JPH0731323B2 - 面光源素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は面光源装置に用いる面光源素子に関する。本発
明は特に、液晶表示装置等の背面照明手段として好適に
使用されるものである。

［従来の技術］ 従来、液晶表示装置などの背面証明手段としては、光源
に線状ランプを用いランプを回転放物線型リフレクター
の焦点に置き、ランプ上部に乳白色の拡散板を置いた形
状が一般的であり、リフレクターの形状及び拡散板の拡
散率を調整する工夫などが行なわれている。

また、特殊な形状として、線状ランプと導光体を組合
せ、導光体形状を点光源近似によってシュミレートし、
ある方向に出射光を集光するように近似曲線状に加工し
たもの、光の進行方向に沿って導光体の厚みを変えたも
の、光源からの距離によってプリズム角を変えたレンチ
キユラーを使ったもの、及びこれらのいくつかを組み合
わせたものなどがある。点光源近似をすれば、ほとんど
の場合、光路をシユミレートでき、かつそれに応じた導
光層の形状を光の進行方向の距離に応じて変えていくこ
とは可能であり、このような提案も特許及び実用新案で
多数なされている。

［発明が解決しようとする問題点］ 近年、面光源が液晶表示装置の表示品質向上の為に実用
的に応用される例が増えているが、特に10〜12インチサ
イズの大型の表示用になると、上記従来例の場合、面光
源の厚味が20〜30mmとなり、決して薄型とは云えなくな
る。

近年ランプの開発が進み直径7mm程度の蛍光灯が利用出
来る様になると、必要な面輝度を得る為に20〜30mmを要
するようでは、薄型の面光源素子としての要望を満たす
ことはできない。

一方アクリル樹脂の様な透明材を用いたエッジライト方
式が数々提案されているが10〜12インチサイズの大型に
なると、出光面の対面反射層をランプからの距離に応じ
て薄くする等、光の光路を幾何学的に変える等などの手
段が考えられているが、このような方法は精密加工を必
要とする特殊形状としなければならず、製造コスト上問
題である。また、このような方法を採用しないとすれ
ば、光源から遠い箇所に出射する光が極端に少なくな
り、必要な輝度を得る為にランプのワット数を上げるし
かない。しかし、現在のところ上記薄型の液晶表示装置
に使用できるもので上記大型面光源素子の高い輝度を満
足せしめる蛍光灯は存在せず、又、このような蛍光灯が
出現しても面の輝度の均一性が悪いという問題点は解決
されない。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の目的は、CRTに代替することが可能な程度に大
きくすることが可能で、かつランプ径程度の薄さで実質
的に光源素子自体が特殊形状ではなく単板と同等にみな
すことのできる面光源素子を提供することにある。

以上のような目的は、少なくとも一つの側面を入射面と
し、これと直交する面を光出射面とし、かつ該出射面の
反対面に反射層を備えた透明導光体と、 該導光体からの光を無指向に拡散させる拡散板と、 前記導光体と前記拡散板との間に配設され、反射機能を
有する出射光調整部材とから構成される面光源素子であ
って、 上記導光体の出射面には、その仮想平面が上記反射層の
面と実質的に平行な梨地面（マット面と称されることも
あるが、本発明では原則として梨地面という）を有して
いることを特徴とする面光源素子により達成される。

以下、本発明に係る面光源素子について、図面に基づき
詳細に説明する。

まず、最初に本発明に係る面光源素子の基本的な考え方
について、説明する。

導光体の空気に対する光の屈折率ｎは概ねｎ＝1.4〜1.6
近辺であり、第13図（ａ）に示すように、導光体10の入
射面11と出射平面12が直交しているようなエッジライテ
ィング形状では、臨界角が45度前後で原理的に出射平面
12には光が出射しない。なお、第13図（ａ）において、
14は蛍光灯などの光源、15はそのリフレクター、13は導
光体10の出射平面12と反対側に形成された反射面であ
る。

そのため、一般には第13図（ｂ）に示すように、出射平
面12を拡散加工した平面12aとしたり、出射対向面13を
散乱反射面13aとすることがよく行なわれる。しかしな
がら、本発明の実施例にも示してあるが、出射平面の法
線方向への出射光量は極めて少ない。

