JP2007005015A - 面状光源 - Google Patents

Abstract

【課題】 均一発光する面状光源を提供する。
【解決手段】 本発明は、光源と、その光源からの光を入射させる端部と、入射された光を放射させる光出射面を有する光出射部と、を有する矩形の導光体と、を備えた面状光源において、光出射部の厚みは、端部の厚みよりも薄くされており、端部には、光出射面の側から順に、光出射面との成す角度がθ１（０°＜θ１＜９０°）である第一の斜面１０１と、光出射面との成す角度がθ２（０°＜θ２＜９０°、θ１＜θ２）である第二の斜面１０２と、が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入射された光を放出させる導光体と、その導光体に入射させる光を発する光源とを備えた面状光源に関する。

携帯電話などに利用されるバックライト光源としては、発光ダイオードと、導光板とを組み合わせた面状光源が挙げられる。例えば、特開２０００−２６００２１７号公報に開示される面状光源は、導光板の端部に設けられた光入射面から発光ダイオードからの光を入射させ、導光板の内壁の反射を利用して、光出射面から光を放出させる。このようなバックライト光源は、さらなる薄型化および均一発光が求められている。

特開２０００−２６００２１７号公報。

しかしながら、端部から発光ダイオードの光を入射させる導光体については、導光体の中でも特に狭くなっている端部において光が集中する。また、発光ダイオードの発光面の大きさに対応した光入射面を端部に確保し、光出射面の方向に漸次薄肉となる導光板とする。このとき、導光体の厚みを漸次薄肉とする斜面から出射した光により、端部において輝度が特に強い領域ができるため、光出射面における均一な発光が得られなくなる。

そこで、本発明は、導光板の端部に光源を配置する面状光源について、従来よりも、有効発光領域が薄型化され、均一な発光が観測される面状光源を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために本発明に係る面状光源は、光源が光学的に接続される端部と、上記光源からの入射光を光観測面側に放射させる光出射面を有する光出射部と、を有する導光体を備えた面状光源において、上記光出射部の厚みは、上記端部の厚みよりも薄くされており、上記端部の光観測面側には、上記光出射面との成す角度がθ１（０°＜θ１＜９０°）である第一の斜面と、上記光出射面との成す角度がθ２（０°＜θ２＜９０°、θ１＜θ２）である第二の斜面と、が上記光出射部から上記端部に向かって順に設けられていることを特徴とする。上記第一の斜面の面積は、上記第二の斜面の面積より大きいことが好ましい。上記光源は、発光ダイオードであることが好ましい。

本発明により、導光板の端部に配置された光源からの光が均一に観測される面状光源とすることができる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための面状光源を例示するものであって、本発明は面状光源を以下に限定するものではない。

また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

図１は、本形態における面状光源の断面図である。図２は、本形態の面状光源を光出射面の方向から見た上面図である。図３は、従来の面状光源の断面図である。なお、断面図は、端部と光出射部を含む断面であり、光源は、簡単のため省略してある。また、図１および図３中に描いた矢印は、導光体中における光の進行方向の一例を示す。

図３に示されるように、光源３００と、その光源からの光を入射させる光入射面を有する端部と、入射された光を放射させる光出射面を有する光出射部と、を有する導光体１００と、を備えた面状光源において、導光体の肉厚を端部の方から光出射部の方へ漸次薄肉とする。このとき、端部に形成される斜面から出射した光が他の光出射面よりも強く観測され、導光板の全体で均一な発光が得られなくなる。そこで、光出射部の方から端部の方に向かって徐々に角度が大きくなる複数の斜面を設けることによって、上述の課題を解決するに至った。

すなわち、本発明の導光体は、図１に示されるように、光出射面を有する光出射部ｄの厚みｂが光入射面を有する端部ｃの厚み（ａ＋ｂ）よりも薄くされ、その端部ｃには、厚さ方向に、光出射面との成す角度がθ１（０°＜θ１＜９０°）である第一の斜面１０１と、光出射面との成す角度がθ２（０°＜θ２＜９０°、θ１＜θ２）である第二の斜面１０２と、が光出射部から端部に向かって設けられていることを特徴とする。これにより、面状光源を薄型化しつつ、有効発光領域の面積を従来よりも広くすることができる。なお、第一の斜面と第二の斜面とに限定されることなく、端部には、第三の斜面を含む複数の斜面を設けてもよい。第一の斜面と第二の斜面は、滑らかに連続した曲面を形成していてもよい。また、第一の斜面あるいは第二の斜面のそれぞれは、平面であっても曲面であってもよい。

