JP2004253308A - 面状光源及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】点状光源の位置精度を高くし、点状光源の位置ずれに基づき生じる輝度の低下を効果的に防止することができる面状光源を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる面状光源は、導光板１と、この導光板１の端面または隅部に設けられた点状光源２と、導光板１と点状光源２を保持するホルダ３とを備えている。ここで、導光板１は、点状光源２の発光面よりも厚みが薄く、かつ点状光源２の発光面の幅方向ほぼ中央を中心に入射光を拡散もしくは反射するほぼ同心円状のプリズムパターンが形成されている。ホルダ３は、導光板１の入光面高さ方向の中心と点状光源２の発光面高さ方向の中心がほぼ一致するように、導光板１の保持面よりも点状光源２の保持面の方を低く形成している。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明にかかる面状光源は、導光板１と、この導光板１の端面または隅部に設けられた点状光源２と、導光板１と点状光源２を保持するホルダ３とを備えている。ここで、導光板１は、点状光源２の発光面よりも厚みが薄く、かつ点状光源２の発光面の幅方向ほぼ中央を中心に入射光を拡散もしくは反射するほぼ同心円状のプリズムパターンが形成されている。ホルダ３は、導光板１の入光面高さ方向の中心と点状光源２の発光面高さ方向の中心がほぼ一致するように、導光板１の保持面よりも点状光源２の保持面の方を低く形成している。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、点状光源及び導光板を備えた面状光源及び液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶ディスプレイ用の照明ユニットとして、冷陰極蛍光管などの光源からの光を導光板により面状に変換する面状光源が用いられている。しかしながら、携帯電話やＰＤＡ等の通信モバイル製品は、今後ますます小型化、薄型化、低消費電力化が要求されるため、冷陰極蛍光管の代わりに省スペース、低電流駆動の可能なＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の点状光源を用いることが提案されている。
【０００３】
点状光源から照射される光の入射方法としては、点状光源の発光面を冷陰極蛍光管などと同様に導光板端面に向けて配置し、直接導光板へ入射する方法が最も多く用いられている。ところがこのような光源を用いると、構造が簡略化できる反面、従来の導光板に設けられているプリズム形状では導光板内を伝搬する入射光の分布に偏りが発生するため導光板内での輝度むらが発生し易いという問題を抱えている。
【０００４】
このような問題を解決する手段として、従来の平行線状プリズムパターンからなる導光板に代え、点状光源から放射状に拡散する入射光と直交するように点状光源を中心として円弧状の凹凸プリズムを配置したプリズムパタ−ンとすることや、その凹凸プリズムを不連続の半円状、三角形状の拡散パターン素子とした導光板が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
したがって、このような同心円状のプリズムパタ−ンを有する導光板ではプリズムの反射面が点状光源からの入射光の方向からずれてしまうと入射角がずれると共に、光出射光量が低下し、輝度低下を招くことになる。このため、点状光源の位置をプリズムパターンの同心円中心に正確に入光部に保持する必要がある。例えば、入光部の導光板端面中心に点状光源を保持するための保持片を設け、この保持片に点状光源を係合させ導光板端面に配置する方法等があるが（例えば、上述の特許文献１）、保持片を導光板と一体に成形するため製造装置が複雑になるとともに、中心合せも難しくなる。
【０００６】
また、上述したように液晶表示ディスプレイは、小型化、薄型化が要求されていることから、今後導光板の厚みはますます薄型化される傾向にあり、点状光源の発光面の大きさより導光板を薄くする場合においては点状光源を固定する面が少なくなり、精度よく保持することが難しくなる。特に、同心円状のプリズムパターンを有する導光板では点状光源の開口部からの出射光をロスなく導光板入光部へ伝えるためには厚み方向の位置精度も輝度の維持に大きな影響を与えることが本検討の過程において明らかとなった。
【０００７】
【特許文献１】
国際公開第９８／１９１０５号パンフレット