そこで本発明者らは、導光体表面をできるだけ均一に粗
面加工を施し、その形成された粗面と出射光量及び出射
光の方向性を詳細に検討した結果、出射面の法線に対し
70〜80度方向にほとんどの光が出射していることを見い
だし、この方向を法線方向に変換させる手段を考案し、
本発明を完成した。

これを実施例に従って説明する。

まず、導光体表面の粗面の程度による影響を調べるため
に、粗面加工を施した面を有する導光体を作成した。金
属板の表面を常法のホーニング加工によって、ホーニン
グの程度の異なる試料を作成し、透明な6mm厚のアクリ
ル樹脂板の表面に熱プレスによってレプリカを作り、粗
面の程度が異なる複数の粗面加工板（以下マット板とも
呼ぶ）を作成した。

このマット板を50×50mmサイズに切り出して、ASTMD100
3-61に準じて、曇価を測定した。一方、第８図（ａ）の
ような両側面に蛍光灯を配置した構成で該マット板をセ
ットし中央部で出射光の出射角と出射光量（輝度として
測定）の関係を測定した。その結果は第７図（ａ）〜
（ｄ）に示すとおり、光源として必要な正面方向（平面
の法線方向）には殆んど光は出ておらず、光が75〜80°
方向の特定方向に出射光が集中して出射している（第８
図（ｂ）参照）ことがわかった。

本発明はこの様に特定方向に出射光が集中し、しかも出
射光の多いマット板を透明導光体として利用し、法線方
向に対して±75〜80°方向にしか出射しない大部分の光
を、後述する出射光調整部材、及び導光体出射面の対面
に位置する反射層による多次反射を利用して出射光分布
の均一化を行ない、更に出光面側に配設した拡散板によ
り、一層の光の拡散を行なう事で、法線方向に出射光を
光路変更させ、前述の目的を達成したものである。

なお本発明を用いる出射光調整部材には、例えば実願昭
61-171001号に開示したものを用いることが出来る。

［実施例］ 以下、本発明に係る面光源素子について、その具体的な
構成について、図面に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明に係る面光源素子の一実施例を示す一部
欠斜視図である。第２図はそのI-I線の部分的な断面図
であり、光源14付近の断面図を示した図である。

第１図及び第２図において、14は蛍光灯等の光源、15は
そのリフレクター、13は導光体50の出射面16と反対側に
形成された反射面、16は前記したような粗面加工された
光出射面（梨地面30）、50は該光出射面16を有する導光
体、51は出射光調整部材、52は光拡散板である。

光源14は導光体の少なくとも一つの側面11に設置され、
その側面11を光の入射面とし、これと直交する面に前記
粗面加工を配した面を光出射面16とする。また、導光体
50は該出射面の反対面に反射層13を備えており、該出射
面に直接入射した光のみならず、反射層13によって反射
された光をも該出射面16方向に出射させる。出射光調整
部材51は、後述するような反射層のパターンを有してお
り、光源に近い部分の光は多く反射され、中央部は殆ど
透過する。すなわち、光出射面16から出射した光は、そ
の位置に応じて出射光調整部材51により反射又は透過
し、光源15の近くの光量と中央部の光量が均一化され
る。

この出射光調整による均一化の効果は、さらに出射光調
整部材51の反射層により反射した光が導光体50に再入射
し、また導光体50の反射層13によって再反射されるとい
うような多次反射により一層、高められる（第２図の光
路参照）。

なお、拡散板52は、通常光を拡散するために用いられる
通常のものが使用され特に限定はされない。

本実施例においては、導光体50の上に出射光調整部材5
1、拡散板52の順により構成されるが、この導光体50上
への出射光調整部材51及び拡散板52の配置は、端部のみ
を接着材等による接着や圧着による強制的密着による方
法の他、単に載置するのみでも行なわれる。また、導光
体50、出射光調整部材51、光拡散板52のそれぞれの間に
は、極く薄い空気層が形成されている。

