JP2004355889A - 平面光源装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輝度むらを抑制し、表示品質が高く薄形高輝度の平面光源装置及び表示装置を提供する。
【解決手段】平面光源装置あるいは表示装置であって、基板上に載置され光を発する光源２０と、板状形状を有し光源の光を伝搬し所定の面１１から該光を出射すると共に所定の面側に光源を収納した凹部１２を備えた導光板１０と、少なくとも所定の面と対向する面側に用意され導光板を伝搬する光あるいは導光板から漏洩した光を反射する反射手段１６、３０とを備えた。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に液晶や誘導灯や看板等の表示装置のバックライトなどに用いられる平面光源装置およびこの平面光源装置を用いた表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、点状光源を用いた平面光源装置として導光板の反出射面に点状光源を納めるための凹部を形成することにより平面光源装置を薄形化するものが提案されている。（特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−３１０１５号（図１参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成された従来の平面光源装置では、光源からの光の一部が直接出射面から出射するため、光源の配置位置近傍が明るくなってしまい輝度むらが生じるという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決するものであって、輝度むらを抑制し、表示品質が高く薄形高輝度の平面光源装置及び表示装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る平面光源装置は、基板上に載置され光を発する光源と、板状形状を有し光源の光を伝搬し所定の面から該光を出射すると共に所定の面側に光源を収納した凹部を備えた導光板と、少なくとも所定の面と対向する面側に用意され導光板を伝搬する光あるいは導光板から漏洩した光を反射する反射手段とを備えたものである。
【０００７】
またこの発明に係る平面光源装置は、基板上に載置され光を発する光源と、板状形状を有し光源の光を伝搬し所定の面から該光を出射すると共に所定の面とは異なる面側に光源を収納した凹部を備えた導光板と、少なくとも所定の面と対向する面側に用意され導光板を伝搬する光あるいは導光板から漏洩した光を反射する反射手段とを備え、凹部の内壁面は所定の面とは非平行な面で構成されたものである。
【０００８】
またこの発明に係る表示装置は、基板上に載置され光を発する光源と、板状形状を有し光源の光を伝搬し所定の面から該光を出射すると共に所定の面側に光源を収納した凹部を備えた導光板と、少なくとも所定の面と対向する面側に用意され導光板を伝搬する光あるいは導光板から漏洩した光を反射する反射手段と、前記所定の面側に用意され前記導光板から出射した光により表示を行う表示手段とを備えたものである。
【０００９】
またこの発明に係る表示装置は、基板上に載置され光を発する光源と、板状形状を有し光源の光を伝搬し所定の面から該光を出射すると共に所定の面とは異なる面側に光源を収納した凹部を備えた導光板と、少なくとも所定の面と対向する面側に用意され導光板を伝搬する光あるいは導光板から漏洩した光を反射する反射手段と、前記所定の面側に用意され前記導光板から出射した光により表示を行う表示手段とを備え、凹部の内壁面は所定の面とは非平行な面で構成されたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による平面光源装置の分解斜視図、図２は平面光源装置の光路を説明するための部分断面図、図３は平面光源装置の光路を説明するための平面図である。
この平面光源装置は、導光板１０、光源である発光ダイオード２０（以下、ＬＥＤと略称する）、ＬＥＤが取付けられたＬＥＤ基板２５、反射手段としての反射板３０、出射光の配光を制御する手段としての光学シート４０を備えている。
【００１１】