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の面状光源では、点状光源の位置精度が低いという問題点があった。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、点状光源の位置精度を高くし、点状光源の位置ずれに基づき生じる輝度の低下を効果的に防止することができる面状光源装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる面状光源は、導光板と、この導光板の端面または隅部に設けられた点状光源と、前記導光板と前記点状光源を保持するホルダとを備えた面状光源であって、前記導光板は、前記点状光源の発光面よりも厚みが薄く、かつ前記点状光源の発光面の幅方向ほぼ中央を中心に入射光を拡散もしくは反射するほぼ同心円状のプリズムパターンが形成され、前記ホルダは、前記導光板の入光面高さ方向の中心と点状光源の発光面高さ方向の中心がほぼ一致するように、前記導光板の保持面よりも前記点状光源の保持面の方を低く形成したものである。このような構成により、幅方向のずれに起因する輝度の低下と高さ方向のずれに起因する両者の輝度の低下を同時に防止することができ、この結果、面状光源として全面にわたって高い輝度維持率を有する出射光を得ることができる。
【００１１】
本発明にかかる他の面状光源は、導光板と、この導光板の端面または隅部に設けられた点状光源と、前記導光板と前記点状光源を保持するホルダとを備えた面状光源であって、前記導光板は、前記点状光源の発光面よりも厚みが薄く、かつ前記点状光源の発光面の幅方向ほぼ中央を中心に入射光を拡散もしくは反射するほぼ同心円状のプリズムパターンが形成され、前記ホルダは、導光板の入光面高さ方向の中心と点状光源の発光面高さ方向の中心がほぼ一致するように凹部を有するものである。このような構成によっても、幅方向のずれに起因する輝度の低下と高さ方向のずれに起因する両者の輝度の低下を同時に防止することができ、この結果、面状光源として全面にわたって高い輝度維持率を有する出射光を得ることができる。
【００１２】
本発明にかかる他の面状光源は、導光板と、この導光板の端面または隅部に設けられた点状光源と、前記導光板と前記点状光源を保持するホルダとを備えた面状光源であって、前記導光板は、前記点状光源の発光面よりも厚みが薄く、かつ前記点状光源の発光面の幅方向ほぼ中央を中心に入射光を拡散もしくは反射するほぼ同心円状のプリズムパターンが形成され、前記導光板入光面高さ方向の中心と前記点状光源の発光面高さ方向の中心のずれが±０．３ｍｍ以下である。このような構成によっても、幅方向のずれに起因する輝度の低下と高さ方向のずれに起因する両者の輝度の低下を同時に防止することができ、この結果、面状光源として全面にわたって高い輝度維持率を有する出射光を得ることができる。
【００１３】
上記の面状光源は、好適な実施の形態において液晶表示装置に用いられる。
【００１４】
また、本発明にかかるホルダは、点状光源の発光面よりも厚みが薄く、かつ前記点状光源の発光面の幅方向ほぼ中央を中心に入射光を拡散もしくは反射するほぼ同心円状のプリズムパターンが形成され導光板と、この導光板の端面または隅部に設けられた点状光源を保持するホルダであって、前記導光板の入光面高さ方向の中心と点状光源の発光面高さ方向の中心がほぼ一致するように、前記導光板の保持面よりも前記点状光源の保持面の方を低く形成したものである。このような構成によれば、導光板と点状光源を保持した状態において、幅方向のずれに起因する輝度の低下と高さ方向のずれに起因する両者の輝度の低下を同時に防止することができ、この結果、面状光源として全面にわたって高い輝度維持率を有する出射光を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき説明するが、本発明はこれら具体例に限られるものでない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の第一の形態にかかる面状光源の構成の一部を示すものである。図１において、１は導光板であり、点状光源からの光を発光面に導く機能を有する。この導光板１は、例えば、ポリカーボネート、アクリル、ＰＭＭＡ等の透明性樹脂により形成される。図１において、１ａは導光板入光面、１ｂは導光板出射面、１ｃはプリズム、１ｄは入光面の高さ方向の中点である。
【００１７】
また、２は点状光源である。この点状光源２は、全体としてほぼ矩形状の形状を有している。点状光源２は、例えば、ＬＥＤ素子であり、チップ型、砲弾型の形状を有する。２ａは点状光源の発光面、２ｂは点状光源の上面、２ｃは点状光源の下面、２ｄは点状光源の発光面高さ方向の中点を示している。この例では、点状光源２の発光面２ａは、導光板１の入光面１ａと接しているが、これに限らず、離れていてもよい。
【００１８】
３は点状光源２と導光板１を保持するホルダである。このホルダ３は、例えば合成樹脂によって形成される。このホルダ３は、断面がほぼＬ字状に構成されている。３ａはホルダ上面、３ｂはホルダ導光板下側保持面、３ｃはホルダの点状光源下側保持面、３ｄはホルダの点状光源後側保持面である。４はフレキシブル基板である。
【００１９】
図１にあるように、導光板１は点状光源２の発光面の高さ方向の幅より薄く設計されており、液晶と組み合わされて使用された時に薄型化を図れるようになっている。例えば、導光板１の厚みは、０．８ｍｍである。さらに、省スペース化に対応するためにこの導光板１の厚みを０．７ｍｍ以下とすることが好ましく、０．６ｍｍ以下とすることがより好ましい。また、点状光源２の発光面の高さ方向の厚みは、例えば１．０ｍｍである。
【００２０】
