JPH07114024A

JPH07114024A - バックライト

Info

Publication number: JPH07114024A
Application number: JP5260703A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kashima; 啓二鹿島; Naoki Yoshida; 直喜吉田
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1993-10-19
Filing date: 1993-10-19
Publication date: 1995-05-02

Abstract

(57)【要約】【構成】光源から出射した光を面発光させる導光板から
なるバックライトで、導光板の端面部と光源との間に、
光源から出射した光を平行な光線とする機構と、この光
線の進行方向を全反射させる機構、およびこの全反射し
た光線を平行でない光線とする機構を持つバックライト【効果】このバックライトは、より多くの光線を導光板
に入射させることができるので輝度が高く、バックライ
トの出光面近傍（すなわち、パネルの表示面近傍）が比
較的小形化でき、パネル、特に液晶パネルのバックライ
トとして有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透過型又は、半透過型
パネルなどを背面より照射するエッジライト方式のバッ
クライトに関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、ラップトップ型又は、ブック型の
ワ−ドプロセッサ−やコンピュ−タ等の表示装置とし
て、薄型でしかも見易いバックライト機構を持った液晶
表示装置が用いられている。このようなバックライトに
は、図１に示すように透光性の導光板（図中１）の一端
部に、蛍光管のような線状光源（図中４）を併設するエ
ッジライト方式がよく用いられている。このエッジライ
ト方式の場合、図２に示すように、導光板の一方の広い
面に光を拡散反射させる手段を形成し（図中６）、これ
によって導光板の出光面（図中光拡散シ−ト（図中２）
側）から光がまんべんなく出光されるように配置したも
のが多い。

【０００３】この様なエッジライト方式のバックライト
は、図３に例示したように導光板の端面部から光線を入
射させる方式であるが、通常は導光板の端面部に近接し
て光源を配置するために、その分（光源部分）の容積が
必要となり、バックライトの出光面近傍（すなわち、パ
ネルの表示面近傍）の小形化には限界があった。特に、
光線透過率がたかだか３〜４％しかないカラ−液晶ディ
スプレイや、発光面積が大きい壁掛けテレビやワ−クス
テ−ションの液晶ディスプレイでは、より多くの光線が
必要とされ、光源および光源の反射器の分だけディスプ
レイ近傍が大型化する問題があった。

【０００４】又、液晶ディスプレイの背面光源としてバ
ックライトが用いられた場合、液晶ディスプレイの性質
上面内で温度勾配（例えば２℃以上）が生じ、そのため
表示ムラが発生するので、光源付近に放熱板を配するこ
と等が提案されているが、その効果は充分ではなかっ
た。又、前記した表示ムラを防止するため光源を導光板
の端面部から可能な限り離すことも考えられるが、この
ようにすると必然的に導光板の外側部分の外形寸法を大
きくする必要がありバックライトの出光面近傍（すなわ
ち、パネルの表示面の面近傍）の小形化には好ましくな
かった。

【０００５】又、バックライトの薄型化のために導光板
の厚さを薄くすると当然導光板の端面部の面積も減少す
るので、光源から導光板への光の入射効率が低下し、バ
ックライトの効率（光源から出た光量に対するバックラ
イトから出る光量の割合）が低下する問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はより多
くの光線を導光板の端面部に入射させることが可能であ
り、従って高輝度で、かつ、バックライトの出光面近傍
（すなわち、パネルの表示面近傍）が比較的小形なバッ
クライトを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、面発光の
バックライトの導光板に対する光の入射方法について種
々の検討を行った結果、導光板への光の入射をある機構
を介して行うと、パネルの表示面近傍の外形寸法を比較
的小形に保ったまま、光源から発生する熱が面発光部に
殆ど伝導することがなく導光板の端面部から極めて多量
の光線を入射させることが出来、前記した目的に適った
比較的薄型の導光板も適応可能なバックライトとなるこ
とを見出した。

【０００８】即ち本発明は、光源から出射した光を導光
板の少なくとも一方の端面部から入射し導光板を面発光
させるバックライトにおいて、光源から出射した光を実
質的に平行な光線とし、この光線の進行方向を反射によ
り変更させ、方向変更した光線を実質的に平行でない光
線とする機構を持つことを特徴とするバックライトに関
するものである。次に本発明を図面に基づいて更に詳述
する。

