JPH07141908A - プリズム部材およびプリズム部材を用いた照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プリズム部材の輝度上昇効果及び視野角規制
効果を維持しながら、プリズム面の輝度分布の非対称性
によって引き起こされる明暗縞を無くする、プリズム部
材及びそれを用いた照明装置を提供する。 【構成】 拡散板３，２３の一側に、光源１，２，２
１，２２，２５が配置され、上記拡散板の光源と反対側
にプリズム部材４がプリズム形成面が外側となるように
配置され、かつ、各プリズムの断面形状は、その断面が
概ね三角形であり、その左右の底角が１０〜５０゜であ
るような照明装置において、上記プリズム間の距離が２
０〜１００μｍであるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶を用いた表示装置
におけるバックライト用の照明装置に好適なプリズム部
材および該プリズム部材を用いた照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術・発明が解決しようとする課題】ラップト
ップコンピュータ等に用いられている液晶表示装置に対
して、近年、特に軽量・薄型化の要求が強く、かつ液晶
表示のフルカラー化に伴い、そのバックライト装置はよ
り薄く明るいものが必要とされるようになった。このよ
うな装置の一例としては、特開昭６３−３１８００３号
公報に開示されているように、軽量で薄型な照明装置と
して図３のようなものが知られている。即ち、反射板３
１の反射面３１a側の蛍光管等の直線状の光源３４，
…，３４を配置し、更に上記光源３４，…，３４の上方
にプリズムフィルム３２を設置し、その上にプリズムフ
ィルム３２のプリズムを保護するための透明フィルム３
３を配置して構成する。そして、光源３４，…，３４よ
り直接到達する光または反射板３１に反射された光をプ
リズムフィルム３２を通して照明光として用いるもので
ある。このような構成において、例えば、プリズムフィ
ルム３２の各プリズムの頂角を９０°としたとき、水平
面から垂直に近い角度以外の角度でプリズムフィルム３
２に入射した光は上記プリズムで屈折されることにより
著しく指向性のある光線となるとともに、水平面に垂直
に近い角度でプリズムフィルム３２に入射した光はプリ
ズムで全反射されて光源側に戻る。よって、光源３４，
…，３４直上の輝度が大きくなり過ぎず、照明装置の発
光面から均等な照明が得られるようになっている。

【０００３】また、特開平２−２５７１８８号公報に開
示されているように、図４に示すような照明装置も知ら
れている。即ち、反射板４１の反射面４１a側に蛍光灯
等の直線状の光源４２を１個配置し、更にこの光源４２
の上方に拡散板４３を設置し、拡散板４３の真上に水平
面を拡散板４３側に向けた規制板４４を設置して構成す
る。そして、拡散板４３上の各点より拡散する光の広が
りを規制板４４で規制するようにしている。このような
規制板４４の材料の例としてアクリル樹脂を選び、規制
板４４の水平面とは反対側の面に形成されたプリズムの
頂角を９０°に設定すると、視野角が３５度程度で表面
上の輝度が、規制板４４がないものに比べて３０％上昇
することが知られている。なお、ここで言う「規制板」
とは、片面が平滑であり、もう一方の面には頂角が６０
°〜１８０°であるようなプリズムが連続的に並んでい
るような透明な板である。

【０００４】この様な規制板(プリズムフィルム)を用い
た照明装置において、拡散板４３より得られる拡散光
は、完全拡散光にかなり近いものである。それ故、図５
に示すように、規制板４４のプリズムの左下がりの面５
１上の輝度分布と右下がりの面５２の輝度分布は、それ
ぞれ左右対称ではなく、かつ互いに鏡面反射像の関係に
ある。例えば拡散板４４の鉛直上方より観測方向をθだ
け図５において右側に傾けたとき、プリズム面５１上の
輝度がプリズム面５２上の輝度より小さいために、プリ
ズム面５１が暗い縞として観測されてしまう。このよう
な縞はその照明装置の上方に設置した液晶表示装置の画
質を著しく損なう原因となるものである。従って、本発
明は、プリズム部材の輝度上昇効果及び視野角規制効果
を維持しながら、プリズム部材のプリズム面の輝度分布
の非対称性によって引き起こされる明暗縞をなくすこと
ができるプリズム部材及び該プリズム部材を用いた照明
装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にかかるプリズム部材は、片面に、複数のプ
リズムが形成されたプリズム部材において、隣接するプ
リズムの頂点間の距離（以下、単に「ピッチ」とい
う。）が２０〜１００μｍとなるように構成する。ま
た、上記本発明の好ましい態様としては、プリズム部材
がポリカーボネイト樹脂又はアクリル樹脂からなり、上
記プリズム部材のプリズムの断面形状が概ね三角形であ
り、この三角形の左右の底角が１０〜５０゜であるよう
な構成とすることができる。

