(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性材料からなり、裏面に光散乱パターンあるいは光路変換部材が形成された樹脂基板の少なくとも一面以上の側端面付近に光源ランプを当接させて構成するサイドライト方式の面状光源装置において、
前記樹脂基板の上部に樹脂基板とは別体に拡散板を設け、該拡散板に視認不可能な程度にパターンの大きさが微小の光拡散部を、前記樹脂基板に光散乱パターンを形成した場合のドットイメージの強度、または前記樹脂基板に光路変換部材を形成した場合の分散角度に対応させて、その面積密度を連続的に変化させるように形成したことを特徴とする面状光源装置。
【請求項２】
前記拡散板は、均一な拡散率を有する光拡散層を設けていることを特徴とする請求項１に記載の面状光源装置。
【請求項３】
前記光拡散部は、シート状の透明支持部材に形成され、前記樹脂基板の表面に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の面状光源装置。
【請求項４】
前記光拡散部は、光拡散部材としての散乱ビーズを含有した透明樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の面状光源装置。
【請求項５】
前記光拡散部は、微小な凹凸面によって形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の面状光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、看板や各種表示装置等の背面照明手段に用いる薄型の面状光源装置に関するものであり、特に、液晶表示装置の背面照明手段として用いられる面状光源装置の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータ等の表示装置として、軽量かつコンパクト化のニーズに応えるべく薄型で見やすい背面光源機構を有する液晶表示装置が用いられている。このような背面光源機構を実現する手段として、図１０に示すサイドライト方式（導光板方式）の面状光源装置の説明をする。１は、直線状の光源である冷陰極管（ＣＣＦＬ）または熱陰極管（ＨＣＦＬ）等の光源ランプである。断面形状がほぼ矩形状で透光性の高い材料で形成される樹脂基板２の一側端面３に沿って、前記光源ランプ１を所定距離をおいて配置する。
【０００３】
光源ランプ１の周面において一側端面３と対向しない周面は、銀等を蒸着したランプリフレクタ４で覆われている。ランプリフレクタ４を設けることにより、光源ランプ１の発光光線の多くが、一側端面３から樹脂基板２内に進入する。
【０００４】
このような面状光源装置には、光源ランプ１からの距離に左右されることなく面状光源装置の画面を均一に発光させるために、樹脂基板２の裏面５に光散乱パターン６が形成されている。光散乱パターン６は、例えば、特開平５−１３４２５１号に開示されるように、樹脂基板２の裏面５全面に、スクリーン印刷方式によって光拡散反射物質を含んだ媒体をドット状に塗布することによって形成される。
【０００５】
図１１に示すように、光散乱パターン６は、光源ランプ１の位置する一側端面３から、一側端面３に対向する側端面７に向かうにつれてドットの径が徐々に大きくなるように印刷されているので、光源ランプ１から遠くなるにしたがって、裏面５の単位面積当たりに、光拡散反射物質を含んだ媒体が占める割合は多くなる（以下、単位面積当たりに所定物質が占める割合を面積密度という）。光散乱パターン６は、図１１において、断面ではないが判りやすいように斜線を施した。
【０００６】
このように、光散乱パターン６の面積密度を変えると、樹脂基板２の表面８（図１０の上方）から放出する光線量を変化させることができるので、光源ランプ１に近い部分が明るく発光せず、面状発光を可能にする。
【０００７】
また、上述のスクリーン印刷方式にて樹脂基板２に施される光散乱パターン６に代えて、例えば特願平７−２０８４６１号に示すように、樹脂基板２の裏面５に直接微小な凹凸面を形成して、その凹凸面によって光を拡散および／または反射させる光拡散パターン６（図１５参照）を形成することにより、上述の光散乱パターン６と同等の機能を発揮させることも可能である。
【０００８】
光散乱パターン６が形成された樹脂基板２の下方（図１０の下方）には、反射板９が配置される。そして、樹脂基板２の一側端面３以外の側面（例えば、図１０および図１１に示す一側端面３の対向面である側端面５）には、反射テープ等からなる反射材１０が付加されている。
これら反射材１０や反射板９を設けることにより、樹脂基板２の表面８から出射する以外の光線、すなわち側端面７に進行する光線を樹脂基板２内に反射させ、表面８以外から光が出射することを防止している。
【０００９】
