JPS6333775A - ライトボックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 本発明は、受動型表示装置等の照明手段、特に液晶表示
装置の背面照明（バックライト）に用いられるライトボ
ックスに関するものである。

〈従来技術〉 表示装置は、一般に能動型（発光型）装置と受動型（非
発光型）装置に大別することができる。

能動型装置とは、発光ダイオードデイスプレィ。

プラズマデイスプレィ、エレクトロルミネッセントデイ
スプレィ等のように自ら光を発することにより表示を行
なうものである。これに対して、受動型装置は液晶表示
装置（以下ＬＣＤと略す）あるいはエレクトロクロミッ
ク表示装置のように自らは発光せず、光の透過率あるい
は反射率を制御することにより自然光や他の照明源から
の照射光を変調し、表示を行なうものである。従って、
受動型装置は周囲光が少ない（暗い）場合には照明手段
を設けないと表示が見難くなるという問題点を有してい
る。

ＬＣＤは消費電力が少ないという特徴を有しており、電
卓、腕時計等の携帯用電子機器に広汎に活用されている
。しかしながら、大部分のＬＣＤの表示モードは液晶の
光学的異方性を利用するもの′であるため、偏光板を重
ね合わせることが不可欠の構成要素となっており、この
偏光板のために照明光の５０％程度はカントされてしま
う。特にカラーフィルターを用いた液晶表示装置では、
カラー化のためにさらに光量が減少するので、屋内での
一般的な使用に際しては装置に照明手段を付設すること
が必須の要件になる。携帯用電子機器では電源の制約が
大キク、従って少ない消費電力でいかに明るい照明手段
を得るかが表示装置を設計する上での課題となる。

従来より上記照明手段として用いられてきたバックライ
トを第１Ｏ図に示す。即ち、光源ｌとしては白熱豆電球
や螢光灯が用いられ、光源と表示パネルｌＯとの間に、
照明面の輝度を面全体にわたって均一にさせるために光
散乱効果を有する乳白色のガラスあるいは合成樹脂板か
らなる拡散透過板４が介設される。また反射板５として
は鏡面反射板もしくは光散乱アクリル板が用いられてい
る。この反射板５は、光源１から発して背面に向かう光
を反射させて前面に導（ことにより、光の利用率を向上
させるために設けられるものである。

ところが、このようなバックライトでは、輝度ムラを少
なくする為に光源１と拡散透過板４との距離をあまり短
くすることはできないので奥行きが大きくなるという欠
点があった。さらに拡散透過板４としては、拡散度の大
きいものを用いなければならないので輝度が低下すると
いう欠点があった。

一方、従来より第１１図に示すようなエツジライトも用
いられてきた。このライドガイド６では光源１より０面
を介して入射した光が粗面加工されているＢ面で拡散反
射された後、Ａ面を介して該Ａ面に近接配置されている
表示バネ１Ｖ１０ｆ’ｃ照射される。この方式ではＢ面
の輝度は光源から遠くなるに従って暗くなるという欠点
を有する。

また第１２図に示すように、光源ｌに対して放物面状（
管状光源を用いる場合には放物柱面状）の反射鏡７を用
いる場合もある。この場合、反射鏡７による反射光はほ
ぼ平行な光束となるが、第１２図からもわかるように、
奥行きが大きくなるという欠点を有している。

〈発明の目的〉 本発明は上述の諸事情に鑑み、本出願と同一の出願人に
よって出願された特願昭６０−１４２７５１号の技術を
改良するものであり、ライトガイドの形状に技術的手段
を駆使することにより奥行が小さく光の利用率が高く照
明ムラの生じない明るい表示を得ることができる新規有
用なライトボックスを提供することを目的とする。

〈発明の背景〉 上記特願昭６０−１４２７５１号では光源として管状光
源が使用され、管状光源は照明面の辺縁部に設ける場合
が想定されていた。光源が照明面の中央部に設けられる
場合にこれを適用すると光源の近傍の輝度が高くなり、
輝度ムラを輝度均一化スクリーンの導入により解決しよ
うとするものであり、次の（１１〜（３）の原理を背景
としてなされたものである。

