JP2006318794A - 面光源素子およびそれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶表示装置用などの面光源素子において、ＬＥＤ等の点光源の発光サイズが導光体の板厚よりも大きい場合でも入光損失の小さい面光源素子を提供することを目的とする。
【解決手段】 側面に光出射面５が設けられた長手方向に導光する光ガイド２と、少なくとも１つ以上の側面に該光ガイド２を配した導光体１と、該光ガイド２の片端面もしくは両端面に設けられた点光源１とを有し、点光源１の発光面４の大きさが導光体３の厚みよりも大きく、該光ガイド２の光出射面５の幅が該導光体３の光入射側面の厚みよりも小さいことを特徴とする面光源素子
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯電話、ＰＤＡ等に用いられる薄型の面光源素子およびこれを用いた直視型の表示装置に関する。

携帯電話に使用される表示装置は、面状に光を発する面光源素子（バックライト）と情報を与える表示パネルとで構成され、該表示パネルが与えた情報により光の透過率がコントロールされることによって文字および映像が表示される。バックライトとしては、ＬＥＤ（発光ダイオード）と導光体を組み合わせたものが用いられている。ＬＥＤは有限の大きさを有する点光源であるため、導光体に入射させるためには点光源を線光源に変換させる素子が提案されている（例えば特許文献１参照）。またＬＥＤを導光体側面に直接配置する構成が提案されている（例えば非特許文献１参照）。

特開２００１−２３６８１１ 月間ディスプレイ ２００４年５月号、ｐ１４、図１

携帯電話などの表示装置の薄型化を実現するためには導光体の板厚を薄くする必要がある。しかし、導光体の板厚がＬＥＤの発光サイズより小さくなると導光体へ入射しない漏れ光が生じ、エネルギー利用効率が低下する。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、ＬＥＤ等の点光源の発光サイズが導光体の板厚よりも大きい場合でも入光損失の小さい面光源素子を提供することを目的とする。また、本発明は、この面光源素子を利用した、表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、側面に光出射面が設けられた長手方向に導光する光ガイドと、少なくとも１つ以上の側面に該光ガイドを配した導光体と、該光ガイドの片端面もしくは両端面に設けられた点光源とを有し、点光源の発光面の大きさが導光体の厚みよりも大きく、該光ガイドの光出射面の幅が該導光体の光入射側面の厚みよりも小さいことを特徴とする面光源素子である。また、該点光源はＬＥＤであることが望ましい。

光ガイドの光出射面と導光体の光入射側面との間に光拡散要素を設けることが好適である。さらに導光体の光出射面の対向面にはシボ面、Ｖ型の溝、凸型のドット、凹型のドットが形成されていてもよい。導光体の出射面側に、表面に複数の凸部が形成され、該凸部頂部が導光体表面と密着してなる出射光制御板を備えていてもよい。
この面光源素子の発光面上に透過型光変調素子を設けてなることで表示装置を得ることができる。

本発明により、板厚が薄い導光体へも効率よく光を入射することができるため、輝度の高い面光源素子を得ることができる。

図１に示す様に導光体３側面にファイバー状の光ガイド２を長手方向が導光体３の側面と平行になるように配置し、光ガイド２の端部には発光面が端部に対向するよう点光源１（ＬＥＤ）を配置している。ＬＥＤ発光部の大きさは導光体３入射端面の厚みよりも大きく、光ガイド２の導光体３と対向する面には導光体３の厚みよりも小さい幅で粗面または溝を形成している。導光体３は、シート状またはフィルム状であるのが望ましく、少なくとも１つの側面が光入射面となっている。以下、本発明の好適な実施態様を説明する。

図２に本発明に係る面光源素子の一例の概略構成図を示す。この導光体３の１側面に１本の光ガイド２を配置しており、光ガイド２の端部には１つの点光源１（ＬＥＤ）を配置している。

図３に示す様に一般に光源発光面４の大きさが導光体３の入射端面の厚みよりも大きい点光源１（ＬＥＤ）を導光体３の側面に配置した場合には、導光体３に入光しない光が発生するため、光の利用効率が低下する。

これに対して図１に示した構成では光ガイド２に入射した光は光ガイド２の内部を全反射を繰り返しながら光ガイド２の長手方向に伝搬してゆく。光ガイド２の表面が粗面の場合には全反射を起こさず光が光ガイド２外へ出射する。この粗面が設けられた領域が光出射面５となる。本発明においては、図４に示す様に粗面の幅（光出射面５の幅）を導光体３の厚みよりも小さくしているため光ガイド２から出射した光は効率よく導光体３に入射することが可能となる。前記粗面は、ドット状の微細凹凸構造またはストライプ状の溝構造であるのが望ましい。

図５に本発明に係る第２の実施の態様を示す。本実施の態様では１本の光ガイド２の両端に点光源１（ＬＥＤ）を配置している。これにより光ガイド２への光入射エネルギーを高めることができ、面光源素子の高輝度化を図ることができる。

図６に本発明に係る第３の実施の態様を示す。本実施の態様では両端に光源１（ＬＥＤ）を配置した光ガイド２を導光体３の対向する側面に配置している。これにより導光体３への光入射エネルギーを一層高めることができ、面光源素子の高輝度化を図ることができる。

