JPH07105710A - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 側端面に入射した光を表側面から出射する導
光板２と、導光板２の側端側に設けられた光源と、導光
板２の表側に設けられた光線制御シート５とからなる面
光源装置１において、光線制御シート５の表側面が多数
の凹凸条５２からなる構造面５１であって、それぞれの
凹凸条５２の凸部５３に切欠凹部５４が設けられている
ことを特徴とする面光源装置。 【効果】 凹凸条５２の稜線とのなす角の小さい光の大
部分は、光線制御シート５の凹凸条５２の凸部５３に設
けられた切欠凹部５４に至る。切欠凹部５４に至った光
は、稜線とのなす角を大幅に変えられ、小さな入射角で
導光板２に入射する。この光は拡散反射層２１で強く拡
散され、多くの拡散光は再度、光線制御シート５の中に
入って、面光源装置１の表側面から出射する。そのため
面光源装置１の表側の正面方向の輝度を向上させるのに
有効に働く。

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、液晶が用いられている表示装置のバックライトに好
適な面光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワープロ、パソコン、液晶テレビ等の液
晶を用いた厚みの薄い表示装置は、液晶自体が発光しな
いために、通常、液晶を用いた表示装置を照射するため
のバックライトを使用している。このバックライトは厚
みが薄く、しかも、表示装置の面をほぼ均一に照射する
必要がある。かかるバックライトには、通常、面光源装
置が使用される。

【０００３】上記液晶を用いた表示装置は、高級化、小
型化の要求がなされ、そのため、面光源装置も表示装置
と同様に、厚みの薄いものが要求される。この面光源装
置としては種々あるが、最も多く使用されている面光源
装置の構造は、透明体からなる導光板の側端側に光源を
設け、この光源から導光板の側端面に入射した光を、導
光板の表側面からほぼ均一に出射させるものである。

【０００４】更に、薄型化やカラー化に対応するため
に、表示装置のバックライトの輝度向上の要求が高まっ
ている。同時に、低消費電力化の要求も高まっている。
そこで、同じ光源であっても輝度を向上させるために、
面光源装置から出射する光の出射方向を規制して、使用
者の見る表側に効率よく光を出射させ、輝度を向上させ
ることが必要となっている。

【０００５】更に詳細に説明すると、一般に、厚みの薄
い導光板の側端側に光源を設け、導光板の側端面に光を
入射させると、空気と導光板との屈折率の差により、光
は全反射を繰り返し、導光板から外に殆ど出ない。そこ
で、面光源装置では、導光板の裏側面にビーズ等のドッ
トパターンのスクリーン印刷等により拡散反射層を設
け、更に導光板の裏側に反射板を取り付けている。これ
は、導光板の裏側面に到達した光を拡散反射層で拡散さ
せ、この拡散した光を直接、または反射板で反射させ
て、導光板の表側面から出射させるものである。

【０００６】しかし、導光板の側端側に設けられた光源
から導光板に入射した光は、通常、図２に示すように、
導光板の表側面に対して非常に小さい角度で出射する。
即ち、極めて指向性が強い。

【０００７】このことを図２を参照しながら、更に詳細
に説明すると、図２において１０は面光源装置であり、
２は裏側面にビーズのドットパターンのスクリーン印刷
により拡散反射層２１を設けた透明な導光板であり、こ
の導光板２の裏側に反射板２２を設け、この導光板２の
側端側に線状の光源３を設けたものである。矢印は光の
進路を示す。この光源３から発射された光は、導光板２
の側端面から導光板２に入射し、導光板２の中を通り、
導光板２の裏側面に設けられた拡散反射層２１で拡散さ
れ、導光板２の表側面から直接出射するか、反射板２２
に反射されて導光板２の表側面から出射する。そのとき
のＡ点の光は、光の強度分布が図２のＢに示されるよう
に、導光板２の表側面との角度が小さい極めて方向性の
強い光である。

