JPH103813A

JPH103813A - バックライト装置

Info

Publication number: JPH103813A
Application number: JP8154518A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Furusawa; 康弘古澤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1996-06-14
Publication date: 1998-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の導光体の下面に拡散反射パターン物を
形成することにより面光源化し、また、プリズムシート
を積層して出射光の指向性を液晶パネルの正面方向に強
める構成では、量産性に劣る。量産性を向上し得る構成
を提供する。【解決手段】両端部に管状光源１・１と反射板２・２
とが取り付けられた導光体部８は、管状光源１からの入
射光を伝播させる導光層３と、伝播される光を導光層３
から出射させる断面鋸歯状に形成された三角層４とが一
体となった透明導光体から形成されており、導光層３の
屈折率が最も大きく、三角層４の屈折率は、管状光源１
から離間するほど大きくなる方向に変化するように設定
され、かつ、三角層４の鋸歯部分の頂角は、導光体部８
より出射する光の指向性を液晶パネルの正面方向に強め
得るように、管状光源１から離間するほど大きくなるよ
うに設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置等に
搭載される、表示パネルである液晶パネルを背面側から
照射するバックライト装置に関し、特に、光源を導光体
の端部に配したエッジライト方式のバックライト装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶表示装置等に搭載される
バックライト装置には、液晶パネルの背面側に複数の光
源を配した直下方式と、導光体の端部に光源を配したエ
ッジライト方式とがあるが、薄型化が容易で構造も簡単
であるとの利点から、後者のエッジライト方式が近年よ
く使用されている。

【０００３】従来のエッジライト方式のバックライト装
置では、図１７に示すように、透明な導光体３３の両端
部に管状光源３１を配置し、この管状光源３１を覆うよ
うに反射鏡３２が配置されている。上記導光体３３の下
面（液晶パネルが配される側とは反対側）には、図１８
に示すような、管状光源３１から離間するほど密となる
拡散反射パターン物３８が施されており、これにより管
状光源３１からの光を導光体３３の上面より出射するこ
とができる。つまり、導光体３３と拡散反射パターン物
３８とで、光を伝播、拡散、反射する面光源手段が構成
されている。

【０００４】さらに、光を有効に利用するために、導光
体３３の上面側には、拡散シート３５、プリズムシート
３９等が配置され、導光体３３の下面側には、反射シー
ト３７等が配置されている。これにより、薄型で高品
位、高効率のバックライト装置が実現される。

【０００５】上記の各構成部材として、管状光源３１は
例えば冷陰極蛍光灯、反射鏡３２及び反射シート３７は
白色のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィル
ム、導光体３３は鏡面仕上げされたアクリル板、拡散シ
ート３５及びプリズムシート３９はポリカーボネイト等
で形成された薄いシート状のもので構成される。また、
導光体３３の下面に形成される拡散反射パターン物３８
は、ＴｉＯ₂系，ＢａＳＯ₄系等の白色塗料をドット状
にしたものから構成される。

【０００６】このようなバックライト装置では、その用
途から、図１７にて示した２灯式の他、１灯式のものも
あり、１灯式の場合は、導光体の一端部に管状光源を配
置し、その状態に応じた拡散反射パターン物が施される
だけで、他の構成や原理は２灯式と同じである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような従来のバックライト装置の構成では、以下に示
すような２つの問題点を有している。

【０００８】一つは、導光体３３の下面に拡散反射パタ
ーン物３８を施すためにシルク印刷等の印刷工程を要す
る点である（図１７参照）。拡散反射パターン物は、ド
ット状の白色塗料の塗布面積と非塗布面積（すなわち導
光体の鏡面部分）の比率により、面光源としての輝度分
布が決定される。したがって、この拡散反射パターン物
を用いる方法は、導光体の大きさや厚み、あるいは光源
の配置の形態が変わっても、パターンを変えるだけで容
易に面光源を実現できるメリットがあり、均一な輝度分
布の面光源を得る方法として現在主流となっている。し
かしながら、近年のバックライト装置の薄型化に伴い、
導光体の薄型化が図られ、これに伴って拡散反射パター
ン物のパターンをより細かくしなければならず、パター
ンが細かくなると、輝度むらや輝線の原因となる液だれ
や塗布不足等の印刷不良が印刷時に生じ易くなり、量産
性が悪くなる。

【０００９】その他、印刷時の塵の混入を防がなければ
ならないことや、導光体自体を金型成型して量産性を上
げようとしても、印刷工程が別途必要になることなど、
拡散反射パターン物を印刷にて得る方法は、必ずしも量
産性が良いとは言えない。

【００１０】もう一つは、バックライト装置の発光輝度
の指向性を液晶パネルの正面方向に強めるために、別部
材として上記したプリズムシート３９のような光学シー
トが必要になる点である（図１７参照）。光学シートと
して、現在ではアクリル、ポリカーボネイト等の樹脂を
５０ミクロンほどのピッチ、頂角が概ね９０度のプリズ
ム形状に配列したいわゆるプリズムシートがよく使われ
ている。しかしながらこのプリズムシートはその性質
上、部材コストがバックライト装置を構成する部材の中
で最も高く、また、傷や汚れが発生するとそのまま輝度
ムラ等の問題に直結するため、その扱いには慎重な作業
が必要になり、コスト、量産性の面で問題がある。

