JPS62235905A

JPS62235905A - 面光源

Info

Publication number: JPS62235905A
Application number: JP61078180A
Authority: JP
Inventors: Tatsumi Takahashi; 達見高橋; Koji Kuroda; 孝二黒田
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1986-04-07
Filing date: 1986-04-07
Publication date: 1987-10-16
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JP2652009B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は面光源に関し、更に詳しくは、各種ディスプレ
イの光源、特に液晶表示セルの裏面に背面光源として設
置するのに適し、出光効率の著しく改良された面光源に
関する。

（従来の技術）近年、情報化社会の急激な進展とともに、各種情報を人
間に受渡しする端末機器が非常に多く利用されている。

これらの端末ディスプレイの大部分はいわゆるＣＲＴで
あるが、これらのＣＲＴは、カラー表示機能、画像調整
機濠等に優れ、信号・ケーブルが少なくて済む等の多く
の利点を有するものの、高圧電源や肉厚ガラスからなる
表示管を惑星とするため、大きくて重く、且つスペース
をとるという欠点があることから、壁掛は型、可搬型、
携帯型等の用途を中心に平板状の７ラツトデイスプレイ
が種々提案されており、これらのうちで特に有望なもの
は、ＩＣ駆動可能で、カラー化が容易な液晶ディスプレ
イである。

（発明が解決しようとしている問題点）従来の液晶ディ
スプレイは、裏面に光反射層を設け、前面からの外光を
利用して情報を表示する方式であり、格別の光源を必要
としないため、卓上計算機、電池駆動の計算機１時計等
のディスプレイとして広く使用されている。しかしなが
ら、このような液晶ディスプレイを端末機やテレビとし
て従来のＣＲＴに代えて使用する場合には、明るさが不
足しているために、視野角、コントラスト、表示品質が
劣り、特に１０〜１２インチ程度以上のサイズにし、８
０字２０〜２５行程度の大容量表示用としては表示品質
上の問題が生じる。

また特別の光源を有さないので、外部の光環境条件の変
化によって表示品質が左右され、外光が存在しない場合
には２表示機能を全く失うという欠点がある。

このような問題点を解決するために、最近では、液晶デ
ィスプレイの裏面に設置する背面光源の研究が多く為さ
れている。これらの背面光源としては有機分散型ＥＬ、
薄膜ＥＬ、発光ダイオードアレイを利用したもの、蛍光
灯やランプ等の光源と導光板とを組み合わせたもの、フ
ルネル型導光板、照明ボックス等種々のものが提案され
ているが、大型ディスプレイ用としては、均一性、光効
率、演色性等の点で満足できるものは知られていない。

これらの内で有望なものとしては、アクリル板等の透光
性パネルの側面に蛍光灯等の光源を設け、パネルの一方
の而から出光する方式が知られているが、この方式では
まず第一にパネルを蛍光灯の直径より薄くすると導光効
率が著しく低下するという問題があり、また第二に導入
光の大部分は出光面に平行な直進光であるために、出光
面からの出光効率が低いという問題があり、更に第三に
はこのパネルを大型にすればする程光源付近とパネルの
中央部分との照度に差が生じるという問題がある。

また光源として蛍光灯を使用する場合には、蛍光灯の光
量は常に均一であるために、出光面の光量を任意に制御
することができず、液晶ディスプレイの使用者の個人差
や使用環境に対応することができない、また、光量すな
わち明暗のみではなく、ホワイトバランスや演色性、使
用者の眼精疲労を考慮すると、出光面からの波長を調節
して、適当な色相光とすることも望ましいが、光源が蛍
光灯である場合には白色光のみが出光されるので、電気
的に調節することは不可能であるという欠点が生じる。

従って、本発明の主たる目的は、ＣＲＴに代替できる程
度に大型であり、且つ出光パネルを蛍光灯等の光源のサ
イズに関係なく薄くでき、更に出光効率に優れた面光源
を提供することである。

また、本発明の別の目的は、ＣＲＴに代替できる程度に
大型であり、且つ使用する光環境や使用者の個人差に応
じて容易に光量および／または波長を調節することがで
きる面光源を提供することである。

