JPH10333147A

JPH10333147A - バックライト

Info

Publication number: JPH10333147A
Application number: JP9142642A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Sonda; 嘉之尊田; Eiji Shidouji; 栄治志堂寺; Masao Ozeki; 正雄尾関; Asako Kubo; 麻子久保; Shinichi Unayama; 伸一宇南山
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】超薄型の部材構成で高い平行度の光源光を得
る。【解決手段】左側プリズム５、左側導光体３、冷陰極管
からなる線状光源２、右側導光体４、右側プリズム６
が、面状光学体１のシリンドリカルレンズ７、８、９の
下方に対応して配置され、冷陰極管２の背面側に反射板
１０を備えたバックライト。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバックライト、およ
びそのバックライトを組み込んだ表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置等の平面型表示装置の広視
野角化を実現する手段の一つに、バックライトの出射光
を平行化して液晶層へ入射させ、液晶層を透過した光を
拡散スクリーンにて拡散させる方法がある。

【０００３】一般に液晶表示素子は垂直入射の光に対し
て高いコントラストを示し、液晶層に対して斜め入射さ
れる光に対しては低いコントラストを示す。そのため、
バックライトの出射光をできるだけ平行光化することに
より、多くの光が垂直入射に近い条件で液晶層を透過す
るように設けられる。

【０００４】このことによって、高いコントラストの表
示が得られる。そして、良好な条件で液晶層を透過した
表示光を拡散スクリーンで拡散すれば、斜め視野方向に
おいても高いコントラストの表示が得られる。

【０００５】図７に従来例１の構成を示す。バックライ
トからの出射光を平行光化する機能を備えたものであ
る。冷陰極管からなる線状光源２より発せられた光は、
網点状の拡散面処理が施された底面を有する導光体１３
に入射する。拡散面処理がなされた箇所で反射された光
は全反射条件を満たさずに、上方へ出射し、微小なプリ
ズムをアレイ状に配置したシート１４へ入射する。そし
て、プリズムにおける屈折作用により出射光が集光され
る。

【０００６】また、図８に従来例２の構成を示す。従来
例１と同様に、バックライトの出射光を平行光化する機
能を備える。この従来例２では、底面に拡散面処理を施
していない導光体１５と、微小レンズをアレイ状に配置
した光学部材１６とが接着されている。線状光源２より
発せられた光は、導光体１５に入射し、その内部を進む
が、導光体１５と光学部材１６との接着箇所より微小レ
ンズへと導かれる。微小レンズの集光作用により出射光
が平行光化される。

【０００７】また、図９に従来例３の構成を示す。平行
光化する機能を備えているがその構成は従来例１、２と
は異なっている。光源部に線状光源とシリンドリカルレ
ンズと複数の反射板１５とが設けられ、出射面側のシリ
ンドリカルレンズ１７の個々のレンズの略焦点位置に分
割された光が入射されるように設けられたものである。

【０００８】この従来例３では、箱体に収容された光源
部の厚みが大きくなり、また、バックライトの面内位置
によって、光の明るさのばらつきが生じて、表示に必要
な面内均一性が保てないという欠点があった。また、光
源部での光の損失も無視し得ず、光源パワーの総合利用
効率、および出射光の輝度分布と平行度についてさらに
改良が求められていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例１の手法では、プリズムシートを利用する場合に
は、基本的に高い平行度を得ることが困難であった。ま
た、正面方向とは別の方向に出射光の二次ピーク光が出
射され、良好な表示が得られにくいといった欠点を有し
ていた。

【００１０】また、従来例２の導光体に微小なレンズを
接着する構造は、光の利用効率が低くなること、導光体
に接着する部材が複雑であること、正面方向とは別の方
向に二次ピーク光が出射されてしまうといった問題を有
していた。