【００１１】本発明は、上記課題に鑑みて成されたもの
であって、コスト、量産性に優れたバックライト装置を
提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の請求項１記載のバックライト装置は、表
示パネルの背面側に配され、光を伝播、反射、拡散させ
る面光源手段の少なくとも一端部に、線状の光源と該光
源からの光を面光源手段へと反射させる反射板とが設け
られたバックライト装置において、上記面光源手段は、
光源からの入射光を伝播させるための第１の層と、該第
１の層に積層され、積層面とは反対側の面が断面鋸歯状
に形成された、伝播される光を第１の層から出射させる
ための第２の層とを一体に形成した透明導光体よりな
り、上記第１の層の屈折率は第２の層の屈折率より大き
く、かつ、第２の層の屈折率は、光源から離間するほど
大きくなる方向に変化するよう設定されていることを特
徴としている。

【００１３】これによれば、透明導光体よりなる面光源
手段における第１の層の屈折率は第２の層の屈折率より
大きく設定されている。したがって、第１の層内では全
反射現象が生じる。このときの全反射角は、第１の層と
第２の層との屈折率からスネルの法則より決定され、第
１の層と第２の層の屈折率が近づくほど、全反射角は大
きくなる。このことは、つまり、第２の層の屈折率を光
源から離間するほど大きく設定すれば、光源から離間す
るほど光の第２の層への入射機会を大きくすることがで
きることを表している。そこで、請求項１の構成では、
第２の層の屈折率を、光源から離間するほど大きくなる
方向に変化するように設定している。これにより、従来
のような拡散反射パターン物を印刷せずとも、１つの導
光体のみで均一な輝度分布を有する面光源手段を構成し
得る。

【００１４】本発明の請求項２記載のバックライト装置
は、表示パネルの背面側に配され、光を伝播、反射、拡
散させる面光源手段の少なくとも一端部に、線状の光源
と該光源からの光を面光源手段へと反射させる反射板と
が設けられたバックライト装置において、上記面光源手
段は、光源からの入射光を伝播させるための第１の層
と、該第１の層に積層され、積層面とは反対側の面が断
面鋸歯状に形成された、伝播される光を第１の層から出
射させるための第２の層とを一体に形成した透明導光体
よりなり、上記第１の層の屈折率は第２の層の屈折率よ
り大きく、かつ、上記第１の層と第２の層との界面の第
１の層の面に対する傾斜角は、表示パネルとは反対側に
傾く方向を正方向とすると、光源側で最も大きく、光源
から離間するほど小さくなる方向に変化するよう設定さ
れていることを特徴としている。

【００１５】これにおいても、透明導光体よりなる面光
源手段における第１の層の屈折率は第２の層の屈折率よ
り大きく設定されているので、第１の層内では全反射現
象が生じる。そして、前述の請求項１の構成では、第２
の層の屈折率を変化させて、光の第２の層への入射機会
を変化させたが、これにおいては、第１の層から第２の
層への光の入射機会が、第１の層と第２の層との界面の
傾斜角に依存することに着目し、該傾斜角を光源側で最
も大きく、光源から離間するほど小さくなる方向に変化
するよう設定している。これにより、光源から離間する
ほど第１の層から第２の層への光の入射機会が増加する
ので、これによっても請求項１のバックライト装置と同
様に、従来のような拡散反射パターン物を印刷すること
なく１つの導光体のみで均一な輝度分布を有する面光源
手段を構成し得る。

【００１６】本発明の請求項３記載のバックライト装置
は、請求項１又は２の構成において、上記面光源手段に
おける表示パネルとは反対側の表面に、面光源手段から
出射される光を該面光源手段に再入射させる反射手段が
設けられていることを特徴としている。

【００１７】これによれば、面光源手段の表示パネルと
は反対側の表面に設けられた反射手段により、表示パネ
ルとは反対側に出射された漏れ光が面光源手段内へと再
入射される。したがって、光を有効に利用することがで
き、明るいバックライト装置を実現できる。

【００１８】上記反射手段としては、例えば、面光源手
段の表面に配された鏡面反射板や、面光源手段の表面に
蒸着等により積層された鏡面反射膜等の鏡面反射を用い
る反射部材、或いは、面光源手段の表面に配された拡散
反射板や、面光源手段の表面に蒸着等により積層された
拡散反射層等の拡散反射を用いる反射部材等が挙げられ
る。

【００１９】本発明の請求項４記載のバックライト装置
は、請求項１、２又は３の構成において、上記面光源手
段における第２の層は、鋸歯部分の頂角が光源から離隔
するほど大きくなるように形成されていることを特徴と
している。

【００２０】これによれば、鋸歯部分の頂角が光源から
離隔するほど大きくなるように形成された第２の層によ
り、従来のように、高価で扱いの難しいプリズムシート
を別途設けることなく、出射光の指向性を表示パネルの
正面方向に強めることが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】

〔実施の形態１〕本発明の実施の一形態について図１な
いし図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。図
１（ａ）は、本実施の形態のバックライト装置の断面図
であり、図において上方が液晶パネル（図示せず）側と
なる。同図（ｂ）は、バックライト装置を液晶パネル側
とは反対側からみた下面図である。以降の説明におい
て、液晶パネル側を上面側、反液晶パネル側を下面側と
称する。

