JP2005174784A - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、小型の構成により、三原色の各色の発光素子からの各色の光が互いに十分に混色され得るようにした、面光源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 透光性材料から成る多角柱または円柱形状の導光部材１１と、上記導光部材の底面に対向して配置された反射部材１２と、上記導光部材の底面に背向する入光面１１ｃ，１１ｄ，１１ｅに対向して配置された光源１３と、を含んでおり、上記導光部材の底面に背向した出光面１１ｂから外部に光を出射させるように、面光源装置１０を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば液晶表示装置等を背面からバック照明するための面光源装置に関するものである。

従来、このような面光源装置は、例えば図２に示すように構成されている。
図２において、面光源装置１は、例えば携帯電話機の小型カラー液晶表示装置用のバックライト装置として、導光部材２と、光拡散部材３と、光源４と、から構成されている。

上記導光部材２は、扁平な透光性材料により構成されており、その厚さが全体に亘ってほぼ均一に選定されている。

上記光拡散部材３は、例えばプリズムシートまたは拡散シート等から構成されており、上記導光部材２の上面全体に対向して配置されている。これにより、光拡散部材３の下方に位置する導光部材２の上面から上方に向かって出射した光が、この光拡散部材３により拡散されて、上方に透過するようになっている。

上記光源４は、例えば白色ＬＥＤ等の発光素子や他の型式の発光部から構成されており、上記導光部材２の一側の側面２ａに沿って対向するように配置されている。

このような構成の面光源装置１によれば、外部から光源４に対して給電されることにより、光源４が駆動される。これにより、光源４から出射した光が、導光部材２の一側の側面２ａから導光部材２内に入射する。
そして、導光部材２内に入射した光は、その一部が直接に上面から上方に出射し、また他の一部が導光部材２の下面で反射され、あるいは側面で反射された後、導光部材２の上面から上方に出射する。

このようにして導光部材２の上面から出射した光は、導光部材２の上方に配置された光拡散部材３によって拡散された後、被照明物５（図示の場合、例えば透過型液晶表示装置）を背面からバック照射する。
これにより、被照明物５の表面全体がほぼ均一な明るさでバック照明されることになる。

ところで、このような構成の面光源装置１においては、以下のような問題がある。
即ち、光源４として白色ＬＥＤが使用される場合、白色ＬＥＤが例えば青色ＬＥＤからの青色光により黄色蛍光体を励起して、黄色蛍光体からの黄色光を青色ＬＥＤからの青色光と混色させて、白色を得るようにしていることから、均一な白色光を得ることが困難であり、例えば携帯電話機や小型液晶テレビ等における小型液晶表示装置のように、高い演色性が要求される用途には適していない。

また、液晶テレビにおいては、大画面化が進んでおり、大面積のバックライトが必要とされるが、上述した構成の面光源装置１の場合、大面積で均一な輝度のバンク照明を得ることが困難である。

このため、大面積のバック照明が必要である場合には、光源として例えばＲ，Ｇ，Ｂの三原色の単色発光のための大電流高出力タイプのＬＥＤを使用して、各色のＬＥＤからの光を混色することにより、白色を得るようにしている。

しかしながら、このような三原色のＬＥＤを交互に配列して、導光部材２の側面２ａに対して対向させると、各色のＬＥＤからの光が完全に混色されるためには、ＬＥＤ配列ピッチの約１０倍程度の距離が必要であり、導光部材２が大型化することになり、面光源装置１全体が大型化してしまう。

本発明は、以上の点から、小型の構成により、三原色の各色の発光素子からの各色の光が互いに十分に混色され得るようにした、面光源装置を提供することを目的としている。

上記目的は、本発明によれば、透光性材料から成る多角柱または円柱形状の導光部材と、上記導光部材の底面に対向して配置された反射部材と、上記導光部材の底面に背向する入光面に対向して配置された光源と、を含んでおり、上記導光部材の底面に背向した出光面から外部に光を出射させることを特徴とする、面光源装置により、達成される。