【０００６】ここで、プリズムのピッチが２０〜１００
μｍが好ましいとするのは、以下の理由によるものであ
る。例えば、１０インチほどの液晶表示装置を観測する
とき、普通の視力を持つ人で４０ｃｍ〜８０ｃｍ程度の
距離からその表示面をみることが多い。人の目はその程
度の距離だけ離れたものを見るとき、約１００μｍ以下
の微細な模様を見極めることは非常に困難である。それ
ゆえ、拡散板のプリズムのピッチを１００μｍ以下にす
ると、図５においてプリズムの左下がりの面５１と右下
がりの面５２の輝度分布の非対称性による縞模様が人の
目に観測されるのは非常に困難となり、好都合にも人は
ほとんど縞模様が見えないことになる。さらに、そのよ
うにプリズムのピッチを制限することによって、拡散板
の持つ輝度上昇効果及び視野角規制効果は全く損なわれ
ることはない。一方、プリズムのピッチをあまり小さく
しすぎると、液晶表示装置のセルピッチとの関係により
モアレ縞が観察されることがあるので、モアレ縞が出な
いようにするとともに、光の回折が起こり液晶表示装置
に必要な白色光が得られないような現象を防止する必要
がある。

【０００７】それ故、プリズムのピッチは２０μｍ以上
で１００μｍ以下に規制する必要がある。また、プリズ
ム部材の材質としてポリカーボネイト樹脂又はアクリル
樹脂を好ましいとするのは、透明性に優れるために光透
過率が高く、また適度の固さがあり、耐熱性、加工性等
にも優れており、照明装置に好適なためである。更に、
プリズムの断面形状が概ね三角形であり、この三角形の
左右の底角が１０〜５０゜が好適とするのは、材料の屈
折率と視野角と輝度の上昇率を考慮したものである。こ
こで、視野角と輝度の上昇率は、材料の屈折率と三角形
の左右の底角に密接に関係しており、プリズムの材質と
して適切なポリカーボネイト樹脂又はアクリル樹脂を使
用した場合には、屈折率が１．４〜１．７の範囲にな
り、かかる範囲であれば、三角形の左右の底角が１０〜
５０゜とした場合に実用上適当な、視野角と輝度の上昇
が得られるからである。すなわち、底角が１０゜未満で
は、十分な輝度が得られず、また底角が５０゜を超える
と、逆に視野角が著しく狭くなるからである。

【０００８】更に、上記目的を達成するために、本発明
にかかる照明装置は、上記プリズム部材、拡散板、及
び、光源部分を備るように構成する。このような照明装
置は、例えば液晶を用いた表示装置におけるバックライ
トとして用いるのに適する。かかる照明装置において
は、上記拡散板が上記プリズム部材と上記光源部分の間
に配置されることが望ましい。これは、上記拡散板によ
り上記光源部分からの光を有効にプリズム内に拡散さ
せ、照明効果を高めるためである。また、上記光源は、
特に限定されるものではなく、例えば、単数又は複数の
蛍光管、電球、ハロゲンランプ、タングステンランプ、
又は発光ダイオードなどを用いることができる。更に、
上記光源部分の構成も特に限定されるものでもないが、
照明装置としての設計自由度を増大させるため、上記光
源部分が光源及び導光部材からなるものであっても良
い。ここで、導光部材とは、光源の光を所定の位置ま
で、効率的に誘導するための部材をいい、例えば、中空
または充填されたアクリル樹脂からなる導光管が好まし
い。