図２は、導光板１の下面、即ち、出射面１ｂの裏側の面からみた図である。図に示されるように、導光板１の下面には、図２に実線で示すように、対称軸線Ｓ−Ｓ’に沿って複数のプリズム１ｃが同心円状のプリズムパターンに形成されている。これらプリズム１ｃは、それぞれ、点状光源２の発光面２ａの幅方向のほぼ中央（対称軸線Ｓがこれを通る）を中心点Ｓとし、この中心点Ｓを共通の中心とした円弧状のプリズムパターンをなしている。そして、これらプリズム１ｃの両側の端部はいずれも導光板１の端面にほぼ達している。従って、両端部が導光板１の入光面１ａにある点状光源２に近いプリズム１ｃのプリズムパターンは、ほぼ半円状をなしている。
【００２１】
そして、点状光源２の発光面２ａは導光板１の入光面１ａに対向しており、点状光源２の発光面２ａから出射される光は、この入射端面１ａから導光板１内に入射する。このように、各プリズム１ｃが点状光源２の発光面２ａをほぼ中心としたほぼ同心円状のプリズムパターンをなすことにより、点状光源２からの全ての光は、その光路に垂直な線上に配置され、かつ発光点から等距離の面で反射、偏向することになる。即ち、中心点から等しい距離では、全ての光が同じ条件のもとで反射、偏向されることになる。
【００２２】
図３は面状光源の導光板１と点状光源２の配置を抜き出した図である。この点状光源２を導光板の入光面１ａの幅方向のほぼ中央に配置し、厚さ方向に導光板１と点状光源２の中点のずれ量を変化させた時の導光板１から出射される出射光の法線方向における相対輝度維持率を測定した結果を図６に示す。
【００２３】
図６に示すように、ずれ量が±０．３ｍｍを超えると、相対輝度維持率が極端に劣化することが分かる。この傾向は導光板厚みとの差が大きくなると、さらに顕著となり、従って厚み方向の位置精度が輝度の低下に大きく影響する。
【００２４】
図１の入光部における部分断面図に示すように、この実施の形態では点状光源２と導光板１は点状光源下面側２ｃ及びプリズム１ｃ側でそれぞれホルダ点状光源下側保持面３ｃ及びホルダ導光板下側保持面３ｂによって保持されている。そして、点状光源保持部において、点状光源下側保持面３ｃはホルダ導光板下側３ｂより下側になるように位置決めされており、それによって点状光源２の発光面高さ方向の中点２ｄと導光板入光面高さ方向の中点１ｄがほぼ一致するようになっている。このような位置決めのための凹部をホルダ部材に設けることにより点状光源の発光面高さ方向の中点と導光板の高さ方向の中点をほぼ一致させることができ、点状光源よりも厚みの薄い導光板を用いた場合にも輝度の低下を防止することが可能となる。
【００２５】
図４はホルダ部材３の点状光源２の保持部拡大図を示すものであり、点状光源下側保持面３ｃはホルダ導光板下側３ｂより下側になるように設けられていて、この凹部の幅方向の中心は導光板の同心円状プリズムの中心とほぼ一致するように配置されている。
【００２６】
図５は本発明の実施の形態にかかる面状光源の入光部の部分断面図を示す。図５に示すように、導光板厚みをＡ、点状光源の発光面厚みをＢ、ホルダ点状光源下側保持面３ｃとホルダ導光板下側保持面３ｂの段差をＣとした場合に、この段差Ｃは、できるだけ次の式（１）を満たす形状とすることが好ましい。
【００２７】
Ｃ＝（Ｂ−Ａ）／２ ・・・・（１）
【００２８】
このような式（１）を満たすような形状とすると、導光板１の高さ方向の中心と、点状光源２の高さ方向の中心がほぼ一致する。
【００２９】
以上のように、この第１の実施形態では、各プリズム１ｃを点状光源２を中心としてほぼ同心円状のプリズムパターンに配列するとともに、点状光源２の発光面高さ方向の中点２ｄと導光板の高さ方向の中点１ｄをほぼ一致するような凹部を有するホルダ部材３によって点状光源２を保持させることにより、幅方向のずれに起因する輝度の低下と高さ方向のずれに起因する両者の輝度の低下を同時に防止することができ、この結果、面状光源として全面にわたって高い輝度維持率を有する出射光を得ることができる。
【００３０】
図７はこの第１の実施形態を液晶表示パネルの照明ユニットとして用いた一具体例を示すものである。この具体例では、導光板１の出射面１ｂ側に、偏光板５ｂで液晶板５ａを挟むように構成された透過型液晶表示パネル５を配置し、さらに、導光板１のプリズム１ｃ側に反射板６を配置したものである。このような構成では、導光板１に入光した光はプリズム１ｃ及び反射板６で漏れなく反射、偏向され、導光板出射面１ｂから出光する。導光板出射面１ｂから出光した光は透過型液晶表示パネル５を介して上面へ照射され、照明機能つき液晶表示パネルを構成することができる。
【００３１】
（実施の形態２）
図８は、本発明の第２の形態の面状光源を示す図であって、入光部における断面図は図１と同様の形態としているため省略している。また、図１に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明は省略する。
【００３２】
図８に示す面状光源では、点状光源を導光板の隅部に対向する位置に配設し、導光板のプリズム１ｃを連続したほぼ同心円状プリズムパターンでなく、ドット形状のプリズムパターンにしたものである。従って、この形態においては、各ドット状プリズム１ｃのプリズムパターンが点状光源２の発光面２ａをほぼ中心としたほぼ同心円状をなすことにより、光源チップ２からの全ての光は、その光路に垂直な線上に配置され、かつ発光点から等距離の面で反射、偏向することになる。
