WO1995003559A1 - Source de lumiere diffusee et affichage a cristaux liquides - Google Patents

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Nitto Jushi Kogyo Kabushiki Kaisha
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一 i- 明細 書 光散乱 導光光源 .装置及 び液 晶 表示 装置 技術分 野 本 発 明 は、 入射光 を 散乱 さ せ な が ら 導 光 さ せ る 光 散乱 導光 体 を 利 用 し た 光散乱導光 光源 装置及 び こ れ を バ ッ ク ラ イ ト .光源 に 利用 し た 液 晶表 示装 置 に 関 す る。 背景技 術 従来 よ り、 散乱現象 を 利用 し て 光 を 所望 の 方 向 に 向 け て 出 射 さ せ る 型 の 光学 要素 あ る い は装置 と し て 種 々 の も の が 知 ら れ て お り、 液 晶 表示装置 の パ ッ ク ラ イ 卜 光 源 等 の 用 途 に 使 わ れ て い る。
こ れ ら 公 知 の 光学要 素 あ る い は 装置 の 1 つ の 類型 は、 延在 し た 板 状 の 透 明 材料 の 側 方 よ り 光 を 入射 さ せ、 一 方 の 面 側 に 反 射要素 を 配 し、 他 方 の 表 面付 近 に 光 拡散 性 を 与 え て 光 出 射 面 と す る 面状光 源 を 構成 し、 液 晶 表示 装置 の ハ * ヅ ク ラ ィ ト 光源等 と. .し て 使用 す る も の で あ る。 こ の 種 の 光散乱 導光装置 を 用 い た 面状 光源装 置 に お い て は、 光散 乱 が透 明 体 の 内部で体積 的 に 生 起 さ れ て お ら ず、 透 明体 の 表 面 付 近 あ る い は 反射要 素 に お け る 乱反 射 や 鏡面 反射 を 利用 し て 光 出 射 方 向 に 拡 が り を 持 た せ て い る の み な の で、 光 散乱 導 光 装釐 か ら 取 り 出 せ る 散 乱 光 の 割 合 を 十 分 に 上 げ る に は 原 理 的 な 困 難 が あ っ た。
. ま た、 側 方 か ら 光 を 入 射 さ せ て 均 一 な 輝 度 を 有 す る 面 状 光 源 装 置 を 得 よ う と し た 場 合、 反 射 要 素 の 反 射 能 等 に な ん ら か の 勾 配 を 持 た せ な け れ ば な ら ず、 光 散 乱 導 光 体 装 置 部 分 の 構 造 が 複 雑 か つ 大 型 の も の と な り、 製 造 コ ス ト も 高 く な ら ざ る を 得 な か っ た。 従 っ て、 こ の 型 の 光 散 乱 導 光 装 置 を 液 晶 表 示 装 置 の パ ッ ク ラ イ ト 光 源 等 の 用 途 に 用 い た 場 合、 明 る さ、 面 状 光 源 と し て の 輝 度.均 一 性、 薄 型.構造、 経 済 性 等 の ！^.求 の う ち の い く つ か を 犠,牲 に せ ざ る を 得 な か っ た。 こ れ ら の 点 を 改 善 す る 為 に、 延 在 し た 板 状 の 透 明 材 料 の 内 部 に 該 透 明 材 料 ど 屈 折 率 の 異 な る 粒 状 物 質 を 分 散 さ せ る 等 の 手 段 に よ っ て 体 積 的 に 光 散 乱 を 生 じ さ せ た 型 の 光 散 乱 導 光 素 子 あ る い は 光 散 乱 導 光 装 置 が 提 案 さ れ て い る。
例 え ば、 上 記 特 開 平 2 — 2 2 1 9 2 5 号 公 報 及 び 特 開 平 4 — 1 4 5 4 8 5 号 公 報 開 に は、 光 散 乱 導 光 板 の 側 方 よ り 光 を 入 射 さ せ、 一 方 の 面 側 に 反 射 要 素 を 配 し 他 方 の 面 を 光 出 射 面 と し て、 液 蠤 表 示 装 置 の バ ッ ク ラ イ ト 光 源 等 を 構 成 す る こ と が 開 示 さ れ て い る。
こ の 型 の 光 散 乱 導 光 素 子 （ そ れ 自 身 が 光 散 乱 能 を 有 し、 光 を 散 乱 さ せ な が ら 導 光 す る 機 能 を 有 す る 素 子 ） と、 該 光 散 乱 導 光 素 子 の 側 方 よ り 光 を 入 射 さ せ る 光 源 素 子 と を 組 み 合 わ せ て 光 散 乱 導 光 光 源 装 置 を 構 成 し た 場 合、 光 取 出 面 か ら 取 り 出 さ れ る 光 の 強 度 分 布 を 均 一 化 す る 為 に、 従 来 は、 光 散 乱 導 光 体 内 に 分 散 さ せ る 粒 状 物 質 の 分 散 濃 度 に 勾 配 を 与 え る 等 の 方 法 に よ り、 光 源 か ら 遠 い 部 分 の 単 位 体 積 当 り の 散 乱 能 を 増 大 さ せ た り、 光 散 乱 導 光 体 の 裏 面 側 に 光 抵 散 性 ィ ン ク 等 を 用 い て 分 布 密 度 に 勾 配 を 持 た せ た綱 目 状 乃 至 ド ッ ト 状 パ 夕 一 ン を 付 設 す る と い う 手 段 が 講 じ ら れ て い た。 こ の よ う な 付 加 的 な 技 術 手 段 は、 経 済 的 な 負 担 を 強 い る 原 因 と な っ て お り、 ま た、 必 ず し も 均 一 に 輝 度 を 上 げ る こ と に 成 功 し て い る と は 言 え な か つ た。 ま た、 特 開 平 4 一 1. 