JP4314157B2 - 面状光源装置およびこれを用いた表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、面状光源装置およびこれを用いた表示装置に関するものである。

液晶表示装置の背面に設置される面状光源装置には、主にエッジライト型と直下型の二種類がある。エッジライト型面状光源装置は、光源を導光板の片側または両側端面に配置し、光源からの光を導光板の端面から入光させ面状発光させる方式で、面状光源装置の厚みを薄くできる反面、導光板として表示エリアと同等以上の大きさの樹脂板が必要となるため重量が大きくなるという特徴がある。一方、直下型面状光源装置は、液晶パネルと相対する発光面の直下に複数の線状光源（蛍光管）を配置したもので、導光板を必要としないため重量は小さいが、光源から発光面までの距離が小さいと輝度ムラ（一般的に線状光源の真上が明るく線状光源間が暗くなる）が視認され易く、光源から発光面までの距離を大きくとる必要がある。また、発光面と相対する反射面側に配置された金属筐体と光源の距離が小さいと、金属筐体と光源との間でリーク電流が発生し、線状光源が正常に点灯しない状態となるため、金属筐体と光源の距離も大きくとる必要があり、（一般的に３mm以上）面状光源装置の厚さが厚くなるという特徴がある。

近年、液晶表示装置はパーソナルコンピュータのみならず、テレビ用としても広く採用されており、急速に大型化が進んでいる。一般に、大型の液晶表示装置に用いられる面状光源装置としては、高輝度で軽量な後者の直下型面状光源装置が主流となっている。このため、直下型面状光源装置の長所である輝度や重量はそのままで、厚さや輝度ムラ等の欠点を早急に解決することが望まれている。直下型面状光源装置の輝度ムラを解消する手段として、例えば特許文献１では、主光源（蛍光管）の直下に補助光源（点状光源）を設けた照明装置が提示されている。また、特許文献２では、棒体とＬＥＤとから構成された棒状発光体を併設した面状光源装置が提示されている。

特開２０００−３１０７７６号公報（第３−４頁、第１図） 特開２００４―３９４８２号公報

特許文献１に提示された照明装置によれば、主光源（蛍光管）から発光面までの距離を小さくすることは可能であるが、主光源と反射面側の金属筐体との距離は小さくすることができない。また、主光源のほかに導光板を具備した補助光源を用いた構造となっているため、構造が複雑化し、さらには導光板の厚み分が厚くなるという欠点がある。さらに、主光源として用いられている蛍光管には環境負荷物質である水銀が微量ではあるが含有されており、蛍光管に代わる光源を用いた面状光源装置の開発が求められている。

また、特許文献２に提示された面状光源装置によれば、各ＬＥＤの照度を個別に調整可能としているため、ＬＥＤのばらつきに対するムラの調整が可能であるが、ＬＥＤ近傍の輝度が高くＬＥＤから離れるにつれ輝度が低くなるという棒体の長手方向の輝度ムラが改善できない。特にＬＥＤを棒体に密着させているため、ＬＥＤからの光のうち棒体中を全反射により伝播する光が減少し、ＬＥＤ近傍で出射する光が増加してしまうといった問題点があった。

本発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、従来の線状光源（蛍光管）を用いずに、薄型、軽量で輝度ムラのない面状光源装置およびこれを用いた表示装置を得ることを目的とする。

本発明に係わる面状光源装置は、上面に発光面となる開口部を有する筐体と、筐体内に互いに間隔をおいて配置された複数の円柱形状からなる導光棒およびこの導光棒の二つの端面の少なくとも一方に対向して配置されこの端面に向けて光を出射する点状光源から構成される光源ユニットと、筐体内の光源ユニットより下方に配置され光源ユニットから出射された光を開口部側へ反射する反射板とを備え、光源ユニットを構成する導光棒の円柱面の少なくとも発光面と対向する出射面に、点状光源からの導光棒の長手方向の距離に応じて光出射率を変化させる光出射手段を設けたものである。

