JP2003344672A

JP2003344672A - 導光シートとそれを用いたディスプレイ照明装置

Info

Publication number: JP2003344672A
Application number: JP2002155431A
Authority: JP
Inventors: M Murillo-Mora Luis; ルイス・マヌエル・ムリジョ−モラ
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2003-12-03
Anticipated expiration: 2022-05-29
Also published as: JP3952859B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光源からの照明光を、照明対象まで損失を少な
く伝送可能な導光体を用い、光源から照明対象に至る光
路を自在に形成することが可能で、構成上の自由度が向
上するだけでなく、構造がコンパクトな導光ユニットを
提供する。また、前記導光ユニットの応用により、カラ
ーフィルターを必要としない新規な構成のフルカラー・
ディスプレイを実現する。【解決手段】本発明によるディスプレイ照明装置は、線
状の導光体を、表示画面とほぼ平行な基材表面でパター
ニングして配置した構成の導光シートと、照明光源とを
備え、前記導光体の端部から入射した光が前記導光体の
複数箇所で照明対象に向って照明光として射出すること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透過型画像表示素
子などの表示画面を用いたディスプレイにおける内蔵光
源からの照明光を、表示画面内で均一に照射するための
照明装置の改良に関し、特に液晶表示装置（ＬＣＤ）の
照明装置において、導光体内を光源からの照射光を伝送
させる手法を採用した薄板の導光シートを用いたディス
プレイ照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内蔵の照明光源を備える表示装置（ディ
スプレイ）のうち、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid
Crystal Display）の普及が顕著であり、表示光を生成
するための光源（バックライトやエッジライト）からの
照明光を、表示画面内での輝度や照射方向を均一にする
ための導光ユニットを備えるタイプの装置の普及も著し
い。

【０００３】本明細書では、表示画面の背面（観察者と
反対側）から、直接表示画面を照明するタイプの照明手
段を「直下型バックライト」、表示画面の外（側面な
ど）に配置された光源からの照明光を、表示画面の背面
に配置された導光ユニットを経由させた上で表示画面を
照明するタイプの照明手段を「エッジライト型バックラ
イト（以下、単にエッジライトとする）」と称すること
とする。

【０００４】液晶ディスプレイ用バックライトにはエッ
ジライト方式が多く用いられており、透光性材料からな
る導光板と、その側面端部に設けられた冷陰極管等から
なる線光源と、導光板の下面と線光源を覆うように配置
された光反射フィルムと、出光面となる導光板の上面に
配置された光拡散フィルムやレンズシートで構成される
導光ユニットが代表的である。

【０００５】光源からの距離に起因する出光量の不均一
を改善するため、導光板の裏面には光拡散インキからな
るドット状のパターンが、光源から離れるにしたがって
大きくなるように印刷されるなどの手法が採用される。
光拡散フィルムは、光を均一に拡散し、導光板の裏面に
印刷されたドット状パターンを見えなくすることを主目
的として配置され、レンズシートは導光板から出射した
光を効率良く液晶パネルの正面方向に集光するために、
光拡散フィルムの上面もしくは光拡散フィルムと導光板
の間に１枚もしくは２枚配される。

【０００６】上記レンズシートとしては、放射光を所望
の角度範囲内で均一等方的に拡散させるために、三角プ
リズム型の単位レンズ部を多数平行に配置したレンズシ
ート（プリズムシート）が用いられており、ＢＥＦ（Br
ightness Enhancement Film：商品名住友３Ｍ製）と
称されている。

【０００７】また、エッジライト方式などにおける他の
導光ユニットとして、光ファイバーを用いる各種手法が
公知である。光ファイバーを用いる利点としては、光源
からの照明光を、照明対象まで損失を少なく伝送可能で
ある点や、光源から照明対象に至る光路を曲げることも
可能であるため、導光ユニットの構成上の自由度が向上
することにある。光ファイバーを用いた導光ユニットが
記載された文献を以下に例示する。

【０００８】特開平６−222362 液晶表示装置を背後から照明する照明装置において、微
小収束レンズアレーと各微小収束レンズの焦点に配置さ
れた微小２次光源とからなり、ほぼ平行な光を照射する
ことを特徴とする液晶表示装置用照明装置。