4 0 7 8 3 号 公 報 に 開 示 さ れ て い る よ ラ に、 光 散 乱 導 光 体 の 厚 さ を 光 源 か ら 離 れ た 部 分 で 大 き く と つ て 輝 度 の 均 化 を 図 る こ と や、 2 枚 の 散 乱 能 の 異 な る 楔 型 の 光 散 乱 導 光 体 を 合 体 さ せ て 1 個 の 光 散 乱 導 光 素 子 を 構 成 す る 手 法 の 提 案 も あ る （ 後 者 は、 当 発 明 者 に 係 る 特 許 出 願； 特 願 平 5 — 1 0 2 0 1 1 号 ) 0 し か し、 前 者 の 方 法 で は 光 散 乱 導 光 体 部 分 の 光 入 射 面 が 小 さ く な り、 そ れ を 補 う 為 ίこ な 導 光 板 が 必 要 と な り、 光 取 出 面 を 正 面 方 向 か ら 見 た 時 の 光 取 出 効 率 も そ れ ほ ど 高 い と は 思 わ れ な い （ 光 源 素 子 か ら 透 明 な 導 光 体 へ 入 射 し た 光 の 相 当 部 分 が 光 取 出 面 と 大 き な 交 差 角 を 持 つ た 方 向 に 転 向 さ れ る こ と な く 消 費 さ れ る と 考 え ら れ る ) o 本 発 明 者 に 係 る 後 者 の も の は、 光 散 乱 導 光 素 子 全 体 に 亙 っ て 散 乱 能 が あ り、 断 面 で み た 平 均 散 乱 能 に 勾 配 を 付 け る こ と に よ っ て 均 一 度 を 向 上 さ せ た も の で あ る か ら、 光 取 出 面 を 正 面 方 向 か ら 見 た 時 の 光 取 出 効 率 と 輝 度 の い ず れ も 高 い が、 最 低 2 枚 以 上 の 散 乱 能 の 異 な る 光 散 乱 導 光 体 を .用 意 し て こ れ を 合 体 さ せ な け ら ば な ら ず、. 構 造、 寸 法 及 び 製 造 工 程 等 を'最 大 限 に 簡 素 化 す る と い う 観 点 か ら は 理 想 的 で あ る と は 言 い 難 か っ た。 発 明 の 開 示 そ こ で 本 発 明 の 基本 的 な 目 的 は、 極 め て 簡 単 な 構 造 で、 高 い 均 一 度 を 以 て 光 取 出 面 の 正 面 あ る い は こ れ に 近 レゝ 方 向 に 高 .効 率 で 光 を 取 り 出 す こ と が 出 来 る 光 乱 導 光 光 源 装 置 を 提 供 す る こ と に よ っ て、 上 述 し た 従 来 技 術 の 問 題 点 を 一 括 し て 解 決 す る こ と に あ る。
ま た、 本 発 明 の も う 1 つ の 目 的 は、 上 記 光 源装 置 を 利 用 し て 画 面 が 明 る く 表 示 品 位 の 高 い 液 晶 表 示 装 置 を 提 供
9 る ご し め な。 本 発 明 は、 上 記 基 本 的 な 目 的 を 達 成 す る 為 の 基 本 的 構 成 と し て、 「 少 な く と も 1 つ の 光 入 射 面 領 域 及 び 少 な く と も 1 つ の 光 取 出 面 領 域 面 を 有 す る 光 散 乱 導 光 体 と 光 入 射 面 領 域 か ら 光 入 射 を 行 な う 為 の 光 源 手 段 と を 備 え、 光 散 乱 導 光 体 は 前 記 光 入 射 面 か ら 遠 ざ か る に つ れ て 厚 み を 減 ず る 傾 向 を 持 っ た 領域 を 有 し て い る こ と を 特 徴 と す る 光 散 乱導光 光 源装 置 」 を 提供 し、 更 に、 上記 構成 を 有 す る 光 散乱導 光 光源 装置 に、 「 前記 光 散乱 導光体 の 光 取 出 表 面領域 に 臨 ん で、 散乱光出 射方 向特性 を 修 正 す る 散乱 光 出 射方 向修正手段が 前記光 散乱 導光素 子 と 一 体 あ る い は 別 体 に 設 け ら れ て レ Vる 」 と い う 要件 を 課 す こ と に よ つ て、 光取 出 面 か ら の 光 出 射方 向特 性 を 修 正 出 来 る よ う に し た も の で あ る。 ま た、 本 発 明 の 上記.も う .1 つ の 目 的 を 達成 す る 為 に、
「 少 な く と も 1 つ の 光入 射面領域 及 び少 な く と も 1 つ の 光取 出面領 域 を 有 す る と 共 に、 光入 射面 か ら 遠 さ-か る に つ れ て 厚 み を 減ず る 傾 向 を持 っ た 領域 を 有 す る 光散 乱導 光体 と 光入 射面領域か ら 光入 射 を 行 な う 為 の 光 源手 段 と を 備 え た 光 散乱導 光光 源装置 を、 バ ッ ク ラ イ ト .光源 手段 と し て 液晶 表 示素 子の 背 面側 に 配 置 し た 液 晶 表 示装 置 」 を 提案 し た も の で あ る。
本 発明 は、 光入 射面 領域か ら 遠 ざ か る に つ れ て厚 み を 減 ず る 傾 向 を 持つ と い う 形状 的特 徴 を 光 散乱 導光体 に 与 え る こ と に よ り、 光敢 出 面領域 の 正 面方 向 あ る い は こ れ に 近 い 方 向 ( 以下、 単 に 正面 方 向 と 言 う , ) か ら 高 い 光 取 出 効率 と 均 一 度 を 以 て 光 を 取 り 出 す こ と が 出 来 る と い う 新 規 な 知 見 に そ の 基礎 を 置 い て お り、 従来 の よ う に 散 乱 能 に 勾 配 を 付 け る 等 の 手法 に 頼 る 考 え 方 と は 一 線 を 画 し た 技 術思 想 を 包 含 す る も の で あ る。 図 面 の 簡 単 な 説 明 図 1 は、 本 発 明 に お け る 光 散 乱 導 光 体 と 光 源 の 配 置 の 基 本 形 を 示 し た 断 面 図 で あ る。 図 2 は、 プ リ ズ ム 作 用 を 利 用 し た 出 射 方 向 修 正 素 子 （ プ リ ズ ム 素 子 ） の 作 用 を 説 明 す る 為 の 図 で あ る。 図 3 は、 図 1 の 基 本 形 に 付 属 部 材 を 加 え て 構 成 さ れ た 光 散 乱 導 光 光 源 装 置 の 構 成 を 示 し た 断 面 図 で あ る。 図 4 は、 実 施 例 （ 構 成 ） の 各 光 散 光:光 源 装