このような本発明の目的は、以下の本発明によって達成
された。

（問題点を解決するための手段）すなわち、本発明は、光源および出光パネルからなり、
該出光パネルが、導光部、導光面、光収束部、光案内部
、光反射層および出光面からなる面光源において、光源
は導光部中に包設され、光収束部は導光部と光案内部と
を連結して光案内部に向って薄くなり、光案内部は導光
部より薄く。

光反射層は、光源光の大部分が光収束部で集光して光案
内部に導入され且つ反射光が出光面に対し方向づけられ
た角度を有する形状であることを特徴とする面光源であ
る。

（好ましい実施態様）次に本発明の面光源の好ましい実施態様を図解的に示す
添付図面を参照して本発明を更に詳細に”）説明する。

第１図は、本発明の面光源の１例の断面図を示し、第２
図はその平面図を示し、第３図は従来技術の面光源の断
面図を示すものである。

従来のアクリル板等を使用した面光源は、第３図示の如
く、出光面３と導光面６を除いた部分に光反射層８を設
けた出光パネルＢの導光部（導光面６）に、蛍光灯等の
光源Ａを付設したものであり、蛍光灯Ａの直径よりも出
光パネルＢの厚みを薄くすると光源光１の導入効率が低
下するという欠点があった。また、光源Ａを出光パネル
Ｂとは異なる平面上に設け、光源光を反射させて出光パ
ネルＢに平行に導入するものも知られているが、上記と
同様に、出光パネルＢを光源Ａの直径より薄くすると、
光源Ａから発生する光の導入効率が低いものである。

また、出光パネルＢを厚くすれば導光効率は向上するが
、現在の薄型化および軽量化指向に合致しないものであ
る。また光源Ａから導入される光は出光パネルＢ中を出
光面に平行に直進する光が多くの割合を占めるため、出
光面３からの出光効率が低いという問題があり、更に光
源Ａ付近の出光面３の照度が高く、光源Ａから離れる程
照度が低下し、出光面３全体において照度が不均一であ
った。

また、光源として蛍光灯を使用する場合には、蛍光灯の
光量は常に均一であるために、出光面の光量を任意に制
御することができず、液晶ディスプレイの使用者の個人
差や使用環境に対応することができない、また、光量す
なわち明暗のみではなく、ホワイトバランスや演色性、
使用者の眼精疲労を考慮すると、出光面からの波長を調
節して、適邑な色相光とすることも望ましいが、光源が
蛍光灯である場合には白色光のみが出光されるので、電
気的に調節することは不可能であるという問題がある。

本発明の面光源は、上記の如き従来技術の問題点を解決
したものであり、第１図および第２図に図解的に示す如
く、光源Ａおよび出光パネルＢからなり、該出光パネル
Ｂが光源光ｌを導入する導光部２、導光面６、導入光１
を収束して光案内部４に導光する光収束部ｌＯ１導入光
ｌを出光面３に案内する光案内部４、光反射層８および
出光面３からなるものであり、光源Ａは導光部中に包設
され、光収束部１０は導光部と光案内部を連結して光案
内部４に向って薄くなり、光案内部４は導光部２より薄
く、好ましくは光源Ａから離れる従って薄くなり、光反
射面８は、光源光ｌの大部分が直接光案内部４に導入さ
れず、光収束部１０で収束されて反射光５として光案内
部４に導入され、且つ出光面３に対し方向づけられた角
度で反射する形状であることを特徴としているものであ
る。

以上の如き構成とすることによって、出光パネルＢの光
案内部４の厚さを光源である蛍光灯Ａの直径より薄くし
ても、導入された光は、光収束部１０で収束され、且つ
出光面３と対向する側の反射面８で反射（−次反射光）
され、出光面３に直接到達し、光源光ｌの導光効率を低
下させることがない、また図示の例の如く、導光部２の
みを厚くして蛍光灯Ａを導光部ｚ中に包含させ、厚い導
光部２と薄い光案内Ｐ１４とを断時厚みを減じる光収束
部ｌＯで連結させることによって、蛍光灯Ａから出光す
る光１の大部分を、蛍光灯Ａを包囲する導光部２の光反
射層８および光収束部工０により集光させて光案内部４
に導入することができるので、従来例（第３図示）に比
して光案内部４を薄くしても光源光ｌの導光効率を著し
く向上させることができ、更に好ましくは光案内部４を
光源から離れるに従って薄くすることにより、導入され
た光を出光面３全体に均一に分配させることができる。

