JP2000171796A - 面状光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶ディスプレイ用バックライト等に用いら
れるサイドライト式面状光源の発光強度を均一化させ、
かつ安価に製作する。 【解決手段】 側端入射面１１から入射した光を平面状
に形成された出光面１５から放射する導光板１０と、こ
の導光板１０の側端入射面１１に光を入射させる光源と
を備える面状光源において、前記導光板１０に光を入射
させる光源は発光ダイオード５を有し、この発光ダイオ
ード５からの光を入射させる導光板１０の側端入射面１
１には発光ダイオード５から入射する光の波長を変換す
る蛍光物質を含有した複数のレンズ状突起を導光板と一
体的に形成して面状光源１を構成する。側端入射面１１
に入射する光は、レンズ状突起により拡散するととも
に、この拡散過程で蛍光物質と衝突して任意の発光色で
出光面から出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶ディスプレイの
バックライトに関し、特に導光板側面から発光ダイオー
ドを用いて照明するサイドライト式面状光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイのバックライトは、液
晶パネルの背後に配設されてパネル背面から液晶パネル
を照明し、液晶パネルに表示される文字や図形等を明瞭
化させる機能を持つ。このうち、パソコンやテレビ等に
用いられるバックライトは、蛍光ランプ等の光源を液晶
の背後に直接置き、拡散板等を用いて光を拡散させるこ
とによって面状光源とする直下式と、導光板を用い導光
板の側端面から光を供給し、導光板内部で光を反射拡散
して面状光源とするサイドライト式との２つの照明方式
が主に用いられている。

【０００３】これら両方式は、照明すべき液晶パネルの
大きさや液晶ディスプレイユニットとしての許容外形寸
法、目標価格等によって適宜選択されまた併用される
が、薄型化の要求されるノートブック型パソコンよりさ
らに小型化の要求の強い携帯電話やＰＨＳ用のバックラ
イトではサイドライト式が用いられており、この光源と
しては低消費電力の発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いら
れている。

【０００４】この発光ダイオードを用いたバックライト
には三原色の発光ダイオードを光源に用い、これらの光
を合成して白色光を得る方式のものや、単色の発光ダイ
オードを光源として用い、この光を蛍光物質に照射して
その蛍光現象によって波長変換して白色光を得る方式の
もの等が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
三原色の発光ダイオードを用いる方式では、たとえ各色
のダイオードをバックライト中央領域において幾何学的
に等価となるように配設したとしても、導光板の入射側
端部に近い領域では各ダイオードからの光を近接した位
置で観測することとなるため色相バランスが崩れる現象
が発生し、バックライト全面で均一な色相を持つ光源を
得ることが困難であった。

【０００６】また、単色光の発光ダイオードを光源とし
て用いる方式は、三原色中もっとも波長の短い青色を発
光する青色発光ダイオードを光源として用い、この光を
蛍光により緑色に波長変換する蛍光物質と赤色に波長変
換する蛍光物質とを有する波長変換層に照射して、波長
変換により得られた光とこの波長変換層を透過した光と
を合成することによって白色光を得るものである。

【０００７】この単色発光ダイオードを光源として用い
る方式は、励起光が照射されて蛍光を発生する蛍光物質
点各点がミクロ的な点光源となり、蛍光物質層はこれら
点光源の集合体となる。従って、前記発光ダイオードに
よって照射される蛍光物質層はマクロ的には一定の面積
を持つ白色光源として作用することとなり、前記三原色
の発光ダイオードを用いる方式に比べて比較的容易に色
相バランスの良い白色光を得ることができる。

【０００８】しかし、一方では従来なかった蛍光物質層
を新たに設ける必要があり、例えば導光板の出光面に新
たに蛍光物質を具備したフィルムを設けたり、導光板の
入射側面端部に蛍光物質を塗布・乾燥させて蛍光物質層
を形成し、あるいは入射側面端部に蛍光物質を含む樹脂
層を接着固定する等、部品点数の増加やこれに伴う新た
な付加工数を発生し、生産性の悪化を招く原因となって
いた。