【０００９】特開平９−252825 赤緑青三原色に対応する画素が設けられたＬＣＤパネル
と、前記ＬＣＤパネルを背面からの透過光で照明するバ
ックライト光源ユニットと、前記ＬＣＤパネルの前記画
素に対し夫々の画素が対応する原色のみが透過するもの
とする波長選択手段とが設けられて成るフルカラーＬＣ
Ｄ表示装置において、前記バックライト光源ユニットは
発光面が前記ＬＣＤパネルの前記画素に対応して赤緑青
の発光ブロックに分割されて前記波長選択手段とされて
いることを特徴とするフルカラーＬＣＤ表示装置。

【００１０】特開平10−288782 カラーディスプレイ用光ファイバーバックライトモジュ
ールであって、光源と、前記光源に接続されて並行に配
列され、前記光源からの放射光を伝送し、側面から光を
放射して第一層の光ファイバーを形成する複数の側面放
射光ファイバーと、前記側面放射光ファイバーが隣接す
る間に設けられた複数のコラム隔離部品とを有すること
を特徴とするカラーディスプレイ用光ファイバーバッツ
クライトモジュール。

【００１１】特開2000−231816 少なくとも１つのＬＥＤと、出射端をほぼ直線状に配す
ると共に入射端を前記ＬＥＤに対向するように配した複
数の光ファイバーと、前記ＬＥＤと前記光ファイバーの
入射端を光学的に連結する光連結手段とを有することを
特徴とする光源装置。

【００１２】上記で例示した何れの導光ユニットにおい
ても、導光体としての光ファイバーは、一端から光線を
入射させ、他端から照明対象に向けて照明光を出射する
構成となっている。上記構成の場合、表示画面全体を照
明するには、画面サイズが大きくなるほど、多数本の光
ファイバーを要することになり、導光ユニットのコスト
アップを招くだけでなく、入射側から射出側までのファ
イバー長さおよび多数本のファイバー束に応じて、導光
ユニットが大がかりな構造となり、表示装置全体の厚さ
・重量などの増大に及ぼす影響は大きい。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、光源からの
照明光を、照明対象まで損失を少なく伝送可能な導光体
を用い、光源から照明対象に至る光路を自在に形成する
ことが可能で、導光ユニットの構成上の自由度が向上す
るだけでなく、構造がコンパクトな導光ユニットを提供
することを主な目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によるディスプレ
イ照明装置は、線状の導光体を、表示画面とほぼ平行な
基材表面でパターニングして配置した構成の導光シート
と、照明光源とを備え、前記導光体の端部から入射した
光が前記導光体の複数箇所で照明対象に向って照明光と
して射出することを特徴とする。

【００１５】上記ディスプレイ照明装置における導光シ
ートで、導光体が配置されるパターンとしては、（１）１本の導光体が、基材表面でほぼ全面に渡って往
復を繰り返してなる構成。（２）１本の導光体が、基材
表面でほぼ全面に渡って旋回を繰り返してなる構成。
（３）導光体が複数箇所で分岐することにより、基材表
面でほぼ全面に延び渡っている構成。（４）同一基材の
表面で、上記（１）〜（３）に記載される少なくとも１
種類のパターンを組み合わせてなる構成。などが採用さ
れる。

【００１６】また、異なる基材表面に、それぞれ導光体
をパターニングして配置した別々の導光シートを複数枚
重ね合わせることにより、１枚の導光シートとしても良
い。

【００１７】照明光の射出箇所は、表示画面内で均等な
間隔で配置されていることが、画面内での均一な輝度で
の照明の上で好ましい。

【００１８】また、平板状の基材表面に導光体を配置す
るにあたって、基材表面近傍に埋め込んだ状態でパター
ン状に配置しても良い。

【００１９】導光体を構成する材料としては、基材より
も屈折率の大きい放射線硬化型樹脂の硬化物を用いても
良い。

【００２０】また、ディスプレイ照明装置の使用形態と
しては、照明光源は、複数本の導光体それぞれの端部か
ら、導光体に応じて異なる表示色を規定する選択的な波
長幅の光を入射して伝送する構成としても良い。表示色
を規定する選択的な波長幅の光としては、Ｒ，Ｇ，Ｂの
３原色が一般的である。

