JP3931070B2 - 面状光源装置及びこれを備えた液晶表示装置 - Google Patents
面状光源装置及びこれを備えた液晶表示装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード等の点状光源を用いた面状光源装置及びこれを備えた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
平面型の表示装置としては、液晶の複屈折性を利用したもの、エレクトロルミネッセンスやプラズマ発光を用いたもの、画素数に対応する微細な電子銃または光学的反射鏡をアレイ状に配置したもの等が提案、商品化されている。その中で、現在のところ、液晶を用いたものが広く実用化されている。
一般的な液晶表示装置は、対向する二枚の基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、この液晶パネルを駆動する回路部と、液晶パネルの表示面内に均一な光を照射する照明装置及びこれら液晶パネル、回路部、照明装置を所望の位置関係に保つための構造部材から構成されている。また、表示装置の目的によっては照明装置を備えず、外部から入射した光を利用する反射型のものもある。
【０００３】
液晶表示装置の照明装置としては、液晶パネルの表示面側から光を照射するフロントライトと、背面側から光を照射するバックライトと呼ばれる二方式が用いられているが、１０型を超えるような大型の液晶表示装置ではバックライトが用いられ、その光源として従来は冷陰極管が使われていた。図９は、従来の冷陰極管を用いたバックライトを示す図である。透明性材料よりなる導光板１は、相対向する一対の主面１ａ、１ｂを有し、その一方の主面１ａを発光面とし（以下、主面１ａを発光面１ａと記す）、その他方の主面１ｂには光反射手段である反射シート４が配設される。この導光板１の少なくとも一つの側面、図９では側面１ｃは、細長い入光面を形成している（以下、側面１ｃを入光面１ｃと記す）。この入光面１ｃに近接して、少なくとも１本のランプ（冷陰極管）１０が配設されていた。なお、図示していないが、発光面である主面１ａ上には光を効率的に利用するための光学シートが複数枚配置され、ランプ１０の周囲には光を入光面１ｃ側へ集光するための反射部材が配設される。導光板１の材料としては、主に光の透過率が高いＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ガラス等が用いられる。ランプ１０から出射された光は、入光面１ｃから導光板１に入射し、導光板１内を伝播しながら導光板１に形成された導光板印刷等の影響で発光面１ａより均一に放出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の大型バックライトに用いられていた冷陰極管には水銀が使用されており、近年の環境問題に対して対応が難しくなってきている。また、水銀の消耗により輝度が劣化するという問題点もあった。
一方、近年、携帯電話等の小型の液晶表示装置用として、冷陰極管に代わってＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）を用いたバックライトまたはフロントライトが開発されている。ただし、ＬＥＤを数個しか使わない小型の液晶表示装置用としては主に高価な白色ＬＥＤが用いられるが、多くのＬＥＤを必要とする大型の液晶表示装置用としては高価な白色ＬＥＤを用いることは難しく、現在のところ冷陰極管を使わざるを得ない。大型の液晶表示装置用として安価にＬＥＤを使用するためには、白色ＬＥＤではなく、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）等の単色のＬＥＤを組み合わせて白色発光となるように製作する必要がある。
【０００５】
図１０は、従来の大型バックライトにおいて、ランプ１０に代わってＬＥＤを用いた場合の問題点を示す図である。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。図１０に示すように、導光板１の入光面１ｃに近接して複数のＬＥＤ３を有するＬＥＤ基板２を取り付けた場合、ＬＥＤ３は点状光源であるため、ＬＥＤ３に近い部分ほど入光面１ｃへの入射光量が多くなり、発光面１ａ上においてもＬＥＤ３近傍のみが明るくなる。そのため、複数色のＬＥＤ３を使用した場合、ＬＥＤ３近傍の発光面１ａ上にＬＥＤ３の各色に相当する色度ムラが発生する。また、白色のＬＥＤ３を用いた場合であっても同様に各ＬＥＤ３近傍が明るくなり、輝度ムラが発生する（図中、１１はこれらの色度・輝度ムラを示す）。このような色度・輝度ムラ１１は、液晶表示装置に使用されるバックライトとしては致命的な欠点となる。
これらの色度・輝度ムラ１１を解消する最も簡単な手段としては、ＬＥＤ基板２と導光板１の入光面１ｃの距離を長くすることが有効であるが、近年の液晶表示装置では狭額縁化が進んでおり、入光面１ｃと液晶表示装置の最外形までの距離が１０mm程度しかないため、ＬＥＤ基板２と入光面１ｃの距離を長くすることは困難である。さらに、ＬＥＤ基板２を液晶表示装置のサイズ、品種毎に設計・製造することはコスト高であり、安価な液晶表示装置を得ることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、色度・輝度ムラが発生せず、液晶表示装置の狭額縁化に対応でき、且つ環境に配慮した安価な面状光源装置を得ると共に、この面状光源装置を備えることにより表示特性に優れた安価な液晶表示装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる面状光源装置は、相対向する一対の主面とそれらの端縁に形成された複数の側面を有しその一方の主面を発光面としその他方の主面に光反射手段を有する矩形の薄い導光板、この導光板の少なくとも一つの側面が形成する細長い入光面に近接しこの入光面の長手方向に沿って配置された複数の点状光源、及び複数の点状光源と入光面との間に配置されたプリズム部材を備え、プリズム部材は、点状光源から出射された光を入光面の長手方向の両側に屈折、分散させて入光面に入光させる機能を有する微細な複数のプリズムを複数の点状光源の配列方向に連ねて構成され、複数の点状光源と入光面のそれぞれに空気層を介して対向し、プリズム部材の各々のプリズムの稜線が、入光面に対して傾斜しているものである。
また、プリズム部材は、各々のプリズムの稜線が入光面の長手方向に対して３０度より大きく９０度より小さい傾斜を有するものである。
また、相対向する一対の主面とそれらの端縁に形成された複数の側面を有しその一方の主面を発光面としその他方の主面に光反射手段を有する矩形の薄い導光板、この導光板の少なくとも一つの側面が形成する細長い入光面に近接しこの入光面の長手方向に沿って配置された複数の点状光源、及び複数の点状光源と入光面との間に配置されたプリズム部材を備え、プリズム部材は、点状光源から出射された光を入光面の長手方向の両側に屈折、分散させて入光面に入光させる機能を有する微細な複数のプリズムを複数の点状光源の配列方向に連ねて構成され、複数の点状光源と入光面のそれぞれに空気層を介して対向し、プリズム部材の入光面と対向する面に、プリズム部材と入光面との密着防止手段としてエンボス加工またはビーズ散布を施したものである。
また、プリズム部材の各々のプリズムは、導光板の発光面に平行な断面形状が、点状光源側に頂点を有する略三角形である。
また、プリズム部材の各々のプリズムは、その頂点の頂角が９０±２０度である。
さらに、プリズム部材は、隣り合う複数のプリズムの各々の稜線の間隔が１ｍｍ以下である。
【０００８】