また出光パネルＢの出光面３に送られる光源光ｌは、第
３図示の例では、大部分が出光面３と平行な直進光であ
るため、出光面３に至る光の割合が少なく、また光源か
ら遠ざかるにつれて、反射をくり返した光（高次反射光
）の成分が殆どとなり、光効率が低下するため、出光面
３の照度が低く、また不均一であったのに対して、本発
明の面光源の場合には、光源光１の大部分は光源の周囲
および光収束部ｌＯで集光され、出光パネルＢの外面に
設けられ、且つ好ましくは傾斜を有する光反射層８によ
り反射されて出光面３に対して方向づけられた角度を有
して直接出光面３に至る一次反射光を利用するため、途
中の光損失が少なく、光案内部４に導入された光１の出
光効率が著しく向上し、また反射面を傾斜させたことに
よって出光面３全体にわたって均一な照度を与えること
ができるものである。Ａ体的には、例えば、出光パネル
Ｂの両端に２個以上の光源を組み合せて均一な照度にす
ることが可能であり、また、光源が１木でも光源からの
遠近差なしに均一にすることも可能となるうえ、任意の
照度分布を与えることも可能である。このような作用効
果は、出光パネルＢの出光面３および導光面６を除く外
面に光反射層８を設け、蛍光灯Ａの周囲、特に下方の光
反射層の角度や形状を変化させ、例えば傾斜面や凹凸形
状、凹状あるいは凸状反射レンズ形状、フルネルレンズ
形状、マイクロレンズアレイ形状等の反射型レンズ状に
し、更に光案内部の光反射層８を傾斜させることにより
、光源Ａからの出光面３に達する光量を自由に変化させ
ることができるので、出光面３に至る光量を均一化する
ことができる。

更に本発明の別の好ましい実施態様では、光源Ａの周囲
に調光フィルター１１を設ける。この調光フィルター１
１は光源Ａからの光の強度および色相を自由に変えるこ
とができるものであり、光量フィルターおよび／または
波長フィルターとしての機能を有する。

まず最初に調光フィルター１１が光量フィルターである
場合には、このような光量フィルターは、蛍光灯Ａから
照射される光の量を調節できる構成である限りいずれの
構成でもよいものであり、いくつかの好ましい例を挙げ
れば次の通りである。

（１）ｆ？Ｆ光灯Ａの周囲に蛍光灯の光をル制御できる
層を形成し、蛍光灯を回転可能にした態様。

この態様では、上記層が光量フィルターとなり、例えば
、黒色その他の色の如く、遮光または光を吸収し得る層
を形成する態様、白色、金属色等の如く光を反射できる
層を形成する方法等いずれでもよい。このよ、うな光量
制御層は適当なインキや塗料を調製し、これを蛍光灯Ａ
の周囲に印刷したり、へヶ、ロール、スプレー、静電塗
装、焼付け、インキジェット法等の方法で塗布したり、
蒸着、ＣＶＤ、スパッタ等の方法、また、予め染着層を
形成しておき、後に染色する方法で、直接光源に形成す
るか、予め他の透明基材に形成しておき、貼り合わせす
る等のいずれの方法で形成してもよい、勿論、このよう
な光量フィルターは、蛍光灯ＡのＶ壁に均一に形成する
のではなく、線状、縞状あるいは点状に適当に密度差や
濃度差をつけて形成するか、あるいは、透過濃度の異な
る遮光材層を段階的またはｊ！ｌＸ続的に形成する。こ
のような構成の光量フィルター１１を形成し、適当な手
段（図示なし）により蛍光灯Ａを回転させることによっ
て、出光面に至る光量を容易に制御することができる。

