JPH11306830A

JPH11306830A - 面照明装置

Info

Publication number: JPH11306830A
Application number: JP10108848A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Suga; 義訓菅; Tetsuo Konno; 哲郎今野; Masanobu Miwa; 雅申三輪
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 1999-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】薄型かつ軽量で、発光面に反りや歪みが発生
せず、面輝度や発光効率に優れ、構造が簡単で、生産の
容易な面状導光素子の提供。【解決手段】側方を入光部、前面を光照射面とする照
明板と、該照明板の側方に配設された線状光源とを有
し、照明板の線状光源側の端部に傾斜角または接線の傾
斜角が端部に向って大となる連続した２以上の平面また
は湾曲面によって端部に向って厚みが大となるように構
成された光導入部を形成したことを特徴とする面照明装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置のバ
ックライト、視認性を向上した表示板等として好適な面
照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、ワードプロセッサやパーソナルコ
ンピュータ等の表示装置として透過型の液晶表示装置が
多用されており、このような液晶表示装置では、通常、
液晶素子の背面に面状の照明装置すなわちバックライト
が配設されている。このバックライトは冷陰極放電管等
の線状光源を面状の光に変換する機構とされている。具
体的には、液晶素子の背面直下に光源を配設する方法
と、側面に光源を設置し、アクリル板等の導光板を用い
て面光源を得る方法（サイドライト方式）が知られてい
る。ここで、このサイドライト方式については、例えば
特開昭６１−９９１８７号公報や特開昭６３−６２１０
４号公報に開示されている。特に、軽量、薄型という液
晶表示装置の一般的特徴をより有効に引き出す為には、
バックライトを薄くすることが出来るサイドライト方式
の利用が好適であり、携帯用パーソナルコンピュータ等
の液晶表示装置にはサイドライト方式のバックライトが
多く使用されている。

【０００３】従来使用されているサイドライト方式のバ
ックライトは、図６に示すように照明板２０の側部に線
状光源２１が設けられ、線状光源２１から光入射面２２
を通して入射した光が照明板２０内を全反射を繰り返し
て進行する。また、照明板２０の背面２３にはドット状
の粗面加工、あるいは光反射材を含有するインクを用い
たドットパターン２４、２４等が形成されており、この
ドット２４に照射された光は散乱して照明板２０の前面
より出射される構成とされている。２５は反射層であ
る。かかる面照明装置において、照明板２０は光入射面
２２から入射した光線を全反射によって進行させる重要
な機能を果たし、照明効率を向上させるためには線状光
源から出射した光線を損失無く照明板２０内に入射させ
ること、および照明板２０に入射した光線を損失無く前
面から照射させることが重要となる。

【０００４】ここで、光源が完全な線状光源であれば極
薄い平板状の照明板２０に対しても損失を抑えて照明板
２０内に光線を入光させることは可能であるが、一般に
利用可能な放電管は有限の直径を有するため、ランプ径
より薄い照明板では光入射面２２で大幅な損失が生じ
る。すなわち、図７（Ａ）に示したように、ランプ径２
１が相対的に照明板の厚みより小さいときは、リフレク
タ形状等を工夫することによって大部分の光線を照明板
２０内に導くことが可能となるが、ランプ径２１が照明
板２０の厚みより大きい場合には放電管２１と照明板２
０を接触させただけでは、図７（Ｂ）に見られるよう
に、放電管２１から出射した光線を効率良く照明板２０
内に導くことが困難となる。そのため、ランプ径が出来
る限り細いものを採用し、それに合わせて照明板２０を
薄くすることで、より薄型化された面照明装置が実用さ
れてきた。