【００２２】図１（ａ)(ｂ）に示すように、このバック
ライト装置は２灯式であり、一体の透明な導光体よりな
る導光体部（面光源手段）８の両端部に、管状光源（光
源）１・１が一本ずつ配設されている。これら管状光源
１・１が取り付けられた端部側には、さらに、これら管
状光源１・１からの光を効率よく導光体部８に入射させ
るための反射鏡（反射板）２・２が、管状光源１・１を
覆うように取り付けられている。また、導光体部８の上
面側には、導光体部８から出射された光を拡散する拡散
シート５が配設されている。尚、上記の管状光源１・
１、反射鏡２・２は、詳細には導光体部８の後述する導
光層３の両端部に取り付けられており、これらが取り付
けられている端部側面３ａが光入射面となる。

【００２３】導光体部８は、管状光源１から出射された
光を伝播させる機能を有する導光層（第１の層）３と、
この導光層３にて伝播される光を出射させる機能を有す
る下面が断面鋸歯状に形成された三角層（第２の層）４
とが一体に積層されたものである。そして、導光層３の
屈折率、三角層４の屈折率、及び三角層４の鋸歯部分の
頂角は、後述のような計算機シミュレーションによって
求められた値に設定されており、これにより、従来のよ
うに拡散反射パターン物を導光体の下面に施すことなく
面光源化が可能となり、また、プリズムシートのような
光学シートを必要とすることなく、導光体部８より出射
する光の指向性を液晶パネルの正面方向に強めることが
可能となっている。

【００２４】また、上記の管状光源１には例えば冷陰極
蛍光灯や熱陰極蛍光灯等を用いることができ、反射鏡２
には反射率の高い白色系のＰＥＴ（ポリエチレンテレフ
タレート）フィルムや銀蒸着フィルム、拡散シート５に
はポリカーボネイトの表面を微細に粗面処理をしたフィ
ルムやアクリルに粗面処理したもの等をそれぞれ用いる
ことができる。

【００２５】このような構成において、管状光源１・１
から出射した光は、直接、或いは反射鏡２・２を介して
導光層３の光入射面から入射し、導光層３を伝播すると
共に三角層４にて拡散・反射されて導光層３から出射さ
れ、導光層３の上面から出射した光が、拡散シート５に
て拡散された後、図示しない液晶パネルを背面側から照
射することとなる。

【００２６】以下に、前述した計算機シミュレーション
による導光体部８における導光層３の屈折率、三角層４
の屈折率、及び三角層４の鋸歯部分の頂角の設定につい
て説明する。

【００２７】導光層３及び三角層４の各屈折率は、導光
層３の入射光の入射角及び強度と、導光層３の屈折率
と、三角層４の屈折率とにより導き出される、導光層３
の入射光に対する導光層３の出射光の出射角及び強度に
より決定されるため、まず、その理論式を説明する。

【００２８】図２において、空気の屈折率ｎ₁＝１と
し、導光層１０の屈折率をｎ₂、三角層１１の屈折率を
ｎ₃、入射光の導光層１０への入射角をｉ₀、強度をＩ
₀とすれば、導光層１０から出射する光の出射角ｒ₄、
強度Ｉ₄は次のようにして求まる。

【００２９】導光層１０の光入射面１０ａにおいて、屈
折角ｒ₀、表面反射Ｒ₀は、

【００３０】

【数１】

【００３１】となる。よって、導光層１０に入射した光
の強度Ｉ₁は、

【００３２】

【数２】

【００３３】となる。次に、導光層１０と三角層１１の
界面１２において、入射角ｉ₁、屈折角ｒ₁、表面反射
Ｒ₁は、

【００３４】

【数３】

【００３５】となる。よって、三角層１１に入射した光
の強度Ｉ₂は、

【００３６】

【数４】

【００３７】となる。ここで導光層１０の屈折率ｎ₂が
三角層１１の屈折率ｎ₃よりも大きいとき、全反射角Ｚ
₁は、

【００３８】

【数５】

【００３９】となり、この全反射角Ｚ₁より大きい入射
角ｉ₁の光は、図に示すｂのように界面１２で全反射す
る。一方、全反射角Ｚ₁より小さい入射角ｉ₁の光は、
図に示すａのように三角層１１に入射する。

【００４０】次に、三角層１１に入射した光の入射角ｉ
₂は、三角層１１の頂角をθ₃とすれば、

【００４１】

【数６】

【００４２】となる。ここで三角層１１の表面が空気中
にあるとき、全反射角Ｚ₂は、

【００４３】

【数７】

【００４４】となり、この全反射角Ｚ₂より大きい入射
角ｉ₂の光は界面１３で全反射する。或いは、鏡面反射
ミラーのような鏡面反射手段２５を配置すれば図に示す
ａのように反射する。

【００４５】次に、再び導光層１０と三角層１１の界面
１２において、入射角ｉ₃、屈折角ｒ₃、表面反射Ｒ₃
は、

【００４６】

【数８】

【００４７】となる。よって、導光層１０に入射した光
の強度Ｉ₃は、

【００４８】

【数９】

【００４９】となる。そして、導光層１０の上面におい
て入射角ｉ₄、屈折角ｒ₄、表面反射角Ｒ₄は、

【００５０】

【数１０】

【００５１】となる。よって、導光層１０に入射した光
の強度Ｉ₄は、

【００５２】

【数１１】

【００５３】となる。ここで、導光層１０の表面が空気
中にあるとき、全反射角Ｚ₃は、

【００５４】

【数１２】

【００５５】となり、この全反射角Ｚ₃より大きい入射
角ｉ₄の光は界面１４で全反射して導光層１０から出射
しない。

【００５６】以上の理論式に基づいて、導光層１０に入
射する光に対して、導光層１０から出射する光の比率を
シミュレーションによって求めると、図３に示すような
結果が得られた。尚、シミュレーションでは、導光層１
０の屈折率ｎ₂＝１．５９とし、三角層１１の屈折率ｎ
₃を１から１．５９に変化させた。