また、相対向する一対の主面とそれらの端縁に形成された複数の側面を有しその一方の主面を発光面としその他方の主面に光反射手段を有する矩形の薄い導光板、この導光板の少なくとも一つの側面が形成する細長い入光面に近接しこの入光面の長手方向に沿って配置された複数の点状光源、及び複数の点状光源と入光面との間に配置されたプリズム部材を備え、点状光源は、複数の点状光源で点状光源ユニットを構成し、この点状光源ユニットが入光面に近接して複数個配置され、また、プリズム部材は、点状光源から出射された光を入光面の長手方向の両側に屈折、分散させて入光面に入光させる機能を有する微細な複数のプリズムを連ねて構成され、複数の点状光源と入光面のそれぞれに空気層を介して対向し、点状光源を包囲するように点状光源ユニットに取り付けられているものである。
また、点状光源ユニットは、発光色の異なる複数の点状光源を全体で白色発光となるように組み合わせてなるものである。
また、プリズム部材は、点状光源ユニットの複数の点状光源を個々に包囲するように取り付けられているものである。
また、プリズム部材は、点状光源ユニットの複数の点状光源をまとめて包囲するように取り付けられているものである。
さらに、導光板は、入光面に隣接する入光部分に光拡散物質が混入されているものである。
【０００９】
また、点状光源として、発光ダイオードを用いたものである。
さらに、本発明に係わる液晶表示装置は、前記いずれかの面状光源装置の上部に、液晶表示素子を備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における面状光源装置であるバックライトを示す斜視図である。図１に示すように、本実施の形態におけるバックライトは主に、導光板１、ＬＥＤ基板２及びプリズム部材５より構成される。導光板１は、相対向する一対の主面１ａ、１ｂとそれらの端縁に形成された複数の側面１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆを有する矩形の薄い板である。導光板１は、その一方の主面１ａを発光面とし（以下、主面１ａを発光面１ａと記す）、その他方の主面１ｂに光反射手段である反射シート４を有する。また、図示していないが、発光面１ａ上には、光を効率的に利用するための光学シートが複数枚配置される。導光板１の材料としては、主に光の透過率が高いＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ガラス等が用いられる。この導光板１の少なくとも一つの側面、図１では側面１ｃは、細長い入光面を形成している（以下、側面１ｃを入光面１ｃと記す）。この入光面１ｃに近接して、複数の点状光源であるＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode、図示せず）が取り付けられたＬＥＤ基板２が配置される。すなわち、複数のＬＥＤは、入光面１ｃの長手方向に沿って配置される。なお、ＬＥＤは、安価なＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）等の単色のＬＥＤを組み合わせて、全体として白色発光となるように配置されている。さらに、ＬＥＤ基板２と入光面１ｃの間には、透明性樹脂よりなるプリズム部材５が配置される。プリズム部材５は、ＬＥＤ基板２と入光面１ｃのそれぞれに空気層６ａ、６ｂを介して対向している。
【００１１】
プリズム部材５の構造及び光学的機能について図２及び図３を用いて説明する。プリズム部材５は、導光板１の入光面１ｃに沿って配置されたシート状の光学部材である。このプリズム部材５は、ＬＥＤ３から出射された光を入光面１ｃの長手方向ｘ（図中矢印で示す）の両側に屈折、分散させて入光面１ｃに入光させる機能を有する微細な複数のプリズム５ａより構成され、これら複数のプリズム５ａをＬＥＤ基板２に取り付けられた複数のＬＥＤ３の配列方向に連ねたものである。また、プリズム部材５は、発光面１ａと平行な一対の端面５１、５２を有し、各々のプリズム５ａは、発光面１ａに平行な断面形状が、ＬＥＤ基板２側に頂点を有する略三角形である。すなわち、プリズム５ａは、ＬＥＤ基板２側に稜線５ｂが向くように配置されている。この稜線５ｂは、図３に示すように、プリズム５の頂点５ｃが連続したもので、入光面１ｃの長手方向ｘに対して交差角αをなすように傾いて配置される。この交差角αの設定については後に詳細に説明する。
【００１２】
また、図３に示すように、各々のプリズム５ａの稜線５ｂを形成する頂点５ｃは、頂角βを有する。言い換えると、各々のプリズム５ａは、一対の傾斜面５ｄ、５ｅによって頂角βを構成している。本実施の形態では、この頂角βを９０±２０度とする。ＬＥＤ３を理想的な点状光源と想定した場合、９０度の頂角を持つプリズム５ａに光が入射すると、光は屈折、反射を行い、図２に示すような軌跡をたどる。すなわち、ＬＥＤ３正面より出射された光線１２ａは、プリズム５ａにより方向を１８０度変換され、ＬＥＤ３正面には透過しない。一方、ＬＥＤ３よりプリズム５ａに角度をもって出射された光線１２ｂは、プリズム５ａによりさらに大きく方向を曲げられる。これらの結果、ＬＥＤ３から出射された光は、入光面１ｃの長手方向ｘに大きく広げられ、ＬＥＤ３正面では弱くなる。しかしながら、ＬＥＤ３正面に光が全く入射しなければ、ＬＥＤ３正面が暗くなり、色度・輝度ムラが発生することになる。このため、プリズム５ａの頂角βは、各部材の光学的配置にもよるが、９０±２０度程度が望ましい。この結果、入光面１ｃに達する光のうち、ＬＥＤ３正面近傍の光が弱められることになり、色度・輝度ムラの発生を抑制することができる。
【００１３】
また、プリズム部材５の頂点５ｃ等の特異点では、光が所望する方向に屈折せず異常光となるため、頂点は少ない方が望ましい。従って、光学的には、隣り合うプリズム５ａのそれぞれの稜線５ｂの間隔すなわちプリズム５ａのピッチは、大きい方が望ましい。ただし、ピッチを大きくするとプリズム５ａの高さが高くなるため、ＬＥＤ３から入光面１ｃまでの距離を長くする必要がある。近年の液晶表示装置では狭額縁化が進んでおり、入光面１ｃと液晶表示装置の最外形までの距離が１０mm程度しかないため、ＬＥＤ３と入光面１ｃの距離を長くすることは困難である。このため、プリズム部材５のプリズム５ａのピッチは、１ｍｍ以下とすることが望ましい。これにより、プリズム部材５が薄いシート状となるため、ＬＥＤ３から入光面１ｃまでの距離を長くしなくてもプリズム部材５を配置することができ、液晶表示装置の狭額縁化に対応できる安価な面状光源装置が得られる。ただし、ＬＥＤ３から入光面１ｃまでの距離を長くすることが可能であれば、プリズム部材５はシート状である必要はなく、ＰＭＭＡ等の透明性樹脂よりなるブロックであってもよい。この場合には、プリズム５ａのピッチを大きくすることが可能である。
【００１４】
次に、プリズム部材５の各々のプリズム５ａの稜線５ｂと入光面１ｃの長手方向ｘとの交差角αについて、図３を用いて説明する。プリズム部材５は、入光面１ｃの長手方向ｘに光を屈折、分散させることが目的であり、プリズム５ａの稜線ｂと入光面１ｃの長手方向ｘとの交差角αを９０度とするのが最も効果的な配置である。しかし、ＬＥＤ３相互の間隔や、ＬＥＤ３から入光面１ｃまでの距離により、要求される拡散効果は異なる。このため、交差角αが９０度であるプリズム部材５を作成し、要求される拡散効果が得られるような距離関係等をその都度設計することも可能であるが、コスト高となることや汎用性を考慮すると適切ではない。すなわち、ＬＥＤ３相互の間隔やＬＥＤ３から入光面１ｃまでの距離に応じてプリズム５ａの稜線５ｂを傾けて交差角αを調整し、拡散効果を調整する方が簡易である。具体的には、ＬＥＤ３相互の間隔が大きくなるほど、ＬＥＤ３から出射した光を入光面１ｃの長手方向ｘに拡散させる必要が大きくなるため、交差角αは９０度に近づく。ただし、交差角αが０に近づく場合は、入光面１ｃ表面を荒らす等の手段により光を均一化できるため、交差角αが３０度以下の場合はプリズム部材５を配置しない方が安価な面状光源装置を作成できる。すなわち、プリズム部材５は、各々のプリズム５ａの稜線５ｂが、入光面１ｃの長手方向ｘに対して３０度より大きく９０度より小さい傾斜を有することが望ましい。