【００３３】
この導光板１の入光部も図１に示した構成をなしており、点状光源２から導光板１に光が入光される。また、第１の実施形態と同様、この場合外形的に軸対称とはならないが、点状光源２の発光面２ａの中央を通り、点状光源２の発光面２ａに垂直な直線であり、この発光面２ａの幅方向ほぼ中央を中心としたほぼ同心円状に、複数のドット状プリズム１ｃのプリズムパターンが設けられている。
【００３４】
この場合、点状光源２が導光板１の隅部に配置されていることから、点状光源２から導光板１に入射する光の平面方向の出射角が９０°あれば、導光板１内を均一に照射することができるメリットがある。
【００３５】
そして、この第２の実施形態でも第１の実施形態と同様に、ホルダ部材３に点状光源２の発光面２ａの高さ方向の中点２ｄと導光板１の高さ方向の中点１ｄがほぼ一致するように点状光源下側保持面３ｃはホルダ導光板下側３ｂより下側に設けるための凹部を設けている。
【００３６】
以上のように、この第２の実施形態でも、点状光源の発光面高さ方向の中点２ｄと導光板の高さ方向の中点１ｄをほぼ一致するような位置決め手段として機能する凹部を有するホルダ部材３によって点状光源を保持させることにより、幅方向のずれに起因する輝度の低下と高さ方向のずれに起因する輝度の両者の低下を同時に防止することができ、この結果、面状光源として全面にわたって高い輝度維持率を有する出射光を得ることができる。
【００３７】
（その他の実施の形態）
上述の例では、導光板１と接触し、下側から保持するホルダ導光板下側３ｂは、ホルダ３の内側の全周に亘って連続的に設けられていたが、これに限らず部分的に導光板１を保持するようにしてもよい。例えば、図９に示されるように、点状光源２を保持する部分には、ホルダ導光板下側３ｂを設けない構成でもよい。この場合において、点状光源下側保持面３ｃは、ホルダ導光板下側３ｂよりも下側に位置するが、凹部は構成されない。このような構成においても、点状光源の発光面高さ方向の中点２ｄと導光板の高さ方向の中点１ｄをほぼ一致するような位置決めを行うことができる。
【００３８】
また、図１０に示されるように、点状光源２の発光面側の一部が導光板１の内側に入り込むように構成してもよい。このような場合にも点状光源の発光面高さ方向の中点２ｄと導光板の高さ方向の中点１ｄをほぼ一致させるように、ホルダ３を構成する。
【００３９】
なお、以上の実施形態では下面側にプリズムを設けたバックライト用面状光源の例で説明したが、フロントライト用面状光源として上面側にプリズム設けた場合にも本発明は同様に適用することができる。また、ホルダ部材に設ける凹部についても、下面側で点状光源及び導光板を保持する形態としたが、上面側に凹部を設ける形態や上下両面で保持するための凹部とすることも可能である。さらに、点状光源を複数導光板端面に対向するように配置し、各点状光源を中心にほぼ同心円状のプリズムパターンを複数形成した面状光源とすることもできる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、点状光源の位置精度を高くし、点状光源の位置ずれに基づき生じる輝度の低下を効果的に防止することができる面状光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる面状光源の入光部の拡大図である。
【図２】本発明にかかる面状光源を下面からみた図である。
【図３】本発明にかかる面状光源の導光板と点状光源の配置を抜き出した図である。
【図４】本発明にかかる面状光源の入光部の拡大断面図である。
【図５】本発明にかかる面状光源の入光部の拡大図である。
【図６】厚さ方向に導光板と点状光源の中点のずれ量を変化させた時の導光板から出射される出射光の法線方向における相対輝度維持率を測定した結果を示すグラフである。
【図７】本発明にかかる面状光源を液晶パネルの照明ユニットとして用いた場合の断面図である。
【図８】本発明にかかる面状光源を示す図である。
【図９】本発明にかかる面状光源の入光部の拡大断面図である。
【図１０】本発明にかかる面状光源の上面図である。
【符号の説明】
１ …導光板
１ａ …導光板入光面
１ｂ …導光板出射面
１ｃ …プリズム
１ｄ …入光面の高さ方向の中点
２ …点状光源
２ａ …点状光源の発光面
２ｂ …点状光源の上面
２ｃ …点状光源の下面
２ｄ …点状光源の高さ方向の中点
３ …点状光源と導光板を保持するホルダ
３ａ …ホルダ上面
３ｂ …ホルダ導光板下側保持面
３ｃ …ホルダ点状光源下側保持面
３ｄ …ホルダ点状光源後側保持面
４ …フレキシブル基板
５ …透過型液晶パネル
５ａ …液晶板
５ｂ …偏光板
６ …反射板
Ａ …導光板厚み
Ｂ …点状光源の発光面厚み
Ｃ …ホルダ点状光源下側保持面３ｃとホルダ導光板下側保持面３ｂとの段差Ｓ−Ｓ’ …対称軸線
【発明の属する技術分野】
本発明は、点状光源及び導光板を備えた面状光源及び液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶ディスプレイ用の照明ユニットとして、冷陰極蛍光管などの光源からの光を導光板により面状に変換する面状光源が用いられている。しかしながら、携帯電話やＰＤＡ等の通信モバイル製品は、今後ますます小型化、薄型化、低消費電力化が要求されるため、冷陰極蛍光管の代わりに省スペース、低電流駆動の可能なＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の点状光源を用いることが提案されている。
