JP2005322524A

JP2005322524A - 直下型用発光面部材及び直下型面発光装置

Info

Publication number: JP2005322524A
Application number: JP2004140030A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Haniyu; 篤史羽生
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2005-11-17
Also published as: KR20050107732A; KR100686249B1; TW200537054A; TWI290203B; CN1696800A

Abstract

【課題】ランプイメージの発生を抑制しつつ、発光面における輝度を高めることができる直下型用発光面部材を提供する。
【解決手段】本発明の直下型用発光面部材２０は、平面体部２１と、受光面部２２と、発光面部２３とを有する。そして、平面体部２１を無色透明な材料により形成するようにした。また、発光面部２３に傾斜面（非水平面）２５ａ、２５ｂを有する凸条を複数形成するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置のバックライト、シャウカステンなどの、背後（直下）に光源が配置されて用いられる直下型用発光面部材及びそれを用いた直下型面発光装置に関する。

従来から、面発光装置としては、発光面部材の背後（直下）に光源を配した構成を基本とする直下型と、導光板の側方（端面）に光源を配した構成を基本とするサイドライト型とが知られている。
サイドライト型面発光装置は、上記構成を採用することにより、薄型化が容易であるという利点を有しているが、その構成上、多数の光源を配するのが難しく、また光の利用効率が低くなりやすいことから、直下型に比べて、高輝度を得にくいという欠点を有している。このため、導光板を透過して出射する光を発光面と垂直な方向に集光させるプリズムシートなどのレンズシートを１枚あるいは複数枚用い、光の利用効率を高めて輝度を高めることがよく行われている。

一方、直下型面発光装置は、上記構成を採用することにより、光の利用効率が高く、また多数の光源を配することができることから、サイドライト型に比べて、容易に高輝度を得やすいという利点を有している。また、直下型面発光装置は、その内部空間が中空構造になっているため、大型化しても軽量であるという利点も有している。このため、１５インチを超える大型の面発光装置として好適に用いられるようになっている。

ところが、直下型面発光装置においては、発光面部材の背後（直下）に光源が配置され、当該光源からの光が発光面部材を透過してその表面（発光面）から出射するために、発光面における輝度分布の均一化の阻害要因の一つであるランプイメージ（光源の形状が拡散板上の光の強弱となって表れたもの）を発生しやすいという特有の問題がある。かかる問題に対処すべく、発光面部材として、例えば透明なアクリルやポリカーボネートなどの樹脂母材に拡散剤を混ぜて分散させてなる、全体が均一な乳白色をした拡散板が市販され、汎用されている。この拡散板は、樹脂母材中に分散させた拡散剤によって光透過率と光拡散性とを制御し、透過光を拡散板内部で制御することにより、発光面における輝度分布の均一化を図ろうとしている。

しかし、上記拡散板を備えた直下型面発光装置では、最近のさらなる高輝度化要求に応え難くなってきている。なぜなら、樹脂母材中に拡散剤を分散させた拡散板は、その内部の拡散剤の存在によって、光が多く吸収されてしまったり、発光面に向かう光が減少してしまったりして、どうしても拡散板のところで光の損失が生じてしまうからである。かかる光の損失を減少させるべく、拡散板中の拡散剤の含有量を減らすことも考えられるが、拡散剤を減らすと、ランプイメージが発生しやすくなり、発光面における輝度分布の均一化を図るのが難しくなる。
そこで、発光面における輝度分布の均一性を確保しつつ、高輝度化を実現することができる技術の開発が進められており、例えば全体が均一な乳白色の拡散板の一面（発光面）にプリズム溝を形成する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−２０２８１４号公報（第３頁）

しかしながら、上記特許文献１の技術では、拡散板自体が光拡散機能を有しているため、プリズム溝を形成しても、その効果が小さいという欠点がある。このため、発光面における輝度を充分に高めるためには、別体のレンズシートなどの光学シートを例えば複数枚さらに拡散板上に載置する必要があった。ところが、この場合には、部品点数が増加するために製造工程が複雑になってコスト高を招来したり、光学シートと拡散板との間や各光学シート間に異物が混入したりするなど、新たな問題が発生する。このため、樹脂母材に拡散剤を混ぜて分散させた拡散板とは異なる新たな発光面部材の開発が嘱望されていた。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、ランプイメージの発生を抑制しつつ、発光面における輝度を高めることができる直下型用発光面部材及びそれを用いた直下型面発光装置の提供をその目的とする。

