JP2001093314A

JP2001093314A - 面光源装置及びこれを用いた液晶ディスプレイ装置

Info

Publication number: JP2001093314A
Application number: JP26632099A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Suga; 義訓菅; Masanobu Miwa; 雅申三輪
Original assignee: Yuka Denshi Co Ltd; Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Yuka Denshi Co Ltd; Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2001-04-06

Abstract

(57)【要約】【課題】粗面や光散乱性微粒子等から発生する高輝度
で且つ指向性の高い散乱光を利用しながら、視野角特性
を十分に広く保ち、更に正面輝度を高くする構造が簡素
で生産の容易な面光源装置及びこれを用いた液晶ディス
プレイ装置を提供すること。【解決手段】一表面が光出射面１６とされた導光体１
１に光取出し手段１７を、対向する両側端部１４、１５
に光源１２を、そして光出射面上に調光シート２１をそ
れぞれ設けてなる面光源装置において、光取出し手段１
７が粗面又は光散乱性粒子から構成され、両側端部１
４、１５に配設された光源１２のうち、いずれか一方を
点灯させた際に得られる照明光の光源に直交する方向へ
の視野角度分布特性を、縦軸に輝度を取り、横軸に出射
角度を取った時の特性線図で表した時、ピークを境に急
峻領域３１ａとなだらか領域３１ｂを有する非対称形で
あって、かつ両光源を同時に点灯した際に、両光源から
の照明光によるそれぞれの特性線図が前記なだらか領域
３１ｂにおいて交差するように合成すべく調光シート２
１の変角光学系が定められていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は面光源装置及びこれ
を用いた液晶ディスプレイ装置に関し、更に詳細には面
光源装置の視野角性能、正面輝度等を向上させる技術で
あり、更にこの面光源装置を例えばバックライトとして
好適に用いた液晶ディスプレイ装置に関する。

【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（ディ
スプレイ）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即ち
バックライトが配設されている。このバックライトは冷
陰極放電管等の光源（細い棒状の光源で、線状光源と呼
ぶことがある）を面状の光に変換する機構とされてい
る。

【０００３】具体的には、液晶素子の背面直下に光源を
配設する方法や、側面に光源を設置し、アクリル板等の
透明な導光体（板）を用いて面状の光に変換して面光源
を得る方法（サイドライト方式）が代表的であり、その
場合（サイドライト方式）には、導光体の光出射面にプ
リズムアレー等からなる光学素子を配設して所望の光学
特性を得る機構とされている。

【０００４】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
−６２１０４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
すためには、バックライトを薄くすることができるサイ
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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらバックライトに
要求される性能は、近時、ますます高度化する方向にあ
るが、特に、カラー液晶ディスプレイを用いた携帯型パ
ーソナルコンピュータやＴＶモニターでは、カラー液晶
セル自体の光線透過率が極めて低いため、必然的にバッ
クライト光源の輝度値は高いものが要求される。

【０００６】このため、前述したサイドライト方式から
なるバックライトにおいては、プリズムアレー等からな
るシートを多用した光学的集光作用によって正面輝度を
確保する態様が代表的である。しかし、プリズムアレー
等を多用することは正面輝度を確保するためには有効で
あるものの、視野角特性が狭くなり、さらには大きなコ
スト増を招くため、より簡易な手段によって正面輝度と
視野角特性の両方を満足させた面光源装置の出現が待ち
望まれていた。

【０００７】これらの解決策として最も有効と考えられ
るのは、特開平６−１８８７９号公報等に開示されてい
るように、導光体表面に形成された粗面や導光体中に分
散した光散乱性微粒子等から発生する高輝度な指向性の
高い散乱光を用いる試みであるが、これらの指向性散乱
光を用いた際には正面輝度は比較的十分に確保されるも
のの、光源である蛍光管の長軸に垂直な方向への視野角
特性が極めて狭くなってしまうため、モニター向け液晶
ディスプレイ装置等への適用に際して極めて大きな妨げ
となっていた。

