JP2005197072A

JP2005197072A - 平面光源装置

Info

Publication number: JP2005197072A
Application number: JP2004001633A
Authority: JP
Inventors: 清 ▲たか▼橋; Kiyoshi Takahashi; Masanori Shimizu; 正則清水; Tadashi Yano; 正矢野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】輝度ムラが少ないＬＥＤを光源とした大型の平面光源装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、ＬＥＤと当該ＬＥＤからの光を導く導光板とを用いた平面光源装置であって、前記導光板は、中央部分に直下方式用導光板と当該直下方式用導光板の周囲にエッジライト方式用導光板とを備える構成により、輝度ムラが少ない大型の平面光源装置を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶のバックライトおよび一般照明などに用いられる平面光源装置に関する。

液晶ディスプレイのサイズは年々大きくなり、最近では３０インチ以上の大きな液晶も登場してきている。これに伴い液晶のバックライトも大型化が要求されてきている。ＬＥＤの進歩とともにＬＥＤを光源としたバックライトも検討され始めている。このような背景の中、従来のＬＥＤを使用した平面光源装置および、液晶のバックライトの方式には大きく２種類ある。１つは、エッジライト方式と呼ばれるもので、もうひとつは、直下方式といわれるものである。

エッジライト方式は、導光板の側面からＬＥＤ光を入射させ、導光板の前面から光を取り出す構造のものである。（例えば、特許文献１）。図２は、特許文献１に記載された従来の平面光源装置を示すものである。図２において、指向性発光ダイオード１０からの光を、導光板入射エッジ面２１より入射させ、プリズム状溝部１７で光を反射させ、導光板出射面１５より出射させる構成である。

次に、直下方式は、液晶の直下、つまり背面に光源を設置し、ＬＥＤからの光を液晶パネルに入射させる構造のものである（例えば、特許文献２）。図３は、特許文献２に記載された従来の平面光源装置を示すものである。図３において、ＬＥＤなどの半導体発光装置２からの光は、導光板１中を進むが、光分散性樹脂６によって分散して、液晶表示パネル３に入射する構成である。
特開平１１−３４４７０５号公報（段落番号００３３〜００３８、図１を参照）特開２００１−６４１６号公報（段落番号００２５、図２を参照）

しかしながら、大型導光板の場合、図２に示すエッジライト方式の構成では、大型導光板の場合、光源に近い部分と光源から離れた部分での輝度ムラが大きくなるといった課題があった。特に、出射面とＬＥＤとの距離が大きくなると輝度ムラが顕著となる課題があった。

また、図３に示す直下方式の構成では、液晶の背面に光源を設置するため、液晶と光源をあわせたユニットの奥行きが大きくなり、薄型化が困難であるといった課題があった。

また、大型化に伴って、必要なＬＥＤ数が多くなるため、ＬＥＤからの熱によってＬＥＤの点灯時温度が上昇し、発光効率が低下する課題も発生し始めている。

本発明は、上記課題を解決するためになされ、その目的とするところは、輝度ムラが少ないＬＥＤを光源とした大型の平面光源装置を提供することにある。

上記従来の課題を解決するため、本発明に係る平面光源装置は、ＬＥＤと当該ＬＥＤからの光を導く導光板とを用いた平面光源装置であって、前記導光板は、中央部分に直下方式用導光板と当該直下方式用導光板の周囲にエッジライト方式用導光板とを備える。

好適な実施形態において、前記直下式用導光板の厚さは、前記導光板の周囲に近づくほど薄くなり、前記エッジライト方式用導光板の厚みは、前記導光板の中央部に近づくほど薄くなる。

好適な実施形態において、前記直下方式用導光板と前記エッジライト方式用導光板とが、密着している。

好適な実施形態において、前記直下方式用導光板の屈折率をｎ１、前記エッジライト方式用導光板の屈折率をｎ２としたとき、ｎ１＞ｎ２の関係を満たす。

以上のように、本発明は、ＬＥＤと当該ＬＥＤからの光を導く導光板とを用いた平面光源装置であって、前記導光板は、中央部分に直下方式用導光板と当該直下方式用導光板の周囲にエッジライト方式用導光板とを備える構成により、輝度ムラが少ない大型の平面光源装置を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における平面光源装置の概略図を示すものでさう。図１（ａ）は平面光源装置を光出射方向から見た正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ線における平面光源装置１０００の断面図である。

