JP2003242820A - 光源装置及び平面表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源からの出射光の利用効率を高め、平面表
示装置の視認性を向上でき、しかも、経済性に優れた光
源装置及び平面表示装置を提供する。 【解決手段】 ＦＰＤ１００は、表示パネル１の背面側
に本発明の光源装置が設けられたＬＣＤである。光源装
置は、導光板２の後段に配置された光源３と集光光学系
１０を備えて成る。集光光学系１０は、一方端が導光板
２の側壁に結合されたプリズム３０の他方端が光源３の
周囲に配置された集光部２０の両側端に結合されたもの
である。かかる構成のＦＰＤ１００では、光源３からの
出射光の殆どの部分が、集光部２０によりプリズム３０
に集光され、反射面３１，３２等で反射されて導光板２
へ入射する。よって、出射光の利用効率が格段に高めら
れ、且つ、導光板の使用により照射ムラを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源装置及び平面
表示装置に関し、詳しくは、液晶表示層を有する表示パ
ネルに用いられるいわゆるバックライト型の光源装置、
及び当該光源装置を備える液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）
といった平面表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スイッチング素子や光学素子を用いた平
面表示装置（フラットパネルディスプレイ；ＦＰＤ）
は、軽量、省スペース、且つ省エネルギーといった優れ
た特徴を備えており、近年、ブラウン管（ＣＲＴ）に代
替する平面表示装置の主流となっている。ＦＰＤのなか
で液晶を用いたＬＣＤは、自己発光特性を有しないこと
から、外部の光源（人工光源又は自然光源）が必要であ
り、かかる光源のタイプとしては、主として透過型及び
反射型が採用されている。特に、高照度による視認性及
び安定性等の観点からは、看者に対して液晶表示層の裏
面側（背面側）から光を透過させるバックライト型の光
源装置が有利である場合が多い。

【０００３】このようなバックライト型の光源装置とし
ては、以下に示す如く、種々のものがある。すなわち； （１）特公平３−７２９６８号公報には、液晶表示パネ
ルの背面側に設けられた線状光源を備えており、その光
源とパネルとの間に中央部が厚くされた特徴的な形状を
有する光散乱体が配置されたものが記載されている。 （２）実公平８−５４５４号公報には、液晶セルの背面
側に設けられた導光体（ライトガイド）の後段に、斜面
を含む透反板を有する透明板を介して光源が配置された
ものが記載されている。 （３）特許第２５４０５４９号公報には、光拡散板の下
方面側に対象配置された内面フレネル形状を有する二つ
の楔型導光体のそれぞれに線状光源が設けられたものが
記載されている。また、特公平６−４２０２８号公報に
は、内面フレネル形状等を有する一つの略楔型導光体に
線状光源が設けられたものが記載されている。 （４）特公平７−１１３７１８号公報には、光乱反射層
を有する導光板の側方に単一又は複数の線状光源が配置
されたものが記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これら従来の光源装置
のなかで、液晶セル等の表示層（パネル）の背面側に光
源が位置する上記（１），（２）のタイプの場合、表示
層に出射される光強度ひいては表示層における照度の面
内分布を均一化して照度ムラを解消すべく、光源と導光
体との間に一定の厚みを有する光散乱体や特徴的な透明
板が配置されている。したがって、原理的に装置全体の
厚みが不都合に増大してしまう傾向にある。なお、表示
層又は導光体の直後方に複数の光源を配置することも考
えられるが、照度ムラを十分に解消するには、実質的に
理想的な面光源とする必要があり、また、この場合に
は、光源自体の部材コスト及び製造工数の増大を招いて
しまう。

【０００５】一方、上記（３），（４）のタイプのもの
は、パネルの背面に設けた導光板の側方に光源が配置さ
れているので、ＬＣＤの薄型化の観点ではより優れてい
る。また、光源の周囲を反射体で覆うことにより、出射
光の大部分を導光板へ導入して光の利用効率の向上が図
られている。しかし、光源の制約から、単一光源ではＬ
ＣＤに要求される十分な照度が担保し難いこともあり、
複数光源とせざるを得ない場合があり、光源自体の部材
コスト及び製造工数が増大するという不都合がある。