【０００５】しかしながら、発光効率、力学強度等の点
からランプ径の細管化にも限界があり、たとえば、月刊
ディスプレイ、１９９６年５月号４０頁には冷陰極管で
は２ｍｍ程度が限界と記載されている。また、照明板２
０をこれらのランプ径にまで薄型化すると、熱や加重に
よる反りや歪みが発生し易くなり、液晶表示装置に用い
る上で不適当となる問題が発生する。このように、サイ
ドライト方式のバックライトを用いても尚、液晶表示装
置全体の厚みに占める照明板２０の厚みは５０％近くに
も達し、液晶表示装置の薄型化に対する市場の要求を満
たすには未だ不十分である。また、近時、液晶表示装置
の用途拡大から大画面の液晶素子が生産される傾向にあ
るが、大型バックライトでは照明板２０の占める重量も
無視できなくなりつつあり、こうした点からも、より薄
い面照明装置の登場が待ち望まれている。これらの問題
に対して、薄型化が容易なＥＬ素子を用いて解決しよう
とする試みもあるが、面輝度、発光効率の点で不十分な
場合が多く、駆動回路まで含めた素子全体の価格は高価
なものとなるため、満足の得られるものではなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みて為されたものであり、薄型かつ軽量で、発光面に
反りや歪みが発生せず、面輝度や発光効率に優れ、構造
が簡単で、生産の容易な面照明装置の提供を目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】面照明装置において照明
板の大部分を占めている光を照射する領域では、光入射
面から入射した光を反射によって損失無く伝搬させる部
材であり、二次元の光導波路（スラブ形光導波路）とし
て機能すれば良いのであって、入射した光エネルギーを
損失無く導くことさえ出来れば厚みは薄くすることが可
能であり、公知の方法による光線の方向変換手段と出射
光分布の均一化手段を利用してこれを改良することによ
って、面照明装置を得ることが可能である。本発明はか
かる観点から鋭意検討をしてなされたものであって、側
方を入光部、前面を光照射面とする照明板と、該照明板
の側方に配設された線状光源とを有し、照明板の線状光
源側の端部に傾斜角または接線の傾斜角が端部に向って
大となる連続した２以上の平面または湾曲面によって端
部に向って厚みが大となるように構成された光導入部を
形成したことを特徴とする面照明装置を提供するもので
ある。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の面照明装置１は、図１に
示すように、側方の入光部２から入射した光を導光して
前面３から照射する照明板５と、線状光源６とからな
り、照明板３の線状光源６側には、接線の傾斜角θが端
部（線状光源側端）に向って大となる湾曲面あるいは端
部側が傾斜角θの大きい連続した２以上の平面によっ
て、端部に向って厚みが大となった光導入部７が連設さ
れる。

【０００９】本発明において用いられる光導入部７、お
よび照明板５の材質は透光性、あるいは半透光性であれ
ば素材は特に限定されるものではないが、成形性や重量
の点から、熱可塑性樹脂組成物の成形体が好適である。
具体的にはアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、
ポリエステル系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂あるい
はポリスチレン等がよく用いられる。製造方法は何ら限
定されるものではなく、熱可塑性樹脂組成物からなる照
明板５の製造方法について例示すれば、射出成形、押出
成形、プレス成形、注型成形などが挙げられる。特に、
低コストで量産性に優れた射出成形や押出成形の利用が
好適である。また、光導入部７と照明板５は一体に成形
してもよいし別々に成形し、後から接着することも可能
である。

【００１０】照明板５の前面３と背面４は平行に形成さ
れるのが一般的であるが、目的に応じて傾斜するように
形成してもよい。光導入部７は、図１（Ａ）に示すよう
に前面側の面を湾曲面として、端部にいくに従って厚み
が大となるように形成することができる。

【００１１】また、光導入部７の断面形状は各種の形状
とすることができ、図２（Ａ）に示すように前面側のみ
を湾曲面とし、端面は垂直な面とし、あるいは、図２
（Ｂ）に示すように端面を傾斜させたり、図２（Ｃ）に
示すように端面に窪みを形成したり、また、図２（Ｄ）
に示すように前面側と背面側の双方を湾曲面としたも
の、あるいは、端部側が傾斜角θの大きい２以上の平面
で端部側厚みが大となるように形成したもの（図２
（Ｅ））、その端面を傾斜させたもの（図２（Ｆ））、
端面に窪みをもたせたもの（図２（Ｇ））、前面と背面
双方に屈曲面を形成したもの（図２（Ｈ））、等各種の
形状をとることができる。