本発明の直下型用面発光部材は、平面体部と、この平面体部の片面側に形成された受光面部と、前記平面体部の他面側に形成された発光面部とを有し、前記受光面部の直下に配置された光源の光を受光面部より受光し、前記平面体部を透過した光を前記発光面部より発光する直下型用発光面部材であって、前記平面体部は、無色透明な材料により形成されてなり、かつ、前記発光面部は、傾斜面及び曲面のうちの少なくとも一方の非水平面を有する凸条が複数形成されてなることを特徴としている。

上記の構成によれば、傾斜面及び曲面のうちの少なくとも一方の非水平面を有する凸条が複数形成された発光面部によって無色透明な平面体部を透過した光が屈折することになるので、受光面部の直下に配置された光源に起因する像（イメージ）を複数に分解することができる。また、従来のように拡散剤が分散された乳白色の拡散板とは異なり、無色透明な平面体部を有していることから、光透過率が高く、受光面部で受光した光を大きく損なうことなく、発光面部から発光させることができる。

また、上記直下型用発光面部材において、前記発光面部における複数の凸条が、並列して形成されているのが好ましい。この場合、発光面部における輝度分布の均一化を図ることができる。

さらに、上記直下型用発光面部材において、前記受光面部が光拡散部に形成されているのが好ましい。この場合、受光した光を拡散（散乱）させることができるとともに、その拡散させた光を発光面部で複数に分解することができることから、ランプイメージをより抑制しやすく、発光面部における輝度分布の均一化を図ることができる。また、受光面部のみを光拡散部に形成していることから、従来の拡散板のように、発光面部におけるランプイメージの発生抑制効果が小さいといったこともなくなる。

本発明の直下型面発光装置は、上記直下型用発光面部材と、前記直下型用発光面部材の背後に配置された光源と、を備えたことを特徴としている。
上記の構成によれば、ランプイメージの発生を抑制しつつ、発光面部における輝度を高めることができる直下型用発光面部材を備えているので、発光品位が良好な直下型面発光装置となる。

また、上記直下型面発光装置において、前記光源が線状光源であり、この線状光源の長手方向と、前記直下型用発光面部材の発光面部における凸条の稜線方向とが略同一であるのが好ましい。この場合、特にランプイメージの発生をより効果的に抑制することができる。

また、上記直下型面発光装置において、前記直下型用発光面部材の発光面部側に、片面に複数の凸条が並列して形成されたレンズシートをさらに備え、前記レンズシートは、その凸条の稜線方向と前記直下型用発光面部材の発光面部における凸条の稜線方向との間でなす角度θが４５°以上９０°以下となるように配置されているのが好ましい。この場合、より効果的に、ランプイメージの発生を抑制しつつ、発光面部における輝度を高めることができるので、発光品位がより良好な直下型面発光装置となる。

本発明によれば、無色透明な材料により形成された平面体部と、特定の凸条が複数形成された発光面部とを備えているので、ランプイメージの発生を抑制しつつ、発光面部における輝度を高めた直下型用発光面部材を提供することができる。また、この直下型用発光面部材を用いるので、発光品位が良好な直下型面発光装置を提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の直下型面発光装置の一実施形態に係る直下型バックライトの構造の概略を示す断面図である。本実施形態に係る直下型バックライト１０は、例えば液晶表示装置の背面側に配置されて用いられ、一面が開口した下フレーム１２と、前記開口を塞ぐように配置される直下型用発光面部材（以下単に「発光面部材」という）２０と、前記発光面部材２０の背後（直下）に配置される光源１３と、前記発光面部材２０の上方に配置されるプリズムシート３０と、前記発光面部材２０の上方に配置され下フレーム１２に被せる上フレーム（図示せず）とを備えて構成されている。そして、下フレーム１２と図示しない上フレームとにより直下型バックライトの筺体が構成されている。

