JP2007035317A - 面光源装置及びそれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源端部近傍の暗部発生を抑制することの可能な面光源装置を提供すること
【解決手段】 略板状の導光体１００と、導光体の１側面１０３に対向して配置され、その両端に非発光領域２０５、２０６を有する線状光源２００とを有する面光源装置において、導光体と線状光源の間に配置され、線状光源の非発光領域と導光体との間に少なくともその一部が存在するように配置される補助導光体２２０、２２１を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は面光源装置に関し、特に発光領域が大きく、輝度ムラの少ない面光源装置を実現するための構成に関する。

近年、透過型の液晶表示装置（ＬＣＤ）は、パーソナルコンピュータのディスプレイモニタ装置、薄型ＴＶ等の表示装置として広く利用されている。液晶表示装置は表示に光源を必要とし、液晶ディスプレイパネルの背面に配置される、所謂バックライトと呼ばれる面光源装置が通常光源として用いられている。

面光源装置は冷陰極放電管等の線状光源の発する光を、板状の導光体（導光板）等の光学素子を用いて均一な面状の光に変換する機構であると考えることができる。そして、面光源装置を用いた最終的な製品である表示装置の用途や表示画面の大きさ、要求される性能等によって様々な構成が採用されている。

例えば、線状光源の配置だけをとってみても、導光板の背面に配置する直下型と呼ばれる構成、導光板の側面に配置するサイドライト型と呼ばれる構成がある。現在では薄型であるというＬＣＤの利点を生かすため、ノートパソコン、並びにモニター用としてはサイドライト型が主流である。

昨今では液晶表示装置に対する要求も高度化しており、特に高画質であることが求められている。画質を左右する要因にコントラスト比があるが、コントラスト比を高くするには、輝度の高い光源が必要であり、従って面光源装置に対しても高輝度化に対する要求が大きい。しかしながら、サイドライト型の面光源装置では使用できる光源の数や配置が制限されるため、均一な発光を維持しながら高輝度化を実現することは難しい。

そのため、線状光源から出射される光を有効活用すべく、面光源装置に用いられる光学部品についても様々な改良がなされている（例えば、特許文献１参照）。

（面光源装置の構成）
図８は、従来のサイドライト方式の面光源装置の構成例を示す図であり、図８（ａ）は線状光源２００の長さ方向に平行な方向から見た側面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の矢印ａの方向（線状光源２００に対向する方向）から見た側面図である。

略板状の導光体１００の上面１０１には、例えばサンドブラストによって形成された微少な凹凸が光取り出し機構として設けられている（図示せず）。

導光体１００の発光面に対向する面（下面）１０２の下には、反射シート１０７が設けられる。また、導光体１００の上面１０１上には三角プリズムアレイが形成された調光シート１０５が、プリズムの頂角を下向きに、かつ導光体１００に設けたプリズムアレイ１５０’と長さ方向が直交する向きで配置される。調光シート１０５の上には、拡散シート１０６が設けられる。

代表的には冷陰極管である線状光源２００は、ランプリフレクタ２１０内部に、長さ方向が導光体１００の端面１０３と平行になるよう、図示しない支持具によって両端部を支持されて配置される。なお、図８においては、線状光源２００が２つ平行して設けられた高輝度型の面光源装置を示しているが、線状光源２００の数は１つでも、３つ以上であっても良い。

線状光源２００から放射される光は、直接、又はリフレクタ２１０内面で反射された後、端面１０３から導光体１００へ入射する。そして、導光体１００を伝播する光は下面１０２側では界面又は反射シートで上方に反射され、上面１０１から徐々に出射しながら伝播していく。そして、上面１０１に設けられた微少な凹凸によって所定方向に出射した光は、調光シート１０５のプリズムによって上面１０１に垂直な方向に出射方向を揃えられたのち、拡散シート１０６によって拡散される。

特開２００２−２４３９４５号公報

線状光源２００は、その有効発光領域を有効に使用するため、端部で支持されるのが通常である。特に光源が冷陰極管の場合、両端部には電極が不可欠であることから、電極部に給電するためのホルダを利用して両端部で光源を支持する構成が一般的である。このようなホルダは通常、樹脂などの絶縁体からなり、光源の電極部分を差し込むための穴と、この穴の奥に設けられた給電用の接点を有する。そして、通常このようなホルダの穴は光源の電極が完全に入り込んだ状態で接点と接触するように構成されるため、線状光源２００の電極に接する一部の有効発光領域がホルダの穴に入り込んだ状態となる。すなわち、ホルダによって有効発光領域の一部が隠され、有効発光領域の利用率は１００％とはならない。

