JP2008004511A - 多色照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輝度や色相にムラのない均一な混色光を面状に出射でき、光を効率良く利用した鮮やかでムラの無い高度な品質のカラー表示を実現できる多色照明装置を提供する。
【解決手段】導光板１は、平面外形が長方形の光出射部１１と平面外形が等脚台形の光導入部１２とが連なった線対称形をなし、光導入部１２の最も幅が狭くなった先端面１２１を光入射面とし、この光入射面１２１には、光源ユニット２が対向設置されている。光源ユニット２は、それぞれが赤、緑、青の各色光を射出する３個のＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃを縦に重ねて構成され、光入射面１２１の線対称軸ａが交わる中央位置において、この光入射面１２１に対向させる各ＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃの光が射出される先端面が板厚方向に沿って並ぶ配置で、設置されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、色が互いに異なる複数色の光を選択的に照射可能な照明装置に関する。

近年、携帯電話機等のモバイル機器のディスプレイとして液晶表示パネルが多用されており、そのバックライトモジュールとして、適用機器の薄型化に有利なエッジライト型面発光照明装置が用いられている。

このエッジライト型面発光照明装置は、透明な板材からなる導光板の側端面に冷陰極管や発光ダイオード（以下、ＬＥＤ(Light-Emitting Diode)という）等の光源を配置し、導光板の一方の主面から面状に光を出射させるものである。

一方、従来のカラー表示を行う液晶表示パネルは、画素毎に特定波長光を選択透過させるカラーフィルタを設けておき、照明装置から出射される白色光が透過する画素毎にその特定波長光に色分離されて出射し、所望のカラー表示を行う。

上述のカラーフィルタを用いたカラー液晶表示パネルによる場合、照明装置から照射される白色光をカラーフィルタにより選択透過させるために光量をロスし表示輝度がその分低下する。また、フルカラー表示を行う場合、赤、緑、青の３原色の光を出射させる画素が必要となるために画素数か増加し、駆動回路等が大掛かりなものとなる。

そこで、特許文献１に示されるような発色光が異なる複数個のＬＥＤ素子を並設した光源ユニットが提案されている。このような多色光源ユニットを備える照明装置を液晶表示パネルのバックライトとして用いると、カラーフィルタを省略できるため、輝度の高い鮮やかなカラー表示を光のロスを抑えて効率良く実施できる。
特開２００３−７８１７６号公報

上述した従来の多色光源ユニットを用いるエッジライト型面発光照明装置では、複数の光源からの発色光を混ぜた混色光を出射させるとき、光源ユニットを配置した側面近傍においては、並設されたＬＥＤ素子からそれぞれ射出される異なる色の光を充分に混色させることが難しく、混色度合いがばらついた色ムラのある混色光が出射される。

本発明の目的は、照射領域の全域にわたり輝度や色相にムラのない均一な混色光を面状に出射でき、光を効率良く利用した鮮やかでムラの無い高度な品質のカラー表示を実現できる多色照明装置を提供することである。

第１の発明の多色照明装置は、発光色が互いに異なる複数個の点光源素子と、実質的に透明な板材からなり、側面の少なくとも一部を光入射面として光を入射させ、入射した光を一方の主面から面状に出射させる導光板とを備え、前記複数個の点光源素子が前記光入射面の板厚方向に重ねて配置されていることを特徴とするものである。

また、第２の発明の多色照明装置は、発光色が互いに異なる複数個の点光源素子と、実質的に透明な板材からなり、側面の少なくとも一部を光入射面として光を入射させ、入射した光を一方の主面から面状に出射させる導光板と、前記複数個の点光源素子のうちから点灯させる点光源素子を選択して前記光入射面に対向する点灯位置へ移動させる光源移動手段とを備えることを特徴とするものである。

本発明の多色照明装置によれば、混色させるべき光を発光する複数の点光源素子を光入射面との対向部の少なくとも平面的に同じ位置に位置させて発光させるから、異なる色の発色光が導光板内において光入射面との距離に拘わらず略同等に混色されて光出射面の略全域にわたりむらの無い均一な色相の混色光が出射され、この多色照射光をバックライト光として、光を効率良く利用した高輝度で鮮明なカラー表示を実現できる。