【０００８】しかし、このように導光板との角度の小さ
い方向で使用されることは稀であるから、この光の出射
する角度を変えることが必要である。この方向性を改良
するために、図３に示すように、導光板２の表側に光拡
散板４を設けると、光の強度分布が図３のＣに示される
ように、光の指向性が緩やかになるが、不十分である。

【０００９】かかる欠点を改良するものとして、特開昭
６２−１４４１０２号公報に記載あるように、片面に直
角二等辺三角形プリズムが規則的に多数並んだ構造面を
有し、その反対側の面が滑らかな平面であるような透明
高分子材料からなる透明プリズムフィルムを、フィルム
の平面側を導光板に向けて導光板の表側に設けた面光源
装置が知られている。即ち、この面光源装置は、指向性
の強い光がフィルムから出射する際に、光の出射する角
度を、直角二等辺三角形プリズムの表面によって使用者
が見る方向に変えるものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記透
明プリズムフィルムを導光板の表側に設けた面光源装置
は、出射する光の向きを正面方向に集めることができる
が、プリズムによって導光板から出射された光の一部が
透明プリズムフィルムの表側に出射しなくなるという問
題があった。

【００１１】図４及び図１０乃至図１２を参照しながら
説明する。図４は一般に使用されている拡散反射層の鏡
面反射成分の入射角依存性を示している。横軸の入射角
が大きくなるにつれて縦軸の鏡面反射率が増加する。従
って、拡散反射層への入射角が大きい光に対しては、拡
散反射層による拡散が弱い。図１０は面光源装置の側面
側から見たプリズムの稜線に垂直な面での模式図であ
り、図１１は面光源装置の表側から見た模式図であり、
図１２は面光源装置の側面側から見たプリズムの稜線に
平行な面での模式図である。

【００１２】図１０に示すように、透明プリズムフィル
ム５０は、片面に直角二等辺三角形プリズムが規則的に
多数並んだ構造面５１を有し、その反対側の面が滑らか
な平面であり、透明プリズムフィルム５０の平面側を導
光板２に向けている。このような透明プリズムフィルム
５０は特定の方向から入射した光を全反射する機能を有
している。図１１に示すように、特に入射光線とプリズ
ムの稜線方向とのなす角度φが小さく０〜１０度である
ような光線は、プリズム面で、全て正反射方向又は再帰
反射方向に反射される。この透明プリズムフィルム５０
で反射された光は導光板２に戻り、導光板裏側面の拡散
反射層２１で光の強度分布が図１０のＤに示されるよう
に拡散され、導光板２から再度出射し、再び透明プリズ
ムフィルム５０に入射する。

【００１３】この時、拡散反射層２１で光が強く拡散さ
れれば、透明プリズムフィルム５０から表側へ出射する
光の成分が増加する。しかし、拡散反射層２１での拡散
光に鏡面反射成分が多く、拡散反射層２１での拡散が弱
いと、図１２に示すように、透明プリズムフィルム５０
に再入射した光のほとんどは再度プリズム面で全反射さ
れ、透明プリズムフィルム５０と導光板２の間で上記の
ような反射を繰り返して、表側に出射しないまま、導光
板２又は透明プリズムフィルム５０の端面に達してしま
うか、導光板２又は透明プリズムフィルム５０に吸収さ
れてしまう。

【００１４】すなわち、入射光線とプリズムの稜線との
なす角φが０〜１０度であり、かつ、拡散反射層２１へ
の入射角の大きい光は、ほとんど表側には出射せず、利
用されることはない。このように利用されない光は無視
できないくらいの量であることが判明した。本発明の目
的は、プリズム等の光制御シートの稜線とのなす角が０
〜１０度となる光であっても効果的に利用のできる、極
めて輝度の高い面光源装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題を解決
し、上記目的を達成するためになしたものであって、請
求項１記載の面光源装置は、側端面に入射した光を表側
面から出射する導光板と、導光板の側端側に設けられた
光源と、導光板の表側に設けられた光線制御シートとか
らなる面光源装置において、光線制御シートの表側面が
多数の凹凸条からなる構造面であって、それぞれの凹凸
条の凸部に切欠凹部が設けられていることを特徴とす
る。

