
樹脂またはガラスの板に直接加工する場合と、光拡散部
を（ロ）所定の金型を用いて透明樹脂材料を熱的に成型
する場合とが考えられる。

【０００７】光拡散部を板材料に直接加工する場合
（イ）は、光拡散部の配置を決定するまでに要する費用
は比較的少なくて済むが、製造工程が複雑になり、大量
生産の際には比例的に製造コストが増大する。また、光
拡散部を金型を用いて製造する場合（ロ）には、有効発
光面全体に渡って均一な輝度を得られる光拡散部の配置
とするまでに多くの金型を試作しなければならず、結果
として多くの初期投資を必要とする。

【０００８】また、特開昭６３−６２１０５号公報に記
載の技術を用いた導光板は、多くの場合、アクリル樹脂
シートを切断して、その片面に所定のパターンの光拡散
部を白色のインクでスクリ−ン印刷して製造される。こ
の場合は望ましいパターンを得るまでに制作する印刷原
版に要する費用は比較的少ない。しかし、製造工程数が
多く、やはり比例的に要する費用も多くなる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】しかし、本発明者は、あ
る程度多数の面光源装置を製造する事を前提とすると、
適当な金型を用いて射出成形で導光板を製造すれば最も
簡便、安価であると考え、しかもこの金型上に形成する
光拡散部の配置を、多数の試作を行うことなしに適切な
ものとする事が出来れば、金型の試作に必要とされる初
期投資を低く抑えることが出来るとの結論に達した。

【００１０】そこで、本発明者は、上記課題を解決する
ために鋭意研究した結果、光拡散部をほぼ長方形状に特
定し、かつ有効発光面の大きさと導光板の厚みで規定さ
れる関係において光拡散部の形状と配置を決定すること
により、均一に発光する面光源装置が得られることを見
出し、本発明を完成するに至った。

【００１１】すなわち、本発明は：片面に突起状の光拡散部を格子状に配置した導光板
を使用した面光源装置において、該導光板の一つの端面
を光入射面とし、該光拡散部がほぼ長方形に形成されて
おり、光入射面から遠ざかるほど該長方形の光入射面に
平行な辺の長さが増し、また、隣り合った光拡散部の間
の距離を小さくした、導光板を用いた面光源装置を提供
する。また、光拡散部の光入射面に平行な１辺が単位面積中に占
める長さを線密度（１／ｍｍ）と定義し、該光拡散部の
光入射面に垂直な１辺の長さを線幅（ｍｍ）と定義し、
また、該導光板の有効発光面の該光入射面と直角をなす
長さ（Ｌ）で導光板の厚み（Ｔ）を割った商を偏平率と
定義した場合に、該導光板の有効発光面のうち光入射面
側から５ｍｍに至る領域では、下式(1) であり、

【数２】かつ、光入射面から遠ざかるほど線密度が連続的又は段
階的に増大し、有効発光面のうち光入射面に対向する側
面の側から５ｍｍに至る領域では、２．５≦線密度であ
る点にも特徴を有する。

【００１２】以下、図面に基いて本発明を詳細に説明す
る。図１は、図２中のＡ−Ａ’で切断した本発明の面光
源装置の断面を示す模式図である。図２は、本発明の面
光源装置の光拡散部の配置の一例を示す模式図である。
図２において、１１の点線で囲まれた範囲が有効発光面
である。偏平率は、図１中でＴで示された長さをＬで示
された長さで割った値である。また、線密度は図２中で
ｄで示された長さ（以後、線長）を（Ｐｘ×Ｐｙ）で算
出される面積で割った値であり、距離の逆数の次元（１
／ｍｍ）を単位に持つ。線幅は図２中ｗで示された長さ
である。

【００１３】なお、評価の際の形状測定や輝度測定は発
光面上で直径約５ｍｍの円形の領域で行っている。その
ため、以後の説明では線密度や輝度の値はこの領域内の
平均値について述べている。直径５ｍｍ程度の領域内で
あれば、線密度や輝度はほぼ一定とみなせる。

【００１４】本発明に用いる導光板は、図２に示される
ような光拡散部の配列形状を形成した金型を準備し、こ
の金型を用いて射出成形叉はプレス成形によって製造す
ることが出来る。金型への光拡散部の形成方法には従来
の技術が適用できる。例えば、予め写真フィルムなどに
光拡散部の配列を形成しておいて、金型材料面にフォト
レジスト法でこの配列パターンに対応したマスクを形成
し、その後金型材料をエッチングする方法がある。