【０００３】
点状光源から照射される光の入射方法としては、点状光源の発光面を冷陰極蛍光管などと同様に導光板端面に向けて配置し、直接導光板へ入射する方法が最も多く用いられている。ところがこのような光源を用いると、構造が簡略化できる反面、従来の導光板に設けられているプリズム形状では導光板内を伝搬する入射光の分布に偏りが発生するため導光板内での輝度むらが発生し易いという問題を抱えている。
【０００４】
このような問題を解決する手段として、従来の平行線状プリズムパターンからなる導光板に代え、点状光源から放射状に拡散する入射光と直交するように点状光源を中心として円弧状の凹凸プリズムを配置したプリズムパタ−ンとすることや、その凹凸プリズムを不連続の半円状、三角形状の拡散パターン素子とした導光板が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
したがって、このような同心円状のプリズムパタ−ンを有する導光板ではプリズムの反射面が点状光源からの入射光の方向からずれてしまうと入射角がずれると共に、光出射光量が低下し、輝度低下を招くことになる。このため、点状光源の位置をプリズムパターンの同心円中心に正確に入光部に保持する必要がある。例えば、入光部の導光板端面中心に点状光源を保持するための保持片を設け、この保持片に点状光源を係合させ導光板端面に配置する方法等があるが（例えば、上述の特許文献１）、保持片を導光板と一体に成形するため製造装置が複雑になるとともに、中心合せも難しくなる。
【０００６】
また、上述したように液晶表示ディスプレイは、小型化、薄型化が要求されていることから、今後導光板の厚みはますます薄型化される傾向にあり、点状光源の発光面の大きさより導光板を薄くする場合においては点状光源を固定する面が少なくなり、精度よく保持することが難しくなる。特に、同心円状のプリズムパターンを有する導光板では点状光源の開口部からの出射光をロスなく導光板入光部へ伝えるためには厚み方向の位置精度も輝度の維持に大きな影響を与えることが本検討の過程において明らかとなった。
【０００７】
【特許文献１】
国際公開第９８／１９１０５号パンフレット
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の面状光源では、点状光源の位置精度が低いという問題点があった。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、点状光源の位置精度を高くし、点状光源の位置ずれに基づき生じる輝度の低下を効果的に防止することができる面状光源装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる面状光源は、導光板と、この導光板の端面または隅部に設けられた点状光源と、前記導光板と前記点状光源を保持するホルダとを備えた面状光源であって、前記導光板は、前記点状光源の発光面よりも厚みが薄く、かつ前記点状光源の発光面の幅方向ほぼ中央を中心に入射光を拡散もしくは反射するほぼ同心円状のプリズムパターンが形成され、前記ホルダは、前記導光板の入光面高さ方向の中心と点状光源の発光面高さ方向の中心がほぼ一致するように、前記導光板の保持面よりも前記点状光源の保持面の方を低く形成したものである。このような構成により、幅方向のずれに起因する輝度の低下と高さ方向のずれに起因する両者の輝度の低下を同時に防止することができ、この結果、面状光源として全面にわたって高い輝度維持率を有する出射光を得ることができる。
【００１１】
本発明にかかる他の面状光源は、導光板と、この導光板の端面または隅部に設けられた点状光源と、前記導光板と前記点状光源を保持するホルダとを備えた面状光源であって、前記導光板は、前記点状光源の発光面よりも厚みが薄く、かつ前記点状光源の発光面の幅方向ほぼ中央を中心に入射光を拡散もしくは反射するほぼ同心円状のプリズムパターンが形成され、前記ホルダは、導光板の入光面高さ方向の中心と点状光源の発光面高さ方向の中心がほぼ一致するように凹部を有するものである。このような構成によっても、幅方向のずれに起因する輝度の低下と高さ方向のずれに起因する両者の輝度の低下を同時に防止することができ、この結果、面状光源として全面にわたって高い輝度維持率を有する出射光を得ることができる。
【００１２】
本発明にかかる他の面状光源は、導光板と、この導光板の端面または隅部に設けられた点状光源と、前記導光板と前記点状光源を保持するホルダとを備えた面状光源であって、前記導光板は、前記点状光源の発光面よりも厚みが薄く、かつ前記点状光源の発光面の幅方向ほぼ中央を中心に入射光を拡散もしくは反射するほぼ同心円状のプリズムパターンが形成され、前記導光板入光面高さ方向の中心と前記点状光源の発光面高さ方向の中心のずれが±０．３ｍｍ以下である。このような構成によっても、幅方向のずれに起因する輝度の低下と高さ方向のずれに起因する両者の輝度の低下を同時に防止することができ、この結果、面状光源として全面にわたって高い輝度維持率を有する出射光を得ることができる。