さらに、面状光源装置には、樹脂基板２の表面８全面を覆うように拡散板１１を設けている。拡散板１１は、光散乱パターン６で光が反射されることによって光散乱パターン６のみが輝いて見える、いわゆるドットイメージを、光を重ね合わせる（すなわち、拡散させる）ことで除去することができるので、面状光源装置の画面は均一の輝度で発光する。
【００１０】
図１２は、このように構成されたサイドライト方式の面状光源装置における光線の進行状態を説明するための模式的な断面図である。
上述した構成の面状光源装置において、光源ランプ１からの発光光線は、一側端面３に対向する面以外を覆うランプリフレクタ４に反射することによって、その多くが樹脂基板２の内部へと進行する。
【００１１】
裏面５に向かって進行する光源ランプ１からの発光光線は、樹脂基板２の裏面５にて反射されるか、光散乱パターン６にて拡散および反射されるか、または、裏面５および光散乱パターン６を通過し下方の反射板９にて反射され、表面８へ向かって進行する。そして、表面８の上方に備わる拡散板１１を透過する。このとき、拡散板１１内を進行する光線は、ある程度拡散されることによってドットイメージが除去される。
一方、表面８に向かって進行する光源ランプ１からの発光光線は、樹脂基板２の表面で、その多くが反射され、裏面５に向かって進行する。
【００１２】
このように、樹脂基板２を進行する光線は、樹脂基板２の表面８および裏面５、反射板９の境界面にて反射を繰り返しながら進行する。以下、画面上に放出されるまで繰り返す。
ここで、光散乱パターン６にて拡散および反射される光線の多くは、境界面にて反射されない所定角度で進行するため画面上に放出される。
【００１３】
光散乱パターン６には、上述した面積密度の分布を与えていることにより、樹脂基板２内を進行する光線は、光源ランプ１から遠くなるにつれ、光散乱パターン６で反射される率が多くなるので、光源ランプ１の配置位置にかかわらず均一な画面発光の面状光源装置が実現可能となっている。
【００１４】
ところで、上述したように樹脂基板２の表面８から放出する光線の多くは、光散乱パターン６で反射された光線であり、その結果としてドットイメージが発生する原因となっている。このドットイメージを除去する機能を有する拡散板１１の構成としては、例えば実用新案登録番号第３０１０８７１号に開示される拡散シートを説明する。図１３に示すように、拡散板１１としての拡散シートは、シート状の透明支持体１２上に、光散乱物質としてポリスチレン樹脂製の真球状の粒子１３を拡散部材としてのアクリル樹脂等に混入することによって作成した透明樹脂層１４を、ほぼ均一な厚さで形成した構成である。
【００１５】
また、拡散板１１の他の構成例として、特開平８−１４６２０７号に開示されている拡散シートがある。この拡散シートは、図１４に示すように、シート状の透明支持体１５内部に、光散乱物質として透明ビーズ１６が均一に分散するように含有されており、より拡散効果を高めるために透明支持体１５の表面が微細な凹凸面１７になるように加工（エンボス加工）されている。
【００１６】
このように、拡散板１１は、光散乱物質を含有する透明樹脂層をシート状の透明樹脂上に光散乱物質を含有する透明樹脂層を形成する構成、シート状の透明樹脂中に直接光散乱物質を分散させる構成、および、シート状の透明樹脂の表面を凹凸面にする構成があり、また、上述の特開平８−１４６２０７号に開示される拡散シートのように、それらの複合形態で構成される場合もある。
【００１７】
また、図１５に示す面状光源装置は、図１０および図１１に示す面状光源装置とほぼ同一の構成であるが、樹脂基板２の形状が異なっており、光源ランプ１の一側端面３から遠ざかるにつれて厚みが減じるほぼ楔形である。このため、軽量化に有効である。（光散乱パターン６は、スクリーン印刷方式で印刷されるものでなく、微小な凹凸面で形成されている。）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように、拡散板１１は、拡散板１１内部を進行する光線を拡散させる性質を有するので光線を重ね合わせることになり、ドットイメージを除去する。したがって、拡散板１１の拡散性を増加させるとドットイメージは、より除去されやすくなるが、同時に、光線が拡散してしまうことになるので輝度が低下してしまう。このため、通常ドットイメージを除去可能な範囲で拡散性の最も低い拡散板１１が選択されている。
【００１９】
このドットイメージの発生は、樹脂基板２の厚さに関連性があり、その厚さが薄くなるほどドットイメージの強度が大きくなる。このため面状光源装置の薄型化および軽量化のために樹脂基板２の厚さを薄くすると、拡散性の高い拡散板１１を設けなければならないが、結果として輝度が低下してしまうという問題点があった。特に、上述した図１５に示す面状光源装置の場合には、樹脂基板２の側端面７側の厚さが極端に薄くなるために、この付近のドットイメージの強度が大きくなるので、拡散板１１の拡散性を大きくせざる負えず、輝度の低下を招く原因となっていた。