【００１２】光導入部７における各場所のサイズ、形状
は、光源からの出射光を効率良く照明板５内に入射し、
さらにはこれを効率良く前面に導く照明板の機能が発揮
されるよう決定すべきである。具体的には、光源側から
対向する辺までの長さに対して、光源付近の１／３以
内、好ましくは１／４以内、さらに好ましくは１／５以
内の領域が明確に肉厚化した光導入部７として設けられ
る。

【００１３】図１（Ｂ）に示すように光導入部７の光源
側の入光面２の面積Ａが、光導入部７の照明板３側部の
断面Ｂよりも大きくなることが必要である。光導入部７
の照明板側部とは、照明板３の前面３の延長線に対して
光導入部の湾曲面の接線の傾斜角または平面の傾斜角が
２度以下となる位置をいう。

【００１４】この面積比としては１．２〜２０倍、より
好ましくは１．５〜１５倍、さらに好ましくは１．８〜
１０倍とし、集光性の観点から光源側から照明板５側に
向って厚みが漸減する領域を少なくとも一箇所は存在さ
せる。入射光面２の厚みは光源形状に応じて適宜選択さ
れ、光源からの出射光を効率良く捕捉するため、ランプ
径より厚くすることが好ましく、照明板側部の厚みは照
明板５連設部の厚みと同一とすることが好ましい。

【００１５】光導入部７は、端部に向って照明板５の延
長面に対して接線の傾斜角が増大する湾曲面あるいは傾
斜角が増大する連続した屈曲平面によって、端部に向っ
て肉厚が大となる断面形状とされているから、光導入部
７から入光した光は照明板５に対する入射角度を小さく
保ったまま進行する。本発明の一態様である図１（Ａ）
に示した光線ｃの軌跡に見られるように、入射した光線
は湾曲面で反射することによって効率的に照明板５内に
導かれる。

【００１６】光導入部７の形状は幾何光学等の光学理論
に基づいたシミュレーションによって光源、光入射面、
及び照射部の形状に応じて最適な光学系を設計すること
が出来るが、光源側から照明板５側に向って厚みが漸減
する領域での傾斜角（θ）は臨界角から考えて、光線の
進行方向に均等に１０点測定した傾斜角の平均値（以
下、平均傾斜角度＜θ＞とする。）が少なくとも２５°
以下とする必要があり、より好ましくは２０°以下、さ
らに好ましくは１５°以下とするのが好適である。（図
２（Ａ）に示すような曲面状の光導入部では曲面の接線
と照明板５面の延長線が交わる角度をθとする。）。

【００１７】これは、屈折率ｎの材質が照明板５に使用
されている場合には、全反射の臨界角βはβ＝ａｒｃｓ
ｉｎ（１／ｎ）によって定められ、図１（Ｂ）の光線ｄ
の軌跡に見られるように、光入射部で一回反射して光取
り出し部内に入射した光線が全反射で導光される条件は
９０°−２α₁≧βであるからである。同様に、ｐ回反
射した光線が全反射で導光される条件は、

【数１】で表されるから、これに基づいてｐ回反射した光線が照
明板５内で全反射で導光されるように光導入部７を設計
することが可能である。

【００１８】光導入部７は面光源装置としての光の取り
出しに本質的に寄与しない部分に設けられることが薄型
化の観点から最も好ましく、たとえば、液晶表示装置な
どでは液晶素子と本発明の面照明装置を図４に示すよう
に配置することが好ましい。図４は照明板５の上部に、
拡散フィルム９、マイクロプリズムシート１０および液
晶素子１１を積層したものである。