また、本発明に係わる表示装置は、本発明による面状光源装置の発光面上部に、面状光源から出射された光を変調して情報を表示する表示手段を配置したものである。

本発明によれば、従来の線状光源（蛍光管）に代わって導光棒と点状光源から構成される光源ユニットを用いたので、環境負荷物質である水銀を含有していない。また導光棒と金属筐体との間にはリーク電流が発生しないため、導光棒と筐体との距離を小さくすることが可能である。さらに、導光棒は従来のエッジライト型面状光源装置に用いられていた導光板に比べて体積が小さく軽量である。また、複数の円柱形状からなる導光棒を筐体内に互いに間隔をおいて配置し、導光棒の円柱面に点状光源からの導光棒の長手方向の距離に応じて光出射率を変化させる光出射手段を設けることで、離散的に配置される点状光源からの光を広げて出射しているため輝度ムラや点状光源のばらつきにともなう色ムラが軽減され、さらには発光色の異なる複数の点状光源を用いた場合においても色ムラを軽減できる。これらのことから、環境負荷物質を含有しない、薄型、軽量で表示品質の高い面状光源装置および液晶表示装置を得ることができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態である実施の形態１〜実施の形態４について図面を参照して説明する。その前に、各実施の形態における面状光源装置を用いた液晶表示装置の構造について簡単に説明する。液晶表示装置は、面状光源装置の発光面上部に、液晶の複屈折性を利用して画像の表示を行う透過型液晶パネルを配置したものである。液晶パネルは、ＴＦＴアレイ基板とカラーフィルタ基板とを備えており、これら２枚の基板間に液晶層を狭持している。

ＴＦＴアレイ基板はスイッチング素子である薄膜トランジスタおよび画素電極等を備えており、スイッチング素子の接続によって画素電極に駆動電圧が印加される。この駆動電圧によって液晶層が配向され、所望の画像が表示される。また、カラーフィルタ基板は赤、緑、青の着色層および遮光層（ブラックマトリクス）等を備えている。これらの液晶パネルおよび面状光源装置は筐体によって固定され、液晶表示装置を構成する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における面状光源装置を示す平面図、図２は、図１中II−IIで示す部分の断面を示す水平断面図、図３は、図１中III−IIIで示す部分の断面を示す垂直断面図である。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。

本実施の形態１における面状光源装置２０は、上面に発光面２１となる開口部を有する第１のフレーム７と、下方を包囲する第２のフレーム８から構成される金属筐体内に、アクリルまたはポリカーボネート等の樹脂またはガラス等の透明材からなる複数の導光棒１が互いに平行に配置されている。それぞれの導光棒１には、端面１ａに対向して空間を介して設け点状光源２が配置されている。本実施の形態１における面状光源装置２０は、従来の直下型面状光源装置における線状光源（蛍光管）に代わる新たな光源として、導光棒１とその一端面１ａに設けられた点状光源２から構成される光源ユニット３を備えたものである。なお、導光棒１は、温度変化や湿度変化等により、膨張、収縮または反り等の形状変化が生じる可能性があるため、各光源ユニット３は隙間を設けて配置することが好ましい。

本実施の形態１では、導光棒１は円柱形状をしており、その直径Ｌ１は、点状光源２からの光を効率的に導光棒１内へ入射させるために、点状光源２の直径Ｌ２と同等以上としている。また、導光棒１の出射面１ｃ（円柱面）には点状光源２からの距離に応じて光出射率を変化させる光出射手段が形成されている。本実施の形態１においては光出射手段として出射面１ｃを凹凸面化しており、かつ、光源から離れるにつれて算術平均粗さや１０点平均深さ等の粗度が増加するグラデーション凹凸面（図示せず）としている。すなわち、本実施の形態のように導光棒１の一方の端面１ａに点状光源２を配置している場合は、点状光源２を配置していない側の端面１ｂ近傍の出射面１ｃで粗度が最大となる凹凸面としている。また、点状光源２は、例えば図４（ａ）に示す外観および図４（ｂ）に示す断面構造を有する半導体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）で、パッケージ２ａの中に発光部である半導体発光素子２ｂおよび封止樹脂２ｃ等を配置して構成されている。

また、図２および図３に示すように、第１のフレーム７および第２のフレーム８から構成される金属筐体内の光源ユニット３より下方すなわち第２のフレーム８の内底面には、光源ユニット３から出射された光を開口部（発光面）２１側へ反射する反射板６が配置され、光源ユニット３からの光を効率よく発光面２１側へ導いている。この反射板６にはアルミニウム、銀等の金属を蒸着した正反射板や白色の拡散反射板等を用いることができるが、光を均一化する観点からは拡散反射板を用いることが好ましい。また、正反射板と白色の拡散反射板を混在させてもよい。
また、金属筐体内の開口部（発光面）２１には、光源ユニット３から出射された光および反射板６から反射された光を均一化する拡散板４が配置される。この拡散板４は、光散乱物質が混入されたアクリルやポリカーボネート等の樹脂板や表面を凹凸面化した樹脂板等からなる。さらに、拡散板４の上部には、光を所望の方向に出射するためのプリズムシートや拡散シート等の光学シート５を１枚から複数枚配置することができる。なお、この光学シート５は必ずしも配置しなくてもよい。