【０００６】加えて、近時更なる薄型化という市場の要
求が高まってきており、これに応えるべく導光板の薄層
化が加速している。これに対し、同等の光強度を有する
光源サイズの縮小化には限界があるため、複数の光源を
用いたとしても、従来と同様の光学系を使用する限り、
出射光を導光板へ効率よく入射させることが困難であ
る。よて、光の利用効率が低下し、ＬＣＤの照度が低下
して表示面の視認性が悪化するおそれがある。

【０００７】そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなさ
れたものであり、光源からの出射光の利用効率を高め、
平面表示装置の視認性を向上でき、しかも、経済性に優
れた光源装置及び平面表示装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による光源装置は、液晶表示層を有する表示
パネルの背面側に設けられるものであって、表示パネル
に対向するように設置される光源と、表示パネルと光源
との間に設けられた導光板と、光源の周囲を覆うように
配置され且つ導光板における互いに対向する側壁のそれ
ぞれに光学的に結合された集光光学系とを備えることを
特徴とする。

【０００９】このように構成された光源装置において
は、光源から発せられた光が、表示パネルに直接導入さ
れずに、光源の周囲に配置された集光光学系で集めら
れ、その内部を導波し、集光光学系に光学結された導光
板に入射する。よって、光源からの出射光の利用効率が
極めて高められる。したがって、光源を複数光源としな
くても表示パネルに要求される十分な輝度が実現され
る。

【００１０】また、光源は、導光板と略同軸状に配置さ
れた単一のものであり、集光光学系は、光源が略中心に
位置するように配置され、且つ、光源近傍から互いに対
向する側端部に向かって断面厚さが漸次小さくされてお
り、側端部に光源からの出射光が集光される第１の光学
部と、断面台形状を成し且つ底面が第１の光学部におけ
る互いに対向する側端部と導光板における互いに対向す
る側壁とに光学的に結合された第２の光学部とを有する
ものであると好ましい。

【００１１】こうした場合、第１の光学部によって、光
源からの出射光が光源近傍つまり断面厚さが大きな中心
部からより薄い（幅が狭い）側端部に向かって集光され
る。このように狭い範囲（領域）に収束された光は、断
面略台形状を成す一種のプリズムとして機能する第２の
光学部に入射し、その内部で反射・導光されて導光板に
導入される。よって、第２の光学部のダウンサイズが図
られると共に、導光板の厚さが薄くとも、その側壁への
光入射が平易である。

【００１２】さらに、第１の光学部が、光源の近傍部位
に形成された凹部を有するものであるとより好ましい。
第１の光学部における光源近傍の部位には、光源からの
出射光が深い角度で照射される傾向にあるため、その部
位に凹部が形成されていれば、当該凹部による反射又は
散乱により、その反射光や散乱光が光源から遠方に導光
され易くなる。よって、第２の光学部に入射する光量が
一層増大される。

【００１３】より具体的には、第２の光学部が、当該第
２の光学部の底面に対して所定角を成し且つ導光板の側
壁に対向する第１の反射面と、第２の光学部の底面に対
して所定角を成し且つ第１の光学部の側端部に対向する
第２の反射面とを有しており、導光板の厚さが第２の反
射面の高さ以上とされており、第１の光学部の側端部の
厚さが第１の反射面の高さ以下とされていると好適であ
る。

【００１４】或いは、第２の光学部が、当該第２の光学
部の底面に対して４５°の角度を有し且つ導光板の側壁
に対向する第１の反射面と、当該第２の光学部の底面に
対して４５°の角度を有し且つ第１の光学部の側端部に
対向する第２の反射面とを含んでおり、下記式（１）； ｈ×√２≦Ｌ≦ｄ×√２ …（１） で表される関係を満たすように設けられたものである。
ここで、式中、Ｌは第２の光学部の断面における第１及
び第２の反射面の長さを示し、ｈは第１の光学部の側端
部の厚さを示し、ｄは導光板の厚さを示す。

【００１５】このように構成すれば、第２の反射面の高
さ（Ｌ／√２）に比して第１の光学部の側端部の厚さ
（高さ）が同等又はそれより小さいので、第１の光学部
で集められた光が第２の光学部へ入射する際の損失が抑
えられる。この入射光は、第２の反射面等で反射され
て、第１の反射面側に向かい、そこで反射されて導光体
へ入射する。このとき、第１の反射面の高さ（Ｌ／√
２）に比して導光体の厚さ（側壁の高さ）が同等又はそ
れより大きいので、第２の反射面等で反射され導光され
た光が導光体へ入射する際の損失が抑えられる。

