JPH1048426A - 面状光源と棒状光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 均一輝度面をつくること。 【解決手段】 光拡散素子１は光拡散性を有する粉粒３
を混入した光透過性の媒質により形成した直方体であ
り、直方体の一面を光入射面４とし、δを媒質の単位長
さあたりの吸収率、ｋを光拡散素子の光利用率、ｘを直
方体において光入射面からの距離、Ｌを直方体において
光入射面と対向する面との距離（ｘの最大値）、λを光
拡散素子１において、混入した粉粒により拡散される光
量に対する吸収される光量との比とした場合、媒質内に
光入射面からの距離に応じて、 ｅｘｐ（δｘ）／｛１＋（ｋ／Ｌ）（（１＋λ）／δ）
（１−ｅｘｐ（δｘ）｝ に比例するように粉粒の密度を変化させ、線状光源の光
拡散素子の光入射面への射影像が、線状光源の長手方向
に対して一定であるように配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶用バックライ
トに応用する光拡散素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶ディスプレイは、省電力の表
示装置として、テレビジョン受像機をはじめ広く用いら
れるようになった。その重要な特徴のひとつは、ＣＲＴ
ディスプレイなど他のディスプレイに比べて薄型化の可
能性を有することである。この薄型化をはかるにあたっ
ての技術的課題は、バックライト全面にわたって発光輝
度の均斉度を向上させることである。

【０００３】輝度の均斉度をもつ面状光源は、液晶用バ
ックライト分野だけでなく、たとえば非常灯や電照式看
板のような製品分野にも適用できる。また装飾用として
用いる棒状光源においても輝度の均一化は重要な技術で
ある。

【０００４】このため、従来から均斉度を向上させた様
々な種類の面状光源（バックライト）が提案されてき
た。その一例として特開平７−３６０３７号公報「光散
乱導光光源装置及び液晶表示装置」を図１０に示す。図
１０において、バックライトは蛍光ランプと三角柱状の
導光体とから構成し、前記導光体において三角柱の側面
のひとつを光入射面としている。蛍光ランプから放射し
た光線は、たとえば反射点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・と
いう具合いに反射を繰り返しながら進行し、各反射点に
おいて、その一部が導光体外へ出射する。したがって、
導光体の媒質による吸収とあわせて、光源から遠いほど
光量は低下する。ここで、各反射点における反射角θ
１、θ２、θ３、・・・は次第に大きくなり、光が導光
体外へ出射する割合は大きくなることから、上記光量低
下を補償して均一な出射光量のバックライトを構成して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の従
来の面状光源において、蛍光ランプと導光体との配置か
ら、蛍光ランプに近い部分の重さは、蛍光ランプと遠い
部分よりも重くなる。このため、面状光源の重さが不均
衡になることは免れ得ず、携帯型端末の液晶ディスプレ
イとして不便なものであった。また、均斉度を維持しつ
つ大型の面状光源とするには、相似形となるように導光
体を大きくする必要がある。このため、薄型化は困難で
あるという問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の解決手段
は、光拡散素子と線状光源とから構成し、前記光拡散素
子は光拡散性を有する粉粒を混入した光透過性の媒質に
より形成した直方体であり、前記直方体の一面を光入射
面とし、前記媒質内に光入射面からの距離に応じて、 ｅｘｐ（δｘ）／｛１＋（ｋ／Ｌ）（（１＋λ）／δ）
（１−ｅｘｐ（δｘ）｝ に比例するように前記粉粒の密度を変化させ、前記線状
光源の光拡散素子の光入射面への射影像が、線状光源の
長手方向に対して一定であるように配置することであ
る。ただし、δは前記媒質の単位長さあたりの透過率、
ｋは前記光拡散素子の光利用率、ｘは前記直方体におい
て光入射面からの距離、Ｌは前記直方体において光入射
面と対向する面との距離（ｘの最大値）、λは前記光拡
散素子において、混入した粉粒により拡散される光量に
対する吸収される光量との比である。

【０００７】本発明の第２の解決手段は、光拡散性を有
する粉粒を混入した光透過性の媒質により形成した棒状
素子と点状光源とから構成し、前記棒状素子において媒
質内に光入射面からの距離に応じて、 ｅｘｐ（δｘ）／｛１＋（ｋ／Ｌ’）（（１＋λ）／
δ）（１−ｅｘｐ（δｘ）｝ に比例するように前記粉粒の密度を変化させ、前記棒状
素子の底面に近接して前記点状光源を配置することであ
る。ただし、Ｌ’は棒状素子の長手方向の長さである。

