JP4363268B2 - 面状光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、面状光源装置に係り、さらに詳しくは、線状に配置された複数の点光源からの光が入射面に入射され、入射光を前面から出射する導光板を備えた面状光源装置の改良に関する。

液晶パネルなどの表示パネルをその表示領域全体にわたって均一な光によって照明するものとして、面状光源装置がある。この面状光源装置には、筐体の背面に発光素子が配置される直下型のものと、筐体の側面側に発光素子が配置されるサイドライト（エッジライトともいう）方式のものがある。さらに、サイドライト方式の面状光源装置には、ＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp：冷陰極型蛍光ランプ）などの線光源が発光素子として用いられるものと、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）などの点光源が発光素子として用いられるものがある。発光素子として複数の点光源が用いられるサイドライト方式の面状光源装置では、光源付近に各点光源の配列方向に沿って輝度ムラや色ムラが生じてしまうという問題があった。

図１１は、従来の面状光源装置における要部の構成を示した断面図であり、線状に配置された複数のＬＥＤ１０２からの光が入射面１０１ａに入射され、入射光を前面から出射する導光板１０１を備えたサイドライト方式の面状光源装置が示されている。この面状光源装置は、導光板１０１と、この導光板１０１の一端面に対向させて配置される光源ユニットからなる。導光板１０１は、アクリル樹脂やガラスなどの透光性を有する平板からなり、光源ユニットからの光が入射される入射面１０１ａとしての端面を有している。入射面１０１ａに入射した光は、導光板１０１内を伝搬して前面から射出される。導光板１０１の背面上には、導光板１０１内を伝搬する光を拡散させる拡散パターン１０５が形成されている。つまり、拡散パターン１０５によって拡散された光が拡散光となって前面から射出される。光源ユニットは、複数のＬＥＤ１０２と、各ＬＥＤ１０２が直線状に形成される基板１０３と、各ＬＥＤ１０２からの光を反射し、導光板１０１側に出射するリフレクタ１０４からなる。

このようなサイドライト方式の面状光源装置では、いわゆる額縁領域を狭小化するという観点から、点光源（ＬＥＤ１０２）と導光板１０１の入射面１０１ａとの距離を長くするには限界がある。このため、各点光源の配列方向に関して十分に混じり合うことなく各点光源からの光が入射面１０１ａに達することになる。その際、入射光の一部は、直接に光源ユニットの近傍Ｃにおける拡散パターン１０５で拡散されて導光板１０１の前面から射出される。隣り合う各点光源からの光が十分に混じり合うことなく光源ユニット近傍で拡散されて射出されるので、導光板１０１前面における光源ユニット付近に各点光源の配列方向に沿って明暗からなる輝度ムラが生じてしまう。すなわち、各点光源近傍が明部となり、点光源間が暗部となって視認されてしまう。

特に、各点光源としてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光を発光するＬＥＤが複数色用いられる場合、輝度ムラに加えて、互いに異なる色の点光源からの光が十分に混じり合わずに色ムラも生じてしまう。このように輝度ムラや色ムラが生じると、表示パネルの表示品位を低下させてしまうという問題があった。
特開２００２−１０７７２１号公報

上述した通り、従来の面状光源装置では、光源付近に各点光源の配列方向に沿って輝度ムラや色ムラが生じるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光源付近に各点光源の配列方向に沿って輝度ムラや色ムラが生じるのを抑制させ、表示品位を向上させた面状光源装置を提供することを目的としている。特に、隣り合う各点光源からの光が十分に混じり合うことなく光源付近で拡散されるのを抑制させた面状光源装置を提供することを目的としている。

本発明による面状光源装置は、線状に配置される２以上の点光源と、上記各点光源からの光が入射される入射面を有し、入射光を前面から出射する導光板と、上記導光板の背面上に設けられ、光を拡散させる光拡散手段とを備え、上記導光板の入射面は、前記背面側に傾斜させて設けられ、傾斜角が異なる２以上の平面からなり、背面側における傾斜角が前面側における傾斜角よりも大きくなるように構成される。

