JPH03189679A - 面状光源装置 - Google Patents

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、照明などに用いられる面状光源装置、特に点
状光源又は線状光源からの光を受けて比較的広い面積に
わたって均一に照明を行うための面状光源として利用さ
れる照明装置例えば、広告等の表示照明パネルや透過型
液晶表示装置の裏面照明として用いられる面状光源装置
に関するもので、特には輝度が高く輝度分布にムラの少
ない面状光源装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、室内照明灯、夜間屋外の広告用看板等に蛍光灯を
用いる場合、蛍光灯と数本並列してその上に乳半板等の
光拡散性の板状物体を配置する事によって線光源からの
出射光を疑似的な面光源に変換して用いることが一般的
に行われているが、この従来法では蛍光灯の全周的に均
一な光源束をそのままある位置で強引に平面的に取り出
すことになるため、光拡散板を配置する平面部分での輝
度分布は時として見苦しい不均一が生じ、これが視覚的
には蛍光灯の輪郭等となって照明具としての美観を損ね
る一因となるため、光拡散板と蛍光灯とはかなりの距離
をおいて配置しなければならず、省スペース等の観点か
ら問題となる。

また、最近液晶テレビや携帯用パーソナルコンピュータ
あるいは液晶デイスプレィの背面照明用に比較的小型で
かつ均一な輝度分布を有する面状光源の要求が高まって
いる。

これに対しては、現在のところＥＬ（エレクトロルミネ
センス）や直下に蛍光灯を配置して遮光用フィルタ等で
輝度分布を調整した直下型バックライトが既に存在する
が、耐久性に乏しく拡散照明を十分満足しうるちのとは
ならないため、−枚の透明導光板を用いてその側縁より
光を導き、これによって面を拡散照明しようとする提案
が、例えば特開昭５１−８８０４２号公報等によって既
になされ、一部で実用化されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、従来での一枚の透明導光板を用いる場合、そ
れ自体では光拡散率が低く輝度が低いため、裏面にヘア
ライン状の粗面を設けたり、裏面に反射性の塗料を用い
て適宜のパターンを印刷することによって効率良く光を
散乱させ輝度を上げる必要があるし、これら改善方法に
も限界があって煩雑な加工の割りには満足できるもので
はなく、面状光源装置として要求される面輝度を達成す
るには透明導光層の厚みを相当厚くする必要が生じて装
置の小型軽量化要求に対して対応できず、問題となって
いる。

本発明は、これら従来の問題点を解消しようとするもの
で、極めて厚みの薄い透明性導光層において従来と同等
以上の輝度が得られ１．装置の小型化１軽量化が図れる
面状光源装置を構成簡単で製作容易かつ安価な形態で提
供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、視野方向より、光拡散層と透明性導光層と反
射層とを順次積層し、該透明性導光層の少なくとも片面
にピンチ０．１〜１．０　ａｍの格子目のそれぞれに少
な（とも一つ以上の斜面を不連続で有するエンボス模様
を備えると共に、透明性導光層の少なくとも一端縁に光
源と光源用反射層を設置したものであって、必要に応じ
該格子の投影面積が光源からの距離に対して漸次拡大す
るエンボス模様としたことを特徴とする面状光源装置と
したものである。

〔作　用〕

本発明の面状光源装置では、光の反射拡散効率を上げ、
面輝度を向上させるために透明性導光層の少なくとも片
面に形成したピンチ０．１〜１ｆｌの格子目に一つ以上
の斜面を不連続で有するエンボス模様を設けているので
、光入射面から透明性導光層に入射した光は、各格子目
の斜面もしくは辺に到達し、該透明性導光層と反射層も
しくは光拡散層との間に存在する透明性導光層よりも屈
折率の小さい空気や接着剤層のためにその入射角により
透過もしくは全反射を繰り返しつつ透明性導光層内を効
率良く散乱しながら進み結果的に比較的薄い導光層にて
輝度の高い面状光源を得ることができ、かつ該格子目の
投影面積を光源からの距離に対して漸次拡大していくパ
ターンを施すことにより有効発光面内における輝度分布
を調整するとかでき、均一でムラのない面状光源が得ら
れる。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１〜２図例について説明すると、光
拡散層１が管状光源４．４間合面にわたって備えられ、
その下層に透明性導光層２及び反射層３が順次積層され
ている。