導光板１０は、透明なアクリル樹脂などで構成されており、出射面１１の周辺部に凹部としての円柱状の窪み１２が形成されている。窪み１２に近接する導光板１０の側面１３は、ＬＥＤ２０が収納される窪み１２から離れるに従い、対向する側面１４に向かって傾いている。また導光板１０は、図１に示す如く板状形状を有しており、その厚みは側面１３から側面１４に向かうにつれて徐々にあるいは段階的に薄くなっている。反出射面１５には光の伝搬方向を乱すための印刷ドットパターンが形成されている。ここで印刷ドットパターンは導光体１０の内部を伝搬する光の伝搬方向を散乱することにより導光体１０の内部に向かって光を反射する反射手段として機能するものであるが、反射手段は印刷ドットパターンの代りに反出射面１５を粗面にしても良いし、微小な球面やプリズムなど光の伝搬方向を変化させる凹凸で構成しても良い。また導光板１０は、ポリカーボネイトやガラスなどの透明体でも良い。
また導光体１０の反出射面１５ではなく、出射面１１を梨地処理しその表面に凹凸をつけた場合でも同様の効果が得られる。即ち、出射面１１に入射した光は、出射面１１に設けられた凹凸により光の伝搬方向が散乱される。その結果、出射面１１に入射した光のいくらかは導光体１０の内部に向って反射されるとともに、それ以外の光は出射面１１を介して導光体１０の外部に出射される。従って、仮に導光体１０の出射面１１のみに梨地処理を施し、その他の面およびその近傍に反射手段を設けなくとも、出射面１１に施した梨地処理は上述に例示した反射手段、例えば反出射面１５に施した印刷ドットパターン等と同様の作用効果を奏し、反射手段として機能する。
【００１２】
ＬＥＤ２０は、ＬＥＤ基板２５に載置され、出射面１１側に設けられた窪み１２に挿入するように配置されている。ＬＥＤ基板２５は、ＬＥＤ２０を保持すると共に、ＬＥＤ２０に電力供給するための回路パターンが構成され、導光板１０に対向する面は高反射率の白色塗装が施されている。
反射板３０も反射手段として機能するものであって、反射板３０は出射面１１を除く面に近接して設けられ、反射率９０％以上の拡散反射材を用いている。なお反射板３０は銀蒸着板など正反射させるものでも良い。
光学シート４０は、出射面１１に近接して設けられた拡散シートである。なお光学シート４０には、プリズムシートを用いても良く、また複数枚のシートで構成されていても良い。また上述のように出射面１１に梨地処理を施した場合は、この梨地が拡散シートと同様の作用効果を奏する。
ところで出射面１１から出射する光を散乱あるいは拡散する手段は必要に応じて採用されるものであって、必ずしも必要ではない。
更にこの平面光源装置を液晶表示装置として構成する場合には、光学シート４０に対して導光板１０の反対側に、即ち図１あるいは図２において光学シート４０に対して図示上側に図示しない表示手段としての液晶手段を配置する。ここで液晶手段とはいわゆる液晶の表示面であって、例えば２枚の板ガラスの間に液晶分子を充填して成るものである。
【００１３】
次に平面光源装置の動作について図１及び図３を用いて説明する。なお図３ではＬＥＤ基板２５、光学シート４０も省略している。
図２において（ａ）は実施の形態１における光路を説明する部分断面図で、ＬＥＤ２０は出射面１１側に配置されている。また（ｂ）は比較例における光路を説明するための部分断面図で、ＬＥＤ２０は反出射面側に配置されている。（ａ）、（ｂ）いずれにおいても、ＬＥＤ２０から発せられた光は導光板１０内部を全反射しながら伝搬する。この伝搬過程において、反出射面に形成された印刷ドットパターン１６により散乱された光は出射面１１から出射する。なお光の一部は反出射面１５や側面１３など出射面１１以外の面から出射するが、反射板３０により導光板１０に戻された後、出射面１１より出射する。出射面１１を出射した光は、光学シート４０にて配光分布を整えられて出射する。
【００１４】
ここで実施の形態１の（ａ）においてはＬＥＤ２０が出射面１１側に設けられているためＬＥＤ２０からの光は、反出射面１５を介して出射面１１から出射することになる。即ち、光路３００で示すように反出射面１５に形成された印刷ドットパターンや反射板３０により散乱された後で出射面１１から出射するので輝度むらが生じない。
