JP2011138699A - 面光源装置および液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光利用効率を向上させて、装置の薄型化、低コスト化、省電力化を図る。
【解決手段】その側端面の一部が光を入射する入射面3aとされた導光板3と、入射面3aに沿って配列され、入射面3aに向けて光を出射する複数の点光源2aを有する光源2とを備える面光源装置1である。光源2から出射される光の導光板3の厚み方向(Z方向)への発散を制限するように、該光を入射面3aに導く反射面4a,5aを有する反射部材4,5を設け、光源2を構成する各点光源2aの導光板3の厚み方向における半値角をθとして、θ≦35°に設定した。
【選択図】図2
【解決手段】その側端面の一部が光を入射する入射面3aとされた導光板3と、入射面3aに沿って配列され、入射面3aに向けて光を出射する複数の点光源2aを有する光源2とを備える面光源装置1である。光源2から出射される光の導光板3の厚み方向(Z方向)への発散を制限するように、該光を入射面3aに導く反射面4a,5aを有する反射部材4,5を設け、光源2を構成する各点光源2aの導光板3の厚み方向における半値角をθとして、θ≦35°に設定した。
【選択図】図2
Description
本発明は、被照明体を照明する面光源装置、および該面光源装置を備える液晶表示装置に関する。
液晶表示装置に用いられるバックライトとして、光源からの光を導光板の側端面から導入して、導光板の出射面から出射させるサイドライド型のバックライトが知られている。サイドライト型のバックライトは、直下型のバックライトと比較して薄型に構成できるという利点を有している。
このようなサイドライト型のバックライトにおいては、装置のさらなる薄型化の要請に応えるため、フィルム導光板のような、より薄い導光板の採用が検討されている。一方、光源についても同様に小型化(薄型化)が図られてはいるものの、フィルム導光板のような薄さには対応できないのが現状である。
このような要請に応える技術としては、特許文献1に記載されているような技術が知られている。この特許文献1に記載の技術では、光源の配光を導光板の厚み方向が狭く、該厚み方向に直交する方向(導光板の光入射面に沿う方向)が広くなるような楕円配光となるように調整して、導光板の光入射面に導くようにしている。
しかしながら、上述した特許文献1に記載の技術では、光源の配光を調整しないものと比較して、光利用効率を高くすることが可能ではあるが、未だ十分と言うことはできず、改善の余地がある。なお、光利用効率とは、本願明細書においては、光源から出射される全光束を100%としたときの導光板内に入射された全光束の割合を言うものとする。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、光利用効率を向上させることができる面光源装置、およびこれを備える液晶表示装置を提供することを目的とする。
本願発明者らは、鋭意研究した結果、光源から出射された光の発散を制限して導光板の側端面に導く反射部材を設けるとともに、これとの関係で、光源の配光特性を最適化することによって、光利用効率を向上できることを見いだし、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の第1の観点に係る面光源装置は、その側端面の一部が光を入射する入射面とされた導光板と、前記入射面に沿って配列され、該入射面に向けて光を出射する複数の点光源を有する光源とを備える面光源装置であって、前記光源から出射される光の前記導光板の厚み方向への発散を制限するように、該光を前記入射面に導く反射面を有する反射部材を設け、前記光源を構成する各点光源の前記導光板の厚み方向における配光特性の半値角をθとして、θ≦35°に設定して構成される。なお、本願明細書においては、半値角とは、半値全角を意味するものとする。