【００５７】図３によれば、三角層１１の屈折率ｎ₃が
約１．２４より小さくなると入射光はすべて導光層１０
と三角層１１の界面１２において全反射し、約１．２４
より大きくなるにつれてその界面１２では三角層１１に
入射する光の比率が上昇し、導光層１０から出射する光
が多くなる。そして当然のことながら、ｎ₃＝１．５９
以上では全反射は一切おこらず、すべての光が三角層１
１に入射する。

【００５８】したがって、このシミュレーションの結果
から、三角層１１の屈折率ｎ₃を管状光源からの位置を
関数として変化させれば、導光層１０の端部に配される
管状光源からの位置に応じて導光層１０から出射する光
を任意に変えることができることになる。このことは、
つまり、従来のバックライト装置で行っていた、拡散反
射パターン物の占有面積比率での輝度分布の調整を、三
角層１１の屈折率を変えることで実現できることを意味
している。

【００５９】そこで、本バックライト装置の導光体部８
の導光層３及び三角層４では、導光層３の屈折率を１．
５９とし、三角層４の屈折率は、導光体３のあらゆる位
置で同じ出射光強度を得ることができるように、１．２
４より大きく１．５９より小さい範囲で設定されてい
る。基本的には、三角層４の屈折率は、管状光源１から
離間するほど大きくなるように設定される。これによ
り、上記導光体部８は、従来のように導光体の下面に拡
散反射パターン物を印刷にて設けることなく、１つの導
光体よりなる輝度分布の均一な面光源となっている。

【００６０】一方、上記の理論式からわかるように、出
射光の角度分布は、三角層１１の頂角θ₃に依存する。
そこで、頂角θ₃をパラメータとして、出射角の角度分
布をシミュレーションによって求めると、図４（ａ)
(ｂ）及び図５（ａ)(ｂ）に示すような結果が得られ
た。尚、シミュレーションでは、０°から９０°の１°
ステップの入射角ｉ₀をもつ光線の集合体（それぞれの
光線の強度Ｉ₀は１とする）を入射光として、出射光の
角度分布を算出した。

【００６１】θ₃＝１００°のとき、屈折率ｎ₃＝１．
３，１．４，１．５の各三角層１１による出射角分布
は、図４（ａ）に示すようになり、その場合の出射光強
度は、同図（ｂ）に示すように、全体的に負方向（光源
側）にシフトしている。一方、θ₃＝１１０°のときは
図５（ａ)(ｂ）に示すようになり、全体的に正方向（反
光源側）にその強度がシフトしている。

【００６２】基本的には、正負両方向にバランスよく強
度をもつ方がよいので、そうなるような頂角θ₃をシミ
ュレーションによって求めると、図６（ａ)(ｂ）に示す
ような結果が得られた。つまり、ｎ₃＝１．３の最適な
頂角（以下、最適頂角）θ₃は１０１．４°、屈折率ｎ
₃＝１．４の最適頂角θ₃は１０６．１°、屈折率ｎ₃
＝１．５の最適頂角θ₃は１０９°であった。なお、上
記のシミュレーションは一例であり、三角層１１の他の
屈折率に対して、あるいは導光層１０の屈折率がかわっ
ても同様に算出できる。

【００６３】そこで、本バックライト装置の三角層４の
鋸歯部分の頂角も、上記のようなシミュレーションによ
り求められた、導光層３の屈折率１．５９、三角層４の
屈折率に応じた最適頂角に設定されている。基本的に
は、管状光源１から離間するほど、頂角θ₃が大きくな
るように設定する。これにより、従来のようにプリズム
シート等の光学シートを別途設けることなく、導光体部
８より出射する光の指向性を液晶パネルの正面方向に強
めることが可能となっている。

【００６４】また、バックライト装置の製造において、
上記の導光体部８を作製する方法は、特に限定されるも
のではなく、例えば屈折率の異なる導光層３と三角層４
との積層は、金型成型でも蒸着や塗布でもよい。また、
三角層４の形状を断面鋸歯状に形成する工程も、金型成
型でもレーザ光線等で切削してもよい。

【００６５】以上のように、本実施の形態のバックライ
ト装置では、導光体部８が、光を伝播させる機能を有す
る導光層３と、この導光層３にて伝播される光を出射さ
せる機能を有する、下面が断面鋸歯状に形成された三角
層４とが一体に積層された透明導光体よりなり、導光層
３の屈折率が三角層４の屈折率より大きく、かつ、三角
層４の屈折率は、基本的には管状光源１から離間するほ
ど大きくなるように設定されている。したがって、従来
のように拡散反射パターン物を施すことなく一つの導光
体により面光源化が可能となる。この結果、拡散反射パ
ターン物を用いる場合のような、印刷不良や塵の混入の
問題、導光体の成型と拡散反射パターン物の形成とが同
一工程で行えないなどの問題が解決され、量産性を著し
く向上できる。