【００１５】
さらに、プリズム部材５が所望の性能を保有するためには、導光板１の入光面１ｃとプリズム部材５との間に空気層６ｂが設けられている必要がある。このため、プリズム部材５と入光面１ｃが密着しないような設計を行う。ただし、プリズム部材５が薄く、シート状であれば、たわみ等により密着する可能性がある。そこで、プリズム部材５は、プリズム部材５と入光面１ｃとの密着を防止する手段を有することが望ましい。具体的には、図４に示すように、プリズム部材５の入光面１ｃと対向する面である裏面５ｆにエンボス加工７を施したり、ビーズを散布するとよい。このような密着防止手段を講じることにより、副次的な効果として、ＬＥＤ３から出射された光をさらに拡散させ、色度・輝度ムラをよりいっそう抑制する効果が得られる。なお、エンボス加工７やビーズ散布はプリズム部材５と入光面１ｃとの密着防止が目的であるため、機構的に密着が防止できる設計を行うことができれば省略してもよい。
【００１６】
本実施の形態によれば、複数のＬＥＤ３が取り付けられたＬＥＤ基板２と導光板１の入光面１ｃとの間に配置されたプリズム部材５の作用により、ＬＥＤ３と入光面１ｃとの距離が短くとも、ＬＥＤ３からの光が効果的に屈折、分散されるため、色度・輝度ムラが発生せず、狭額縁化に対応できる安価なバックライトが得られる。また、光源としてＬＥＤ３を用いているため、水銀を含む冷陰極管を用いた従来のバックライトに比べて環境に配慮したバックライトが得られる。さらに、本実施の形態におけるバックライトの上部に液晶表示素子を備えることにより、安価で表示特性に優れた液晶表示装置が得られる。
【００１７】
実施の形態２．
前記実施の形態１では、複数のＬＥＤ３が入光面１ｃの長手方向ｘに沿って配置された１枚の細長いＬＥＤ基板２を備えたバックライトについて説明したが、本実施の形態では、ＬＥＤ基板２に代わって用いられるＬＥＤユニットについて説明する。図５は、本実施の形態におけるＬＥＤユニットを示す斜視図である。ＬＥＤユニット８とは、発光色の異なる複数のＬＥＤ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを全体で白色発光となるように組み合わせたもので、例えば、ＬＥＤ３ａ、３ｄはＲ（赤色）、ＬＥＤ３ｂはＧ（緑色）、ＬＥＤ３ｃはＢ（青色）の単色発光のＬＥＤである。このＬＥＤユニット８を所望のサイズになるように複数個配列したものを図１に示すＬＥＤ基板２の代わりとして用い、導光板１との間にプリズム部材５を配置することにより、前記実施の形態１と同様の効果が得られるバックライトを作成することができる。
【００１８】
本実施の形態によるＬＥＤユニット８は、液晶表示装置のサイズ、言い換えると近接する入光面のサイズに適合するように数を増減することが容易である。液晶表示装置は、そのインチ数が異なってもＬＥＤの色の配合比はほぼ同一であることから、ＬＥＤユニット８の数を増減することで様々なサイズの液晶表示装置に対応可能である。例えば、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝２：１：１の配合比とする場合、４インチではＲが２個、Ｇが１個、Ｂが１個用いられ、１５インチではＲが２０個、Ｇが１０個、Ｂが１０個用いられる。すなわち、４インチでは例えば図５に示すようなＬＥＤユニット８を１個、１５インチでは１０個配列して用いればよい。図１に示すようなＬＥＤ基板２を用いる場合、液晶表示装置のサイズが変更する毎に新たに設計・製造を行う必要がありコスト高であったが、本実施の形態によれば、ＬＥＤ基板２の設計・製造コストを低減することができる。
【００１９】
また、図６に示すように、ＬＥＤユニット８を構成する複数のＬＥＤ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを、前記実施の形態１と同様のシート状のプリズム部材５で包囲することにより、ＬＥＤユニット８からの光が拡散され、色度・輝度ムラが発生しないバックライトを得ることができる。プリズム部材５の詳細については、前記実施の形態１と同様のものであるため説明を省略する。プリズム部材５は、図６（ａ）に示すように、ＬＥＤユニット８の複数のＬＥＤ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを個々に包囲していることが望ましいが、図６（ｂ）に示すようにＬＥＤユニット８の複数のＬＥＤ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄをまとめて包囲するように取り付けることにより製造コストを低減することができる。このように、予めプリズム部材５が取り付けられた汎用性の高いＬＥＤユニット８を用いることにより、図１に示すようにＬＥＤ基板２とプリズム部材５が別部品であり、液晶表示装置のサイズに応じてそれぞれの設計を行う必要がある場合に比べて、大幅な製造コスト低減と工期短縮が図られる。
【００２０】
参考例１．
図７は、本発明の参考例１における面状光源装置であるバックライトを示す斜視図である。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。図７に示すように、本参考例におけるバックライトは、主に導光板１とＬＥＤ基板２より構成される。導光板１の形状及びＬＥＤ基板２については、前記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。本参考例では、導光板１の入光面１ｃに隣接する入光部分に光拡散物質９を混入することにより、ＬＥＤ３から出射された光を導光板１の発光面１ａに到達するまでに拡散、混色させ、色度・輝度ムラを抑制するものである。このため、光拡散物質９は、図８に示すように、導光板１のＬＥＤ３に近づくほど高い密度で混入されていることが望ましい。光拡散物質９としては、光の吸収率が低く、反射率の高い粉末状の物質、例えば酸化チタン等が用いられる。この光拡散物質９は、例えば、混色成形と呼ばれる射出成形法等により導光板１に混入することができる。
本参考例によれば、導光板１の入光面１ｃに隣接する入光部分に光拡散物質９を混入することにより、色度・輝度ムラを抑制することが可能であり、前記実施の形態１に比べて部品点数が少ないため、さらに狭額縁化が図られる。
【００２１】
なお、前記実施の形態１または実施の形態２と本参考例１は、それぞれ単独で実施してもよいが、組み合わせて同時に実施することによって、よりいっそうの光拡散効果が得られる。具体的には、実施の形態１または２において、その導光板１の入光部分に参考例１で述べたように、光拡散物質９を混入することができる。また、前記実施の形態１、２および参考例１では、液晶表示装置用のバックライトを例に挙げて説明したが、本発明は、導光板を用いて点状光源を面状光源に変換する面状光源装置に適用されるもので、バックライトに限定するものはなく、フロントライトでもよい。また、点状光源としてＲ、Ｇ、Ｂ３色のＬＥＤを用いた場合を例に挙げて説明したが、本発明は複数の点状光源からの光を短い距離で混ぜ合わせ色度・輝度ムラを抑制することが目的であるため、単一色のＬＥＤを配置した場合や３色以上のＬＥＤを用いた場合にも適用可能である。さらに、点状光源は、ＬＥＤに限定するものではなく、例えば光ファイバー等、面状光源装置の発光面積に対して十分に発光面積が小さい発光素子であれば本発明は適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、複数の点状光源と導光板の入光面との間に、点状光源から出射された光を入光面の長手方向の両側に屈折、分散させて入光面に入光させる機能を有するプリズム部材を配置し、このプリズム部材を複数の点状光源と入光面のそれぞれに空気層を介して対向させ、プリズム部材の各々のプリズムの稜線が、入光面に対して傾斜しているので、点状光源と入光面の距離が短くとも、点状光源から出射された光が効果的に拡散され、色度・輝度ムラが発生せず、表示装置の狭額縁化に対応できる安価な面状光源装置が得られる。