【０００８】本発明の目的は、かかる従来の問題点を解
決するためになされたもので、粗面や光散乱性微粒子等
から発生する高輝度で且つ指向性の高い散乱光を利用し
ながら、視野角特性を十分に広く保ち、更に正面輝度を
高くする構造が簡素で生産の容易な面光源装置及びこれ
を用いた液晶ディスプレイ装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は面光源装置であ
り、前述した技術的課題を解決するために以下のように
構成されている。すなわち、本発明の面光源装置は、一
表面が光出射面とされた導光体と、この導光体に設けら
れた光取出し手段と、前記導光体における対向する両側
端部に配設された光源と、前記導光体の前記光出射面上
に配設された調光シートとを備える面光源装置におい
て、前記光取出し手段が粗面もしくは光散乱性粒子から
構成され、前記導光体における対向する両側端部に配設
された前記光源のうち、いずれか一方を点灯させた際
に、前記調光シートの直上で観測される出射光線の前記
光源に垂直な方向への視野角度分布特性を、縦軸に輝度
を取り、横軸に出射角度を取った時の特性線図で表した
時、ピークを境に急峻領域となだらか領域を有する非対
称形であって、かつ前記両光源を同時に点灯した際に、
前記両光源からの照明光によるそれぞれの前記特性線図
が前記なだらか領域において交差するように合成すべく
前記調光シートの変角光学系が定められていることを特
徴とする。

【００１０】＜本発明における具体的構成＞本発明の面
光源装置は、前述した必須の構成要素からなるが、その
構成要素が具体的に以下のような場合であっても成立す
る。その具体的構成とは、前記調光シートの変角光学系
として三角プリズムアレーを使用し、この三角プリズム
アレーは、頂角を導光体の前記光出射面側に向け且つ頭
頂角が５５度以上６０度未満であることを特徴とする。
また、このプリズムアレーは、断面二等辺三角形状プリ
ズムをピッチ幅５００μｍ以下で配置したものとするこ
とができる。

【００１１】また、本発明の面光源装置では、前記調光
シートの前記プリズムアレーが形成された面と相反する
面にディフューザーを形成しておくことも好ましい。更
に、前記光取出し手段としては、突起量５０μｍ以下な
る多数の凸状突起の表面に形成された粗面ドットから構
成することができ、前記光出射面と対向する面には拡散
角１０度以下の正反射性反射シートを配設することが好
ましい。

【００１２】更に、本発明の面光源装置では、一つの前
記凸状突起粗面ドットの占有面積を０．５ｍｍ²以下と
し、前記突起量を３０μｍ以下とし、かつ前記拡散角は
５度以下とすることが好ましい。

【００１３】本発明は、前述した特徴を備える面光源装
置を備える液晶ディスプレイ装置であり、前述の面光源
装置をバックライト光源手段として使用し、その際前記
導光体に設けられた一対の前記光源が使用時にほぼ水平
となるように配置された線状光源であることを特徴とす
る。その場合、前記調光シートの変角光学系は、頂角を
前記導光体の前記光出射面側に向けた非対称三角プリズ
ムアレーであり、正面及び上方に出射光線を集中化した
ことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の面光源装置及びこ
れを用いた液晶ディスプレイ装置を図に示される実施形
態について更に詳細に説明する。図１には本発明の一実
施形態に係る面光源装置１０が概略的に示されている。
この実施形態に係る面光源装置１０は、一表面を光出射
面１６とする導光体１１を備えている。

【００１５】この導光体１１の一側端部１４には光源１
２が配設されている。この光源１２は、蛍光管、ＬＥＤ
アレーなど特に限定されるものではないが、光源輝度に
優れ、細管化の容易な冷陰極放電管（線状光源）の利用
が最も好適である。この光源１２の周囲にはリフレクタ
１３が配設され、光源１２から出射した光線をできるだ
け無駄なく導光体１１の光入射面である一側端部１４に
入射させる機構とされている。

【００１６】また、このリフレクタ１３の導光体１１と
の接続部近くにおける導光体１１の光出射面１６に黒色
等の光吸収帯を設けることが好ましい。このような黒色
等の光吸収帯をリフレクタ１３の導光体１１との接続部
近くにおける導光体１１の光出射面１６に設けること
で、光源近傍の光出射面１６に発生し易い輝線を防止す
ることができる。

【００１７】本発明の面光源装置１０においては、導光
体１１の一側端部１４に対向する他側端部１５にも光源
１２及びこれを覆うようにリフレクタ１３が配設されて
いることが必須であり、代表的には図１に例示されるよ
うに、導光体１１の対向する側端部１４、１５に冷陰極
管がそれぞれ１本づつ配設された、いわゆる２灯式の態
様が挙げられる。