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置 に お け る 輝 度 分 布 測 定 結 果 を 表 わ し た グ ラ フ で あ る。 図 5 は、 実 施 例 の 光 散 乱 導 光 光 源 装 置 に 対 し て、 光 取 出 面 に お け る 光 出 射方 向 特 性 を 測 定 す る 際 の 角 度 の 取 り 方 を 説 明 す る 図 で あ る。 図 6 は、 実 施 例 の 光 散 乱 導 光 光 源 装 置 に 対 し て、 光 取 出 面 に お け る 光 出 射 方 向 特 性 を 測 定 し た 結 果 を プ リ ズ ム 素 子 使 用 不 使 用 時 に 分 け て 表 わ し た グ ラ フ で あ る。 図 7 は、 本 発 明 に 従 っ た 光 散 乱 導 光 光 源 装 置 に お け る 光 散 乱 導 光 体 と 光 源 素 子 の 形 状 及 び 配 置 関 係 に つ い て、 い く つ か の 例 を示 し た 図 で あ る。 図 8 は、 コ の 字 形 の .蛍光 ラ ン プ を 使用 し て 本 発 明 に 従 つ た 光散乱 導光光 源装置 を 構成 す る 際 の 配置 を 説明 す る 図 で あ る。 図 9 は、 光源素 子 を 2 個 の 光散 乱導光 体 で 共 用 し て 本 発 明 に 従 っ た 光散 乱導光光源.装置 を 構成 す る 際 の 配 置 を 説 明 す る 図 で あ る。 発 明 を 実施 す る 為 の 最 良 の形態 先 ず 図 1 を 用 い て、 こ φ 本 発明 の 基本 的 な 考 え 方 に つ い て 説明 す る。 図 1 、 本発 明 に お け る 光散.乱-導.光 体 と 光源 の 配置 の 基本 形 を 断.面 図 の 形 で し た も の で あ り、 図 中、 符号 1 は光散 乱導光体 を 表わ し て お り、 光 入射 面 2、 光取 出面 3 及 び傾 斜面 4 を 有 し て い る。 符号 5 は、 光入 射 面 2 か ら 光散乱 導光 体 1 内 に 光束 を 送 り 込 む 為 の 光源 素 子 （ 例 え ば、 蛍 光 ラ ンブ ） を 表 わ し て い る。
光 散乱導 光 体 1 は、 有機材 料 あ る い は 無機材 料か ら な る 透 明 体 へ の 異屈 折率粒子添加、 異屈 折 率材料 の 混 練成 形、 重合過 程 を 通 し て の 屈 折率不 均 一 構 造形成 等 の 方 法 に よ り 体積 的 に 均一な散乱能 が与 え ら れ た 楔形 ブ ロ ッ ク で あ る。 こ の 光散 乱導 光体 1 の 材 質 に つ い て は. 光 の 一 部 を 散乱 さ せ な が ら 相 当 の 距離 に 亙 っ て 導光 さ せ る 性質 を 有 す る 限 り、 本 発 明 は 特 に 制 限 を 設 け る も の で は な い 本 図 に 示 さ れ た よ う な 配 置 に お い て は、 光 入 射 面 2 か ら 光 散 .乱 導 光 体 1 内 部 に 取 り 込 ま れ る 光 の 主 た る 方 向 成 分 は、 矢 印 群 で 図 示 し た よ う に 水 平 方 向 と 小 さ な 角 度 を な し て い る も の と み な す こ と が 出 来 る。 今、 光 散 乱 導 光 体 1 へ の 入 射 光 束 を 光 線 A で 代 表 さ せ て、 光 線 の 挙 動 を 考 察 し て み る。
光 散 乱 導 光 体 1 に 入 射 し た 代 表 光 線 A は、 一 定割 合 で 散 乱 に よ る 方 向 転 換 を 受 け な が ら、 図 示 し た よ う に 光 取 出 面 3 と 傾 斜 面 4 に お い て 反 射 を 繰 り 返 し て、 光 散 乱 導 光 体 1 .の 末 端 部 分 へ 近 づ ぃ て い く。 各 反 射 点 P 1 、 P 2、 P 3 · · ' で は、 光 の 一 部 が .外 界 へ 出 射 さ れ る。
傾 斜 面 4 に ミ ラ ー を 配 置 す れ ば、 大 半 の 光 は 光 散 乱 導 光 体 1, 内 に 戻 さ れ る。 各.反 射 点 P 1、 P 2 、 P 3 · · · に お け る 反 射 は、 0 i 、 Θ 1、 Θ · · ' で 示 し た よ う に 鏡 面 的 に 起 こ る。 そ て、 両 面 3、 4 が 平 0 で な い 為 に、 反 射 回 数 が 増 え る に 従 っ て、 角 度 0 が 徐 々 に 大 き く な る。
そ れ 故、 光 取 出 面 3 か ら 光 が 出 射 さ れ る 機 会 が 増 大 す る こ と に な る。 こ の よ う な 効 果 を 仮 に 多 重 反 射 効 果 と 呼 ぶ こ と に す る。
光 取 出 面 3 か ら 出 射 さ れ る 光 の 強 度 を 光 入 射 面 2 か ら の 距 離 ·χ の 関 数 f ( X ) と 考 え る と、 上 記 多 重 反 射 効 果 は f ( x ) を 増 加 関 数 と す る 要 因 で あ る。 一 方、 入 射 面 2 に 近 い 部 分 で は 光 源 5 に 近 い と い う 効 果 が 直 接 光、 散 乱 光 い ず れ に つ い て も 働 く。 こ の 効 果 は、 当 然 （ X ) を 減 少 .関 数 に す る 要 因 で あ る。
