JP2640578B2 - 液晶用照明装置 - Google Patents
液晶用照明装置Info
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、受光型液晶表示装置の
背面照明（バツクライト）に用いられるエツジライト方
式の照明装置にものである。
背面照明（バツクライト）に用いられるエツジライト方
式の照明装置にものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、液晶表示装置としてのエツジ
ライト方式の照明装置としては、図４の如く、光源１と
して冷陰極管や熱陰極管等のランプを使用し、これを透
光性材料からなる導光体２の両側に配し、導光体２の上
面に照明面の輝度を面全体にわたつて均一化するために
光散乱効果を有する乳白色の合成樹脂板から成る拡散シ
ート３が設けられ、また反射シート４としては鏡面反射
板または光散乱アクリル板等が用いられている。この反
射シート４は光源から発して背面に向かう光を反射させ
て前面に導くことによつて、光の利用効率を向上させる
ために設けたものである。
ライト方式の照明装置としては、図４の如く、光源１と
して冷陰極管や熱陰極管等のランプを使用し、これを透
光性材料からなる導光体２の両側に配し、導光体２の上
面に照明面の輝度を面全体にわたつて均一化するために
光散乱効果を有する乳白色の合成樹脂板から成る拡散シ
ート３が設けられ、また反射シート４としては鏡面反射
板または光散乱アクリル板等が用いられている。この反
射シート４は光源から発して背面に向かう光を反射させ
て前面に導くことによつて、光の利用効率を向上させる
ために設けたものである。
【０００３】特に、カラーＬＣＤパネルの分野において
は、液晶の光学的異性を利用して偏光板を重ね合わせる
ことが不可欠であり、そのため、照射光の５０％程度は
カツトされてしまい、より高輝度なバツクライトシステ
ムが要求され、光の利用効率を向上させることが重要と
なる。
は、液晶の光学的異性を利用して偏光板を重ね合わせる
ことが不可欠であり、そのため、照射光の５０％程度は
カツトされてしまい、より高輝度なバツクライトシステ
ムが要求され、光の利用効率を向上させることが重要と
なる。
【０００４】なお、図中、７は光源からの外側への光を
導光体２側へ反射させる光源反射体、Ｘは液晶表示板で
ある。
導光体２側へ反射させる光源反射体、Ｘは液晶表示板で
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の導光体２の左右
両端の光入射端面５より光を入射させるエツジライト方
式の液晶用照明装置では、光線は全反射をくり返しなが
ら導光体２中を伝播する。ここで、導光体２の上面の光
出射面６において、光出射面６の法線ベクトルと光線の
なす角をθ0、導光体２の屈折率をｎ0とすると、 θ0＜sin-1（１／ｎ0） になつた場合に限つて、光は光出射面６から出射される
ことになる。したがつて、 θ0≧sin-1（１／ｎ0） では、導光体２の中で全反射をくり返し、光反射面６で
の光束減少および導光体２の中を伝播する間に、導光体
材料（アクリル系）の吸収係数をαとして、材料吸収を
受けて進行する。すなわち、光出射面に到達するまでの
光路長をＰ、導光体光入射端面でのランプ光束値をＦ0
とすると、 Ｆ＝Ｆ0ｅ-αP（lm） の光束減少を受け、その結果、光の利用効率が低下し、
特にカラーＬＣＤユニツトの分野において高輝度の照明
装置（バツクライト）を実現する上で問題があつた。
両端の光入射端面５より光を入射させるエツジライト方
式の液晶用照明装置では、光線は全反射をくり返しなが
ら導光体２中を伝播する。ここで、導光体２の上面の光
出射面６において、光出射面６の法線ベクトルと光線の
なす角をθ0、導光体２の屈折率をｎ0とすると、 θ0＜sin-1（１／ｎ0） になつた場合に限つて、光は光出射面６から出射される
ことになる。したがつて、 θ0≧sin-1（１／ｎ0） では、導光体２の中で全反射をくり返し、光反射面６で
の光束減少および導光体２の中を伝播する間に、導光体
材料（アクリル系）の吸収係数をαとして、材料吸収を
受けて進行する。すなわち、光出射面に到達するまでの
光路長をＰ、導光体光入射端面でのランプ光束値をＦ0
とすると、 Ｆ＝Ｆ0ｅ-αP（lm） の光束減少を受け、その結果、光の利用効率が低下し、
特にカラーＬＣＤユニツトの分野において高輝度の照明
装置（バツクライト）を実現する上で問題があつた。
【０００６】本発明は、上記課題に鑑み、反射面での光
束減少および導光体中での材料吸収を軽減し、光利用効
率の高い高輝度な照明装置を提供することを目的とす
る。
束減少および導光体中での材料吸収を軽減し、光利用効