【００１８】この他にも、導光体１１の例えば４つの側
端部すべてに冷陰極管が配設された４灯式、又は２灯の
冷陰極管が一側端部１４に配設され、これと対向する他
側端部１５にも２灯の冷陰極管が設けられ、合計４灯と
なっている態様等とすることもできる。

【００１９】また、導光体１１の光出射面１６に対向す
る表面には、光を散乱するなどして高強度で指向性に優
れた散乱光を導光体１１から外に取り出すための光取出
し機構１７が設けられている。この光取出し機構１７
は、図１の実施形態に示されるように多数の粗面ドット
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、………から構成されるか、若
しくは光散乱性粒子から構成することができる。

【００２０】特に、導光体１１の光出射面１６における
輝度分布を均一にするためには、光取出し機構１７を多
数の粗面ドット１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、………で構成
する態様が好ましい。このような多数の粗面ドット１７
ａ、１７ｂ、１７ｃ、………は、グラデーションパター
ンのシボ加工や粗面からなるドットパターンの転写によ
って形成することができ、粗面の程度や粗面が占める面
積等を調整することにより導光体１１の光出射面１６に
おける輝度分布を均一化することができる。

【００２１】図１に示される実施形態では、光取出し機
構１７を構成する多数の粗面ドット１７ａ、１７ｂ、１
７ｃ、………の粗面面積を光源から離れるにしたがって
大きくし、光出射面１６から出射する光量が全面でなる
べく均一となるようにされており、この構成は導光体１
１の光出射面１６における輝度分布を均一化する代表例
である。

【００２２】また、導光体１１の光出射面１６における
輝度分布を均一化させるという観点では、粗面ドット１
７ａ、１７ｂ、１７ｃ、………の配置密度を光源から離
れるにしたがって（導光体１１の中央部に近づくにした
がって）大きくする態様であっても、同様の効果を得る
ことができる。

【００２３】特に、光出射面内での輝度均一性と光の出
射効率を兼ね備えた、実用に供するに最も適した光取出
し機構は粗面からなるドットパターンであるが、これら
ドットパターンをアクリル樹脂等からなる導光体１１上
に精密に形成することは容易ではない。そこで、光の利
用効率と成形の容易性の両立という観点から、鋭意、検
討を重ねた結果、粗面からなるドットパターンとしては
図２に示される凸状突起１８を用いることが好適である
ことを見出すに至った。

【００２４】ここで、凸状突起１８の突起量は５０μｍ
以下、好ましくは３０μｍ以下、さらに好ましくは１５
μｍ以下とすることが必要である。更には、凸状突起１
８の表面に形成された粗面ドット１７ａ、１７ｂ、１７
ｃ、………（この粗面ドットを、特に凸状突起粗面ドッ
トと称する）は光の利用効率を向上させ、かつ面光源装
置の光出射面１０においてドットパターン見えを防止す
るという観点から、適度に小型化されていることが望ま
しく、具体的には凸状突起粗面ドット一つの占有面積は
０．５ｍｍ²以下、好ましくは０．４ｍｍ²以下、さらに
好ましくは０．３ｍｍ²以下とされる。

【００２５】これは光の利用効率（η）が粗面の平均的
な凹凸量（Ｒａ）と粗面の平均的な存在間隔（Ｓｍ）に
対して、

【式１】なる関係に基づいて決定されているためであり、適度に
小型化を果たすことで存在間隔を小さくし、光の利用効
率を向上させることができるからである。

【００２６】また、凸状突起粗面ドットを適度に小型化
した場合には、本発明に係る面光源装置上に液晶パネル
を配置した際にも、液晶パネルに形成されたブラックマ
トリクスと干渉を引き起こしずらくなることから、液晶
ディスプレイ装置のバックライト光源手段として極めて
適切な照明光特性を有するという利点も発生する。

【００２７】なお、粗面ドットや光散乱性粒子による散
乱光のみでは、視野角特性や面内輝度分布の調整に支障
をきたす場合には、さらに白色インキによる印刷パター
ンを光出射面１６と反対側の面に併用するのがよい。こ
れにより、白色散乱光即ち高視野角な散乱光成分を、粗
面や光散乱性粒子による散乱光に混合できるため、より
照明光特性の制御性が向上し、例えば、より高視野角な
照明光を得ることが可能となる。