この光拡散層１としては、前記透明性導光層２より出射
する光を更に面全体に均一に拡散させ、また液晶等の裏
面照明として白色面光源を要求されることから一般には
アクリル樹脂もしくはポリカーボネート樹脂に適宜の光
拡散剤を含有した乳白色のシートもしくはプレートが用
いられる。

この場合、含有される光拡散剤の種類と量によっては、
拡散効果が低下したり、また透過率が小さく結果的に面
輝度を低下させることになるので装置の要求特性に適し
たものを選択することが望ましい。

さらに、透明性導光層２としては、例えば２６０Ｘ１７
０Ｘ４ｍ（厚さ）もしくは５龍のアクリル樹脂板（アク
リライト（商品名）、三菱レイヨン側型）の両面に第２
図Ａに示すような凹状の四角錐パターンを０．５１ｍピ
ッチ、斜面角度４５°で設けたエンボス模様２１を全面
に形成したものを使用した。

この場合、パターンのピンチについては、０．１１ｍ以
下であるとパターン溝深さが小さくなり、反射、拡散効
率が低下し第１表に示すように十分な輝度が得られなか
った。

また１龍以上のピッチでは斜面数が少なくなり、やはり
第１表に示すように、やはり輝度低下をきたすとともに
ピッチが粗いために調光層、光拡散層を通してパターン
が透過してしまい、外観上ムラが生ずるという不具合が
あるのでピッチは０．１〜１．０１、望ましくは０．４
〜０．６１の範囲が良い。

また斜面角度についても第１表に示すように１８°もし
くは８５°においては反射拡散効率が低く、十分な輝度
が得られないことから２０〜８０″望ましくは４０〜６
０″が適当である。

以下余白 なお透明性導光Ｎ２としては、ガラスやエポキシ樹脂、
シリコン樹脂等の熱硬化性樹脂、アクリル樹脂、ポリカ
ーボネート樹脂、ポリプロピレンポリエチレン等のポリ
オレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂など問わないが、透
過率や加工性、耐熱性の点からアクリル樹脂やポリカー
ボネート樹脂或いはシリコンゴムあるいは、これらのポ
リマーアロイなどが望ましい。

また透明性導光層２へのエンボス模様のパターンの付与
はどんな方法でも良く、例えば直接機械加工を行ったり
、熱可塑性樹脂の場合であれば予めロール状は板状の鋼
材等の別部材に設けたパターンを熱プレスにより転写し
たり、該パターンを有する金型を用いた射出成形や注型
法によって容易に得ることもできる。

さらに前記反射層３としては、例えばアルミニウムの蒸
着シートや拡散剤を含有したＰＥＴアクリルやＡＢＳ等
の合成樹脂板でも良いが、ＰＥＴ基村上に銀を蒸着、更
にトップコート処理を行った「テトライト」（商品名、
東京尾池産業■製）シートを用いた。

図中４は光源であり、管径φ６１ｍ、有効発光長２６０
ｍ、管電流５ａ＋Ａ、管輝度７０００ｎ　ｉ　ｔの３波
長型冷陰極管（スタンレー電気■製）２本を長辺方向に
２本対向させて設置した。５は光源用反射層であり、前
記光源４より発する光のロスは少な（し、かつ透明性導
光層２の入射端面に効率良く光が導かれるよう指向性を
もたせるために設けたもので、前記反射層３と同部材を
使用した。

なお各層は積層状態で照光面の外周を接着代として両面
粘着テープ、接着剤又は溶若若しくは型枠その他のフレ
ームに嵌装などの固着手段で構成すると共に、また光ロ
スを少なくするため光源４を設置していない端辺部には
反射層３と同様の反射シート（図示せず）を貼付けるの
がよく、いずれにしても各部を一括固着又は−括組み込
み構成として用いるのがよい。