この様な構成によれば、導光板の入射面が背面側に傾斜させて設けられるので、入射面を背面側に傾斜させない場合と比べて、各点光源から入射面に入射した光をより前面側に屈折させることができる。このため、導光板の背面上に設けられた光拡散手段に入射面から直接に伝搬する光の量を減少させることができるので、各点光源からの光が十分に混じり合うことなく光源付近で拡散されるのを抑制することができる。

特に、上記導光板の入射面は、傾斜角が異なる２以上の平面からなり、背面側における傾斜角が前面側における傾斜角よりも大きくなっている。この様な構成によれば、各点光源からの光が十分に混じり合うことなく光源付近で拡散されるのを抑制することができるとともに、入射面の前面側に入射した光が導光板の前面における光源付近で全反射されずに射出されるのを抑制することができる。

本発明による面状光源装置は、上記構成に加え、上記導光板には、上記各点光源がそれぞれ挿入される２以上の光源収容孔が形成され、上記各光源収容孔の壁面がそれぞれ上記導光板の入射面となっているように構成される。

本発明による面状光源装置によれば、各点光源から入射面に入射した光がより前面側に屈折されるので、導光板の背面上に設けられた光拡散手段に入射面から直接に伝搬する光の量を減少させることができる。従って、各点光源からの光が十分に混じり合うことなく光源付近で拡散されるのが抑制されるので、光源付近に各点光源の配列方向に沿って輝度ムラ及び色ムラが生じるのが抑制され、表示品位を向上することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による面状光源装置の概略構成の一例を示した分解斜視図である。本実施の形態による面状光源装置１は、線状に配置された複数の点光源からの光を前面から出射する導光板４を備えたサイドライト方式の面状光源装置であり、液晶パネルなどの表示パネルをその表示領域全体にわたって均一な光で照明するのに好適なものとなっている。ここでいう表示パネルは、各種情報を表示するための表示素子のことであり、液晶パネル以外に看板などの表示板も含むものとする。

この面状光源装置１は、フロントフレーム２、光学シート３、導光板４、リアフレーム５及び光源ユニットからなる。光源ユニットは、点光源としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）６と、２以上のＬＥＤ６が直線状に配置されるＬＥＤ基板７と、各ＬＥＤ６からの光を反射するリフレクタ８からなる。

ＬＥＤ６には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）などの単色光を発光するものや、白色光を発光するものが用いられる。互いに異なる色の単色光を発光する複数のＬＥＤを用いる場合、各ＬＥＤを独立して制御することによって、色調の調整が可能となる。各ＬＥＤ６は、ＬＥＤ基板７上に等間隔に配置されている。ＬＥＤ基板７は、主面を前方に向けて配置され、各ＬＥＤ６が主面から突出している。ここでは、各ＬＥＤ６は、導光板４の前面に平行な方向に強度ピークを有するものとし、配列方向に垂直な平面に関する配光分布がサイド方向に偏ったものとなっている。

リフレクタ８には、基板上の各ＬＥＤ６の位置に対応させて２以上の貫通孔８ａが設けられている。リフレクタ８は、基板上の各ＬＥＤ６をそれぞれ背面側から各貫通孔８ａに挿入した状態で導光板４の一端面に対向させて配置され、各ＬＥＤ６からの光を導光板４側に出射する機能を有している。このようなリフレクタ８としては、銀を蒸着させた板状の部材や白色樹脂からなるシート状の部材が用いられる。特に、各点光源（ＬＥＤ６）からの光を減衰させずに導光板４側に出射させるという観点から、反射率９０％以上の部材をリフレクタ８として用いるのが望ましい。