【０００９】本発明の一実施態様を図４に示した。図中
１は導光板であり、光を効率よく通過させる物質であれ
ばよく、石英、ガラス、透光性の天然又は合成樹脂、例
えばアクリル系樹脂等である。ここで用いる導光板の形
状は対向した広い面の間で少なくとも一部の光が全反射
を繰り返すことができる形状であれば良く、対向した２
つの広い面どうしの向合う角度は、導光板材質の屈折率
と導光板に付随する物質等の屈折率によってその範囲が
決まる。従って、導光板の形状は厚さが一定な板状、厚
さが一定でないクサビ状又は曲面を持つものでも良く、
前記反射条件が満足されれば特に限定されない。

【００１０】７は本発明で用いる光源で、本発明では導
光板の出光面と同一平面でない部分に配置されるが、好
ましくは導光板の比較的端部である。ここで用いる光源
は、点状光源、点状光源の配列体、線状光源（棒状光
源）などがあり、具体的にはメタルハライドランプ、ハ
ロゲン電球、ＬＥＤ、キセノン灯、水銀灯、ア−ク灯、
白熱電球、それらの配列体、蛍光管、タングステン白熱
管、オプティカルロッド等があが、特に液晶ディスプレ
イのバックライトとして用いる場合には発光効率、集光
効率及び色再現性の観点からメタルハライドランプ、ハ
ロゲン電球又はそれらを線状に配列したものが好まし
い。

【００１１】又、壁掛けテレビ等の大サイズで高輝度が
必要とされるような液晶ディスプレイのバックライトと
して用いる場合には、光源をＲ、Ｇ、Ｂの三色に分割し
ても良く、光源からの熱が液晶ディスプレイに更に伝わ
りにくくするために、赤外線除去フィルタ−を光源と導
光板との間に配置しても良い。

【００１２】尚、本発明の光源の位置は、ディスプレイ
への温度の影響を減少させるために導光板を挟んでディ
スプレイ側の反対側に設置することが導光板自体を断熱
材として利用する上で好ましいが、用いるディスプレイ
が温度の影響を殆ど受けない場合は光源の位置を導光板
のディスプレイ側に設置しても良い。

【００１３】８は光源から出射した光を実質的に平行な
光線にする機構の一種で、レンズ系により構成される。
このレンズ系は光源から出射した光を実質的に平行な光
線にする機能を有していれば良く、凸レンズ、フレネル
レンズ等のレンズを単独で又は複数組み合わせて形成さ
れ、レンズ系の焦点位置が実質的に光源に一致するよう
に配置すれば良い。レンズの材質は通常のレンズに用い
られる一般のガラスを用いれば良いが、光の利用効率の
観点から光線透過率が高いことが望ましく、好ましくは
透過率が８０％以上、より好ましくは９０％以上であ
り、光線透過率を更に向上させるために反射防止膜をレ
ンズの表面に形成しても良い。又、図９に示したよう
に、凸レンズを後述する反射機構と一体化して用いる
と、バックライトの小型化の面で好都合である。

【００１４】１２は反射系で、光源から出射した光を効
率良く導光板方向に伝達する機能を持つものであり、そ
の断面形状は円形、楕円形、等の形状を有しており、焦
点位置が光源の位置と実質的に一致している状態が好ま
しく、光源から出射した光を実質的に平行な光線にする
機能を有していれば良く、その断面形状がパラボラ状等
の反射器で形成され、反射した光線が実質的に平行な光
線となる形状を有しているものを用いる場合は、前述し
たレンズ系を省くことも可能である。

【００１５】反射器の材質は通常の反射板に用いられる
アルミニウム、銀等の光線を鏡面反射する性質を有する
物質を用いれば良いが、光の利用効率の観点から光線反
射率が高いことが望ましく、好ましくは反射率が８０％
以上、より好ましくは８５％以上である。

【００１６】本発明で得る実質的に平行な光線の状態
は、後述する理由から完全に平行な状態でなくても良
い。そのため、前記レンズ系又は反射系は若干の収差が
生じるものであっても良く、このことはレンズ系、反射
系の簡略化に寄与し、ひいてはバックライトの小形化、
生産性の向上に寄与する。

【００１７】９は実質的に平行な光線の進行方向を変え
る反射機構、好ましくは全反射する機構で、その材質は
光を効率よく通過させる物質であればよく、石英、ガラ
ス、透光性の天然又は合成樹脂、例えばアクリル系樹脂
等である。又、光の透過率を更に向上させるために反射
防止膜を反射機構の光の入射面及び／又は出射面に形成
しても良い。

【００１８】光線の進行方向を変えるための反射面は、
光源方向から出た光線（実質的に平行な光線）の進行方
向と、変化した光線の進行方向とのなす角度θの半分の
角度でレンズ系から出射した光線の進行方向と交わる状
態にすることが必要である。又、光線の進行方向を変え
るための面は反射条件が保たれる範囲で多角形、円形の
一部にするなどしても良い。