本発明の第1の観点に係る面光源装置において、前記光源を構成する各点光源の配列方向における配光特性の半値角をφとして、φ/θ>1に設定することができる。
本発明の第1の観点に係る面光源装置において、前記光源を構成する各点光源の配列方向における半値角をφ、該点光源の配列ピッチをp、該点光源の幅(該配列方向における寸法)をa、該点光源と前記入射面との距離をdとして、
φ>tan−1((a+p)/2d)の関係を満たすようにすることができる。
φ>tan−1((a+p)/2d)の関係を満たすようにすることができる。
本発明の第1の観点に係る面光源装置は、前記導光板の厚みが、前記光源を構成する各点光源の厚み(該導光板の厚み方向に対応する寸法)よりも、小さい場合に、特に好適に用いることができる。
本発明の第2の観点に係る液晶表示装置は、液晶パネルと、前記本発明の第1の観点に係る面光源装置とを備えて構成される。
本発明の第1の観点に係る面光源装置によれば、従来よりも光利用効率を向上させることができ、装置の薄型化、低コスト化、省電力化を図ることができる。
本発明の第2の観点に係る液晶表示装置によれば、本発明の第1の観点に係る面光源装置を備えているので、装置の薄型化、低コスト化、省電力化を図ることができる。
以下、本発明の実施形態に係る面光源装置について、図面を参照して説明する。なお、以下では、後述する平面視矩形状の導光板の厚み方向をZ方向、Z方向に直交する面内において、該矩形状の導光板の1辺に沿う方向をX方向、該X方向に直交する方向をY方向としたXYZ正規直交座標系を用いて説明する。
この面光源装置は、液晶表示装置の液晶パネルを被照明体として照明するバックライトに用いて特に好適なものである。但し、被照明体としては、そのような液晶パネルに限られず、店頭等に配置される看板の照明として、ショーウィンドウ等の照明として、その他のあらゆる照明として、用いることもできる。以下では、液晶表示装置のバックライトとして用いられる場合を例に説明する。
この実施形態の面光源装置1は、図1〜図3に示されているように、光源2と、光源2からの光を導く矩形板状のフィルムからなる導光板(フィルム導光板)3とを備えている。
光源2としては、この実施形態では、複数の点光源としてのLED(Light Emitting Diode)2aを所定の配列ピッチでY方向に沿って配列してなるものを用いている。この実施形態では、各LED2aは、その長手方向が入射面3aの長手方向(Y方向)に沿うように配置された細長い矩形状の基板2bに実装されている。LED2aとしては、青黄色系擬似白色発光ダイオードや3色(RGB)方式の白色発光ダイオード等を用いることができる。但し、点光源としては、このようなLED2aに限られず、例えば、半導体レーザー等を用いてもよい。
各LED2aは、その軸線(出射する光の主光線の方向)が概略+X方向を指向するように配置されている。LED2aとしては、砲弾型LEDを用いることができ、その発光部の幅(Y方向の寸法)をa、LED2aの発光部の高さ(Z方向の寸法)をbとして、例えばa=b=3mmに設定されたものを用いることができる。但し、LED2aの幅aおよび高さbは一致している必要はなく、後述するLED2aに付与する配光特性に応じて、その断面を楕円形または長円形等に設定する場合には、互いに異なる寸法のものを用いることができる。
一般的なハイドーム型のLEDは配光がランバーシアンであり、半値角(半値全角)が120°程度の比較的に大きい発散光を出射するが、この実施形態で用いるLED2aとしては、少なくともZ方向における半値角θが、35°以下に設定されたものを用いる。この半値角θは、30°以下に設定することがより好ましく、15°以下に設定することがさらに好ましく、可能な限り、平行光に近い光(以下、単に平行光という)であることが最も好ましい。Y方向の半値角φについては、Z方向の半値角θと同じでもよいが、それよりも大きいものを用いることが好ましい。各LED2aの数または配列ピッチは、導光板3のY方向の寸法、LED2aの最大発光量、バックライトの要求輝度、Y方向の半値角φ等との関係において適宜な数または値が選定される。