【００１６】請求項２記載の面光源装置は、請求項１記
載の面光源装置であって、前記切欠凹部が、前記構造面
の全面にわたって分布していることを特徴とする。

【００１７】請求項３記載の面光源装置は、請求項１又
は２記載の面光源装置であって、導光板と光線制御シー
トとの間に光拡散板が介在されてなることを特徴とす
る。

【００１８】請求項４記載の面光源装置は、請求項１乃
至３記載の面光源装置であって、前記切欠凹部が傾斜す
る２平面で構成されていることを特徴とする。

【００１９】請求項５記載の面光源装置は、請求項１乃
至３記載の面光源装置であって、前記切欠凹部が２次曲
面で構成されていることを特徴とする。

【００２０】請求項６記載の面光源装置は、請求項１乃
至５記載の面光源装置であって、前記凹凸条の形状が、
頂角８０度から１００度のプリズム形であることを特徴
とする。

【００２１】本発明において、光制御シートとは、ガラ
スや透明な合成樹脂等の透明な物質からなり、表側とな
る一面に多数の凹凸条を設けて構造面にするとともに、
それぞれの凹凸条に切欠凹部を設けて、フィルムまたは
シートに成形させたものである。合成樹脂製の透明プリ
ズムフィルムまたはシートが好適であり、合成樹脂とし
てはポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポ
リエステル等の透明な樹脂が特に好適である。この合成
樹脂製の光制御シートは、熱プレス、彫刻ロールによる
押し出し、光硬化等の方法により、製造することができ
る。

【００２２】本発明に使用する光制御シート５の凹凸条
の形状は、図５に示すように波型の断面でもよく、図６
に示すようにかまぼこ形の断面でもよく、特別な形状に
限定されないが、図７に示すように三角形の断面のいわ
ゆるプリズム形であるのが輝度が高く好ましい。凹凸条
の形状が三角形の断面の光制御シートは透明プリズムフ
ィルムまたはシートであるが、特に頂角が８０〜１００
度である場合が好ましい。この場合には、導光板から出
射して光制御シートに入射した光を光制御シートの構造
面で反射する量が大きく、拡散反射層への戻り光が多く
なるので、拡散光が多く発生して、本発明の効果が大き
い。

【００２３】本発明において、導光板の配光特性に応じ
て、面光源装置に輝度むらが発生しないように、切欠凹
部の形状を選択して調整する。切欠凹部を傾斜する２平
面で構成する場合には、その平面と光制御シートの裏側
面とのなす角度を変更して調整する。又、切欠凹部を２
次曲面で構成することによっても輝度むらを調整するこ
とができる。

【００２４】切欠凹部の配置は、規則的である必要はな
く、任意に定めることは可能であるが、凹凸条の形状、
凹凸条の間隔、導光板の配光特性等により調整するのが
好ましい。一つの凹凸条に複数の切欠凹部を設けて、一
つの凹凸条での切欠凹部と切欠凹部との間隔を１〜２０
ｍｍとするのがより好ましい。切欠凹部は構造面の全面
に分布していると、最も光を有効に利用できて、好まし
い。

【００２５】

【作用】図１０、図１２及び図１を参照しながら説明す
る。図１は本発明の面光源装置の側面側から見た凹凸条
に並行な面での模式図である。本発明の面光源装置の側
面側から見た凹凸条に垂直な面での模式図は、図１０の
透明プリズムフィルム５０に代えて図７に示す光制御シ
ート５を用いたものと同一であるので、省略する。

【００２６】本発明の面光源装置１では、導光板２の側
端側に線状の光源３が設けられているから、この光源３
から発射された光は、導光板２の側端面から導光板２に
入射する。そして、この導光板２に入射した光は導光板
２の裏側面に設けられた拡散反射層２１で拡散され、直
接導光板２の表側面から出射するか、この導光板２の裏
側に設けられている反射板２２で反射された後に導光板
２の表側面から出射する。この様に導光板２から出射し
た光は、図２に示すように極めて方向性が強い。