本 発 明 は、 こ の 両 要 因 を 重 ね 合 わ せ る こ と に よ っ て、 関 数 f ( X ) を 平 坦 化 す る こ と が 出 来 る と い う 新 た な 知 見 に 基 づ い て 創 出 さ れ た も の で あ る。
従 来 は、 後 者 の 光 源 近 接 効 果 を 光 散 乱 導 光 体 の 輝 度 均 — 化 を 妨 げ る 要 因 と .考 え、 . そ れ を 弱 め る 為 に 光 散 乱 導 光 体 の 散 乱 能 や 反 射 点 に お け る 反 射 能 に 勾 配 を 付 け る 等 の 手 段 が 講 じ ら れ て い た の で あ り、 旧 来 の 発 想 法 に 従 え ば、 光 散 乱 導 光 体 の 厚 み を 光 入 射 面 側 で 大 き く と る こ と は む し ろ 光 源 近 接 効 果 を 助 長 し、 輝度 均 一 化 に 逆 行 す る も の で あ る と 考 え る の が 自 然 で あ っ た。
本 発 明 は、 上 記 多 重.反 射 効 果 を 利 用 す る 考 え 方 に よ つ て こ の 通 念 を 覆 し た も の で あ る。
図 1 に お い て、 両 面 3 4 の な す 角 度 が 大 き ·い 程、 0 の 墻 大 傾 向 が 早 め に 現 れ る か ら、 光 散 乱 導 光 体 1 の 末 端 部 ま で 多 重 反 射 効 果 'を 生 か す に に は、 角 度 を 小 さ め に と る こ と が 好 ま し い と.思 わ れ る。 ま た、 光 散 乱 導 光 体 1 の 散 乱 能 が 小 さ い 程、 多 重 反 射 効 果 が 相 対 的 に 大 き く 作 用 す る 傾 向 が あ る か ら、 本 発 明 の 光 散 乱 導 光 光 源 装 置 は、 比 較 的 大 面 積 の 均 一 光 源 を 実 現 す る の に 好 適 な 特 性 を 有 し て い る と い う こ と が 出 来 る。
更 に、 傾 斜 面 4 ( 場 合 に よ っ て は 光 取 出 面 3 も ） 、 を 曲 面 と す る こ と に よ り、 反 射 角 0 1 、 θ 1 、 Θ 3 · · · • の 増 大 推 移 を 制 御 し、 よ り 望 ま し い 輝 度 分 布 を 実 現 す る こ と も 可 能 で あ る c
本 発明 の 光散乱 導光光源装置 は、 上記 の 如 き 多重 反射 効果 を 利 用 し て い る の で、 光 取 出 面 か ら 比較 的 大 き な 出 射角 を ち つ て 出射 さ れ る が、 出射光強度 に よ り 好適 な 方 向特 性 を 持 た せ る 為に、 プ リ ズ ム 作用 を 利用 し た 出 射方 向修正手段 を 使用 す る こ と が.出 来 る。 こ の プ リ ズ ム 作用 を 利 用 し た 出 射方 向修 正手段 に つ い て は、 本発 明者 に 係 る 特 願平 5 - 1 0 2 0 1 . 1 に 添付 し た 明 細書 に 詳 し く 述 ベ ら れ て い る。 そ の 基 本 的 な 作用 を 図 2 を 用 い て 簡 単 に 説 明 する。
図 2 に お い て、 光線 B 1、 B 2、 B 3 は光散 乱導 光体 1 の 内部 よ り 光取 出 面 3、 プ リ ズ ム 素子 6 を 通 っ て 外界 に 出 射 さ れ る 光 を 代表 さ せた 光線 を 表 し て い る。
周 知 の ス ネ ル の 法 則 ょ て、 . 各 線 B 1、 B 2、 B 3 は、 光取 出 面 3 に 直交 す る ■!¾ 方 向 を 修正 さ れ .る 'プ リ ズ ム 要素 の 頂角、 屈 折率 等 の 値 を 選択 す る こ と に よ っ て、 種 々 の 修正 特 性 を 発揮 さ せ る こ と が 出来 る。 出.射方 向修 正手段 は、 光散乱 導光 体 1 と 別体 の 素子 を 用 意 す る こ と と し て も 良 い が、 光光 取 出 面 3 に 凹 凸 を 形成 す る 手 法 を 用 い る こ と も 可能 で あ る （ 詳細 は、 上記 出 願 の 明細 書 を 参照 ）。 上 記説 明 し た 本 発 明 の 光散 乱導 光 光源 装置 の 作用 は、 該装 置 を 液 晶 表示 素子 の 背面 側 に バ ッ ク ラ イ ト 光源 手段 と し て 配 置 し た 場 合 に も 当 然 生 か さ れ る も の で あ っ て、 バ ッ ク ラ イ ト 光 源 を 構 成 す る 光 散 乱 導 光 光 源 装 置 が 明 る く 均 一 に 光 る こ と に よ っ て、 液 晶 表 示 像 の 表 示 品 位 が 向 上 す る こ と は 言 う ま で も な い。 ま た、 本 発 明 で 使 用 さ れ る 光 散 乱 導 光 体 は、 同 じ 光 人射 面 面 積 を 有 す る 従 来 の 光 散 乱 導 光 体 と 比 較 し た .場 合、 光 散 乱 導光 体 の 厚 さ が 薄 く な っ て い る 領 域 が あ る 分.だ け 小 型 軽 量 化 さ れ て い る か ら、 こ れ を 組 み 込 ん だ 液 晶 表 示 装 置 を コ ン パ ク ト で 軽 量 な も の と す る こ と が 出 来 る。 以 下、 光 散 乱 導 光 体 の 具 体 的 な 製 造 方 法及 び ^ 特 性 の 測 定 例 に 言 及 し、 本 発 明 に つ い て 更 に 詳 し く 述 ベ る。