【００２１】上記のディスプレイ照明装置を搭載してな
る表示装置としては、照明光の出射箇所は、画素単位で
選択的に透過／非透過を規定することにより、表示パタ
ーンが決定される表示画面の画素と対応した構成である
ことが好適であり、前記表示画面としては、ＬＣＤが一
般的である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
により詳細に説明する。＜実施形態１＞図１は、本発明によるディスプレイ照明
装置10の一実施形態に係る概略を示す説明図である。導
光シート11は、基材２の表面で導光体３をパターニング
して配置した構成であり、照明光源１からの光線が、前
記導光体３の端部から入射して伝送される際に、前記導
光体３の複数箇所の射出口４から出射して、表示画面に
向って照明光となるように機能する。

【００２３】同図に示される本実施形態における導光体
３が形成されるパターンとしては、１本の導光体３が、
基材２の表面でほぼ全面に渡って往復を繰り返してなる
構成であり、射出口４を図示のように配置することによ
って、表示画面（図示せず）の全面に渡って均一に照明
光が照射されることになる。

【００２４】図２は、基材２の表面に導光体３を形成す
る状態を拡大して示す説明図であり、平坦な基材２の表
面に導光体３を形成する場合をａ）に、導光体３が形成
される箇所の基材２の表面を溝状に加工して、その溝部
に導光体３を埋め込んだ状態で形成する場合をｂ）に示
す。

【００２５】基材２と導光体３は、共に透光性がある場
合には、両者の界面で全反射を繰り返しながら光が伝送
する上では、屈折率の異なる材質である必要があり、一
般に導光体３の屈折率が大きい方が好ましい。射出口４
以外からの導光体３内部での伝送される光の損失を防ぐ
ために、射出口４以外の部分を光反射性の高い物質で被
覆するなどの手法も、適宜採用される。この場合は、基
材２と導光体３の屈折率に差異は必要ない。

【００２６】導光体３に要求される特性として、（１）光源からの入射光が損失少なく伝送される。（２）各射出口４で、所望の光線（光量，波長，方向な
ど）が適切に出射する。（３）結果として、表示画面全面での照明光の輝度分布
が均一になる。などが挙げられる。

【００２７】導光体３によるパターンの形成手段の例と
しては、基材２の表面に、フォトレジストなどによる感
光性樹脂層を全面に形成し、所望パターン状に感光性樹
脂層をパターニングするフォトリソ法による手法や、元
々ファイバー形状の導光体３を基材表面にパターン状に
張り巡らす手法などが考えられる。樹脂によるパターン
形成の別手法として、基材表面に、予めパターンに対応
する溝部を形成しておき、前記溝部にのみ導光体３とな
る樹脂を埋め込む手法も考えられる。導光体３の断面形
状は、同図に示すように矩形に限られるものではない。

【００２８】図３は、導光体３中を伝送する光線と、射
出口４にあたる導光体３の側面から射出する光線などの
光路を示す説明図である。導光体３の一端（同図左側）
から入射する光線が、他端（同図右側）に向って伝播す
る過程で、光線は、導光体３中で周囲との界面で反射
（主に、全反射）を繰り返しながら進行する。

【００２９】この際、導光体３が均質ならば、導光体３
の一端からの入射光線は、殆ど損失することなく他端か
ら射出するが、本発明では、導光体３の複数箇所に射出
口４を形成するため、射出口４にあたる導光体３の一部
から照明光５を射出しながら伝送していく。射出口４
は、導光体３中に不均質な箇所があると、その部分での
全反射が生じず、導光体３内部から漏れ、表示画面へと
射出するように機能する。射出しなかった成分の光は、
その後も導光体３内を伝送し続ける。

【００３０】導光体３内部から射出光を生じさせるため
の不均質な部分の形態としては、１）その部分のサイズ（幅・厚さなど）を変更する。２）その部分の屈折率を変更する。３）その部分に微細凹凸などの機械的な加工を施し、前
記凹凸に応じた光散乱や回折が生じるようにする。などが考えられる。