【００２８】ここで、粗面からなる光取出し機構を有す
る導光体１１では光出射面１６の光源近傍の領域１９に
粗面からの散乱光が十分に得られない領域、すなわち暗
線領域が発生するが、これは粗面からの散乱光が本質的
に光出射面とは３０〜５０度の角度をなす、浅い角度で
出射するためであり、粗面からなる光取出し機構１７が
光出射面１６と対向する面に存在する場合には、光線経
路の関係から、必然的に光源近傍では光が出射されない
からである。

【００２９】したがって、この暗線現象を防止するため
には、図３に示されるように粗面ドットからなる光取出
し機構１７を光出射面１６側に設けると共に、光源近傍
の暗線発生部付近の光出射面１６とは反対側に白色イン
キによる多数のドット状図形２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、
………からなる印刷パターン２０を形成することが考え
られる。

【００３０】本発明の面光源装置１０において、光出射
面１６上には光出射面１６側に頂角を向けた、頭頂角４
５〜６５度なる三角プリズムアレーからなる調光シート
２１が配設される。三角プリズムアレーの母線（三角柱
の中心線）は、図１に示される様に、側端部に配設され
た線状光源とほぼ平行とされている。

【００３１】この効果を説明すると、まず、片側の一側
端部１４から入射した光線は導光体内では、スネルの法
則に基づく全反射条件にしたがって伝搬する。そして、
この光線が粗面ドット１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、………
からなる光取出し機構１７に行き着くと、散乱現象が発
生し、もはや光線は導光体内にとどまっていることはな
く、光出射面１６より出射することになる。

【００３２】この際に、導光体１１から直接、出射する
光線、及び導光体１１の他側面側に配置された反射シー
ト２２による反射を介して出射する光線等があるが、い
ずれにしても粗面ドット１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、……
…等による高強度で指向性の強い散乱光では、出射光線
の方向は光出射面１６の法線方向から大きくはずれ、尚
かつ、分布幅が狭いものとなってしまう。このままで
は、光出射面１６と正体する方向に光が出射しないの
で、光源としては役に立たない。

【００３３】したがって、面光源装置として機能させる
ため、出射光線を光出射面１６の法線方向、すなわち、
出射角度が９０度となる方向に三角プリズムを用いて変
角することにより、例えば図４の特性図における特性曲
線３１に示されるような光線分布を得ることができる。
図４に示される特性図は、縦軸に輝度（ｃｄ／ｍ²）を
取り、横軸に出射角度（°）を取って面光源装置１０に
おける視野角分布の特性を示すものである。

【００３４】この特性図から明らかなように、片側の一
側端部１４から入射した光線のみでは、特性曲線３１で
示すように出射光線の分布が狭すぎる。このため、導光
体１１の一側端部１４と対向する他側端部１５にも光源
１２を設ける必要があるのである。

【００３５】対向する光源を同時に点灯すれば、三角プ
リズムアレーによって変角された、それぞれの光線成分
（図４の特性図において特性曲線３１、３２で示す）が
合成され、最終的な面光源装置としての光線成分（図４
の特性図において特性曲線３３で示す）が得られること
となる。この際に、粗面や光散乱性粒子からの散乱光が
抱えている本質的な問題として、視野角度分布に急激な
輝度低下が生じる領域即ち急峻領域３１ａの存在が問題
となる。

【００３６】これは、導光体からの出射光線が、出射角
度の小さいところで急激に立ち上がっているため、これ
がプリズムによってより強調されて、急峻領域３１ａと
して現れるものであるが、この急峻領域の存在により、
三角プリズムアレーによる変角が十分になされていない
場合には、図５の特性図における特性曲線４３に示すよ
うに、光線成分４１、４２によって得られる光線は丁度
正面の光量が減少したような状態となり、面光源として
用いるのにふさわしくない分布になってしまうからであ
る。

【００３７】従って、好ましい照明光を得るためには、
図４の特性図で示される特性曲線３１、３２の関係に見
られるように、輝度が緩やかに変化する領域即ちなだら
か領域３１ｂで各光線成分の合成が行われるようにする
のがよい。本発明の面光源装置においては、これらの設
計指針にもとづいて三角プリズムアレーの形状が決定さ
れる。

【００３８】すなわち、三角プリズムアレーの頭頂角は
４５〜６５度、好ましくは５０〜６０度、より好ましく
は５５〜６０度の範囲から選択される。ここで、３角プ
リズムアレーの断面形状は厳密に二等辺三角形に限定さ
れるものではなく、必要に応じて断面多角形状、断面曲
面形状なども用いることが可能である。