【０００９】その他、本発明の好適な他の光源部分の態
様としては、上記光源部分が、光源、反射板及び導光部
材からなることである。この反射板により、より有効
に、上記光源からの光を有効に上記拡散板あるいは上記
プリズム部材に供給可能となるからである。なお、本発
明において、実際の使用にあたっては、各構成部分を固
定する必要があるが、かかる固定方法は、特に限定され
るものではなく、外部から構成部分全体を治具を用いて
かしめてもよく、あるいは接着剤などを用いて固定する
ことも可能である。

【００１０】

【発明の効果】本発明にかかるプリズム部材の構成によ
れば、プリズム部材の輝度上昇効果及び視野角規制効果
を維持するようにプリズムのピッチを所定範囲内に限定
するように構成したので、プリズム部材の輝度上昇効果
及び視野角規制効果を維持しながら、プリズム面の輝度
分布の非対称性によって引き起こされる明暗縞をなくす
ことができる。このプリズム部材において、各プリズム
の形状はその断面が大略三角形であり、さらに、プリズ
ム部材の輝度上昇効果及び視野角規制効果を維持するよ
うにプリズムの頂角を所定範囲内にさらに限定するよう
に構成すれば、プリズム部材の輝度上昇効果及び視野角
規制効果を維持しながら、プリズム面の輝度分布の非対
称性によって引き起こされる明暗縞をより一層なくすこ
とができる。

【００１１】また、本発明の照明装置にかかる構成によ
れば、プリズム部材の輝度上昇効果及び視野角規制効果
を維持するようにプリズムのピッチを所定範囲内に限定
するように構成した上記プリズム部材を使用し、このプ
リズム部材を光源に対して拡散板を介して配置すること
により、照明装置として、一層明るい照明装置が得られ
る上に、その照明装置を見る方向をプリズム垂直方向に
変化させるときに見られた明暗の縞を見えなくすること
ができる。また、この照明装置において、さらに、光源
に対して拡散板を介してプリズム部材を配置されたプリ
ズム部材の各プリズムの断面形状を大略三角形とし、さ
らに、プリズム部材の輝度上昇効果及び視野角規制効果
を維持するようにプリズムのピッチ、必要ならば頂角、
を所定範囲内に限定するように構成すれば、プリズム部
材の輝度上昇効果及び視野角規制効果を維持しながら、
プリズム面の輝度分布の非対称性によって引き起こされ
る明暗縞をなくすことができる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例にかかるプリズム部材及び該
プリズム部材を用いた照明装置を図面に基づいて説明す
る。図１は、本発明の第１実施例にかかるプリズム部材
を用いた照明装置の断面図で、１は反射板、２はＷ字型
の蛍光管、３は拡散板、４はプリズム板である。上記拡
散板３の一側に上記蛍光管２が配置され、上記拡散板３
の上記蛍光管２と反対側に上記プリズム板４がそのプリ
ズム形成面が外側となるように配置されている。よっ
て、蛍光管２からの光は直接又は反射板１により反射さ
れた後、拡散板３に入り、該拡散板３を透過してプリズ
ム板４に入る。各プリズムの断面形状は、概ね二等辺三
角形であり、その左右の底角は４５゜である。

【００１３】また、各プリズムは、平面的には、縞状を
なし、隣接する頂角間の距離は、５０μｍである。上記
プリズム板は、材料としてポリカーボネイト樹脂を用
い、大きさが縦９９ｍｍ、横６６ｍｍ、厚さは（登頂か
ら背面まで）５ｍｍの寸法からなる。かかるプリズム板
は、原板を射出成型した後、プリズムを、ダイヤモンド
ブレードにより、切削加工して作成するものである。こ
のような照明装置では、明暗の縞が観測されないだけで
なく、液晶表示装置のバックライトとして用いた時で
も、いわゆるモアレ縞が観察されず、非常に明るい画質
の良い映像が得られる。このときの輝度は、プリズム板
がないときに比べて、約３８％上昇し、視野角はプリズ
ム溝に垂直な方向で、約６０゜（鉛直上方を０゜とする
と±３０゜）、溝に平行な方向で約８０゜（鉛直上方を
０゜とすると±４０゜）と比べて同等かあるいは広いも
のである。