【０００９】また、例えば前記導光板の出光面に蛍光物
質を具備したフィルムを設ける方法では、発光ダイオー
ドを点灯させない状態で蛍光物質層の色が液晶パネルを
透過して見えるため、製品として視覚的な印象が悪いと
いう問題があった。また前記蛍光物質を塗布・乾燥させ
て蛍光物質層を形成する方法では、塗布層の蛍光物質濃
度や膜厚のばらつき、液流れや剥離等の問題があり、蛍
光物質を含む樹脂層を接着固定する方法では蛍光物質層
自身については均一化するが、一方で接着剤の液流れや
気泡の混入等の問題があるなど、製品の品質安定化の面
でも問題があった。

【００１０】さらに、上記蛍光物質を用いた各方法で
は、白色光の色相バランスの点では良好な特性を得られ
るが、面状光源として求められるバックライト全面にわ
たっての発光強度の均一性という点ではさらなる改善が
必要とされていた。すなわち、バックライト中央部での
輝度が高く、発光ダイオード近傍領域及び遠方領域の輝
度が相対的に低くなるという問題である。

【００１１】本発明は、上記の様な課題に鑑みてなされ
たものであり、生産性の悪化を招くことなく、また、安
定した品質を備えた均一発光強度の面状光源を供給する
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、薄板状に形成されて、側端入射面から
入射した光を平面状に形成された出光面から放射する導
光板と、この導光板の側端入射面に光を入射させる光源
とを備える面状光源において、前記導光板に光を入射さ
せる光源は発光ダイオードを有し、この発光ダイオード
からの光を入射させる導光板の側端入射面には発光ダイ
オードから入射する光の波長を変換する蛍光物質を含有
した複数のレンズ状微小突起が導光板と一体的に形成さ
れて面状光源を構成する。

【００１３】この様に、本発明では蛍光物質を含有する
レンズ状微小突起を導光板と一体的に形成する。従って
蛍光物質を導光板の成形後に塗布・乾燥させて蛍光体被
膜を形成し、あるいは導光板の形成後に別の工程で製作
された蛍光物質層を接着して構成する場合、などに問題
となる部品点数の増加や新たな付加工数の発生による生
産性の悪化を招くことが無く、また生産品質のばらつき
を抑制することができる。

【００１４】また、発光ダイオードからの光が入射する
側端入射面は、蛍光物質を含有する複数のレンズ状微小
突起を有して形成される。このため、発光ダイオードか
ら入射した光はこの複数のレンズ状突起で多方向に屈折
して均一に拡散されるとともに、内部に含まれる蛍光物
質を励起し波長変換をおこなう。従って、このレンズ状
突起によって側端入射面内で任意の発光色に変換され、
かつ均一拡散されるため側端入射面近傍領域でも十分な
輝度を有する面状光源を得ることができる。

【００１５】なお、上記導光板の出光面に対峙する面及
び導光板の側端入射面以外の他の側端面は、複数の凸面
状もくは凹面状の突起を有して形成することが望まし
く、この凸面状もしくは凹面状の突起は、前記対峙する
面の中央部よりも周辺部の方が密度が高くなるように形
成することが好ましい。また、この様な突起部はその表
面に導光板内部を伝達する光を反射する反射手段が形成
されることが好ましい。

【００１６】この様な凹凸状の突起を導光板に一体的に
設けることにより、導光板内部を進行する光を導光板内
部で反射拡散させて導光板の出光面から出力させること
ができる。このため、例えば白色の拡散板等を設ける場
合よりも吸収損失を低くすることができ、またプリズム
シート等を出光面に設ける必要がない。従って部品点数
や付加工数を低減することができる。またこの凹凸面の
分布及び配設密度を変化させることにより、従来不足し
がちな導光板周辺部の発光輝度を高めることができるた
め、面状光源全体の輝度分布を均一化させることができ
る。さらにこの凹凸面の表面に反射手段を形成すること
によって入射光に対する出光効率をさらに高めることが
できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以降、本発明の好ましい実施の形
態について、図面を参照しながら説明する。まず、本発
明に係る面状光源１の全体を示す鳥瞰図を図１に、この
面状光源１を発光ダイオード５の光軸方面に切断した代
表断面を側面からみた側断面図を図２に示している。