【０００８】本発明の第１の構成の作用は、光入射面か
らの距離に応じて、その部位に入射する光量に対する粉
粒によって拡散される光量の割合を大きくすることであ
る。

【０００９】本発明の第２の構成の作用は、底面からの
距離に応じて、その部位に入射する光量に対する粉粒に
よって拡散される光量の割合を大きくすることである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態の構成
を図１に示す。図１において、１は光拡散素子、２は線
状光源、３は粉粒、４は光入射面、５は光出射面であ
る。光拡散素子１は、たとえばアクリルなどの光透過性
を有する媒質内に、たとえば酸化チタンなどの光拡散性
を有する物質を主成分とする粉粒３を混入して形成した
直方体の素子である。方向ｘ，ｙ，ｚは、それぞれ直方
体の辺に平行とする。いま、説明のため直方体面のうち
ｙｚ面の一方を光入射面４とし、ｘｙ面の一方を光出射
面５とする。線状光源２は、たとえば蛍光ランプから構
成し、長手方向をｙ方向と一致させ、光入射面４への射
影像がｙ方向に対して一定であるように配置する。

【００１１】このように配置することにより、線状光源
２から光入射面３に入射する光量はｙ方向に対して一定
になる。このことから、光出射面５における輝度はｙ方
向に対して一定となる。したがって、光出射面５の輝度
を均一にするには、混入した粉粒３によって拡散されて
光出射面から出射する光量がｘ方向に対して一定である
ように、粉粒３の密度をｘ方向にしたがって変化させれ
ばよい。粉粒３の密度の要件を以下説明する。ｘは前記
ｘ方向の座標とし、光入射面４の位置で０、光入射面と
対向する面の位置でＬとする。座標ｘにおける入射光量
をΦ（ｘ）とする。

【００１２】光拡散素子１の媒質の単位長さあたりの吸
収率をδとすると、単位長さあたりの媒質によって吸収
される光量はδ・Φ（ｘ）である。単位長さあたりの媒
質内で粉粒３によって拡散されて光出射面５から出射す
る光量は、粉粒３の密度と入射光量Φ（ｘ）とに比例す
ることからκ（ｘ）Φ（ｘ）と記述できる。

【００１３】ただし、κ（ｘ）は粉粒３の密度に比例す
る関数である。単位長さあたりの媒質内で粉粒３によっ
て吸収される光量は、粉粒３の密度及び入射光量に比例
することから、λ・Φout（ｘ）＝λ・κ（ｘ）Φ
（ｘ）である。これらのことから、式１が成立する。

【００１４】 （ｄΦ／ｄｘ）＝｛−（１＋λ）κ（ｘ）−δ｝Φ（ｘ） ・・・式１ いま、あらゆるｘについて光出射面５から出射する光量
が一定であることから、式２が成立する。

【００１５】 κ（ｘ）Φ（ｘ）＝ｋ・Φ（０）／Ｌ ・・・式２ 但し、Φ（０）は座標ｘ＝０、すなわち光入射面４にお
ける光量、ｋは光拡散素子１の光利用率である。入射光
量Φ（０）がｘ方向に進むにしたがって距離Ｌに至った
場合ちょうどすべて拡散する場合、単位長さあたりの出
射光量はΦ（０）／Ｌであるが、前記のように媒質や粉
粒３による光吸収が存在（すなわちδ，λ＞０）するた
め、光利用率ｋは１以下の値である。

【００１６】式１および式２からκ（ｘ）を消去して、
光出射面４から単位長さあたりから出射する光量が一定
であるときの、入射光量Φ（ｘ）についての１階線形微
分方程式を得る。

【００１７】 （ｄΦ／ｄｘ）＋δ・Φ（ｘ）＋（１＋λ）ｋ・Φ（０）／Ｌ＝０ ・・・式３ この解は、下記のとおり。

【００１８】 Φ（ｘ）＝Φ（０）・ｅｘｐ（−δｘ） ・｛１＋（ｋ／Ｌ）（（１＋λ）／δ）（１−ｅｘｐ（δｘ）｝ ・・・式４ 式２と式４とからΦ（ｘ）を消去し、粉粒３の密度に比
例する関数κ（ｘ）を導く。