率の高い高輝度な照明装置を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明請求項１による課
題解決手段は、図１〜３の如く、液晶表示板Ｘを後方か
ら照明するものであつて、液晶表示板Ｘに平行に配され
る導光体１１と、該導光体１１の端部に配された光源１
２とを備えた液晶用照明装置において、前記導光体１１
は、前記光源１２に対向する光入射端面１３と、前記液
晶表示板Ｘに対向する光出射面１４とを有し、該導光体
１１は、光出射面１４における入射角度θiが臨界角θw
より小となるよう、光入射端面１３から入射した光を屈
折させるための、異なる屈折率を有する複数の屈折層Ｎ
1，Ｎ2，…，Ｎiが、光路に沿つて順次積層されてなる
ものである。
題解決手段は、図１〜３の如く、液晶表示板Ｘを後方か
ら照明するものであつて、液晶表示板Ｘに平行に配され
る導光体１１と、該導光体１１の端部に配された光源１
２とを備えた液晶用照明装置において、前記導光体１１
は、前記光源１２に対向する光入射端面１３と、前記液
晶表示板Ｘに対向する光出射面１４とを有し、該導光体
１１は、光出射面１４における入射角度θiが臨界角θw
より小となるよう、光入射端面１３から入射した光を屈
折させるための、異なる屈折率を有する複数の屈折層Ｎ
1，Ｎ2，…，Ｎiが、光路に沿つて順次積層されてなる
ものである。
【０００８】また、本発明請求項２による課題解決手段
は、請求項１記載の屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiは、光入
射端面１３から導光体１１の中央部にかけて順次屈折率
が低くなるよう積層されたものである。
は、請求項１記載の屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiは、光入
射端面１３から導光体１１の中央部にかけて順次屈折率
が低くなるよう積層されたものである。
【０００９】
【作用】上記請求項１，２による課題解決手段におい
て、光源１２からの光は、導光体１１の光入射端面１３
からその内部へ進入し、その後、導光体１１の光出射面
１４から液晶表示板Ｘの裏面に照射される。
て、光源１２からの光は、導光体１１の光入射端面１３
からその内部へ進入し、その後、導光体１１の光出射面
１４から液晶表示板Ｘの裏面に照射される。
【００１０】このとき、導光体１１を、異なる屈折率を
有する複数の屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiにて積層して構
成しているので、光入射端面１３から入射した光は、各
屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiの境界面にて屈折し、光出射
面１４に到達する際には、臨界角θwより小である入射
角度θiで到達する。これにより、光出射面１４におい
て光が全反射するのを防止し、導光体１１内での光路長
を短縮化する。
有する複数の屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiにて積層して構
成しているので、光入射端面１３から入射した光は、各
屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiの境界面にて屈折し、光出射
面１４に到達する際には、臨界角θwより小である入射
角度θiで到達する。これにより、光出射面１４におい
て光が全反射するのを防止し、導光体１１内での光路長
を短縮化する。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例の液晶用照明装置を
図面に基づいて説明する。
図面に基づいて説明する。
【００１２】図１は本発明の一実施例の液晶用照明装置
を示す断面図、図２は同じくその光路を示す要部拡大断
面図である。
を示す断面図、図２は同じくその光路を示す要部拡大断
面図である。
【００１３】図示の如く、本実施例の液晶用照明装置
は、エツジライト方式にて液晶表示板Ｘを後方から照明
するものであつて、液晶表示板Ｘに平行に配される導光
体１１と、該導光体１１の両端部に配された光源１２
と、導光体１１での後方への光を液晶表示板Ｘ側へ反射
させる反射シート１６と、照明面の輝度を面全体にわた
つて均一化するための拡散シート１７とを備えたもので
ある。
は、エツジライト方式にて液晶表示板Ｘを後方から照明
するものであつて、液晶表示板Ｘに平行に配される導光
体１１と、該導光体１１の両端部に配された光源１２
と、導光体１１での後方への光を液晶表示板Ｘ側へ反射
させる反射シート１６と、照明面の輝度を面全体にわた
つて均一化するための拡散シート１７とを備えたもので
ある。
【００１４】前記導光体１１は、図１，２の如く、各光
源１２に対向する光入射端面１３と、前記液晶表示板Ｘ