第一の斜面と光出射面とが導光体の側に成す第一の角度θ１（０°＜θ１＜９０°）は、０°から３°であることが好ましい。第一の角度θ１が小さ過ぎると、第二の斜面の面積が大きくなることで、第二の斜面における輝度が上がり、第一の角度θ１が大きすぎると第一の斜面における輝度が大きくなるため、均一発光できなくなるからである。

また、第二の斜面と光出射面とが導光体の側に成す第二の角度θ２（０°＜θ２＜９０°、θ１＜θ２）は、２０°から８０°であることが好ましい。第二の角度θ２が小さ過ぎると、第一の斜面における輝度が上がり、均一発光できなくなるからである。第二の角度θ２が大き過ぎると、第二の斜面における輝度が上がり、均一発光できなくなるからである。

上記第一の斜面は、上記第二の斜面より大きいことが好ましい。例えば、図１に示されるように、第一の斜面１０１と第二の斜面とについて、光出射面がそれらの斜面の方向に延長された仮想平面に各斜面を投影させたときの水平距離を考える。その第一の斜面１０１の水平距離ｅは、第二の斜面の水平距離ｆよりも大きいことが好ましい。これにより、導光体の端部における発光強度の不均一をさらに低減させ、導光体の有効発光領域を大きくすることができる。以下、本形態の各構成について詳述する。

（導光体）
本形態における導光体とは、導光体の端部から入射された光源からの光を、その導光体の内壁の反射を利用して導光させ、所定の光出射面から放射させることができる光透過性の部材である。

本形態において「光源が光学的に接続される」とは、光源からの光が導光体に入射することができるように、導光体および光源が配置されていることを言う。すなわち、導光体の光入射面に光源の発光面が対面されている形態に限らず、光ファイバやレンズなど別の光学部材を介して光源の光が導光体に導かれるような形態も含むものとする。

本形態における「端部」とは、導光体を光出射面の方から見て、多角形の一隅部である。平面的に見ると、その端部から光出射部の方へ導光体が広がっている。例えば、図２に示されるように、矩形の導光体を光出射面の方向から見て、矩形の対角方向において、その矩形を形成する主なである辺ｈ、辺ｉと、それらよりも短い別の辺ｍとにより外形の一部が形成されており、図１に示されるように、光出射面を有する光出射部の肉厚ｂよりも厚肉の部位ｃをいう。なお、光出射面の方向から見て矩形を形成している各辺は、直線であっても曲線であってもよい。

光出射面とは、導光体の外郭面を形成する面のうち、発光ダイオードからの発光が観測される幅広の主面をいう。また、光反射面とは、上記光出射面に向かい合っており、導光体に入射された光を光出射面の方向に反射させる幅広の主面をいう。また、それらの主面に挟まれた幅狭の面を側面とする。また、「有効発光領域」とは、上記光出射面において、導光体から均一な発光が観測される領域をいう。

光入射面は、導光体の側面のうち、上記一辺ｍを含む側面に形成されており、その光入射面に光源の発光面が向かい合っている。この光入射面の大きさは、光源からの光が漏れなく導光体に入射するように、光源の発光面の大きさに合わせて調整される。

導光体は、メーター針の指針、液晶バックライトのような面状光源として利用可能な平板状、一定方向に漸次薄肉となるような楔形など種々の形状をとすることができる。

導光体は発光ダイオードからの光或いはその光を波長変換させた光を効率よく発光面から放出するために、それらの光に対して透光性を有している。このような導光体の材料としてはＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、アクリル樹脂、エポキシ樹脂のような透明樹脂やガラスなど、光透過性に優れた種々の材料が好適に挙げられる。これらを材料として、導光体は、射出成型により上述したような形状に形成することができる。