【００１１】また、従来例３のバックライトでは光源の
利用効率がよくなく、また面内均一性を保つことが困難
であった。また、一体構造化することが難しく、かつ薄
型化を達成することが困難であった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は従来技術の持つ
課題を解決するものであり、すなわち請求項１は、線状
光源と、集光性機能を持つ光学要素が複数に備えられた
面状光学体と、それぞれの光学要素に対応して複数の光
入射点が面状光学体に設定されたバックライトであっ
て、線状光源、第１の光路変更手段、および第２の光路
変更手段が、連続配置された３つの光学要素に対応して
配置され、第１の光路変更手段と線状光源との間に第１
の導光体が配置され、第２の光路変更手段と線状光源と
の間に第２の導光体が配置され、光源から出射した第１
の光束は第１の導光体と第１の光路変更手段を通過せし
められ、光源から出射した第２の光束は第２の導光体と
第２の光路変更手段を通過せしめられ、光源から出射し
た第３の光束は導光体を介さずに面状光学体に入射せし
められ、第１の光束、第２の光束、および第３の光束は
前記３つの光学要素をほぼ通過して面状光学体から出射
されることを特徴とするバックライトを提供する。

【００１３】また、請求項２は、線状光源の背面側に反
射膜が配置され、面状光学体の光出射面側から反射膜ま
での厚みが１０ｍｍ以内であることを特徴とする請求項
１記載のバックライトを提供する。

【００１４】また、請求項３は、第１の光路変更手段と
第２の光路変更手段がプリズムとされ、プリズムの１辺
で光路が折り曲げられることを特徴とする請求項１また
は２記載のバックライトを提供する。

【００１５】また、請求項４は、光学要素がシリンドリ
カルレンズまたはフレネルレンズであることを特徴とす
る請求項１、２または３記載のバックライトを提供す
る。

【００１６】また、請求項５は、光学要素のピッチが２
５〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４の
いずれか１項記載のバックライトを提供する。

【００１７】また、請求項６は、線状光源の長手方向に
対してほぼ垂直な方向における、面状光学体から出射さ
れる光の平行度がｎ≧４０であることを特徴とする請求
項１〜５のいずれか１項記載のバックライトを提供す
る。

【００１８】線条光源の長手方向にも、集光性機能を備
える光学要素を配置することがさらに好ましい。この場
合には、平面の直交方向のいずれにおいても平行度を向
上することができる。また、上記のバックライトを備え
た表示装置、好ましくは、ＴＮ、ＳＴＮ、およびＴＦＴ
型の液晶表示素子と組み合わせた液晶表示装置を提供す
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例の断面図
である。厚さｔの面状光学体１は、表側に半径ｒの円筒
面と、背面側に平面を有した一方向の断面が平凸状のシ
リンドリカルレンズ７、８、９をアレイ状に配置したも
のである。図１はシリンドリカル形状の長手方向に垂直
な方向における断面を示す。

【００２０】面状光学体１の下方に冷陰極管である線状
光源２、左側導光体３、右側導光体４、左側プリズム
５、右側プリズム６、および反射板１０が配置された。
シリンドリカルレンズ７、８、９にそれぞれ対応して、
左側プリズム５の光出射点、線条光源２の中心線、右側
プリズム６の光出射点が配置された。また、光出射点は
シリンドリカルレンズの略焦点位置に合致するように配
置された。

【００２１】シリンドリカルレンズの凸面の最大凸位置
から反射板に至る厚みをＤとする。なお、右側導光体、
左側導光体が上記請求項の第１の導光体、第２に導光体
に相当し、両者の寸法を変更して設けることもできる
が、通常は左右均等に設けることが好ましい。

【００２２】左側プリズム５、および左側導光体３、線
状光源２、右側導光体４、右側プリズム６とで１組の光
源導光部を構成し、光源導光部の３つの光出射点（図１
の左側に矢印で示す光線群）の位置はシリンドリカルレ
ンズ７、８、９の各平凸レンズ部にそれぞれ対応して設
けられた。表示に必要な表示面の大きさと、画素に対す
るシリンドリカルレンズのピッチによるが、全体とし
て、少なくとも１０〜２０組の光源導光部を設ける。

【００２３】なお、線状光源に合わせて、導光体とプリ
ズムは長手方向を有する線状の構造を有するものであ
る。製造上の観点から、分設してもよいし、線状光源と
ほぼ等しい長さのものを設けてもよい。

【００２４】図２は光源導光部の部分拡大図であり、か
つ、線状光源から出射された光が右側導光体４、右側プ
リズム６より出射する過程を示す光線追跡図である。右
側導光体４の幅をａ、高さをｂとする。左側プリズムの
断面は直角二等辺三角形とし、その短辺の長さをｃとす
る。線状光源２として用いる冷陰極管は断面が略円形で
あり、その直径をｄとする。図２で、線状光源２から出
射された光のうち、光束Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₃ 、Ｌ₄ の光路
を示している。