に対向する光出射面１４とを有して、厚さ７mmの平板状
に形成されている。該光入射端面１３および光出射面１
４は、互いに垂直に配されている。
源１２に対向する光入射端面１３と、前記液晶表示板Ｘ
に対向する光出射面１４とを有して、厚さ７mmの平板状
に形成されている。該光入射端面１３および光出射面１
４は、互いに垂直に配されている。
【００１５】そして、該導光体１１は、分散型屈折率を
有してなる。すなわち、該導光体１１は、前記光出射面
１４における入射角度θiが臨界角θwより小となるよ
う、前記光入射端面１３から入射した光を屈折させるた
めの異なる屈折率を有する複数の屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，
Ｎiが、光路に沿つて順次積層されてなる。
有してなる。すなわち、該導光体１１は、前記光出射面
１４における入射角度θiが臨界角θwより小となるよ
う、前記光入射端面１３から入射した光を屈折させるた
めの異なる屈折率を有する複数の屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，
Ｎiが、光路に沿つて順次積層されてなる。
【００１６】該各屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiは、互いに
屈折率の異なるアクリル等の透光性樹脂を用いて射出成
形されている。該屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiの各屈折率
ｎ1，ｎ2，…，ｎiは、導光体１１の光入射端面１３か
ら中央部にかけて順次低くなるよう設定されている。
屈折率の異なるアクリル等の透光性樹脂を用いて射出成
形されている。該屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiの各屈折率
ｎ1，ｎ2，…，ｎiは、導光体１１の光入射端面１３か
ら中央部にかけて順次低くなるよう設定されている。
【００１７】該各屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiの層幅寸法
は、光出射面１４での光量を均一に調整するよう、光入
射端面１３から中央部にかけて順次大とされている。
は、光出射面１４での光量を均一に調整するよう、光入
射端面１３から中央部にかけて順次大とされている。
【００１８】また、隣合う屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎi同
士の境界面は、導光体１１の光出射面１４に対し垂直に
形成されている。
士の境界面は、導光体１１の光出射面１４に対し垂直に
形成されている。
【００１９】ここで、前記臨界角θwとは、導光体１１
の光出射面１４において全反射する入射角度であり、導
光体１１の各屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiでの屈折率をｎi
とすると、 θw＝sin-1（１／ｎi） である。そして、全ての光出射面１４への光の入射角度
θiは、 θi＜θw＝sin-1（１／ｎi） となるよう案内される。
の光出射面１４において全反射する入射角度であり、導
光体１１の各屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiでの屈折率をｎi
とすると、 θw＝sin-1（１／ｎi） である。そして、全ての光出射面１４への光の入射角度
θiは、 θi＜θw＝sin-1（１／ｎi） となるよう案内される。
【００２０】前記光源１２は、フイラメント等の発光体
と、これを覆う外装管とからなる直管型の熱陰極管等が
使用されている。該光源１２の直径は６．５mm、ランプ
有効長は２２０mmとされている。
と、これを覆う外装管とからなる直管型の熱陰極管等が
使用されている。該光源１２の直径は６．５mm、ランプ
有効長は２２０mmとされている。
【００２１】前記反射シート１６は、鏡面反射板や光散
乱アクリル板等の既存のものが使用されている。
乱アクリル板等の既存のものが使用されている。
【００２２】前記拡散シート１７は、乳白色の合成樹脂
板であり、厚さ寸法は０．１mmとされ、波長６００nmの
可視光線の透過率は９１％とされている。
板であり、厚さ寸法は０．１mmとされ、波長６００nmの
可視光線の透過率は９１％とされている。
【００２３】なお、図１中、２２は光源１２からの導光
体１１と逆側への光を導光体１１側へ反射させる光源反
射体である。
体１１と逆側への光を導光体１１側へ反射させる光源反
射体である。
【００２４】上記構成において、光源１２からの内側へ
の光は、直接に導光体１１の光入射端面１３からその内
部へ進入する。
の光は、直接に導光体１１の光入射端面１３からその内