下フレーム１２は、各種の金属材料や樹脂材料により形成されており、矩形状の底面と、底面から開口側へ当該開口が広がるように傾斜して延設された側面（上下側面、左右側面）とを有し、一面（図１の上面）が大きく開口した形状に形成されている。各側面や底面は、白色系拡散反射シートや金属光沢反射シートなどの反射シートが敷設されたり、白色塗装などが施されたりして、拡散反射面または正反射面に形成されており、光源１３からの光を有効に利用できるように形成されている。但し、正反射面の場合は一般にランプイメージが発生しやすいことから、拡散反射面に形成するのが好ましい。
一方、上フレームは、例えば下フレーム１２と同種の形成材料により形成されており、外部に光を出射する窓部を有する上面と、この上面から開口側へ延設された側面（上下側面、左右側面）とを有し、当該開口より前記下フレーム１２に被せることが可能な形状に形成されている。

図２も参照して、光源１３は、例えば直径が数ｍｍ程度の細長い冷陰極管タイプの蛍光ランプなどの線状光源１３ａが複数本（例えば１２本）、ポリカーボネートなどの白色樹脂製のランプ支持台（図示せず）により支持されて構成され、下フレーム１２内に収容されている。各線状光源１３ａは、発光面部材２０の背後（直下）に一定のピッチ（各線状光源１３ａ間の距離）Ｌで並列配置されている。ここで、ピッチＬは直下型バックライト１０の大きさなどに応じて適宜に決定されるが、例えば１５インチの場合、１５ｍｍ以上３５ｍｍ以下に設定される。なお、光源１３には、図示しないインバータなどの公知の電気部品が接続されており、点灯・消灯が行えるように構成されている。

発光面部材２０は、平面体部２１と、この平面体部２１の片面側（光源１３側）に一体的に形成された受光面部２２と、前記平面体部２１の他面側に一体的に形成された発光面部２３とを有している。そして、発光面部材２０の厚みは、下フレーム１２の開口に配置した際に撓まない程度の剛性を確保すべく、１．５ｍｍ以上に設定されているのが好ましく、特に好ましくは２．０ｍｍ以上である。但し、厚すぎると重量アップやコスト高を招来するおそれがあるため、３．０ｍｍ以下に設定されているのが好ましい。

そして、平面体部２１は、透明樹脂（アクリル樹脂など）又はガラスなどの各種の無色透明な材料によって無色透明な平板状に形成されている。この平面体部２１は、透過光を拡散（散乱）させるための拡散剤を含んでおらず、従来の拡散板とは異なり、光透過率がかなり高い。具体的には、平面体部２１自体の光透過率は８０％以上、より好ましくは９５％以上である。

また、発光面部２３は、平面体部２１に対して所定角度（例えば６０°）で傾斜した傾斜面（非水平面）２５ａ，２５ｂを有する断面三角形状の凸条２５が、複数本、その傾斜面２５ａと傾斜面２５ｂとにより形成される稜線２５ｃが平行となるよう並列して形成され、レンズ面（プリズム面）を構成している。各凸条２５の高さは、３０μｍ以下に設定されており、発光面部２３の厚みは平面体部２１の厚みに比べてかなり小さい。なお、本明細書における各図面では、凸条２５を強調するために拡大して示している。

発光面部２３における凸条２５のピッチ（各凸条２５の稜線２５ｃ間の距離）Ｐ１は、５００μｍ以下に設定されているのが好ましく、より好ましくは１００μｍ以下である。なぜなら、線状光源１３ａの像は傾斜面２５ａ、２５ｂにより光を屈折させて異なる方向に出射することにより分解させるが、ピッチＰ１が大きすぎると線状光源１３ａの像を多くに分解させることできなかったり、発光面部２３ａの法線方向（正面方向）以外の方向に多くの光を出射させてしまったりするおそれがあるからである。また、ピッチＰ１が、あまりに大きいと凸条のスジが目立って発光品位が悪くなるおそれがあるからである。
発光面部２３における各凸条２５は、その稜線２５ｃの方向と線状光源１３ａの長手方向とが略同一となるように形成されている。これにより、線状光源１３ａの像が発光面部２３上のいずれの地点においても同じように分解されるため、発光面部２３における輝度分布の均一化に寄与することとなる。