【００１４】図２は本発明の第２実施例にかかるプリズ
ム部材を用いた照明装置の断面図である。この第２実施
例は、光源系としてよく知られているアクリル樹脂を導
光体として用いた照明装置にプリズム板を応用したもの
である。図２において、２１は反射板、２２は直線状の
蛍光管、２３は拡散板、２４はプリズム板、２５はアク
リル樹脂導光体である。この第２実施例では、第１実施
例と異なる点は、光源として、第１実施例のように蛍光
管２と反射板１とから構成するのではなく、２本の蛍光
管２２，２２とこれらの蛍光管２２，２２の光を反射す
る２個の反射板２１，２１と各蛍光管２２からの光と反
射板２１からの反射光とを所定部分まで導く導光体２５
及び導光体２５の下面において反射板等光が下方に漏れ
るのを防ぐための別の反射板２６とにより構成する点で
ある。このときも拡散板２３より発せられる拡散光は、
完全拡散光(ランバーシアン)に近いものである。プリズ
ム板２４の材料の一例としてアクリル樹脂を用い、プリ
ズムの頂角を１１０°、プリズムのピッチを５０μmに
設定する。このとき視野角は約８０°(鉛直上方を０°
とすると±４０°)であり、輝度の上昇率は約２５％で
ある。

【００１５】上記２つの実施例から明らかなように、プ
リズムの頂角の角度及び材料(つまり屈折率)によって得
られる特性が違うので、使用目的によりそれらを適切に
決める必要がある。従って、上記実施例によれば、プリ
ズム板の輝度上昇効果及び視野角規制効果を維持するよ
うにプリズムの頂角及びピッチを所定範囲内に限定する
ことにより、プリズム面の輝度分布の非対称性によって
引き起こされる明暗縞をなくすことができる。よって、
一層明るい照明装置が得られる上に、その照明装置を見
る方向をプリズム垂直方向に変化させるときに見られた
明暗の縞を見えなくすることができる。なお、本発明
は、上記実施例以外に、例えば内照式看板にも使用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例にかかるプリズム部材を
用いた照明装置の断面図である。

【図２】 本発明の第２実施例にかかるプリズム部材を
用いた照明装置の断面図である。

【図３】 従来の照明装置の断面図である。

【図４】 他の従来の照明装置の断面図である。

【図５】 図４の照明装置のプリズム部分の拡大説明図
である。

【符号の説明】

１，２１，２６…反射板、２，２２…蛍光管、３，２３
…拡散板、４，２４…プリズム板、２５…導光体。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のプリズムが片面に形成されたプリ
   ズム部材において、上記プリズムのピッチが２０〜１０
   ０μｍとなるようにしたことを特徴とするプリズム部
   材。
2. 【請求項２】 上記プリズム部材が、ポリカーボネイト
   又はアクリル樹脂からなり、上記プリズムの断面形状が
   概ね三角形であり、該三角形の左右の底角が１０〜５０
   ゜であるようにした請求項１に記載のプリズム部材。
3. 【請求項３】 プリズム部材、拡散板、及び光源部分の
   順に配置された照明装置において、上記プリズム部材と
   して、請求項１または２に記載のプリズム部材を用いる
   ようにしたことを特徴とする照明装置。
4. 【請求項４】 上記光源部分が、光源と、該光源からの
   光を上記拡散板にまで導く導光部材とを備えるようにし
   た請求項３に記載の照明装置。
5. 【請求項５】 上記光源部分が、光源と、該光源からの
   光を反射する反射板と、上記光源からの光と上記反射板
   により反射された光とを上記拡散板にまで導く導光部材
   とを備えるようにした請求項３に記載の照明装置。