【００１９】本発明における反射機構は、レンズ系又は
反射系の近傍、即ちレンズ系又は反射系から出射する光
線の内で平行光線および平行光線とならない一部の光線
がほぼ反射機構に入射する距離に配置されることが好ま
しい。

【００２０】このように夫々を配置することによって、
図５に示したように、レンズ系又は反射系から出射する
光線のなかで平行でない一部の光線をも有効に利用する
ことができる。又、通常のミラ−（Ａｇでも反射率は９
３％程度）ではなく全反射（反射率１００％程度）機構
を用いることにより光の利用効率を高めることができ
る。

【００２１】さらに、反射機構が所定の位置より若干異
なる位置にずれても、ミラ−を用いた場合のように反射
光線の進行方向に大幅なずれが生じることがないので、
組み立て公差を軽減する上で特に好ましい。

【００２２】１０、１１は反射機構からの光線を平行で
ない光線とする機構で、平行光線を平行でない光線に変
換する機能を持つものであれば良く、レンズ系（図中１
０）又は拡散板（図中１１）等を用い、前記反射機構と
導光板の入光端面部の間に配置される。レンズ系は、例
えば凸レンズ、凹レンズ、フレネルレンズ等のレンズを
単独又は複数枚組み合わせて形成されたもので、その材
質は通常のレンズに用いられる一般のガラスを用いれば
良いが、光の利用効率の観点から光線透過率が高いこと
が望ましく、好ましくは透過率が８０％以上、より好ま
しくは９０％以上のものであり、光線透過率を更に向上
させるために反射防止膜をレンズの表面に形成しても良
い。さらに、反射機構からの光線を平行でない光線にす
る手段が凸レンズ又は凸レンズの作用を有するフレネル
レンズを用いたレンズ系で、前記レンズ系の焦点（図中
１４）が実質的に導光板の入光端面部に一致しているこ
とが好ましい（図６（ｂ））。

【００２３】この様な状態にすることによって、光線を
可能な限り小さな面積に集中出来るので、光源から導光
板への光の入射効率を維持したまま導光板の厚さを可能
な限り薄くすることが出来、バックライトを薄型化出来
る。

【００２４】拡散板１１は入射した光を散乱させて透過
させる機能（すなわち、平行な光線を平行でない光線に
する作用）を有していれば良く、ポリメチルメタクリレ
ート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ガラス
等の透光性物質の表面を粗面にするか、内部に屈折率の
異なる物質を含有させる等で粗面としても良く、透光性
物質の表面にＳｉＯ₂、ガラスビ−ズ、樹脂ビ−ズ等を
多数存在させたものでも良いが、光の利用効率の観点か
ら光線透過率が高いことが望ましく、好ましくは透過率
が８０％以上、より好ましくは９０％以上のものであ
る。

【００２５】平行光線を平行でない光線とする機構を設
けないと、図７に示したように、導光板の端面部には実
質的に平行な光線が入射するので、導光板を面発光させ
る機能が充分に働かない。なお、平行光線を平行でない
光線とする機構を、前記した実質的に平行な光線の進行
方向を変える反射機構の、導光板側の面を図８に示した
ように粗面化したりレンズ状、プリズム状にしたものを
用いて、レンズ系又は拡散板に代えても良い。この様な
状態にすると、バックライトの小形化の観点からは好ま
しい。

【００２６】本発明で用いるレンズ系（図中８、１
０）、反射機構（同９）、拡散板（同１１）の入出光面
の射形状は、導光板の端面部の形状に対応した形状、即
ち長方形に対応した形状が好ましいが、上述した条件を
満足するものであれば特に限定されない。又、本発明
は、光源を含めたこれら機構は導光板の少なくとも一端
面部に配置すれば良い。

【００２７】本発明の主要部はこのような構成からなっ
ているが、導光板を面発光させる機能は通常次の方法で
付与される。即ち、光を拡散反射する性質を有する物
質、例えば、ＳｉＯ₂、ＢａＳＯ₄、ＴｉＯ₂等を含ん
だ塗料、印刷インキをスクリ−ン印刷等の方法で導光板
面上に印刷するなどして行う方法、導光板の表面を粗面
化して光が拡散反射する状態とする方法、導光板の表面
をフレネル状の段付き面にして光をある方向へ正反射さ
せる方法、導光板を屈折率の異なる２種以上の物質で形
成し光線が導光板内で散乱される状態にするなどの方法
である。