上記のような発光面部２３は、例えばインジェクション成型等により平面体部２１に一体的に形成したり、ＵＶ硬化樹脂などで作製した凹凸層（レンズ層）を平面体部２１に貼り合わせたり、公知のレンズシート（プリズムシート）を透明な粘着剤を用いて平面体部２１に貼り合わせたりすることにより形成することができる。
なお、発光面部２３における凸条２５は、上記のような断面三角形状に限らず、傾斜面４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを有する断面五角形状（図３参照）などの断面多角形状の凸条であってもよいし、所定の曲率半径に設定された曲面４２を有する断面半円形状（レンチキュラー、図４参照）の凸条であってもよい。断面五角形状や断面半円形状であれば、線状光源１３ａの像がより多く分解するため、より一層、ランプイメージの発生を抑制することができ、発光面における輝度の均一化に寄与することとなる。すなわち、本発明においては、発光面部２３は、傾斜面及び曲面のうちの少なくとも一方の非水平面（平面体部２１に対して平行でない面）を有する凸条２５が複数形成されて構成される。

また、受光面部２２は、図５に示すように、耐光性に優れたベンゾフェノン系やベンゾエート系等の紫外線吸収剤を含有させた透明ベース層２７にビーズなどの拡散剤２８が分散された薄い拡散ビーズ層（光拡散部）に形成されており、拡散剤２８によって受光面部２２で受光した光を拡散（散乱）できるよう構成されている。拡散剤２８は、発光面部材２０全体のヘーズ値（曇価）が７０％以上、より好ましくは８５％以上となるように透明ベース層２７に分散させる。ヘーズ値が小さいと拡散剤２８の含有量が少なすぎて、受光面部２２において拡散効果を充分に得られないおそれがあるからである。また、受光面部２２の厚みは、光拡散効果を得るべく、１．０μｍ以上に設定されていることが好ましい。但し、あまりに厚すぎると、従来の拡散板と同様、発光面部２３の凸条２５によるランプイメージの発生抑制効果を充分に得ることができないおそれがあることから、５．０μｍ以下に設定するのが好ましい。

図６を参照して、レンズシート（プリズムシート）３０は、傾斜面３５ａ、３５ｂを有する断面三角形状の凸条３５が複数本、所定のピッチＰ２（例えば１００μｍ程度）で並列形成されて構成されており、前記発光面部材２０の発光面部２３上に配置されている。詳細には、発光面部材２０の発光面部２３における凸条２５の稜線２５ｃ方向とレンズシート３０の凸条３５の稜線３５ｃ方向との間でなす角度θが４５°以上９０°以下の範囲内となるように載置されている。ここで、角度θが上記範囲内となるようにしたのは、以下の理由による。すなわち、角度θが大きくなればなるほど、輝度が高くなり、９０°で最大となる。ところが、上記発光面部材２０は、正面方向（発光面部材２０の法線方向）におけるランプイメージが良好であっても、斜め方向から発光面部材２０を眺めたとき、ランプイメージが悪くなるということがある。これは、発光面部材２０の発光面部２１における凸条２５の稜線２５ｃ方向が線状光源１３ａの長手方向と同じ方向であるため、斜め方向から眺めた場合には、線状光源１３ａの像が分解されていないように視認されうるからである。よって、レンズシート３０の凸条３５の稜線３５ｃ方向を線状光源１３ａの長手方向及び発光面部２３の凸条２５の稜線２５ｃ方向に対し所定の角度で傾けるようにすると、視野角を制限することができ、結果的に、線状光源１３ａのランプイメージをより改善することができる。そして、このようなランプイメージの改善効果は、角度θが４５°のとき最大となる。このようなことから、レンズシート３０は、輝度向上効果とランプイメージ改善効果とを考慮して、角度θを４５°以上９０°以下の範囲内の適宜の角度となるように配置するのが好ましい。なお、レンズシート３０を角度θ＝０°で配置すると、モアレ（干渉縞）が発生するため、かかる角度θで配置するのは好ましくない。
ここで、下記の表１に、線状光源１３ａと発光面部材２０とレンズシート３０との相対的な位置関係と、そのときの発光状態とを示す。