第１の発明の多色照明装置においては、導光板が、光を面状に出射させる光出射面を備えた板厚が一定の光出射部と、この光出射部と前記光入射面との間に形成され、板厚が前記光入射面から離隔するに従って徐々に減少し、且つ、板厚方向に直交し前記光入射面に平行な方向の幅寸法が記光入射面から離隔するに従い徐々に増加する光導入部とを備えていることが好ましく、これにより、光導入部において混色が充分に実施されて光出射面の全域にわたり輝度及び色相が共に一層均一な混色光が得られる。

また、本発明の多色照明装置においては、点光源素子がＬＥＤであることが好ましく、これにより、小型で低消費電力の多色照明装置が実現される。

図１(ａ)は第１の発明の一実施形態としての多色照明装置をバックライトとして用いたカラー液晶表示モジュールを示す平面図で、(ｂ)はそれをＢ−Ｂ線で切断した模式的断面図である。

本実施形態の多色照明装置における導光板１は、実質的に透明なポリカーボネイト樹脂板からなり、平面外形が長方形をなす光出射部１１と、平面外形が略等脚台形をなす光導入部１２とを備えている。

光出射部１１は、厚さが全域にわたり一定な平板状をなし、その一方の主面１１１を光出射面とし、その光出射面１１１とは反対側の主面１１２を光拡散反射面とする。この光拡散反射面１１２には、入射光を光出射面１１１に向けて拡散反射させるために、例えば点や線のランダム分布模様、或いは同心円状等の種々の模様をなす微細な凹凸(不図示)が形成されている。

光導入部１２は、光出射部１１に連なる端部とは反対側の幅狭先端面１２１を光入射面とし、縦断面形状が図１(ｂ)に示されるように光入射面１２１に向かうに従い厚さが徐々に厚くなる５角形状をなしている。すなわち、光入射面１２１に直角な光出射面１１１に連なる上面１２２に対し、光拡散反射面１１２に連なる底面１２３の大部分は上面１２２との距離が光入射面１２１に向かうに従い徐々に拡大する斜面に形成され、光入射面１２１に近い部分が上面１２２に平行（光入射面１２１に直角）な面に形成されている。この底面１２３には、光拡散反射用の凹凸は設けられていない。そして、光入射面１２１の中央部には半円柱形の凹部１２４が形成されている。

光導入部１２の光入射面１２１に対向させて、光源ユニット２を構成する３個のＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃが導光板１の厚さ方向に重ねて設置されている。これら３個のＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃは、それぞれ、赤、緑、青の各色光を射出し、それら各色光が射出される各先端部を凹部１２４内に収容させるとともに光入射面１２１に対し直角に支持されて設置されている。すなわち、３個のＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃの光を射出する各中心軸が、平面形状が線対称な導光板１の対称軸Ｘsに重なった構成となっている。

導光板１の光出射面１１１と光導入部上面１２２が連なる平面（以下、導光板１の表面という）には、光拡散シート３が対面設置されている。この光拡散シート３は、光出射面１１１から出射される面状照射光の輝度や色相のムラを緩和するために設けられており、導光板１の表面だけでなく、３個のＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃが重ねて配置されている光源部も含んだエリアにわたり、被設されている。

また、導光板１の光拡散反射面１１２と光導入部１２の底面１２３とが連なる導光板１の裏面には、光反射シート４が対面設置されている。この光反射シート４は、ＰＥＴ（Poly-Ethylene Terephthalate）フィルムに銀を蒸着して形成されたもので、高い光反射率を備えている。したがって、導光板１の裏面で拡散反射されずに外部に出射した光は、対面設置されている光反射シート４により反射されて導光板１内に再入射し、やがては液晶表示パネル５に対する照射光として再利用され、その結果、光の利用効率が格段に向上する。