なお、Y方向の半値角θが上記のような好ましい範囲よりも大きい値に設定されたLED、または上記のような好ましい範囲内に設定されたLEDを用い、当該LEDの+X方向に隣接して(すなわち、LED2aと導光板3の入射面3aとの間に)レンズ等の光学素子を設けることにより、上記のような好ましい範囲の発散光または平行光に変換するようにしてもよい。本願明細書ではLEDに隣接したレンズ等の光学素子まで含めたものを、点光源とする。
導光板3は、ガラスまたは透明樹脂により構成されている。該透明樹脂としては、特に限定されないが、プロピレン−エチレン共重合体、ポリスチレン、(メタ)アクリル酸エステル− 芳香族ビニル化合物共重合体、ポリエチレンテレフタレート、テレフタル酸−エチレングリコール−シクロヘキサンジメタノール共重合体、ポリカーボネート、メタクリル樹脂、脂環式構造を有する樹脂(例えば、ノルボルネン系の樹脂)などを挙げることができる。
これらの中で、脂環式構造を有する樹脂、メタクリル樹脂および(メタ)アクリル酸エステル−芳香族ビニル化合物共重合体樹脂を好適に用いることができ、脂環式構造を有する樹脂を特に好適に用いることができる。脂環式構造を有する樹脂は、溶融樹脂の流動性が良好なので、射出成形の場合は低い射出圧力で金型のキャビティを充填することができ、またウエルドラインが発生しにくく、押し出し成形の場合、成形時の厚みムラが少なく、成形後の形状付与が容易である。また、吸湿性が極めて低いので、寸法安定性に優れ、導光板に反りを生ずることがなく、比重が小さいので導光体を軽量化することができる。また、脂環式構造を有する樹脂としては、主鎖または側鎖に脂環式構造を有する重合体樹脂を挙げることができる。主鎖に脂環式構造を有する重合体樹脂は、機械的強度と耐熱性が良好なので、特に好適に用いることができる。脂環式構造は、飽和環状炭化水素構造であることが好ましく、その炭素数は、4〜30であることが好ましく、5〜20であることがより好ましく、5〜15であることがさらに好ましい。脂環式構造を有する重合体樹脂中の脂環式構造を有する繰り返し単位の割合は、50重量%以上であることが好ましく、70重量%以上であることがより好ましく、90重量%以上であることがさらに好ましい。
脂環式構造を有する樹脂としては、例えば、ノルボルネン系単量体の開環重合体若しくは開環共重合体またはそれらの水素添加物、ノルボルネン系単量体の付加重合体若しくは付加共重合体またはそれらの水素添加物、単環の環状オレフィン系単量体の重合体またはその水素添加物、環状共役ジエン系単量体の重合体またはその水素添加物、ビニル脂環式炭化水素系単量体の重合体若しくは共重合体またはそれらの水素添加物、ビニル芳香族炭化水素系単量体の重合体または共重合体の芳香環を含む不飽和結合部分の水素添加物などを挙げることができる。これらの中で、ノルボルネン系単量体の重合体の水素添加物およびビニル芳香族炭化水素系単量体の重合体の芳香環を含む不飽和結合部分の水素添加物は、機械的強度と耐熱性に優れるので、特に好適に用いることができる。メタクリル樹脂は、透明性に優れ、強靭でひびが入りにくいので、好適に用いることができる。メタクリル樹脂としては、JISK6717に規定されるメタクリル酸メチル重合物を80%以上含むメタクリル樹脂成形材料を挙げることができる。この規格に規定されるメタクリル樹脂の中で、ビカット軟化点温度96〜100℃、メルトフローレート8〜16の指定分類コード100−120のメタクリル樹脂は、適度な流動性と強度を有するので、好適に用いることができる。