上記のように構成された本実施形態に係る直下型バックライト１０では、無色透明な平面体部２１の片面に特定の凸条２５を有する発光面部２３が形成された発光面部材２０が用いられている。このため、背後（直下）に配置された光源１３の光が発光面部材２０の発光面部２３から出射する際に、光源１３に起因する像が複数に分解されることとなる。よって、ランプイメージの発生を有効に抑制することができる。詳細には、従来から、サイドライト型の面発光装置などでは輝度向上シートとしてレンズシートが用いられているが、かかるレンズシートは、正面方向に光を集光して正面方向の輝度を向上させるために用いられており、光源１３に起因する像を複数に分解するためには用いられていなかった。すなわち、従来は、レンズシートに入射する光として、拡散シートなどを用いて均一化された光を想定し、その入射した光をレンズシートで正面方向に集光することにより輝度を高めるように機能しており、光源１３に起因する像を複数に分解させるように機能していなかった。これに対して、本実施形態では、光源１３からの光は、受光面部２２における光拡散部で拡散されてはいるものの、その受光面部２２を透過した光には光源１３に起因する像が残存している。また、受光面部２２が平面体部２１に一体的に形成され、その平面体部２１に発光面部２３が一体的に形成されている。よって、受光面部２２で受光された光が平面体部２２を透過して発光面部２３に入射する際にも光源１３に起因する像が残存しており、かかる像を発光面部２３の特定の凸条で分解させることで、ランプイメージの発生を有効に抑制させている。つまり、本実施形態における発光面部２３は、従来のレンズシートでは機能していなかった光源１３に起因する像を複数に分解する機能を有しており、この機能を発揮させることにより直下型面発光装置に特有の問題であるランプイメージ発生を有効に抑制することができる。

また、本実施形態に係る発光面部材２０は、その平面体部２１が無色透明な材料により形成されているため、拡散剤を分散された拡散板に比べて、輝度を高めることができる。さらに、受光面部２２は紫外線吸収剤を含んだ拡散ビーズ層（光拡散部）に形成されているので、耐光性に優れているとともに、光拡散効果によって発光面部２３における輝度分布の均一化を図ることもできる。また、受光面部２２によって拡散させた光を発光面部２３で複数に分解することになるので、ランプイメージをより抑制することができる。また、受光面部２２から発光面部２３までの間に厚みの大きい平面体部２１を存在させているので、受光面部２２の拡散ビーズ層（光拡散部）によって拡散が充分に行われた上で、発光面部２３で光源１３に起因する像を分解することができ、ランプイメージをさらに抑制することができる。また、従来の拡散板では拡散板全体に光を吸収する拡散剤が分散されていたことから光の損失がかなり大きかったが、本実施形態に係る発光面部材２０では薄い拡散ビーズ層（光拡散部）にのみ拡散剤を分散させているので、光の損失が小さくなり、高輝度化を図ることができる。よって、このような発光面部材２０を用いた本実施形態に係る直下型バックライト１０は、発光品位が良好なものとなる。

また、本実施形態に係る直下型バックライト１０では、各種の光学シートを多く用いなくても明るいため、材料費を下げることができ、また光学シート間の異物除去の手間が少なくなって異物混入に起因する不良を抑制することができるという利点がある。さらに、特に大型の直下型バックライトにおいては、光学シートの撓みやカールが発生しやすいという問題があったが、かかる問題も少なくなるという利点もある。さらに、本実施形態に係る直下型バックライト１０において、平面体部２１に無色透明なガラスを用いた場合、光源からの熱による熱膨張や反りが少ないため、光源１３と発光面部材２０との距離を近づけることができ、薄型化を図ることができるという利点もある。また、本実施形態に係る直下型バックライト１０において、受光面部２２が光拡散部に形成され、かつ、下フレーム１２の底面や側面が拡散反射面に形成されている場合には、それぞれの拡散作用が相俟ってランプイメージをより効果的に抑制することができるという利点を有する。