【００２５】図１に示すように、線状光源２より発せら
れた光は、左側導光体３、右側導光体４、およびシリン
ドリカルレンズ８に直接入射するか、あるいは反射板１
０で反射された後に左側導光体３、右側導光体４へ入射
する。シリンドリカルレンズ８に入射した光は、シリン
ドリカルレンズの集光作用により平行光化されて液晶層
（上方）へと出射する。

【００２６】左側導光体３へ入射した光は左側プリズム
５へ入射し、左側プリズム５の上方に配置されたシリン
ドリカルレンズ７へと導かれ、さらにシリンドリカルレ
ンズ７の集光作用により平行光化され液晶層（上方）へ
と出射される。同様に右側導光体４へ入射した光は右側
プリズム６へ入射し、右側プリズム６の上方に配置され
たシリンドリカルレンズ９へと導かれ、さらにシリンド
リカルレンズ９の集光作用により平行光化され液晶層
（上方）へと出射される。

【００２７】面状光学体１、左側導光体３、右側導光体
４、左側プリズム５、右側プリズム６には、いずれも光
学的に高い透明性を示す高分子材料、ガラスなどを使用
する。左側プリズム５、右側プリズム６の斜面には、ア
ルミニウムや銀を蒸着して、光を透過させない良好な反
射面を設ける。反射板１０についてもアルミニウムや銀
など反射率の高い金属材料を使用することが好ましい。

【００２８】面状光学体１、左側導光体３、右側導光体
４、左側プリズム５、右側プリズム６はお互いに接触す
ることなく配置する。この際、部材間の空気層をできる
限り薄くすることが好ましい。例えば、０．５〜１．５
ｍｍ程度の空隙を設けるように導光体とプリズムをその
端部で支持するように配置すればよい。

【００２９】または、導光体およびプリズムの表面に低
屈折率の材料（例えば、屈折率１．３４の物質として、
パーフルオロ（ブテニルビニルエーテル）［ＰＢＶＥ］
の重合体（数平均分子量約１．５×１０⁵ ）、ならび
に、屈折率１．２９の物質としてＰＢＶＥとパーフルオ
ロ（２，２−ジメチル−１，３−ジオキソール）［ＰＤ
Ｄ］との共重合体（数平均分子量約３×１０⁵ ）などが
あげられる。）を配置してもよい。基本的には、導光体
およびプリズム内部からの光の漏れを抑制するために、
全反射条件を満足するように、導光体およびプリズムと
それを取り囲む部材との屈折率差を調整して設けること
が好ましい。

【００３０】通常は、導光体およびプリズムはアクリル
系樹脂を用い、空気（屈折率≒１．０）で周辺に空隙を
設ければ、製造も簡便であり、かつ、損失の少ない良好
な光束伝送条件が満たされる。そして、システム全体の
光利用効率がさらに向上するからである。また、アレイ
状に配置されたシリンドリカルレンズ７、８、９は面状
光学体１の一部分であり、空間的に連続する位置関係に
ある。

【００３１】線状光源２の最上部をシリンドリカルレン
ズ８の焦点近傍に、左側プリズム５の最上部（光束の進
行中心部）をシリンドリカルレンズ７の焦点近傍に、右
側プリズム６の最上部（同様に、光束の進行中心部）を
シリンドリカルレンズ９の焦点近傍に配置する。左側導
光体３は線状光源２と左側プリズム５との間に、右側導
光体４は線状光源２と右側プリズム６との間に配置す
る。また反射板１０は線状光源２の最下部とほぼ接する
ように配置する。

【００３２】このような光制御機能を有するユニット、
すなわち冷陰極管、二つの導光体、二つのプリズム、お
よび、反射板からなるユニットをアレイ状のシリンドリ
カルレンズを持つ面状光学体に対して、複数並列的に配
置すれば、表示面全体に平行光化された出射光を供給す
るバックライトを実現できる。