本実施形態において用いる成形材料には、成形時における酸化劣化や熱劣化を防止するために、酸化防止剤を添加することができる。また、成形品の耐光性などを向上させるために、耐光安定剤を添加することができる。酸化防止剤としては、例えば、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤などを挙げることができる。これらの酸化防止剤は、1種を単独で用いることができ、あるいは、2種以上を組みあわせて用いることができる。これらの中で、フェノール系酸化防止剤、特にアルキル置換酸化防止剤を好適に用いることができる。酸化防止剤の添加量は、樹脂成分100重量部に対して、0.01〜2重量部であることが好ましく、0.02〜1重量部であることがより好ましい。
耐光安定剤としては、例えば、ヒンダードアミン系耐光安定剤(HALS)、ベンゾエート系耐光安定剤などを挙げることができる。これらの耐光安定剤は、1種を単独で用いることができ、あるいは、2種以上を組み合わせて用いることもできる。これらの中で、ヒンダードアミン系耐光安定剤を特に好適に用いることができる。耐光安定剤の添加量は、樹脂成分100重量部に対して、0.01〜2重量部であることが好ましく、0.02〜1重量部であることがより好ましく、0.05〜0.5重量部であることがさらに好ましい。
該成形材料には、必要に応じて、さらに他の添加剤を添加することができる。他の添加剤としては、例えば、熱安定剤、紫外線吸収剤、近赤外線吸収剤などの安定剤;滑剤、可塑剤などの樹脂改質剤;染料、顔料などの着色剤;帯電防止剤、光拡散剤などを挙げることができる。
導光板3は矩形状の板状体からなり、X方向およびY方向の寸法は、これが用いられる液晶表示装置の液晶パネルの有効面のサイズに応じて設定される。導光板3の厚み(Z方向の寸法)hは、光源2の高さ(Z方向の寸法)bよりも小さい値とすることができ、例えば、h=1.0mmに設定することができる。ここで導光板3の厚さは、製造と取り扱いを容易にできることから、0.02mm以上であることが好ましく、0.1mm以上であることがより好ましく、薄型化と軽量化を実現できることから、5mm以下であることが好ましく、1mm以下であることがより好ましく、0.5mm以下であることがさらに好ましい。導光板3としては、その屈折率が、例えば、1.533(臨界角40.7°)のものを用いることができる。
導光板3は、当該導光板3内を伝搬する光を反射する裏面3bと、この裏面3bに対向し、裏面3bで反射されまたは反射されずに導光板3内を伝搬される光を出射する出射面3cとを備えている。この実施形態では、裏面3bおよび出射面3c(裏面3b、出射面3cに凹凸がある場合にはそれぞれの平均面)はX−Y平面に実質的に平行な面となっている。
導光板3の裏面3bは、この実施形態では、一様な平面からなる反射面となっている。裏面3bは導光板3を構成する樹脂板の裏面側表面に反射金属を蒸着し、あるいは白色散乱板(白色反射板)を密着配置して構成することができる。なお、裏面3bを、入射面3aに近い側から遠い側に向かって(+X方向に向かって)、出射面3cに対する厚み(Z方向の寸法)が次第に小さくなるように、X−Y平面に対して傾斜した傾斜面としてもよい。
また、裏面3bを、導光板3内を伝搬する光を高効率的に出射させるとともに、出射光を均一にする等のため、条列等の凹凸が配置されていてもよい。この場合の条列としては、例えば、裏面3bのY方向に沿うようにその長手方向が設定されるとともに、その断面が三角形状の条をX方向に複数配列してなる条列(プリズム条列)を用いることができる。同様に、裏面3bのX方向に沿うようにその長手方向が設定されるとともに、その断面が三角形状の条をY方向に複数配列してなる条列(プリズム条列)を用いてもよい。また条列の頂角や条を構成する一対の斜面のX−Y平面に対する傾斜角、条の配列のピッチ、高さ等が互いに異なるものを用いてもよい。さらに隣接する各条が同一の形状でなくてもよく、条の形状は、その断面が三角形のものに限定されず、その他の多角形または半円弧や楕円弧等の曲線形状であってもよい。これらを混在させたものであってもよい。さらに、条列は、裏面3bのY方向に渡って一様に形成されたもののみならず、その途中で分断し配列的にまたは離散的に形成されたものであってもよい。また、Y方向に対して僅かに斜交していてもよい。裏面3bは、不定形な粗面(ランダムに微小な凹凸を形成した面)にしてもよい。また、点状に形成されたものであってもよく、同一または異なる形状の複数の突起または窪みを配列的にまたは離散的に形成したものであってもよい。この場合の突起または窪みの形状としては、球形、円錐形、多角錐形等を採用することができる。また、白色インクの印刷や金属蒸着等により形状を形成してもよい。