上述のように構成された多色照明装置は、液晶表示パネル５の背面にその光出射部１１を対向させて配置されている。液晶表示パネル５は、一対のガラス基板５１、５２間に液晶(不図示)が封入され、各ガラス基板５１、５２の外面に一対の偏光板５３、５４がそれぞれ貼着されてなり、カラーフィルタは設けられていない。

次に、本実施形態のカラー液晶表示モジュールにおける作用効果について説明する。
液晶表示パネル５に赤、緑、青の各単色光を照射する場合は、赤、緑、青の３個のＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃから照射すべき色のＬＥＤを選択してその発色光を射出させる。この場合、各ＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃはその中心軸を平面形状が線対称な導光板１の対称軸Ｘs上に重ねて配置されているから、射出光が光入射面１２２から入射した後、導光板１内を対称軸Ｘsに対して左右均等に伝播し、出射面１１１全域から略均一な光量分布で面状に出射し、液晶表示パネル５には、光拡散シート３を介して、輝度のバラツキの無い単色光が照射される。すなわち、各ＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃは、導光板１に対し平面的には同じ位置に設置されているから、輝度がそれぞれ同程度に均一な赤、緑、青の各発色光が液晶表示パネル５に照射され、その結果、輝度及が表示面の略全域にわたり均一な高品質のモノカラー表示が得られる。なお、各単色光の階調度は、液晶表示パネル５の透過率つまり各画素に液晶に対する印加電圧、或いは各ＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃに対する駆動電流、を制御することにより調整される。

液晶表示パネル５に赤、緑、青の３色の単色光のうちの２色或いは３色の光を混色させた混色光を照射する場合は、混色させるべき色のＬＥＤを選択してそれぞれの発色光を射出させる。選択された例えばＬＥＤ２ａとＬＥＤ２ｃから射出された赤色光と青色光は、光入射面１２１から光導入部１２内に入射し、光導入部１２内の上面１２２や傾斜底面１２３或いは両側面１２５、１２６で反射されつつ光出射部１１に向けて伝播する。この光導入部１２内を伝播する際に、光導入部１２が光入射面１２１と光出射部１１の入口とを円滑に連絡する漏斗形に形成されているから、赤色光と青色光が充分に混色され、光出射部１１と光導入部１２との境界域においては略紫色光となっている。そしてこの場合も、ＬＥＤ２ａとＬＥＤ２ｃは平面的に同じ位置に配置されているから、赤色光と青色光が対称軸Ｘsに対し左右均等に混色され、光出射面１１１からは輝度及び色相がその出射エリア全域において略均一な紫色光が出射される。その結果、液晶表示パネル５においては、表示面の略全域にわたり輝度のバラツキや色ムラの無い高品質な紫色表示がなされる。

このように、本実施形態の多色照明装置によれば、導光板１の光出射部１１と光入射面１２１との間に光入射面１２１と光出射部１１の入口とを円滑に連絡する漏斗形の光導入部１２を設けたから、赤、緑、青の各色ＬＥＤ２ａ、２ｂ、２から射出され入射面１２１から入射した２色或いは３色の各発色光が光出射部１１に伝播するまでに充分に混色される。そして、赤、緑、青の各色ＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃを平面形状が線対称な導光板１の光入射面１２１に対向させて対称軸Ｘs上に重ねて配置したから、入射した各色光は導光板１の全域にわたりその対称軸Ｘsに対してその左右の領域で略均等に伝播し光導入部１２だけでなく光出射部１１においても均等且つ充分に混色される。その結果、光出射面１１１からは、その略全域にわたり輝度及び色相が均一な単色光或いは混色光が出射されて液晶表示パネル５に向けて照射され、液晶表示パネル５の表示面の略全域にわたり輝度のバラツキや色ムラが無く且つ光を効率良く利用した鮮やかな色彩の高品質な多色表示が得られる。

次に、第２の発明の一実施形態としての液晶表示モジュールについて、図２(ａ)、(ｂ)に基づき説明する。なお、上記実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態の導光板６は、実質的に透明なポリカーボネイト等の樹脂材料で形成された厚さが全体にわたり一定の平板からなり、平面外形がそれぞれ長方形の光出射部６１と等脚台形の光導入部６２を備えている。