【００２３】
また、プリズム部材は、各々のプリズムの稜線が入光面の長手方向に対して３０°より大きく９０°より小さい傾斜を有し、その角度を点状光源相互の間隔や点状光源から入光面までの距離に応じて調整することにより、プリズム部材の光拡散効果を調整することができ、要求される光拡散効果を得ることが可能である。
【００２４】
また、プリズム部材の入光面と対向する面に、プリズム部材と入光面との密着防止手段としてエンボス加工またはビーズ散布を施したので、入光面とプリズム部材の間に空気層が確保され、プリズム部材が所望の性能を保有することができる。
【００２５】
また、点状光源は、複数の点状光源で点状光源ユニットを構成し、この点状光源ユニットが入光面に近接して複数個配置され、プリズム部材は、点状光源を包囲するように点状光源ユニットに取り付けられているので、点状光源ユニットを入光面のサイズに適合するように数を増減することにより、様々なサイズの製品に用いることができる。このように汎用性の高い点状光源ユニットを用いることにより、大画面の表示装置にも対応可能な面状光源装置を低コストで製造することができる。
【００２６】
また、発光色の異なる複数の点状光源を全体で白色発光となるように組み合わせ、点状光源ユニットを構成することにより、安価な単色の点状光源を用いて白色発光を得ることができ、安価な面状光源装置が得られる。
【００２７】
また、点状光源ユニットには、プリズム部材が複数の点状光源を包囲するように取り付けられているため、点状光源ユニットからの光が拡散され、色度・輝度ムラが発生しない面状光源装置を得ることができる。なお、複数の点状光源をプリズム部材にて個々に包囲することにより、色度・輝度ムラを確実に抑制することができるが、複数の点状光源をまとめて包囲することにより製造コストを低減することができる。
【００２８】
また、プリズム部材の各々のプリズムは、導光板の発光面に平行な断面形状が、点状光源側に頂点を有する略三角形であることから、点状光源から出射された光は、点状光源正面方向では弱められ、入光面の長手方向の両側に広げられるため、色度・輝度ムラが抑制される。
【００２９】
さらに、各々のプリズムの頂点の頂角を９０±２０度とすることにより、点状光源から出射された光を入光面の長手方向の両側に広げる効果が高いプリズム部材が得られる。
【００３０】
また、隣り合うプリズムの稜線の間隔を１ｍｍ以下とすることにより、プリズム部材が薄いシート状となるため、点状光源から入光面までの距離を長くしなくてもプリズム部材を配置することができ、表示装置の狭額縁化に対応できる安価な面状光源装置が得られる。
【００３１】
また、導光板の入光面に隣接する入光部分に光拡散物質を混入することにより、プリズム部材によって入光面の長手方向の両側に屈折、分散されて入光面に入光した光を、入光面近傍でさらに拡散することができるため、色度・輝度ムラを抑制する効果が高くなる。
【００３２】
また、点状光源として発光ダイオードを用いることにより、水銀を含む冷陰極管を用いた従来の面状光源装置に比べて環境に配慮した面状光源装置が得られる。
【００３３】
さらに、本発明における面状光源装置の上部に液晶表示素子を備えることにより、色度・輝度ムラが発生せず、安価で表示特性に優れた液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１であるバックライトを示す斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態１であるバックライトにおけるプリズム部材の作用を模式的に説明する上面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１であるバックライトにおけるプリズム部材の一部を示す斜視図である。
【図４】 本発明の実施の形態１であるバックライトの一部を示す上面図である。
【図５】 本発明の実施の形態２におけるＬＥＤユニットを示す斜視図である。
【図６】 本発明の実施の形態２におけるＬＥＤユニットを示す斜視図である。
【図７】 本発明の参考例１であるバックライトを示す斜視図である。
【図８】 本発明の参考例１であるバックライトの一部を示す上面図である。
【図９】 従来の冷陰極管を用いたバックライトを示す斜視図である。
【図１０】 従来のバックライトにおいてＬＥＤを用いた場合の問題点を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 導光板、１ａ 主面（発光面）、１ｂ 主面、１ｃ 側面（入光面）、
１ｄ、１ｅ、１ｆ 側面、２ ＬＥＤ基板、３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ ＬＥＤ、４ 反射シート、５ プリズム部材、５ａ プリズム、５ｂ 稜線、
５ｃ 頂点、５ｄ、５ｅ 傾斜面、５ｆ 裏面、５１、５２ 端面、
６ａ、６ｂ 空気層、７ エンボス加工、８ ＬＥＤユニット、９ 光拡散物質、１０ ランプ、１１ 色度・輝度ムラ、１２ａ、１２ｂ 光線。
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード等の点状光源を用いた面状光源装置及びこれを備えた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
平面型の表示装置としては、液晶の複屈折性を利用したもの、エレクトロルミネッセンスやプラズマ発光を用いたもの、画素数に対応する微細な電子銃または光学的反射鏡をアレイ状に配置したもの等が提案、商品化されている。その中で、現在のところ、液晶を用いたものが広く実用化されている。
一般的な液晶表示装置は、対向する二枚の基板間に液晶が挟持された液晶パネルと、この液晶パネルを駆動する回路部と、液晶パネルの表示面内に均一な光を照射する照明装置及びこれら液晶パネル、回路部、照明装置を所望の位置関係に保つための構造部材から構成されている。また、表示装置の目的によっては照明装置を備えず、外部から入射した光を利用する反射型のものもある。
【０００３】
液晶表示装置の照明装置としては、液晶パネルの表示面側から光を照射するフロントライトと、背面側から光を照射するバックライトと呼ばれる二方式が用いられているが、１０型を超えるような大型の液晶表示装置ではバックライトが用いられ、その光源として従来は冷陰極管が使われていた。図９は、従来の冷陰極管を用いたバックライトを示す図である。透明性材料よりなる導光板１は、相対向する一対の主面１ａ、１ｂを有し、その一方の主面１ａを発光面とし（以下、主面１ａを発光面１ａと記す）、その他方の主面１ｂには光反射手段である反射シート４が配設される。この導光板１の少なくとも一つの側面、図９では側面１ｃは、細長い入光面を形成している（以下、側面１ｃを入光面１ｃと記す）。この入光面１ｃに近接して、少なくとも１本のランプ（冷陰極管）１０が配設されていた。なお、図示していないが、発光面である主面１ａ上には光を効率的に利用するための光学シートが複数枚配置され、ランプ１０の周囲には光を入光面１ｃ側へ集光するための反射部材が配設される。導光板１の材料としては、主に光の透過率が高いＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ガラス等が用いられる。ランプ１０から出射された光は、入光面１ｃから導光板１に入射し、導光板１内を伝播しながら導光板１に形成された導光板印刷等の影響で発光面１ａより均一に放出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の大型バックライトに用いられていた冷陰極管には水銀が使用されており、近年の環境問題に対して対応が難しくなってきている。また、水銀の消耗により輝度が劣化するという問題点もあった。