また、表面の傷付きを防ぐ観点から、線状か点状かを問わず、凸構造であることが好ましい。この場合、凸の高さは同観点から1μm以上であることが好ましく、5μm以上であることがさらに好ましい。
導光板3の出射面3cは、導光板3内を伝搬される光を出射させる面であり、導光板3内を伝搬する光を高効率的に出射させるとともに、出射光を均一にする等のため、条列等の凹凸が配置されていてもよい。この場合の条列としては、例えば、出射面3cのY方向に沿うようにその長手方向が設定されるとともに、その断面が三角形状の条をX方向に複数配列してなる条列(プリズム条列)を用いることができる。同様に、出射面3cのX方向に沿うようにその長手方向が設定されるとともに、その断面が三角形状の条をY方向に複数配列してなる条列(プリズム条列)を用いてもよい。また条列の頂角や条を構成する一対の斜面のX−Y平面に対する傾斜角、条の配列のピッチ、高さ等が互いに異なるものを用いてもよい。さらに隣接する各条が同一の形状でなくてもよく、条の形状は、その断面が三角形のものに限定されず、その他の多角形または半円弧や楕円弧等の曲線形状であってもよい。これらを混在させたものであってもよい。さらに、条列は、出射面3cのY方向に渡って一様に形成されたもののみならず、その途中で分断し配列的にまたは離散的に形成されたものであってもよい。また、Y方向に対して僅かに斜交していてもよい。出射面3cは、不定形な粗面(ランダムに微小な凹凸を形成した面)にしてもよい。また、点状に形成されたものであってもよく、同一または異なる形状の複数の突起または窪みを配列的にまたは離散的に形成したものであってもよい。この場合の突起または窪みの形状としては、球形、円錐形、多角錐形等を採用することができる。また、白色インクの印刷や金属蒸着等により形状を形成してもよい。
また、表面の傷付きを防ぐ観点から、線状か点状かを問わず、凸構造であることが好ましい。この場合、凸の高さは同観点から1μm以上であることが好ましく、5μm以上であることがさらに好ましい。
本実施形態の導光板3の製造において、その表面に前記特定形状の突起形状を形成する方法に特に制限はない。例えば、プリズム条列を形成する場合、平板状の導光板表面に形成することができ、あるいは、導光板の成形と同時にプリズム条列を形成することもできる。平板状の導光板の表面にプリズム条列を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、所望の形状の線状プリズムを形成できる工具を用いた切削加工によることができ、あるいは、光硬化樹脂を塗布し、所望の形状の型を転写した状態で硬化させることもできる。導光板を押出成形で作製し、同時にプリズム条列を形成する場合は、所望のプリズム条列形状を有する異形ダイを用いて異形押出することができ、あるいは、押出後にエンボス加工によりプリズム条列を形成することもできる。導光板をキャスティングにより作製し、同時にプリズム条列を形成する場合は、所望のプリズム条列の形状を形成できるキャスティング型を用いることができる。導光板を射出成形により作製し、同時にプリズム条列を形成する場合は、所望のプリズム条列の形状を形成できる金型を用いることができる。光硬化樹脂への型形状転写、異形ダイによる押出し加工、エンボス加工、キャスティング、もしくは射出成形により、プリズム条列を形成する場合に使用する型は、所望の線状プリズムを形成できる工具を用いた型の金属部材への切削加工、もしくは所望の形状が形成された部材上への電鋳加工により得ることができる。