図９（ａ）に、従来の面光源装置における線状光源２００と導光体１００との配置関係の例を示す。図９（ａ）では、線状光源２００の支持体としてのホルダによって形成される非発光領域２０５、２０６が、導光体１００に対向しないような線状光源２００が筐体内に配置されている。従来の液晶ディスプレイ装置では、面光源装置（導光体１００）上に配置される液晶表示パネルの外縁部分を隠蔽する額縁状の領域の幅Ｗが比較的大きかったため、このような比較的長い光源の配置が可能であった。

しかし、近年、図９（ｂ）に示すように、液晶ディスプレイ装置の所謂狭額縁化が進み、有効表示領域の大きさは変わらずに額縁状の領域Ｗ’が小さくなる傾向にある（すなわち、Ｗ’＜Ｗ）。この結果、面光源装置においても同様に発光領域の大きさを変えずに全体を小型化する（正面投影面積における発光領域の割合を大きくする）必要があり、線状光源２００の全長を短くせざるを得なくなってきている。その結果、図９（ｂ）に示すように、線状光源２００の端部に存在する非発光領域が導光体端部に対向するようになり、導光体の端部領域に入射する光束が減少するため、角部分に暗部２０７、２０８が発生するという問題が深刻化してきた。

本発明はこのような従来技術の課題を解決することを目的としたものであり、具体的には、光源端部近傍の暗部発生を抑制することの可能な面光源装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明者等は鋭意検討したところ、光源端部の非発光領域部分からも導光体に光を導入するための機構として補助導光体を設けることにより、暗部の発生を抑制した面光源装置が実現できることを見いだし、本発明に到達した。

すなわち、本発明の要旨は、略板状の導光体と、導光体の１側面に対向して配置され、その両端に非発光領域を有する線状光源と、導光体と線状光源の間に配置される略板状の補助導光体とを有し、補助導光体が、線状光源の非発光領域と導光体との間に少なくともその一部が存在するように配置されることを特徴とする面光源装置に存する。

また、本発明の別の要旨は、本発明の面光源装置を用いた表示装置に存する。

このような構成により、本発明によれば、線状光源の非発光領域と導光体との間に少なくともその一部が存在するように配置される補助導光体を設けることにより、光源端部近傍における暗部発生を抑制した面光源装置を実現することができる。

＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して本発明をその好適な実施形態に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る面光源装置における特徴的な構成である、線状光源及び導光体周囲の構成例を示す上面図である。図１において、図９と同じ構成には同じ参照数字を付してある。

図１に示すように、本実施形態における特徴的な構成は、線状光源２００と導光体１００との間に配置された補助導光体２２０、２２１である。補助導光体２２０、２２１は、線状光源２００の端部に存在する非発光領域、具体的には光源のホルダにその少なくとも一部が対向するように設けられる。

補助導光体２２０、２２１は、線状光源２００の発光領域（本実施形態では、線状光源２００の有効発光領域（電極を除く、発光可能な領域）のうち、ホルダに覆われていない部分を意味する）が発する光を、導光体１００の、線状光源２００の非発光領域２０５、２０６に対向する端面に導き、入射させる導光路として機能する。

図２は、補助導光体２２０を拡大して示す斜視図である。補助導光体２２０（特に説明しないが、補助導光体２２１も同様である）は図２に示すように、導光体１００の端面１０３に接するように配置される。導光体１００の端面１０３と、補助導光体２２０との間は特に接着する必要はなく、また導光体１００と補助導光体２２０とは接していなくても良い。上面及び下面（図示せず）に設けられた突起２２５は、補助導光体２２０、２２１を取り付ける際に用いる。

図３は、本実施形態における補助導光体２２０、２２１の取り付け構造を示す図である。本実施形態において補助導光体２２０は、突起２２５をリフレクタ２１０に設けられた凹部にはめ込むことによって位置決め及び取り付けされる。なお、リフレクタ２１０に設けるのは凹部ではなく穴であっても良いし、また補助導光体２２０、２２１の上面及び下面とリフレクタ２１０の内面とを、粘着テープなどによって貼り付ける構成であっても良い。