一方、近年、携帯電話等の小型の液晶表示装置用として、冷陰極管に代わってＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）を用いたバックライトまたはフロントライトが開発されている。ただし、ＬＥＤを数個しか使わない小型の液晶表示装置用としては主に高価な白色ＬＥＤが用いられるが、多くのＬＥＤを必要とする大型の液晶表示装置用としては高価な白色ＬＥＤを用いることは難しく、現在のところ冷陰極管を使わざるを得ない。大型の液晶表示装置用として安価にＬＥＤを使用するためには、白色ＬＥＤではなく、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）等の単色のＬＥＤを組み合わせて白色発光となるように製作する必要がある。
【０００５】
図１０は、従来の大型バックライトにおいて、ランプ１０に代わってＬＥＤを用いた場合の問題点を示す図である。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。図１０に示すように、導光板１の入光面１ｃに近接して複数のＬＥＤ３を有するＬＥＤ基板２を取り付けた場合、ＬＥＤ３は点状光源であるため、ＬＥＤ３に近い部分ほど入光面１ｃへの入射光量が多くなり、発光面１ａ上においてもＬＥＤ３近傍のみが明るくなる。そのため、複数色のＬＥＤ３を使用した場合、ＬＥＤ３近傍の発光面１ａ上にＬＥＤ３の各色に相当する色度ムラが発生する。また、白色のＬＥＤ３を用いた場合であっても同様に各ＬＥＤ３近傍が明るくなり、輝度ムラが発生する（図中、１１はこれらの色度・輝度ムラを示す）。このような色度・輝度ムラ１１は、液晶表示装置に使用されるバックライトとしては致命的な欠点となる。
これらの色度・輝度ムラ１１を解消する最も簡単な手段としては、ＬＥＤ基板２と導光板１の入光面１ｃの距離を長くすることが有効であるが、近年の液晶表示装置では狭額縁化が進んでおり、入光面１ｃと液晶表示装置の最外形までの距離が１０mm程度しかないため、ＬＥＤ基板２と入光面１ｃの距離を長くすることは困難である。さらに、ＬＥＤ基板２を液晶表示装置のサイズ、品種毎に設計・製造することはコスト高であり、安価な液晶表示装置を得ることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、色度・輝度ムラが発生せず、液晶表示装置の狭額縁化に対応でき、且つ環境に配慮した安価な面状光源装置を得ると共に、この面状光源装置を備えることにより表示特性に優れた安価な液晶表示装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる面状光源装置は、相対向する一対の主面とそれらの端縁に形成された複数の側面を有しその一方の主面を発光面としその他方の主面に光反射手段を有する矩形の薄い導光板、この導光板の少なくとも一つの側面が形成する細長い入光面に近接しこの入光面の長手方向に沿って配置された複数の点状光源、及び複数の点状光源と入光面との間に配置されたプリズム部材を備え、プリズム部材は、点状光源から出射された光を入光面の長手方向の両側に屈折、分散させて入光面に入光させる機能を有する微細な複数のプリズムを複数の点状光源の配列方向に連ねて構成され、複数の点状光源と入光面のそれぞれに空気層を介して対向し、プリズム部材の各々のプリズムの稜線が、入光面に対して傾斜しているものである。
また、プリズム部材は、各々のプリズムの稜線が入光面の長手方向に対して３０度より大きく９０度より小さい傾斜を有するものである。
また、相対向する一対の主面とそれらの端縁に形成された複数の側面を有しその一方の主面を発光面としその他方の主面に光反射手段を有する矩形の薄い導光板、この導光板の少なくとも一つの側面が形成する細長い入光面に近接しこの入光面の長手方向に沿って配置された複数の点状光源、及び複数の点状光源と入光面との間に配置されたプリズム部材を備え、プリズム部材は、点状光源から出射された光を入光面の長手方向の両側に屈折、分散させて入光面に入光させる機能を有する微細な複数のプリズムを複数の点状光源の配列方向に連ねて構成され、複数の点状光源と入光面のそれぞれに空気層を介して対向し、プリズム部材の入光面と対向する面に、プリズム部材と入光面との密着防止手段としてエンボス加工またはビーズ散布を施したものである。
また、プリズム部材の各々のプリズムは、導光板の発光面に平行な断面形状が、点状光源側に頂点を有する略三角形である。
また、プリズム部材の各々のプリズムは、その頂点の頂角が９０±２０度である。
さらに、プリズム部材は、隣り合う複数のプリズムの各々の稜線の間隔が１ｍｍ以下である。
【０００８】
また、相対向する一対の主面とそれらの端縁に形成された複数の側面を有しその一方の主面を発光面としその他方の主面に光反射手段を有する矩形の薄い導光板、この導光板の少なくとも一つの側面が形成する細長い入光面に近接しこの入光面の長手方向に沿って配置された複数の点状光源、及び複数の点状光源と入光面との間に配置されたプリズム部材を備え、点状光源は、複数の点状光源で点状光源ユニットを構成し、この点状光源ユニットが入光面に近接して複数個配置され、また、プリズム部材は、点状光源から出射された光を入光面の長手方向の両側に屈折、分散させて入光面に入光させる機能を有する微細な複数のプリズムを連ねて構成され、複数の点状光源と入光面のそれぞれに空気層を介して対向し、点状光源を包囲するように点状光源ユニットに取り付けられているものである。
また、点状光源ユニットは、発光色の異なる複数の点状光源を全体で白色発光となるように組み合わせてなるものである。
また、プリズム部材は、点状光源ユニットの複数の点状光源を個々に包囲するように取り付けられているものである。
また、プリズム部材は、点状光源ユニットの複数の点状光源をまとめて包囲するように取り付けられているものである。
さらに、導光板は、入光面に隣接する入光部分に光拡散物質が混入されているものである。
【０００９】
また、点状光源として、発光ダイオードを用いたものである。
さらに、本発明に係わる液晶表示装置は、前記いずれかの面状光源装置の上部に、液晶表示素子を備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における面状光源装置であるバックライトを示す斜視図である。図１に示すように、本実施の形態におけるバックライトは主に、導光板１、ＬＥＤ基板２及びプリズム部材５より構成される。導光板１は、相対向する一対の主面１ａ、１ｂとそれらの端縁に形成された複数の側面１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆを有する矩形の薄い板である。導光板１は、その一方の主面１ａを発光面とし（以下、主面１ａを発光面１ａと記す）、その他方の主面１ｂに光反射手段である反射シート４を有する。また、図示していないが、発光面１ａ上には、光を効率的に利用するための光学シートが複数枚配置される。導光板１の材料としては、主に光の透過率が高いＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ガラス等が用いられる。この導光板１の少なくとも一つの側面、図１では側面１ｃは、細長い入光面を形成している（以下、側面１ｃを入光面１ｃと記す）。この入光面１ｃに近接して、複数の点状光源であるＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode、図示せず）が取り付けられたＬＥＤ基板２が配置される。すなわち、複数のＬＥＤは、入光面１ｃの長手方向に沿って配置される。なお、ＬＥＤは、安価なＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）等の単色のＬＥＤを組み合わせて、全体として白色発光となるように配置されている。さらに、ＬＥＤ基板２と入光面１ｃの間には、透明性樹脂よりなるプリズム部材５が配置される。プリズム部材５は、ＬＥＤ基板２と入光面１ｃのそれぞれに空気層６ａ、６ｂを介して対向している。