フロントフレーム２は、光学シート３、導光板４及び上記光源ユニットを収容する前面側の筐体であり、導光板４から出射された光の出光領域となる開口２ａが前面に設けられている。光学シート３は、透光性を有する樹脂材料に拡散粒子を塗布し、或いは、表面に微細な凹凸形状を形成することによって、拡散性を持たせシート状とした拡散シートや、プリズム列を設けたレンズシートなどの各種シート部材が用いられる。これらの各種シート部材は、必要に応じて複数枚数または複数種類用いられる。このような光学シート３を導光板４の前面側に配置することによって、導光板４から出射された光をフロントフレーム２の開口２ａ面内において輝度及び色度を均一化するか、もしくは、所望の輝度分布を得ることができる。

導光板４は、透光性を有する平板からなり、一端面に入射した光源ユニットからの光を前面から出射する機能を有している。具体的には、アクリル樹脂やポリカーボネート、ガラスなどの透明部材からなる。導光板４の背面上には、導光板４内を伝搬する光を拡散させる光拡散手段として拡散パターンが形成されている。この拡散パターンは、例えば、導光板４表面に設けられた線状の切り欠きやドット状の凹みなどの微細形状、或いは、微細パターンの印刷などからなり、導光板４内を伝搬する光を乱反射させる。

この導光板４において上記端面に入射した光は、導光板４内を伝搬して前面から射出される。つまり、拡散パターンによって拡散された光が拡散光となって前面から射出される。この拡散パターンを調整することによって各ＬＥＤ６の配列方向に垂直な方向に出射光を均一化することができる。

リアフレーム５は、光学シート３、導光板４及び光源ユニットを収容する背面側の筐体である。フロントフレーム２及びリアフレーム５は、樹脂または金属からなる部材によって形成される。例えば、要求される強度を満たし、加工性に優れているという観点から、各フレームは、アルミニウムなどの金属を用いて形成される。特に、アルミニウムは熱伝導率が高いので、放熱性を向上させることができるので好ましい。

また、各フレームの内面には、導光板４から射出された光を導光板４側に向けて反射させ、より効率良く光を利用するための反射膜を付加或いは形成しても良い。光学シート３、導光板４及び光源ユニットが収容された状態で、このリアフレーム５の内側にフロントフレーム２を嵌め込むことによって、面状光源装置１が完成する。

図２は、図１の面状光源装置における要部詳細の一例を示した断面図であり、背面上に拡散パターン９が形成された導光板４の入射面４ａの様子が示されている。この導光板４は、一端面が入射面４ａとなっており、各ＬＥＤ６からの光が導光板４の前面に平行な方向から入射される。この入射面４ａは、導光板４の背面側に傾斜させて設けられている。すなわち、入射面４ａは、導光板４の前面に平行に入射する全ての光を前面側に向けて屈折させるように傾斜している。

入射面４ａの傾斜角θ（θ>０）は、導光板４の厚み、入射面４ａと点光源（ＬＥＤ６）との距離、導光板４の厚み方向における点光源の位置などによって決定される。例えば、傾斜角θは、入射面４ａに入射した点光源からの直接光を全て前面側に屈折させる角度となっている。すなわち、入射光が直接に導光板４背面の拡散パターン９に伝播することのない角度となっている。ここでいう傾斜角θとは、入射面４ａに垂直な方向（法線方向）と導光板４前面との角度であり、導光板４の背面側に向く方向を正としている。

図３は、図１の面状光源装置における光出射動作の一例を示した図であり、各ＬＥＤ６から直接に入射面４ａに入射した光が導光板４内を伝搬して前面から出射される様子が示されている。各ＬＥＤ６から直接に入射面４ａに入射した光は、導光板４の前面側に屈折され、導光板４における光源ユニットとは反対側の拡散パターン９により拡散される。つまり、傾斜角θがゼロである場合に比べて、各点光源からの光がより前面側に屈折されるので、光源ユニットの近傍Ａにおける拡散パターン９で拡散される光の量が減少する。このため、各点光源からの光が十分に混じり合うことなく光源付近で拡散されるのを抑制することができる。