第３図は前記出射光調整部材51の一構成例を示す平面図
である。

出射光調整部材51はフイルムまたはシート形態を有して
おり、光源からの距離に応じて反射程度が部分的に異な
る。該部材51は透明体51aに部分的に反射層51bを付する
ことにより形成することができる。即ち、光源配置側の
端縁から中央部へと次第に反射層51bの面積割合が小さ
くなるように透明体51a、例えば、ポリエチレンテレフ
タレートフイルム上に散点状に反射層、例えばアルミニ
ウム層を形成すればよい。第４図に第３図におけるX-X
に沿っての平均反射率Ｒのグラフを示す。第３図に示さ
れるとうり光源配置側の端面部においては、１つ１つの
反射層の大きさが大きく透明部51aの面積が比較的小さ
いので、第４図に示されるようにこの部分での平均反射
率ｒは比較的高い。これに対し、第３図に示されるよう
に光源配置側の端縁部から中央部へと次第に反射層51b
の大きさが小さくなり透明部51aの面積が次第に大きく
なるので、第４図に示されるとうり、光源配置側の端縁
部から中央部へと次第に平均反射率が低くなり、光源側
面縁部からｘ以内の距離の領域を除く中央部の領域にお
いては、反射層51bが存在しないので、平均反射率は透
明体51a自体の有する反射率のみになる。

本発明の素子を構成する材料としては、小型軽量の目的
から光の導光体として可視光透過率の最も大きいアクリ
ル樹脂が好適であるが、これに限定する必要はない。

また、光源14としては、小型の蛍光灯を用いるが、連続
した形状の線状光源（例えば、フィラメントランプ）で
あってもかまわない。

第５図及び第６図は本発明の他の実施例の構成を示す面
光源素子の部分的な断面図である。

第５図において、導光体50-1はその梨地面30を拡散板52
の反射側に形成し、独立または一体的に形成した反射層
13に対向させて配置したものとなっており、出射光調整
部材51側の導光体50-1の出射面16は平面となっている。

光源からの光は、側面11から導光体50-1内に導光され、
梨地面30から出射され、反射層13により反射されたあ
と、再び、梨地面30へ入射し、出射面16,出射光調整部
材51,拡散板52を経て出射される。

第６図は導光体50の上下両面を梨地面30とした導光体50
-2を使用した構成例を示したものである。

なお、第５図及び第６図に示す構成例は、後述するよう
に第２図の構成例と略同等の性能を有している。

なお、本発明において、透明導光体の梨地面の仮想平面
が反射層の面と実質的に平行であるということは、端的
にいえば平坦な板状をなすということであり、本発明は
このような板状であっても十分な性能を発揮し、かつ特
別な成形加工を要せず、容易に製作できて組立も容易な
透明導光体を用いることを特徴の１つとしているのであ
る。

また本発明の梨地面の性能としては、導光体となる板状
体として曇価が約30％以上、とりわけ50％以上であるこ
とが好ましい。この曇価は後述するように定義される
が、導光体の光拡散性能をあらわす目安になるからであ
り、30％よりはるかに下廻ると所定の輝度が得られない
ことが確認されている。なお詳細は後述の具体的実施例
において説明する。

次に10インチ液晶表示装置用の背面光源を想定し、パネ
ルサイズを横225mm×縦164mmとし、蛍光体は厚さ6mmの
透明アクリル樹脂を用いた具体的な実施例を以下説明す
る。なお、下記実施例はその一例にすぎず、本発明はサ
イズ、厚み、材質共にこれに限定されるものではないこ
とは明らかである。

［詳細な実施例−１］ 第２図に示す構成例の製作及びその評価 （導光体の作製） まず、磨いた黄銅板（約3mm×250mm×250mm）の片面に6
0メッシュのガラスビーズを吹きつける常法のホーニン
グ法によって金属板表面をホーニング加工し、レプリカ
用の金型を作製する。ホーニングの程度により５種類の
金型を作製した。