【００１９】要求される発光輝度、実装上の都合等（ド
ライバ回路の配置等）から、これに限定されるものでは
なく、光導入部７の一部に光取り出し部の機能を付与す
ることも可能である。また、図４において光反射層８が
設けられている側の面を光取り出し面とし、反射層は逆
側に設ける構成も可能である。照明板５は、上記の光導
入部分と光学的な損失を抑えて接続された、透光性、も
しくは半透光性の材質からなり、ほぼ平板状の形状を有
するものであればスラブ形光導波路としての機能を果た
すので、この範囲において特に限定はされない。例え
ば、光導入部７側から光の進行方向に向って厚さが漸減
する構造としてもよい。

【００２０】厚みとしては８００μｍ以下、好ましくは
６５０μｍ以下、より好ましくは５００μｍ以下とする
ことによって、反りや歪みの残留が少なくなり、液晶セ
ル等の重量によって容易にたわむようになるため、薄型
化と低反り性を両立した実装が容易な面状照明装置を得
ることができる。また、反りや歪みを残留させないとい
う観点からは、柔軟性を有した軟質透明樹脂の使用も好
適である。柔軟性の目安としては、ＡＳＴＭ−Ｄ７４７
にあるオルゼン曲げ試験器を用いて、幅１５ｍｍの試験
片をスパン間３０ｍｍとし、２°の歪みを加えて測定し
たモーメント値（Ｍ）が１０．０×１０^-2ｋｇｆ・ｃｍ
以下、より好ましくは５．０×１０^-2ｋｇｆ・ｃｍ以
下、さらに好ましくは２．０×１０^-2ｋｇｆ・ｃｍ以下
である。

【００２１】輝度向上を目的として光取り出し面と反対
側の面に正反射性の銀箔シートなどからなる光反射層８
を設けるのが一般的であるが、本発明においてもこれら
は好適に使用可能であり、液晶表示素子のバックライト
光源のように、特に、面光源素子としての輝度を要求さ
れる場合に用いられる。また、特開平２−１７６６２９
号公報にて開示されている、光取り出し部の片面または
両面を梨地面とする処理も有効である。光源は一灯型、
二灯型、コの字型等の態様から、適宜、選択され、図３
に示すように、光導入部はそれらに対応して設けられ
る。

【００２２】光供給手段としては蛍光管（冷陰極管、熱
陰極管）、タングステン白熱球、オプティカルロッド、
ＬＥＤアレー等が代表的であるが、小型化と高輝度化が
容易な線状光源として冷陰極管の利用が最も好適であ
る。また、線状光源をリフレクタによって覆うことで光
入射面へ入射する光量を増大させることが可能であり、
反射板として銀、アルミニウム等に代表される正反射の
材質を用いたリフレクタを使用することが好ましい。

【００２３】光を前面に出光させる手段９、９として
は、これまでに数々の提案が為されており、本発明にお
いては、そのいずれも好適に使用することができる。具
体的には、実願昭６１−１７１００号公報に開示されて
いる光反射パターンをスクリーン印刷法等を用いて照明
板に直接印刷したもの、もしくは印刷を施した出射光量
調整部材を照明板表面に添設したもの、特開平１−２４
５２２０号公報に開示されている光散乱性物質を照明板
の光取り出し面の反対側に入射部から離れるに従って密
に塗布あるいは付着したもの、特開平２−２２１９２５
号公報に開示されている光散乱性微粒子の分散塗布液を
用いて、該微粒子の密度を漸次増加させることによって
輝度分布を均一化させるもの、特開平４−１４０７８３
号公報にて開示されている楔形の光散乱体を用い体積的
に光散乱を誘起し輝度分布の均一化を図るもの、特開平
６−１８８７９号公報にて開示されている導光素子に粗
面化された部分と平滑部分を設け、それらの割合を調整
することによって均一化を達成するもの等が挙げられ
る。