（２）蛍光灯Ａは固定し、その周囲に回転可能な光量フ
ィルター１１を設ける態様。

この例の原理も上記（１）の場合と全く回−であり、例
えば、透明なガラスやプラスチックからなる管状フィル
ター１１を形成し、その表面に上記（１）における如き
、密度差や濃度差を有する光吸収層あるいは光反射層を
形成する方法でよい、更に上記管状体を設けた後にその
表面に上記の如き光場調ｆ！ｆ１４１！１能を有するフ
ィルム等を巻き付けたものでもよい、また、フレキシブ
ルな筒状シートにして、２軸で回転して送る方法も可能
である。このような構成の光量フィルター１１を設け、
このフィルター１１をギヤやベルト等の適当な手段（図
示なし）で回転させることによって。

出光面に至る光量を任意に制御することができる０以上
は、説明容易性のために、管状のフィルターを例示して
説明したが、フィルターはこれらの例に限定されず、い
ずれの形状および可動機構でもよい。

また、調光フィルター１１が波長フィルターで１）　　
　　　　　ある場合には、上記（１）および（２）の態
様における光吸収層を特定の波長の光を吸収する色に着
色することによって本発明の目的が達成できる。すなわ
ち、調光フィルター１１をイエロー、オレンジ、レッド
、ブルー、グリーン、バイオレットあるいはそれらの中
間色で任意の順序に着色すればよく、このような構成の
調光フィルター１１を使用者の好みに応じて回転あるい
はスライドさせることによって、光源から出光面に至る
光の波長を任意に制御することができる。また、テレビ
用途においては、必須である色相調整が最も簡単にでき
る方法として有効である。

更に本発明で使用する調光フィルターｔｉは、上記の光
量フィルターと波長フィルターとを同時に兼ねることが
できる０例えば、同一のフィルター上に光量ｗＡｌｉと
色調調節の両機能を持たせる方法と、前記第２の構成例
では、複数のフィルターに分けて相互に重ね合わせ、独
立に制御する方法とがあり、後者の方が、光量１色調、
色調の濃淡等多くの調整が可能であり、より精密な調整
に適している。

以上の如き本発明の作用効果を奏する出光パネルＢは、
いずれかの透光性に優れｆ材料、例えばガラス材料等か
ら形成できるが、成形容易性や透光性等の点からは、ア
クリル樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂、
セルロースアセトブチレート樹脂、セルロースプロピオ
ネ−）１１脂。

ポリメチルペンテン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ
スチレン樹脂、ポリエステル樹脂等の透光性プラスチッ
ク材料・あるいはこれらの複合材料若しくは共重合材料
から形成するのが好ましい。

また、反応固化型のエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、
メタクリル系樹脂、ウレタン系樹脂等も使用可部である
。成形方法としては、射出成形、コンプレッション成形
、注型成形、切削、研磨等公知の方法がいずれも適用で
きる。

このようにして得られる出光パネルＢの光反射層８は、
第１図および第２図に示す如く、出光面３および導光部
２の導光面６を除く他の部分にニッケル、アルミニウム
、銀、金等の光反射性全屈を蒸着、スパッタ、メッキ、
銀鏡反応等により形成するか、反射性の金属入り塗料を
塗布したり、あるいはアルミニウムシート等の光反射性
材料を貼り合せすることにより形成し、光源光１がパネ
ルＢ外に漏洩するのを防止することが、一部の漏洩光を
再度内部に反射する効果を含めて有効である。また、不
要な部分は設計されない外光入射を防止するための遮光
剤や光吸収剤で層を形成することも手段として有効であ
る。これらの反射面は、光学設計を乱さない範囲で、散
乱性に処理するか、ガラスピーズ等の再帰反射材料を利
用することも可能であり、また、凹凸面を利用して拡散
反射させることも可能である。