【００２８】２は光拡散板又は同シ−トで、導光板面よ
り出光した光を散乱させて通過させるものであり、この
光拡散板を必要に応じて一枚又は複数枚用いる。

【００２９】３は光反射板又は同シ−トで導光板の出光
面（液晶ディスプレイ側）とは反対側の導光板のほぼ全
面を覆うように配置する。又、導光板の光入射の端面部
以外の端面部を覆うように配置すると光の利用効率の点
で特に好ましい。

【００３０】１５は光反射板又は同シ−トで、反射機構
から漏れた若干の光を更に有効利用するために、必要に
応じて空気層を介して反射機構のほぼ全面を覆うように
配置することが好ましい。又、１５を光拡散反射板又は
同シ−トとすれば、光の利用効率は更に向上する。

【００３１】

【発明の効果】本発明は以上述べたような構成からな
り、パネル、特に液晶パネルのバックライトとして有用
である。又、本発明はより多くの光線を導光板の端面部
に入射させることが可能で、従って高輝度で、かつ、バ
ックライトの出光面近傍（すなわち、パネルの表示面近
傍）が比較的小形なバックライトとして使用できる。

【００３２】

【比較例及び実施例】次に比較例及び実施例で本発明を
更に詳述する。図２に示すようなＰＭＭＡからなる厚さ
４mmの長方形導光板（４１０mm×３１０mm…図中１）の
端面部に、直径４．１mm長さ３１０mmの冷陰極蛍光管
（図中４）を配置し、その管の外周を反射層がＡｇから
なる反射フィルム（図中５）で覆い、Ａｇフィルムの導
光板端部と対向する幅４mmのスリットから出光した光が
導光板の端部から導光板に入射するように配置した。

【００３３】一方、導光板面上には光拡散反射物質（チ
タニア）を含むインクを円形のドットパタ−ンで１mmピ
ッチでスクリ−ン印刷し（図中６）、スクリ−ン版下
は、下記の条件でＣＡＤを用いて作成した。光拡散反射
物質の被覆率は、最小の地点（線状光源近傍）で２０
％、最大の地点で９５％とし、その中間は、被覆率最小
の地点からこの比率が順次増加するように作図した。

【００３４】厚さ０．１３mmのポリエステルからなる白
色の光拡散反射シ−ト（図中３）は導光板の光拡散反射
物質を被覆した面の全面を覆うように配置した。厚さ
０．１８mmのポリカ−ボネ−トからなる光拡散板（図中
２）は粗面側が導光板側とは反対側になるようにして、
導光板の出光面の全面を覆うように配置した。

【００３５】冷陰極管を駆動（ランプ電力３Ｗ）させた
ときの面輝度を、輝度計により測定した。このとき、光
拡散反射物質を印刷した部分（図中６）が発光し、そこ
から出た光が光拡散板によって散乱透過され均一な面状
発光の状態が得られた。また、上記バックライトをカラ
−液晶ディスプレイにセットしたところ、輝度が低く実
用には耐えられないものであり、冷陰極管近傍に温度上
昇による表示ムラが観測された。このときの液晶ディス
プレイ上の温度勾配は４℃であった。なお、現状の技術
ではバックライトの高輝度化のため前記冷陰極管に１８
Ｗもの電力を消費させることは不可能である。（比較例
１）次に図３（ｂ）に示したように、冷陰極管とその外周の
Ａｇフィルムを導光板の出光面の反対側端部の広い面に
配置した以外は比較例１と同様の条件でバックライトを
構成した。このとき、冷陰極管からの光線がそのまま導
光板を透過し、冷陰極管の直上が極めて高輝度な状態に
なった。また、光拡散反射物質を印刷した部分は殆ど発
光せず、従って、均一な面状発光の状態は得られなかっ
た。この原因は、スネルの法則からも考察されるが、冷
陰極管から導光板に入射した光線が導光板内では殆ど全
反射しなかったためと考えられる。このようなバックラ
イトは面状発光しないのでバックライトとして使用でき
なかった。（比較例２）次に図３（ｃ）に示したように、導光板の形状を端部を
９０度折曲げたようにした以外は比較例１と同様の条件
でバックライトを構成した。このとき、冷陰極管からの
光線がそのまま導光板を透過し、冷陰極管の直上が極め
て高輝度な状態になった。また、光拡散反射物質を印刷
した部分は僅かに発光したが、導光板の出光面において
均一な面状発光の状態は得られなかった。この原因は、
冷陰極管から導光板に入射した光線が導光板内では殆ど
全反射しなかったためと考えられる。このようなバック
ライトは光の利用効率が極めて低く均一に面状発光しな
いので、バックライトとして使用できなかった。（比較
例３）次に図４（ａ）に示したように、凸レンズ（図中８）の
焦点位置にハロゲン電球（図中７）を設置し、光源から
出射した光が実質的に平行な光線になるようにこれらを
配置し、実質的に平行な光線はＰＭＭＡからなるプリズ
ム部を有する導光体（反射機構…図中９）に入射するよ
うに設置した。また、導光体と導光板の端面部との間
に、導光体から出射した光線を平行でない光線にするた
めに、凸レンズ（図中１０）を配置し、光線が導光板の
端面部の中央部分から入射するように配置した。導光板
上の光拡散物質の被覆率は、光線の入射部からの距離が
大きくなるに従って大きくなるように修正した以外は比
較例３と同様の条件でバックライトを構成した。