これに対し比較例（ｂ）においてはＬＥＤ２０が反出射面側に設けられている。この場合には図示したように、散乱されることなく直接出射面１１から出射する光路３００が存在する。このように直接出射面１１から出射する光は、ＬＥＤ２０に近いほど多い。従って比較例の場合ではＬＥＤ２０近傍が他の部分に比し明るくなり輝度むらが生じる。
【００１５】
よって実施の形態１によれば、ＬＥＤ２０の光が出射面１１から直接出射することを抑制するので、輝度むらを抑制しつつ表示品質が高く薄形高輝度の平面光源装置あるいは液晶表示装置を得ることができる。
【００１６】
更に図３に示すように実施の形態１においては、側面３０がＬＥＤ２０から離れるに伴って側面１４に向かって傾いている。このためＬＥＤ２０からの光を全反射によってロスなく導光板１０の中央方向に伝搬させることができ、更に高品質の平面光源装置あるいは液晶表示装置を得ることができる。
【００１７】
なお実施の形態１では平面光源装置と、この平面光源装置を用いた液晶表示装置について説明したが、これらに限られるものではない。例えば表示手段を上述の液晶手段に代えて、非常口の表示をした透光性のパネルを用いれば非常口の誘導灯として機能すると共に、あるいはこの透光性のパネルの図柄を変更して他の用途、例えば看板に用いることもできる。なおパネルは透光性に限られること無く、仮に遮光性のものであったとしても平面光源装置からの光をバックライトとして利用して表示内容を視認できるものであれば支障ない。
【００１８】
また実施の形態１では光源として点状光源のＬＥＤ２０を例示したが必ずしも点状光源である必要はなく、例えば側面１３に沿う棒状光源でも良い。
【００１９】
実施の形態２．
実施の形態１では図２（ｂ）の比較例を用いて、ＬＥＤ２０の光が出射面１１から直接出射することについて説明した。しかしながら発明者が鋭意検討したところ、ＬＥＤ２０が反出射面１５側にあったとしても、ＬＥＤ２０からの光が必ずしも出射面１１から直接出射するものではないことを見出した。
即ち図２（ｂ）において、凹部１２の図示上側の面と出射面１１とが略平行にあるとき、ＬＥＤ２０の光が出射面１１から直接出射することを見出したのである。即ち図２（ｂ）において凹部１２の内壁面が出射面１１に対して非平行になっていれば良い。
従って図示しないが図２（ｂ）に示した円柱状の凹部１２に代えて、当該凹部を三角錐、多角錘、円錐あるいはドーム状（断面が上に凸のＵ字状）、半球形状としてやれば良い。
また凹部は必ずしも有底である必要はない。即ち凹部として貫通穴を採用しても良い。
【００２０】
またこのときＬＥＤ２０は必ずしも反出射面１５側に無くても良い。例えば側面１３に凹部を設け、この凹部の内壁面が出射面１１に対して非平行になっていれば良い。
【００２１】
よって実施の形態２によっても実施の形態１と同様の作用効果を得ることができるとともに、ＬＥＤ２０をいずれに配置するかという設計自由度を向上させることができる。
例えばＬＥＤ２０を反出射面１５側に配置する。これは平面光源装置を液晶表示装置に適用した場合、液晶手段は光学シート４０に対して導光板１０の反対側に用意されるため、ＬＥＤ２０が液晶手段から離れることを意味する。
ここでＬＥＤ２０あるいはＬＥＤ基板２５は熱源として作用する。これに対し液晶手段は一般的に熱に弱く、例えば７０〜８０℃まで上昇すると表示不能になることがある。
従って実施の形態２を表示装置の中でも特に液晶表示装置に適用すれば実施の形態１の作用効果に加えて、信頼性を向上させることも可能になる。
【００２２】
実施の形態３．
図４は実施の形態３による平面光源装置の分解斜視図、図５は平面光源装置の光路を説明するための部分平面図である。図４、５において前出と同じ符合は同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。
導光板１１０は周辺部に出射面１１１から反出射面１１５に貫通する貫通穴１１２が形成されている。この貫通穴１１２に近接する側面１１３には、導光板１１０の厚さ方向に延びる凹溝１１４が形成されている。複数のＬＥＤ２０はＬＥＤ基板２５に載置され、反出射面１１５側から貫通穴１１２に挿入されている。リフレクタ５０は反射手段として機能するものであって、導光板１１０のＬＥＤ２０近傍を覆うように設けられている。このリフレクタ５０も反射板３０と同様に、高反射率を有する拡散反射材や正反射材を用いることが望ましい。