【００１３】
上記の面状光源は、好適な実施の形態において液晶表示装置に用いられる。
【００１４】
また、本発明にかかるホルダは、点状光源の発光面よりも厚みが薄く、かつ前記点状光源の発光面の幅方向ほぼ中央を中心に入射光を拡散もしくは反射するほぼ同心円状のプリズムパターンが形成され導光板と、この導光板の端面または隅部に設けられた点状光源を保持するホルダであって、前記導光板の入光面高さ方向の中心と点状光源の発光面高さ方向の中心がほぼ一致するように、前記導光板の保持面よりも前記点状光源の保持面の方を低く形成したものである。このような構成によれば、導光板と点状光源を保持した状態において、幅方向のずれに起因する輝度の低下と高さ方向のずれに起因する両者の輝度の低下を同時に防止することができ、この結果、面状光源として全面にわたって高い輝度維持率を有する出射光を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき説明するが、本発明はこれら具体例に限られるものでない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の第一の形態にかかる面状光源の構成の一部を示すものである。図１において、１は導光板であり、点状光源からの光を発光面に導く機能を有する。この導光板１は、例えば、ポリカーボネート、アクリル、ＰＭＭＡ等の透明性樹脂により形成される。図１において、１ａは導光板入光面、１ｂは導光板出射面、１ｃはプリズム、１ｄは入光面の高さ方向の中点である。
【００１７】
また、２は点状光源である。この点状光源２は、全体としてほぼ矩形状の形状を有している。点状光源２は、例えば、ＬＥＤ素子であり、チップ型、砲弾型の形状を有する。２ａは点状光源の発光面、２ｂは点状光源の上面、２ｃは点状光源の下面、２ｄは点状光源の発光面高さ方向の中点を示している。この例では、点状光源２の発光面２ａは、導光板１の入光面１ａと接しているが、これに限らず、離れていてもよい。
【００１８】
３は点状光源２と導光板１を保持するホルダである。このホルダ３は、例えば合成樹脂によって形成される。このホルダ３は、断面がほぼＬ字状に構成されている。３ａはホルダ上面、３ｂはホルダ導光板下側保持面、３ｃはホルダの点状光源下側保持面、３ｄはホルダの点状光源後側保持面である。４はフレキシブル基板である。
【００１９】
図１にあるように、導光板１は点状光源２の発光面の高さ方向の幅より薄く設計されており、液晶と組み合わされて使用された時に薄型化を図れるようになっている。例えば、導光板１の厚みは、０．８ｍｍである。さらに、省スペース化に対応するためにこの導光板１の厚みを０．７ｍｍ以下とすることが好ましく、０．６ｍｍ以下とすることがより好ましい。また、点状光源２の発光面の高さ方向の厚みは、例えば１．０ｍｍである。
【００２０】
図２は、導光板１の下面、即ち、出射面１ｂの裏側の面からみた図である。図に示されるように、導光板１の下面には、図２に実線で示すように、対称軸線Ｓ−Ｓ’に沿って複数のプリズム１ｃが同心円状のプリズムパターンに形成されている。これらプリズム１ｃは、それぞれ、点状光源２の発光面２ａの幅方向のほぼ中央（対称軸線Ｓがこれを通る）を中心点Ｓとし、この中心点Ｓを共通の中心とした円弧状のプリズムパターンをなしている。そして、これらプリズム１ｃの両側の端部はいずれも導光板１の端面にほぼ達している。従って、両端部が導光板１の入光面１ａにある点状光源２に近いプリズム１ｃのプリズムパターンは、ほぼ半円状をなしている。
【００２１】
そして、点状光源２の発光面２ａは導光板１の入光面１ａに対向しており、点状光源２の発光面２ａから出射される光は、この入射端面１ａから導光板１内に入射する。このように、各プリズム１ｃが点状光源２の発光面２ａをほぼ中心としたほぼ同心円状のプリズムパターンをなすことにより、点状光源２からの全ての光は、その光路に垂直な線上に配置され、かつ発光点から等距離の面で反射、偏向することになる。即ち、中心点から等しい距離では、全ての光が同じ条件のもとで反射、偏向されることになる。
【００２２】
図３は面状光源の導光板１と点状光源２の配置を抜き出した図である。この点状光源２を導光板の入光面１ａの幅方向のほぼ中央に配置し、厚さ方向に導光板１と点状光源２の中点のずれ量を変化させた時の導光板１から出射される出射光の法線方向における相対輝度維持率を測定した結果を図６に示す。
【００２３】
図６に示すように、ずれ量が±０．３ｍｍを超えると、相対輝度維持率が極端に劣化することが分かる。この傾向は導光板厚みとの差が大きくなると、さらに顕著となり、従って厚み方向の位置精度が輝度の低下に大きく影響する。
【００２４】
図１の入光部における部分断面図に示すように、この実施の形態では点状光源２と導光板１は点状光源下面側２ｃ及びプリズム１ｃ側でそれぞれホルダ点状光源下側保持面３ｃ及びホルダ導光板下側保持面３ｂによって保持されている。そして、点状光源保持部において、点状光源下側保持面３ｃはホルダ導光板下側３ｂより下側になるように位置決めされており、それによって点状光源２の発光面高さ方向の中点２ｄと導光板入光面高さ方向の中点１ｄがほぼ一致するようになっている。このような位置決めのための凹部をホルダ部材に設けることにより点状光源の発光面高さ方向の中点と導光板の高さ方向の中点をほぼ一致させることができ、点状光源よりも厚みの薄い導光板を用いた場合にも輝度の低下を防止することが可能となる。