【００１１】
プリズム部材５の構造及び光学的機能について図２及び図３を用いて説明する。プリズム部材５は、導光板１の入光面１ｃに沿って配置されたシート状の光学部材である。このプリズム部材５は、ＬＥＤ３から出射された光を入光面１ｃの長手方向ｘ（図中矢印で示す）の両側に屈折、分散させて入光面１ｃに入光させる機能を有する微細な複数のプリズム５ａより構成され、これら複数のプリズム５ａをＬＥＤ基板２に取り付けられた複数のＬＥＤ３の配列方向に連ねたものである。また、プリズム部材５は、発光面１ａと平行な一対の端面５１、５２を有し、各々のプリズム５ａは、発光面１ａに平行な断面形状が、ＬＥＤ基板２側に頂点を有する略三角形である。すなわち、プリズム５ａは、ＬＥＤ基板２側に稜線５ｂが向くように配置されている。この稜線５ｂは、図３に示すように、プリズム５の頂点５ｃが連続したもので、入光面１ｃの長手方向ｘに対して交差角αをなすように傾いて配置される。この交差角αの設定については後に詳細に説明する。
【００１２】
また、図３に示すように、各々のプリズム５ａの稜線５ｂを形成する頂点５ｃは、頂角βを有する。言い換えると、各々のプリズム５ａは、一対の傾斜面５ｄ、５ｅによって頂角βを構成している。本実施の形態では、この頂角βを９０±２０度とする。ＬＥＤ３を理想的な点状光源と想定した場合、９０度の頂角を持つプリズム５ａに光が入射すると、光は屈折、反射を行い、図２に示すような軌跡をたどる。すなわち、ＬＥＤ３正面より出射された光線１２ａは、プリズム５ａにより方向を１８０度変換され、ＬＥＤ３正面には透過しない。一方、ＬＥＤ３よりプリズム５ａに角度をもって出射された光線１２ｂは、プリズム５ａによりさらに大きく方向を曲げられる。これらの結果、ＬＥＤ３から出射された光は、入光面１ｃの長手方向ｘに大きく広げられ、ＬＥＤ３正面では弱くなる。しかしながら、ＬＥＤ３正面に光が全く入射しなければ、ＬＥＤ３正面が暗くなり、色度・輝度ムラが発生することになる。このため、プリズム５ａの頂角βは、各部材の光学的配置にもよるが、９０±２０度程度が望ましい。この結果、入光面１ｃに達する光のうち、ＬＥＤ３正面近傍の光が弱められることになり、色度・輝度ムラの発生を抑制することができる。
【００１３】
また、プリズム部材５の頂点５ｃ等の特異点では、光が所望する方向に屈折せず異常光となるため、頂点は少ない方が望ましい。従って、光学的には、隣り合うプリズム５ａのそれぞれの稜線５ｂの間隔すなわちプリズム５ａのピッチは、大きい方が望ましい。ただし、ピッチを大きくするとプリズム５ａの高さが高くなるため、ＬＥＤ３から入光面１ｃまでの距離を長くする必要がある。近年の液晶表示装置では狭額縁化が進んでおり、入光面１ｃと液晶表示装置の最外形までの距離が１０mm程度しかないため、ＬＥＤ３と入光面１ｃの距離を長くすることは困難である。このため、プリズム部材５のプリズム５ａのピッチは、１ｍｍ以下とすることが望ましい。これにより、プリズム部材５が薄いシート状となるため、ＬＥＤ３から入光面１ｃまでの距離を長くしなくてもプリズム部材５を配置することができ、液晶表示装置の狭額縁化に対応できる安価な面状光源装置が得られる。ただし、ＬＥＤ３から入光面１ｃまでの距離を長くすることが可能であれば、プリズム部材５はシート状である必要はなく、ＰＭＭＡ等の透明性樹脂よりなるブロックであってもよい。この場合には、プリズム５ａのピッチを大きくすることが可能である。
【００１４】
次に、プリズム部材５の各々のプリズム５ａの稜線５ｂと入光面１ｃの長手方向ｘとの交差角αについて、図３を用いて説明する。プリズム部材５は、入光面１ｃの長手方向ｘに光を屈折、分散させることが目的であり、プリズム５ａの稜線ｂと入光面１ｃの長手方向ｘとの交差角αを９０度とするのが最も効果的な配置である。しかし、ＬＥＤ３相互の間隔や、ＬＥＤ３から入光面１ｃまでの距離により、要求される拡散効果は異なる。このため、交差角αが９０度であるプリズム部材５を作成し、要求される拡散効果が得られるような距離関係等をその都度設計することも可能であるが、コスト高となることや汎用性を考慮すると適切ではない。すなわち、ＬＥＤ３相互の間隔やＬＥＤ３から入光面１ｃまでの距離に応じてプリズム５ａの稜線５ｂを傾けて交差角αを調整し、拡散効果を調整する方が簡易である。具体的には、ＬＥＤ３相互の間隔が大きくなるほど、ＬＥＤ３から出射した光を入光面１ｃの長手方向ｘに拡散させる必要が大きくなるため、交差角αは９０度に近づく。ただし、交差角αが０に近づく場合は、入光面１ｃ表面を荒らす等の手段により光を均一化できるため、交差角αが３０度以下の場合はプリズム部材５を配置しない方が安価な面状光源装置を作成できる。すなわち、プリズム部材５は、各々のプリズム５ａの稜線５ｂが、入光面１ｃの長手方向ｘに対して３０度より大きく９０度より小さい傾斜を有することが望ましい。
【００１５】
さらに、プリズム部材５が所望の性能を保有するためには、導光板１の入光面１ｃとプリズム部材５との間に空気層６ｂが設けられている必要がある。このため、プリズム部材５と入光面１ｃが密着しないような設計を行う。ただし、プリズム部材５が薄く、シート状であれば、たわみ等により密着する可能性がある。そこで、プリズム部材５は、プリズム部材５と入光面１ｃとの密着を防止する手段を有することが望ましい。具体的には、図４に示すように、プリズム部材５の入光面１ｃと対向する面である裏面５ｆにエンボス加工７を施したり、ビーズを散布するとよい。このような密着防止手段を講じることにより、副次的な効果として、ＬＥＤ３から出射された光をさらに拡散させ、色度・輝度ムラをよりいっそう抑制する効果が得られる。なお、エンボス加工７やビーズ散布はプリズム部材５と入光面１ｃとの密着防止が目的であるため、機構的に密着が防止できる設計を行うことができれば省略してもよい。
【００１６】
本実施の形態によれば、複数のＬＥＤ３が取り付けられたＬＥＤ基板２と導光板１の入光面１ｃとの間に配置されたプリズム部材５の作用により、ＬＥＤ３と入光面１ｃとの距離が短くとも、ＬＥＤ３からの光が効果的に屈折、分散されるため、色度・輝度ムラが発生せず、狭額縁化に対応できる安価なバックライトが得られる。また、光源としてＬＥＤ３を用いているため、水銀を含む冷陰極管を用いた従来のバックライトに比べて環境に配慮したバックライトが得られる。さらに、本実施の形態におけるバックライトの上部に液晶表示素子を備えることにより、安価で表示特性に優れた液晶表示装置が得られる。
【００１７】
実施の形態２．
前記実施の形態１では、複数のＬＥＤ３が入光面１ｃの長手方向ｘに沿って配置された１枚の細長いＬＥＤ基板２を備えたバックライトについて説明したが、本実施の形態では、ＬＥＤ基板２に代わって用いられるＬＥＤユニットについて説明する。図５は、本実施の形態におけるＬＥＤユニットを示す斜視図である。ＬＥＤユニット８とは、発光色の異なる複数のＬＥＤ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを全体で白色発光となるように組み合わせたもので、例えば、ＬＥＤ３ａ、３ｄはＲ（赤色）、ＬＥＤ３ｂはＧ（緑色）、ＬＥＤ３ｃはＢ（青色）の単色発光のＬＥＤである。このＬＥＤユニット８を所望のサイズになるように複数個配列したものを図１に示すＬＥＤ基板２の代わりとして用い、導光板１との間にプリズム部材５を配置することにより、前記実施の形態１と同様の効果が得られるバックライトを作成することができる。