M M A ( メ チ ル メ タ ク リ レ ー ト ） に 粒 径 2 m の シ リ コ ン ¾ 樹 脂 粉 体 （ 東芝 シ .リ -コ ン 製、 ト ス パ一ル 1 2 0 ) を 各 々 0. 0 5 w t %、 0. 0 8 w t %、 0. 1 0 w t 0. 1 5 w t % ¾ 加 え て 均 一 に 分 散 し た 種 類 の 試 料 と 粒子無 添 加 の M M" A ¾ 料 意 し、 計 5· 瑋-類 の 試 料 の 各 々 に ラ ジ 力 ル 重 合 開 始 剤 と し て ベ ン ゾィ ル パ 一 才 キ サ イ ド （ B P 0 ) 0. 5 w t %、 連 鎖 移 動 剤 と し て n — ラ ウ リ ル メ ル カ ブ タ ン （ n — L M ) を 0. 2 w t % 加 え、 7 0 °C で 2 4 時 間 注 型 重 合 さ せ て 縦 6 8 m m、 横 8 5 m m で 厚 さ が 長 辺 方 向 に 3. 8 m m か ら 0. 2 m m 迄 徐 ク に 変 化 し た 楔 型 の 光 散 乱 導 光 体 を 1 枚 づ つ 作 製 し た。
各 光 散 乱 導 光 体 を 用 い て 図 3 に 示 さ れ た 配 置 で 5 個 の 光 散 乱 導 光 光 源 装 置 を 構.成 し た。 こ れ は 図 1 に 示 し た 配 置 と 基本 的 に は 同 じ も の で あ る が、 輝度 を 補 強
反射 性 の シ一 ト （ 銀箔 状 シ ー ト ） を 傾斜 面 4 及 び光 源 （ 蛍光 ラ ン プ ) 5 の 背面 に 臨 ん で配 S し、 出 射 光 方 向 の 特 性 を 真上方 向 に 修正 す る 為 に プ リ ズ ム 状 の 出 射方 向 修正 素 子 6 ( 各 ブ リ ズ ム 要 素 の 頂角 約 9 5 ° ) を 配 置 し た。
ま た、 出 射方 向 修正 素 子 9 と 光 散乱導 光体 1 の 間 に は 光散 乱 を 補助 す る 光拡 散 シ 一 卜 8 を 配 し た。
そ して、 矢 印 で 示 し 正面方 向 か ら 色 彩色差 計 （ 株式 会社 ミ ノ ル 夕 製； C S 1 0 0 ) を 用 い て 光取 出 面 3 側表 面 （ 出 射方 向修正 素子表面 ） の 輝度分布 を 図 上 左右 方 向 に 沿 つ た 1 0 箇所 で測定 し た と こ ろ、 図 4 の 結果 を 得 た。 図 4 に 示 さ れ た グ ラ フ か ら 明 か な よ う に、 散 乱能 の 無 い 透 明 体： を 用 い た場合 は、 光源 の 極 く 近 く ¾ い て、 蛍 光 ラ ン ブ ラ ン ブ 5 か ら 離 れ た 部分 で輝度 が増 し て い る。 こ れ は、 前 述 し た 多重. 射効果が実 証 さ れ た も.の と 考 え る こ と が 出 来 る。
そ し て、 散乱能 を 与 え た 光散乱 導光体 を 用 い た 場 合 に は、 ス パ ー ル 分 散量 に is じ て （ 散乱能 増大' '：! .、 光 源 に 比較 的 近 い 部 分 に お け る 輝度 の 落 ち 込 み が是芷 さ れ る こ と を' .図 示 し た グ ラ フ か ら 明 瞭 に 読 み取 る こ と が 出 来 る c こ の ケ ー ス で は、 特 に、 ト ス ノ、' ー ル 1 2 0 を 0. 0 5 w t % 分散 さ せ た も の が 最 も 平坦 な 特 性 が 得 ら れ て い る こ と が判 る。
の 結果 か ら、 光源 5 の 直接光 の 影饗 が強 く 出 る と 思 わ れ る 数 m m の 近 傍部 分 を 除 く 大半 の 部 分 を 均 一 光 源 面 と し て 使 用 出 来 る こ と は.明 ら か で あ る。
次 に、 出 射 方 向 修 正 素 子 6 の 作 用 を 確 認 す る 為 に 図 5 に 示 し た よ う に、 ト ス ノ、· ー ル を 0. 0 8 w t % 分 散 し た 光 散 乱 導 光 体 1 を 用 い て、 光 取 出 面 3 に お け る 光 出 射 方 向 特 性 .を 測 定 し た。
図 6 は、 そ の 結 果 を 示 し た も の で、 出 射 方 向 修 正 素 子 ( プ リ ズ ム 素 子 ） の 作 用 が 明 確 に 現 れ て い る。 即 ち、 光 取 出 面 3 真 上 方 向 を Ψ = 0、 + — 各 方 向 を 図 5. .の よ う に と る と、 ブ リ ズ ム 素 子 を 置 か な い 場 合 に は Ψ の 大 き な 方 向 に 光 強 度 ピ ー ク が 出 る が、 プ リ ズ ム 素 子 を 使 用 し た 場 合 に は ほ ぼ 正 面 方 向 に 光 強 度 ビ ー ク を も っ て 来 る こ と が 出 来 る。
光 強 度 の ビ ー ク が 出.る 方 向 は、 光 散 乱 導 光体 に 散 乱 能 を も た ら し て い る 屈 折 率 不 均 一構 造 の 大 き さ （ 例 え ぼ、 異 屈 折 率 粒 子 の 径 ） や プ リ ズ ム 素 子 の 頂 角 に よ っ て 変 わ る の で、 そ れ ら の 組 み 合 わ せ を 適 宜 選 択 す る こ と に よ つ て、 所 望 の 出 射 光 方 向 特 性 を 得 る こ と が 出 来 る。
