JPH10106327A

JPH10106327A - 面光源素子およびそれを用いた表示装置

Info

Publication number: JPH10106327A
Application number: JP8261826A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Onishi; 伊久雄大西; Mutsuji Watanabe; 陸司渡辺; Katsuya Fujisawa; 克也藤沢
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 1996-10-02
Filing date: 1996-10-02
Publication date: 1998-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】正面方向から外れた方向へ出射する光の強度
を低く抑え、光の利用効率の高い面光源素子を提供する
こと。輝度が高い表示装置を提供すること。【課題手段】光源を有して面状に光を発する発光エレ
メントと、発光エレメントを発した光が入射する光入射
面３および当該入射光が通過して出射する光出射面４を
有し、該光入射面３から光出射面４までに設けられた凸
部１１の斜面において該入射光が反射を繰り返すことに
よって光入射面３に斜めに入射した光が略正面方向に向
けられて光出射面から出射される光制御板２とを有する
ことを特徴とする面光源素子。上記の面光源素子と、面
光源素子の光制御板の光出射面側に配置された透過型の
表示素子とを組み合わせて表示装置を構成することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パーソナルコンピ
ュータ、ワードプロセッサ、ビデオカメラ、テレビ受信
機、カーナビゲーションシステムなどに利用される直視
型の表示装置およびこれに用いられる面光源素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】透過型液晶パネルを用いた液晶表示装置
はバックライトとドット状に画素を配した液晶パネルと
で構成され、各画素の光の透過率がコントロールされる
ことによって文字や映像の表示が行われる。バックライ
トとしては、ハロゲンランプ、反射板、レンズ等の組み
合わせにより光の出射量の分布を制御するものや、冷陰
極管を導光体の端面に設け、冷陰極管から発した光を端
面と垂直な面から出射させるものなどが挙げられる。前
者は高輝度を必要とする液晶プロジェクタに主に用いら
れ、後者は薄型化が可能なため直視型の液晶ＴＶやノー
トパソコンのディスプレイとして主に用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】液晶ＴＶやノートパソ
コンなどでは消費電力の軽減や高輝度化が要求されてい
る。高輝度化を実現することは冷陰極管などの光源を増
やすことで可能であるが、消費電力の増加につながるた
め実用的ではない。液晶パネルの視野角は非常に狭く、
液晶パネル表示面の法線方向から大きくずれた位置から
表示面を見ると明暗の反転や白化が生じ、実用性のない
映像となる。つまり、バックライトからの出射光のうち
上記法線方向から大きくずれた方向へ出射する光は実際
には利用されていない。

【０００４】そこで、端面に冷陰極管等の光源を有する
導光板上に、光拡散板やプリズムシートを設けた面光源
素子が検討されている（特開平６−３６６７号公報、特
開平６−６７００４公報などを参照）。また、１次元の
プリズムシートを直交する方向に２枚重ね合わせること
で２次元的な制御を行う技術も検討されている。しか
し、このような構成の面光源素子では正面方向の輝度を
高めることができるものの出射光の制御が充分ではな
く、液晶パネル表示面の法線方向から外れた方向の角度
においてもサイドピークとして出射光が存在する。この
サイドピークを低減するためには出射光の角度分布を拡
げなければならず、全体の輝度が低下してしまう。

【０００５】本発明の目的は、上記の課題に鑑み、正面
方向から外れた方向へ出射する光の強度を低く抑え、光
の利用効率の高い面光源素子を提供すること、および輝
度が高い表示装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上記の課
題は、光源を有して面状に光を発する発光エレメント
と、発光エレメントを発した光が入射する光入射面およ
び当該入射光が通過して出射する光出射面を有し、該光
入射面から光出射面までに設けられた斜面において該入
射光が反射を繰り返すことによって光入射面に斜めに入
射した光が略正面方向に向けられて光出射面から出射さ
れる光制御板とを有することを特徴とする面光源素子に
より解決される。上記の面光源素子と、面光源素子の光
制御板の光出射面側に配置された透過型の表示素子とを
組み合わせて表示装置を構成することができる。

【０００７】上記本発明の面光源素子における光制御板
としては、透明部材から成り、光制御板の光入射面に錘
状の凸部が設けられ、該錘状凸部の先端が平面であるも
のを用いることができる。該光制御板の凸部を設けた面
において、凸部先端の平面部以外を反射膜で覆っても良
い。