【００１８】
本実施の形態によるＬＥＤユニット８は、液晶表示装置のサイズ、言い換えると近接する入光面のサイズに適合するように数を増減することが容易である。液晶表示装置は、そのインチ数が異なってもＬＥＤの色の配合比はほぼ同一であることから、ＬＥＤユニット８の数を増減することで様々なサイズの液晶表示装置に対応可能である。例えば、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝２：１：１の配合比とする場合、４インチではＲが２個、Ｇが１個、Ｂが１個用いられ、１５インチではＲが２０個、Ｇが１０個、Ｂが１０個用いられる。すなわち、４インチでは例えば図５に示すようなＬＥＤユニット８を１個、１５インチでは１０個配列して用いればよい。図１に示すようなＬＥＤ基板２を用いる場合、液晶表示装置のサイズが変更する毎に新たに設計・製造を行う必要がありコスト高であったが、本実施の形態によれば、ＬＥＤ基板２の設計・製造コストを低減することができる。
【００１９】
また、図６に示すように、ＬＥＤユニット８を構成する複数のＬＥＤ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを、前記実施の形態１と同様のシート状のプリズム部材５で包囲することにより、ＬＥＤユニット８からの光が拡散され、色度・輝度ムラが発生しないバックライトを得ることができる。プリズム部材５の詳細については、前記実施の形態１と同様のものであるため説明を省略する。プリズム部材５は、図６（ａ）に示すように、ＬＥＤユニット８の複数のＬＥＤ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを個々に包囲していることが望ましいが、図６（ｂ）に示すようにＬＥＤユニット８の複数のＬＥＤ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄをまとめて包囲するように取り付けることにより製造コストを低減することができる。このように、予めプリズム部材５が取り付けられた汎用性の高いＬＥＤユニット８を用いることにより、図１に示すようにＬＥＤ基板２とプリズム部材５が別部品であり、液晶表示装置のサイズに応じてそれぞれの設計を行う必要がある場合に比べて、大幅な製造コスト低減と工期短縮が図られる。
【００２０】
参考例１．
図７は、本発明の参考例１における面状光源装置であるバックライトを示す斜視図である。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。図７に示すように、本参考例におけるバックライトは、主に導光板１とＬＥＤ基板２より構成される。導光板１の形状及びＬＥＤ基板２については、前記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。本参考例では、導光板１の入光面１ｃに隣接する入光部分に光拡散物質９を混入することにより、ＬＥＤ３から出射された光を導光板１の発光面１ａに到達するまでに拡散、混色させ、色度・輝度ムラを抑制するものである。このため、光拡散物質９は、図８に示すように、導光板１のＬＥＤ３に近づくほど高い密度で混入されていることが望ましい。光拡散物質９としては、光の吸収率が低く、反射率の高い粉末状の物質、例えば酸化チタン等が用いられる。この光拡散物質９は、例えば、混色成形と呼ばれる射出成形法等により導光板１に混入することができる。
本参考例によれば、導光板１の入光面１ｃに隣接する入光部分に光拡散物質９を混入することにより、色度・輝度ムラを抑制することが可能であり、前記実施の形態１に比べて部品点数が少ないため、さらに狭額縁化が図られる。
【００２１】
なお、前記実施の形態１または実施の形態２と本参考例１は、それぞれ単独で実施してもよいが、組み合わせて同時に実施することによって、よりいっそうの光拡散効果が得られる。具体的には、実施の形態１または２において、その導光板１の入光部分に参考例１で述べたように、光拡散物質９を混入することができる。また、前記実施の形態１、２および参考例１では、液晶表示装置用のバックライトを例に挙げて説明したが、本発明は、導光板を用いて点状光源を面状光源に変換する面状光源装置に適用されるもので、バックライトに限定するものはなく、フロントライトでもよい。また、点状光源としてＲ、Ｇ、Ｂ３色のＬＥＤを用いた場合を例に挙げて説明したが、本発明は複数の点状光源からの光を短い距離で混ぜ合わせ色度・輝度ムラを抑制することが目的であるため、単一色のＬＥＤを配置した場合や３色以上のＬＥＤを用いた場合にも適用可能である。さらに、点状光源は、ＬＥＤに限定するものではなく、例えば光ファイバー等、面状光源装置の発光面積に対して十分に発光面積が小さい発光素子であれば本発明は適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、複数の点状光源と導光板の入光面との間に、点状光源から出射された光を入光面の長手方向の両側に屈折、分散させて入光面に入光させる機能を有するプリズム部材を配置し、このプリズム部材を複数の点状光源と入光面のそれぞれに空気層を介して対向させ、プリズム部材の各々のプリズムの稜線が、入光面に対して傾斜しているので、点状光源と入光面の距離が短くとも、点状光源から出射された光が効果的に拡散され、色度・輝度ムラが発生せず、表示装置の狭額縁化に対応できる安価な面状光源装置が得られる。
【００２３】
また、プリズム部材は、各々のプリズムの稜線が入光面の長手方向に対して３０°より大きく９０°より小さい傾斜を有し、その角度を点状光源相互の間隔や点状光源から入光面までの距離に応じて調整することにより、プリズム部材の光拡散効果を調整することができ、要求される光拡散効果を得ることが可能である。
【００２４】
また、プリズム部材の入光面と対向する面に、プリズム部材と入光面との密着防止手段としてエンボス加工またはビーズ散布を施したので、入光面とプリズム部材の間に空気層が確保され、プリズム部材が所望の性能を保有することができる。
【００２５】
また、点状光源は、複数の点状光源で点状光源ユニットを構成し、この点状光源ユニットが入光面に近接して複数個配置され、プリズム部材は、点状光源を包囲するように点状光源ユニットに取り付けられているので、点状光源ユニットを入光面のサイズに適合するように数を増減することにより、様々なサイズの製品に用いることができる。このように汎用性の高い点状光源ユニットを用いることにより、大画面の表示装置にも対応可能な面状光源装置を低コストで製造することができる。
【００２６】
また、発光色の異なる複数の点状光源を全体で白色発光となるように組み合わせ、点状光源ユニットを構成することにより、安価な単色の点状光源を用いて白色発光を得ることができ、安価な面状光源装置が得られる。
【００２７】
また、点状光源ユニットには、プリズム部材が複数の点状光源を包囲するように取り付けられているため、点状光源ユニットからの光が拡散され、色度・輝度ムラが発生しない面状光源装置を得ることができる。なお、複数の点状光源をプリズム部材にて個々に包囲することにより、色度・輝度ムラを確実に抑制することができるが、複数の点状光源をまとめて包囲することにより製造コストを低減することができる。
【００２８】
また、プリズム部材の各々のプリズムは、導光板の発光面に平行な断面形状が、点状光源側に頂点を有する略三角形であることから、点状光源から出射された光は、点状光源正面方向では弱められ、入光面の長手方向の両側に広げられるため、色度・輝度ムラが抑制される。