【００２４】さらには、指向性光出射機能を有した素子
を光の取り出し面もしくは反対側の面に添設し、光の出
射方向や収束性を改善することによって、高輝度化、高
視野角化など、所望の光学特性を得ることが可能であ
る。具体的にはマイクロプリズム、レンチキュラーレン
ズ、多角錐群アレー、マイクロレンズアレー、フレネル
レンズ等が代表的であり、これらについては、直接、導
光素子表面に形成されていてもよい。詳細な実施形態に
ついては月刊ディスプレイ１９９６年５月号３５頁、特
開平１−２４４９０号公報、特開平６−２６５８８８号
公報、特開平９−３３７０２号公報等に開示されてい
る。

【００２５】本発明において、液晶表示素子とは液晶分
子の電気光学効果、すなわち光学異方性（屈折率異方
性）、配向性等を利用し、任意の表示単位に電界印加あ
るいは通電して液晶の配向状態を変化させ、光線透過率
や反射率を変えることで駆動する、光シャッタの配列体
である液晶セルを用いて表示を行うものをいう。具体的
には透過型単純マトリクス駆動スーパーツイステッドネ
マチックモード、透過型アクティブマトリクス駆動ツイ
ステッドネマチックモード等の液晶表示素子が挙げら
れ、本発明の面状導光素子を使用した面光源装置をこれ
ら液晶表示素子のバックライト光源手段として液晶表示
装置を構成することにより、薄型、かつ軽量の特性を付
与することが可能となる。特に、フィルム液晶素子のよ
うに液晶セル自体が柔軟性を有しているものには、本発
明の導光素子は好適に使用可能であり、曲面表示を高輝
度で行うことができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明を実施例により、さらに詳細に
説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下
の実施例に限定されるものではない。

【００２７】〔実施例１〕照明板部分が厚さ５００μ
ｍ、サイズ１００×６０ｍｍ、光導入部が厚肉部の厚さ
２．０ｍｍ、薄肉部の厚さ５００μｍ、サイズ７×６０
ｍｍなる平均傾斜角度＜θ＞＝１２°の湾曲面を有する
図５に示す形状となるように金型を作成し、市販のアク
リル樹脂ペレット（商品名アクリペット、三菱レイヨン
（株）製）から射出成形によって光導入部と照明板を一
体に作成した。成形用金型の照明板成形部の片側表面に
光入射面２からの距離が大きくなるに従って径が大きく
なるように凸部を作成した金型を用い、光散乱性ドット
を光取り出し面での輝度値が均一になるように刻印し
た。なお、凸部頂面の粗さＲａ＝０．５μｍ（ＪＩＳ
Ｂ０６０１の算術平均粗さＲａ）であり、隣接する凸部
どうしの間隔は０．１８ｍｍである。また、金型のもう
一方の表面には均一粗面部を設け、光取り出し部分にお
ける光の拡散性を向上させた。

【００２８】成形したＰＭＭＡ製導光素子の光導入部側
端にランプ径２ｍｍの冷陰極管からなる線状光源を光取
り出し面からの輝度値が最大となる位置に配置し、これ
を覆うようにリフレクタを取り付けた。また、反射フィ
ルムを光取り出し面とは反対側の面に装着し、光取り出
し面上にはプリズム頭頂角が９０°なる２枚のマイクロ
プリズムシートを、それぞれの軸が直交するように重ね
て配設した。冷陰極管は定法通りインバーターを介して
点灯し、該面状導光素子の中央部からの出射光輝度値を
輝度計（（株）トプコム製ＢＭ−７）を用いて測定し
た。結果を表１に示す。

【００２９】さらに、図４に示すように該照明板上に厚
さ２．１ｍｍの液晶素子を配置して液晶表示装置を構成
した。光取り出し部分が極めて薄型化されているため、
液晶表示装置全体の厚さは従来型の導光素子（導光素子
の厚さ３ｍｍ）を用いた場合に較べ、４０％程度削減す
ることが可能となった。また、該導光素子の光取り出し
部は柔軟性を有し、上記のモーメント値Ｍ＝４．３×１
０^-2ｋｇｆ・ｃｍ（東洋精機製、オルゼンスティフネス
テスタにより測定）であったため、液晶素子の重量程度
で十分平面性が保持され、反りや歪みによる画像の劣化
は全く認められなかった。