【００３９】特に、前述の照明光の制御性と製造の容易
性を兼ね備えた、実用に供するに最も好ましい特性を有
する、凸状突起粗面ドットを光取出し機構とする態様で
は、三角プリズムアレーの頭頂角は５５度以上６０度未
満の領域から選択されることが重要である。

【００４０】この範囲を選択的に用いることにより、図
４に示される如く、二灯からの光線が効率良く合成さ
れ、正面近傍（出射角度７０度〜１１０度の範囲）にお
いて輝度が大きく変化することがなく、該面光源装置を
傾けた際に観測される輝度変化を小さくすることができ
る。従って、従来、本構成に似た態様を有する面光源装
置では大きな問題となっていた照明光線のギラつき感を
除去することが可能となり、本発明によって初めて液晶
ディスプレイ装置のバックライト光学系として実用可能
な照明光を得ることが可能となる。

【００４１】すなわち、対向する光源１２を同時に点灯
させ、凸状突起粗面ドット１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、…
……等を光取出し機構１７とする導光体１１を用い、該
導光体１１の光出射面１６と対向する面には正反射性の
反射シート２２を有し、該導光体１１から出射する極め
て指向性の高い散乱光線を光源とする面光源装置１０
は、光線の出射効率という観点では本質的に良好な性能
を有している。

【００４２】しかしながら、単純に出射光線を正面方向
に向けることを意図して設計された、該導光体の光出射
面側に頂角を向ける三角プリズムアレーによる光線方向
の変角では、照明光線のギラつき感や視野角分布特性の
２山化、もしくは拡がり過ぎといった問題を避けて通る
ことができない。

【００４３】本発明に基づく、急峻領域３１ａを特定の
範囲で面光源装置の法線方向からシフトさせ、片方の光
線からの照明光線がなだらかに変化する領域３１ｂにお
いて、対向する２箇所の光源１２からの光線を合成する
光学的設計手段によって、初めて実用に供するに適切な
照明光線が得られるのである。

【００４４】ここで、十分に変角がなされていない状
態、すなわち、図５の特性図に示される如く、特性曲線
における急峻領域が面光源装置の法線方向からは外れて
はいるものの、急峻領域近傍で対向する光源からの光線
の合成がなされている系においては、ある程度の範囲で
視野角度分布は拡大され、一見して視野角度分布を制御
したような状態を実現させることは可能であるものの、
これら照明光線はギラつき感も大きく、特性曲線４３か
ら明らかなように２山分布になってしまうことから、実
用的な照明光源としては不十分であることは言うまでも
ない。

【００４５】さらに、図６に示されるような、調光シー
トの法線方向に対して非対称な、ほぼ断面三角形状のプ
リズムアレーを用いることで、視野角度分布が光出射面
１６の法線に対して非対称な照明光源をも得ることが可
能となるため、この照明光源をバックライト光源として
液晶ディスプレイモニターを構成することによって、図
８に示すような、液晶ディスプレイモニター２４として
好ましい視野角特性（正面より多少上向きに輝度の最大
部分がある）を備えた液晶ディスプレイ装置を提供する
ことができる。

【００４６】本発明に用いられる三角プリズムアレーは
観察者が視認できないように可能な限り微細なものであ
ることが好ましく、通常は、ピッチ幅５００μｍ以下、
好ましくは２００μｍ以下、更に好ましくは１００μｍ
以下とされる。また、粗面からなるドット等を光取出し
手段とする場合にはドットパターンの見えるのを回避す
るため、粗面を形成したり、マイクロビーズ等を溶着し
たりしたディフューザー（散乱面）を調光シートのプリ
ズムアレーが形成された面と相反する面に設けることが
好ましい。ドットパターンと液晶セルのブラックマトリ
クス等から発生する干渉縞を防止する上では、更に導光
体１１の光出射面１６上にもディフューザーを設けるこ
とが好ましい。

【００４７】すなわち、プリズムアレーに入射する以前
に一段目のディフューザーで光の位相を乱すことで、調
光シート２１上に設けられたディフューザーはヘーズが
小さい前方散乱性の大きいものであっても、ドットパタ
ーンによる波面の等位相面はかき乱されるため、干渉稿
は発生せず、結果として輝度を高めることができるから
である。