本発明による面光源装置は、好ましくは、上記柱状の導光部材の側面が、鏡面仕上げされており、内部から側面に入射する光を反射させる。

本発明による面光源装置は、好ましくは、上記入光面及び／または出光面が、鏡面仕上げされている。

本発明による面光源装置は、好ましくは、上記入光面及び／または出光面が、散乱面として構成されている。

本発明による面光源装置は、好ましくは、上記入光面及び／または出光面が、プリズム面として構成されている。

本発明による面光源装置は、好ましくは、上記入光面及び出光面が、上記底面に対向する一つの面である。

本発明による面光源装置は、好ましくは、上記入光面及び出光面が、互いに異なる面である。

本発明による面光源装置は、好ましくは、上記入光面または出光面の何れか一方が、上記導光部材の中間高さに設けられた段部である。

本発明による面光源装置は、好ましくは、上記光源が、三原色の各色の光をそれぞれ出射する単色発光の発光素子から構成されている。

本発明による面光源装置は、好ましくは、三原色の各色に関して、それぞれ複数個の発光素子が備えられている。

上記構成によれば、光源から出射した光が、入光面から導光部材内に入射して、その底面に向かって進み、この底面から外部に出射した後、反射部材により反射されて再び導光部材内に入射して、出光面に向かって進む。そして、出光面に入射した光の一部は、出光面により反射されて再び導光部材の底面に向かって進み、また他の一部が出光面から外部に出射する。これにより、出光面から外部に出射した光は、出光面に対向して配置された例えば液晶表示装置等の被を背面からバック照明することができる。

このようにして、導光部材の底面とは反対側の入光面から入射して、底面に対向する反射部材によって反射されて再び導光部材内に入射した光は、同様に導光部材の底面とは反対側の出光面で一部が反射されて、導光部材内を何度か往復した後、出光面から出射して、被照明物をバック照明することになる。
その際、光源からの光は、導光部材の内部を往復することにより、導光部材の高さが比較的低くても、比較的長い光路長を確保することができるので、光源からの光が十分に拡散され、出光面全体に亘ってほぼ均一の輝度でバック照明を行なうことができる。

上記柱状の導光部材の側面が、鏡面仕上げされており、内部から側面に入射する光を反射させる場合には、導光部材内を底面に向かってあるいは出光面に向かって進む光が、側方に斜めに進んで導光部材の側面に入射したとき、この側面で全反射されることによって、再び導光部材内に戻って、導光部材の底面または出光面に向かって進むことになる。これにより、導光部材の側面からの漏光が排除されることになり、光源からの光の利用効率が向上することになる。

上記入光面及び／または出光面が、鏡面仕上げされている場合には、光源からの光が入光面から導光部材内に入射する際、あるいは導光部材内から出光面を介して外部に出射する際に、光損失が低減されることになる。特に、出光面が鏡面仕上げされている場合には、導光部材内から出光面に光が入射したとき、その一部が出光面で反射されて、導光部材の底面に向かって進むことになる。従って、光の一部が、導光部材内で底面、正確には反射部材と出光面との間で数往復することにより、導光部材の出光面から出射する光の輝度分布がより一層均一化され得ることになる。

上記入光面及び／または出光面が、散乱面として構成されている場合、あるいは上記入光面及び／または出光面が、プリズム面として構成されている場合には、光源からの光が入光面から導光部材内に入射する際、あるいは導光部材内から出光面を介して外部に出射する際に、散乱面またはプリズム面により光が散乱されることになり、導光部材の出光面から出射する光の輝度分布がより一層均一化され得ることになる。

上記入光面及び出光面が、上記底面に対向する一つの面である場合には、導光部材の形状が単純な形状となり、容易に形成され得る。

上記入光面及び出光面が、互いに異なる面である場合、好ましくは上記入光面または出光面の何れか一方が、上記導光部材の中間高さに設けられた段部である場合には、光源から入射する光が、直接に出光面に達することがなく、導光部材の出光面から出射する光が、出光面全体に亘ってより均一な輝度になる。

上記光源が、三原色の各色の光をそれぞれ出射する単色発光の発光素子から構成されている場合には、各発光素子からの各色の光が、導光部材内に入射し、底面から出射して反射部材により反射され、再び導光部材内に入射して、導光部材の出光面に達するまでに、互いに十分に混色され、出光面全体に亘って均一な白色光となって、外部に出射することになる。

三原色の各色に関して、それぞれ複数個の発光素子が備えられている場合には、各色の光が、それぞれ複数個の発光素子から出射することにより、全体として高輝度化され得ることになる。