【００３０】〔実施例２〕光導入部が厚肉部厚さ２．０
ｍｍ、薄肉部厚さ５００μｍ、サイズ４×６０ｍｍなる
平均傾斜角度＜θ＞＝２１°の湾曲面とした他は実施例
１と同様に導光素子を作成した。結果を表１に示す。

【００３１】〔比較例１〕厚さ５００μｍ、サイズ１０
０×６０ｍｍの平板を照明板として、出射光量調整用の
散乱ドットやプリズムシートの配置などに関する条件は
実施例１と同様にして輝度値を測定した。結果を表１に
示す。

【００３２】

【表１】＊：括弧内は比較例１に対する倍率を示す。

【００３３】

【発明の効果】本発明においては、薄型かつ軽量で、反
りや歪みの問題が発生しない、構造簡素で生産の容易な
高輝度の面状導光素子を提供することが出来る。また、
これらの特徴は、近時、液晶表示装置に求められている
性能を満足するものであり、該導光素子を用いることに
よって携帯用、曲面表示用等として好適な液晶表示装置
を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）、（Ｂ）は共に本発明の実施例を示す縦
断面図

【図２】（Ａ）〜（Ｈ）はいずれも光導入部形状を示す
縦断面図

【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の各種実施例を示す斜
視図

【図４】本発明面照明装置を液晶表示素子のバックライ
トとして使用した例を示す分解斜視図

【図５】実施例１で得た面照明装置の縦断面図

【図６】従来の面照明装置を示す縦断面図

【図７】従来の面照明装置の入光部を示す説明図

【符号の説明】

１：面照明装置２：入光部３：前面４：背面５：照明板６：線状光源７：光導入部８：光反射層２０：照明板２１：線状光源２４：ドット２５：反射層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】側方を入光部、前面を光照射面とする照
明板と、該照明板の側方に配設された線状光源とを有
し、照明板の線状光源側の端部に傾斜角または接線の傾
斜角が端部に向って大となる連続した２以上の平面また
は湾曲面によって端部に向って厚みが大となるように構
成された光導入部を形成したことを特徴とする面照明装
置。
【請求項２】光導入部の線状光源側端面の面積Ａと、
照明板側部断面の面積Ｂとの面積比が１．２〜２０倍で
ある請求項１記載の面照明装置。
【請求項３】照明板の中央部の厚みが８００μｍ以下
である請求項１または２記載の面照明装置。
【請求項４】照明板が可撓性の合成樹脂からなる請求
項１〜３いずれかに記載の面照明装置。
【請求項５】照明板の背面に光反射層を形成してなる
請求項１〜４いずれかに記載の面照明装置。
【請求項６】照明板の前面または背面に光の輝度を均
一化させる機構および／または指向性照射機構を設けて
なる請求項１〜５いずれかに記載の面照明装置。
【請求項７】照明板の前面または背面に粗面化部を間
隔をおいて多数形成すると共に粗面化部密度を光導入部
方向に向って小さくなるように形成してなる請求項１〜
６いずれかに記載の面照明装置。
【請求項８】照明板の前面または背面に、プリズムお
よび／またはレンズが設けられ、光の指向性を制御する
請求項１〜７いずれかに記載の面照明装置。
【請求項９】光導入部および照明板が透明樹脂からな
る請求項１〜８いずれかに記載の面照明装置。
【請求項１０】光導入部および照明板が透明な熱可塑
性樹脂を、射出成形、押出成形またはプレス成形によっ
て得られたものである請求項１〜９いずれかに記載の面
照明装置。
【請求項１１】液晶表示素子のバックライト光源とし
て使用される請求項１〜１０いずれかに記載の面照明装
置。