【００３３】光源の発光部から出射し、左側導光体３、
右側導光体４へとそれぞれ入射した光がそれぞれシリン
ドリカルレンズ７、シリンドリカルレンズ９を出射する
までの過程においては、導光体と空気との境界における
反射、プリズムと空気との境界における反射、プリズム
斜面（アルミニウム蒸着面）における吸収により光量が
失われるが、その割合は実質的に小さくバックライトと
して所望の光束を出すことができる。

【００３４】また反射板１０により反射される光はシリ
ンドリカルレンズ８へは入射せず、ほとんど左側導光体
３、右側導光体４へと入射する。したがってシリンドリ
カルレンズ８より出射される光量と、左右いずれかの導
光体とプリズムを経てシリンドリカルレンズ７、シリン
ドリカルレンズ９より出射される光量との差は少なく、
出射光量の表示面内均一性を保つことができる。

【００３５】線状光源２は面状光学体１、左側導光体
３、右側導光体４、反射板１０に囲まれるように配置さ
れており、線状光源２より発せられた光のほとんどをシ
リンドリカルレンズ７、８、９に供給することができ、
高い光利用効率を実現することができる。

【００３６】シリンドリカルレンズ７、８、９のサイズ
を線状光源２や二つのプリズムに対して十分大きくとる
ことにより、バックライトからの出射光の平行度を高め
ることができ、かつ二次ピーク光の出射を抑えることが
できる。また本発明の特徴は、複数の部材の組み合わせ
方にあり、バックライトを構成する個々の部材は単純な
形状を有している。したがって量産に際しても高い生産
性が期待される。

【００３７】また本発明の実施に際しては、上記の面状
光学体の代わりに他の形態のものを使用することもでき
る。図４は本発明の他の実施の形態を表す断面図であ
る。図１と異なる点は、面状光学体１の代わりに、両凸
のシリンドリカルレンズをアレイ状に配置した面状光学
体１１を使用したものである。各シリンドリカルレンズ
の焦点近傍に、線状光源２の最上部、左側プリズム５の
最上部、右側プリズム６の最上部を配置する。

【００３８】図５も本発明の他の実施の形態を表す断面
図である。図１と異なる点は、面状光学体１の代わり
に、フレネルレンズをアレイ状に配置した面状光学体１
２を使用することにある。各フレネルレンズの焦点近傍
に、線状光源２の最上部、左側プリズム５の最上部、右
側プリズム６の最上部を配置する。この方法は面状光学
体の厚さｔを抑制し、超薄型化を達成できるという利点
を有している。そして、全体の厚みＤをも薄型化でき
る。

【００３９】

【実施例】

（実施例１）本例は図１に示す構造のものであり、シリ
ンドリカルレンズの円筒面の半径をｒ＝４ｍｍ、面状光
学体１の厚さｔ＝８ｍｍ、各導光体の幅ａ＝５．９ｍ
ｍ、各導光体の高さｂ＝２ｍｍ、各プリズムの短辺の長
さｃ＝２ｍｍ、冷陰極管の直径ｄ＝２ｍｍ、全体の厚み
Ｄ＝１１ｍｍに設定した。

【００４０】一般にレンズが光源導光部（本例の場合、
冷陰極管の径やプリズムの寸法）に比べて大きいほど、
出射光の平行度は高まる。上記設定値の場合、ｒとｄの
比率、あるいはｒとｃの比率は２：１であるが、この条
件におけるバックライト出射光の平行度をシミュレーシ
ョンにより評価した。図６はレンズ半径と光供給源の幅
を２：１にした際の出射光の累積光量曲線を示す。

【００４１】累積光量曲線は、出射光量を出射角度につ
いて積分したものであり、平行度が高いほど曲線が立ち
上がる。光線追跡計算の結果、レンズ半径と光供給源の
幅を２：１した際の平行度は、Ｉ＝Ｉ_O ・ｃｏｓⁿ θ
・・・（式１）において、ｎ＝５０と置いた場合に相当
し、高い平行度が得られることを確認した。なお、本発
明においてはｎ≧４０となるように構成することが好ま
しい。

【００４２】式１は一般的な面光源の出射角度別の光度
分布を表している。同式において、Ｉは光度、Ｉ_O は正
面方向の出射光の光度、θは出射角度であり、ｎが大き
いほど出射光の平行度が高まる（ｎ＝１とした場合は完
全拡散光源）。