上 記 :説 明 及 び 実 験 粽 果.か ら 考 え て、 本 発 明.の 光 散 乱 導 光 光 源 装 置 が 図 5 の よ う な 配 置 を 持 つ も の に 限 ら れ る こ と は 全 く な く、 種 々 の .バ リ エ ー シ ョ ン が 可 能 な こ と は 明 ら か で あ る < こ れ ら の い く つ か を 例 示 し た も の が、 図 7 〜 図 9 で あ る。 な お、 各 図 に お レヽ て、 プ リ ズ ム 素 子、 光 拡 散 シ ー ト 等 の 付 属 部 材 は 記 載 を 省 略 し て あ り、 こ れ ら を 適 宜 付 加 し て 光 散 乱 導 光 光 源 装 置 が 構 成 さ れ る。 図 7 ( i ) は、 図 1 あ る い は 図 3 に 示 し た 基 本 配 g に 相 当 す る も の で あ り、 図 7 ( i i ) は、 光 散 乱 導 光 体 1 .の 中 央 部 を 薄 く し、 光 源 素 子 （ 蛍 光 ラ ン プ ） 5 を 両 側 に 配 置 し た 構 成 で あ る。 ま た、 図 7 ( i i i ) は、 厚 み 勾 配 を 対 角 線 に 沿 っ た 方 向 に 形 成 し た 領 域 を 有 す る 光 散 乱 導 光 体 - 1 の 隣 合 う 2 辺 に 臨 ん で 光 源 素 子 （ 蛍 光 ラ ン プ ） を 設 け た 配 置 を 表 わ し て い る。 更 に、 図 8 は、 光 散 乱 導 光 体 と し て は、 図 7 '( 1 ) の 基 本 .形 を 使 用 す る が、 光 源 素.子 （ 蛍 光 ラ ン ブ ） 5 に は コ の 字 形 の も の を 採 用 し、 明 る さ を 補 強 し た 構 成 を 示 し て い る。 図 で は コ の 字 形 蛍 光 ラ シ ブ は 光 散 乱 導光 体 1 か ら 離 し た 状 態 （ 組 み 立 て 前 の 状 態 ） が 描 か れ て い る。 こ の 構 成 の 有 利 な 点 は、 ュ の 字 形 の 蛍 光 ラ ン ブ の 持つ 省 電 力 特 性 （ 同 じ 輝 度 の 3 本 の 短 尺 の蛍 光 ラ ン プ に 分 け て 3 方 に 配 置 し た 場 合 よ り も 電 力 消 費 が 少 な い 性 質 ） を 活 用 出 来 る こ と に あ る。 図 9 は、 蛍 光 ラ ン プ 5 -を .2 個 の 光 散 乱 導 光 休 1' に 共 用 す る 構 成 を 断 面 図 で 示 し た も の で あ る。 こ の よ う な 考 え 方 を 拡 張 し て、 例 え ば 球 状 光 源 素 子 の 周 り に 放 射 状 に 禊 形 状 の 光 散 乱 導 光 体 1 を 多 数 配 置 し て 円 形 の 光 源 を 得 る こ と も 出 来 る。 な お、 い ず れ の 配 置 に お い て も、 光 取 出 面 を 表 裏 2 面 と す る こ と が 可 能 な こ と は 言 う ま で も な い。 ま た、 作 用 の 説 明 の 欄 で も 述 べ た よ う に、 光 散 乱 導 光 体 1 の 厚 み 勾 配 を 一 定 に と ら ず、 テ ー ノ、' 状 の 傾 斜 面 を 有 す る 禊 形 状 と . す る こ と に よ っ て、 輝 度 分 布 を 制 御 す る こ と も 可 能 で あ る。 更 に、 光 散 乱 導 光 体 の 断 面 形 状 を 2 等 辺 3 角 形 状 の も の と す る 等 の 選 択 も 許 容 さ れ る こ と は、 本 発 明 の 原 理 か ら 考 ^ て 当 然 で あ る。 そ し て、 本 発 明 に お い て 利 用 可 能 な 光 散 乱 導 光 体 1 は、 上 記 実 施 例 初 頭 に 述 べ た 方 法 に よ っ て 得 ら れ た も の に 限 ら れる..こ—と が な い こ も 本-発 明 の 原 理 に 照 も U て 明 ら か で あ る。 他 の 幾 つ か の 製 造 例 と 輝 度 分 布 の 測 定 結 果 に つ い て 簡 単 に 列 挙 す れ ば、. 次 の よ う に な る。 ( 1 ) M M A ( メ チ レ メ タ ク リ レ ー ト ） に 粒 径 2 m の シ リ コ ン 系 樹 脂 粉 体 （ 東 芝 シ リ コ ン 製、 ト ス ノ、' ー ル 1 2 0 ) を 0. 0 8 w t % 加 え て 均 一 に 分 散 さ せ、 ラ ジ カ ル 重 合 I始 剤 と し て .ベ ン ゾ ィ ル ノ、' 一 ォ キ サ イ ド （ B P 0 ) を 0. 5 w t %、 連 鎖 移 動 剤 と し て n — ラ ウ リ ル メ ル カ ブ タ ン ( n — L M ) を 0. 2 w t %、 各 々 加 え、 7 0 。C で 2 4 時 間 注 型 重 合 さ せ て 縦 6 8 m m, 横 8 5 m m で 厚 さ が 長 辺 方 向 に 3. 8 m m か ら 0. 2 m m ま で 徐 々 に 変 化 し た 楔 型 の 光 散 乱 導 光 体 を 作 製 し た。
上 述 し た 図 3 と 同 様 の 配 置 （ プ リ ズ ム 素 子 6 と し て は、 頂 角 約 6 2 β の も の を 使 用 ） と 測 定 法 で 輝 度 分 布 を 測 定 し た と こ ろ、 光 取 出 面 の 大 半 に つ い て 9 5 % 程 度 の 光 強 度 の 均 一 度 が 得 ら れ た。 蛍 光 ラ ン プ に 市 販 の も の を 使 用 し た 条 件 で の 明 る さ は 約 4 0 0 0 カ ン デ ラ で あ っ た。 ま た、 同 等 の 厚 さ を 有 す る 市 販 の ア ク リ ル 樹 脂 製 導 光 体 （ 3. 8 m m 程 度 の 等 厚 板 で 裏 面 に 光 拡 散 層 を ス ク リ ー ン 印 刷 し、 光 取 出 面 側 に は 光 拡 散 板 を 配 置 ） を 用 い て 同 等 の 条 件 の 下 で 明 る さ を 測 定 し た と こ ろ、 ほ ぼ 2. 0 ひ 0 力 ン デ ラ と い う い う 値 を 得 た。 こ の こ と か ら、 こ の 実 施 例 の 光 散 乱 導 光 体 を 使 用 す る こ と に よ っ て、 従 来 の 約 2 倍 の 明 る さ を 均 一 に 有 す る 光 散 乱 導 光 光 源 装 置 を 提 供 出 来 る こ と が 判 っ た。