【０００８】上記光制御板の凸部斜面における光出射面
の法線に対する傾きは一般に５゜から４０゜の範囲にあ
る。また、光制御板の凸部先端の平面部の面積の総和は
光制御板の光入射面の面積の１／２５以上であることが
好ましい。

【０００９】また、上記本発明の面光源素子における光
制御板としては、光入射面から出射面に貫通する複数の
穴を有する反射部材から成り、光出射面における当該穴
の直径が、光入射面における当該穴の直径よりも大き
く、穴の貫通方向での断面形状が錘状であるものを用い
ることができる。この光制御板における穴の斜面におけ
る光出射面の法線に対する傾きは一般に５゜から４０゜
の範囲にあり、光制御板の光入射面に設けられた穴の開
口面積の総和は光制御板の光入射面の面積の１／２５以
上であることが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の面光源素子の概略構成図
を図１に示す。本発明の面光源素子は、光源を有して面
状に光を発する発光エレメント１と、発光エレメント１
を発した光の発光角度の分布を制御する光制御板２とか
ら成っている。光制御板２は発光エレメント１上（表示
装置の観察者側）に配置され、入射面３に入射した光が
出射面４から出射される。発光エレメント１としては、
線状光源と当該線状光源の出射光を伝える導光体とから
成り、導光体の光を発する面と直交した少なくとも一面
に当該線状光源が配置されたバックライトや、光を発す
る面の裏側に少なくとも１つの光源を有する直下型のバ
ックライトなどが挙げられる。

【００１１】本発明に用いられる光制御板２の一例を図
２に示す。図２（ａ）は光制御板２を光入射面３の側か
ら見た図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡＡ’断面
図である。光制御板２は透明部材１０から成り、光入射
面３に複数個の円錐状の凸部１１が縦横に配置されてい
る。凸部１１の先端には平面部１２が設けられている。

【００１２】この光制御板２の機能を図３を用いて説明
する。光制御板２の平面部１２に角度θ1 で入射した光
は、平面部１２で屈折された後、角度θ２の方向に進行
する。この入射光は凸部１１の壁面１３で全反射し進行
方向の角度をθ３に変えて壁面１４に入射し、再度全反
射して進行方向の角度をθ４に変える。このように全反
射を繰り返し、光は最終的に出射面４から角度θ５で屈
折して出射される。

【００１３】図１に示す本発明の面光源素子について、
具体的な数値を挙げてより具体的に説明する。ここで
は、光制御板２の凸部１１の斜面の傾き角（光出射面４
の法線に対する傾き角）αを１０゜とし、凸部１１の高
さを３００μｍとして設計する。光制御板はアクリル樹
脂で作製するものとする。この条件における光の進行方
向の計算結果を以下に示す。ただし屈折率は空気が１で
アクリル樹脂が１．４９とする。入射角θ１＝７０゜の場合、 θ２＝３９．１゜ θ３＝１９．１゜ θ４＝０．９゜最終的な出射光の角度はθ５＝１．３゜となる。

【００１４】図３（ｂ）に示すように出射光が最大の拡
がり角となるのは光が斜面と平行に進行する場合であ
る。したがって、最大拡がり角βを決めるのは斜面の傾
きαであり、透明基材の屈折率をｎとした場合には、ｓｉｎ（β）＝ｎ・ｓｉｎ（α）で規定される。つまり、平面部１２への入射角度に関係
なく出射光の拡がり角度を制御することができる。

【００１５】図４に本発明で使用される透明な制御板の
他の例を示す。この例では、凸部１１は錘状（四角錐）
である。

【００１６】光制御板２の平面部１２以外の部分に入射
した光は、出射される際に散乱光となり集光特性を落と
す原因となる。したがって、所望の特性を得るためには
平面部１２の面積の総和をできるだけ大きく取る必要が
ある。平面部１２の面積の総和が光制御板の入射面の面
積の１／２５以上であればより高い特性が得られること
が本発明者の実験により確認された。

【００１７】本発明に用いられる光制御板２の他の一例
を図５に示す。図５（ａ）にこの光制御板を光入射面３
側から見た図を示す。図５（ｂ）に図５（ａ）中のＢ
Ｂ’断面図を示す。この光制御板は透明部材１０の光入
射面に錘状凸部１１および平面部１２を有しており、平
面部１２以外の面が光反射膜１５で覆われている。