【００３１】上記パターンでは、入射光線が損失なく導
光体３の入射端から他端に至るまで伝送するためには、
往復を繰り返すためのコーナーにおいて、表示のための
照明光とはならない光が導光体３内から射出しない構
成，および伝送される光が逆に戻らない構成である必要
があり、前記コーナー部分での導光体３に光が漏洩しな
いための反射処理などが施される必要がある。

【００３２】＜実施形態２＞図４は、本発明によるディ
スプレイ照明装置10の第２の実施形態に係る概略を示す
説明図である。同図では、同一の構成要素については同
一の符号を付しており、それらの機能や形成方法なども
共通であるため、説明は省略するが、実施形態１との相
違は、本実施形態では、１本の導光体３が、基材２表面
でほぼ全面に渡って旋回を繰り返してなる構成である点
にある。同図に示す構成でも、入射光線が損失なく導光
体３の入射端から他端に至るまで伝送するためには、コ
ーナーにおいて、表示のための照明光とはならない光が
導光体３内から射出しない構成，および伝送される光が
逆に戻らない構成である必要がある。

【００３３】＜実施形態３＞図５は、本発明によるディ
スプレイ照明装置10の第３の実施形態に係る概略を示す
説明図である。本実施形態は、図５ａ）に示すように、
導光体３が複数箇所で分岐することにより、基材２表面
でほぼ全面に延び渡っている構成である点が特徴であ
る。同図に示す構成でも、入射光線が損失なく導光体３
の入射端から分岐されたそれぞれの終端に至るまで伝送
するためには、コーナーにおいて、表示のための照明光
とはならない光が導光体３内から射出しない構成，およ
び伝送される光が逆に戻らない構成である必要がある。

【００３４】＜実施形態４＞本実施形態（第４の実施形
態）は、図５ｂ）に示すように、導光体３のパターン
が、図５ａ）のような櫛歯状で多数の端部（非入射側）
を有する構成ではなく、開放された端部を持たない構成
である点が特徴である。同図に示すように、導光体３の
パターンの一端からだけでなく、表示画面内で最も遠い
位置にある他端からも光線を入射させて、表示画面内で
の照明光による輝度の分布の均一化を図ることも、好適
な改良である。

【００３５】＜実施形態５＞本実施形態（第５の実施形
態）は、図６に示すように、実施形態３に記載されるよ
うな１本の導光体が櫛歯状に分岐してなる構成の導光体
パターンが、同一基材２の表面で２種類組み合わせてな
る（３ａと３ｂ）構成のパターンを有する場合に係る説
明である。それぞれの導光体パターン３ａと３ｂには、
射出口４ａ，４ｂがそれぞれ複数箇所に形成される。

【００３６】同一基材２の表面で複数種類の導光体パタ
ーンを組み合わせる手法は、本実施形態のように、実施
形態３に記載されるような１本の導光体が分岐してなる
構成のパターン同士に限らず、実施形態１，２，３から
選択される少なくとも１種類のパターンが２種類以上組
み合わせてなる構成（１−１，１−２，１−３，２−
２，２−３など。１−１−２，１−１−３，１−２−３
など３種類の組み合わせも可能。）であっても良い。

【００３７】本実施形態によれば、ディスプレイ照明装
置の使用形態としては、照明光源は、複数本の導光体そ
れぞれの端部から、導光体に応じて異なる表示色を規定
する選択的な波長幅の光を入射して伝送する構成とする
ことが可能となる。例えば、図６の場合、パターン３ａ
の始端から、赤に対応する波長の光線を発する光源１ａ
により赤色の光線を入射させ、射出口４ａから赤色の照
明光を射出させ、図示しない表示画面における射出口４
ａに対応する画素は、フルカラー画像のうち赤を表示す
る画素が配置された構成とし、パターン３ｂの始端から
は、別な色（青または緑）に対応する波長の光線を伝送
させるような使用形態である。導光パターンが３種類存
在し、それぞれからの射出口が、表示画面の３原色を表
す画素と対応していると、フルカラー画像の表示の上
で、カラーフィルターを必要としない画期的なディスプ
レイが実現される。（図７参照）