【００１８】本発明に係る面状光源１は、複数の発光ダ
イオード５と、側端入射面１１から入射した発光ダイオ
ード５からの光を波長変換し、出光面１５から均一光強
度で出射する薄板平板状に形成された導光板１０とから
構成され、ともに図示せぬ固定手段により相互位置が一
定となるように固定されている。

【００１９】発光ダイオード５及び後述する蛍光物質と
は導光板１０の出光面１５から出力させようとする光の
波長によって任意の組み合わせを選択することができる
が、例えばこの出光面から白色光を出光させようとする
ときには、発光波長が450nm近傍の高輝度青色発光ダイ
オードを用いることが好適である。また、発光ダイオー
ド５と導光板１０の側端入射面１１との間隔、及び複数
の発光ダイオード５の相互間隔（配設ピッチ）は、用い
る発光ダイオードの発光強度や光の発散角、パワー密度
分布等から定める。

【００２０】導光板１０は、アクリル樹脂（メタクリル
樹脂）ポリカーボネート等の可視光に対して透過性の高
い材料を用い、射出成形やトランスファー成形等の成形
手段を用いて薄板平板状に一体的に形成される。この導
光板の出光面１５は平滑な平面上に形成され、必要に応
じて化成処理やスクリーン印刷、蒸着等により出光面の
内外面反射を防止する反射防止膜や部分反射膜、出光規
制枠等が形成される。

【００２１】発光ダイオード５からの光が入射する側端
入射面１１は、例えば図３あるいは図４に示すように、
蛍光物質を内部に均一分散して含有し、凸面あるいは凹
面のレンズ状に形成されたレンズ状突起部１１ｂを有し
て、いわゆる二色成形等の成形手法によって導光部と一
体的に形成される。

【００２２】発光ダイオードから入射した光は、例えば
図３（あるいは図４）中に３種類の点線で例示したよう
に、レンズ状突起部１１ｂに設けられた複数のレンズ状
突起１１ｐ（あるいは１１ｎ）で多方向に屈折して均一
に拡散されるとともに、この拡散過程において内部に含
まれる蛍光物質と衝突してこれを励起し波長変換を行
う。

【００２３】このレンズ状突起部１１ｂに含有される蛍
光物質は、前述のように導光板の出光面１５から出力さ
せようとする光の波長によって種々の選択が可能である
が、白色光を出力させようとするときには、光源である
発光ダイオードの青色光を赤色光に波長変換する赤色蛍
光物質を含有するペレットと、青色光を緑色光に波長変
換する緑色蛍光物質を含有するペレットとを用い、これ
らを等量混合して前記二色成形の手法により導光板と一
体成形してこの突起部内部に均一分散させる。なお、あ
らかじめ赤色蛍光物質と緑色蛍光物質とを等量ずつ含有
するペレットを製作し、これを用いて二色成形すること
も可能である。

【００２４】以上のようにして形成されたレンズ状突起
部１１ｂに入射する青色光は、レンズ状突起１１ｐある
いは１１ｎによって多方向に均一拡散するとともに、拡
散過程においてその光の一部は赤色蛍光物質と衝突して
赤色光に波長変換され、また他の一部は緑色蛍光物質と
衝突して緑色光に波長変換され、残りの一部はこれら蛍
光物質と衝突せずそのまま通過する。その結果、側端入
射面のレンズ状突起部１１ｂ内ではこれら３原色が混合
されて白色光となりかつ均一拡散されて透明導光部に入
射する。また白色光はレンズ状突起１１ｐ，１１ｎによ
り均一拡散されているため側端入射面近傍領域でも十分
な輝度を有する面状光源を得ることができる。

【００２５】なお、上記のようにレンズ状突起部１１ｂ
に蛍光物質を均一分散させて波長変換部を設ける方法の
他、例えばレンズ状突起部１１ｂを導光板の透光部と同
様の透明材質とし、レンズ状突起部１１ｂと透明導光板
との境界層の部分に前記のような蛍光物質を含有する蛍
光物質層を一層設け、これら三者を一体的に成形するも
のであっても同様の効果を得ることができる。また、こ
の様な蛍光物質層はレンズ状突起１１ｐや１１ｎの表面
に層状に設けるものであっても良い。