本実施の形態によれば、各点光源から入射面４ａに入射した光が入射面４ａから直接に光源ユニット近傍Ａの拡散パターン９に伝搬する光の量が減少するので、各点光源からの光が十分に混じり合うことなく光源付近で拡散されるのが抑制され、光源付近に各点光源の配列方向に沿って輝度ムラ及び色ムラが生じるのを防止することができる。

なお、本実施の形態では、導光板４の背面上に光拡散手段が設けられる場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、導光板の前面側にのみ光拡散手段を設けるようなものにも適用することができる。導光板の前面側にのみ光拡散手段が設けられる場合、導光板４の入射面は、前面側に傾斜させて設けられることになる。

図４は、本発明の実施の形態１による面状光源装置における要部詳細の他の例を示した断面図であり、前面上に拡散パターン９が形成された導光板１０の入射面１０ａの様子が示されている。この導光板１０は、一端面が入射面１０ａとなっており、各ＬＥＤ６からの光が導光板１０の前面に平行な方向から入射される。この入射面１０ａは、導光板１０の前面側に傾斜させて設けられている。すなわち、入射面１０ａは、導光板１０の前面に平行に入射する全ての光を背面側に向けて屈折させるように傾斜している。ここでは、傾斜角θについて導光板１０の前面側に向く方向を正としている。

このようにすれば、各点光源からの光がより背面側に屈折されるので、導光板１０前面における光源ユニットの近傍の拡散パターン９で拡散される光の量を減少させることができる。従って、各点光源からの光が十分に混じり合うことなく光源付近で拡散されるのが抑制され、光源付近に各点光源の配列方向に沿って輝度ムラ及び色ムラが生じるのを防止することができる。

また、本実施の形態では、導光板４の一端面に光源ユニットが設けられる場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、導光板の２以上の端面にそれぞれ光源ユニットを設けるようなものにも適用することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、導光板４の入射面４ａが背面側に傾斜させて設けられる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、入射面が背面側における傾斜角を前面側における傾斜角よりも大きくして設けられる場合について説明する。

図５は、本発明の実施の形態２による面状光源装置の要部詳細の一例を示した断面図であり、導光板１１の入射面が傾斜角θの異なる２つの平面からなる様子が示されている。この導光板１１の入射面は、傾斜角θが異なる２つの入光面１１ａ及び１１ｂからなり、導光板１１の前面から遠ざかるに従って、傾斜角が大きくなっている。すなわち、背面側の入光面１１ｂの傾斜角が前面側の入光面１１ａの傾斜角よりも大きくなっている。

ここでは、前面側の入光面１１ａの傾斜角θがゼロであり、導光板１１の前面と垂直になっているものとする。例えば、導光板１１の厚み方向における点光源の位置よりも前面側が入光面１１ａとなっている。このようにすれば、各点光源から入射面に入射した光が入射面から直接に光源ユニット近傍Ａの拡散パターン９に伝搬する光だけを効果的に減少させることができる。

図２の面状光源装置（実施の形態１）では、各点光源の配列方向に垂直な平面に関して各ＬＥＤ６の配光分布が前面側に広いと、入射面の前面側に入射した光が導光板４の前面における光源付近で全反射されずに射出される場合が生じると考えられる。これに対し、本実施の形態による面状光源装置では、前面側の入光面１１ａの傾斜角を背面側よりも小さくしたので、入射面の前面側に入射した光がより背面側に屈折され、導光板１１の前面における光源付近で全反射されずに射出されるのを防止することができる。

図６（ａ）及び（ｂ）は、図５の面状光源装置における光出射動作の一例を比較例と比較して示した図であり、図６（ａ）には、本実施の形態による導光板１１内を入射光が伝搬する様子が示され、図６（ｂ）には、図２の導光板４内を入射光が伝搬して光源近傍で出射される様子が比較例として示されている。