次に、光源ユニット３を金属筐体に固定する固定手段について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、図１中、IVで示す部分を説明する分解斜視図、図５（ｂ）は斜視図である。図５（ａ）に示すように、複数の点状光源２は、配線パターン（図示せず）を有する金属製の配線板９に実装され、前記配線パターンにより駆動される。この配線板９の裏側には、絶縁体１０を介して例えば金属製の放熱板１１が配置されている。なお、これらの配線板９、絶縁体１０および放熱板１１を組み合わせたものを光源ユニット固定部１２と称する。

点状光源２に用いられる発光ダイオード（ＬＥＤ）は、環境温度によって光度や色度等の発光特性が変化する。また、ＬＥＤは環境温度が高くなると光度が減少する傾向がある。このため、面状光源装置２０の輝度を高く保ち、色度を一定に保つためには環境温度を低い温度で一定に保つことが望ましい。このため本実施の形態では、点状光源２が実装された配線板９の裏側に放熱板１１を配置して、点状光源２からの発熱を効率よく外部へ放熱するようにしている。

また、光源ユニット固定部１２に導光棒１の端面１ａ、１ｂを固定する固定手段は、例えば図５（ａ）に示すように、光源ユニット固定部１２に凹部１３を、導光棒１の端面１ａ（１ｂ）付近に前記凹部１３と対応する凸部１４を設け、これらの凹部１３と凸部１４を互いに嵌合させることにより、導光棒１の端面１ａ（１ｂ）を光源ユニット固定部１２に固定することができる。ただし、固定手段はこれに限定されるものではなく、凹部１３の代わりに貫通した穴部を設けてもよく、その他様々な固定手段が適用可能である。さらに、光源ユニット固定部１２は、例えば図２に示すように、第１のフレーム７と第２のフレーム８の間に挟持され固定される。この際の固定手段も特に限定するものではなく、第１のフレーム７または第２のフレーム８の内面にネジ止めや固定用爪を嵌め込む等の様々な手段が適用できる。

次に本実施の形態における光源ユニット３の動作について図６を用いて説明する。図６（ａ）は本実施の形態１における光源ユニット３を示しており、導光棒１の端面１ａに空間ｓを介して対向するように点状光源（ＬＥＤ）２を配置したものである。一方、図６（ｂ）は比較例である光源ユニット３ｂを示しており、導光棒１と点状光源２を密着させて配置している。点状光源２を出射した光は端面１ａから導光棒１に入射する。ここで、本実施の形態における光源ユニット３では、導光棒１に入射する光は図６（ａ）に示すように端面１ａで屈折し、導光棒１の出射面（円柱面）１ｃとのなす角が臨界角以上となるため出射面１ｃで全反射し、導光棒１中を対向する端面１ｂに向かい伝播する。なお、図６（ｂ）に示すように点状光源２と導光棒１を密着させて配置した光源ユニット３ｂの場合、点状光源２に用いられる封止樹脂の屈折率と導光棒の材質の屈折率差が空気と導光棒１の材質の屈折率差に比べ小さいため、図６（ａ）に示した場合に比べ端面１ａでの屈折が小さくなる。このため、導光棒１に入射した光と導光棒１の出射面１ｃとのなす角が臨界角以下となり導光棒１の出射面１ｃで全反射せず、点状光源２近傍の出射面１ｃで出射してしまう光が増加する。

次に、導光棒１中を伝播する光の伝播過程について図７を用いて説明する。本実施の形態における導光棒１は、光出射手段として出射面（円柱面）１ｃが凹凸面化されているため、導光棒１中を伝播する光はその伝播方向が乱され、出射面１ｃとなす角が臨界角以下となった光が出射面１ｃより出射する。ここで、図７に示すように導光棒１中を伝播する光のうち、点状光源２側の端面１ａ近傍の伝播光強度をＩ１、中央部近傍の伝播光強度をＩ２、点状光源２が配置されていない端面１ｂ近傍の伝播光強度をＩ３とする。導光棒１に設けた光出射手段により光が出射面１ｃから出射する割合（以後、光出射率）のうち、点状光源２側の端面１ａ近傍の光出射率をｔ１、中央部近傍の光出射率をｔ２、端面１ｂ近傍の光出射率をｔ３とする。導光棒１の出射面１ｃから出射する光のうち、点状光源２側の端面１ａ近傍の出射光強度をＯ１、中央部近傍の出射光強度をＯ２、端面１ｂ近傍の出射光強度をＯ３とすると、各地点において、下記の式が成立する。