【００１８】この反射膜付きの光制御板２の機能を図６
を用いて説明する。光制御板２の平面部１２に入射した
光は図３で説明したと同様の経路を経て特定の角度分布
をもつ光となって出射されるが、平面部１２以外へ入射
した光１６は光反射膜１５で反射され戻り光となり、発
光エレメント１に再入射する。この再入射光はエレメン
ト１内で拡散反射され、再度光制御板への入射光とな
る。すなわち、光制御板を透過する光は平面部１２への
入射光のみであり、このため光の損失がなく、より高い
輝度を得ることができる。

【００１９】図７（ａ）〜（ｃ）に反射型の光制御板の
他の例を示す。図７（ａ）は隣接する凸部間が曲面で構
成されており、図７（ｂ）（ｃ）では隣接する凸部間に
平坦部が設けられている。これらのものと図５（ｂ）に
示す光制御板とを比較すると、両者の特性に差はない
が、図７（ａ）〜（ｃ）に示すものは容易に加工できる
という利点を有している。

【００２０】上記の本発明における光制御板の作製に
は、アクリル樹脂の他にポリカーボネート樹脂等の透明
性に優れた材料を用いることができる。光制御板表面の
凸部の形状は、その凸部と反転したパターンを有する金
型を作製し、該金型にアクリル樹脂を入れて行う熱プレ
ス法により作製することができる。また、紫外線硬化に
よる２Ｐ法、熱硬化樹脂を用いる方法、雌金型を用いた
射出成形法等によっても当該凸部を形成することができ
る。何れの方法も量産性に富むため、安価な光制御板を
大量製造することが可能である。

【００２１】なお、光制御板表面の凸部は上記した円錐
状のもの、四角錐状のもののみならず、三角錐のものも
用いることができる。凸部の斜面の傾きは、左右上下対
称である必要は必ずしもなく、左右上下でそれぞれ傾き
角を変えても良い。また、斜面は直線状である必要も必
ずしもなく、曲線で構成されていても良い。

【００２２】本発明に用いられる光制御板２の他の一例
を図８に示す。図８（ａ）はこの光制御板２を光出射面
４側から見た図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）中のＣ
Ｃ’断面図である。この光制御板は反射部材２０から構
成されており、入射面３から出射面４にかけて縦横に複
数の貫通穴２１が設けられている。この貫通穴２１は光
出射面４が光入射面３側に対して相対的に大きくなって
おり、該貫通穴２１の断面形状は錘状となっている。

【００２３】この反射部材からなる光制御板２の機能を
図９を用いて説明する。光制御板の入射面の貫通穴２１
に入射した光は貫通穴２１の壁面で反射を繰り返し、出
射面４から出射していく。この出射光の最大出射角度は
貫通穴２１の壁面の傾き角度γとなり、入射角度に関係
なく出射角度が制限されることとなる。また貫通穴２１
以外の部分へ入射した光２２は、反射されて戻り光とな
り発光エレメント１へ再入射する。発光エレメント１へ
の再入射光は発光エレメント１内で拡散・反射されて再
度光制御板への入射光となる。つまり光の損失はない。
このため高い輝度を得ることができる。

【００２４】図１０（ａ）および（ｂ）に反射部材から
なる光制御板における貫通穴２１の他の形状の例を示
す。図１０（ａ）では隣接する凸部間が曲面で構成され
ており、図１０（ｂ）では隣接する貫通穴２１間に平坦
部が設けられている。これらのものと図８（ｂ）に示す
光制御板とを比較すると、両者の特性に差はないが、図
１０（ａ）および（ｂ）に示すものは機械的な強度が優
れているという利点を有している。

【００２５】上記の反射部材からなる光制御板は、厚さ
１ｍｍ程度のアルミ板を機械加工することにより作製す
ることができるほか、鋳造などによっても作製すること
が可能である。貫通穴の形状は円錐状のみならず四角錐
状や三角錐状でも良い。凸部の斜面の傾きは、左右上下
対称である必要は必ずしもなく、左右上下でそれぞれ傾
き角を変えても良い。また、斜面は直線状である必要も
必ずしもなく、曲線で構成されていても良い。なお、こ
の反射部材からなる光制御板において光が反射されるの
は貫通穴２１の壁面および入射面３であるので、光出射
面４の上面に散乱加工、黒塗り加工等を施しても特性自
体になんら影響を与えるものではない。