【００１６】また、本発明による平面表示装置は、液晶
表示層が基板に保持されて成る表示パネルと、この表示
パネルの背面側に設けられた本発明による光源装置とを
備えることを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付
し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置
関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づ
くものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率
に限られるものではない。

【００１８】図１は、本発明による光源装置を備える本
発明の平面表示装置の第一実施形態を示す摸式断面図で
ある。ＦＰＤ１００（平面表示装置）は、バックライト
型ＬＣＤであって、表示パネル１の後方（看者９から見
て表示パネル１の背面側）に本発明による光源装置が設
けられたものである。表示パネル１は、それぞれ電極が
設けられた透明基板１１，１２（基板）間に、例えば数
十〜数百μｍピッチで配設された液晶セルアレイを有す
る液晶表示層１３が挟持されて成る。また、看者９側の
表面には必要に応じて偏光体１４が被着される。

【００１９】ここで、ＬＣＤの駆動方式としては、パッ
シブ方式及びアクティブ方式のいずれも採用され得る
が、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、薄膜ダイオード(Ｔ
ＦＤ)等のスィッチング素子を画素セル毎に備えるアク
ティブ方式が、表示性能により優れる点で好適である。
また、カラー表示を行う場合には、各スイッチング素子
に対応して例えばピクセル単位でＲＧＢ等のカラーフィ
ルタが配設される。また、透明基板１１，１２として
は、可視光（波長が概ね４００〜７５０ｎｍ程度）に対
する透光性を有する樹脂体、例えば（メタ）アクリル系
樹脂、ポリカーボネート、シクロオレフィン系樹脂等、
或いは、各種ガラス材等を適宜選択して用いることが可
能である。さらに、必要に応じて、例えば無機系の防湿
層を設けてもよい。

【００２０】また、本発明による光源装置は、表示パネ
ル１に対向するように配置された導光板２と、更にその
後段に配置された光源３及び集光光学系１０を備えてい
る。つまり、光源３は、導光板２を介して表示パネル１
の背面にそれらと同軸状に設けられたバックライトであ
る。なお、光源３の形状は特に制限されず、例えば、線
状光源でも点状光源でもよい。以下においては、線状光
源として説明する。また、導光板２は、側壁から導入さ
れた光を表示パネル１側へ照射するためのものであり、
内面に例えばフレネル形状の散乱体、分散体、或いは反
射体等が形成された一般に用いられるものを使用でき
る。

【００２１】集光光学系１０は、光源３の周囲を覆うよ
うに設けられた集光部２０（第１の光学部）とプリズム
３０（第２の光学部）とから構成されている。集光部２
０は、内面が反射面であり且つ光源３を挟んで対称に対
向配置された二つの反射体２１ａから成る筐体２１と、
光源３と同軸状に設けられた円筒部２２との間に、集光
媒体２３を有して成る。集光媒体２３としては、例え
ば、空気その他のガス、或いは、所定の屈折率を有する
透明部材等が挙げられ、適宜選択できる。また、集光部
２０は、光源３の近傍の断面幅が最大とされており、端
部に向かってその幅が漸次狭くされている。

【００２２】また、プリズム３０は、断面台形状を成し
ており、底面３０ａが導光板２の側端面２ａ及び集光部
２０の側端面１０ａと光学的に接合されている。さら
に、プリズム３０における導光板２側に位置する反射面
３１（第１の反射面）及び集光部２０側に位置する反射
面３２（第２の反射面）は、底面３０ａに対する内角θ
が４５°とされている。また、これらの反射面３１，３
２は、上記式（１）を満たすように設けられている。な
お、本実施形態においては、式中のＬは、反射面３１，
３２の断面長さを示し、ｈは集光部２０の側端面の厚さ
を示し、ｄは導光板２の厚さを示す。つまり、反射面３
１の高さ（Ｌ／√２）は、導光板２の厚さｄ以下とされ
る一方で、反射面３２の高さ（Ｌ／√２）は、集光部２
０の側端面１０ａの厚さｈ以上とされている。

【００２３】このように構成されたＦＰＤ１００及びこ
れに備わる光源装置においては、光源３からの出射光
（一例を図示矢印で示す。）の一部がプリズム３０へ入
射すると共に、他の大部分が反射体２１ａの反射面で反
射されて集光部２０の両側端側へ導波し、プリズム３０
内へ入射する。よって、光源３から全周方向へ発せられ
る光の略全部が、集光部２０の両側端部に集光され、プ
リズム３０内へ入射する。この入射光は、プリズム３０
の反射面３１，３２等で反射され、導光板２へ導入され
る。そして、導光板２内で分散、反射等された光が表示
パネル１側へ出射される。