Ｏｎ＝ｔｎ×Ｉｎ （ｎ＝１，２，３）・・・（１）
ここで、導光棒１から徐々に光が出射するため、各地点の伝播光強度はＩ１＞Ｉ２＞Ｉ３の関係が成り立つ。よって、各地点の光出射率がｔ１＝ｔ２＝ｔ３であれば、導光棒１からの出射光強度も点状光源２側の端面１ａ近傍で強く、端面１ａから遠ざかるにつれ弱くなるように分布してしまう（Ｏ１＞Ｏ２＞Ｏ３）。しかし、本実施の形態においては光出射率がｔ１＜ｔ２＜ｔ３となるように出射面１ｃの粗度を調整しているため、各光源ユニット３から輝度ムラの少ない出射光を得ることができる。

なお、導光棒１の出射面１ｃから出射した光は、直接または反射板６を介して拡散板４に到達し、拡散板４から出射する。さらに、拡散板４を出射した光は光学シート５により所望の指向性を与えられた後、液晶パネルを照射し、液晶パネルの画像を表示する。

以上のように、本実施の形態１では、金属筐体内に互いに平行に配置された複数の導光棒１と、この導光棒１の片側の端面１ａに空間を介して対向するようにして配置されこの一端面１ａに向けて光を出射する点状光源２から構成される光源ユニット３を備え、従来の直下型面状光源装置において用いられていた蛍光管を用いていないため、光源ユニット３と金属筐体である第２のフレーム８との間にリーク電流が発生しない。このため、光源ユニット３と第２のフレーム８との距離（図３の符号ａで示す距離）を小さくすることが可能となり、薄型の面状光源装置２０が得られる。また、蛍光管を用いないことから、環境負荷物質である水銀が含有されていない面状光源装置２０が得られる。さらに、光源ユニット３を構成する導光棒１は、従来のエッジライト型面状光源装置に用いられていた導光板に比べて体積が小さいため、軽量の面状光源装置２０が得られる。

さらに、本実施の形態１においては導光棒１の出射面１ｃに光出射手段として点状光源２からの距離に応じて粗度の変化する凹凸面を設けているため、輝度ムラの少ない面状光源装置２０が得られる。さらに、本実施の形態１においては導光棒１を円柱形状としているため、導光棒１からはあらゆる方向に光が出射されるため、面状光源装置２０内での光の広がりが大きく、各光源ユニット３からの光が十分に混合されるため、発光面２１側の拡散板４までの距離（図３の符号ｂで示す距離）を大きくとらなくても輝度ムラ、色ムラを抑制することができ、面状光源装置２０のさらなる薄型化が図られる。また、図１に示すように複数の導光棒１において点状光源２を設けた側の端面１ａの位置が交互になるように筐体内に配置することにより、輝度ムラを抑制することができ、また点状光源２を片側に並べた場合に比べ、点状光源２の間隔を広くとることができるため、温度上昇を軽減できる。これらのことから、本実施の形態１によれば、薄型、軽量で表示品位の高い面状光源装置２０および液晶表示装置を得ることができる。

なお、本実施の形態１では光出射手段として、導光棒１の出射面１ｃに点状光源２からの距離に応じて粗度の変化する凹凸面を設けたが、光出射手段はこれに限定されるものではなく、導光棒１の少なくとも一部に点状光源２からの距離に応じて光出射率を変化させる手段を設けたものであればよい。例えば規則的に配列したプリズム列でも良く、プリズム列の高さや角度を変化させることで導光棒１の長手方向の輝度分布を調整しても良い。また、濃度やドット径が変化する白色印刷などでもよい。また、例えば導光棒１中央付近で輝度が高くなる輝度分布など所望の輝度分布が得られるように位置により光出射手段の光出射率を調整しても良い。さらに、導光棒１の両側の端面に対向するように点状光源２を設置し光源ユニットを構成しても良い。また、点状光源２からの出射光を効率よく導光棒１に導き入射するため、図８に示すようにリング形状で少なくとも内面が高反射率特性を有する反射板ガイド２３を設けても良く、さらに反射板ガイド２３を光源ユニット固定部１２に固定または一体化し、光源ユニット固定手段として利用しても良い。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２における面状光源装置を示す平面図である。本実施の形態２における面状光源装置２０は、図９に示すように、導光棒１の両側の端面１ａ、１ｂに点状光源２を配置し構成される複数の光源ユニット３を、垂直方向（図９中、矢印で示す方向）、すなわち開口部（発光面２１）の略長方形の短辺と平行に配置したものである。なお、図中、実施の形態１と同一、相当部分には同一符号を付し説明を省略する。