■ ( 2 ) M M A ( メ チ ル メ タ ク リ レ ー 卜 ） シ リ コ ー ン オ イ ル を 0. 0 2 5 w t % 加 え て 均 一 に 分 散 さ せ、 ラ ジ カ ル 重 合 開 始 剤 と し て ベ ン ゾ ィ ル バ ー オ キ ザ ィ ド （ B P O ) を 0. 5 w t %、 連 鎖 移 動 剤 と し て n — ブ チ ル メ ル カ ブタ ン （ n — B M ) を 0. 2 w t %、 各 々 加 え、 7 0 °C で 3 0 分 間 に わ た り ゾ ル 化 を 行 な っ た 上 で、 更 に 6 5 °C で 2 4 時 間 注 型 重 合 さ せ て 縦 6 8 m m、 横 8 5 m m で 厚 さ が 長 辺 方 向 に 3. 8 m m か ら 0. 2 m m ま で 徐 々 に 変 化 し た 楔 型 の 光 散 乱 導 光 体 を 作 製 し た。 上 述 し た 図 3 と 同 様 の 配 置 （ プ リ ズ ム 素 子 6 と し て は、 頂 角 約 6 2 β の も の を 使 用 ） と 測 定 法 で 輝 度 分 布 を 測 定 し た と こ ろ、 光 取 出 面 の 大 半 に つ い て 9 0 % 程 度 の 光 強 度 の 均 一 度 が 得 ち れ た。 蛍 光 ラ ン プ に 巿 販 の も の を 使 用 し た 条 件 で の 明 る さ ほ 約 3 8 0 0 力 ン デ ラ で あ っ た。
( 3 ) P M M A ( ポ リ. メ チ ル メ タ ク リ レ ー ト ） に 粒 径 2 m の シ リ コ ン 系 樹 脂 粉 体 （ 東 芝 シ リ コ ン.製、 ト ス パ ー ル 1 2 0 ) を 0. 0 8 w t % 加 え、 V 型 タ ン ブ ラ を 用 い て 1 0 分 間、 次 い で ヘ ン シ ェ ル ミ キ サ を 用 い て 5 .分 間 混 合 し こ。 こ れ を 2 軸 押 し 出 し 機 で 溶 融 混 合 （ シ リ ン ダ 温 度 2 2 0 て 〜 2 5 0 :。C . ) ' 押 出 成 形 し て、 ペ レ ヅ 卜 を 作 製 し た。
こ. の ペ レ ヅ ト を 射 出 成 形 機 を 用 い て シ リ ン ダ;温 度 2 2 0 °C ~ 2 5 0 。C の 条 件 で 射 出 成 形 し、 縦 6 8 m m、 横 8 5 m m で 厚 さ が 長 辺方 向 に 3. 8 m m か ら 0. 2 m m 迄 徐 々 に 変 化 し た 楔 型 の 光 散乱 導 光 体 を 2 枚 作 製 し た。
2 枚 の 光 散 乱 導 光 体 を つ き 合 わ せ、 2 本 の 蛍 光 ラ ン プ を 使 用 し て 図 7 ( i i ) に 示 し た 配 置 を と ら せ た。 図 3 の 配 置 か ら プ リ ズ ム 素子 と 光 拡 散 シ 一 ト 7 を 除 い た 条 件 で、 輝 度 分 布 を 測 定 し た と こ ろ、 光 取 出 面 の 大 半 に つ い て 9 5 % 程 度 の 光 強 度 の 均 一 度 が 得 ら れ た。
プ リ ズ ム 素 子 （ 頂 角 約 6 2 ° ) と 光 拡 散 シ ー ト を 使 用 し た 図 3 の 配 置 で 同 様 の 測 定 を 行 な っ た と こ る、 光 強 度 の 均 一 度 は 更 に ア ッ プ し た。 ま た、 蛍 光 ラ ン プ に 市 販 の も の を 使 用 し た 条 件 で の 明 る さ は 約 4 1 0 0 カ ン デ ラ で あ っ た。 ( 4 ) 上 記 （ 2 ) で 述 べ た と 同 様 の 手 順 に 従 っ て、 縦 6 8 m. m, 横 8 5 m m で 図 7 ( i i i ) に 示 さ れ た 形 状 .を 有 す る 禊 型 光 散 乱 導 光 体 を 作 製 し た。
図 3 の 配 置 か ら プ リ ズ ム 素 子 と 光 拡 散 シ ー ト 7 を 除 い た 条 件 で、 輝 度 分 布 を 測 定 し た と こ ろ、 光 取 出 面 の 大 半 に つ い て 9 0 % 程 度 の 光 強 度 均 一 度 を 得 る こ と が 出 来 た。
( 5 ) M M A ( メ チ ル メ タ ク リ レ 一 卜 ） に ポ リ 卜 リ フ ロ ロ ェチ ノレ メ 夕 ク リ レ ー ト （ P 3 F M A ) を. ひ. 1 w t % 加 え て 均 一 に 分 散 さ せ、 ラ ジ 力 ル 重 合 開 始剤 と し て ベ ン ゾ ィ ル パ ー ォ キ サ イ ド （ B P 0 ) を 0. 5 w t %. 連 鎖 移 動 剤 と し て n 一ラ リ ル メ ノレ 力 ブ タ ン （ n 一 L M ) を 0. 2 w t %、 各 々 加 え、 7 0 。C で 2 4 時 間 想 濁 重 合 し た。 得 ら れ た ポ リ マ ー を 熱 処 理、 乾 燥 後、 径 3 0 m m の 2 軸 押 し 出 し 機 を 用 い て、 シ リ ン ダ 温 度 2 2 0 °C 〜 2 5 0 °C の 条 件 で 押 出 成 形 し て、 ぺ レ ッ ト を 作 製 し た。
こ の ペ レ ツ ト を 射 出 成 形機 を 用 い て シ リ ン ダ 温 度 2 2 0 °C〜 2 5 0 °C の 条 件 で 射 出 成 形 し、 縦 6 8 m m、 横 8 5 m m で 厚 さ が 長 辺 方 向 に 3. 8 m m か ら 0. 2 m m 迄 徐 々 に 変 化 し た 楔 型 の 光 散 乱 導 光 体 を 作 製 し た。