このようにして、本発明によれば、光源から出射した光が、導光部材の底面とは反対側の入光面から導光部材内に入射して、導光部材の底面から外部に出射した後、反射部材によって反射されて再び導光部材内に入射し、出光面に向かって進んで、出光面から出射して被照明物のバック照明を行なうので、導光部材の高さに比較して、光源から出光面まで十分な光路長を確保することができる。これにより、光源からの光が出光面全体に亘って均一化されることになる。

従って、例えば光源として三原色の各色を出射する発光素子を使用する場合には、各色の光が出光面に達するまでに互いに十分に混色され、出光面全体に亘って均一な白色光となって、外部に出射することになり、被照明物が均一な白色光によりバック照明されることになるので、被照明物の演色性が損なわれるようなことはない。

以下、この発明の好適な実施形態を図１乃至図２を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は、本発明による面光源装置の一実施形態の構成を示している。
図１において、面光源装置１０は、導光部材１１と、反射部材１２と、光源１３と、から構成されている。

上記導光部材１１は、アクリル樹脂等の透明樹脂や透明ガラス等の透光性材料から構成されており、多角柱または円柱状（図示の場合、三角柱状）に形成されている。
そして、上記導光部材１１は、その側面１１ａが鏡面仕上げされていると共に、出光面である上面１１ｂが、鏡面，散乱面またはプリズム面として形成されている。
さらに、上記導光部材１１の上側の三つの角部には、切欠加工によって段部１１ｃ，１１ｄ，１１ｅが形成されている。

尚、上記導光部材１１の高さｈは、高くなるほど、後述する光源１３からの光の混色及び拡散が均一になるが、それに伴って光路長が長くなることにより、出光面における輝度が低くなるので、これらを勘案して適宜に選定される。

上記反射部材１２は、反射シート等から構成されており、上記導光部材１１の底面に対向して配置されていて、入射する光を反射させるようになっている。尚、上記反射部材１２は、入射光を反射させる際に、散乱させるようにしてもよい。

上記光源１３は、図示の場合、三原色の各色の光をそれぞれ出射する三つの発光素子として、例えば赤色ＬＥＤ１３ａ，緑色ＬＥＤ１３ｂ及び青色ＬＥＤ１３ｃから構成されている。
各ＬＥＤ１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、それぞれ上記導光部材１１の段部１１ｃ，１１ｄ及び１１ｅに対向して配置されている。

本発明実施形態による面光源装置１０は、以上のように構成されており、光源１３の各ＬＥＤ１３ａ，１３ｂ，１３ｃに対して外部から給電が行なわれると、各ＬＥＤ１３ａ，１３ｂ，１３ｃが駆動されて、それぞれ赤色光，緑色光及び青色光を出射する。
これにより、各ＬＥＤ１３ａ，１３ｂ，１３ｃからの赤色光，緑色光及び青色光は、それぞれ段部１１ｃ，１１ｄ，１１ｅから導光部材１１内に入射し、下方に向かって進んで、底面に入射する。そして、底面から外部に出射した各色の光は、それぞれ反射部材１２により反射されて、再び底面から導光部材１１内に入射し、上方に向かって進むことになる。

そして、上方に向かう各色の光が、出光面である上面１１ｂに入射すると、その一部が透過して外部に出射し、他の一部が反射されて再び導光部材１１内を下方に向かって進むことになる。
このようにして、導光部材１１の内部から出光面１１ｂに入射した光の一部が反射されて下方に向かって進むことにより、光源１３の各色のＬＥＤ１３ａ，１３ｂ，１３ｃから出射した光は、導光部材１１の出光面１１ｂと反射部材１２との間で少なくとも一往復した後、出光面１１ｂから外部に出射することになる。

その際、出光面１１ｂから出射する光は、出光面１１ｂが散乱面またはプリズム面である場合には、出光面１１ｂにより拡散されて、上方に出射することになる。
これにより、各色のＬＥＤ１３ａ，１３ｂ及び１３ｃからの各色の光は、導光部材１１内を少なくとも一往復することにより、導光部材１１の高さｈと比較して十分に長い光路長が確保されるので、十分に拡散され、互いに混色されることによって、出光面全体に亘って均一な白色となって、出射することになる。
そして、出光面に対向して配置された被照明物（図示せず）が、この出射光によって、全体に亘って均一な白色光でバック照明されることになる。従って、被照明物の演色性が損なわれることなく、確実にバック照明されることになる。