【００３８】＜実施形態６＞本実施形態（第６の実施形
態）は、図８ａ）に示すように、実施形態１に記載され
るような１本の導光体が往復を繰り返してなる構成の導
光体パターンを、異なる基材表面にそれぞれ配置した別
々の導光シート11，12とを重ね合わせることにより、１
枚の導光シートとした場合に係る説明である。このよう
に、複数枚の導光シートを積層することで、１枚の基材
だけでは導光体パターンの形成密度（さらには、射出口
４の配置密度）を高くする上で困難であっても、別々の
基材に配置した導光体パターン（および射出口４）を重
ね合わせることで、高密度化への対応が容易になる。図
８ｂ）に例示するように、導光シート11上の導光体パタ
ーン３ａ，射出口４ａ（矩形）と、導光シート12上の導
光体パターン３ｂ，射出口４ｂ（十字形）とを組み合わ
せてなる照明装置が１枚の表示画面に対応し、例えば、
４ａは赤，４ｂは青の画素に対応させるなど、異なる色
の照明光を対応する画素に照明する用途に用いる上でも
好適である。本実施形態において、導光シートを２枚で
なく、それぞれが赤，緑，青に対応する３枚の導光シー
トを重ね合わせることが、フルカラーの画像表示の上で
好ましい。

【００３９】上記何れかの実施形態に基づく導光シート
を有する照明装置を、液晶表示装置の照明ユニットに適
用する様子を、図９に概念的に示す。図９ａ）に示すよ
うに、照明装置の導光シート11を、液晶表示素子（液晶
パネル）30の背面に配置する。この際、導光シート11か
らの照明光の射出箇所（射出口４）と、液晶パネル30の
画素とを、両者の数が等しい場合には１：１で、後者の
数が多い場合には１：ｎで均等に対応するように配置す
ることが望ましい。

【００４０】図９ｂ）は、液晶パネル30の画素33（矩
形）と導光シート1の射出口４（十字形）との対応関係
を示す平面図である。同図では、ＬＣＤの画素配列がマ
トリクス配列された場合を例示したが、図10に示すよう
に、ａ）ストライプ状ｂ）マトリクス状ｃ）デルタ状などの各種形態がある。

【００４１】画素それぞれが、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色に対
応する画素に分割され、フルカラー画像を表示する場合
には、上記ａ）のストライプ・パターンは、３原色それ
ぞれに対応した色の配列であり、各色に対応する波長の
照明をストライプ単位で行ない、１本のストライプ内に
配置された複数の画素を同じ色で表示する。

【００４２】図９では、ディスプレイとしてＬＣＤを例
示したが、それに限られるものではなく、画素単位で選
択的に透過／非透過を規定することにより、表示パター
ンが決定される透過型画像表示素子については、本発明
による照明装置が適用できる。

【００４３】

【発明の効果】本発明により、光源からの照明光を、照
明対象まで損失を少なく伝送することや、光源から照明
対象に至る光路を自在に形成することが可能であるだけ
でなく、導光ユニットの構成上の自由度が向上し、構造
がコンパクトで表示装置のコストアップを招くことがな
い導光ユニットが提供される。また、表示画面の画素に
合わせて照明光を射出させることができるため、光源か
らの光の利用効率が高く、輝度の高い表示が可能とな
る。さらに、本発明による照明装置は、導光体毎にそれ
から出射する光を、選択的に（赤，緑，青の３原色のよ
うに）使い分けることにより、フルカラー画像表示用に
適した構成に応用することも可能であり、カラーフィル
ターを必要としない新規な構成のフルカラー・ディスプ
レイの実現にもつながる。

【００４４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるディスプレイ照明装置10の一実施
形態に係る概略を示す説明図。