【００３６】ハロゲン電球を駆動（ランプ電力２０Ｗ）
させたときの導光板の出光面における面輝度を輝度計に
より測定したが、均一な面状発光の状態であった。ま
た、このバックライトをカラ−液晶ディスプレイにセッ
トしたところ、輝度が高く充分実用に耐えられるもので
あり、導光板の光線入射端部に温度による表示ムラは観
測されなかった。（実施例１）次に図４（ｂ）に示したように、導光体（図中９）から
出射した光線を平行でない光線にするために、凸レンズ
に代えて表面を粗面にした板状のＰＭＭＡの拡散板（図
中１１）を配置した以外は実施例１と同様の条件でバッ
クライトを構成し同様に面輝度を測定したが、均一な面
状発光の状態であった。また、このバックライトをカラ
−液晶ディスプレイにセットしたところ、輝度が高く充
分実用に耐えられるものであり、導光板の光線入射端部
に温度による表示ムラは観測されなかった。（実施例
２）次に図６（ｂ）に示したように、導光体と導光板の端面
部との間に配置した凸レンズ（図中１０）の焦点位置に
導光板の端面部を配置した以外は実施例１と同様の条件
でバックライトを構成し同様に面輝度を測定したが、均
一な面状発光の状態であった。また、上記バックライト
をカラ−液晶ディスプレイにセットしたところ、輝度が
実施例１よりも向上した。また、導光板の光線入射端部
に温度による表示ムラは観測されなかった。（実施例
３）次に図７に示したように、導光体から出射した光線を平
行でない光線にするための手段を配置しなかった以外は
実施例１と同様の条件でバックライトを構成し、同様に
面輝度を測定したが、均一には面状発光せず、輝度が極
端に低下しバックライトとして使用できなかった。（比
較例４）次に図８（ａ）に示したように、導光体の光入射端面部
の表面を粗面化した以外は比較例４と同様の条件でバッ
クライトを構成し、同様に面輝度を測定したが、均一な
面状発光の状態であった。また、このバックライトをカ
ラ−液晶ディスプレイにセットしたところ、輝度が高く
充分実用に耐えられるものであった。また、導光板の光
線入射端部近傍の出光面には温度による表示ムラは観測
されなかった。また、実施例１〜３と比較すると導光体
から出射した光線を平行でない光線にするため部品点数
が減少し、その分バックライトの外形寸法が小さくなっ
た。（実施例４）

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のバックライトの斜視図

【図２】従来のバックライトの断面図

【図３】導光板に対する光の入射部分の違いによる光の
挙動の違いを示す図

【図４】本発明のバックライトの一実施態様の断面図

【図５】平行でない光線の挙動を示す図

【図６】焦点位置と導光板の関係を示す図

【図７】平行光線が導光板に入射した場合の挙動を示す
図

【図８】導光体の表面を粗面化、凸化、凹化した場合の
光線の挙動を示す図

【図９】導光体の表面を粗面化、凸化、凹化した場合の
光線の挙動を示す図

【符号の説明】

１：導光板２：光拡散板又は同シ−ト３：光反射板又は同シ−ト４：線状光源５：光反射板又は同シ−ト６：光散乱物質７：光源８：レンズ９：導光体（反射機構）１０：レンズ１１：拡散板１２：反射器１３：光線１４：焦点１５：反射板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から出射した光を導光板の少なくとも
一方の端面部から入射し導光板を面発光させるバックラ
イトにおいて、光源から出射した光を実質的に平行な光
線とし、この光線の進行方向を反射により変更させ、方
向変更した光線を実質的に平行でない光線とする機構を
持つことを特徴とするバックライト。
【請求項２】反射機構がプリズム又は曲面を有する導光
体である請求項１記載のバックライト。
【請求項３】反射した光線を実質的に平行でない光線と
する機構が凸レンズ又は凸レンズの作用を有するフレネ
ルレンズを用いたレンズ系であり、前記レンズ系の焦点
が導光板の入光端面部に実質的に一致させたものである
請求項１又は２記載のバックライト。