JPH11352334A - 線状光源装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷陰極管などのように水銀を含まないために
安全で、光の利用効率の高い散乱光を得ることができ、
形状の任意性にも優れた線状光源装置を提供する。ま
た、このような線状光源装置を簡易な方法で効率良く製
造する方法を提供する。 【解決手段】 透明柱状中空体15の中空部に散乱体18を
含有する線状体14と、その一端または両端に設置された
光源11とで構成し、光源11より発した照明光が線状体14
に入射され、散乱体18により散乱されて線状体14の周囲
より放出光19として発光させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶用エッジライ
トなどに用いられる線状光源装置及びその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、フラットパネル用バックライトと
しては、エッジライト方式が主流となっている。この方
式は透明なアクリル樹脂などを基板とし、この基板の端
面に光源（蛍光灯、冷陰極管など）を配置し、光源から
の光をアクリル樹脂基板に導入させ、この基板内部に光
を導光させ表面から出射し、散乱板や指向性フィルムを
通してフラットパネルに照射するものである。出射する
光の面内分布を均一にするように、またできるだけ高輝
度を得るため、導光基板の出射側と反対側の反射面に種
々の工夫がなされている。

【０００３】端面に配置される光源としては蛍光灯、冷
陰極管などが用いられ、特に液晶パネルの表示照明用と
しては冷陰極管の使用が主となっている。最近では液晶
ディスプレイの薄型化および高輝度化の要求にともなっ
て、導光板がより薄くなり、冷陰極管も細型化が進んで
いる。

【０００４】この冷陰極管はその目的によって、様々な
形、例えばＬ字型、ドーナツ型などに加工されている。
これらの光源は一般に放電灯と呼ばれ、ガラス管内壁に
蛍光物質が塗布されており、管の両端に電極が取り付け
られている。管内には希ガスと水銀が封入されていて、
電極によって放電（グロー放電、アーク放電など）が起
こり、発生した電子が水銀原子と衝突し紫外線を発生さ
せる。この紫外線が蛍光物質を励起して可視光を発光す
る仕組みである。

【０００５】前述のようにこれらの放電管は、ガラス管
を任意の形状に加工することができるので、液晶のバッ
クライトやエッジライトのほか、例えば車両用の計器類
の照明用光源などにも使用され、また蛍光物質を選択す
ることにより種々の色を発光させ得るためその用途はま
すます拡大しつつある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようにこれら放電管は、必須の構成物質として水銀を
含んでいる。今日、環境問題に対する関心の高まりとリ
サイクルの必要性及び破損時の安全性の観点から、特に
車両用途に使用される光源としては、このような放電管
は採用されない傾向が出始めている。

【０００７】この放電管のようないわば線状の光源を、
放電現象を用いない方式でいかに実現するかが課題であ
る。

【０００８】最近Light Fiberなる名称で、オプチカル
ファイバーを利用した光源が市販され始めている（3M
社、3MLight Fiber カタログ）。これは、オプチカル
ファイバーの一側面部に光指向性の反射層を設置し、オ
プチカルファイバーの一端より入射させた光をこの反射
面で反射させ、一方向に光を放出するもので一種の線状
光源である。実際の光源を光照射部から離れて設置でき
るので、光源を選択することにより、水銀を用いない線
状光源とすることができる。また、ファイバー利用の類
似のものが提案されている（USP 4,422,719）。これら
は一定の光源としては用い得るが、あまり高輝度のもの
は得られおらず、たとえば、冷陰極管の代わりに用いる
ことは困難である。光源から入射された光をいかに効率
的に放出出来る構成を具体化するかが課題である。

【０００９】入射光を放出する方法の一つに、光の散乱
を利用することが考えられる。屈折率の異なる二つの透
明媒体を接触させると、この界面に光が入射された場合
光は反射する。この界面の微少集団があると、光は散乱
され拡散光となって放出される。この散乱の強さは微少
集団の形状、分布、透明媒体の屈折率差などに依存して
いる。これらの因子を、効率のよい散乱にするため、い
かに制御するかが課題である。

【００１０】本発明は、冷陰極管などのように水銀を含
まないために安全で、光の利用効率の高い散乱光を得る
ことができ、形状の任意性にも優れた線状光源装置を提
供することを目的とする。また、本発明は、上記の線状
光源装置を簡易な方法で効率良く製造する方法を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成とする。