【００２７】この導光板２の表側には、光線制御シート
５が設けられているから、導光板２から出射した方向性
の強い光は、光線制御シート５に入る。光線制御シート
５に入った光の内、一部は従来の透明プリズムフィルム
５０と同様に光線制御シート５の表側面から出射し、他
の一部は従来の透明プリズムフィルム５０と同様に正反
射方向又は再帰反射方向に反射される。

【００２８】しかし、従来の透明プリズムフィルム５０
では有効に利用できなかった凹凸条５２の稜線とのなす
角φの小さい光の大部分は、光線制御シート５の凹凸条
５２の凸部５３に設けられた切欠凹部５４に至る。切欠
凹部５４に至った光は、稜線とのなす角を大幅に変えら
れ、小さな入射角で導光板２に入射する。この光は拡散
反射層２１での鏡面反射率が低いので、光の強度分布が
図１のＥに示されるように強く拡散され、多くの拡散光
は再度、光線制御シート５の中に入っても全反射され
ず、面光源装置１の表側面から出射する。従って、図１
２に示すように、従来の透明プリズムフィルム５０では
導光板２又は透明プリズムフィルム５０の端面に達して
しまったり、導光板２又は透明プリズムフィルム５０に
吸収されたりするような光が、本発明では、図１に示す
ように、面光源装置１の表側の正面方向の輝度を向上さ
せるのに有効に働く。

【００２９】導光板と光線制御シートとの間に光拡散板
が介在されていると、光線制御シートに入射する光の入
射角を大きくすることができる。そのため、面光源装置
は、光を導光板と光線制御シートとの間を少ない往復で
面光源装置の表側に出射させるので、輝度むらを緩和し
つつ輝度の向上を図ることができる。

【００３０】

【実施例】次に、本発明の実施例及び比較例を説明す
る。本発明の面光源装置は、光線制御シート５以外の部
分は、従来の面光源装置を転用できるので、図１乃至図
３及び図５乃至図１２で、共通のものには同一の符号を
付した。実施例１乃至４並びに比較例１及び２は、同一
の光源、導光板を用いて、光制御シート及び透明プリズ
ムフィルムを交換、又は光拡散板を着脱することにより
設定した。

【００３１】図８は本発明の第１の実施例を示すもの
で、面光源装置の側面側から見たプリズムの稜線に平行
な面での模式図である。図９は本発明の第２の実施例を
示すもので、面光源装置の側面側から見たプリズムの稜
線に平行な面での模式図である。尚、実施例１及び実施
例２では、面光源装置の側面側から見たプリズムの稜線
に垂直な面での模式図は、図１０の透明プリズムフィル
ム５０に代えて図７に示す光制御シート５を用いたもの
と同一であるので、省略する。

【００３２】図８及び図９において、１は、導光板と光
源と光線制御シートとからなる本発明の面光源装置であ
る。２は厚み３ｍｍのポリメチルメタクリレート樹脂か
らなる導光板である。この導光板２の裏側面には、ビー
ズのドットパターンのスクリーン印刷がなされてなる拡
散反射層２１が設けられている。尚、このドットは円形
で、その直径は０．５ｍｍ〜１．５ｍｍである。２２は
反射板であり、この反射板２２は導光板２の裏側に設け
られている。反射板２２は導光板２の裏側に出射した光
を反射させて、導光板２に戻すためものである。

【００３３】３は導光板２の両側端側に設けられた線状
の光源であって、蛍光灯が用いられている。光源３の背
後に、図１０に示すものと同様に、光源３から発射され
た光を導光板２に効率よく入射させる反射板３２が取り
付けられている。４は、表面がランダムな凹凸からなる
光拡散板である。使用する場合は、図３に示すものと同
様に、導光板２の表側に配置され、導光板２と光線制御
シート５との間に介在される。