（１１ある定められた方向から表示パネルを観察する場
合、表示パネルが均一に照明される為にはバックライト
のその方向の輝度が均一であればよく、指向性（配光性
）や光束発散度は必ずしも均一でなくてもよい。

（２）光源を直接観察する時の輝度は、光源と観察者と
の間の距離には依存せず一定である。

（３）光源からの光を平面鏡で反射させて観察する場合
、光源の鏡像の輝度は、（光源の輝度）×（平面鏡の反
射率）と等しくなり、光源の鏡像の位置に依存しない。

特願昭６０−１４２７５１号の照明装置は、かかる原理
に着目し、管状光源と複数の帯状反射面を配置して帯状
反射面の各々が光源からの光を所定の視角方向に反射す
るように角度設定するとともに視角方向から見た場合の
隣接する各帯状反射面相互の見かけの間隔（ｐ）と各帯
状反射面の見かけの幅（ａ）との比ａ　／　ｐが光源か
らの距離（Ｄ）に比例する様に設定している。ここで所
定の視角方向は必ずしも表示パネル面に垂直な方向に設
定する必要はなく、液晶表示パネルのように視角依存性
のある表示パネルを用いる場合などは七゛の最適視角方
向を所定の観察方向として設計してもよい。

第２図及び第３図は本発明の構成原理を説明する説明図
である。２０Ａは反射面であり、これにより光源１の鏡
像がＩＡの位置にできる。ＩＡから出た光は２ＯＡによ
って角度分布が制限されるので第２図の斜線部分のみに
到達する。２０Ａの幅が光源の半径Ｒに比べて十分小さ
いとき、光源１の反射面２０Ａとの間の距離なりとする
と第２図の斜線部のなす角度θは２　ｓｉｎ　　ｌ（Ｒ
／Ｄ　）となるので反射光の角度分布は第４図に示すよ
うこ幅２ｓｉｎ　ｌ（Ｒ／Ｄ　）の矩形状になる。同図
（ａｌはＤが大きく、θが小さい場合同図（ｂｌはＤが
小さく、θが大きい場合を示す。（ａｌ、（ｂｌはそれ
ぞれ第５図。

第６図の（ａｌ　、　（ｂｌに対応する。

入射光の角度分布がＩ（θ）で表わされ、拡散板の特性
がＤ（θ）で表わされるとすると拡散透過光の角度分布
Ｔ（θ）は次のようになる。

但し、Ｄ（θ）は拡散板に垂直に平行光線を入射した時
の入射光の光度に対するθ方向の拡散光の光度の比を表
わす。

拡散板の拡散度すなわちＤ（θ）の半値幅が入射光の角
度分布の幅に比べて小さい場合は、第５図（ａｌ（ｂｌ
ｌｃ示すように入射光の角度分布の両端がなまるだけで
最大輝度は入射光の角度分布の幅に依存しない。

これに対して拡散度の大きい拡散板を用いる場合には第
６図（ａｌ　、　（ｂｌに示すように最大輝度は入射光
の総量によって変化する。

本発明は帯状反射面の幅ａと帯状反射面相互の間隔ｐの
比率を光源からの距離に応じて変化させることにより、
前述の光源からの距離による輝変変化を打ち消し、所定
の視角方向から見た輝度が一定になるように補正を加え
たものである。

以上の原理により光源からある程度以上離れた部位の輝
度は均一化される。

〈実施例〉 第１図は本発明の１実施例の説明に供するライドボック
スの基本構成図である。第８図及び第９図は、それぞれ
本発明の実施形態を示す断面図である。

再度第２図、第３図を用いて本発明の１実施例を説明す
る。管状光源１から出た光はライトガイド２０の帯状反
射面２０Ａによって所定の視角方向（図では上方）に反
射される。この場合、光源１の鏡像はＩＡの位置にでき
るので、第１図の斜線部から観察すると帯状反射面２０
Ａ全体が光って見える。一方ライトガイド２０の符号２
０Ｂで示される面は光源ｌからの光にほぼ平行か帯状反
射面２ＯＡの影になるような角度に設定されており、所
定の方向から観察した場合には光らない。