次に厚さ6mmのアクリル樹脂板の片面に該金型を用い熱
プレスによりホーニング面のレプリカをとり、これを導
光体とした。

（出射光調整部材の作製） 厚さ約100μのポリエチレンテレフタレートフイルム上
にアルミニウム薄膜、感光体層、接着材層及びカバーフ
イルム積層してなる金属画像形成ネガーポジ型感光材料
（きもと社製「K.D.P」）を用い、マスクパターンを用
いて「K.D.P」の処方に従い露光及び現像を行なって、
第３図に示される用なパターンのスポット状の反射層51
bを有する出射光調整部材51を得た。この出射光調整部
材51の反射層51bのパターンにおいてはスポット状反射
層部分は縦方向及び横方向にそれぞれ30個／インチのピ
ットで配列され、且つ第４図における反射率ｒが40％と
し、更にｘが40mmとした。

（光拡散板の作製） 乳白色光拡散板（三菱レイヨン社製、アクリライトM3AW
29、板厚1mm）を横225mm×縦164mmの大きさに切断し、
光拡散板52を得た。

（面光源素子の作製） 次に、先に得られた導光体の横225mmの２辺を常法によ
り研磨し、縦164mmの２辺は粘着剤つきアルミニウム蒸
着膜付ポリエステルフイルムを貼りつけ、転写したレプ
リカ面の対面には銀蒸着膜付きポリエステルフイルムを
配設した。その導光体の表面上に、前記出射光調整部材
を形状に対応させて静置し、更に該出射光調整部材上に
上記光拡散板を静置した。そして、それぞれ対応する導
光体、出射光調整部材、及び光拡散板の対向する２つの
端面に両面粘着テープを付することにより３つの部材で
構成される接合体を作成した。

このようにして得られた接合体の横225mmの２辺に沿っ
て、ランプ（スタンレー電気（株）製GB7-300S、直径7.
0mm）をアルミニウム箔をリフレクターとして巻きつけ
たものを作製し、DC12Vでインバーターを介して点灯で
きるようにし、本発明に係る面光源素子を得た（第１図
参照）。

（導光体の曇価の測定） （１）前記（導光体の作製）で５種類の金型を用いてレ
プリカをとったアクリル樹脂板6mmより各々50×50mmの
試片を切り出し、曇価測定用試料とした。対照試料とし
ては、レプリカをとる前の透明なアクリル樹脂板を同じ
様に50×50mmに切断して使用した。

曇計の測定はASTM-D1003-61に準じ、計測器の光入射側
にレプリカ面を配置して測定し、次式により曇価を求め
た。

曇価＝｛（拡散光透過率）／（全光線透過率）｝×100
％ （２）測定結果は第１表のとうりである。

第１表 曇価 試料−１ 70.8％ 試料−２ 64.8％ 試料−３ 40.8％ 試料−４ 28.8％ 試料−５（対照試料） 4.1％ 対照試料0.3％ （導光体の出射光分布の測定） 前記（面光源素子の作製）で述べた方法から、出射光調
整部材及び拡散板を除去した導光体のパネルを作製し
た。該パルス中央部（第９図（ａ）の参照）について
輝度計40（（株）ミノルタ製輝度計nt-1）で法線に対し
て角度を変えて測定し（第９図（ｂ）参照）、試料−１
〜試料−４の出射光分布を求めた結果を、それぞれ第７
図（ａ）〜（ｄ）に示す。なお、第７図において半径方
向に輝度、円周方向に視野角をとってある。試料−５及
び対照試料は出光量が小さい為測定が不正確になった
為、割愛した。

（面光源素子の輝度測定） 前記（面光源素子の作製）で作製したパネル（第１図に
示すもの）を第10図に示すように縦７（Ａ〜Ｇ）×横11
（ａ〜ｋ）に等分格子状に分割し、ランプを点灯し、法
線方向の輝度を（株）ミノルタ製輝度計nt-1を用い、格
子の中央を約10mm径の円に測定点がなる様に調節して各
格子ごとに77点、測定した。

結果は第２表の通りである。

なお、中央列７点の平均輝度とは第10図のｆ列７点の平
均の輝度をいう。

本結果を曇価との関係で図示したのが第11図である。す
なわち、横軸に曇価（％）、縦軸に中心７列の平均輝度
（Cd/m²）を取り、その関係を調べたものである。曇価
が大きくなるに従って、平均輝度が向上することがわか
る。