【００２６】次に、本発明に係る面状光源１の導光板の
出光面１５に対峙する面（以降単に出光背面という）１
２、及び前記側端入射面１１以外の他の側端面１３の構
成について説明する。これらの面１２，１３は複数の凸
面状もしくは凹面状の突起を有して射出成形等の手段に
より一体的に構成され、さらに出光背面１２には蒸着等
の手段により反射膜が形成されている。そしてこの凸面
状もしくは凹面状の突起は、例えば図２あるいは図６，
図８等に示すように、その突起の分布密度を変化させて
構成している。以降このように構成された各面の作用に
ついて出光背面１２を例にとって説明する。

【００２７】まず、図５及び図６は、導光板１０の出光
背面１２に形成された凹面状の突起（透光板全体から見
て凹面、透光板内部からみると凸面状反射面）１２ｎ
に、導光板内を伝達する光が当たったときの反射の様子
を模式的に示しており、このうち図５はこの一つの凹状
突起に平行光束が当たったときの光の拡散状況を、図６
には複数の凹面状突起の分布による出光面への反射光分
布を示している。

【００２８】これらに示したように、個々の凹面状の突
起１２ｎは入射する光を反射拡散し、各々の凹面状突起
１２ｎ各々が点光源であるかのように作用する。また、
この様な突起部の分布密度を変化させることにより、各
点光源の分布密度を変化させることができ、例えば図６
に同一方向への反射光の密度を示したように出光面への
光の分布密度を適宜に変更し光量分布を調整することが
できる。従って従来不足しがちな導光板周辺部の出光背
面に、この様な突起部を中央部より多く設けることによ
り発光輝度を高めることができ、従って面状光源全体の
輝度分布を均一化させることができる。

【００２９】図７及び図８は、図５及び図６とは逆に導
光板１０の出光背面１２に凸面状の突起（前記同様透光
板内部から見ると凹面状の反射面）１２ｐを形成した場
合の光の拡散反射状態を模式的に示したものである。こ
れら両図から、前記凹面状の突起１２ｎを設けたとき
と、同一入射角に対する光の反射角が異なるものの、個
別的には凹面状の突起１２ｎを設けたときと同様に各々
の突起が光を拡散して点光源として作用し、またこの突
起１２ｐの分布密度を変化させることによって出光面１
５への光の分布密度を調整することが可能であることが
理解される。従って面状光源全体の輝度分布を均一化さ
せることができる。

【００３０】このように、出光背面１２及び側端入射面
以外の側端面１３に凹面状あるいは凸面状の突起部を設
けることにより、導光板１０の内部を伝達する光を拡散
反射させて出光面の発光輝度を向上させることができ、
また、この様な凹面もしくは凸面またはこれら両者の分
布密度を適宜調整することにより、白色化された出力光
を均一な輝度分布、均一な放射角度分布で出力する面状
光源を得ることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
薄板状に形成されて導光板の側端入射面から入射した光
を出光面から放射する導光板と、この導光板の側端入射
面に光を入射させる光源とを備える面状光源において、
導光板に光を入射させる光源は発光ダイオードを有し、
この発光ダイオードからの光を入射させる導光板の側端
入射面には発光ダイオードから入射する光の波長を変換
する蛍光物質を含有した複数のレンズ状突起を例えば二
色成形等の手段により導光板と一体的に形成して面状光
源を構成する。

【００３２】従って蛍光物質を導光板の成形後に塗布・
乾燥させて蛍光体被膜を形成し、あるいは導光板の形成
後に別の工程で製作された蛍光物質層を接着して構成す
る場合などに問題となる部品点数の増加や新たな付加工
数の発生による生産性の悪化を招くことが無く、また生
産品質のばらつきを抑制することができる。