面２０Ｂを設けるのはライトガイド２０全体の厚さを薄
くするためである。ライトガイド２０の各稜のＸ、Ｙ座
標は次のようなアルゴリズムによって求められる。いま
管状光源ｌの位置をＸ、Ｙ座標の原点とし、視角方向を
Ｙ軸方向とする。第３図で、ライトガイド２０のｉ番目
の帯状反射面２０Ａの両端の座標をそれぞれ（ｘｉ、ｙ
ｉ）、（ｖｉ。

ｗｉ）とする。２０Ａ面と２０Ｂ面のそれぞれが水平面
となす角度をそれぞれαｉ、βｉとする。

また、２ＯＡ面、２０Ｂ面のそれぞれの水平方向の幅を
ａ、ｂとする。従ってピッチＰはａ　＋　ｂとなる。

今、光源１から遠い方の端を出発点として与えると、次
の一連の式によって光源に近い側の点の座標が逐次求め
られる。

β１−ａｒｃ　　ｔａｎ（ｙｉ／ｘｉ）α１＝（９０°
−βり／２ ｖｉ＝ｘｉ−ａ ｗｉ＝ｙｉ−ａ　　むａｎαｉ ｘｉ＋１＝ｖｉ−ｂ　　　　　　　’ ｙ　ｉ　＋　１　＝ｗ　ｉ　−ｂ　ｔａｎβ１このよう
にして得られる形状のライトガイド２０を所定の視角方
向から観察すると、光っている２０Ａ面と光らない２０
Ｂ面とが交互に並んだ縞状に見える。帯状反射面２ＯＡ
の輝度は前述のように光源ｌからの距離によらず一定で
ある。また明暗の縞をモ均した時の輝度は帯状反射面２
０Ａの輝度′のａ　／　ｐ倍となる。ｂを小さくすると
平均輝度は上がるが、ライトガイド２ｏの厚さ【も増加
しｂを大きくすると平均輝度は下がるが厚さしは薄くな
るので、要求される仕様に応じてａとｂの比率を変化さ
せればよい。

本発明では拡散度の大きい拡散板を用いるのでａ　／　
ｐを光源からの距離に応じて変化させることが特徴であ
る。ある程度以上の厚みの乳白色のプラスチック板は拡
散度が大きく、近似的に完全拡散面と見なせるので、ａ
　／　ｐは次のようにして決定する。完全拡散面の輝度
はどの方向から見ても一定であり、入射光の角度分布に
は依存せず、その面の単位面積当りに入射する光束つま
り照度だけによって定まる。従って、輝度を一定にする
には拡散板に入射する光の照度が一定になるような条件
にすればよい。第２図に示したように反射面２０　ＡＫ
、よる反射光は図中の斜線の施された楔形の領域を照ら
す。この楔形の頂角θは光源ｌの半径をＲとし、光源ｌ
と反射面２０Ａとの間の距離をＤとすると２　ｓｉｎ　
’　（Ｒ／Ｄ　）となる。Ｒに比べて反射面のピッチｐ
が小さく、反射面と拡散面とがある程度以上能れていれ
ば隣接する反射面によって照される楔形の領域は互いに
重なり合うことになる。重なり合いの程度は楔形の頂角
θが大きい程大きい。拡散板上の一点に着目すればθが
大きい程多数の反射面からの光が届くことになる。

拡散板上の照度はθにほぼ比例し、θはＤにほぼ反比例
するので、ａ　／　ｐをＤＣ比例させると、拡散板上の
照度は場所によらずほぼ−＋となる。

尚、反射面と拡散板との間の距離が部位によって変化す
ることは次に述べる理由により考慮しなくてもよい。つ
まり反射面と拡散板との間の距離が大きい程１つ１つの
反射面からの光による照度は小さくなるが、ある１点を
照らす反射面の数は増加し、双方の効果は打ち消し合う
からである。