本実施の形態では、各ＬＥＤ６から入光面１１ａに直接入射した光が導光板１１の前面に直接に入射する角度が常に全反射角（臨界角）以上となるようになっている。このため、各ＬＥＤ６の配光分布が前面側に広い場合であっても、入射面の前面側に入射した光が導光板１１前面の光源付近で全反射されずに射出されるのを防止することができる。

なお、本実施の形態では、導光板１１の入射面が傾斜角θの異なる２つの入光面１１ａ及び１１ｂからなる場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、入射面が傾斜角θの異なる３以上の平面からなるようなものであっても良い。

実施の形態３．
実施の形態２では、導光板１１の入射面が傾斜角θの異なる複数の平面からなる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、入射面が曲面からなる場合について説明する。

図７は、本発明の実施の形態３による面状光源装置の要部詳細の一例を示した断面図であり、導光板２１の入射面２１ａが導光板２１の前面から遠ざかるに従って傾斜角θが大きくなる曲面からなる様子が示されている。この導光板２１の入射面２１ａは、傾斜角θが連続的に変化する曲面からなり、導光板２１の前面から遠ざかるほど傾斜角が大きくなっている。入射面２１ａの曲面形状は、要求される表示性能に応じて決定される。例えば、光学シミュレーションによって、輝度及び色度の均一性を向上させ、光損失を低減させるように最適化が行われる。特に、入射面２１ａで反射された光が光源ユニット内において吸収され光損失となるのを抑制させる形状となっている。

本実施の形態によれば、各点光源からの光が十分に混じり合うことなく光源付近で拡散されるのを効果的に防止することができるとともに、入射面２１ａの前面側に入射した光が導光板２１の前面における光源付近で全反射されずに射出されるのを防止することができる。

実施の形態４．
実施の形態１では、導光板の一端面に光源ユニットが配置される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、導光板に形成された複数の光源収容孔に各ＬＥＤ６がそれぞれ配置される面状光源装置に本発明を適用する場合について説明する。

図８は、本発明の実施の形態４による面状光源装置の要部詳細の一例を示した断面図であり、複数の光源収容孔３２が形成された導光板３１においてその光源収容孔３２の壁面が背面側に傾斜させて設けられている様子が示されている。この導光板３１には、各ＬＥＤ６がそれぞれ挿入される２以上の光源収容孔３２が形成されている。各光源収容孔３２の壁面３１ａは、それぞれ導光板３１の入射面となっており、ＬＥＤ６からの光が入射される。

各点光源をそれぞれ光源収容孔３２内に収容することで、点光源の全周から導光板３１内へ光が入射するので、光損失を低減させることができる。その際、光源収容孔３２の壁面３１ａが背面側に傾斜させて設けられるので、各点光源から入射面に入射した光が入射面から直接に光源ユニット近傍Ａの拡散パターン９に伝搬する光の量を減少させることができる。従って、各点光源からの光が十分に混じり合うことなく光源付近で拡散されるのが抑制され、光源付近に各点光源の配列方向に沿って輝度ムラ及び色ムラが生じるのを効果的に防止することができる。

実施の形態５．
実施の形態４では、導光板３１の一端面に沿って各光源収容孔３２が形成される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、導光板の対向する端面に光源収容孔が形成される面状光源装置に本発明を適用する場合について説明する。

図９は、本発明の実施の形態５による面状光源装置の要部詳細の一例を示した断面図であり、導光板４１の対向する端面に沿ってそれぞれ光源収容孔４２が形成される様子が示されている。各光源収容孔４２の壁面４１ａは、それぞれ導光板４１の入射面となっており、ＬＥＤ６からの光が入射される。