ここで、本発明者が行った検証試験について説明する。この検証試験では、２０インチの直下型バックライト用の発光面部材として、アクリル樹脂製の無色透明な板状体（厚み２ｍｍ）の片面にレンチキュラー（断面半円形状の凸条、高さ＝１００μｍ、ピッチＰ１＝２５０μｍ）を形成するとともに他面に厚み２０μｍの拡散ビーズ層を形成したもの（ヘーズ値８２％）からなる発光面部材（実施例品）と、拡散剤を分散させたアクリル樹脂製の乳白色拡散板（光透過率５３％、厚み２ｍｍ）からなる発光面部材（比較例品）とを準備し、それぞれを直下型バックライトの下フレームの開口部分に配設したうえで、各発光面部側にプリズムシート（ピッチＰ２＝５０μｍ）を載置することで、ランプイメージの発生の有無と輝度とを調べた。その結果、実施例品の発光面部材は、比較例品と同様、ランプイメージを視認することができず、また比較例品の輝度に対し１１８％の輝度であったことが確認された。よって、実施例品の発光面部材は、ランプイメージの発生を抑制しつつ、高輝度化を実現できることが確認された。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、発光面部２３における輝度分布の均一化が強く要求されない場合には、受光面部２２は、光拡散部ではなく、平面体部２１の表面（受光面となる）であってもよい。また、受光面部２２における光拡散部は、ヘーズ値が７０％以上の拡散シートを拡散剤を含有した粘着剤あるいは拡散剤を含有していない粘着剤で貼り合わせるようにして形成するようにしてもよい。また、非常に高い輝度や輝度分布の均一化が要求されない場合には、レンズシート３０を用いなくてもよい。
さらに、発光面部材２０は、必ずしも下フレーム１２と上フレームとの間に挟持されている必要はなく、上フレームの上側に配置されてあってもよい。また、下フレーム１２の底面は平坦である必要はなく、波形の形状であってもよい。
そして、本発明の直下型面発光装置は、液晶表示装置の背面側に用いられる直下型バックライトに限らず、Ｘ線写真を見るためのシャウカステン、背光を要する看板、写真ネガを見るためのもの等として用いることができる。

本発明の一実施形態に係る直下型バックライトを示す断面図である。上下フレームとレンズシートを外した直下型バックライトを示す斜視図である。発光面部における凸条の他の例を示す断面図である。発光面部における凸条のさらに他の例を示す断面図である。図１の破線Ａの拡大図である。上下フレームを外した直下型バックライトを示す斜視図である。

符号の説明

１０直下型バックライト（直下型面発光装置）
１２下フレーム
１３光源
１３ａ線状光源
２０直下型用発光面部材
２１平面体部
２２受光面部
２３発光面部
２５凸条
２５ａ凸条の傾斜面（非水平面）
２５ｂ凸条の傾斜面（非水平面）
２５ｃ凸条の稜線
Ｐ１凸条のピッチ
Ｌ線状光源のピッチ

Claims

平面体部と、この平面体部の片面側に形成された受光面部と、前記平面体部の他面側に形成された発光面部とを有し、前記受光面部の直下に配置された光源の光を受光面部より受光し、前記平面体部を透過した光を前記発光面部より発光する直下型用発光面部材であって、
前記平面体部は、無色透明な材料により形成されてなり、かつ、前記発光面部は、傾斜面及び曲面のうちの少なくとも一方の非水平面を有する凸条が複数形成されてなることを特徴とする直下型用発光面部材。
前記発光面部における複数の凸条が、並列して形成されている請求項１記載の直下型用発光面部材。
前記受光面部が光拡散部に形成されている請求項１または２記載の直下型用発光面部材。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の直下型用発光面部材と、前記直下型用発光面部材の背後に配置された光源と、を備えたことを特徴とする直下型面発光装置。
前記光源が線状光源であり、この線状光源の長手方向と、前記直下型用発光面部材の発光面部における凸条の稜線方向とが略同一である請求項４記載の直下型面発光装置。
前記直下型用発光面部材の発光面部側に、片面に複数の凸条が並列して形成されたレンズシートをさらに備え、前記レンズシートは、その凸条の稜線方向と前記直下型用発光面部材の発光面部における凸条の稜線方向との間でなす角度θが４５°以上９０°以下となるように配置されている請求項５記載の直下型面発光装置。