【００１５】なお、この方法ではエッチングの際にマス
クに形成されていた長方形の光拡散部の角が取れるため
厳密に長方形にはならないが、ほぼ長方形状であれば本
発明に適用可能である。導光板に用いる材料としては透
明な熱可塑性樹脂であり、例えばアクリル樹脂、ポリス
チレン、ポリカーボネート等が挙げられる。その中でも
透明性や耐光性などの点から、アクリル樹脂が特に望ま
しい。本発明においては導光板以外の材料や装置の構成
は従来の技術に用いられていたものをそのまま適用する
ことができる。

【００１６】

【作用】本発明の面光源装置の作用などをさらに詳細に
説明する。図３（ａ）は、本発明の面光源装置の発光原
理を示す模式図であり、図３（ｂ）は、該装置の光拡散
部の断面形状を示す模式図である。本発明の面光源装置
によると、導光板１に入射した光線Ｃは、光拡散部２に
当たるまでは図３ａに示すように全反射を繰り返しなが
ら導光板１内を進行する。光拡散部２に当たると方向が
変わり、界面を透過して観察側に放出される。

【００１７】光拡散部２の形状は金型材をエッチングし
て作成したことに起因して、図３ｂに示すような断面形
状となっている。このことから上述のように観察側に放
出される光の殆どは光拡散部２の端部斜面に当たった光
であると思われる。光拡散部２の底面に当たった光は一
部吸収され、残りの殆どの光は反射して導光板１内を進
行する。よって、導光板１から観察側に放出される光を
明るくするためには、線長を増すか、あるいは図２に示
されるピッチ（Ｐｘ或いはＰｙ）を縮めて、光拡散部２
の端部斜面の密度を増せばよい。

【００１８】ただし、全面を均一な線密度とすると光源
に近いほど明るくなってしまうので、面光源装置の全発
光面を均一な明るさとするためには、光源からの距離に
応じて線密度が大きくなるように設計する必要がある。
均一な面発光とする光拡散部の配置には多くのパターン
が考えられるが、より明るい面光源とするためには、光
源から遠い方では出来る限り線密度が高くなっている方
がよい。すなわち、光源から遠い方では可能な限り線幅
を小さくしてピッチを縮め、光拡散部を密集させること
が望ましい。

【００１９】製造方法にもよるが、少なくとも上述のエ
ッチングによる金型の作成法では最大の線密度は２．５
以上が可能であり、それ以上にすることが望ましい。最
大の線密度が２．５より小さいと光のロスが大きくなる
と考えられる。最大の線密度が２．５以上ならば、現在
市場で流通している面光源装置よりも明るくなる。

【００２０】本発明者らが鋭意研究した結果、このよう
に、光源から遠い方で出来る限り線密度を大きくした場
合には、光源に近い方では線密度をおよそ下記式(2) と
すると、

【数３】均斉度の高い面光源が得られることが経験的に判った。

【００２１】次に、図５〜図７は、種々の大きさと厚み
で作成した本発明による面光源装置に使用した導光板に
おける光源付近での線密度を、線幅毎に分けて偏平率に
対してプロットしたグラフである。図５〜図７におい
て、光拡散部の高さは全て０．０５５ｍｍであり、且つ
それぞれ図５は線幅＝０．１ｍｍ、図６は線幅＝０．２
４ｍｍ、図７は線幅＝０．３ｍｍで作成した導光板を用
いた面光源装置についての線密度と偏平率との関係を示
すグラフである。

【００２２】これらの面発光装置はすべて光均斉度が８
０％以上のものであり、多くは９０％を越える光均斉度
である。これら図５〜７から、均斉度が高い場合は線密
度と偏平率の間には比例関係が成立することが分かる。
図５〜７を回帰分析して得た関係式を下表１に示す。

【表１】

【００２３】上記関係式において、偏平率にかかる係数
を線幅の逆数に対してプロットすると、やはり比例して
線形の関係が成立している。これを回帰分析すると下式
(3) となる。