【００４８】本発明における面光源装置の好ましい使用
形態は、対向する一対の側端部のみに線状光源が配設さ
れ、且つ、該線状光源は使用時にほぼ水平となるように
配設されている形態である。これは、一般的に面光源装
置に要求される視野角特性は水平方向が広いことが望ま
しいためであり、本発明において用いられる粗面等から
なる散乱光は前記方向に線状光源を配置した際には、こ
の要求を満たすのに極めて適したものとなるためであ
る。

【００４９】特にパーソナルコンピュータのモニターで
は、この要求は大きく、本発明の面光源装置は同用途に
は極めて好適である。本発明の好ましい態様において
は、導光体および調光シートは、いずれも樹脂材料によ
って形成される。特にアクリル系樹脂、ポリカーボネー
ト系樹脂、ポリエステル系樹脂、または環状ポリオレフ
ィン系樹脂が好適に用いられ、調光シート表面に形成さ
れるプリズム群はアクリル系等に代表される公知の熱硬
化性、もしくは光硬化性樹脂によって形成されるものが
好ましい。

【００５０】また、本発明において用いられる反射シー
ト２２は表面反射率の大きいＡｇ、Ａｌ蒸着シート、発
泡性ポリエステルシートが用いられ、特に正反射性材質
であるＡｇ、Ａｌ蒸着シートの利用が好適である。これ
は本発明において輝度を高めるためには、凸状突起粗面
ドットに代表される光取り出し機構から発生する指向性
に優れた散乱光を可能な限りその強度を損なうことがな
いよう活用すべきであるためである。

【００５１】すなわち、反射シート２２としては、単に
表面反射率が高いだけでなく、入射光線の角度分布を拡
大しない反射光線を生成する必要がある。より具体的に
は、レーザー光の様なコリメート光を垂直入射した際に
得られる反射光線の角度分布において、その半値角（垂
直方向を０度として強度が１／２になる反射光線が観測
される角度）として定義される拡散角が１０度以下、よ
り好ましくは５度以下、さらに好ましくは３度となる反
射シートが好ましい。

【００５２】本発明において、液晶ディスプレイ装置と
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が代表的
である。

【００５３】具体的には、例えば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デ
ィスプレイを構成することにより、高輝度、広視野角、
低消費電力、薄型等、液晶ディスプレイとして好適な特
性を賦与することが可能となる。

【００５４】

【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、その要旨を越えない限り、以下
の実施例に限定されるものではない。（実施例１）図３に示した構造の面光源装置を製造し
た。導光体として１２インチ、厚み４ｍｍのアクリル樹
脂を使用し、光源から離れるにしたがって（導光体の中
央に近づくに従って）面積が相対的に大きくなるように
パターニングした粗面からなるドットパターン１７ａ、
１７ｂ、１７ｃ、………を導光体上に転写した。次に、
得られた粗面からなるドットパターンが光出射面側とな
るようにし、光出射面と対向する面にはＡｇを蒸着した
光線反射率９５％の反射シート２２を配設した。

【００５５】更に、入光部における暗線現象を抑えるた
め、白色インキからなるドットパターン２０ａ、２０
ｂ、２０ｃ、………を入光部近くにスクリーン印刷し
た。調光シート２１としては、厚み１２０μｍのポリエ
チレンテレフタレートを基材フィルムとする、プリズム
頂角６０度、ピッチ１５０μｍなるプリズムシートを用
い、プリズム頂角が光出射面側を向き、該プリズムの母
線が光源と平行になる方向に設置した。

【００５６】調光シート２１のプリズムが形成された側
と相反する面にはヘーズ７０％なるディフューザー（粗
面）を形成した。光源としては管径３ｍｍの冷陰極管を
使用し、相対する側端部１４、１５にそれぞれ該冷陰極
管を配設し、周囲をＡｇを蒸着したフィルムからなるリ
フレクタ１３によって覆い、インバータを介して電圧印
加して点灯し、面光源装置とした。この面光源装置の中
央部からの各出射角度に対する輝度分布を輝度計（トプ
コム製ＢＭ−７）を用いて測定した。結果を表１に示
す。この面光源装置を液晶ディスプレイ装置のバックラ
イトとして用いたところ、高視野角でムラのない高輝度
な液晶ディスプレイ装置が得られた。