【００２９】
さらに、各々のプリズムの頂点の頂角を９０±２０度とすることにより、点状光源から出射された光を入光面の長手方向の両側に広げる効果が高いプリズム部材が得られる。
【００３０】
また、隣り合うプリズムの稜線の間隔を１ｍｍ以下とすることにより、プリズム部材が薄いシート状となるため、点状光源から入光面までの距離を長くしなくてもプリズム部材を配置することができ、表示装置の狭額縁化に対応できる安価な面状光源装置が得られる。
【００３１】
また、導光板の入光面に隣接する入光部分に光拡散物質を混入することにより、プリズム部材によって入光面の長手方向の両側に屈折、分散されて入光面に入光した光を、入光面近傍でさらに拡散することができるため、色度・輝度ムラを抑制する効果が高くなる。
【００３２】
また、点状光源として発光ダイオードを用いることにより、水銀を含む冷陰極管を用いた従来の面状光源装置に比べて環境に配慮した面状光源装置が得られる。
【００３３】
さらに、本発明における面状光源装置の上部に液晶表示素子を備えることにより、色度・輝度ムラが発生せず、安価で表示特性に優れた液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１であるバックライトを示す斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態１であるバックライトにおけるプリズム部材の作用を模式的に説明する上面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１であるバックライトにおけるプリズム部材の一部を示す斜視図である。
【図４】 本発明の実施の形態１であるバックライトの一部を示す上面図である。
【図５】 本発明の実施の形態２におけるＬＥＤユニットを示す斜視図である。
【図６】 本発明の実施の形態２におけるＬＥＤユニットを示す斜視図である。
【図７】 本発明の参考例１であるバックライトを示す斜視図である。
【図８】 本発明の参考例１であるバックライトの一部を示す上面図である。
【図９】 従来の冷陰極管を用いたバックライトを示す斜視図である。
【図１０】 従来のバックライトにおいてＬＥＤを用いた場合の問題点を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 導光板、１ａ 主面（発光面）、１ｂ 主面、１ｃ 側面（入光面）、
１ｄ、１ｅ、１ｆ 側面、２ ＬＥＤ基板、３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ ＬＥＤ、４ 反射シート、５ プリズム部材、５ａ プリズム、５ｂ 稜線、
５ｃ 頂点、５ｄ、５ｅ 傾斜面、５ｆ 裏面、５１、５２ 端面、
６ａ、６ｂ 空気層、７ エンボス加工、８ ＬＥＤユニット、９ 光拡散物質、１０ ランプ、１１ 色度・輝度ムラ、１２ａ、１２ｂ 光線。
Claims (13)
- 相対向する一対の主面とそれらの端縁に形成された複数の側面を有しその一方の主面を発光面としその他方の主面に光反射手段を有する矩形の薄い導光板、この導光板の少なくとも一つの側面が形成する細長い入光面に近接しこの入光面の長手方向に沿って配置された複数の点状光源、及び前記複数の点状光源と前記入光面との間に配置されたプリズム部材を備え、
前記プリズム部材は、前記点状光源から出射された光を前記入光面の長手方向の両側に屈折、分散させて前記入光面に入光させる機能を有する微細な複数のプリズムを前記複数の点状光源の配列方向に連ねて構成され、前記複数の点状光源と前記入光面のそれぞれに空気層を介して対向し、前記プリズム部材の各々の前記プリズムの稜線が、前記入光面に対して傾斜していることを特徴とする面状光源装置。 - 前記プリズム部材は、各々の前記プリズムの稜線が前記入光面の長手方向に対して３０度より大きく９０度より小さい傾斜を有することを特徴とする請求項1記載の面状光源装置。
- 相対向する一対の主面とそれらの端縁に形成された複数の側面を有しその一方の主面を発光面としその他方の主面に光反射手段を有する矩形の薄い導光板、この導光板の少なくとも一つの側面が形成する細長い入光面に近接しこの入光面の長手方向に沿って配置された複数の点状光源、及び前記複数の点状光源と前記入光面との間に配置されたプリズム部材を備え、
前記プリズム部材は、前記点状光源から出射された光を前記入光面の長手方向の両側に屈折、分散させて前記入光面に入光させる機能を有する微細な複数のプリズムを前記複数の点状光源の配列方向に連ねて構成され、前記複数の点状光源と前記入光面のそれぞれに空気層を介して対向し、前記プリズム部材の前記入光面と対向する面に、前記プリズム部材と前記入光面との密着防止手段としてエンボス加工またはビーズ散布を施したことを特徴とする面状光源装置。 - 相対向する一対の主面とそれらの端縁に形成された複数の側面を有しその一方の主面を発光面としその他方の主面に光反射手段を有する矩形の薄い導光板、この導光板の少なくとも一つの側面が形成する細長い入光面に近接しこの入光面の長手方向に沿って配置された複数の点状光源、及び前記複数の点状光源と前記入光面との間に配置されたプリズム部材を備え、
前記点状光源は、複数の前記点状光源で点状光源ユニットを構成し、この点状光源ユニットが前記入光面に近接して複数個配置され、また、前記プリズム部材は、前記点状光源から出射された光を前記入光面の長手方向の両側に屈折、分散させて前記入光面に入光させる機能を有する微細な複数のプリズムを連ねて構成され、前記複数の点状光源と前記入光面のそれぞれに空気層を介して対向し、前記点状光源を包囲するように前記点状光源ユニットに取り付けられていることを特徴とする面状光源装置。 - 前記点状光源ユニットは、発光色の異なる複数の点状光源を全体で白色発光となるように組み合わせてなることを特徴とする請求項４記載の面状光源装置。
- 前記プリズム部材は、前記点状光源ユニットの前記複数の点状光源を個々に包囲するように取り付けられていることを特徴とする請求項４記載の面状光源装置。
- 前記プリズム部材は、前記点状光源ユニットの前記複数の点状光源をまとめて包囲するように取り付けられていることを特徴とする請求項４記載の面状光源装置。
- 前記プリズム部材の各々の前記プリズムは、前記導光板の前記発光面に平行な断面形状が、前記点状光源側に頂点を有する略三角形であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の面状光源装置。
- 前記プリズム部材の各々の前記プリズムは、その頂点の頂角が９０±２０度であることを特徴とする請求項８記載の面状光源装置。
- 前記プリズム部材は、隣り合う前記複数のプリズムの各々の稜線の間隔が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８記載の面状光源装置。
- 前記導光板は、前記入光面に隣接する入光部分に光拡散物質が混入されていることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の面状光源装置。
- 前記点状光源として、発光ダイオードを用いたことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の面状光源装置。
- 前記請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の面状光源装置の上部に、液晶表示素子を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
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