【００２３】
次に図５を用いて上記構成の平面光源装置の動作について説明する。なお図５では光学シート４０を省略している。
図５において（ａ）は実施の形態３における平面光源装置の光路を説明するための部分平面図であって、導光板１１０の側面１１３には凹溝１１４が設けられている。（ｂ）は比較例における平面光源装置の光路を説明するための部分平面図であって、導光板１１０の側面１１３には凹溝１１４は存在しない。
図５（ａ）においてＡはＬＥＤ２０の中心と側面１１３上の任意の点を結ぶ線で、ＢはＬＥＤ２０の中心から側面１１３に下した垂線で、θは線Ａと垂線Ｂとがなす角である。
ここで導光板１１０の屈折率をｎとしたとき、ｎ×ｓｉｎθ＜１の関係を満たす範囲の光は、側面１１３が（ｂ）の如く平面であるとき全反射条件を満たさないため光路３００の如く側面１１３から出射してしまう。一方（ａ）においては上記数式を満たす範囲に凹溝１１４を設けているため、凹溝１１４に当たった光が全反射する。このためＬＥＤ２０の光を効率良く導光板１１０の中央側に伝搬し、出射面１１１から出射することができる。
また凹溝１１４によりＬＥＤ２０の光が広がるためＬＥＤ２０近傍の輝度むらを更に抑制でき、表示品質が高く薄形高輝度の平面光源装置あるいは表示装置を得ることができる。
【００２４】
実施の形態４．
図６は実施の形態４による平面光源装置の分解斜視図、図７はこの平面光源装置の光路を説明するための分解断面図である。図６、７において前出と同じ符合は同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。
導光板２１０は、出射面２１１の周辺部に側面２１３に達する窪み２１２が形成されている。さらにこの窪み２１２を囲むように窪み２１２よりも浅い窪み２１４が形成されている。ＬＥＤ２０はＬＥＤ基板２５に載置されており、窪み２１２に収納されている。またＬＥＤ基板２５は窪み２１４に収納されている。ここで窪み２１２は第１の穴に相当し、窪み２１４は第２の穴に相当する。また反出射面２１５の窪み２１２に対向する領域には斜面２１７が形成されている。
【００２５】
次に図７を用いて上記構成の平面光源装置の動作について説明する。
ＬＥＤ２０は出射面２１１側に配置されているので、ＬＥＤ２０の光が出射面２１１から直接出射することはない。従って実施の形態４では実施の形態１と同様に輝度むらを抑制することができる。また窪み２１２、２１４は側面２１３に達しているので、ＬＥＤ２０を側面２１３側から窪み２１２に挿入でき、組み立て性が向上する。
更にＬＥＤ２０から発した光の多くは斜面２１７に伝搬し、ここで全反射し、効率良く導光板２１０中央側に伝搬し、出射面２１１から均一に出射することができる。ここで斜面２１７に伝搬した光のうち一部の光は斜面２１７から出射するが、反射板３０又はリフレクタ５０で反射され導光板２１０に戻される。
またＬＥＤ基板２５を窪み２１４に挿入しているため、平面光源装置あるいはこれを適用した表示装置をより薄形化することができる。
【００２６】
なお上記実施の形態では光源としてＬＥＤを例示して説明したがこれに限らず、例えばレーザーダイオードからなる点状光源でも良い。
【００２７】
また上記実施の形態では点状光源を導光板の図示左側の周辺部に配置したが、他の周辺部や２以上の周辺部に配置しても良いし、あるいはコーナー部に配置しても良い。
【００２８】
また上記実施の形態では凹部として円柱形状を例示したが、この柱状形状は円柱に限らず、三角柱、多角柱、あるいは断面形状が半円形状であっても良い。
【００２９】
さらに上述したように凹部は必ずしも有底である必要はなく、場合に応じて貫通穴としても良い。また凹部が有底である場合、その底部は必ずしも平面である必要はなく曲面、錐形状または凹凸面としても良い。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば輝度むらの少ない平面光源装置あるいは表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における平面光源装置の分解斜視図である。