【００１２】すなわち、本発明にかかる線状光源装置
は、透明柱状中空体の中空部に散乱体を含有してなる線
状体と、前記線状体の一端または両端に設置された光源
とを有し、前記光源より発した照明光が前記線状体に入
射され、前記散乱体により散乱されて前記線状体の周囲
より放出されることを特徴とする。本発明の線状光源装
置は、上記の構成としたことにより、光源からの光を散
乱することにより発光するので、水銀を必須とせず、安
全性が高い。また、散乱体として光吸収損失の少ない素
材を選択することにより、光利用効率の高い線状光源装
置が得られる。さらに、線状体の形状を任意形状に加工
すれば、形状の任意性に優れた線状光源装置が得られ
る。

【００１３】上記の構成において、前記線状体と前記光
源との間に、前記光源の光を前記線状体に導入させる光
ファイバーを有することが好ましい。かかる好ましい構
成によれば、光源と線状体とを分離して設置することが
できるので、光源の選択の自由度が向上するとともに、
線状体自身の配置等の自由度も向上する。

【００１４】上記の構成において、前記散乱体が、液晶
と高分子重合体の相分離した混合体からなり、前記液晶
の異常光屈折率と前記高分子重合体の屈折率との差（Δ
ｎ）が０．１５以上であることが好ましい。かかる好ま
しい構成によれば、光の吸収損失を極めて少なくするこ
とができるので、光利用効率の高い線状光源装置を実現
できる。

【００１５】上記の構成において、前記散乱体の散乱度
が、前記線状体の一端または両端に設置された光源の近
傍で小さく、遠ざかるにつれて大きくなるように調整さ
れていることが好ましい。かかる好ましい構成によれ
ば、入射した光のほとんどが光源の近くで散乱されて放
出されてしまうのを防止することができるので、光源か
らより遠方にまで光を伝達することができる。その結
果、長い線状体であっても長さ方向に均一な光放出量を
有する線状光源装置を得ることができる。

【００１６】上記の構成において、前記散乱体の散乱度
が、前記線状体の断面中心部で小さく外周部に行くにし
たがって大きくなるように調整されていることが好まし
い。かかる好ましい構成によれば、光の散乱が少ない線
状体の断面中央部を通ってより遠方に光を伝達すること
ができる。この結果、線状体の長さを長くしても、光源
から遠い部分でも発光量の低下の少ない線状光源装置を
得ることができる。

【００１７】また、本発明にかかる線状光源装置の製造
方法は、透明柱状中空体に、少なくとも液晶と光重合性
の高分子前駆体と光重合開始剤とを含む均一溶液を注入
し、前記透明柱状中空体の周囲から光を露光し、前記高
分子前駆体を重合せしめ、相分離させることを特徴とす
る。かかる構成によれば、上記の特徴を有する本発明の
線状光源装置を、簡易な方法で効率良く製造することが
できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００１９】（実施の形態１）図１は本発明による線状
光源装置の全体構造を模式的に示した断面図である。図
１において、１１は光源（例えばハロゲンランプ）、１
２は光源の反射鏡、１３は光を線状体１４に効率良く入
射させるためのレンズ系である。１４は線状体で、例え
ばガラス管又は透明樹脂パイプのような透明柱状中空体
１５と、その中空部に含有された散乱体１８とからな
る。散乱体１８は、実質的に可視光域に吸収を有さない
屈折率の異なる成分１６、１７から構成されている。こ
の成分１６、１７は各種の材料から選択できるが、本実
施の形態では、屈折率の異なる二つの高分子重合体を用
いた。これらの高分子重合体は一方が連続相、他方が非
連続相であってもよく、あるいは相互に相分離した連続
相であってもよい。これら相分離状態の高分子重合体系
を作製するには、モノマーあるいはオリゴマーとポリマ
ーおよび重合開始剤を混合し、透明柱状中空体に注入
し、重合させることによって実施できる。本実施の形態
ではメチルメタアクリレートとポリスチレンに重合開始
剤としてアゾビスイソブチルニトリルを添加し、熱重合
することによって散乱体を得た。

【００２０】光源１１を点灯し照明光を線状体１４に導
入すると、入射された光は成分界面で散乱し、透明柱状
体の周囲表面より放出光１９として放出される。また、
入射光は多重散乱を繰り返し、線状体内部を前進する。
あるいは連続相に入った光の一部分は、散乱から逃れて
透明柱状中空体の内壁表面で全反射して進行し、より遠
方で散乱する。このように散乱体が詰まっているにもか
かわらず、光は入り口近傍で全て散乱されて放出される
わけではなく、線状体１４の長さ方向に比較的均一な散
乱光が線状体周囲より放出され、すぐれた線状光源装置
となる。