図１において、平面光源装置１０００はＬＥＤ１０３，１０４と、ＬＥＤ１０３，１０４からの光を液晶等の表示装置に導くための導光板（１０１，１０２）とからなる。

ＬＥＤ１０３は、導光板の中央部分に設けられた直下方式用導光板１０１の裏側に取り付けられ、直下方式用導光板１０１に向けて光が出射されるように取り付けられている（この構造は、出射面の直下にＬＥＤ１０３を設置するので、「直下方式」と一般的に呼ばれる。）。なお、図１（ａ）の正面図では、ＬＥＤ１０３は実際には見えないので点線で示している。また直下方式用導光板１０１は、ＬＥＤ１０３からの出射光を出射面に広げるために、出射方向に対して広がるような形状をしている。すなわち、導光板の周囲に近づくほど、直下方式用導光板１０１の厚みは薄くなっており、本実施の形態の場合は、光の出射方向を底辺とする四角錘台の形状をしている。また、直下方式用導光板１０１の端部は、導光板の出射面全体を覆うように、導光板の端部まで広がっている。

ＬＥＤ１０４は、エッジライト方式用導光板１０２のエッジ部（光の出射方向に対して垂直な方向の部分）に取り付けられ、エッジライト方式用導光板１０２に向けて出射されるように取り付けられている（この構造は、出射面のエッジ部にＬＥＤ１０４が設置されているので、「エッジライト方式」と一般的に呼ばれる）。エッジライト方式用導光板１０２は、直下方式用導光板の周囲に配置され、エッジライト方式用導光板１０２の厚みは、導光板の中央部分に近づくほど薄くなる。また、エッジライト方式用導光板１０２は、直下方式用導光板１０１と密着しており、ＬＥＤ１０４からの出射光は、エッジライト方式用導光板１０２を通過してほとんどロスなしに直下方式用導光板１０１内に取り込まれる。また、エッジライト方式用導光板１０２の出射面を表面としたときに裏面となる部分には、射出成型によって、コーン形状１０５の凹加工が施されている。

導光板の出射面の表面には、拡散板（図示しない）が設置されている。また、平面光源装置１０００の出射面の大きさは、対角で１５インチ以上のものが実用的である。なお、本実施の形態の平面光源装置の出射面の大きさは、縦９インチ×横１６インチであり、対角が約１８インチである。

また、直下方式用導光板１０１は例えばアクリル樹脂製であり、エッジライト方式用導光板１０２は例えばエポキシ樹脂製であり、屈折率はそれぞれ、１．４９と１．６２であり、ＬＥＤ１０３に用いられる直下方式用導光板１０１の屈折率をｎ１として、ＬＥＤ１０４に用いられるエッジライト方式用導光板１０２の屈折率をｎ２とした場合、ｎ１＞ｎ２となっている。

以上のように構成された平面光源装置について、以下その動作、作用を説明する。

ＬＥＤ１０３からの出射光は、直下方式用導光板１０１に取り込まれ、導光板１０１中で広がりながら出射面にて出射される。この光路の例を図１（ｂ）の１）の矢印で示す。また、ＬＥＤ１０４からの出射光は、エッジライト方式用導光板１０２に取り込まれ、裏面に設けられたコーン形状１０５によって、出射方向に光路を変化させられ、直下方式用導光板１０１を通って、出射面から出射される。この光路の例を２）の矢印で示す。このように、ＬＥＤ１０３の出射光が主に中央部から出射され、ＬＥＤ１０４からの出射光は主に周辺部より出射される。このとき、直下方式用導光板１０１とエッジライト方式用導光板１０２が出射面から見て奥行き方向に重なっているために（すなわち、直下方式用導光板１０１の厚さが導光板の周囲に近づくほど薄くなり、エッジライト方式用導光板１０２の厚みが導光板の中央部に近づくほど薄くなる構成のために）、それぞれの出射光が混ざり合うため、輝度ムラが小さくなる効果を得ることが出来る。

このとき、それぞれの導光板の重なる面積が大きいほど、その効果が高くなる。ただし、直下方式のＬＥＤ部分の面積を小さくすると中央部の輝度が低下するために好ましくない。また、重なる面積を増やすためには、導光板の周辺部方向に向かって重ねる方法が好ましい。このとき、導光板の外周にまで直下方式用導光板１０１を伸ばすことが、色ムラを解消する点においては特に好ましい。また、直下方式用導光板１０１とエッジライト方式用導光板１０２とが重なる部分では、直下方式用導光板１０１が光の出射方向側にあることが好ましい。直下方式用導光板１０１を出射方向側とすることにより、ＬＥＤ１０３からの光をより効率的に出射面全面広げることができるとともに、導光板が薄型化できる。