近年、例えば３０インチワイドタイプ、４０インチワイドタイプ等、大型の表示装置の需要が高まっており、このような大型の液晶表示装置の場合、図１０に示す従来の面状光源装置３０ように、線状光源（蛍光管）３１を水平方向（開口部の長辺方向と平行な方向）に配置すると、線状光源３１の長さが非常に長くなり、強度が不足する、取り扱いが難しくなる、インバータ性能を向上させる必要が生じる等の問題があった。しかし、従来の線状光源３１を垂直方向に配置すると、下側の電極に水銀が偏ってしまう傾向があり、正常に点灯できない、寿命が極端に短くなる等の問題が発生する可能性があるため、垂直方向に配置することはできなかった。一方、本実施の形態２における面状光源２０の光源ユニット３は、導光棒１と点状光源２から構成されているため、垂直方向に配置しても上記のような問題は発生せず、強度、取り扱い等の面で好ましい垂直配置とすることができる。

以上のように、本実施の形態２によれば、導光棒１と点状光源２から構成される光源ユニット３を垂直方向（開口部の短辺に平行な方向）に配置することにより、強度、取り扱い等の面で優れた面状光源装置２０が得られる。また、本実施の形態２においても上記実施の形態１と同様に、薄型、軽量で輝度ムラのない面状光源装置２０および表示装置を得ることができる。

実施の形態３．
図１１（ａ）は本発明の実施の形態３における面状光源装置２０を示す平面図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）中II−IIで示す部分の断面を示す水平断面図である。なお、図中、実施の形態１および２と同一、相当部分には同一符号を付し説明を省略する。

本実施の形態３における面状光源装置２０においては、各光源ユニット３に赤色の点状光源２ｒ、緑色の点状光源２ｇまたは青色の点状光源２ｂが用いられている。また、各色の光源ユニット３の数は異なり、本実施の形態では所望の色を得るために赤色および青色はそれぞれ４ユニット、緑色は８ユニットとしている。さらに、図１１（ｂ）に示すように、赤色および青色の光源ユニット３は反射板６側に配置され、緑色の光源ユニット３は拡散板４側に配置されている（図１１（ａ）中、（２ｒ）（２ｂ）等の符号は反射板６側（すなわち下段）に配置された光源ユニット３の点状光源を示している）。このため、限られた金属筐体内により多くの光源ユニット３を配置でき、明るい面状光源装置２０ならびに表示装置を得られるとともに、本数の少ない色の光源ユニットは拡散板４までに伝播距離が取れ、輝度ムラ、色ムラを軽減することができる。

なお、本実施の形態３では、各光源ユニット３に発光色の異なる点状光源２ｒ、２ｇ、２ｂを用いているが、無論、同一の発光色でも良く、この場合も明るく輝度ムラの少ない面状光源装置２０および表示装置を得ることができる。また、本実施の形態３では各光源ユニット３が平行で上段と下段の光源ユニット３が重なるように配置しているが、上段と下段をでずらして配置しても良いし、さらには図１２に示す平面図のように上段と下段の光源ユニット３によって配列方向を変えても良い。図１２では、上段の緑色の光源ユニット３を開口部（発光面２１）の略長方形の短辺と平行に配置し、下段の赤色または青色の光源ユニット３を開口部の長辺と平行に配置した例を示している。この場合もムラが少なく表示品質の高い面状光源装置２０および表示装置を得ることができる。

実施の形態４．
本実施の形態４では、本発明による面状光源装置２０に用いられる光源ユニット３を構成する様々な導光棒１の例について図１３、図１４および図１５を用いて説明する。図１３（ａ）〜（ｆ）、図１４（ａ）〜（ｃ）および図１５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態４における面状光源装置２０に用いられる導光棒１または光源ユニット３を示す斜視図または断面図である。なお、図中、実施の形態１〜３と同一、相当部分には同一符号を付し説明を省略する。また、図１３、図１４および図１５中、上方は発光面２１側、下方は反射板６側とする。