こ の 光 散 乱 導 光 体 を 用 い て、 図 7 ( i ) の 配 置 を と ら せ、 図 3 の 配 置 か ら プ リ ズ ム 素 子 と 光 拡 散 シ ー ト 7 を 除 い た 条 件 で、 輝 度 分 布 を 測 定 し た と こ ろ、 光 取 出 面 の 大 半 に つ い て 9 5 % 程 度 の 光 強 度 の 均 — 度 が 得 ら:れ た。
ま た、 ブ リ ズ ム 素 子 （ 頂 角 約 6 2 ° ) と 光 拡 散 シ ー ト を 使 用 し た 図 3 の 配置 で蛍光 ラ ン プ に 市販 の も の を 使用 し た 条件 で 同 様 の 測定 を 行 な っ た と こ ろ、 光 取 出 面 側 の ほ ぼ 全面 に 亙 っ て 約 4. 1 0 Ό カ ン デ ラ の 輝度が観測 さ れ た。
以 上 の 各 事例 で 確認 さ れ た よ う に、 本 発 明 の 光散 乱導 光光 源装置 は 明 る く 均 一 な 面状光 源 を 提 供 す も の で あ る か ら、 こ れ を 液 晶表 示装置 の マ ツ ク ラ イ ト 光 源手 段 に 採 甩 t.れ-.ば、 少 な い 電:力 で表 示品 位 を 高 め る こ と が 出 来 る の は 明 ら か で あ る が、 こ れ を 確 か め る 為 に、 市販 の 4 イ ン チ 液 晶 テ レ ビ ジ ョ ン 装置 に 使 用 さ れ て い る バ ヅ ク ラ ィ ト 光源 を 本発 明 実施例の も の に 置 き 換 え た と こ ろ、 表 示画 面 の 明 る さ が増 し、. 表示画像 の 品位 が著 し く 向上 し た。
本 発 明 に よ れ ぱ、 光散乱導光光源装置 を 構成 す る 光散 乱導光体 の 形状 に 簡単な 工夫 を 加 え、 適 宜 出 射 方 向 修正 手段 を 併用 す る こ と に よ っ て、 明 る く 輝度 の 均 一 性 が高 い 光 散乱導 光光源装置 を 実現 す る こ と が 出 来 る。
ま た、 上 記実施 例 中 ( 3 ) 、 （ 4 ) の 事例 に 見 ら れ る 如 く、 従来 の ブ ラ ス チ ッ ク 成 形技 術 （ 射 出 成 形、 押 し 出 し 成 形等 ） を 利用 す る こ と に よ っ て、 本 発 明 装 置 の 主要 構 成 要素 た る 光散乱導光体 を 製造 す る こ と が 出 来 る か ら、 輝度 の 均一 度 向上 に 当 の コ ス ト を 要 し た 従来 の 光 散乱 導光 光源装 置 に 比 べ て、 '経済 性、 量 産性 の 面 で 格'段 に 有 利 な も の と 言 う こ と が 出 来 る。
そ し て、 本 発 明 の 光 散乱導 光光 源 装置 を 液 晶 表示 素 子 の 背 面 側 に ノ、 · ッ ク ラ イ ト 光 源 手 段 と し て 配 S し た 場 合、 バ ッ ク ラ イ ト 光 源 を 構 成 す る 光 散 乱 導 光 光 源 装 置 が 明 る く 均 一 に 光 る こ と に よ っ て、 液 晶 表 示 像 の 表 示 .品 位 が 向 上 す る こ と は 言 う ま で も な い。 ま た、 本 発 明 で使 用 さ れ る 光 散 乱 導 光 体 は、 同 .じ 光 入 射 面 面 積 を 有 す る 従 来 の 光 散 乱 導 光 体 と 比 較 し た 場 合、 光 散 乱 導 光 体 の 厚 さ が 薄 く な っ て い る 部 分 が あ る 分 だ け 小 型 軽 量 化 さ れ て い る か ら、 そ れ 自 体 省 資 源 性 に 富 む も の で あ り、 ま た、 こ れ を 組 み 込 ん だ 液 晶 表 示 装 置 を コ ン パ ク ト で 軽 量、 安 価 Λな も の と す る こ と が 出 来 る。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 少 な く と も 1 つ の 光入射 面領 域及 び少 な く と も ] つ の 光取 出 面領域 を 有..す: 光散乱 導光体 と 前;霄己光.入 射面 領域 か ら 光 入射 を 行 な う 為 の 光源 手段 と を 備 え、 前 記光 散乱導光体 は前記 光入. ί .面 か ら 遠 ざ か る に つ. ..て 厚 み を 減ず る 傾 向 を 持 っ た '域 有 し て い る こ と を'特徴 と す る 光散乱導光 光源装 置。 ..
2. 前記 光 散乱導光 体 の光取 出 表面領 域 に 臨ん で、 散 乱光 出 -射方 向特性 を 修正 す る 散乱 光 出射 方 向修正手段が 前記 光散乱導光素 子 ど一 体 あ る い は別体 に 設 け ら れ て い る こ と を 特 徴 と す る 請求項 1 に 記 載 さ れ た 光散乱導 光光 源.装置。
3. 少 な く と も 1 つ の 光入 射面 領域及 び少 な く と も 1 つ の 光取 出 面領域 を 有 す る と 共 に、 前記 光入 射 面 か ら 遠 ざ か る に つ れ て 厚 み を 減 ずる 傾 向 を 持 っ た 領域 を 有 す る 光散 乱.導光 体 と 前 記光 入射面領域 か ら 光 入射 を 行 な う 為 の 光 源手段 と を 備 え た光散乱導光光源装 置 を、 バ ッ ク ラ ィ ト 光源手段 と し て 液 晶 表示 素子 の 背 面 側 に 配 置 し た こ と を 特徴 と す る 液 晶表 示装置。
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