（光源）
本形態における光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）やＥＬ素子のような半導体発光素子とすることができる。本形態における光源として、特に、発光ダイオードについて説明する。本形態における発光ダイオードは、白色系の混色光を発光するものとすることが好ましい。このような発光ダイオードは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の波長の光を発光するＬＥＤチップを組み合わせたものや、ＬＥＤチップと蛍光物質を利用した発光ダイオードなど種々のものが挙げられる。例えば、青色系が発光可能な発光素子として窒化ガリウム系化合物半導体を利用することによって高輝度に発光させることができる。発光ダイオードは、ＬＥＤチップを蛍光物質とともに配置することができるパッケージに収納させることにより形成させることができる。このような発光ダイオードは、冷陰極線管を光源とするものと比較して、長時間の使用に耐え、消費電力を小さくすることができるため好ましい。発光ダイオードは、その発光面が導光体の光入射面に向かい合わせにしてもよく、発光ダイオード自体を端部に埋め込んでもよい。これにより、光漏れの少ない面状光源とすることができる。

本形態に利用することができる蛍光物質は、発光ダイオードの光を変換させるものであり、発光ダイオードからの光をより長波長に変換させるものの方が効率がよい。ＬＥＤチップからの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、アルミニウム酸化物系蛍光体の一種であるＹＡＧ：Ｃｅが好適に用いられる。ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を利用した場合は、その含有量によって青色ＬＥＤからの光と、その光を一部吸収して補色となる黄色系が発光可能であり白色系が比較的簡単に信頼性よく形成できるため好ましい。

以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。

図１は、本実施例における面状光源１００の断面図である。図２は、本実施例の面状光源１００を光出射面の方向から見た上面図である。図３の斜線部分１０３は、面状光源の有効発光領域を示す。

図１に示されるように、光入射面を有する端部ｃと、光出射面を有する光出射部ｄと、を有する導光体を、アクリル樹脂の射出成型により形成する。端部ｃには、光出射面の側から順に、光出射面との成す角度がθ１である第一の斜面１０１と、光出射面との成す角度がθ２である第二の斜面１０２と、が設けられている。光出射面を有する光出射部の厚み０．４５ｍｍ（＝ｂ）は、光入射面を有する端部の厚み（ａ＋ｂ）よりも０．１５ｍｍ（＝ａ）だけ薄くされている。また、端部の水平距離ｃは、２．８５ｍｍとする。

第一の斜面１０１と光出射面とが導光体の側に成す角度θ１を１．７５°とし、第二の斜面１０２と光出射面とが導光体の側に成す角度θ２を２８°とする。

本実施例の比較例として、図３に示されるように、光出射面との成す角度θ０が３．９°の斜面を有する端部とする他は、本実施例の導光体と同様の形状を有する導光体を形成させる。

光入射面に発光ダイオードの光を入射させて面状光源１００、１００'とする。本実施例により、端部における輝度が比較例よりも約５５％低下し、有効発光領域１０３において均一な発光が得られる。

本発明は、携帯電話などの液晶表示装置のバックライト光源として利用可能である。

図１は、本発明の一実施例を示す模式的な断面図である。 図２は、本発明の一実施例を示す模式的な上面図である。 図３は、本発明と比較のために示す面状光源の断面図である。

符号の説明

１００、１００'・・・面状光源
１０１・・・第一の斜面
１０２・・・第二の斜面
１０３・・・有効発光領域
ａ、ｂ・・・導光体の厚み
ｃ・・・端部の水平距離
ｄ・・・光出射部の水平距離

Claims (3)

1. 光源が光学的に接続される端部と、前記光源からの入射光を光観測面側に放射させる光出射面を有する光出射部と、を有する導光体を備えた面状光源において、
   前記光出射部の厚みは、前記端部の厚みよりも薄くされており、
   前記端部の光観測面側には、前記光出射面との成す角度がθ１（０°＜θ１＜９０°）である第一の斜面と、前記光出射面との成す角度がθ２（０°＜θ２＜９０°、θ１＜θ２）である第二の斜面と、が前記光出射部から前記端部に向かって順に設けられていることを特徴とする面状光源。
2. 前記第一の斜面の面積は、前記第二の斜面の面積より大きい請求項１に記載の面状光源。
3. 前記光源は、発光ダイオードである請求項１または２に記載の面状光源。
   
   

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