図１３（ａ）に示す導光棒１は、断面が略長方形であり、出射面１ｃのうち発光面２１と直交する面を、光出射手段として出射面からの出射光強度が導光棒の長手方向で略一定となるようにグラデーションを付けた凹凸面としている。また、出射面１ｃのうち反射板６側の面には光出射手段として導光棒１の長手方向に稜線が伸びるプリズム列としている。プリズム列を形成することにより、プリズム列で全反射した光が凹凸面に到達する割合が増加するため、効率的に光を出射することができる。

なお、凹凸面、プリズム面とする面はこれに限定されるものではなく、導光棒１の出射面１ｃを構成する他の面を凹凸面またはプリズム面としても良いし、プリズム面の表面を凹凸面化するなどプリズム面と凹凸面を同一面としても良い。なお、導光棒１からあらゆる方向に光が出射するように拡散処理面は導光棒１を構成する面の内、点状光源からの光が入射する端面１ａ（１ｂ）を除くできるだけ多くの面に設けることが好ましい。また、光出射手段は凹凸面、プリズム面に限定されるものではなく、白色ドット印刷等を用いても良く、プリズム稜線の向きも導光棒１の長手方向に対し傾くまたは直交する方向でも良く、導光棒１中の伝播を乱し出射面から光を効率よく取り出す手段であれば、特に限定されるものではない。

また、図１３（ｂ）に示す導光棒１は、点状光源２と対向する端面１ａ（１ｂ）に凹凸面化処理を施され、凹凸面が形成されている。このように、入光面である端面１ａ（１ｂ）を凹凸面で形成することにより、点状光源２近傍の強い光を拡散させることができ、導光棒１の点状光源２近傍の輝度ムラを抑制することができる。

図１３（ｃ）に示す導光棒１は、断面が略半円状であり、その発光面側の面を凹凸面としている。また、反射板側には、反射作用のある処理を施し、端面１ａ（１ｂ）から入射した光をさらに効率的に発光面側から出射するようにしている。なお、反射作用のある処理としては、例えば反射シート１８を貼り付けることや反射膜を蒸着すること、さらには反射面側には白色樹脂を用い発光面側には透明樹脂を用いた２色成型等により実現することができる。このため、端面１ａ（１ｂ）から入射した光をさらに効率的に発光面側から放射することができる。

また、図１３（ｄ）に示す導光棒１は、点状光源２が片側の端面１ａに対向するように配置され、点状光源２が配置される側の端面１ａの面積が他方の端面１ｂよりも大きくなるように形成されている。このような形状にすることにより、点状光源２を出射し導光棒１内を伝播する光は、図１３（ｅ）に示すように伝播するにつれ出射面１ｃの法線となす角θが小さくなり、θが臨界角以下となることにより出射面１ｃから出射することができ、導光棒１に容易に光出射手段を付与することができる。また、導光棒１がテーパー形状をしているため、複数の光源ユニット３において点状光源２を設けた端面１ａの位置が交互になるように筐体内に配置することにより、より多くの光源ユニット３を筐体内に配置することができ、明るい面状光源装置を得ることができる。

また、図１３（ｆ）に示すように、導光棒１を両側の端面１ａ、１ｂに比べ中央部の断面の面積が小さくなる形状とし、両側の端面１ａ、１ｂに対向するように点状光源２を配置する構成により、さらに多くの点状光源２を用い、明るい面状光源装置２０を得ることもできる。なお、導光棒１の長手方向の出射光強度分布を任意の分布となるように、導光棒１の出射面１ｃの一部に凹凸やプリズム、さらには白色印刷等の光出射手段を設けても良い。