この実施例による面状光源装置において、電源電圧１２
Ｖにてインバーターを介し光源を点灯させたところ、第
１表に示すように５龍厚にて６５０ｎｉｔ、４ｍｍ厚で
も６００ｎｉｔの面輝度が得られた。

また比較例１として透明導光層２を４ｆｉ厚のアクリル
平板（処理なし）に代えたところ輝度は１５０ｎｉｔ、
　　比較例２として、ピッチ０．５　ｍ　、斜面角度４
５°のへアーラインパターンを両面に有する５ｎ厚のア
クリル板を透明導光層とした場合、輝度は４００ｎｉｔ
となり、本発明の格子目、四角錐のエンボスパターンと
することにより、従来のへアーライン状よりも拡散効率
が上がり、面輝度が上昇し、またより薄い導光層にて従
来以上の輝度を得ることができた。

また比較例３，４，５．６に示すように厚み４１−のア
クリル板に４５″の斜面角度でピンチ０．０５゜２１■
とした場合、またピンチ０．５鶴にて斜面角度を１８°
、８５°に設定した場合の輝度はそれぞれ４７０，４０
０，４２０，４４０ｎｉｔと光拡散効率が低く四角錐の
エンボスパターンによる十分な反射拡散効果が得られな
かった。

なお、前記エンボス模様２１としては第３図のように凸
状の四角錐パターンとしてもよく、また三角錐その信条
角錐などの錐形若しくは円錐或いは切頭錐形に限らず一
つ又は二つの斜面を持った山形又は谷形のパターンや、
各斜面の組合せが垂直面を含めた形でヘアライン状にな
らないように不連続に形成したパターンでエンボス模？
１２　、を設けたものを用いることも選んででき、しか
も両面に限らず表面又は裏面のいずれかの片面に形成し
たものを用いることもできる。

この場合斜面の斜面角αは２０〜８０″の範囲のものを
選ぶこと、さらには格子目も四角形に限らず三角形を含
む多角形の格子目に斜面の組合せによって形成すること
が配慮される。

第４図乃至第６図の具体例では、前記透明性導光層２に
形成したエンボス模様の他の例で、第４図例では四方向
の斜面角度を変えたもので前例をも含め前例を含め、前
記四角錐の頂部が突出する凸状にしてもよいし、逆に凹
状にへこんでいても、あるいは部分的にこれらを混在並
置してもよいが、好ましくは凹状のものとするのがよい
。

第５図例では、ピッチを順次変化させたものであり、第
６図例では各格子目を千鳥状に配列して四角錐の形状配
列を種々変化させたものを用いること、また第７図例の
ように三角錐を各格子目に配列することや、第８図及び
第９図例のように各格子目に斜面を一つ又は二つ備えた
エンボス模様２、のちのを用いることも配慮される。

なお前記透明性導光層２は、そのエンボス模様のある面
が裏側に設けられたもので反射層３に対面し、その間に
接着剤を充填したり透明性導光層２と反射１１３との間
に空気層を備えてもよ（、さらにピッチの異なるエンボ
ス模様を表裏両面に形成した透明性導光層２を配備する
ことも可能である。

さらに、前記透明性導光層２のエンボス模様２について
種々検討を重ねた結果、個々のエンボス模様の投影面積
を第１０図に示すように光源からの距離に対して、漸次
拡大するよう、配置することにより有効発光面積内にお
いてムラのない均一な輝度分布を有する面状光源装置が
得られた。

この各エンボスの大きさ面積については最大でも０．１
〜１．０ｆｌの範囲のある規定したピッチの格子目のそ
れを越えることはないが、高輝度を得るためにはできる
だけ大きい方が望ましく、−力量小値については何ら制
約を受けるものではない。

最大値と最小値の間のエンボスの面積の変化率について
は任意でよいが、ある点における照度はその点と光源と
の距離の２乗に反比例すること、透明媒体中で光の強度
が減衰することやまた種々試験を重ねた結果、エンボス
形状を第１０図の如く正方形とした場合、−辺の長さＹ
を光源からの距離Ｘに対し、Ｙ＝ａ　＋ｂ　ｌ　ｎｘｆ
ｔｌ　（ここで、ａ。