【００６６】しかも、三角層４の鋸歯部分の頂角を最適
頂角に設定することで、導光体部８より出射する光の指
向性を液晶パネルの正面方向に強めることが可能となる
ので、従来のように、高価で取り扱いも難しいプリズム
シートを別途に設ける必要がない。この結果、部品点数
の削減だけでなく、コストも大きく削減し、量産性をさ
らに向上できる。

【００６７】尚、指向性の強さをそれほど必要としない
のであれば三角層４の頂角は一定としてもよい。また、
上記導光体部８では、従来のようなパターン模様は存在
しないので、必ずしも拡散シート５を必要とするもので
はない。したがって、拡散シート５は上記で求めた出射
光の指向性を変えてしまうので、かなり指向性を強めた
ければ、特に設けなくてもよい。また、拡散シート５を
用いても、導光層３に近接して配置すれば、十分強い指
向性を保持し得る。

【００６８】また、本実施の形態のバックライト装置で
は、導光体部８の導光層３側を液晶パネルと対向するよ
うに配していたが、図７に示すように、導光体部８の三
角層４側を、液晶パネルと対向するように配することも
可能である。このときの光線の伝播原理は上記と同様な
ので省略するが、最適頂角など角度に関するものは上記
と異なるので、それぞれの要求に応じて最適化する必要
がある。

【００６９】また、本実施の形態のバックライト装置で
は、導光体部８の下面側には、反射手段を設けていなか
ったが、例えば図８（ａ）に示すように、鏡面反射膜６
ａや拡散反射層７ａを積層したり、図８（ｂ）に示すよ
うに、鏡面反射板６ｂや拡散反射板７ｂを配置したりす
ることで、導光体部８の下面側に出射する漏れ光を再び
導光体部８内へと戻して光の有効利用が可能となり、明
るいバックライト装置を実現できる。

【００７０】上記鏡面反射膜６ａは、銀やアルミなどの
反射率の高い物質を三角層４の下面に直接蒸着すること
で得られ、鏡面反射板６ｂは、銀やアルミなどの反射率
の高い物質を蒸着した板状のものからなる。

【００７１】上記拡散反射層７ａは、反射率の高い白色
系の塗料（従来の拡散反射パターン物の形成に用いてい
た拡散反射物でよい）を三角層４の下面に直接塗布する
ことで得られ、拡散反射板７ｂは、反射率の高い白色系
のＰＥＴフィルム等からなる。

【００７２】このとき、直接蒸着した鏡面反射膜６ａの
場合は上記のシミュレーションと同様である。一方、鏡
面反射板６ｂを配した場合は、三角層４を出射する光に
ついては、上述の理論式のみでは算出できないが、鏡面
反射板６ｂにより三角層４に再入射してくる光を考慮し
て、各パラメータを最適化すればよい。

【００７３】また、拡散反射層７ａ及び拡散反射板７ｂ
とも、拡散現象が生じるので三角層４を出射する光につ
いては、上述の理論式のみでは算出できない。しかしな
がら、主光線は上記と同様に考えることができるため、
後は拡散光を考慮して各パラメータを最適化すればよ
い。

【００７４】尚、このような反射手段は、上記の図８に
示したバックライト装置においても、導光体部８の導光
層３の下面側に設けることで、同様の効果が得られる。

【００７５】〔実施の形態２〕本発明の他の実施の形態
について図９ないし図１４に基づいて説明すれば、以下
の通りである。尚、説明の便宜上、前記の実施の形態１
にて示した部材と同一の機能を有する部材には、同一の
符号を付記し、その説明を省略する。

【００７６】図９（ａ）は、本実施の形態のバックライ
ト装置の断面図であり、図において上方が液晶パネル
（図示せず）側となる。同図（ｂ）は、バックライト装
置を液晶パネル側とは反対側からみた下面図である。図
９（ａ)(ｂ）に示すように、このバックライト装置と、
図１（ａ)(ｂ）に示した実施の形態１のバックライト装
置とは、導光体部９が違うだけで、他の部分は同一の構
成を有している。

【００７７】実施の形態１の導光体部８では、導光層３
の屈折率が三角層４の屈折率より高く、かつ、三角層４
の屈折率が導光層３の屈折率より小さい範囲で、管状光
源１から離間するほど大きくなる方向に変化するように
設定し、これにより、管状光源１から離間するほど、導
光層３から三角層４への光の入射機会を増加させ、均一
な輝度分布を有する面光源としていた。これに対し、本
実施の形態の導光体部９では、導光層１５の屈折率が三
角層１６の屈折率より高く設定することは同じである
が、三角層１６の屈折率は一様であり、導光層１５と三
角層１６の界面の導光層１５の面に対する傾斜角が、液
晶パネルとは反対側に傾く方向を正方向とすると、管状
光源１側で最も大きく、管状光源１から離間するほど小
さくなる方向に変化するよう設定されている。これによ
り、導光体部８と同様に、管状光源１から離間するほ
ど、導光層３から三角層４への光の入射機会を増加さ
せ、均一な輝度分布を有する面光源としている。上記界
面の傾斜角（以下、界面傾角と称する）は、計算機シミ
ュレーションにより求められる。

【００７８】以下に、シミュレーションによる、導光体
部９における導光層１５、三角層１６の屈折率、界面傾
角、及び三角層１６の頂角の各設定について説明する。
前述の実施の形態１の場合と同様に、導光層１５、三角
層１６の屈折率、及び界面傾角は、導光層１５への入射
光の入射角及び強度と、導光層１５の屈折率と、三角層
１６の屈折率とにより導き出される入射光に対する出射
光の出射角及び強度により決定されるため、その理論式
について説明する。