【００２５】
図４はホルダ部材３の点状光源２の保持部拡大図を示すものであり、点状光源下側保持面３ｃはホルダ導光板下側３ｂより下側になるように設けられていて、この凹部の幅方向の中心は導光板の同心円状プリズムの中心とほぼ一致するように配置されている。
【００２６】
図５は本発明の実施の形態にかかる面状光源の入光部の部分断面図を示す。図５に示すように、導光板厚みをＡ、点状光源の発光面厚みをＢ、ホルダ点状光源下側保持面３ｃとホルダ導光板下側保持面３ｂの段差をＣとした場合に、この段差Ｃは、できるだけ次の式（１）を満たす形状とすることが好ましい。
【００２７】
Ｃ＝（Ｂ−Ａ）／２ ・・・・（１）
【００２８】
このような式（１）を満たすような形状とすると、導光板１の高さ方向の中心と、点状光源２の高さ方向の中心がほぼ一致する。
【００２９】
以上のように、この第１の実施形態では、各プリズム１ｃを点状光源２を中心としてほぼ同心円状のプリズムパターンに配列するとともに、点状光源２の発光面高さ方向の中点２ｄと導光板の高さ方向の中点１ｄをほぼ一致するような凹部を有するホルダ部材３によって点状光源２を保持させることにより、幅方向のずれに起因する輝度の低下と高さ方向のずれに起因する両者の輝度の低下を同時に防止することができ、この結果、面状光源として全面にわたって高い輝度維持率を有する出射光を得ることができる。
【００３０】
図７はこの第１の実施形態を液晶表示パネルの照明ユニットとして用いた一具体例を示すものである。この具体例では、導光板１の出射面１ｂ側に、偏光板５ｂで液晶板５ａを挟むように構成された透過型液晶表示パネル５を配置し、さらに、導光板１のプリズム１ｃ側に反射板６を配置したものである。このような構成では、導光板１に入光した光はプリズム１ｃ及び反射板６で漏れなく反射、偏向され、導光板出射面１ｂから出光する。導光板出射面１ｂから出光した光は透過型液晶表示パネル５を介して上面へ照射され、照明機能つき液晶表示パネルを構成することができる。
【００３１】
（実施の形態２）
図８は、本発明の第２の形態の面状光源を示す図であって、入光部における断面図は図１と同様の形態としているため省略している。また、図１に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明は省略する。
【００３２】
図８に示す面状光源では、点状光源を導光板の隅部に対向する位置に配設し、導光板のプリズム１ｃを連続したほぼ同心円状プリズムパターンでなく、ドット形状のプリズムパターンにしたものである。従って、この形態においては、各ドット状プリズム１ｃのプリズムパターンが点状光源２の発光面２ａをほぼ中心としたほぼ同心円状をなすことにより、光源チップ２からの全ての光は、その光路に垂直な線上に配置され、かつ発光点から等距離の面で反射、偏向することになる。
【００３３】
この導光板１の入光部も図１に示した構成をなしており、点状光源２から導光板１に光が入光される。また、第１の実施形態と同様、この場合外形的に軸対称とはならないが、点状光源２の発光面２ａの中央を通り、点状光源２の発光面２ａに垂直な直線であり、この発光面２ａの幅方向ほぼ中央を中心としたほぼ同心円状に、複数のドット状プリズム１ｃのプリズムパターンが設けられている。
【００３４】
この場合、点状光源２が導光板１の隅部に配置されていることから、点状光源２から導光板１に入射する光の平面方向の出射角が９０°あれば、導光板１内を均一に照射することができるメリットがある。
【００３５】
そして、この第２の実施形態でも第１の実施形態と同様に、ホルダ部材３に点状光源２の発光面２ａの高さ方向の中点２ｄと導光板１の高さ方向の中点１ｄがほぼ一致するように点状光源下側保持面３ｃはホルダ導光板下側３ｂより下側に設けるための凹部を設けている。
【００３６】
以上のように、この第２の実施形態でも、点状光源の発光面高さ方向の中点２ｄと導光板の高さ方向の中点１ｄをほぼ一致するような位置決め手段として機能する凹部を有するホルダ部材３によって点状光源を保持させることにより、幅方向のずれに起因する輝度の低下と高さ方向のずれに起因する輝度の両者の低下を同時に防止することができ、この結果、面状光源として全面にわたって高い輝度維持率を有する出射光を得ることができる。
【００３７】
（その他の実施の形態）
上述の例では、導光板１と接触し、下側から保持するホルダ導光板下側３ｂは、ホルダ３の内側の全周に亘って連続的に設けられていたが、これに限らず部分的に導光板１を保持するようにしてもよい。例えば、図９に示されるように、点状光源２を保持する部分には、ホルダ導光板下側３ｂを設けない構成でもよい。この場合において、点状光源下側保持面３ｃは、ホルダ導光板下側３ｂよりも下側に位置するが、凹部は構成されない。このような構成においても、点状光源の発光面高さ方向の中点２ｄと導光板の高さ方向の中点１ｄをほぼ一致するような位置決めを行うことができる。