【００５７】（実施例２）図１に示した構造の面光源装
置を製造した。この実施例２では、導光体として対角１
５インチ、厚み５ｍｍのアクリル樹脂を使用し、光源か
ら離れるにしたがって面積が相対的に大きくなるように
パターニングした凸状突起粗面ドットからなるドットパ
ターンを導光体上に転写した。図２に凸状突起粗面ドッ
トの拡大図を示す図２において、ｈは凸状突起の突起量
を示し、この実施例２では突起量を１５μｍとし、概形
が縦横の比２となる楕円形状を有した、平均面積０．２
５ｍｍ²なる凸状突起粗面ドットを用いている。

【００５８】次に、光出射面と対向する面にはＡｇを蒸
着した光線反射率９５％、拡散角１．７°なる反射シー
ト２２を配設した。調光シート２１としては、厚み１８
０μｍのポリエチレンテレフタレートを基材フィルムと
する、プリズム頂角５８度、ピッチ５０μｍなる三角プ
リズムアレーシートを用い、急峻領域３１ａが十分に光
出射面の法線方向から外れる様に変角し、対向する光源
からの光線が、図４に示されるように、なだらかに変化
する領域３１ｂにおいて合成されるようにした。

【００５９】導光体の光出射面１０にはヘーズ５０％と
なる粗面を設け、さらに、調光シート１７の観察者側を
向く面にもヘーズ３０％となるアクリルビーズコート層
を設け、光取出し機構１７から出射した光線がディフュ
ーザーを２段階経る光学系とした。その他については実
施例１と同様にして輝度分布を測定した。結果を表１に
示す。

【００６０】（実施例３）α＝２５°、β＝３４°であ
って、実質的頭頂角が５９度となる、非対称三角プリズ
ムアレーを用いたことの他は実施例２と同様にして、対
向する光源からの光線が、図７の特性図に示されるよう
に、なだらかに変化する領域において合成され、急峻領
域に起因するギラつきが発生しない面光源装置を得た。
輝度分布の測定結果を表１に示す。

【００６１】また、透過率７％なる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の液晶セル
を該面光源装置上に配し、対向して配設された冷陰極管
からなる線状光源が水平（床面と平行）となり、かつ、
該面光源装置から得られる非対称視野角度分布が使用時
に図８において符号２３で示される方向となるようにに
実装して、液晶ディスプレイモニター２４を得た。

【００６２】この面光源装置をパソコン用モニターとし
て使用したところ、通常必要の無いキーボード方向（下
方向）へは光が多く出射せず、その分、必要性の高い正
面、及び上方への出射光線量を大きくできたため、輝度
が高く消費電力量が低く抑えられ、実用上好適であっ
た。

【００６３】（比較例１）プリズム頂角が７０度となる
三角プリズムアレーを有した調光シートを用いたことの
他は、実施例１と同一の部材を用いて、輝度分布を測定
した。結果を表１に示す。

【００６４】（比較例２）プリズム頂角が８０度となる
三角プリズムアレーを有した調光シートを用いたことの
他は、実施例と同一の部材を用いて、輝度分布を測定し
た。結果を表１に示す。

【００６５】（比較例３）プリズム頂角が５０度となる
三角プリズムアレーを有した調光シートを用いたことの
他は、実施例と同一の部材を用いて、輝度分布を測定し
た。結果を表１に示す。

【００６６】

【表１】

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
粗面や光散乱性粒子等から発生する高輝度で指向性に優
れた散乱光を利用しながら、視野角特性を十分に広く保
ち、尚かつ、正面輝度を高くする構造簡素で生産の容易
な面光源装置を提供することができる。

【００６８】これらの特徴は、近時、高度化する液晶デ
ィスプレイ装置おけるバックライトに対する照明光の光
学特性に対する要求に応えるものであり、特にパーソナ
ルコンピュータ用モニターや液晶ＴＶに用いられる液晶
ディスプレイ装置のバックライトとして好適な特性を備
えている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る面光源装置を概略的
に示す縦断面図である。