（面光源素子の出射光分布の測定） 試料−1,及び試料−３の面光源素子について、中央部
（第10図ｆ列Ｄ行の交点）の出射光分布を、前記（導光
体の出射光分布の測定）に準じて測定したのが第12図
（ａ），（ｂ）である。なお、他の試料−2,試料−４の
場合においても、最高輝度は各試料により変化するが、
出射光分布は第12図のものと殆ど同一であった。

［詳細な実施例−２］ 第５図及び第６図に示す構成例の製作及びその評価 （導光体の作製） ［詳細な実施例−１］の試料−２を作製した金型を用
い、アクリル樹脂6mm厚の両面にレプリカをとり、これ
を試料−６とした。この導光体は第６図に示した導光体
50-2に相当する。

（面光源素子の作成） ［詳細な実施例−１］と全く同じ様にして作られた出射
光調整部材、光拡散板を用いた。導光体の種類としては
前記試料−２及び試料−６を用い、次の点を除いて［詳
細な実施例−１］と全く同様な面光源素子を作製した。

異なる点 試料−２と同じ導光体の梨地面に銀蒸着膜付
ポリエステルフイルムを配設した。

この様に配設した試料を試料−７とする。これは第５図
の導光体50-1に相当する。

（導光体の曇価の測定） ［詳細な実施例−１］と全く同様にして試料−６の曇価
を測定した。

曇価 試料−６ 81.5％ （導光体の出射光分布の測定） ［詳細な実施例−１］と全く同様にして試料−6,試料−
７の出射光分布を測定した結果をそれぞれ第７図
（ｅ），（ｆ）に示す。

（面光源素子の輝度測定） ［詳細な実施例−１］と全く同様にして測定した。

結果は以下の第３表の通りである。

この［詳細な実施例−２］の結果は、［詳細な実施例−
１］の結果（第12図（ａ），（ｂ）参照）と略同じであ
り、第５図，第６図に示す面光源素子とほぼ同等の性能
を有することが確認された。

［発明の効果］ 以上、説明したように、本発明に係る面光源素子によれ
ば、以下の結果を得ることができる。

各種液晶表示装置等の背面証明として、薄型で、光源
のワット数を増加することなく、面の輝度が均一で最適
の面光源素子を提供できる。この薄型であることは、携
帯性を重視する液晶表示装置においては、大きな利点に
なる。

本質的に拡散光源である蛍光灯を用いた場合において
も、簡単に表面の輝度が高められる。

CRTに代替することが可能な程度に大きくすることが
可能であり、かつ実質的に導光体自体が加工がめんどう
な特殊形状でないので製造コストが安い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る面光源素子の一実施例を示す一
部切欠斜視図である。 第２図は第１図におけるI-I線の部分的な断面図であ
る。 第３図は出射光調整部材の一構成例を示す平面図であ
る。 第４図は第３図の出射光調整部材の反射率分布を示す図
である。 第５図および第６図はそれぞれ本発明の他の実施例の部
分的な断面図である。 第７図（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ本実施例に係る導光体
の出射光輝度の角度分布を示す図である。 第８図（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明に係る導光体の
斜視図、断面図である。 第９図（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明に係る出射光
輝度の角度分布の測定法の概念図である。 第10図は、本発明光源素子の輝度測定（法線方向出射光
輝度）の測定点を示す相対点な位置図である。 第11図は、本発明に係る導光体の曇価と光源素子の法線
方向出射輝度との関係を示す図である。 第12図（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明に係る面光源
素子の出射光輝度分布を示す図である。 第13図（ａ），（ｂ）は、それぞれ従来の面光源素子の
構成を示す断面図である。 50,50-1,50-2:導光体、51:出射光調整部材、52:光拡散
板、16:導光体出射面、13:反射面、14:光源、15:リフレ
クター、30:マット面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一つの側面を入射面とし、これ
   と直交する面を光出射面とし、かつ該出射面の反対面に
   反射層を備えた透明導光体と、 該導光体からの光を無指向に拡散させる拡散板と、 前記導光体と前記拡散板との間に配設され、反射機能を
   有する出射光調整部材とから構成される面光源素子であ
   って、 上記導光体の出射面には、その仮想平面が上記反射層の
   面と実質的に平行な梨地面を有していることを特徴とす
   る面光源素子。