また、その出光面３には、光拡散層９を形成するのが好
ましく、例えば、出光面を出光パネルの成形時または成
形後に、サンドペーパー研磨、サンドブラスト、ホーン
ニング、パフ研磨、ヘアライン加工、エンボス加工、プ
レス加工等で粗面化したり、シリカ、アルミナ、酸化チ
タン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、Ｓ化マグネシウム等の
白色顔料や特定径を有するガラスピーズ等の光拡散性材
料を含む透明樹脂層を、浸漬、ロールコート、ブレード
コート、スプレコート等の塗布法により形成したり、あ
るいはこれらの層を接着することにより、出光面３に至
った光を乱反射あるいは拡散させ、出光面３からの照度
を均一化するとともに視角を広げることができる。また
このような光拡散層は、スリガラス板、光拡散性ガラス
板、光拡散性プラスチックシート等を別に用意し、成形
時に同時に一体化するか、または使用時に液晶セルフと
出光面３との間に載置あるいは貼り合わせてもよい、ま
た、光源の導光部と反対側には光反射性の集光鏡や放熱
板を配置することも効率向上やｆＪＳ設計上右利である
。

以上の如き出光パネルＢは、第１図示の如く出光面３、
導光部２および光収束部１０が凹部を形成しており、こ
の凹部に液晶ディスプレイ７を載置することによって、
液晶ディスプレイ７の背面を照明し、液晶ディスプレイ
７を環境によらず明瞭に見えるようにすることができる
。また１本発明の出光パネルをこのような形状とするこ
とによって、背面光源を含むディスプレイ全体の厚みを
薄くすることができ、全体の軽量化が達成できる。

以上未発明の好ましい実施態様を例示して本発明を説明
したが、光源Ａからの光の大部分を反射光とし、光収束
部１０で集光し、且つ出光面に対して角度を有する光と
して光案内部４に導入できる構成である限り、未発Ｉ＋
の面光源は図示の形状に限定されず、いずれの形状でも
よいものである０例えば、出光パネルＢの導光部２（光
源Ａ）は図示の２箇所に限定されず、１箇所でも、３箇
所でも４箇所でもよく、また出光パネルＢの形状は、矩
形に限定されず１円盤状、楕円板状、多角形状、コーナ
部が丸みを有する矩形状等任意の形状でよく、従って、
光源の形状も棒状蛍光灯Ａに限定されず、出光パネルＢ
の形状に応じて、環状等任意の形状でよい。

（作用・効果）以上の如き本発明の面光源は、光源からの光が光案内部
に平行に入射されるのではなく、方向性を有する反射光
として入射されるため、入射光の大部分は、出光面に対
して方向づけられた角度のある光とすることができ、光
源からの光を効率良く出光面に案内することができる。

また本発明の好ましい実施態様では、光源としての蛍光
灯の太さに拘らず、光案内部を薄くすることができるの
で、ディスプレイの薄層化および軽ｌ化という要求を満
足させることができる。

また、同様の理由から、導光部を蛍光灯の直径より厚く
して、そのなかに蛍光灯の半分以上をはめ込み、この導
光部を光収束部！光案内部と連結することにより、光案
内部は蛍光灯の直径より薄くすることができるので、蛍
光灯から照射される光の大部分を集光して光案内部に導
入できる。

従って、光案内部が蛍光灯の直径よりも薄くとも、光源
光の利用効率を著しく高めることができる。

また、出光面等の一部を除く出光パネルの外面に光反射
層を形成し、それらの光源に対する角度や形状を通出に
コントロールすることにより、光源からの光を出光面全
体に均一に分配することができるので出光面の照度を一
層均一化することができる。

更に本発明の好ましい例では、光源の周囲に調光フィル
ターを付設することによって、使用者によって出光面に
至る光の光量および／または波長が簡便に任意に制御で
きるので、使用者の個人差に十分対応でき、使用者毎に
最適の光量（明暗）および／または最適の波長光（色相
）をもって液晶ディスプレイ等のディスプレイを使用す
ることができる。

（実施例）実施例１ポリメチルメタクリレート樹脂（パラベットＨＲ１協和
ガス化学製）を使用して第１図および第２図に示す如き
形状でサイズ２００腸量Ｘ　１２０１Ｉｍ、光案内部の
中心厚み４ｍｍ、周辺厚み１０ｍ組導光部の厚み２５票
層の出光パネルを射出成形方法で成形し、出光面および
導光面を除く外面にアルミニウムを真空蒸着して光反射
層を形成した。また上記のアクリル樹４旧にガラスピー
ズ（東芝バロティーニ製）を１０重量％の割合で混練し
て２ｍｍ厚のシートを作成し、これを出光面に貼合した
。光源としては１５Ｗの蛍光灯を２本使用し、導光部に
形成した凹部にか合し、上面をアルミニウムシートで封
止して本発明の面光源とした。