【００２６】上記に示した光制御板を発光エレメント上
に配置して構成した面光源素子をバックライトとして用
い、光制御板の光出射面側に透過型の表示素子を設ける
と正面方向に対する輝度が高い表示装置を得ることがで
きる。また、この面光源素子をバックライトとして用
い、光制御板の光出射面側に透過型の表示素子を設け、
この表示素子の観察側に光を屈折・回折させる素子を設
けた表示装置では、コントラストの高い光のみを屈折・
回折させることで画質の高い映像を広い視野角内で得る
ことができる。透過型の表示素子としては、液晶パネル
を用いることができる。液晶パネルの種類は、ＳＴＮ、
ＴＦＴ、ＭＩＮＩなどであり、その種類は問わない。

【００２７】なお、本発明の面光源素子は面状に光を発
生する発光エレメント１とエレメント１の発生した光の
角度分布を制御する光制御板との組み合わせを要件とす
るものであり、光源の種類やその形態、構成（例えば拡
散板と組み合わせる。）などは任意である。

【００２８】

【発明の効果】本発明の面光源素子によれば、正面方向
から外れた光を低く抑えることができるので、光の利用
効率の高い面光源素子を提供することができる。また、
輝度が高い表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の面光源素子の概略構成図である。

【図２】本発明における光制御板の一例を示す図であ
る。

【図３】図２に示した光制御板の機能を説明する図であ
る。

【図４】本発明における光制御板の他の一例を示す図で
ある。

【図５】反射膜付きの光制御板の一例を示す図である。

【図６】図５に示した光制御板の機能を説明する図であ
る。

【図７】反射膜付きの光制御板の他の一例を示す図であ
る。

【図８】反射部材を用いた光制御板の一例を示す図であ
る。

【図９】図８に示した光制御板の機能を説明する図であ
る。

【図１０】反射部材を用いた光制御板の他の一例を示す
図である。

【符号の説明】

１・・・発光エレメント１２・・・光制御板３・・・光制御板の光入射面４・・・光制御板の光出射面１１・・・凸部１５・・・反射膜２０・・・反射体２１・・・貫通穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源を有して面状に光を発する発光エレ
メントと、発光エレメントを発した光が入射する光入射
面および当該入射光が通過して出射する光出射面を有
し、該光入射面から光出射面までに設けられた斜面にお
いて該入射光が反射を繰り返すことによって光入射面に
斜めに入射した光が略正面方向に向けられて光出射面か
ら出射される光制御板とを有することを特徴とする面光
源素子。
【請求項２】光制御板が透明部材から成り、光制御板
の光入射面に錘状の凸部が設けられ、該錘状凸部の先端
が平面である請求項１記載の面光源素子。
【請求項３】光制御板の凸部を設けた面において、凸
部先端の平面部以外が反射膜で覆われている請求項２記
載の面光源素子。
【請求項４】光制御板の凸部斜面における光出射面の
法線に対する傾きが５゜から４０゜の範囲にある請求項
２または３記載の面光源素子。
【請求項５】光制御板の凸部先端の平面部の面積の総
和が光制御板の光入射面の面積の１／２５以上である請
求項２ないし４のいずれか一項に記載の面光源素子。
【請求項６】光制御板が光入射面から出射面に貫通す
る複数の穴を有する反射部材から成り、光出射面におけ
る当該穴の直径が、光入射面における当該穴の直径より
も大きく、穴の貫通方向での断面形状が錘状である請求
項１記載の面光源素子。
【請求項７】光制御板に設けられた穴の斜面における
光出射面の法線に対する傾きが５゜から４０゜の範囲に
ある請求項６記載の面光源素子。
【請求項８】光制御板の光入射面に設けられた穴の開
口面積の総和が光制御板の光入射面の面積の１／２５以
上である請求項６または７記載の面光源素子。
【請求項９】請求項１記載の面光源素子と、面光源素
子を構成する光制御板の光出射面側に配置された透過型
の表示素子とからなる表示装置。