【図２】基材２の表面に導光体３を形成する状態を拡大
して示す説明図。

【図３】導光体３中を伝送する光線と、射出口４にあた
る導光体３の一部から射出する光線などの光路を示す説
明図。

【図４】本発明によるディスプレイ照明装置10の第２の
実施形態に係る概略を示す説明図。

【図５】本発明によるディスプレイ照明装置10の第３，
第４の実施形態に係る概略を示す説明図。

【図６】本発明によるディスプレイ照明装置10の第５の
実施形態に係る概略を示す説明図。

【図７】本発明によるディスプレイ照明装置10の第５の
実施形態を、３原色の組み合わせによるフルカラー画像
の表示用ディスプレイに適用する状態の一例を示す説明
図。

【図８】本発明によるディスプレイ照明装置10の第６の
実施形態に係る概略を示す説明図。

【図９】本発明による導光シートを有する照明装置を、
液晶表示装置の照明ユニットに適用する様子を概念的に
示す説明図。

【図１０】液晶パネルにおける画素配列の各種形態を示
す説明図。

【符号の説明】

１…照明光源２…基材３…導光体３ａ，３ｂ…導光体パターン４…射出口 10…ディスプレイ照明装置 11，12…導光シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H038 AA42 AA43 AA54 AA55 BA42 CA33 2H047 KA03 KA12 PA22 PA24 QA05 2H091 FA23Z FA24Z FA41Z FB02 FC18 FD04 FD06 FD24 GA02 LA11 LA30 2H093 NA62 NC42 ND17 NE06 5C096 AA22 BA02 BC20 CA06 CD02 CJ13 FA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】線状の導光体を、表示画面とほぼ平行な基
材表面でパターニングして配置した構成の導光シート
と、照明光源とを備え、前記導光体の端部から入射した光が前記導光体の複数箇
所で照明対象に向って照明光として射出することを特徴
とするディスプレイ照明装置。
【請求項２】導光体が配置されるパターンとして、１本
の導光体が、前記基材表面でほぼ全面に渡って往復を繰
り返してなる構成であることを特徴とする請求項１記載
のディスプレイ照明装置に用いられる導光シート。
【請求項３】導光体が配置されるパターンとして、１本
の導光体が、前記基材表面でほぼ全面に渡って旋回を繰
り返してなる構成であることを特徴とする請求項１記載
のディスプレイ照明装置に用いられる導光シート。
【請求項４】導光体が配置されるパターンとして、導光
体が複数箇所で分岐することにより、基材表面でほぼ全
面に延び渡っている構成であることを特徴とする請求項
１記載のディスプレイ照明装置に用いられる導光シー
ト。
【請求項５】導光体が配置されるパターンとして、複数
本の導光体により、請求項２，３，４に記載される少な
くとも１種類のパターンを組み合わせてなる構成である
ことを特徴とする導光シート。
【請求項６】異なる基材表面に、それぞれ導光体をパタ
ーニングして配置した構成の請求項２〜５の何れかに記
載の導光シートを、複数枚重ね合わせて用いることを特
徴とする導光シート。
【請求項７】照明光の射出箇所は、表示画面内で均等な
間隔で配置されていることを特徴とする請求項２〜６の
何れかに記載の導光シート。
【請求項８】導光体を、平板状の基材表面に埋め込んだ
状態でパターン状に配置した構成であることを特徴とす
る請求項２〜７の何れかに記載の導光シート。
【請求項９】導光体は、基材よりも屈折率の大きい放射
線硬化型樹脂の硬化物からなることを特徴とする請求項
２〜８の何れかに記載の導光シート。
【請求項１０】照明光源は、複数本の導光体それぞれの
端部から、導光体に応じて異なる表示色を規定する選択
的な波長幅の光を入射して伝送する構成であることを特
徴とする請求項５または６に記載の導光シートを用いた
ディスプレイ照明装置。
【請求項１１】表示色を規定する選択的な波長幅の光と
して、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色が用いられることを特徴とす
る請求項１０記載のディスプレイ照明装置。
【請求項１２】請求項１，１０，１１の何れかに記載の
ディスプレイ照明装置を搭載してなる表示装置であっ
て、照明光の射出箇所は、画素単位で選択的に透過／非
透過を規定することにより、表示パターンが決定される
表示画面の画素と対応した構成であることを特徴とする
表示装置。
【請求項１３】前記表示画面は、ＬＣＤである請求項１
２記載の表示装置。