図４（ａ）〜（ｄ）は、補助導光体２２０、２２１の水平断面形状例及び線状光源のホルダとの位置関係例を示す上面図である。
前述のように、補助導光体２２０、２２１は線状光源２００から出射した光を伝播し、導光体１００の端面１０３の、線状光源２００の非発光領域に対向する領域（暗領域という）に入射させるために設けられている。そのため、その少なくとも一部分が、線状光源２００の端部の非発光領域（ホルダ）と導光体１００の端面１０３との間に存在することが必要である。

また、十分な量の光を伝播するため、図４（ａ）〜（ｃ）のように、補助導光体の一部が線状光源２００の発光領域と導光体１００との間に位置することが望ましい。図４（ｄ）の形態でも補助導光体による効果は得られるが、補助導光体に入射する光の量が図４（ａ）〜（ｃ）よりも少なくなるため、効果もまた小さくなる。

なお、補助導光体は必ずしも導光体１００の幅方向（線状光源２００の長手方向）一杯まで配置する必要はない。すなわち、図４（ｃ）において導光体１００が点線に示す状態であってもよい。ただし、この場合導光体１００の端まで光を導入できないため、図４（ｄ）の形状と同様に効果は小さくなる。

補助導光体２２０は、図４（ａ），（ｅ）に示すような略直方体形状であってもよいが、図１、図２、図４（ｂ）、図４（ｃ）に示すように、線状光源側から導光体側へ向かって線状光源の端部方向へ拡がる斜辺２２２を有する水平断面形状であることが好ましい。このように形成することで、補助導光体２２０、２２１に入射して内部を伝播する光が、斜面２２２に反射して導光体１００の端面１０３方向へ向きを変え、より多くの光が端面１０３の暗部領域に入射するようになる。従って、斜面の角度αは好ましくは１０〜８０度、更に好ましくは３０〜６０であることが好ましい。

また、端面１０３の暗部領域に入射する光の量を増加させるため、補助導光体の、線状光源２００の非発光領域に対向する表面をサンドブラストなどの処理により粗面化したり、白色インクによるドットパターンなどの反射パターンの印刷を行ったり、斜面が反射鏡となるように鏡面加工処理を行うことなどができる。このような光反射機構を設けることにより、補助導光体を通じて暗部領域に入射する光線も多くなる。図４（ｅ）は、本実施形態において、このような光反射機構を好ましく設けることのできる面を太線で示した図である。図４（ｅ）において、点Ｏは、支持ホルダ２０５と線状光源２００との境界を示している。

次に、補助導光体２２０、２２１の材料や大きさについて説明する。補助導光体２００は、十分な光透過性があればどのような材質によっても構わない。ただし、線状光源２００から光と共に発せられる熱に対する耐久性があることが好ましい。例えば、ＰＭＭＡ等の透明樹脂材料を用いて射出成形して形成することができる。

また、その厚みは薄すぎると導光路としての性能が低下するほか、加工性や保持が困難となる。一方、厚すぎると線状光源２００と導光体１００との距離を大きくする必要があり、面光源装置の大型化につながる。従って、導光路としての効果、即ち暗部２０７、２０８の抑制が実現され、かつ面光源装置の大型化を招かない範囲の厚みに設定することが好ましい。一例としての厚みは０．５〜５ｍｍ、好ましくは１〜３ｍｍである。

このような構成の補助導光体を用いることにより、図９（ｂ）に示したような、線状光源の非発光領域が導光体端面に対向するような面光源装置における暗部発生を抑制することが可能になる。

＜第２の実施形態＞
上述のように、線状光源の両端部を支持するホルダは、線状光源を確実に支持するため、線状光源の電極部分を支持するのに必要な深さよりも深い穴で線状光源の両端部を支持する構成を有している。従って、線状光源の発光領域の長さは、線状光源の有効発光領域の長さよりも短い。換言すれば、ホルダに線状光源の有効発光領域の一部が隠された状態にある。
そのため、本実施形態では、ホルダに隠された線状光源の有効発光領域を最大限利用するべく、ホルダの形状を改良したことを特徴とする。

図５は、改良前のホルダ２０６と線状光源２００の状態を示す斜視図である。なお、図５は、導光体１００側から光源方向を見ている状態に相当する。この状態から、ホルダ２０６の線状光源の発光領域側の端面を、線状光源の導光体の端面１０３に対向する表面がその裏側の表面よりも露出するような形状となるよう、点線Ａで斜めに一部切除加工する。