【００７９】図１０に示すように、空気の屈折率ｎ₁＝
１、導光層２０の屈折率ｎ₂、三角層２１の屈折率
ｎ₃、入射光の導光層２０への入射角をｉ₀、強度をＩ
₀とすれば、導光層２０から出射する光の出射角ｒ₄、
強度Ｉ₄は次のようになる。

【００８０】まず、導光層２０の光入射面２０ａにおい
て、屈折角ｒ₀、表面反射Ｒ₀、強度Ｉ₁は、上記の実
施の形態１で示した〔数１〕、〔数２〕と同様である。

【００８１】次に、導光層２０と三角層２１の界面２２
において入射角ｉ₁は、界面傾角をθ₁とすれば、

【００８２】

【数１３】

【００８３】となる。屈折角ｒ₁、表面反射Ｒ₁、強度
Ｉ₂、全反射角Ｚ₁は、上記の実施の形態１で示した
〔数３〕、〔数４〕、〔数５〕と同様であり、全反射角
Ｚ₁より大きい入射角ｉ₁の光線は、図に示すｂのよう
に界面２２で全反射し、全反射角Ｚ₁より小さい入射角
ｉ₁の光線は、ａのように三角層２１に入射する。

【００８４】次に、三角層２１に入射した光の入射角ｉ
₂は、三角層２１の傾角（以下、三角層傾角と称する）
をθ₂とすれば、

【００８５】

【数１４】

【００８６】となる。ここでの全反射角Ｚ₂について
も、上記の実施の形態１で示した〔数７〕と同様であ
る。

【００８７】次に、再び導光層２０と三角層２１の界面
２２において入射角ｉ₃は、

【００８８】

【数１５】

【００８９】となる。屈折率ｒ₃、表面反射Ｒ₃、強度
Ｉ₃は上記の実施の形態１で示した〔数８〕、〔数９〕
と同様である。そして、導光層２０の上面において入射
角ｉ₄は、

【００９０】

【数１６】

【００９１】となる。屈折角ｒ₄、表面反射Ｒ₄、強度
Ｉ₄、全反射角Ｚ₃は上記の実施の形態１で示した〔数
１０〕、〔数１１〕、〔数１２〕と同様である。

【００９２】以上の理論式に基づいて、導光層２０に入
射する光に対して、導光層２０から出射する光の比率を
シミュレーションによって求めると、図１１に示すよう
な結果が得られた。尚、シミュレーションでは、導光層
２０の屈折率ｎ₂＝１．５９、三角層２１の屈折率ｎ₃
＝１．４９とし、界面傾角を−２４°から２５°に変化
させた。

【００９３】図１１によれば、界面傾角が正方向、つま
り液晶パネルより離れる方向に傾斜する角度が大きくな
るほど、界面２２での三角層２１へ入射する光の比率が
小さく、界面傾角約１８°以上では入射光はすべて導光
層２０と三角層２１の界面２２において全反射し、負方
向に傾斜する角度が大きくなるにつれて界面２２では三
角層２１に入射する光の比率が上昇し、導光層２０から
出射する光が多くなる。

【００９４】したがって、このシミュレーションの結果
から、導光層２０と三角層２１の界面傾角を光源からの
位置を関数として変化させれば、導光層２０の端部に配
される管状光源の位置に応じて導光層２０から出射する
光を任意に変えることができることになる。このこと
は、つまり、従来のバックライト装置で行っていた、拡
散反射パターン物の占有面積比率での輝度分布の調整
を、界面傾角を変えることで実現できることを意味して
いる。

【００９５】そこで、本バックライト装置の導光体部９
の導光層１５及び三角層１６では、導光層１５の屈折率
を１．５９とし、三角層１６の屈折率を１．４９とし、
界面傾角は、導光体１５のあらゆる位置で同じ出射光強
度を得ることができるように設定されている。これによ
り、上記導光体部９は、従来のように導光体の下面に拡
散反射パターン物を印刷にて設けることなく、１つの導
光体よりなる輝度分布の均一な面光源となっている。

【００９６】一方、上記の理論式からわかるように、出
射光の角度分布は、三角層傾角θ₂に依存する。三角層
傾角θ₂は、鋸歯部分の頂角θ₃’の関数であり、三角
層傾角θ₂と頂角θ₃’とは、三角層傾角θ₂が大きく
なるほど頂角θ₃’が小さくなる関係にある。

【００９７】そこで、三角層傾角θ₂をパラメータとし
て、出射角の角度分布をシミュレーションによって求め
ると、図１２（ａ)(ｂ）及び図１３（ａ)(ｂ）に示すよ
うな結果が得られた。尚、シミュレーションでは、０°
から９０°の１°ステップの入射角ｉ₀をもつ光線の集
合体（それぞれの光線の強度Ｉ₀は１とする）を入射光
として、出射光の角度分布を算出した。

【００９８】θ₂＝５０°のとき、θ₁＝−１６°，０
°，１６°の各三角層２１による出射角分布は、図１２
（ａ）のようになり、その場合の出射光強度は、同図
（ｂ）に示すように、全体的に正方向（反光源側）にシ
フトしている。一方、θ₂＝２０°のときは図１３
（ａ)(ｂ）のようになり、全体的に負方向（光源側）に
その強度がシフトしている。