【００３４】５は光線制御シートであり、この光線制御
シート５は、屈折率が１．５８のポリカーボネート樹脂
からなる薄板であって、熱プレス法によって成形され
る。光線制御シート５の一面は平面であって、他面は多
数の凹凸条５２からなる構造面５１である。この構造面
５１のそれぞれの凹凸条５２の凸部５３には、後述する
ように、切欠凹部５４、５５が設けられている。図７に
示すように、凹凸条５２の形状は、光線制御シート５の
凹凸条５２に垂直な面での断面が、直角二等辺三角形の
連なりであり、凹凸条５２のピッチが１２０マイクロメ
ートル、シートの最大厚みが１５０マイクロメートルで
ある。光線制御シート５は、平面側が導光板２に向けら
れて、導光板２の表側に設けられている。

【００３５】実施例１ 光拡散板は用いず、切欠凹部５４を、形状が図８に示さ
れるように傾斜する２平面で構成されたものとし、それ
ぞれの凹凸条５２の凸部５３に５ｍｍのピッチで構造面
５１の全面にわたって設けた。切欠凹部５４を構成する
２平面は直交し、その交線は凹凸条５２に直交してい
る。

【００３６】実施例２ 実施例１と同様に、光拡散板は用いず、切欠凹部５４
を、形状が図９に示されるように２次曲面で構成された
ものとし、それぞれの凹凸条５２の凸部５３に５ｍｍの
ピッチで設けた。切欠凹部５４を構成する直線は凹凸条
５２に直交している。

【００３７】比較例１ 比較例１は実施例１の光線制御シート５に代えて、図１
０及び図１２に示すように、切欠凹部のない事以外は光
線制御シート５と同形状の透明プリズムフィルム５０を
用いた。

【００３８】実施例３ 実施例１の導光板２と光線制御シート５との間に光拡散
板４を介在させたこと以外は、実施例１と同じである。

【００３９】実施例４ 実施例２の導光板２と光線制御シート５との間に光拡散
板４を介在させたこと以外は、実施例２と同じであ
る。。

【００４０】比較例２ 比較例２は実施例３の光線制御シート５に代えて、比較
例１と同様に、切欠凹部のない事以外は光線制御シート
５と同形状の透明プリズムフィルム５０を用いた。導光
板２と光線制御シート５との間に光拡散板４を介在させ
たことは、実施例３と同様である。

【００４１】光拡散板４を用いていない実施例１、２及
び比較例１の結果を表１に示す。光拡散板４を用いた実
施例３、４及び比較例２の結果を表２に示す。正面輝度
は、比較例が１００ｃｄ／ｍ² となるようにして光源等
を調節して規格化した。視野角は、面光源装置１又は１
０の表側面に垂直であって光線制御シート５又は透明プ
リズムフィルム５０の凹凸条に平行な面での視野角を示
す。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】表１から明らかなように、本発明の実施例
１、２の面光源装置は、比較例１に比べて視野角特性を
損なわずに、正面輝度が１８〜２０％向上している。実
施例１では、切欠凹部５４を構成する２平面の交線部分
が、その周囲に比べて若干暗い直線となっていることが
認められる。それに対して実施例２では、実施例１に比
べて正面輝度は若干小さいが、実施例１に認められた若
干暗い直線はない。又、表２から明らかなように、本発
明の実施例３、４の面光源装置は、比較例２に比べて視
野角特性を損なわずに、正面輝度が約１０％向上してい
る。

【００４５】次に、実施例１〜４の面光源装置の作用に
ついて説明する。図１０に示すように、従来技術と同様
に光源３を点灯すると、光源３から発射された光は、導
光板２の側端面から導光板２の中に入射する。そして、
この導光板２に入射した光は導光板２の裏側面に設けら
れた拡散反射層２１で拡散され、直接導光板２の表側面
から出射するか、この導光板２の裏側に設けられている
反射板２２で反射された後に導光板２の表側面から出射
する。

【００４６】この表面から図２に示すように指向性（導
光板２との角度が約２０°）の強い光が出射する。又、
実施例３、４では、光拡散板４を介在させたことによ
り、図３に示すように導光板２との角度が広範囲にわた
って分布した光が光拡散板４の表側面から出射する。