部へ進入する。
【００２５】一方、光源１２からの外側への光は、光源
反射体２２にて反射された後、導光体１１の光入射端面
１３からその内部へ進入する。
反射体２２にて反射された後、導光体１１の光入射端面
１３からその内部へ進入する。
【００２６】その後、進入光は、光出射面１４から拡散
シート２１に配光される。
シート２１に配光される。
【００２７】そして、この拡散シート２１を介して、ほ
ぼ均一に配光された光を液晶表示板Ｘの裏面に照射す
る。
ぼ均一に配光された光を液晶表示板Ｘの裏面に照射す
る。
【００２８】このとき、導光体１１を、異なる屈折率を
有する複数の屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiにて積層して構
成し、しかも、光入射端面１３から導光体１１の中央部
にかけて順次屈折率が低くなるよう設定しているので、
図２の如く、光入射端面１３から入射した進入先は、導
光体１１の中央部へ進むにしたがつて、隣合う各屈折層
Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎi同士の境界面で屈折角Ψ1，Ψ2，
Ψ3，Ψ4，…を増大させる。
有する複数の屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiにて積層して構
成し、しかも、光入射端面１３から導光体１１の中央部
にかけて順次屈折率が低くなるよう設定しているので、
図２の如く、光入射端面１３から入射した進入先は、導
光体１１の中央部へ進むにしたがつて、隣合う各屈折層
Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎi同士の境界面で屈折角Ψ1，Ψ2，
Ψ3，Ψ4，…を増大させる。
【００２９】ここで、図２の如く、屈折層Ｎiと隣合う
屈折層Ｎi-1との間の境界面での屈折角をΨi、屈折層Ｎ
iにおける光出射面１４での光出射時の入射角度をθiと
すると、隣合う各屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiの境界面が
導光体１１の光出射面１４に垂直とされていることか
ら、 θi＋Ψi＝９０° ∴ θi＝９０°−Ψi の関係が成立する。したがつて、上述のようにΨiを増
加させると、θiを減少させることができる。
屈折層Ｎi-1との間の境界面での屈折角をΨi、屈折層Ｎ
iにおける光出射面１４での光出射時の入射角度をθiと
すると、隣合う各屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiの境界面が
導光体１１の光出射面１４に垂直とされていることか
ら、 θi＋Ψi＝９０° ∴ θi＝９０°−Ψi の関係が成立する。したがつて、上述のようにΨiを増
加させると、θiを減少させることができる。
【００３０】そして、光出射面１４の全ての点におい
て、入射角度θiを臨界角θwより小となるよう各屈折層
Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiの屈折率を設定すれば、屈折角Ψiを
増大させ、導光体１１の内部での進入光を光出射面１４
に全反射しないよう導くことができる。そうすると、す
べての光を光出射面１４に最初に到達した時点で出射さ
せることができ、これにより導光体１１内での光路長を
短縮化することができる。
て、入射角度θiを臨界角θwより小となるよう各屈折層
Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiの屈折率を設定すれば、屈折角Ψiを
増大させ、導光体１１の内部での進入光を光出射面１４
に全反射しないよう導くことができる。そうすると、す
べての光を光出射面１４に最初に到達した時点で出射さ
せることができ、これにより導光体１１内での光路長を
短縮化することができる。
【００３１】したがつて、導光体１１の反射面での光束
減少および材料吸収による光束減少を大幅に軽減でき、
液晶用照明装置の表面輝度を向上させ得る。
減少および材料吸収による光束減少を大幅に軽減でき、
液晶用照明装置の表面輝度を向上させ得る。
【００３２】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。
【００３３】例えば、上記実施例では、隣合う各屈折層
Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiの境界面が光出射面１４に垂直に形
成されたものであるが、図３のように、光入射端面１３
から光出射面１４にかけて順次角度を位相させたもので
あつてもよい。この場合、各屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎi
の屈折率ｎ1，ｎ2，…，ｎiは、上述の実施例と逆に、
屈折角を次第に減少させるために、光入射端面１３から
光出射面１４にかけて順次増大するよう設定しておくの
が望ましい。
Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎiの境界面が光出射面１４に垂直に形
成されたものであるが、図３のように、光入射端面１３
から光出射面１４にかけて順次角度を位相させたもので
あつてもよい。この場合、各屈折層Ｎ1，Ｎ2，…，Ｎi
の屈折率ｎ1，ｎ2，…，ｎiは、上述の実施例と逆に、
屈折角を次第に減少させるために、光入射端面１３から
光出射面１４にかけて順次増大するよう設定しておくの
が望ましい。
【００３４】また、上記実施例では、導光体１１の両端
部に光源が配されたものであるが、導光体１１の片側の
みに配されたものであつてもよい。
部に光源が配されたものであるが、導光体１１の片側の
みに配されたものであつてもよい。
【００３５】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明請
求項１，２によると、導光体を、複数の屈折層にて積層
して構成しているので、光入射端面から入射した光を各
屈折層の境界面にて屈折させ、出射時の光出射面におけ
る入射角度を臨界角より小とすることができる。
求項１，２によると、導光体を、複数の屈折層にて積層
して構成しているので、光入射端面から入射した光を各
屈折層の境界面にて屈折させ、出射時の光出射面におけ
る入射角度を臨界角より小とすることができる。
【００３６】したがつて、光出射面で光が全反射するの
を防止でき、導光体内での光路長を短縮化して光束減少
を軽減でき、液晶用照明装置の表面輝度を向上させ得る
といつた優れた効果がある。
を防止でき、導光体内での光路長を短縮化して光束減少
を軽減でき、液晶用照明装置の表面輝度を向上させ得る
といつた優れた効果がある。
【図１】図１は本発明の一実施例の液晶用照明装置を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】図２は同じくその光路を示す要部拡大断面図で
ある。
ある。
【図３】図３は他の実施例を示す液晶用照明装置の要部
拡大断面図である。
拡大断面図である。
【図４】図４は従来の液晶用照明装置の断面図である。
１１ 導光体 １２ 光源 １３ 光入射端面 １４ 光出射面 Ｘ 液晶表示板 θi 入射角度 θw 臨界角
Claims (2)
- 【請求項１】 液晶表示板を後方から照明するものであ
つて、液晶表示板に平行に配される導光体と、該導光体
の端部に配された光源とを備えた液晶用照明装置におい
て、前記導光体は、前記光源に対向する光入射端面と、
前記液晶表示板に対向する光出射面とを有し、該導光体
は、光出射面における入射角度が臨界角より小となるよ
う、光入射端面から入射した光を屈折させるための、異
なる屈折率を有する複数の屈折層が、光路に沿つて順次
積層されてなることを特徴とする液晶用照明装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の屈折層は、光入射端面か
ら導光体の中央部にかけて順次屈折率が低くなるよう積
層されたことを特徴とする液晶用照明装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3032946A JP2640578B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 液晶用照明装置 |
| US07/841,367 US5161873A (en) | 1991-02-27 | 1992-02-25 | Apparatus for lighting of liquid crystal |
| DE69205190T DE69205190T2 (de) | 1991-02-27 | 1992-02-26 | Vorrichtung zur Beleuchtung einer Flüssigkristall-Anzeige. |
| EP92301589A EP0501761B1 (en) | 1991-02-27 | 1992-02-26 | Apparatus for lighting of liquid crystal display |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3032946A JP2640578B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 液晶用照明装置 |
Publications (2)
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