【００９９】基本的には、正負両方向にバランスよく強
度をもつ方がよいので、そうなるような三角層２１の傾
角θ₂をシミュレーションによって求めると、図１４
（ａ)(ｂ）に示すような結果が得られた。つまり、θ₁
＝−１６°の最適な三角層傾角（以下、最適三角層傾
角）θ₂は２１．９°、θ₁＝０°の最適三角層傾角θ
₂は３５．５°、θ₁＝１６°の最適三角層傾角θ₂は
５０．３°であった。なお、上記のシミュレーションは
一例であり、他の界面傾角θ₁に対して、あるいは導光
層２０、三角層２１の屈折率がかわっても同様に算出で
きる。

【０１００】そこで、本バックライト装置の三角層１６
の三角層傾角θ₂も、上記のようなシミュレーションに
より求められた、導光層１５の屈折率、及び三角層１６
の屈折率、並びに界面傾角θ₁に応じた最適三角層傾角
に設定されている。そして、前述したように、頂角
θ₃’は三角層傾角θ₂の関数であり、頂角θ₃’に関
して言い換えれば、基本的には、管状光源１から離間す
るほど、頂角θ₃’が大きくなるように設定されてい
る。これにより、従来のようにプリズムシート等の光学
シートを別途設けることなく、導光体部９より出射する
光の指向性が液晶パネルの正面方向に強められている。

【０１０１】尚、実施の形態１でも述べたが、指向性の
強さをそれほど必要としないのであれば三角層１６の頂
角は一定としてもよい。また、この場合もかなり指向性
を強めたければ拡散シート５は特に設けなくてもよい。

【０１０２】また、本実施の形態のバックライト装置で
は、導光体部９の導光層１５側を液晶パネルと対向する
ように配していたが、これにおいても、実施の形態１で
述べた如く、図１５に示すように、導光体部９の三角層
１６側を、液晶パネルと対向するように配することも可
能である。このときの光線の伝播原理は上記と同様なの
で省略するが、界面傾角θ₁、三角層最適傾角θ₂など
角度に関するものは上記と異なるので、それぞれの要求
に応じて最適化する必要がある。

【０１０３】また、本実施の形態のバックライト装置で
も、例えば図１６（ａ）に示すように、鏡面反射膜６
ａ、拡散反射層７ａを積層したり、図１６（ｂ）に示す
ように、鏡面反射板６ｂや拡散反射板７ｂを配置したり
することで、導光体部９の下面側に出射する漏れ光を再
び導光体部９内へと戻し、光の有効利用が可能となり、
明るいバックライト装置を実現できる。

【０１０４】尚、このような反射手段は、上記の図１５
に示したバックライト装置においても、導光体部９の導
光層１５の下面に設けることで、同様の効果が得られ
る。

【０１０５】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１記載の
バックライト装置は、面光源手段が、光源からの入射光
を伝播させるための第１の層と、該第１の層に積層さ
れ、積層面とは反対側の面が断面鋸歯状に形成された、
伝播される光を第１の層から出射させるための第２の層
とを一体に形成した透明導光体よりなり、上記第１の層
の屈折率は第２の層の屈折率より大きく、かつ、第２の
層の屈折率は、光源から離間するほど大きくなる方向に
変化するよう設定されている構成である。

【０１０６】これにより、面光源手段を構成する第１の
層と第２の層の屈折率により輝度分布を操作でき、従来
のように拡散反射パターン物を施すことなく面光源化が
可能となるので、前述した印刷不良や塵の混入、導光体
の成型と拡散反射パターン物の形成とが同一工程で行え
ないなどの従来の問題を解決し、量産性に優れたバック
ライト装置を提供できるという効果を奏する。

【０１０７】本発明の請求項２記載のバックライト装置
は、面光源手段が、光源からの入射光を伝播させるため
の第１の層と、該第１の層に積層され、積層面とは反対
側の面が断面鋸歯状に形成された、伝播される光を第１
の層から出射させるための第２の層とを一体に形成した
透明導光体よりなり、上記第１の層の屈折率は第２の層
の屈折率より大きく、かつ、上記第１の層と第２の層と
の界面の第１の層の面に対する傾斜角は、表示パネルと
は反対側に傾く方向を正方向とすると、光源側で最も大
きく、光源から離間するほど小さくなる方向に変化する
よう設定されている構成である。

【０１０８】これにより、面光源手段を構成する第１の
層と第２の層の屈折率と、界面傾角により輝度分布を操
作でき、従来のように拡散反射パターン物を施すことな
く面光源化が可能となるので、前述した印刷不良や塵の
混入、導光体の成型と拡散反射パターン物の形成とが同
一工程で行えないなどの従来の問題を解決し、量産性に
優れたバックライト装置を提供できるという効果を奏す
る。

【０１０９】本発明の請求項３記載のバックライト装置
は、請求項１又は２の構成において、上記面光源手段に
おける表示パネルとは反対側の表面に、面光源手段から
出射される光を該面光源手段に再入射させる反射手段が
設けられている構成である。

【０１１０】これにより、面光源手段の表示パネルとは
反対側に出射される漏れ光を面光源手段へと再入射させ
て、光を有効に利用することができるので、請求項１又
は２の構成による効果に加えて、明るいバックライト装
置を実現できるという効果も奏する。

【０１１１】本発明の請求項４記載のバックライト装置
は、請求項１、２又は３の構成において、上記面光源手
段における第２の層は、鋸歯部分の頂角が光源から離隔
するほど大きくなるように形成されている構成である。