【００２０】
また、ドットイメージの発生は、光散乱パターン６の面積密度にも関連性があり、一般的にその面積密度が低いほどドットイメージが大きくなる。したがって、上述のように画面上の均一発光を実現するべく光散乱パターン６の面積密度を変化させているので、同一画面上でドットイメージの強度が異なる。
【００２１】
しかし、上述したように拡散板１１として用いられる拡散シートは、シート面においてほぼ均一な拡散性を有している。このため、最も強度の大きいドットイメージを除去するためには、拡散性の大きい拡散板１１を選択せざる負えず、やはり輝度の低下を招く原因となっていた。
【００２２】
このため、強度の大きいドットイメージが発生する付近に対応させて、部分的に光散乱部を形成した拡散板１１を設ける手段が考えられる。しかし、拡散板１１に部分的に光散乱部を設けることによって、その境界部分の明暗の差が視認されてしまうため、面状光源装置として使用することはできなかった。
【００２３】
したがって、本発明の目的は、上記問題点を解決するために種々の検討の結果至ったものであり、拡散率を部分的に変化させても面状発光の均一性を保つ拡散板を提供し、これにより高輝度かつ高効率な面状光源装置を提供する。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、請求項１の面状光源装置の発明は、透光性材料からなり、裏面に光散乱パターンあるいは光路変換部材が形成された樹脂基板の少なくとも一面以上の側端面付近に光源ランプを当接させて構成するサイドライト方式の面状光源装置において、前記樹脂基板の上部に樹脂基板とは別体に拡散板を設け、該拡散板に視認不可能な程度にパターンの大きさが微小の光拡散部を、前記樹脂基板に光散乱パターンを形成した場合のドットイメージの強度、または前記樹脂基板に光路変換部材を形成した場合の分散角度に対応させて、その面積密度を連続的に変化させるように形成したことを特徴とする。
【００２５】
請求項２の発明では、前記拡散板が均一な拡散率を有する光拡散層を設けていることを特徴とする。
【００２６】
請求項３の発明では、前記光拡散部は、シート状の透明支持部材に形成され、前記樹脂基板の表面に配置されることを特徴とする。
【００２８】
請求項４の発明では、前記光拡散部は、光拡散部材としての散乱ビーズを含有した透明樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００２９】
請求項５の発明では、前記光拡散部は、微小な凹凸面によって形成されていることを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の面状光源装置の要部である拡散板１８の構成を、添付図面に基づいて以下に説明する。
図１および図２に示す拡散板１８には、シート状の透明支持体１９上に、ドット状のパターンで構成される光拡散部２０が設けられている。光拡散部２０は、光散乱物質としての散乱ビーズ２１が均一に分散するように含有された透明樹脂によって形成されている。
【００３１】
そして光拡散部２０は、図２に示すように、側面２２から、側面２２の対向面２３に向かって、ドットの径が徐々に大きく変化するように形成されており、光拡散部２０の面積密度は、側面２２から対向面２３に進むにつれて徐々に増加している。このため、拡散板１８は、光拡散部２０の面積密度が大きくなるほど拡散率が高くなる。なお、図２において、光拡散部２０は、断面ではないが判別しやすいように斜線を施した。
【００３２】
上述のように光拡散部２０の面積密度を変化させているが、この面積密度の変化は、その変化の割合が極端（例えば、面積密度が１００％の部分と０％の部分が隣接する）であると、面状光源装置の画面上で面積密度の大きい部分と小さい部分の境界部分の明暗が視認されてしまう。したがって、これを防止するために光拡散部２０は、面積密度が徐々に（連続的に）変化するように透明支持体１９上に設けられている。また、光拡散部２０は、光拡散部２０と透明支持体１９の表面との境界部分を画面上で認識不可能にするために、光拡散部２０がそれぞれ独立して視認できない程度の間隔で透明支持体１９上に設ける必要がある。
【００３３】
上述の構成の拡散板１８とすると、拡散板１８の面上において拡散率を異ならしめることが可能であるから、面状光源装置の画面上で強度の異なるドットイメージを効率的に除去可能である。さらに、光拡散部２０の大きさを微細化し、かつ、隣接する光拡散部２０の距離を小さくすることで、光線は光拡散部２０を透過中に重ね合わせられ（拡散され）るので、光拡散部２０と透明支持体１９との境界部分の明暗を視認不可能とできるので、面状光源装置の構成部材として適しており、効率よくドットイメージを除去できる。
【００３４】