図６は、加工後のホルダ２０６の状態を示す斜視図である。図５と図６とを比較すると明らかなように、図６の構成ではホルダに隠されていた線状光源２００の有効発光領域の一部が露出するようになる。これにより、線状光源２００の有効発光領域の利用率が増加する。また、補助導光体の形状を複雑に形成しなくても、補助導光体を導光体の端部に一層近づけて配置することが可能になるため、暗部抑制効果がより大きくなる。

図５の点線Ｂに示すように、単純にホルダを短くすると、ホルダが光源を支持する力が低下するため、あまり好ましくない場合がある。そのため、本実施形態では、線状光源２００の導光体１００に対向する表面がその裏側の表面よりも露出するように斜めにホルダ端面部分を切除し、有効発光領域の利用率増加と、ホルダの支持力低下抑制とを両立させている。

図７（ａ）〜（ｄ）は、図４と同様に、補助導光体２２０、２２１の水平断面形状例及び線状光源のホルダとの位置関係例を示す上面図である。補助導光体のホルタ２０５端面と接する部分がホルダの形状に合わせて斜面により形成される以外、第１の実施形態と同様の形状及び配置が可能である。
特に図７（ｃ）のように単純な形状を有する補助導光体の場合、ホルダを切除することにより、補助導光体を一層導光体の端部に近づけて配置することが可能になる。

また、図７（ｅ）は、本実施形態における補助導光体において、上述した光反射機構を好ましく設けることのできる面を太線で示した図である。図７（ｅ）において、点Ｏは、支持ホルダ２０５と線状光源２００との境界を示している。

なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に補助導光体を取り付けることが可能である。
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、線状光源２００の有効発光領域の利用率が増加すること、補助導光体を導光体端部に近づけて配置可能となることにより、さらに暗部発生を抑制することが可能となる。

＜第３の実施形態＞
上述の第１及び第２の実施形態では、補助導光体２２０、２２１を導光体１００と別個の部品として構成したが、導光体１００に補助導光体２２０、２２１の構成を持たせて一体形成しても良い。この場合、予め光源の有効発光領域の長さやホルダの形状などが分かっており、またそれらのばらつきが十分小さいことが必要となるが、組立が容易となるという効果がある。

以下、具体的な実施例について説明するが、本発明はここで説明する特定の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）を用い、射出成型により図３に示した断面くさび形形状の略板状の導光体を得た。すなわち、出射面１０１と端面１０３とが略直角で下面が光源から離れるに従って上へ傾斜した断面形状である。

なお、導光体の大きさは幅３０７．５ｍｍ、長さ２３２．７ｍｍ、厚さは光源側（入光面）で５．６ｍｍであり、直線的に厚みが減少して光源から最も離れた位置での厚みが１．２ｍｍとなるようにした。射出成型に用いた金型の、導光体の出射面１０１を形成する面には、マイクロブラストを用いて粗面化したスタンパを、下面を形成する面にはプリズムブロックを設置することで、出射面には光取り出し機構としての凹凸が、下面にはプリズムアレイが転写、形成されるようにした。下面のプリズム（図８（ｂ）参照）は５０ミクロンピッチ、また頂角θは１２０°とした。

このようにして成型した導光体を用い、図１に示した構成の面光源装置を組み立てた。反射シートには、鏡面反射シート（尾池工業社製 ２５ＢＬ−１８８）を用い、その上に導光体を配置した。また、導光体上のプリズムシートには三菱レイヨン社製Ｍ２６８ＹＯを、保護拡散シートにはツジデン社製Ｄ１３２をそれぞれ用いた。

また、光源には直径１．８ｍｍ、長さ３１１ｍｍ（有効発光領域３０３ｍｍ）の冷陰極管（電極材料Ｎｂ：電極長さ各４ｍｍ）２本を上下に平行に配置し、ランプリフレクタは３Ｍ社製反射フィルムＤ−ＥＳＲを張り付けたＳＵＳ板を折り曲げて形成した。また、図４（ｃ）（図７（ｃ））に示す水平断面形状を有し、厚さｔ＝２ｍｍ、斜面２２２の角度α＝４５度、高さＨ５．６ｍｍ、長さＬ＝１０．０ｍｍの補助導光体を、アクリル樹脂板を加工して１組作成し、ランプリフレクタに設けた穴に上下面の突起をはめ込んで固定した。なお、斜面２２２にはマイクロブラスト処理により凹凸を作成した。