図７に本発明に係る第４の実施の態様を示す。本実施の態様では一端面に点光源１（ＬＥＤ）を配置した光ガイド２を導光体３の対向する側面に配置している。また光ガイド２は導光体３の４方向の側面を囲うように配置されている。これにより導光体２の様々な面から光を入射することができ、面光源素子における面内の明るさの均一性を高めることができる。

図８に本発明に係る第５の実施の態様を示す。本実施の態様では一端面に点光源１（ＬＥＤ）を配置した光ガイド２を導光体３のコーナー側面に配置している。また光ガイド２における点光源１（ＬＥＤ）を配置していない端面には反射面８を形成している。これにより導光体３の短辺または長辺の側面に光ガイドを配置する必要がなく、コンパクトな面光源素子を得ることができる。

図９に本発明に係る第６の実施の態様を示す。本実施の態様では一端面に点光源１（ＬＥＤ）を配置した光ガイド２を導光体３の１側面に配置している。また光ガイド２の出射面と導光体３の入射面との間には光拡散要素６を設けている。この光拡散要素６により導光体３への入射光の角度分布が一様化され面光源素子における面内の明るさを均一化することができる。

また本発明に使用することのできる光ガイド２はファイバー状である必要はなく図１０に示すような角柱形状のもでもよい。あるいは図１１に示すような断面が６角形であるものなど何れも用いることができる。

図１２に示す様にさらに光ガイド２の光出射面５においては、ドットあるいはストライプ状の溝の密度を変調させることが好適である。点光源１（ＬＥＤ）に近い側では密度を疎にして、点光源１（ＬＥＤ）から遠い側で密度を高めることで光ガイド２からの出射光、すなわち導光体３への入射光の分布を一様にすることができ、面光源素子における発光強度の面内均一性を向上させることができる。

また光ガイドからの出射光分布を一様化させるには、密度を一定にして、図１３で示す様に光出射面５の幅を点光源１（ＬＥＤ）に近い側で小さくし、点光源１（ＬＥＤから遠い側で大きくしてもよいし、密度と幅の両方を変化させてもよい。

本発明で用いることのできる導光体３は、導光体３の光出射面の対向面にシボ面、Ｖ型の溝、凸型のドット、凹型のドットが形成されていてもよい。また導光体３の出射面側に、表面に複数の凸部が形成され、該凸部頂部が導光体表面と密着してなる出射光制御板を備えていてもよい。

上記の通り説明した面光源素子を用い、図１４のごとく発光面側に液晶パネル（ＬＣＤ）７等の透過型光変調素子を設けると、表示装置を構成することができる。

本発明の面光源素子の１例を示す概略構成図である。 本発明に係る一実施の態様を示す図である。 光源を導光体側面に直接配置した場合の光線の１例を示す図である。 本発明の導光板側面における光線の１例を示す図である。 本発明に係る一実施の態様を示す図である。 本発明に係る一実施の態様を示す図である。 本発明に係る一実施の態様を示す図である。 本発明に係る一実施の態様を示す図である。 光ガイドと導光体の間に光拡散要素を設けた場合の構成図である。 本発明に用いることのできる光ガイドの一例を示す図である。 本発明に用いることのできる光ガイドの一例を示す図である。 光ガイドの光出射面について密度変調させたものを示す図である。 光ガイドの光出射面について幅変調させたものを示す図である。 本発明の面光源素子の発光面上に液晶表示パネルを載せ表示装置とした場合の構成図である。

符号の説明

１ 点光源
２ 光ガイド
３ 導光体
４ 光源発光面
５ 光出射面
６ 拡散要素
７ 液晶表示素子
８ 反射面

Claims (9)

1. 側面に光出射面が設けられた長手方向に導光する光ガイドと、少なくとも１つ以上の側面に該光ガイドを配した導光体と、該光ガイドの片端面もしくは両端面に設けられた点光源とを有し、点光源の発光面の大きさが導光体の厚みよりも大きく、該光ガイドの光出射面の幅が該導光体の光入射側面の厚みよりも小さいことを特徴とする面光源素子。
2. 点光源がＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の面光源素子。
3. 光ガイドの光出射面と導光体の光入射側面との間に光拡散要素を設けたことを特徴とする請求項１または２の面光源素子。
4. 導光体の光出射面の対向面がシボ面であることを特徴とする請求項１の面光源素子。
5. 導光体の光出射面の対向面にＶ型の溝が形成されていることを特徴とする請求項１の面光源素子。
6. 導光体の光出射面の対向面に凸型のドットが形成されていることを特徴とする請求項１の面光源素子。
7. 導光体の光出射面の対向面に凹型のドットが形成されていることを特徴とする請求項１の面光源素子。
8. 導光体の出射面側に、表面に複数の凸部が形成され、該凸部頂部が導光体表面と密着してなる出射光制御板を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の面光源素子。
9. 請求項１から８に記載の面光源素子の光出射面に透過型光変調素子を設けてなる表示装置。
   

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