導光板3の出射面3c側には、この面光源装置1による照明光(出射面3cから出射される光)が一様で均一となるように、空気層を挟んで光拡散シートを、また、輝度を高められるようにプリズムシート等の光学シートが配置されることが好ましい。光学シートとしては、透明樹脂、透明樹脂に光拡散剤その他の添加剤を添加した板状体、板状体の一方または両方の面に複数の突起や条列等のパターンを形成したもの等を用いることができる。
光源2から出射される光の導光板3の厚み方向(Z方向)への発散を制限するように、該光を導光板3の入射面3aに導く反射部材として、反射面(第1反射面)4aを有する反射板(第1反射部材)4および反射面(第2反射面)5aを有する反射板(第2反射部材)5が設けられている。この実施形態では、一対の反射板4,5は反射面4a,5aが互いに対向するように、導光板3の厚み方向(Z方向)に離間して、X−Y平面に関して八の字状となるように互いに対称に配置されている。
図2において、上側の反射板4は、その右端縁(+X方向側の端縁)が導光板3の入射面3aの上辺(+Z方向側の辺)に、その反射板4の左端縁(−X方向側の端縁)がLED2aが実装された基板2bの上辺(+Z方向側の辺)にそれぞれ接続または近傍に位置するように配置することができる。同様に、下側の反射板5は、その右端縁(+X方向側の端縁)が導光板3の入射面3aの下辺(−Z方向側の辺)に、その左端縁(−X方向側の端縁)がLED2aが実装された基板2bの下辺(−Z方向側の辺)に接続または近傍に位置するように配置することができる。
ところで、樹脂からなる導光板3は吸湿により寸法変化(伸びや反り)を生じ、特に導光板3の寸法が大きい場合(例えば、40インチ)には、当該寸法変化により光源2aと入射面3aとの相対位置関係が変化し、光利用効率が低下する。そこで、導光板3の吸水率は、0.25%以下に設定することが好ましく、0.1%以下がより好ましく、0.05%以下がさらに好ましい。この実施形態では、吸水率0.01%に設定している。なお、本願明細書中における記吸水率は、JIS K7209 A法に準拠して、厚さ3mmで、直径50mmの円板形または一辺50mmの正方形の試験片を50℃で24時間乾燥したのちデシケ一ター中で放冷し、23℃の水に24時間浸漬したときの重量増から求めることができる。
反射板4,5(反射面4a,5a)の互いのなす角度は、90°以下であることが好ましく、40°以下であることがより好ましい。この実施形態では、反射板4,5(反射面4a,5a)のX−Y平面に対する角度を、それぞれ15°に設定することにより、互いのなす角度を30°に設定している。但し、反射板4,5(反射面4a,5a)のそれぞれのX−Y平面に対する角度は、互いに異なっていてもよい。
各反射板4,5の反射面4a,5aは、その全面において正反射面(鏡面)となっている。反射板4,5は、例えば、銀板(銀シート)の一方の面(反射面4a,5aとなるべき面)を鏡面仕上げすることにより製造することができる。反射面4a,5aの反射率は、96%以上であることが好ましい。反射面4a,5aの全面を正反射面とすることにより、全面を拡散反射面とした場合と比較して、光利用効率を向上することができる。
但し、反射面4a,5aの光源2側の一部4b,5bのみを、光を拡散反射(ランバート散乱)させる性質を有する材質からなる拡散反射面とすることができる。このような光を拡散反射させる材料としては、硫酸バリウムを例示することができる。この場合、反射板4,5の正反射面となるべき部分を鏡面仕上げし、その余の部分(拡散反射面となるべき部分4b,5b)に、このような光を拡散反射させる材料をコーティングすることにより製造することができる。
また、反射面4a,5aの光源2側の一部4b,5bのみを、光を拡散反射させる凹凸構造からなる拡散反射面とすることもできる。この場合、反射板4,5は、反射面4a,5aの正反射面となるべき部分を鏡面仕上げし、その余の部分(拡散反射面となるべき部分4b、5b)に、このような光を拡散反射させる凹凸構造を付与することにより製造することができる。