このようにして、本発明実施形態による面光源装置１０によれば、光源１３の各色のＬＥＤ１３ａ，１３ｂ，１３ｃからの光が、導光部材１１に対して底面と反対側の入光面としての段部１１ｃ，１１ｄ，１１ｅから入射して、その底面に向かって進み、反射部材１２によって反射された後、再び導光部材１１内に入射して、出光面である上面１１ｂに向かって進むことになる。そして、導光部材１２を上下方向に関して少なくとも一往復した光が、出光面から外部に出射することにより、導光部材１１内にて十分に長い光路長で十分に拡散され、互いに混色されることにより、出光面全体に亘って均一な白色光となる。

従って、本面光源装置１０は、例えば液晶テレビ等の高演色性が要求される用途にも使用することができると共に、各ＬＥＤ１３ａ，１３ｂ，１３ｃとして大電流高出力タイプのＬＥＤを使用することが可能であるので、大画面液晶テレビ等のバックライトとして利用することが可能である。その際、大画面液晶テレビの画面の大きさに対応して、本面光源装置１０を複数個並べて配置してもよい。

上述した実施形態においては、導光部材１１は、三角柱状に形成されているが、これに限らず、四角柱，五角柱，六角柱等の多角柱状、あるいは円柱状に形成されていてもよい。

また、上述した実施形態においては、光源１３として、三原色の各色の光を出射する三つのＬＥＤ１３ａ，１３ｂ，１３ｃが使用されているが、これに限らず、各色毎に複数個のＬＥＤが使用されてもよい。
この場合、各色毎に複数個のＬＥＤを使用することによって、各色の高輝度化が容易に行なわれることになる。
尚、各色毎に複数個のＬＥＤを使用する場合、例えば複数個の赤色ＬＥＤを段部１１ｃに配置するように、各色のＬＥＤを纒めて配置してもよく、また各色のＬＥＤを例えば段部１１ｃ，１１ｄ，１１ｅにそれぞれ分散配置するようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態においては、光源１３として、ＬＥＤが使用されているが、これに限らず、他の発光素子が使用されてもよく、また発光素子に限らず、小型電球等の光源が使用されてもよい。

本発明による面光源装置の一実施形態の構成を示す概略斜視図である。 従来の面光源装置の一例の構成を示す概略斜視図である。

符号の説明

１０ 面光源装置
１１ 導光部材
１１ａ 側面
１１ｂ 上面（出光面）
１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ 段部（入光面）
１２ 反射部材
１３ 光源
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ ＬＥＤ（発光素子）

Claims (10)

1. 透光性材料から成る多角柱または円柱形状の導光部材と、
   上記導光部材の底面に対向して配置された反射部材と、
   上記導光部材の底面に背向する入光面に対向して配置された光源と、
   を含んでおり、
   上記導光部材の底面に背向した出光面から外部に光を出射させることを特徴とする、面光源装置。
2. 上記柱状の導光部材の側面が、鏡面仕上げされており、内部から側面に入射する光を反射させることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
3. 上記入光面及び／または出光面が、鏡面仕上げされていることを特徴とする、請求項１または２に記載の面光源装置。
4. 上記入光面及び／または出光面が、散乱面として構成されていることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の面光源装置。
5. 上記入光面及び／または出光面が、プリズム面として構成されていることを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載の面光源装置。
6. 上記入光面及び出光面が、上記底面に対向する一つの面であることを特徴とする、請求項１から５の何れかに記載の面光源装置。
7. 上記入光面及び出光面が、互いに異なる面であることを特徴とする、請求項１から５の何れかに記載の面光源装置。
8. 上記入光面または出光面の何れか一方が、上記導光部材の中間高さに設けられた段部であることを特徴とする、請求項７に記載の面光源装置。
9. 上記光源が、三原色の各色の光をそれぞれ出射する単色発光の発光素子から構成されていることを特徴とする、請求項１から８の何れかに記載の面光源装置。
10. 三原色の各色に関して、それぞれ複数個の発光素子が備えられていることを特徴とする、請求項９に記載の面光源装置。
    

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