さらに、図１４（ａ）に示す導光棒１は断面が略長方形であり、発光色の異なる複数の点状光源２ｒ、２ｇ、２ｂが片側の端面１ａに空間を介して対向するように配置され、点状光源２ｒ、２ｇ、２ｂが配置される側の端面１ａの面積が他方の端面１ｂよりも小さくなるように形成されている。このような形状にすることにより、点状光源２ｒ、２ｇ、２ｂを出射し導光棒１内を端面１ａから端面１ｂに向かって伝播する光は、図１４（ｂ）に示すように伝播するにつれ出射面１ｃの法線となす角θが大きくなり、θが臨界角以下となることはなく出射面１ｃから出射せずに端面１ｂへ到達する。端面１ｂを反射面とすることにより、端面１ｂで反射し端面１ａへと伝播する光は、伝播するにつれ出射面１ｃの法線となす角θが小さくなり、θが臨界角以下となることにより出射面１ｃから出射する。以上のように導光棒１を図１４（ａ）に示す形状とすることにより、光は導光棒１中を一定距離伝播したのち出射するため、発光色の異なる複数の点状光源２ｒ、２ｇ、２ｂを一つの導光棒１中で混色し、色ムラの少ない光として出射面１ｃから取り出すことができる。

なお、端面１ｂの反射面は白色の反射シート１８を端面１ｂに貼り付けること、さらには端面１ｂを凹凸面やプリズム面とし銀やアルミニウム等の反射膜を蒸着することなどで拡散反射面とすることが好ましい。また、端面１ｂを反射面とする代わりに、図１４（ｃ）に示すように端面１ｂに対向して反射シート１８を設けても良く、この場合も白色の反射シートを用いる、または端面１ｂを凹凸面やプリズム面とすることにより、反射光の光路を乱すことが好ましい。

また、図１５（ａ）に示す導光棒１は断面が略長方形であり、その長手方向に垂直な断面の面積が変化するものである。この導光棒１の片側の端面１ａには、発光色の異なる複数の点状光源２ｒ、２ｇ、２ｂが空間を介して対向するように配置され、導光棒１の両側の端面１ａ、１ｂに比べ中央部の断面の面積が大きくなる形状とし、かつ、導光棒１の出射面１ｃの中央付近に光出射手段を設けている。点状光源２から発せられた光は導光棒１の中央付近に設けられた光出射手段に到達するまでは導光棒１中を全反射により伝播するが、光出射手段で伝播方向を乱され、さらに断面積が小さくなる方向へ伝播を続けるにつれ、出射面１ｃの法線となす角が小さくなり、臨界角以下となることにより出射面１ｃから出射する。以上のように導光棒１を図１５（ａ）に示すような形状とすることにより、光は導光棒１中を一定距離伝播したのち出射するため、発光色の異なる複数の点状光源２ｒ、２ｇ、２ｂを一つの導光棒１中で混色し、色ムラの少ない光として取り出すことができる。さらに、導光棒１の両側の端面１ａ、１ｂに対向するように点状光源２ｒ、２ｇ、２ｂを配置することができるため、明るい面状光源装置２０を得ることができる。

また、図１５（ｂ）に示す導光棒１は、１つの端面１ａから入射した光を２つに分岐する形状としている。このため、面状光源装置２０に用いる点状光源２の個数が少ない場合においても光を出射する導光棒１の領域を広く取ることができ、輝度ムラ、色ムラの少ない面状光源装置２０を得ることができる。なお、分岐する本数は2本以上としても良い。

また、図１５（ｃ）に示す導光棒１は、点状光源２からの光を入射する端面１ａが曲面で形成され、端面１ａ近傍に導光棒１中に入射した光を対向する端面１ｂ側に向けて反射する反射領域１ｄを設けている。端面１ａから導光棒１に入射した光は、図１５（ｄ）に示すように反射領域１ｄで反射され端面１ｂへと伝播する。この伝播過程において導光棒１の出射面１ｃに設けられた光出射手段により、任意の輝度分布で導光棒１から光が出射する。なお、反射領域１ｄは図１５（ｃ）に示すように端面１ａ近傍をテーパー形状とすることによって全反射を利用しても良いし、端面１ａ近傍に反射膜をコーティングする、さらには反射シートで覆う、貼り付ける等で構成しても良い。なお、導光棒１の両側の端面１ａ、１ｂに対向するように点状光源２を配置し、それぞれの端面１ａ、１ｂ近傍に反射領域を設けても良い。

なお、上記実施の形態１〜実施の形態４に用いられる表示手段は液晶パネルに限定されるものではなく、透光機能を有する板に図柄を描いたものなど、面状光源装置２０の発光面２１上部に配置され、面状光源装置２０から出射された光を変調して情報を表示する表示手段であれば良い。また、点状光源２は図４に示したＬＥＤに限定されるものではなく、例えば一つのパッケージ内に複数個または複数種類の半導体発光素子を配置しても良く、さらにはＬＤを用いても良い。