図１０は、図９の面状光源装置における光出射動作の一例を示した図である。導光板４１の両端部にそれぞれ配置された光源ユニットＢ１及びＢ２から導光板４１内に入射する光を効果的に射出させることができる。すなわち、各点光源からの光が十分に混じり合うことなく光源付近で拡散されるのを抑制させながら、各光源ユニットＢ１及びＢ２からの光を対向する側の拡散パターンＡ２及びＡ１によってそれぞれ適切に拡散させることができる。これによって、各点光源の配列方向と配列方向に垂直な方向とに関して出射光が均一化されるので、光源付近に輝度ムラや色ムラが生じるのを防止しつつ、配列方向に垂直な方向に関する輝度分布及び色度分布を所望のものとすることができる。

本発明の実施の形態１による面状光源装置の概略構成の一例を示した分解斜視図である。 図１の面状光源装置における要部詳細の一例を示した断面図であり、背面上に拡散パターン９が形成された導光板４の入射面４ａの様子が示されている。 図１の面状光源装置における光出射動作の一例を示した図である。 本発明の実施の形態１による面状光源装置における要部詳細の他の例を示した断面図であり、前面上に拡散パターン９が形成された導光板１０の入射面１０ａの様子が示されている。 本発明の実施の形態２による面状光源装置の要部詳細の一例を示した断面図であり、導光板１１の入射面が傾斜角θの異なる２つの平面からなる様子が示されている。 図５の面状光源装置における光出射動作の一例を比較例と比較して示した図である。 本発明の実施の形態３による面状光源装置の要部詳細の一例を示した断面図である。 本発明の実施の形態４による面状光源装置の要部詳細の一例を示した断面図である。 本発明の実施の形態５による面状光源装置の要部詳細の一例を示した断面図である。 図９の面状光源装置における光出射動作の一例を示した図である。 従来の面状光源装置における要部の構成を示した断面図である。

符号の説明

１ 面状光源装置
２ フロントフレーム
２ａ 開口
３ 光学シート
４，１０，１１，２１，３１，４１ 導光板
４ａ，１０ａ 入射面
５ リアフレーム
６ ＬＥＤ
７ ＬＥＤ基板
８ リフレクタ
８ａ 貫通孔
９ 拡散パターン
３２，４２ 光源収容孔
Ｂ１，Ｂ２ 光源ユニット

Claims (4)

1. 線状に配置される２以上の点光源と、
   上記各点光源からの光が入射される入射面を有し、入射光を前面から出射する導光板と、
   上記導光板の背面上に設けられ、光を拡散させる光拡散手段とを備え、
   上記導光板の入射面は、前記背面側に傾斜させて設けられ、傾斜角が異なる２以上の平面からなり、背面側における傾斜角が前面側における傾斜角よりも大きくなっていることを特徴とする面状光源装置。
2. 線状に配置される２以上の点光源と、
   上記各点光源からの光が入射される入射面を有し、入射光を前面から出射する導光板と、
   上記導光板の背面上に設けられ、光を拡散させる光拡散手段とを備え、
   上記導光板の入射面は、傾斜角が異なる２以上の平面からなり、前面側の入射面は垂直であり、背面側における傾斜角は、前記背面側に傾斜させて設けられていること特徴とする面状光源装置。
3. 線状に配置される２以上の点光源と、
   上記各点光源からの光が入射される入射面を有し、入射光を前面から出射する導光板と、
   上記導光板の背面上に設けられ、光を拡散させる光拡散手段とを備え、
   上記導光板の入射面は、前記背面側に傾斜させて設けられ、傾斜角が連続的に変化する曲面からなり、導光板の前面から遠ざかるに従って傾斜角が大きくなっていることを特徴とする面状光源装置。
4. 上記導光板には、上記各点光源がそれぞれ挿入される２以上の光源収容孔が形成され、上記各光源収容孔の壁面がそれぞれ上記導光板の入射面となっていることを特徴とする請求項１に記載の面状光源装置。

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