【０１１２】これにより、従来のように、高価で扱いの
難しい光学シートを別途設けることなく、出射光の指向
性を表示パネルの正面方向に強めることが可能となるの
で、請求項１、２又は３の構成よりもさらに少ない構成
部材で出射光の指向性まで制御して、より量産性の優れ
たバックライト装置を提供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のバックライト装置の構成
を示すもので、（ａ）が断面図、（ｂ）はその下面図で
ある。

【図２】上記バックライト装置に搭載されると同タイプ
の導光体部における光線追跡の原理図である。

【図３】上記バックライト装置に搭載される導光体部の
設計に用いる、出射光強度比のシミュレーション結果を
示す説明図である。

【図４】上記バックライト装置に搭載される導光体部の
設計に用いる、出射光角度分布のシミュレーション結果
を示す説明図である。

【図５】上記バックライト装置に搭載される導光体部の
設計に用いる、出射光角度分布のシミュレーション結果
を示す説明図である。

【図６】上記バックライト装置に搭載される導光体部の
設計に用いる、出射光角度分布のシミュレーション結果
を示す説明図である。

【図７】本発明の他の実施形態のバックライト装置の構
成を示す断面図である。

【図８】（ａ)(ｂ）それぞれ、本発明の他の実施形態の
バックライト装置の構成を示す断面図である。

【図９】本発明の他の実施形態のバックライト装置の構
成を示すもので、（ａ）が断面図、（ｂ）はその下面図
である。

【図１０】上記バックライト装置に搭載されると同タイ
プの導光体部における光線追跡の原理図である。

【図１１】上記バックライト装置に搭載される導光体部
の設計に用いる、出射光強度比のシミュレーション結果
を示す説明図である。

【図１２】上記バックライト装置に搭載される導光体部
の設計に用いる、出射光角度分布のシミュレーション結
果を示す説明図である。

【図１３】上記バックライト装置に搭載される導光体部
の設計に用いる、出射光角度分布のシミュレーション結
果を示す説明図である。

【図１４】上記バックライト装置に搭載される導光体部
の設計に用いる、出射光角度分布のシミュレーション結
果を示す説明図である。

【図１５】本発明の他の実施形態のバックライト装置の
構成を示す断面図である。

【図１６】（ａ)(ｂ）それぞれ、本発明の他の実施形態
のバックライト装置の構成を示す断面図である。

【図１７】（ａ）は従来技術の２灯方式バックライト装
置の下面図で、（ｂ）はその断面図である。

【図１８】従来技術の２灯方式バックライト装置のドッ
ト形状による拡散反射パターン物を示す説明図である。

【符号の説明】

１管状光源２反射鏡３導光層（第１の層）４三角層（第２の層）５拡散シート６ａ鏡面反射膜（反射手段）６ｂ鏡面反射板（反射手段）７ａ拡散反射層（反射手段）７ｂ拡散反射板（反射手段）８導光体部（面光源手段）９導光体部（面光源手段）１５導光層（第１の層）１６三角層（第２の層）

【手続補正書】

【提出日】平成８年７月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９８】θ₂＝２０°のとき、θ₁＝−１６°，０
°，１６°の各三角層２１による出射角分布は、図１２
（ａ）のようになり、その場合の出射光強度は、同図
（ｂ）に示すように、全体的に正方向（反光源側）にシ
フトしている。一方、θ₂＝５０°のときは図１３
（ａ)(ｂ）のようになり、全体的に負方向（光源側）に
その強度がシフトしている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表示パネルの背面側に配され、光を伝播、
反射、拡散させる面光源手段の少なくとも一端部に、線
状の光源と該光源からの光を面光源手段へと反射させる
反射板とが設けられたバックライト装置において、上記面光源手段は、光源からの入射光を伝播させるため
の第１の層と、該第１の層に積層され、積層面とは反対
側の面が断面鋸歯状に形成された、伝播される光を第１
の層から出射させるための第２の層とを一体に形成した
透明導光体よりなり、上記第１の層の屈折率は第２の層
の屈折率より大きく、かつ、第２の層の屈折率は、光源
から離間するほど大きくなる方向に変化するよう設定さ
れていることを特徴とするバックライト装置。
【請求項２】表示パネルの背面側に配され、光を伝播、
反射、拡散させる面光源手段の少なくとも一端部に、線
状の光源と該光源からの光を面光源手段へと反射させる
反射板とが設けられたバックライト装置において、上記面光源手段は、光源からの入射光を伝播させるため
の第１の層と、該第１の層に積層され、積層面とは反対
側の面が断面鋸歯状に形成された、伝播される光を第１
の層から出射させるための第２の層とを一体に形成した
透明導光体よりなり、上記第１の層の屈折率は第２の層
の屈折率より大きく、かつ、上記第１の層と第２の層と
の界面の第１の層の面に対する傾斜角は、表示パネルと
は反対側に傾く方向を正方向とすると、光源側で最も大
きく、光源から離間するほど小さくなる方向に変化する
よう設定されていることを特徴とするバックライト装
置。
【請求項３】上記面光源手段における表示パネルとは反
対側の表面に、面光源手段から出射される光を該面光源
手段に再入射させる反射手段が設けられていることを特
徴とする請求項１又は２記載のバックライト装置。
【請求項４】上記面光源手段における第２の層は、鋸歯
部分の頂角が光源から離隔するほど大きくなるように形
成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載
のバックライト装置。