【００２４】このように、ＦＰＤ１００によれば、光源
３から全周方向に出射された光の殆ど（実質的に略全
部）が導光板２内へ導入されるので、従来に比して、出
射光の利用効率を格段に高めることができる。よって、
光源を複数用いず単一の光源３のみでも、導光板２から
表示パネル１側へ照射される光量が増大し、表示パネル
１の輝度が増し、その表示性、視認性及び色調を格別に
改善できる。また、導光板２を用いるので、表示パネル
１上での照度ムラを防止できる。

【００２５】さらに、光源３からの出射光を、幅が狭い
集光部２０の両側端部に集光し、光束フルエンス（フラ
ックス）を高めるので、プリズム３０の小型化を図り得
る。またさらに、プリズム３０を小型化により、反射面
３１の長さＬを短小化できるので、導光板２の厚さｄが
極薄い場合にも、導光板２の側壁へ十分な光量を導入し
易くなる。さらにまた、この点において、アライメント
が簡便となる。またさらに、光源３を単色化することに
より、経済性をも向上できる。

【００２６】また、反射面３２の高さ（Ｌ／√２）に比
して集光部２０の側端部の厚さ１０ａ（高さ）ｈが同等
又はそれより小さくされているので、集光部２０で集光
された光束がプリズム３０へ入射する際の損失を十分に
抑制できる。よって、反射面３２への入射効率を高める
ことができる。さらに、反射面３１の高さ（Ｌ／√２）
に比して導光板２の厚さｄ（側壁の高さ）が同等又はそ
れより大きくされているので、反射面３１等で反射され
た光が導光板２へ入射する際の損失を十分に抑制でき
る。よって、光の利用効率を更に一層向上できる。

【００２７】図２は、本発明による光源装置を備える本
発明の平面表示装置の第二実施形態を示す摸式断面図で
ある。ＦＰＤ２００（平面表示装置）は、集光光学系１
０の代わりに、光源３を挟んで対称に対向配置された二
つの反射体４１ａから成る筐体４１を有する集光光学系
４０を備えること以外は、図１に示すＦＰＤ１００と同
等に構成されたものである。また、図３は、本発明によ
る光源装置を備える本発明の平面表示装置の第三実施形
態を示す摸式断面図である。ＦＰＤ３００（平面表示装
置）は、集光光学系１０の代わりに、光源３を挟んで対
称に対向配置された二つの反射体６１ａから成る筐体６
１を有する集光光学系６０を備えること以外は、図１に
示すＦＰＤ１００と同等に構成されたものである。

【００２８】これらＦＰＤ２００，３００に用いられる
集光光学系４０，６０の反射体４１ａ，６１ａは、光源
３の近傍部位、具体的には光源の図示上方及び下方部位
にそれぞれ凹部Ｋ１，Ｋ２が形成されている。凹部Ｋ１
は、断面弧状を成す一方で、凹部Ｋ２は、断面「く」の
字状を成している。このように凹部Ｋ１，Ｋ２が形成さ
れた部位には、光源３からの出射光が深い角度で照射さ
れるため、そのような照射光は当該凹部Ｋ１，Ｋ２によ
って反射，散乱等され、その反射光や散乱光が光源３か
ら遠方に導光され易くなる。よって、集光光学系４０，
６０の両側端面１０ａへの集光効率がより高められる。
したがって、同じ光源３を用いても、出射光の利用効率
を更に向上できる利点がある。なお、ＦＰＤ１００が奏
するのと同様の他の作用・効果については、重複を避け
るため、ここでの説明は省略する。