【００２１】光源１１の代わりにHe-Neレーザを設置
し、線状体１４の他端にフォトデテクターを置いて透過
してくる光の強度を調べたところ、入射光強度の数％以
下という低い値を示した。この散乱体はHe-Neレーザ光
の波長領域には吸収を持っていないので、入射光はほと
んどが散乱に用いられ、きわめて光の利用効率が高いこ
とを示した。

【００２２】（実施の形態２）図２は実施の形態２にお
ける線状光源装置の構成の概略を示した断面図である。
図２において、図１と同一の機能を有する部材には同一
の符号を付して詳細な説明を省略する。

【００２３】図２で、２０は光ファイバーであり、光源
１１の光を線状体１４に伝達する。この光ファイバー２
０は線状体１４と同等の太さのものを単独で用いても良
いし、より細い光ファイバーを複数本束ねたものでも良
い。線状体１４は実施の形態１で作製されたものを用
い、その一端に電気化学社製の光硬化樹脂OP-1000を塗
布し、光ファイバー２０と接触させて固定し、光ファイ
バー２０の他端よりUV光を導入して光重合して両者を接
着させた。

【００２４】本実施の形態で作製された線状光源装置
は、光源部と線状体部とを離して設置することができる
ので光源選択の自由度が上がり、また線状体自身の使用
の任意度も向上する。

【００２５】（実施の形態３）実施の形態１において使
用したモノマーおよびポリマーの代わりに、ウレタンジ
アクリレートオリゴマーとトリメチロールプロパントリ
アクリレートおよび液晶（BDH社のE-8）を用い、これに
重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルを添加し
た。この時、重合開始剤としてのアゾビスイソブチロニ
トリルの添加量を変えて、その含有率が１：２：３に異
なる３種類の溶液を作った。透明柱状中空体に上記の３
種類の溶液を順番に注入した。この溶液は粘稠液体のた
め、重合開始剤濃度の拡散は起こり難くこれを熱重合さ
せたところ、ポリマーと液晶とが相分離して散乱体とな
り、しかも線状体の先端から低散乱部、中散乱部、高散
乱部と分布した。これを用いて、低散乱部側に光源を設
置して実施の形態１と同じ構成で線状光源装置を作製す
ると、長さ方向により均一な光放射が認められた。

【００２６】（実施の形態４）透明柱状体に注入する溶
液として、ウレタンジアクリレート、エチルヘキシルア
クリレートおよび液晶に、光重合開始剤としてベンジル
ジメチルケタールを添加したものを調整した。これを透
明柱状中空体に注入し、この線状体にUV露光を行い光重
合させた。

【００２７】図３に本実施の形態の光重合方法の構成の
概略を示した斜視図を示す。図３において、３２，３３
は回転するローラで、このローラの上に上記の線状体３
０が乗せられている。３１はUVランプを示す。ローラ３
２，３３を回転させると線状体３０が軸方向に回転す
る。これにUVランプ３１から紫外線を露光すると、丁度
透明柱状中空体の周囲から均一にUV露光を行ったのと同
等になる。重合にともなってポリマーと液晶の間で相分
離が起こり、散乱体が形成される。

【００２８】得られた線状体を用いて実施の形態１と同
様の構成で線状光源装置を作製した。この線状光源装置
においては、実施の形態１に較べより長い線状体として
も光が十分に伝搬することが分かった。この線状体の断
面を顕微鏡で観測したところ、外周部でより密なポリマ
ーの架橋構造が見られ、中央部になるにしたがって疎に
なっていることが分かった。これは光重合時に、より外
周部で密な相分離が起こり、内部に行くにしたがって照
射UV光強度が低下し、疎な相分離構造になったものと考
えられる。この構造のため光源より光を入射させると、
線状体の中央部では光はあまり散乱されず、より遠方ま
で伝搬されるため、線状体を長くすることができたと考
えられる。このような液晶とポリマーとの組み合わせに
よる散乱体では、互いの屈折率の差(Δn）が0.15以上好
ましくは0.2以上あることが望ましい。屈折率の差がこ
の範囲を満足することにより、光の吸収損失を極めて少
なくすることができるので、光をより遠方にまで伝播さ
せることができる。

【００２９】（実施の形態５）実施の形態３で述べたよ
うに、線状体の散乱強度を光源の近くから、遠方になる
にしたがって大きくしていくと、長さ方向により均一な
光放射が可能な線状光源装置とすることができる。