光出射部６１は、その一方の主面６１１を光出射面とし、その光出射面６１１とは反対側の主面６１２を光拡散反射面とする。この光拡散反射面６１２には、入射光を光出射面６１１に向けて拡散反射させるための例えば点や線のランダム分布模様、或いは同心円状等の種々の模様をなす微細な凹凸(不図示)が形成されている。

光導入部６２は、光出射部６１に連なる端部とは反対側の幅狭先端面６２１を光入射面とし、先端面６２１に対して共に直角な光出射面６１１に連なる上面６２２と光拡散反射面６１２に連なる底面６２３とを備えている。この底面６２３には、光を拡散反射させるための凹凸は形成されていない。

光入射面６２１には、光源ユニット７が対向設置されている。光源ユニット７は、赤、緑、青の各色光を射出する３個のＬＥＤ７１ａ、７１ｂ、７１ｃが横一列に並んだ状態で支持板７２により保持されて構成され、それら３個のＬＥＤ７１ａ、７１ｂ、７１ｃが光入射面６２１の長手方向（光導入部６２の幅方向）に並ぶ配置で設置されている。支持板７１には移動機構８が連結され、その移動機構８により、３個のＬＥＤ７１ａ、７１ｂ、７１ｃが光入射面６２１の長手方向に沿って一体に往復直線移動される構成となっている。

導光板６の光出射面６１１と光導入部上面６２２が連なる平面（導光板６の表面という）には、光拡散シート９が対面設置されている。この光拡散シート９は、光出射面６１１から出射される面状照射光の輝度ムラや色ムラを緩和するために設けられている。また、導光板６の光拡散反射面６１２と光導入部６２の底面６２３とが連なる導光板６の裏面には、ＰＥＴフィルムに銀を蒸着してなる光反射シート１０が対面設置されている。この光反射シート１０により、導光板６の裏面で拡散反射されずに外部に出射した光を反射して導光板６内に再入射させる。

上述のように構成された多色照明装置は、上記実施形態と同様にカラーフィルタを有さない液晶表示パネル５の背面にその光出射部６１を対向させて配置されている。
次に、本実施形態の液晶表示モジュールにおける作用効果について説明する。

本実施形態の多色照明装置では、赤、緑、青のＬＥＤ７１ａ、７１ｂ、７１ｃを順次所定の点灯位置に移動させて点灯させる。
すなわち、まず、図３(ａ)に示すように、赤色ＬＥＤ７１ａを光入射面６２１の長手方向中央で対称軸Ｘsと交わる位置に先端を対向させた点灯位置に位置させ、所定時間点灯させて赤色光を射出させる。次いで、駆動機構８（図２参照）を作動させ、図３(ｂ)に示すように隣接する緑色ＬＥＤ７１ｂを前記点灯位置に移動させて同じ時間だけ点灯させ、この後、青色ＬＥＤ７１ｃについても図３(ｃ)に示すように同様に前記点灯位置に移動させて同じ時間だけ点灯させる。そして、この赤、緑、青の各ＬＥＤ７１ａ、７１ｂ、７１ｃの一連の点灯動作を繰り返し実施する。

一方、液晶表示パネル５でも、多色照明装置における点灯ＬＥＤの切換え動作に同期させて表示する画像を各発色光用の画像に切り換える。これにより、赤、緑、青の各画像が連続表示される。この場合、各ＬＥＤ７１ａ、７１ｂ、７１ｃの点灯時間と同期させる各色画像の表示時間を５．６ｍｓ程度の短時間に設定することにより、表示の観察者の目にはそれら各色画像が重なって見え、フルカラーの画像が観察される。

このように、本実施形態の多色照明装置では、赤、緑、青の各ＬＥＤ７１ａ、７１ｂ、７１ｃの点灯位置を上述したように導光板６の対称軸Ｘs上の位置に設定し、その点灯位置に点灯すべきＬＥＤを移動させてその都度点灯させる構成としたから、出射面６１１の略全域にわたり輝度及び色相が均一な各色光が面状に出射され、輝度や色相にムラの無い高品質なフルカラー画像が得られる。