【００３３】また、発光ダイオードからの光が入射する
側端入射面は、蛍光物質を含有する複数のレンズ状突起
を有して形成される。このため、発光ダイオードから入
射した光はこの複数のレンズ状突起で多方向に屈折して
均一に拡散されるとともに、この拡散過程において内部
に含まれる蛍光物質と衝突してこれをを励起し波長変換
をおこなう。従って、入射光はこのレンズ状突起部内で
任意の発光色に波長変換され、かつ均一拡散されるた
め、側端入射面近傍の出光面でも十分な輝度を有する面
状光源を得ることができる。

【００３４】なお、上記導光板の出光面に対峙する面及
び導光板の側端入射面以外の他の側端面は、複数の凸面
状もくは凹面状の突起を有して形成することが望まし
く、この凸面状もしくは凹面状の突起は、前記出光面に
対峙する面の中央部よりも周辺部の方が密度が高くなる
ように形成することが好ましい。また、この様な突起部
はその表面に導光板内部を伝達する光を反射する反射手
段が形成されることが好ましい。

【００３５】上記のように凹凸状の突起を導光板に一体
的に設けることにより、導光板内部を進行する光は導光
板内部で反射拡散されて導光板の出光面から出力され
る。このため、例えば白色の拡散板等を設ける場合より
も吸収損失を低くすることができ、またプリズムシート
等を出光面に設ける必要がない。このため部品点数や付
加工数を低減することができる。また、この凹凸面の分
布及び配設密度を出光面で観測される輝度に応じて適宜
変化させることにより、従来不足しがちな導光板周辺部
の発光輝度を高め、面状光源全体の輝度分布及び放射角
度分布を均一化させることができる。さらにこの凹凸面
の表面に反射手段を形成することによって入射光に対す
る出光効率をさらに高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る面状光源の構成を示す鳥瞰図であ
る。

【図２】前記面状光源の側断面図である。

【図３】前記面状光源の側端入射面に設けられた凸面状
のレンズ状突起部での入射光の拡散状態を表す説明図で
ある。

【図４】前記面状光源の側端入射面に設けられた凹面状
のレンズ状突起部での入射光の拡散状態を表す説明図で
ある。

【図５】前記面状光源の出光面に対峙する面あるいは側
端入射面以外の他の側端面に設けられた凹面状突起部で
の光の拡散状態を表す説明図である。

【図６】前記凹面状突起部の分布を変化させたときの反
射光の分布密度を表す説明図である。

【図７】前記面状光源の出光面に対峙する面あるいは側
端入射面以外の他の側端面に設けられた凸面状突起部で
の光の拡散状態を表す説明図である。

【図８】前記凸面状突起部の分布を変化させたときの反
射光の分布密度を表す説明図である。

【符号の説明】

１ 面状光源 ５ 発光ダイオード １０ 導光板 １１ 側端入射面 １１ｐ，１１ｎレンズ状突起 １２ 出光面に対峙する面（出光背面） １３ 側端入射面以外の他の側端面 １５ 出光面 １２ｐ凸面状の突起 １２ｎ凹面状の突起

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄板状に形成されて、側端入射面から入
   射した光を平面状に形成された出光面から放射する導光
   板と、 前記導光板の前記側端入射面に光を入射させる光源とを
   備える面状光源において、 前記光源は発光ダイオードを有し、 前記側端入射面は複数のレンズ状突起を有し、 前記レンズ状突起は前記発光ダイオードから入射する光
   の波長を変換する蛍光物質を含有して前記導光板と一体
   的に形成されることを特徴とする面状光源。
2. 【請求項２】 前記導光板の出光面に対峙する面及び前
   記側端入射面以外の他の側端面は、複数の凸面状もくは
   凹面状の突起を有して形成することを特徴とする請求項
   １に記載の面状光源。
3. 【請求項３】 前記出光面に対峙する面の前記凸面状も
   しくは凹面状の突起は、前記対峙する面の中央部よりも
   周辺部の方が密度が高くなるように形成することを特徴
   とする請求項２に記載の面状光源。
4. 【請求項４】 前記出光面に対峙する面あるいは前記側
   端入射面以外の側端面に設けられた凸面状もしくは凹面
   状の突起は、導光板内部の光を反射する反射手段が形成
   されてなることを特徴とする請求項２または請求項３に
   記載の面状光源。