続いて、図３に示す拡散板１８は、シート状の透明支持体２４の一面に微細凹凸面からなる光拡散部２５を形成している。光拡散部２５は、図１および図２に基づいて説明した光拡散部２０と同様のドットの径が徐々に変化するパターンである。光拡散部２５を凹凸面で形成することによって、光線は該凹凸面で拡散されるために、散乱ビーズ２１が含有された透明樹脂と同様に機能する。また、光拡散部２５のパターンは、図１および図２に基づいて説明した拡散板１８と同一である。
【００３５】
また、図４に示す拡散板１８は、図１に基づいて説明した拡散板１８において、光拡散部２０を設けていない透明支持体１９の裏面（図４の下方）を凹凸面２６としている。凹凸面２６は、均一かつ微細な凹凸で形成されている。
このように透明支持体１９の裏面を凹凸面２６とすると、凹凸面２６によっても光線を拡散させるので、凹凸面２６を設けない拡散板１８と比較して、光拡散部２０と透明支持体１９の表面との境界を確認することが困難になるので、光拡散板２０のパターンおよび間隔を、図１に示す拡散板１８のそれと比較して大きくしても有効である。
【００３６】
このように光拡散部２０と透明支持体１９との境界面が視認されることを防止するべく、面積密度が異なる光拡散部２０とは別に、均一な拡散率を有する拡散面を備えるには、図４に示す拡散板１８のほかに、図５に示すように光散乱部材としての散乱ビーズ２７を均一に分散させて含有されている透明樹脂を透明支持体１９として使用してもよいし、図６に示すように散乱ビーズ２７を均一に分散させて含有される透明樹脂層２８を別途に設けてもよい。
【００３７】
続いて、上述した拡散板１８を使用して作成される面状光源装置について説明する。図７に示す面状光源装置は、図１５に基づいて説明した従来の面状光源装置の構成とほぼ同様であるが、図３の拡散板１８が備わる。本面状光源装置では、透明支持体２４（図３参照）上に光拡散部２５を形成する代わりに、樹脂基板２の表面８に直接光拡散部２５を形成した。
【００３８】
このように拡散率の異なる拡散板１８を使用することによって、ドットイメージの強度に対応させることが可能であるから、最大の強度のドットイメージを除去するために従来のように拡散率の高い拡散板を選択する必要がなくなるため、輝度の低下を抑えることができる。
【００３９】
上述のように光散乱パターン６の面積密度は、光源から離れるにしたがって徐々に増大するように設けられているので、ドットパターンの強度は、光源ランプ１付近が大きい。また、樹脂基板２の厚さが一定でない場合には、厚さの薄い部分のドットパターンの強度が大きい。拡散板１８は、これらの条件に依存して変化するドットパターンの強度に対応させて、拡散率を変化させた光拡散部２５のパターンを設定可能であるから、従来のようにドットパターン除去を優先して拡散率の高い拡散板を使用することに伴う輝度の低下を招くことがない。
【００４０】
図８に示す面状光源装置は、図１０に基づいて説明した従来の面状光源装置の構成とほぼ同様であるが、図１に示す拡散板１８が備わる。本面状光源装置も、透明支持体１９（図１参照）上に光拡散部２０を形成する代わりに、樹脂基板２の表面８に直接光拡散部２０を形成した。図７に基づいて説明した面状光源装置と同様に、強度の異なるドットイメージに対応させて拡散率の異なる拡散板１８を設けることによって、輝度の低下を防止できる。
【００４１】
上述した図７および図８に示す面状光源装置は、いづれも樹脂基板２と一体に拡散板１８を設けた構成としたが、この場合には、拡散板１８および樹脂基板２を別体とするよりも部材点数が削減されるので、コストが削減できるため経済的に有利になる。しかし、拡散板１８を樹脂基板２と一体に設ける場合は、拡散板１８および樹脂基板２を別体で設ける場合と比較して、効率の点で若干低下する。このため、樹脂基板１８および樹脂基板２を一体もしくは別体で構成するか否かは、適宜所望の条件に応じて選択すれば良い。
【００４２】
また、図９に示す面状光源装置は、図７に示す面状光源装置とほぼ同様であるが、光散乱パターン６を設ける代わりに、光路変換部材２９を設けている。光路変換部材２９は、光路変換部材２９に進行する光線が反射によって画面垂直方向へ進行するように進行方向が変換される傾斜面を備え、さらに、面状光源装置の画面上で出射光線の光量が均等に分散されるように光学設計された微小光学素子を裏面５に形成した構成である。
【００４３】
このような光路変換部材２９を備える面状光源装置では、光源ランプ１から離れた位置において、画面からの出射光線の分散角度（すなわち、光線の広がり）が小さくなることが知られている。このため、この分散角度の小さくなる位置に対応させて、拡散板１１の光拡散部２５の面積密度が増加するパターンとすれば、画面上での出射光線の分散角度を均一にすることができるので、画面全体の視野範囲を均等にすることができる。
【００４４】