ｂは設定する光拡散層１反射層、光源、光源用反射層及
びピンチやエンボスの最大、最小面積によって定まる値
）なる指数対数式に沿って設定、すなわちエンボスの面
積としてはＹ”＝（ａ＋ｂｌｎＸ）”となるよう順次エ
ンボスを配置することによって良好な輝度分布が得られ
ることから概ね開式に沿ったパターン配置が望ましい。

本実施例３においては透明導光層２として２６０×１７
０かける５ｍｍ（厚さ）のアクリル樹脂板〔アクリライ
ト（商品名）、三菱レイヨン■製〕の片面に第１０図に
示すような凹状の四角錐を左右対称に０．５鶴ピフチ、
斜面角度４５°、−辺の長さとしては両端光源より最も
垂直距離の遠いエンボスＥ。のＯ，’３８０　ａｍを最
大値、光源部に最も近いエンボスＥ１のそれを０．２１
０■ｌとして、その間のＥ７−１〜Ｅｔの各エンボスの
それとＹ　＝　０．１８４＋　０．１４４１　、ｌＸ式
にほぼ沿うよう設けたエンボス模様２１を全面に形成し
たものを使用したまた光拡散層１１反射層３光源４．光
源用反射層５は全て前記と同様のものを使用し、Ｔ！ｉ
源電圧電圧１２Ｖインバータを介し、光源を２灯点灯さ
せたところ、第２表に示すように有効発光面内において
輝度分布にムラのないきわめて均一な面光源が７００ｎ
ｉｔという高１度で得られた。

以下余白 第２表 また、比較例７として、同様のアクリル板にピンチ０．
５ｍｍ、斜面角度４５＠の凹状四角錐パターンを全面に
均一に形成したものと輝度、輝度分布を比較すると比較
例７の輝度、ムラが３５％と大で、輝度も６００ｎｉｔ
であるのに対し、エンボス模様に投影面積差のあるバタ
ーニングを施した実施例３は、透明導光層内部を進む光
路がパターンによって制御され、光源近傍の多量の光が
導光層内部を通って光量の少ない中央部へと導光される
ことになり、結果として発光面全体にわたって輝度分布
が修正され、ムラがなく均一になるとともに光源近傍で
の光ロスが軽減され高輝度が得られた。

Ｙ＝ａ＋ｂｌｎＸ （ｍａｘ　　＋＋＋ｉｎ） 光源ムラ＝ Ｘ１００　　（％） 更に実施例４として、ｉｌ１式においてａ　＝　０．０
０８゜ｂ　−０，０４４とし、最大エンボスの一辺を０
．２００龍（Ｘ−８０）とした場合の輝度、輝度分布は
分布については均一なものの、発光面全体に占めるエン
ボスの総投影面積が小さくなるため、発光面からの出射
光の量が少なくなり、輝度は４５０ｎｉｔと必ずしも高
くない。

したがって、高輝度を得るためには各エンボスの面積を
大きくすることが望ましいが、また一方ではこの面積を
適宜設定することにより用途に応じた輝度を得ること可
能となる。

また、前記エンボス模様としては、第１０図のような正
四角錐パターンに限らず、第１２図のような多角錐を用
いることもできるし、さらにはそられの模様を２種以上
組合わせて用いてもよい。

また、個々のエンボスの投影面積の変化は必ずしも全て
順次変化するものでなくてもよく、第１３図に示すよう
に輝度分布に影響を及ぼさない範囲で部分的に数ケ単位
でブロック化して変化していくものであってもよい。

この場合のエンボスの斜面角αは２０〜８０＠の範囲の
ものを選ぶこと、さらには光源をいずれか一方とした一
部の場合は第１１図のようなパターン配置とすることも
できる。