【００３０】図４にこのような線状体を製造する方法の
一例の概略構成を示した斜視図を示す。図４において、
３２，３３は回転するローラ、３０は実施の形態４で述
べたものと同じ溶液組成が注入された線状体、３１はUV
ランプである。このUVランプ３１と線状体３０との間
に、平面形状が直角三角形状を有し、所定の厚みを有す
る２枚の透明アクリル板３５，３６が、線状体３０の両
端部で高さが高く、中央で低くなるように設置されてい
る。アクリル板は僅かに紫外光領域に吸収を有するの
で、アクリル板３５，３６を通してUVランプ３１から露
光を行うと線状体３０に照射される紫外光強度は中央部
で最も強く、端部になるにしたがって弱くなる。すなわ
ちこのアクリル板はニュートラルデンシティフィルタの
役割をはたしている。その結果、光重合で得られた散乱
体は中央部で散乱強度が強く、端に行くにしたがって弱
くなる分布を持つようになる。この線状体の両端に、実
施の形態１で示したように光源などを配置し、線状光源
装置ができる。この線状光源装置は極めて光の利用効率
が高く、かつ長さ方向で均一な光放射が得られるすぐれ
た線状光源装置である。

【００３１】以上の各実施の形態で述べてきた線状光源
装置は、線状体の端部にカラーフィルターを設置すれば
着色照明光も容易に得られる。また、透明柱状中空体と
して柔軟なプラスチックなどを用いると自由な形状に変
形可能な線状光源とすることもできる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したところから明かなように、
本発明の線状光源装置によれば、光源からの光を散乱す
ることにより発光するので、水銀を必須とせず、安全性
が高い。また、散乱体として光吸収損失の少ない素材を
選択することにより、光利用効率の高い線状光源装置が
得られる。さらに、線状体の形状を任意形状に加工すれ
ば、形状の任意性に優れた線状光源装置が得られる。

【００３３】また、本発明の線状光源装置の製造方法に
よれば、上記の特徴を有する本発明の線状光源装置を、
簡易な方法で効率良く製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による線状光源装置の全体構造を模式
的に示した断面図である。

【図２】 本発明の実施の形態２における線状光源装置
の構成の概略を示した断面図である。

【図３】 本発明の実施の形態３の線状体の製造のため
の光重合方法の構成の概略を示した斜視図である。

【図４】 本発明の実施の形態５の線状体の製造のため
の光重合方法の構成の概略を示した斜視図である。

【符号の説明】

１１ 光源 １２ 反射鏡 １３ レンズ系 １４ 線状体 １５ 透明柱状中空体 １６ 散乱体を構成する成分１ １７ 散乱体を構成する成分２ １８ 散乱体 １９ 放出光 ２０ 光ファイバー ３０ 線状体 ３１ UVランプ ３２，３３ ローラ ３５，３６ 透明アクリル板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明柱状中空体の中空部に散乱体を含有
   してなる線状体と、前記線状体の一端または両端に設置
   された光源とを有し、前記光源より発した照明光が前記
   線状体に入射され、前記散乱体により散乱されて前記線
   状体の周囲より放出されることを特徴とする線状光源装
   置。
2. 【請求項２】 前記線状体と前記光源との間に、前記光
   源の光を前記線状体に導入させる光ファイバーを有する
   請求項１に記載の線状光源装置。
3. 【請求項３】 前記散乱体が、液晶と高分子重合体の相
   分離した混合体からなり、前記液晶の異常光屈折率と前
   記高分子重合体の屈折率との差（Δｎ）が０．１５以上
   である請求項１又は２に記載の線状光源装置。
4. 【請求項４】 前記散乱体の散乱度が、前記線状体の一
   端または両端に設置された光源の近傍で小さく、遠ざか
   るにつれて大きくなるように調整された請求項１〜３の
   いずれかに記載の線状光源装置。
5. 【請求項５】 前記散乱体の散乱度が、前記線状体の断
   面中心部で小さく外周部に行くにしたがって大きくなる
   ように調整された請求項１〜４のいずれかに記載の線状
   光源装置。
6. 【請求項６】 透明柱状中空体に、少なくとも液晶と光
   重合性の高分子前駆体と光重合開始剤とを含む均一溶液
   を注入し、前記透明柱状中空体の周囲から光を露光し、
   前記高分子前駆体を重合せしめ、相分離させることを特
   徴とする線状光源装置の製造方法。