以上の如く、拡散板が完全拡散面と見なせる場合の説明
を行なったが、拡散度が中間の度合の拡散板を用いる場
合に於てもａ／ｐがＤの一次関数となる様に変化させる
ことにより良好な結果の得られることが判明した。尚、
ｐは全面で一定である′必要はなくａ／ｐが、先述の条
件を満す所定の値に設定されておれば差支えない。

ところで、光源１が照明面の中央部に設置されている場
合には、光源ｌの近傍で照明面の輝度が高くなり、輝度
ムラが生じる。従って、第１図に示す如くこの輝度が高
くなる光源ｌ近傍に輝度均一化スクリーン４を設けてこ
の部分の輝度を抑制する。スクリーン４は光源１と拡散
透過板２との間に介設する。スクリーン４の構造は第７
図に示す如く透明フィルム上にＡ１等の金属薄膜を設け
たものである。金属薄膜はモザイク状または網目写真状
にパターン化されており、入射光の一部が反射され、残
りは透過する。光源ｌに近い領域では反射面の面積比率
を透過面より大きく設定し、光源ｌから遠ざかるに従っ
て反射面の面積比率を小さく透過面の面積比率を大きく
することによって、液晶表示バネ／Ｌ１５の表示面での
輝度均一化を達成するように調整されている。反射面、
透過面の面積比率は透明フィルム上に形成される金属薄
膜のパターンによって定まり、面積比率に応じて透過光
量が制御設定される。スクリーン４で反射された光は背
面側の反射板で反射され、再びスクリーン４に入射され
る。スクリーン４を透過した光は液晶表示パネル５に入
射され、液晶表示パネル５で均一な輝度の表示が実行さ
れる。

本発明の実施形態としては第８図に示すものと第９図に
示すものの２通りがある。すなわち第８図の実施例では
、ライトガイド２０を透明プラスチックで成形し、透明
プラスチック内部の反射を用いている。反射面２０１Ｃ
対する入射角が臨界角より大きい場合には全反射するが
、臨界角以下の場合には、一部の光が通り抜けるので金
属等の反射層を設けることになる。ライトガイド２０の
上面では光源からの光が全反射し、ＩＢの位置に鏡像を
生じるので、次に述べる第９図の場合に比べて利用でき
る光量が２倍になる。

また第９図の実施例の場合は、成型体の外面の反射を用
いるので、成型体の材質に対して特に制限はない。反射
率が低い場合には、その上に反射層を設けることになる
。

く効果〉 本発明は以上の構成よりなり、薄型で輝度の均一なライ
トガイドによる照明ムラが少なく、かつ厚みの薄い照明
装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す構成図、第２図及び第
３図は本発明の原理説明図、第４図乃至第６図は拡散板
の効果を示す説明図、第７図は輝度均一化スクリーンの
パターンの１実施例を示す構成図、第８図及び第９図は
各々本発明の実施形態を示す断面図、第１０図から第１
２図はそれぞれ従来例を示す照明装置の断面図である。 １・・・管状光源、４・・・スクリーン、２０・・・ラ
イトガイド、２ＯＡ・・・帯状反射面。 代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）（ｌ 礪１図 萬２図 １−ｂ＋ａ−，１ １−Ｐ　−１ 第３図 第４図 第ｑ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、管状光源と該光源の光を反射する複数の帯状反射面
   の並設体とを有するライトボックスにおいて、前記光源
   は光照射面の中央部に設置され、前記帯状反射面の各々
   が前記光源からの光を所定の視角方向に反射するような
   角度に設定されかつ前記視角方向から見た場合の隣接す
   る各帯状反射面相互の見かけの間隔と各帯状反射面の見
   かけの幅との比が前記光源からの距離に応じて選定され
   、前記光源近傍には輝度均一化のためのスクリーンが介
   設されていることを特徴とするライトボックス。