【００４７】この出射した光は光線制御シート５に光線
制御シート５の裏側面から入射し、光線制御シート５の
中を通って、光線制御シート５の表側面である構造面５
１の凹凸条５２に至る。光の一部は光線制御シート５の
表側面から出射し、他の一部は正反射方向又は再帰反射
方向に反射する。また、凹凸条５２の稜線とのなす角度
の小さい光の大部分は、凹凸条の凸部に設けられている
切欠凹部５４に至り、稜線とのなす角を大幅に変えら
れ、小さな入射角で導光板２に入射する。導光板２に小
さな入射角で入射した光は、拡散反射層２１で強く拡散
され、再度導光板２に入射し、面光源装置１の表側面か
ら出射される。このようにして、実施例１乃至４は、比
較例１及び２に比べ極めて高い輝度が得られる。

【００４８】

【発明の効果】本発明の面光源装置は、光制御シートの
構造面のそれぞれの凹凸条の凸部に切欠凹部が設けられ
ているので、プリズム等の光制御シートの稜線とのなす
角が０〜１０度となる光であっても効果的に利用がで
き、従来の面光源装置に比べて正面輝度が１０乃至２０
％程度向上した、極めて輝度の高いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施例１に用いた光制御シートの、面光
源装置の側面側から見た凹凸条に平行な面から見た説明
図である。

【図２】図２は導光板から出射する光の強度分布を示す
模式図である。

【図３】図３は光拡散板を設けた導光板の光拡散板から
出射する光の強度分布を示す模式図である。

【図４】図４は拡散反射層の鏡面反射成分の入射角依存
性を示す説明図である。

【図５】図５は本発明の面光源装置に用いられる光制御
シートの一例の断面形状を示す模式図である。

【図６】図６は本発明の面光源装置に用いられる光制御
シートの別の一例の断面形状を示す模式図である。

【図７】図７は実施例１乃至４に用いた光制御シートの
断面形状を示す模式図である。

【図８】図８は実施例１及び３に用いた光制御シート
の、面光源装置の側面側から見た凹凸条に平行な面から
見た模式図である。

【図９】図９は実施例２及び４に用いた光制御シート
の、面光源装置の側面側から見た凹凸条に平行な面から
見た模式図である。

【図１０】図１０は従来の面光源装置の、面光源装置の
側面側から見たプリズムの稜線に垂直な面での模式図で
ある。

【図１１】図１１は従来の面光源装置の、面光源装置の
表側から見た模式図である。

【図１２】図１２は従来の面光源装置の、面光源装置の
側面側から見たプリズムの稜線に平行な面から見た説明
図である。

【符号の説明】

１、１０ 面光源装置 ２ 導光板 ２１ 拡散反射層 ２２ 反射板 ３ 光源 ４ 光拡散板 ５ 光制御シート ５１ 構造面 ５２ 凹凸条 ５３ 凸部 ５４ 切欠凹部 Ａ 光の出射位置 Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ 光の強度分布

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 側端面に入射した光を表側面から出射す
   る導光板と、導光板の側端側に設けられた光源と、導光
   板の表側に設けられた光線制御シートとからなる面光源
   装置において、光線制御シートの表側面が多数の凹凸条
   からなる構造面であって、それぞれの凹凸条の凸部に切
   欠凹部が設けられていることを特徴とする面光源装置。
2. 【請求項２】 前記切欠凹部が、前記構造面の全面にわ
   たって分布していることを特徴とする請求項１記載の面
   光源装置。
3. 【請求項３】 導光板と光線制御シートとの間に光拡散
   板が介在されてなることを特徴とする請求項１又は２記
   載の面光源装置。
4. 【請求項４】 前記切欠凹部が傾斜する２平面で構成さ
   れていることを特徴とする請求項１乃至３記載の面光源
   装置。
5. 【請求項５】 前記切欠凹部が２次曲面で構成されてい
   ることを特徴とする請求項１乃至３記載の面光源装置。
6. 【請求項６】 前記凹凸条の形状が、頂角８０度から１
   ００度のプリズム形であることを特徴とする請求項１乃
   至５記載の面光源装置。