また、パターンの配置部位については発光面全面に限ら
れるものではなく、光源として必要な部分に限り、部分
的にパターニングしてもよい。

第１４図例は、エンボスの斜面角度を１ケおきに変え、
かつ深さについては全エンボスが一定となるよう配置し
たもの、第１５図例は光源近傍にいくにつれ斜面角度が
大きくなるもの、第１６図は凸状のエンボスが混在する
もの、第１７図例は各エンボスを格子状に配列したもの
、第１８図例は四角錐以外の多角錐、三角錐を配列した
もの、第１９図例はエンボスのピンチを順次変化させた
もの、第２０図例は種々の多角錐を混在させたものであ
り、これらの例を全であるいは部分的に組合わせて用い
ることが配慮される。

〔発明の効果〕

本発明は、透明性導光層の少なくとも片面にピッチ０．
１〜１．０鶴の格子目のそれぞれに少なくとも一つ以上
の斜面を不連続で有するエンボス模様を備えたことによ
り、光入射面から透明性導光板に入射した光は、各四角
錐の斜面若しくは辺において、導光板と反射板もしくは
光拡散板との間に存在する導光板よりも屈折率の小さい
空気層、接着剤層のために、その入射角により透過もし
くは全反射を繰り返しつつ導光板内を効率良く散乱しな
がら進むことができるので、従来よりも比較的薄い導光
層にて同等の面輝度を得ることができ、さらにこれらエ
ンボス模様の投影面積を光源からの距離に対して漸次拡
大することにより、特に調光のための別部材を用いるこ
となく有効発光面内の輝度分布を均一にすることができ
るため、結果的に面状光源としての機能を備えながら、
装置全体の薄型化、軽量化を図ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による面状光源装置で第１図Ａ
は組立説明斜面図、第１図Ｂは縦断面図、第２図Ａ−Ｂ
は透明性導光板の拡大平面図及び断面図、第３図Ａ−Ｂ
は他例の透明性導光板の拡大平面図及び断面図、第４図
乃至第７図は透明性導光板の他例の拡大平面図、第８図
Ａは格子目に一つの斜面を持った例の拡大平面図、第８
図Ｂは第８図ＡのＩ−１線における縦断面図、第９図Ａ
は格子目に二つ斜面を持った拡大平面図、第９図Ｂは第
９図Ａのｆｆ−ｆｆ線における縦断面図である。 第１０図は光源２灯使用時のエンボス投影面積変化パタ
ーンの全体図、第１１図Ａは光源１灯使用時の同パター
ンの拡大平面図、第１１図Ｂは第１１図Ａの縦断面図、
第１２０図Ａは同パターンの他例の拡大平面図、第１２
図Ｂは第１２図Ａの縦断面図、第１３図Ａはエンボス投
影面積の変化を部分的にブロック化した場合の拡大平面
図、第１３図Ｂは第１３図Ａの縦断面図、第１４〜１６
図（Ａ）（Ｂ）はさらに他の例の一部の平面図及び縦断
面図、第１７〜２０図は透明性導光板の他の実施例の一
部の平面図である。 １・・・光拡散層、２・・・透明性導光層、３・・・反
射層、４・・・光源、５・・・光源用反射層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）視野方向より、光拡散層と透明性導光層と反射層
   とを順次積層し、該透明性導光層の少なくとも片面にピ
   ッチ０．１〜１．０ｍｍの格子目のそれぞれに少なくと
   も一つ以上の斜面を不連続で有するエンボス模様を備え
   ると共に、透明性導光層の端縁に光源と光源用反射層を
   設置して成る面状光源装置。
2. （２）視野方向より、光拡散層、透明性導光層、反射層
   を順次積層し、前記透明性導光層の少なくとも一端縁に
   光源と光源用反射層を設置し、かつ透明性導光層の少な
   くとも片面にピッチ０．１〜１．０ｍｍの格子目のそれ
   ぞれに斜面角度２０〜８０゜の凸状又は凹状の四角錐を
   形成したエンボス模様を備えたことを特徴とする面状光
   源装置。
3. （３）前記エンボス模様が、格子目の各投影面積を光源
   から垂直距離が大となるにつれて漸次拡大するものから
   なる請求項１または２記載の面状光源装置。