これに対して、対角１５インチ以上といった、大きな面積の平面光源を、従来のエッジライト方式で実現しようとすると、ＬＥＤ光源から光源中央部までの距離が大きくなりすぎるためにＬＥＤ光源近傍部分と中央部分での輝度ムラが大きくなり、液晶バックライトなどの輝度均一性を要求される光源として、問題があった。また、直下方式で実現しようとすると、出射面の裏面に光源のＬＥＤが並ぶため、光源装置の厚みが大きくなることやＬＥＤの熱が裏面に集中するために放熱処理が困難であるといった問題があった。しかし、本構成のように周辺部分はエッジライト方式とし、中央部分は直下方式とすることによって、大型の平面照明装置の場合でも中央部の輝度が落ちることなく均一で高輝度な照明装置を得ることができる。また、ＬＥＤの設置場所が装置裏面と装置周辺部に分かれて設置されているため、熱が１箇所にこもることなく放熱処理が容易になるといった効果を得ることが出来る。

また、直下方式用導光板１０１表面とエッジライト方式用導光板１０２の表面が密着している構造のため、界面で乱反射などが抑制されるため、光学的にロスが少ないといった効果がある。

また、直下方式用導光板１０１が出射面の全面に広がっている構造のため、ＬＥＤ１０３とＬＥＤ１０４間で光色のバラツキがある場合においても、適度に混色されるので部分による色ムラが少なくなるといった効果がある。

また、直下方式用導光板１０１の屈折率をｎ１、エッジライト方式用導光板１０２の屈折率をｎ２としたときの屈折率の関係をｎ１＞ｎ２とすることで、直下方式用導光板１０１からエッジライト方式用導光板１０２へ進む光のうち、エッジライト方式用導光板１０２への入射角がｎ１・ｎ２で決定される臨界角よりも大きい光は、直下方式用導光板１０１表面で反射されて出射方向に出射される。よって、エッジライト方式用導光板１０２を経由せずに、出射されるので導光板内での吸収によるロスが少なくなり、より効率的に光を取り出すことができる。この光路の例を３）の矢印で示す。

なお、本実施の形態において、ＬＥＤは、白色ＬＥＤを用いてもよいし、ＲＧＢの３色のＬＥＤを混色して白色にしてもよい。

なお、本実施の形態では直下方式用導光板１０１とエッジライト方式用導光板１０２の素材を変えて屈折率を変化させたが、同一素材で屈折率の違うものを使用してもよい。

また、同一の材質、屈折率の場合においては、全反射がなくなるため光路が長くなり、ロスが発生するが、均一で高輝度な平面光源装置を得られることに変わりはない。

また、導光板の表面に光拡散板を設置すると、照明光源としてより輝度ムラが低く、かつ、配光ムラの少ない平面光源装置となる。

また、他の実施の形態として、図４に示すように直下方式用導光板１０１が出射面全面（導光板の端部）にまで広がっていない形態でもよい。ただし、この形態の場合は、直下方式とエッジライト方式の光が混ざり合う部分の面積が図１の場合よりも小さいため、輝度ムラを抑制するために、ＬＥＤ１０３やＬＥＤ１０４の配置などの設計が若干困難となる。図４では、平面光源装置４０００の断面図のみ示す。

本発明の平面光源装置は、高輝度で均一な輝度分布を持った大型の平面照明装置であるので、大型の液晶バックライトおよび大光量を必要とする一般照明等として有用である。

（ａ）本発明の実施の形態１における平面光源装置１０００の正面図、（ｂ）本発明の実施の形態１における平面光源装置１０００の断面図従来のエッジライト方式の平面光源装置の例を示す図従来の直下方式の平面光源装置の例を示す図本発明の平面光源装置における導光板の変形実施形態の断面図

符号の説明

１０１直下方式用導光板
１０２エッジライト用導光板
１０３ＬＥＤ
１０４ＬＥＤ
１０５コーン形状

Claims

ＬＥＤと当該ＬＥＤからの光を導く導光板とを用いた平面光源装置であって、
前記導光板は、中央部分に直下方式用導光板と当該直下方式用導光板の周囲にエッジライト方式用導光板とを備える、平面光源装置。
前記直下方式用導光板の厚さは、前記導光板の周囲に近づくほど薄くなり、
前記エッジライト方式用導光板の厚みは、前記導光板の中央部に近づくほど薄くなる、請求項１に記載の平面光源装置。
前記直下方式用導光板と前記エッジライト方式用導光板とが、密着している、請求項１および２記載の平面光源装置。
前記直下方式用導光板の屈折率をｎ１、前記エッジライト方式用導光板の屈折率をｎ２としたとき、ｎ１＞ｎ２の関係を満たす、請求項１から３記載の平面光源装置。