【００４３】本例においてはシリンドリカルレンズの円
筒面の半径と冷陰極管直径との比率を２：１としたが、
実際には求められる平行度、許容できる面状光学体の厚
さ、表示面のサイズ、などから最適な寸法を定めればよ
い。

【００４４】（実施例２）図３に、左右の端部５′、
６′、左右の導光本体部３′、４′をそれぞれ一体化し
た例を示す。本例では光の利用効率が上記実施例よりも
若干劣るが、光源導光部の構造が簡素化でき、製造が容
易であった。一体化された構造の端部斜面が光路変更手
段として機能する。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、表示面内の明るさの均
一性を損ねることなく、バックライト出射光を平行光化
することができる。

【００４６】本発明によれば、二次ピーク光の出射を抑
えながら、バックライト出射光を平行光化することがで
きる。

【００４７】本発明によれば、光利用効率を低下させる
ことなく、バックライト出射光を平行光化することがで
きる。

【００４８】本発明によれば、比較的簡単な形状を有す
る面状光学体の組み合わせにより、バックライト出射光
を平行光化することができる。そして、超薄型化を達成
でき、表示装置の小型化に寄与できる。また、光源の総
合効率を大幅に向上でき、少ない光源パワーであって
も、良好な表示を提供でき、電池動作であっても、その
有効時間を長くすることができる。

【００４９】また、本発明によれば、バックライトの厚
みを増すことなく、バックライト出射光を平行光化する
ことができる。また、本発明はその効果を損しない範囲
で種々の応用ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のバックライトの断面図。

【図２】本発明によるバックライトを構成する光源導光
部の光路を示す部分拡大断面図。

【図３】本発明の実施例２（導光体とプリズム一体型）
の断面図。

【図４】本発明の他の例（両凸シリンドリカルレンズ）
の断面図。

【図５】本発明の他の例（フレネルレンズ）の断面図。

【図６】光線追跡により求めたバックライト出射光の累
積光量曲線。

【図７】プリズムシートを用いる従来例１の断面図。

【図８】球面レンズを導光体に接着する従来例２の断面
図。

【図９】シリンドリカルレンズと光源光の分割を行なう
従来例３の断面図。

【符号の説明】

１、１１、１２：面状光学体２：線状光源３：左側導光体４：右側導光体５：左側プリズム６：右側プリズム７、８、９：シリンドリカルレンズ１０：反射板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久保麻子神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地旭硝子株式会社中央研究所内 (72)発明者宇南山伸一神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地旭硝子株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】線状光源と、集光性機能を持つ光学要素が
複数に備えられた面状光学体と、それぞれの光学要素に
対応して複数の光入射点が面状光学体に設定されたバッ
クライトであって、線状光源、第１の光路変更手段、お
よび第２の光路変更手段が、連続配置された３つの光学
要素に対応して配置され、第１の光路変更手段と線状光
源との間に第１の導光体が配置され、第２の光路変更手
段と線状光源との間に第２の導光体が配置され、光源か
ら出射した第１の光束は第１の導光体と第１の光路変更
手段を通過せしめられ、光源から出射した第２の光束は
第２の導光体と第２の光路変更手段を通過せしめられ、
光源から出射した第３の光束は導光体を介さずに面状光
学体に入射せしめられ、第１の光束、第２の光束、およ
び第３の光束は前記３つの光学要素をほぼ通過して面状
光学体から出射されることを特徴とするバックライト。
【請求項２】線状光源の背面側に反射膜が配置され、面
状光学体の光出射面側から反射膜までの厚みが１０ｍｍ
以内であることを特徴とする請求項１記載のバックライ
ト。
【請求項３】第１の光路変更手段と第２の光路変更手段
がプリズムとされ、プリズムの１辺で光路が折り曲げら
れることを特徴とする請求項１または２記載のバックラ
イト。
【請求項４】光学要素がシリンドリカルレンズまたはフ
レネルレンズであることを特徴とする請求項１、２また
は３記載のバックライト。
【請求項５】光学要素のピッチが２５〜１００ｍｍであ
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の
バックライト。
【請求項６】線状光源の長手方向に対してほぼ垂直な方
向における、面状光学体から出射される光の平行度がｎ
≧４０であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
１項記載のバックライト。