また、本実施形態の多色照明装置を用いた液晶表示モジュールにおいても、各ＬＥＤ７１ａ、７１ｂ、７１ｃの点灯と液晶表示パネル５の画像表示の各切換えタイミングを種々に設定することにより、上記実施形態と同様に、色彩が鮮やかで高品質な装飾画像を光を効率よく利用して低コストで表示することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、図２に示した実施形態においては、図４に示されるように、光源ユニット７０を構成する赤、緑、青の各ＬＥＤ７０１ａ、７０１ｂ、７０１ｃを、円形の支持板７０２の円周を３等分した位置に各中心軸を半径方向に沿わせて設置してもよい。この場合、支持板７０２を時計回り方向或いは反時計回り方向方向に１２０度づつ回転させるだけで、点灯すべきＬＥＤを自在に選択して点灯位置に円滑且つ迅速に移動させることができ、光源ユニット７０の移動機構８０を簡素化することが可能となる。

また、上述した何れの実施形態においても、導光板を線対称形に形成し、その対称軸上にＬＥＤの点灯位置を位置させたが、これに限らず、液晶表示モジュールが装飾用として用いられる場合等、表示モジュールの用途に応じ、導光板を線対称形以外の適した形状に形成し、ＬＥＤの点灯位置も得ようとする装飾表示模様に適した位置に適宜設定することが好ましい。

加えて、本発明の多色照明装置に用いられる点光源素子としては、ＬＥＤに限らず、他の点光源素子を用いることができることは勿論である。

(ａ)は第１の発明の一実施形態としての液晶表示モジュールを示す平面図で、(ｂ)はその模式的Ｂ−Ｂ線断面図である。 (ａ)は第２の発明の一実施形態としての液晶表示モジュールを示す平面図で、(ｂ)はその模式的Ｂ−Ｂ線断面図である。 (ａ)、(ｂ)、(ｃ)はそれぞれ、上記第２の発明の一実施形態としての液晶表示モジュールにおける動作を示した各段階毎の説明図である。 図２示した実施形態の変形例を示す平面図である。

符号の説明

１、６ 導光板
１１、６１ 光出射部
１２、６２ 光導入部
２、７、７０ 光源ユニット
２ａ、２ｂ、２ｃ
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ
７０１ａ、７０１ｂ、７０１ｃ 赤、緑、青、各色ＬＥＤ(Light-Emitting Diode)
７２、７０２ 支持板
３、９ 光拡散シート
４、１０ 光反射シート
８、８０ 駆動機構

Claims (5)

1. 発光色が互いに異なる複数個の点光源素子と、
   実質的に透明な板材からなり、側面の少なくとも一部を光入射面として光を入射させ、入射した光を一方の主面から面状に出射させる導光板とを備え、
   前記複数個の点光源素子が前記光入射面にその板厚方向に重ねて対向配置されていることを特徴とする多色照明装置。
2. 前記導光板は、光を面状に出射させる光出射面を備えた板厚が一定の光出射部と、該光出射部と前記光入射面との間に形成され、板厚が前記光入射面から離隔するに従って徐々に減少し、且つ、板厚方向に直交し前記光入射面に平行な方向の幅寸法が前記光入射面から離隔するに従い徐々に増加する光導入部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の多色照明装置。
3. 前記複数個の点光源素子は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多色照明装置。
4. 発光色が互いに異なる複数個の点光源素子と、
   実質的に透明な板材からなり、側面の少なくとも一部を光入射面として光を入射させ、入射した光を一方の主面から面状に出射させる導光板と、
   前記複数個の点光源素子のうちから点灯させる点光源素子を選択して前記光入射面に対向する点灯位置へ移動させる光源移動手段とを備えることを特徴とする多色照明装置。
5. 前記複数個の点光源素子は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項４に記載の多色照明装置。

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