【数４】

【００２４】上記表１に示した関係式は式(3) によって
１つの式とすることができ、これが下式(2) である。

【数５】

【００２５】また、図５〜図７にプロットした点は、式
(2) で表される値の周りに下式(4)の幅で分散してい
る。

【数６】

【００２６】従って、本発明ではこの線幅の間に入るよ
うに光源に近い部分の線密度を設定する必要がある。上
述のように、光源に最も近い部分と光源から最も遠い部
分の線密度を規定し、その間の部分では、線長（図２中
のｄ）を距離に応じて大きくし、また、光入射面６に垂
直な方向の光拡散部２のピッチ（図２中のＰｘ）を距離
に応じて小さくする。これらｄ、Ｐｘの２つの大きさの
関係を図８に示すように距離に応じて直線的に変化させ
るだけで十分に高い光均斉度とすることができる。

【００２７】また、図８に示された関係で作成された本
発明の面光源装置の輝度の分布を考慮して、図９に示す
ように距離に応じて曲線となるように補正し、更に高い
光均斉度を得ることもできる。なお、図５〜７は表２〜
４をに示したデータをプロットしたものである。表２〜
４に示した性能は、図９に示したようにピッチ＋線長を
光源からの距離に応じて曲線となるように補正して得ら
れた値である。

【００２８】上記の結果に基づくと、本発明の面光源装
置において、光拡散部が十分な大きさを有すると、光入
射面と平行な有効発光面の長さ（図２中のＭの大きさ）
は光拡散部の配置を設計する如何には一切殆ど影響され
ないことが判る。また、本発明で用いる導光板は、線幅
は可能な限り小さくすることが望ましい。線幅が小さい
ほど、光源から遠い部分での線密度を高くすることが出
来るので、結果として明るい導光板とする事が出来る。

【００２９】線幅を連続的に変化させることももちろん
可能であるが、光拡散部の配置を設計する際の手順が不
必要に煩雑になり、また、なんら望ましい効果（例えば
輝度や光均斉度の向上）を与えないので推奨できない。

【００３０】

【実施例】以下、図面に基いて本発明の具体的な実施例
を説明するが、これらは本発明の範囲を制限するもので
ない。（Ａ）金型の作成予め光拡散部の配列パターンを形成した写真フィルムを
作成し、フォトレジストを塗布した金型材上にこのパタ
ーンを投影して焼き付け、エッチング用マスクを作成し
た。得られたマスクを利用して金型材をエッチングし、
光拡散部に相当する部分が凹入した金型材とした。これ
を加工して所定の厚みと大きさの射出成型用金型を得
た。

【００３１】いずれの金型も光入射する端面と有効発光
面の間に１０ｍｍの間隔をあけ、光入射面に対向する端
面と有効発光面の間には５ｍｍの間隔をあけた設計とし
た。（Ｂ）導光板の成形（Ａ）で作成した金型を用いてアクリル樹脂ペレットを
射出成形し、導光板を得た。

【００３２】（Ｃ）面光源装置の作成図１に示すように、（Ｂ）工程で作成した導光板１の光
拡散部２を形成した側の面に反射フィルム３を配置し、
また、光拡散部２を形成した面と対向した面に拡散フィ
ルム４を配置した。更に光入射面６側に冷陰極管（直径
３ｍｍ）を配置してインバーターに接続し、面光源装置
を作成した。

【００３３】（Ｄ）面光源装置の評価（Ｃ）工程で作成した面光源装置に電源を投入して発光
させ、３０分放置して明るさを安定化させた。その後、
輝度計を用いて図２中のＡ−Ａ’の線上の輝度を１０ｍ
ｍ間隔で測定した。得られた輝度の平均値を平均輝度と
して評価し、また、最小値／最大値×１００で得られた
値を光均斉度として評価した。なお、光源として用いた
冷陰極管の輝度は３０，０００ｎｔであった。

【００３４】（実施例１〜４３）上述の方法で下記表２
〜４に記載の厚さ、有効発光面の大きさ、ピッチ、光拡
散部の大きさの導光板を作成し、これらの導光板を使用
した面光源装置の輝度と均斉度を評価した。評価結果も
併せて下記表２〜４に示している。いずれも光均斉度が
８０％以上であり、良好な面光源となった。なお、表２
〜４中「光源側」「反射側」と表現してあるのは、それ
ぞれ図２に示してある有効発光面のうち、入射面６側と
入射面に対向する面７側を意味している。