【００３８】
また、図１０に示されるように、点状光源２の発光面側の一部が導光板１の内側に入り込むように構成してもよい。このような場合にも点状光源の発光面高さ方向の中点２ｄと導光板の高さ方向の中点１ｄをほぼ一致させるように、ホルダ３を構成する。
【００３９】
なお、以上の実施形態では下面側にプリズムを設けたバックライト用面状光源の例で説明したが、フロントライト用面状光源として上面側にプリズム設けた場合にも本発明は同様に適用することができる。また、ホルダ部材に設ける凹部についても、下面側で点状光源及び導光板を保持する形態としたが、上面側に凹部を設ける形態や上下両面で保持するための凹部とすることも可能である。さらに、点状光源を複数導光板端面に対向するように配置し、各点状光源を中心にほぼ同心円状のプリズムパターンを複数形成した面状光源とすることもできる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、点状光源の位置精度を高くし、点状光源の位置ずれに基づき生じる輝度の低下を効果的に防止することができる面状光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる面状光源の入光部の拡大図である。
【図２】本発明にかかる面状光源を下面からみた図である。
【図３】本発明にかかる面状光源の導光板と点状光源の配置を抜き出した図である。
【図４】本発明にかかる面状光源の入光部の拡大断面図である。
【図５】本発明にかかる面状光源の入光部の拡大図である。
【図６】厚さ方向に導光板と点状光源の中点のずれ量を変化させた時の導光板から出射される出射光の法線方向における相対輝度維持率を測定した結果を示すグラフである。
【図７】本発明にかかる面状光源を液晶パネルの照明ユニットとして用いた場合の断面図である。
【図８】本発明にかかる面状光源を示す図である。
【図９】本発明にかかる面状光源の入光部の拡大断面図である。
【図１０】本発明にかかる面状光源の上面図である。
【符号の説明】
１ …導光板
１ａ …導光板入光面
１ｂ …導光板出射面
１ｃ …プリズム
１ｄ …入光面の高さ方向の中点
２ …点状光源
２ａ …点状光源の発光面
２ｂ …点状光源の上面
２ｃ …点状光源の下面
２ｄ …点状光源の高さ方向の中点
３ …点状光源と導光板を保持するホルダ
３ａ …ホルダ上面
３ｂ …ホルダ導光板下側保持面
３ｃ …ホルダ点状光源下側保持面
３ｄ …ホルダ点状光源後側保持面
４ …フレキシブル基板
５ …透過型液晶パネル
５ａ …液晶板
５ｂ …偏光板
６ …反射板
Ａ …導光板厚み
Ｂ …点状光源の発光面厚み
Ｃ …ホルダ点状光源下側保持面３ｃとホルダ導光板下側保持面３ｂとの段差Ｓ−Ｓ’ …対称軸線
Claims (5)
- 導光板と、この導光板の端面または隅部に設けられた点状光源と、前記導光板と前記点状光源を保持するホルダとを備えた面状光源であって、
前記導光板は、前記点状光源の発光面よりも厚みが薄く、かつ前記点状光源の発光面の幅方向ほぼ中央を中心に入射光を拡散もしくは反射するほぼ同心円状のプリズムパターンが形成され、
前記ホルダは、前記導光板の入光面高さ方向の中心と点状光源の発光面高さ方向の中心がほぼ一致するように、前記導光板の保持面よりも前記点状光源の保持面の方を低く形成した面状光源。 - 導光板と、この導光板の端面または隅部に設けられた点状光源と、前記導光板と前記点状光源を保持するホルダとを備えた面状光源であって、
前記導光板は、前記点状光源の発光面よりも厚みが薄く、かつ前記点状光源の発光面の幅方向ほぼ中央を中心に入射光を拡散もしくは反射するほぼ同心円状のプリズムパターンが形成され、
前記ホルダは、導光板の入光面高さ方向の中心と点状光源の発光面高さ方向の中心がほぼ一致するように凹部を有する面状光源。 - 導光板と、この導光板の端面または隅部に設けられた点状光源と、前記導光板と前記点状光源を保持するホルダとを備えた面状光源であって、
前記導光板は、前記点状光源の発光面よりも厚みが薄く、かつ前記点状光源の発光面の幅方向ほぼ中央を中心に入射光を拡散もしくは反射するほぼ同心円状のプリズムパターンが形成され、
前記導光板入光面高さ方向の中心と前記点状光源の発光面高さ方向の中心のずれが±０．３ｍｍ以下である面状光源。 - 請求項１〜３いずれかに記載の面状光源を用いた液晶表示装置。
- 点状光源の発光面よりも厚みが薄く、かつ前記点状光源の発光面の幅方向ほぼ中央を中心に入射光を拡散もしくは反射するほぼ同心円状のプリズムパターンが形成され導光板と、この導光板の端面または隅部に設けられた点状光源を保持するホルダであって、
前記導光板の入光面高さ方向の中心と点状光源の発光面高さ方向の中心がほぼ一致するように、前記導光板の保持面よりも前記点状光源の保持面の方を低く形成したホルダ。
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- 2003-02-21 JP JP2003044080A patent/JP2004253308A/ja active Pending
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