なお、支持ホルダを装着した状態における線状光源の発光領域の長さＤは２９５ｍｍであり、導光体１００の端面１０３の両端各々７．６ｍｍ（ｄ１）が支持ホルダと対向した状態であった。また、補助導光体の先端は導光体１００の側面から５．９ｍｍ引っ込んだ位置（ｄ２）にあった。これらの関係を図１０（ａ）、（ｂ）に示す。また、図示していないが、対となる補助導光体２２１についても同様の値である。

（評価）
このような面光源装置において、光源をインバータ（ハリソン社製）により管電流６ｍＡで点灯させ、図２（ｂ）に示した暗部の発生有無及び程度を目視により評価した。

（実施例２）
実施例１と同様の構成において、線状光源２００の支持ホルダ２０５、２０６に図７に示すような切除加工を施した。その結果、図１０（ｃ）に示すように、線状光源の発光領域の長さがホルダ当たり２．４ｍｍ増加した（ａ）。また、導光体の端面１０３の、支持ホルダと対向する長さｄ１’（ｄ１−ａ）が５．２ｍｍに、補助導光体の先端から導光体１００の側面までの距離ｄ２’は３．４ｍｍに変化した。すなわち、補助導光体が２．５ｍｍ導光体１００の端部へ近づいて配置可能となった。
実施例１と同様にして光源を点灯し、目視により評価を行った。

（比較例１）
補助導光体を用いないこと以外は実施例１と同じ構成とし、評価を行った。
（比較例２）
補助導光体を用いないこと以外は実施例２と同じ構成とし、評価を行った。

評価の結果、全くの従来構成である比較例１は、図２（ｂ）に示したような暗部がはっきりと目視で確認された。また、支持ホルダを切除処理して線状光源の発光領域の長さを増加させた比較例２では、比較例１に対して若干の改善が確認されたが、やはり暗部の存在が目視で確認された。

一方、補助導光体を用いた実施例１では、比較例２に比べてかなり改善がみられ、若干の輝度むらがあるように感じられる程度に観察された。さらに支持ホルダの切除加工を行った実施例２では、最も改善が確認され、実施例１よりも周囲との輝度差が少ないように観察された。

以上説明したように、本発明によれば、光源端部の非発光領域に線状光源からの光を伝播する補助導光体を設けることにより、簡便な構成により小型かつ輝度むらの少ない高品位な面光源装置を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る面光源装置における、線状光源及び導光体周囲の構成例を示す上面図である。 補助導光体２２０を拡大して示す斜視図である。 本実施形態における補助導光体２２０、２２１の取り付け構造を示す図である。 第１の実施形態における補助導光体の水平断面形状例及び線状光源のホルダとの位置関係例を示す上面図である。 第１の実施形態におけるホルダと線状光源の状態を示す斜視図である。 第２の実施形態におけるホルダと線状光源の状態を示す斜視図である。 第２の実施形態における補助導光体の水平断面形状例及び線状光源のホルダとの位置関係例を示す上面図である。 従来の面光源装置の構成例を示す図である。 従来の面光源装置における線状光源と導光体との配置関係の例を示す。 実施例における補助導光体近傍の位置関係を説明する図である。

Claims (9)

1. 略板状の導光体と、
   前記導光体の１側面に対向して配置され、その両端に非発光領域を有する線状光源と、
   前記導光体と前記線状光源の間に配置される略板状の補助導光体とを有し、
   前記補助導光体が、前記線状光源の前記非発光領域と前記導光体との間に少なくともその一部が存在するように配置されることを特徴とする面光源装置。
2. 前記補助導光体の水平断面形状が、前記線状光源側から前記導光体側へ向かって前記線状光源の端部方向へ拡がる斜辺を有する形状であることを特徴とする請求項１記載の面光源装置。
3. 前記補助導光体が、前記補助導光体に入射した光を反射し、前記導光体の１側面方向に向かわせる面を有することを特徴とする請求項１記載の面光源装置。
4. 前記非発光領域が、前記線状光源の端部を支持する一対のホルダにより形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の面光源装置。
5. 前記補助導光体の、前記線状光源に対向する表面の少なくとも一部に光反射機構が設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の面光源装置。
6. 前記光反射機構が、微小な凹凸、反射パターン又は鏡面であることを特徴とする請求項５記載の面光源装置。
7. 前記ホルダの、前記線状光源の発光領域側の端面が、前記線状光源の前記導光体の１側面に対向する表面がその裏側の表面よりも露出するような形状に加工されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の面光源装置。
8. 前記補助導光体が前記導光体と一体形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の面光源装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の面光源装置を用いた表示装置。

Images