【００２９】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能
である。例えば、集光光学系１０，４０，６０の各集光
部２０及びプリズム３０の形状、凹部Ｋ１，Ｋ２の形状
等は、図示に限定されず、また、プリズム３０の一部又
は全部に代わりに、ファイバ等の柔軟性を有する導光路
を用いてもよい。さらに、光源３として、よりサイズの
小さいものを集光光学系１０，４０，６０の各集光部２
０内に配置しても構わない。またさらに、ＬＣＤの表示
性及び視認性を一層高めるべく、透明基板１２における
例えば導光板２の対向面にＡＲコートを施してもよい。
これにより、看者９側から入射する反射光によるコント
ラストの低下を抑えることができる。さらにまた、偏光
体１４はなくてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明による光源装
置によれば、表示パネルの背面に配置される光源の周囲
を覆い且つ導光板に光学結合された集光光学系を有する
ので、導光板が薄型化しても、光源からの出射光の利用
効率を格別に高めることができる。よって、この光源装
置を備える平面表示装置の照度ムラを防止し且つ高輝度
及び高照度を両立でき、これにより視認性を向上でき
る。また、出射光の利用効率が高まるので、単一光源で
十分な光量を得ることができ、経済性の向上をも図るこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光源装置を備える本発明の平面表
示装置の第一実施形態を示す摸式断面図である。

【図２】本発明による光源装置を備える本発明の平面表
示装置の第二実施形態を示す摸式断面図である。

【図３】本発明による光源装置を備える本発明の平面表
示装置の第三実施形態を示す摸式断面図である。

【符号の説明】

１…表示パネル、２ａ…側端面、２…導光板、３…光
源、１０ａ…側端面、１０、４０，６０…集光光学系、
２０…集光部（第１の光学部）、１１，１２…透明基板
（基板）、１３…液晶表示層、２１ａ，４１ａ，６１ａ
…反射体、３０…プリズム（第２の光学部）、３０ａ…
底面、３１…反射面（第１の反射面）、３２…反射面
（第２の反射面）、Ｋ１，Ｋ２…凹部、１００，２０
０，３００…ＬＣＤ（平面表示装置）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 修 東京都中央区日本橋小舟町５番１号 長瀬 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H091 FA14Z FA23Z FA42Z FA50Z FD22 LA16 LA18

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶表示層を有する表示パネルの背面側
   に設けられる光源装置であって、 前記表示パネルに対向するように設置される光源と、 前記表示パネルと前記光源との間に設けられた導光板
   と、 前記光源の周囲を覆うように配置され、且つ、前記導光
   板における互いに対向する側壁のそれぞれに光学的に結
   合された集光光学系と、を備える光源装置。
2. 【請求項２】 前記光源は、前記導光板と略同軸状に配
   置された単一のものであり、 前記集光光学系は、 前記光源が略中心に位置するように配置され、且つ、該
   光源近傍から互いに対向する側端部に向かって断面厚さ
   が漸次小さくされており、該側端部に前記光源からの出
   射光が集光される第１の光学部と、 断面台形状を成し、且つ、底面が第１の光学部における
   互いに対向する側端部と前記導光板における互いに対向
   する側壁とに光学的に結合された第２の光学部と、を有
   するものである請求項１記載の光源装置。
3. 【請求項３】 前記第１の光学部は、前記光源の近傍部
   位に形成された凹部を有するものである請求項２記載の
   光源装置。
4. 【請求項４】 前記第２の光学部が、当該第２の光学部
   の底面に対して所定角を成し且つ前記導光板の側壁に対
   向する第１の反射面と、当該第２の光学部の底面に対し
   て所定角を成し且つ前記第１の光学部の側端部に対向す
   る第２の反射面とを有しており、 前記導光板の厚さが前記第２の反射面の高さ以上とされ
   ており、 前記第１の光学部の側端部の厚さが前記第１の反射面の
   高さ以下とされている、請求項２又は３記載の光源装
   置。
5. 【請求項５】 前記第２の光学部が、当該第２の光学部
   の底面に対して４５°の角度を有し且つ前記導光板の側
   壁に対向する第１の反射面と、当該第２の光学部の底面
   に対して４５°の角度を有し且つ前記第１の光学部の側
   端部に対向する第２の反射面とを含んでおり、下記式
   （１）； ｈ×√２≦Ｌ≦ｄ×√２ …（１） Ｌ：前記第２の光学部の断面における前記第１及び第２
   の反射面の長さ、 ｈ：前記第１の光学部の側端部の厚さ、 ｄ：前記導光板の厚さ で表される関係を満たすように設けられたものである請
   求項２又は３記載の光源装置。
6. 【請求項６】 液晶表示層が基板に保持されて成る表示
   パネルと、 前記表示パネルの背面側に設けられた請求項１〜５のい
   ずれか一項に記載の光源装置と、を備える平面表示装
   置。