【図２】（ａ）は実施の形態１における平面光源装置の光路を説明するための部分断面図、（ｂ）は比較例における平面光源装置の光路を説明するための部分断面図である。
【図３】実施の形態１における平面光源装置の光路を説明するための平面図である。
【図４】実施の形態３における平面光源装置の分解斜視図である。
【図５】（ａ）は実施の形態３における平面光源装置の光路を説明するための部分断面図、（ｂ）は比較例における平面光源装置の光路を説明するための部分断面図である。
【図６】実施の形態４における平面光源装置の分解斜視図である。
【図７】実施の形態４における平面光源装置の光路を説明するための部分断面図である。
【符号の説明】
１０、１１０、２１０ 導光板、１１、１１１、２１１ 出射面
１２、２１２、２１４ 窪み、１３、１１３、２１３ 側面、１４ 側面
１５、１１５、２１５ 反出射面、１６、１１６、２１６ 印刷ドットパターン
２０ ＬＥＤ、２５ ＬＥＤ基板、３０ 反射板、４０ 光学シート
５０ リフレクタ、１１２ 貫通穴、１１４ 凹溝、２１７ 斜面
３００ 光路

Claims (9)

1. 基板上に載置され光を発する光源と、板状形状を有し前記光源の光を伝搬し所定の面から該光を出射すると共に前記所定の面側に前記光源を収納した凹部を備えた導光板と、少なくとも前記所定の面と対向する面側に用意され前記導光板を伝搬する光あるいは前記導光板から漏洩した光を反射する反射手段とを備えたことを特徴とする平面光源装置。
2. 基板上に載置され光を発する光源と、板状形状を有し前記光源の光を伝搬し所定の面から該光を出射すると共に前記所定の面とは異なる面側に前記光源を収納した凹部を備えた導光板と、少なくとも前記所定の面と対向する面側に用意され前記導光板を伝搬する光あるいは前記導光板から漏洩した光を反射する反射手段とを備え、前記凹部の内壁面は前記所定の面とは非平行な面で構成されたことを特徴とする平面光源装置。
3. 凹部は、光源を収納した第１の穴と、この第１の穴を囲んで設けられ該第１の穴よりも浅い第２の穴とからなり、該第２の穴は前記光源を載置した基板を収納したことを特徴とする請求項１あるいは２のいずれかに記載の平面光源装置。
4. 光源が所定の面側あるいはこの所定の面と対向する面側のいずれかに設けられた点状光源であって、この点状光源に近接する導光板の側面においてｎ×ｓｉｎθ＜１の関係を満たす範囲に凹部、凸部あるいは凹凸部を設けたことを特徴とする請求項１あるいは２のいずれかに記載の平面光源装置。
   但し、ｎは導光板の屈折率、θは点状光源と前記側面上の点とを結ぶ線と点状光源の中心から前記側面に下した垂線とがなす角である。
5. 光源に近接する導光板の側面は、前記光源に近い部分に比し前記光源から遠い部分が前記側面に対向する側面に向かって傾いていることを特徴とする請求項１あるいは２のいずれかに記載の平面光源装置。
6. 導光板は、光源と対向する面に該光源からの光を反射する斜面を備えていることを特徴とする請求項１あるいは２のいずれかに記載の平面光源装置。
7. 基板上に載置され光を発する光源と、板状形状を有し前記光源の光を伝搬し所定の面から該光を出射すると共に前記所定の面側に前記光源を収納した凹部を備えた導光板と、少なくとも前記所定の面と対向する面側に用意され前記導光板を伝搬する光あるいは前記導光板から漏洩した光を反射する反射手段と、前記所定の面側に用意され前記導光板から出射した光により表示を行う表示手段とを備えたことを特徴とする表示装置。
8. 基板上に載置され光を発する光源と、板状形状を有し前記光源の光を伝搬し所定の面から該光を出射すると共に前記所定の面とは異なる面側に前記光源を収納した凹部を備えた導光板と、少なくとも前記所定の面と対向する面側に用意され前記導光板を伝搬する光あるいは前記導光板から漏洩した光を反射する反射手段と、前記所定の面側に用意され前記導光板から出射した光により表示を行う表示手段とを備え、前記凹部の内壁面は前記所定の面とは非平行な面で構成されたことを特徴とする表示装置。
9. 表示手段は液晶手段からなることを特徴とする請求項８記載の表示装置。

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