【００３５】（比較例１）実施例６と同じ有効発光面積
であるが、光源に近い側の光拡散部の線長並びに線密度
を実施例６より大きくし、且つ光源から遠い側では実施
例６とほぼ同じにした導光板を作成し、これを使用した
面光源装置の輝度と均斉度を評価した。その結果、平均
輝度は実施例６が１０６８に対して、比較例１では１１
１７と向上したものの明るさのムラが大きく、光均斉度
は５６％であった。

【００３６】（比較例２）実施例６と同じ有効発光面積
であるが、光源に近い側の光拡散部の線長並びに線密度
を実施例６より小さくし、且つ光源から遠い側では実施
例６とほぼ同じにした導光板を作成し、これを使用した
面光源装置の輝度と光均斉度を評価した。その結果、平
均輝度は実施例６が１０６８に対して、比較例２では１
０３０と小さくなり、また、明るさのムラは大きくなっ
て光均斉度は６４％であった。

【００３７】（比較例３）実施例６と同じ有効発光面積
であるが、光源から遠い側の光拡散部のピッチを実施例
６より大きくしかつ線密度を実施例６より小さくし、光
源に近い側の線密度もこれに合わせて小さくした導光板
を作成し、これを使用した面光源装置の輝度と均斉度を
評価した。それらの結果を下記表２〜４に示した。

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】

【表４】

【００４１】以上、表２〜４の結果から、輝度ムラは９
１％であり実施例６と同程度のレベルであったが、平均
輝度は実施例６が１０６８に対して比較例３では９７９
であり、約８％暗くなってしまった。

【００４２】

【発明の効果】本発明の面光源装置によると、明るく均
斉度の高い面光源装置を安価に提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の面光源装置の断面を示す模式図であ
る。

【図２】本発明の面光源装置の光拡散部の配置を示す模
式図である。

【図３】図（ａ）は本発明の面光源装置の発光原理を示
す模式図である。図（ｂ）は本発明の面光源装置の光拡
散部の断面形状を示す模式図である。

【図４】従来の面光源装置の断面を示す模式図である。

【図５】線幅が０．１ｍｍの場合で輝度が均一な導光板
の偏平率と光源側の線密度の関係を示したグラフであ
る。

【図６】線幅が０．２４ｍｍの場合で輝度が均一な導光
板の偏平率と光源側の線密度の関係を示したグラフであ
る。

【図７】線幅が０．３ｍｍの場合で輝度が均一な導光板
の偏平率と光源側の線密度の関係を示したグラフであ
る。

【図８】線長及びピッチが光源からの距離に応じて変化
する状態を示したグラフである。

【図９】線長及びピッチが光源からの距離に応じて変化
する状態を示すグラフ図８を曲線状に調整したグラフで
ある。

【符号の説明】１導光板２光拡散部３反射フィルム４拡散フィルム５光源６光入射面７光入射面に対向する端面１１有効発光面

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【手続補正書】

【提出日】平成５年１１月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】また、図８に示された関係で作成された本
発明の面光源装置の輝度の分布を考慮して、図９に示す
ように距離に応じて曲線となるように補正し、更に高い
光均斉度を得ることもできる。なお、図５〜７は表２〜
４に示したデータをプロットしたものである。表２〜４
に示した性能は、図９に示したようにピッチや線長を光
源からの距離に応じて曲線となるように補正して得られ
た値である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】片面に突起状の光拡散部を格子状に配置
した導光板を使用した面光源装置において、該導光板の
一つの端面を光入射面とし、該光拡散部がほぼ長方形に
形成されており、光入射面から遠ざかるほど該長方形の
光入射面に平行な辺の長さが増し、また、隣り合った光
拡散部の間の距離を小さくしたことを特徴とする、導光
板を用いた面光源装置。
【請求項２】光拡散部の光入射面に平行な１辺が単位
面積中に占める長さを線密度（１／ｍｍ）と定義し、該
光拡散部の光入射面に垂直な１辺の長さを線幅（ｍｍ）
と定義し、また、該導光板の有効発光面の該光入射面と
直角をなす長さ（Ｌ）で導光板の厚み（Ｔ）を割った商
を偏平率と定義した場合に、該導光板の有効発光面のう
ち光入射面側から５ｍｍに至る領域では、下式(1) であ
り、【数１】かつ、光入射面から遠ざかるほど線密度が連続的又は段
階的に増大し、有効発光面のうち光入射面に対向する側
面の側から５ｍｍに至る領域では、２．５≦線密度であることを特徴とする、請求項１記載
の導光板を用いた面光源装置。