【００１９】κ（ｘ）＝（ｋ／Ｌ）・ｅｘｐ（δｘ）／
｛１＋（ｋ／Ｌ）（（１＋λ）／δ）（１−ｅｘｐ（δ
ｘ）｝ ここで（ｋ／Ｌ）は定数であることを考慮すれば、粉粒
３の密度ρ（ｘ）は下記のとおり。

【００２０】 ρ（ｘ）∝κ（ｘ） ∝ｅｘｐ（δｘ） ／｛１＋（ｋ／Ｌ）（（１＋λ）／δ）（１−ｅｘｐ（δｘ）｝ ・・・式５ 図２に、光入射面４からの距離と粉粒３の密度との関係
の一例を示す。図２において、横軸は光入射面４からの
距離であり、Ｌ＝１とした。縦軸は粉粒３の密度であ
り、光入射面４（ｘ＝０）における密度に対する相対値
である。プロットした点は、媒質の吸収率δ＝０．１、
粉粒３によって拡散される光量に対する吸収される光量
の比λ＝０．０５、光拡散素子１の光利用率ｋをパラメ
ータとして、ｋ＝０．６，０．７，０．８について式５
から得た計算値である。

【００２１】例えば、ｋ＝０．８の条件では粉粒３の密
度は、光入射面４の位置での密度に比べて、ｘ＝０．５
の位置では約２倍、ｘ＝１の位置では８倍である。同じ
ｘ＝１の位置において、ｋ＝０．６の場合は約３倍、ｋ
＝０．７の場合は約４．５倍である。このように異なる
媒質や異なる種類の粉粒３に対しても、同様にして、光
入射面４からの距離に対する粉粒３の密度は式５によっ
て決定できる。

【００２２】以上、主としてバックライトとして使用す
る面状光源について説明したが、装飾用照明に用いる棒
状光源についても同様である。この場合、棒状素子と点
光源とを組合せ、棒状素子の底面に近接して前記点状光
源を配置する。式５における光入射面とそれに対向する
面との距離Ｌを棒状素子の長手方向の長さＬ’とみなす
ことにより、前記点状光源を近接したほうの底面からの
距離に対する粉粒の密度は、式５によって与えられる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、液晶用バ
ックライト、非常灯や電照式看板等として適用可能な輝
度均斉度の高い薄型・軽量の面状光源や、装飾照明用の
棒状光源を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による面状光源の構成を
示す図

【図２】光入射面４からの距離ｘに対する粉粒３の密度
についての関係を示す図

【図３】従来からの面状光源の構成を示す図

【符号の説明】

１ 光拡散素子 ２ 線状光源 ３ 粉粒 ４ 光入射面 ５ 光出射面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光拡散素子と線状光源とから構成し、前記
   光拡散素子は光拡散性を有する粉粒を混入した光透過性
   の媒質により形成した直方体であり、前記直方体の一面
   を光入射面とし、δを前記媒質の単位長さあたりの吸収
   率、ｋを前記光拡散素子の光利用率、ｘを前記直方体に
   おいて光入射面からの距離、Ｌを前記直方体において光
   入射面と対向する面との距離（ｘの最大値）、λを前記
   光拡散素子において、混入した粉粒により拡散される光
   量に対する吸収される光量との比とした場合、前記媒質
   内に光入射面からの距離に応じて、 ｅｘｐ（δｘ）／｛１＋（ｋ／Ｌ）（（１＋λ）／δ）
   （１−ｅｘｐ（δｘ）｝ に比例するように前記粉粒の密度を変化させ、前記線状
   光源の光拡散素子の光入射面への射影像が、線状光源の
   長手方向に対して一定であるように配置したことを特徴
   とした面状光源。
2. 【請求項２】光拡散性を有する粉粒を混入した光透過性
   の媒質により形成した棒状素子と点状光源とから構成
   し、Ｌ’を棒状素子の長手方向の長さとした場合前記棒
   状素子において媒質内に光入射面からの距離に応じて、 ｅｘｐ（δｘ）／｛１＋（ｋ／Ｌ’)（（１＋λ）／
   δ）(１−ｅｘｐ（δｘ）｝ に比例するように前記粉粒の密度を変化させ、前記棒状
   素子の底面に近接して前記点状光源を配置したことを特
   徴とする棒状光源。