本実施の形態には記述してないが、面状光源装置には、画面から出射する光線を画面垂直方向（正面方向）へ収束させることを目的としたプリズム板と称される部材を樹脂基板２の表面８上に設けることもある。このプリズム板を備える面状光源装置の場合にも、光拡散部１８を樹脂基板２と一体あるいは別体に設けることによって、図７ないし図９に示す面状光源装置の場合と同様に、輝度を低下させることなく効果的にドットイメージを除去し得る。
【００４５】
本実施の形態において、拡散板１１の光拡散部２０，２５は、面積密度を変化させたドット状のパターンで形成したが、パターン形状はこれに限定されるものでなく、ドットイメージの強度および出射光線の分散角度に対応させて面積密度を連続的に変化させ得ればよく、例えば三角形および四角形等の多角形や星形、楕円形、曲線と直線とから構成される形状等のパターンとしてもよい。
【００４６】
そして、樹脂基板２と拡散板１８とを別体に設ける場合に、透明支持体１９，２４は、光拡散部２０，２５を形成するのに十分な強度を有するシート状の透明フィルムまたは板状体であればよく、例えば、アクリル樹脂、ポリエツレンテレフタレート樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂等の各種熱可塑性の透明樹脂等が使用可能である。また、エポキシ樹脂、アリルジグリコールカーボネイト樹脂等の熱硬化性透明樹脂や各種ガラス材料等の無機透明材料も場合によっては適用可能である。
【００４７】
散乱ビーズ２１としては、例えば、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、シリカ、ガラス微粉末等の無機系の粉体や、または、アクリル、ポリスチレン等の有機系の粉体などを使用可能である。さらに散乱ビーズ２１を含有する透明樹脂層を形成する方法としては、散乱ビーズ２１をアクリル系樹脂、ビニル系樹脂等に分散させて、これをインクとして、塗装または印刷すればよい。印刷方法としては、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷等の各種印刷方法が適用可能である。
【００４８】
また、微小凹凸面によって形成される光拡散部２５を透明支持体２４または樹脂基板２に形成する方法は、キャスト成形、熱加圧成形、射出成形等の各種成形方法が適用可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明の面状光源装置に備わる拡散板は、面積密度を連続的に変化させた光拡散部をシート状の透明支持体の表面に形成した構成としているので、該拡散板の拡散率は面上で異なっている。このため、ドットイメージの強度に対応させて拡散率を異ならしめた拡散板を使用することができるので効率が良い。
【００５０】
そして、面積密度の変化は、その変化の割合を小さくして連続的なものとしたため、面積密度の大きい部分と小さい部分の境界部分の明暗が面状光源装置の画面上で視認されない。また、光拡散部は、それぞれ独立して視認できない程度の間隔で形成されているので、光拡散部と透明支持体の表面との境界部分が画面上で視認されない。このため、画面上で均一に発光する面状光源装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の面状光源装置の要部である拡散板の構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す拡散板の光拡散部のパターンを説明するための概略図である。
【図３】図１とは異なる拡散板の構造を示す断面図である。
【図４】図３とは異なる拡散板の構造を示す断面図である。
【図５】図４とは異なる拡散板の構造を示す断面図である。
【図６】図５とは異なる拡散板の構造を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施例の面状光源装置の構成を示す断面図である。
【図８】図７とは異なる本発明の面状光源装置の構成を示す断面図である。
【図９】図８とは異なる本発明の面状光源装置の構成を示す断面図である。
【図１０】従来の面状光源装置の構成を示す断面図である。
【図１１】従来の面状光源装置を構成する光散乱パターンを示す図である。
【図１２】面状光源装置の内部の光線の進行状態を説明するための概略図である。
【図１３】従来の拡散板の構造を示す断面図である。
【図１４】図１３とは別の従来の拡散板の構造を示す断面図である。
【図１５】図１０とは別の従来の面状光源装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
２  樹脂基板
１８  拡散板
１９  透明支持体
２０  光拡散部
２４  透明支持体
２５  光拡散部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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