この面光源の出光面に液晶ディスプレイを載置し、面光
源を点灯したところ、液晶ディスプレーの視野角、コン
トラストが優れ全体が均一な高い表示機能を示した。

実施例２上記実施例１の上記アクリル樹脂からその一端に回転用
とってを設けた管状体を形成し、その表面に黒色のドツ
トが印刷され、ド−／　）数が連続的に変化しているポ
リ塩化ビニルシートを貼り合わせ、２木の調光フィルタ
ーを用意した。この中に１５Ｗの蛍光灯を夫々装着し、
実施例１の出光パネルの導光部の凹部に騒合し、上面を
アルミニウムシートで封止し、外部から上記の調光フィ
ル、、　　　　　　　ターが自在に回転できるようにし
て本発明の面光源とした。

この面光源の出光面に液晶ディスプレイをａ置し、面光
源を点灯したところ、液晶ディスプレーは発光型となり
、視野角、コントラストが優れ。

全体が均一な高い表示機能を示した。また、調光フィル
ターを徐々に回転させることによって、液晶ディスプレ
イの明暗が変化し、個人差および外光に対応して表示面
の調光が可能であった。

実施例３実施例２におけるドツト印刷シートに代えて、蛍光灯の
問囲長さに等しい巾で、縦に連続的に透明性の高い虹の
７色を配色したシートを使用し。

他は実施例２と同様にして本発明の面光源を得た。この
面光源を実施例１と同様に使用してみたところ、表示面
の光の色相を種々の色相に変化させることができた。

以上の通り、本発明の面光源は、液晶ディスプレイ等の
各種のディスプレイの背面光源として非常に有用である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の面光源の１例の断面を図解的に示す図
であり、第２図は第１図の平面図に相当し、且つ第３図
は従来技術の面光源の断面を図解的に示す図である。Ａ；光源Ｂ；出光パネルエ；光源光２；導光部３；出光面４；光案内部５；反射光６；導光面７；液晶ディスプレイ８；光反射層９；光拡散層１０：光収束部１１；調光フィルター第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光源および出光パネルからなり、該出光パネルが
、導光部、導光面、光収束部、光案内部、光反射層およ
び出光面からなる面光源において、光源は導光部中に包
設され、光収束部は導光部と光案内部とを連結して光案
内部に向って薄くなり、光案内部は導光部より薄く、光
反射層は、光源光の大部分が光収束部で集光して光案内
部に導入され且つ反射光が出光面に対し方向づけられた
角度を有する形状であることを特徴とする面光源。
（２）光案内部が、光源から離れるに従って薄くなって
いる特許請求の範囲第（１）項に記載の面光源。
（３）導光部の周囲あるいはその１部に凹凸形状が付与
され、光源光が反射光として光収束部に導入される特許
請求の範囲第（１）項に記載の面光源。
（４）出光パネルが一枚の透光性板からなり、該透光性
板の少なくとも一端に設けられた導光部の中心が、光案
内部の中心より上方に形成されている特許請求の範囲第
（１）項に記載の面光源。
（５）出光面および導光面を除く出光パネルの表面が光
反射性となっている特許請求の範囲第（１）項に記載の
面光源。
（６）出光面が光拡散性とされている特許請求の範囲第
（１）項に記載の面光源。
（７）出光パネルが矩形であり、その少なくとも一端に
光源が設けられている特許請求の範囲第（１）項に記載
の面光源。
（８）出光パネルが円盤状であり、その周囲に環状光源
が設けられている特許請求の範囲第（１）項に記載の面
光源。
（９）出光パネルが、透光性樹脂から一体的に成形され
ている特許請求の範囲第（１）項に記載の面光源。
（１０）光源の周囲あるいはその１部に調光フィルター
が付設されている特許請求の範囲第（１）項に記載の面
光源。