本発明は、面状光源装置を用いた表示装置、特に液晶表示装置に利用され、パーソナルコンピュータの表示装置あるいはモニター、テレビの表示装置等に利用することができる。

図１は本発明の実施の形態１である面状光源装置を示す平面図である。 図２は本発明の実施の形態１である面状光源装置を示す水平断面図である。 図３は本発明の実施の形態１である面状光源装置を示す垂直断面図である。 図４（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態１である面状光源装置に用いられる点状光源を示す斜視図および断面図である。 図５（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態１である面状光源装置における光源ユニットの固定手段を説明する分解斜視図および斜視図である。 図６（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態１である面状光源装置に用いられる導光棒の動作を説明するための図である。 図７は本発明の実施の形態１である面状光源装置に用いられる導光棒の動作を説明するための図である。 図８は本発明の実施の形態１である面状光源装置に用いられる光源ユニットの他の構成を説明するための分解斜視図である。 図９は本発明の実施の形態２である面状光源装置を示す平面図である。 図１０は従来の面状光源装置を示す平面図である。 図１１（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態３である面状光源装置を示す平面図および水平断面図および導光棒を示す斜視図である。 図１２本発明の実施の形態３である面状光源装置における他の構成を示す平面図である。 図１３（ａ）から（ｆ）は本発明の実施の形態４である面状光源装置に用いられる様々な導光棒または光源ユニットを示す斜視図または断面図である。 図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の実施の形態４である面状光源装置に用いられる様々な導光棒または光源ユニットを示す斜視図または断面図である。 図１５（ａ）から（ｄ）は本発明の実施の形態４である面状光源装置に用いられる様々な導光棒または光源ユニットを示す斜視図または断面図である。

符号の説明

１ 導光棒、１ａ、１ｂ 端面、１ｃ 出射面（円柱面）、１ｄ 反射領域、
２、２ｒ、２ｇ、２ｂ 点状光源、３ 光源ユニット、４ 拡散板、５ 光学シート、
６ 反射板、７ 第１のフレーム、８ 第２のフレーム、９ 配線板、１０ 絶縁体、
１１ 放熱板、１２ 光源ユニット固定部、１３ 凹部、１４ 凸部、
１８ 反射シート、２０、 面状光源装置、２１ 発光面、２３ 反射板ガイド、
３０ 従来の面状光源装置、３１ 線状光源（蛍光管）。

Claims (7)

1. 上面に発光面となる開口部を有する筐体と、前記筐体内に互いに間隔をおいて配置された複数の円柱形状からなる導光棒およびこの導光棒の二つの端面の少なくとも一方に対向して配置されこの端面に向けて光を出射する点状光源から構成される光源ユニットと、前記筐体内の前記光源ユニットより下方に配置され前記光源ユニットから出射された光を前記開口部側へ反射する反射板とを備えた面状光源装置であって、
   前記光源ユニットを構成する前記導光棒の円柱面の少なくとも前記発光面と対向する出射面に、前記点状光源からの前記導光棒の長手方向の距離に応じて光出射率を変化させる光出射手段を設けたことを特徴とする面状光源装置。
2. 請求項１記載の面状光源装置であって、前記光出射手段として、前記導光棒の前記点状
   光源と対向して配置した端面を除く面を、前記点状光源からの前記導光棒の長手方向の距
   離に応じて粗度の変化する凹凸面としたことを特徴とする面状光源装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の面状光源装置であって、前記光源ユニットを構成する前記点状光源は、前記導光棒の二つの端面の一方に対向して配置され、前記複数の導光棒は、前記点状光源と対向する前記端面の位置が交互になるように前記筐体内に配置されていることを特徴とする面状光源装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の面状光源装置であって、前記光源ユニット
   を構成する前記点状光源は、前記導光棒の端面に空間を介して対向するよう配置されていることを特徴とする面状光源装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の面状光源装置であって、前記光源ユニット
   を構成する前記点状光源として、発光色の異なる複数種類の発光ダイオードを用い、それ
   らの発光ダイオードを１本の前記導光棒の前記端面に対向して配置したことを特徴とする
   面状光源装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の面状光源装置であって、前記筐体の前記開
   口部は略長方形であり、前記導光棒は、前記開口部の短辺と平行に配置されたことを特徴
   とする面状光源装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の面状光源装置の前記発光面上部に、前記面
   状光源装置から出射された光を変調して情報を表示する表示手段を配置したことを特徴と
   する表示装置。

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