【図２】本発明の面光源装置で用いられる光取出し機構
である凸状突起粗面ドットを拡大して概略的に示す部分
的な断面図である。

【図３】本発明の他の実施形態に係る面光源装置を概略
的に示す縦断面図である。

【図４】本発明の面光源装置から発せられる照明光の視
野角分布を示す特性図である。

【図５】他の例として示される面光源装置から発せられ
る照明光の視野角分布を示す特性図である。

【図６】三角プリズムアレーの一例の断面形状を示す図

【図７】非対称三角形状の三角プリズムアレーを用いた
面光源装置における視野角分布の一例を示す特性図であ
る。

【図８】非対称三角形状の三角プリズムアレーを用いた
面光源装置を使用したモニターの視野角分布を示す説明
図である。

【符号の説明】

１０面光源装置１１導光体１２光源１３リフレクタ１４一側端部１５一側端部に対向する他側端部１６光出射面１７光取出し機構１７ａ粗面ドット１７ｂ粗面ドット１７ｃ粗面ドット１８凸状突起１９暗線発生領域２０印刷パターン２０ａ白色インキのドット状図形２０ｂ白色インキのドット状図形２０ｃ白色インキのドット状図形２１調光シート２２反射シート３１一側端部１４からの入射光のみによる視野角度分
布特性曲線３１ａ視野角度分布特性曲線３１の急峻領域３２他側端部１５からの入射光のみによる視野角度分
布特性曲線３３本発明の面光源装置による視野角度分布４１一側端部１４からの入射光のみによる視野角度分
布特性曲線４２他側端部からの入射光のみによる視野角度分布特
性曲線４３本発明の比較例として示される面光源装置から発
せられる照明光の視野角度分布特性曲線６１一側端部１４からの入射光のみによる視野角度分
布特性曲線６２他側端部１５からの入射光のみによる視野角度分
布特性曲線６３非対称三角形状の三角プリズムアレーを用いた本
発明に係る面光源装置から発せられる照明光の視野角分
布特性曲線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｆ２１Ｙ 103:00 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ (72)発明者三輪雅申三重県四日市市東邦町１番地三菱化学株式会社四日市事業所内Ｆターム(参考） 2H038 AA55 BA06 2H042 BA02 BA04 BA05 BA12 BA14 BA15 BA20 DB08 2H091 FA14Z FA16Z FA23Z FA32Z FA42Z FD06 FD13 FD22 LA18 LA19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一表面が光出射面とされた導光体と、こ
の導光体に設けられた光取出し手段と、前記導光体にお
ける対向する両側端部に配設された光源と、前記導光体
の前記光出射面上に配設された調光シートとを備える面
光源装置において、前記光取出し手段が粗面もしくは光散乱性粒子から構成
され、前記導光体における対向する両側端部に配設され
た前記光源のうち、いずれか一方を点灯させた際に、前
記調光シートの直上で観測される出射光線の前記光源に
垂直な方向への視野角度分布特性を、縦軸に輝度を取
り、横軸に出射角度を取った時の特性線図で表した時、
ピークを境に急峻領域となだらか領域を有する非対称形
であって、かつ前記両光源を同時に点灯した際に、前記
両光源からの照明光によるそれぞれの前記特性線図が前
記なだらか領域において交差するように合成すべく前記
調光シートの変角光学系が定められていることを特徴と
する面光源装置。
【請求項２】前記調光シートの変角光学系は、頂角を
前記導光体の前記光出射面側に向け且つ頭頂角が５５度
以上６０度未満の三角プリズムアレーであることを特徴
とする請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】前記プリズムアレーは、断面二等辺三角
形状プリズムをピッチ幅５００μｍ以下で配置したもの
であることを特徴とする請求項２に記載の面光源装置。
【請求項４】前記調光シートの前記プリズムアレーが
形成された面と相反する面にはディフューザーが形成さ
れていることを特徴とする請求項２又は３に記載の面光
源装置。
【請求項５】前記光取出し手段は、突起量５０μｍ以
下なる多数の凸状突起の表面に形成された粗面ドットか
ら構成され、前記光出射面と対向する面には拡散角１０
度以下の正反射性反射シートが配設されていることを特
徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の面光源装置。
【請求項６】一つの前記凸状突起粗面ドットの占有面
積は、０．５ｍｍ²以下とされ、前記突起量は３０μｍ
以下であり、かつ前記拡散角は５度以下であることを特
徴とする請求項５に記載の面光源装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の面光源
装置をバックライト光源手段として用い、前記導光体に
設けられた一対の前記光源が使用時にほぼ水平となるよ
うに配置された線状光源であることを特徴とする液晶デ
ィスプレイ装置。
【請求項８】前記調光シートの変角光学系は、頂角を
前記導光体の前記光出射面側に向けた非対称三角プリズ
ムアレーであり、正面及び上方に出射光線を集中化した
ことを特徴とする請求項７に記載の液晶ディスプレイ装
置。