凹凸構造としては、その断面が三角形状の条を複数配列してなる条列を例示することができる。この場合、条列を構成する各条は、反射板4,5の板面において、その長手方向が概略Y方向となるように配置される。各条の断面形状は、三角形状に限られず、多角形、円弧形状、その他の曲線形状であってもよい。なお、このような凹凸構造からなる拡散反射面は、条列ではなく、複数の突起を配列的にまたは離散的に形成したものであってもよい。この場合の突起の形状としては、球形、円錐形、多角錐形等を採用することができる。凹凸構造からなる拡散反射面は、不定形な粗面(ランダムに微小な凹凸を形成した面)であってもよい。
反射面4a,5aの導光板3側の一部を構成する正反射面と、その余の部分(光源2側の一部4b,5b)を構成する拡散反射面との割合としては、反射面4a,5aの全領域のうち、2/3程度を正反射面、残りの1/3程度を拡散反射面とすることができる。
このように反射面4a,5aの導光板3側の一部を正反射面とし、その余の部分(光源2側の一部4b,5b)を拡散反射面としたのは、光源2から出射された上述した配光の光は、その多くは反射面4a,5aにおいて適宜な角度で、例えば1〜2回程度反射されることにより、入射面3aから導光板3内へ導かれるが、その一部(例えば、3回程度以上反射された光)は光源2側に戻ってしまい、損失になると考えられる。従って、反射面4a,5aの光源2側の一部を拡散反射面とすることにより、このような光源2側に戻ってしまう光を拡散反射させることで、戻り光の一部を導光板3側にさらに戻すことが可能となり、光利用効率を向上させることができる。
各LED2aのY方向の配光とZ方向の配光とは、LED2aのY方向の半値角をφ(図3参照)、LED2aのZ方向の半値角をθ(図2参照)として、
φ/θ>1
の関係を満たすことが好ましく、より好ましくはφ/θ≧2、さらに好ましくはφ/θ≧3の関係を満たすことが好ましい。光利用効率を向上する観点からは、LED2aのZ方向の半値角θを小さくすることが好ましいのは上述した通りであるが、Y方向の半値角φをも小さくすると、導光板3の出射面3cにおいて、いわゆる目玉(局所的に明るい部分)等が発生し、輝度ムラを生じる場合があるためである。φ/θの上限は、不必要に配光させない範囲となるが、例えば100以下とすることができる。
φ/θ>1
の関係を満たすことが好ましく、より好ましくはφ/θ≧2、さらに好ましくはφ/θ≧3の関係を満たすことが好ましい。光利用効率を向上する観点からは、LED2aのZ方向の半値角θを小さくすることが好ましいのは上述した通りであるが、Y方向の半値角φをも小さくすると、導光板3の出射面3cにおいて、いわゆる目玉(局所的に明るい部分)等が発生し、輝度ムラを生じる場合があるためである。φ/θの上限は、不必要に配光させない範囲となるが、例えば100以下とすることができる。
また、各LED2aのY方向の配光は、図3に示されているように、LED2aのY方向の配列ピッチをp、LED2aの幅(Y方向の寸法)をa、LED2aと導光板3の入射面3aとの距離(X方向の離間寸法)をdとして、
φ>tan−1((a+p)/2d)
の関係を満たすことが好ましい。このような関係に設定することにより、隣接するLED2aから出射される各光がY方向において互いに重複するので、導光板3の出射面3cにおける輝度ムラを抑制できるからである。なお、配列ピッチpの最小値はLED2aの幅aとの関係で互いに干渉しない程度の寸法に制限される。
φ>tan−1((a+p)/2d)
の関係を満たすことが好ましい。このような関係に設定することにより、隣接するLED2aから出射される各光がY方向において互いに重複するので、導光板3の出射面3cにおける輝度ムラを抑制できるからである。なお、配列ピッチpの最小値はLED2aの幅aとの関係で互いに干渉しない程度の寸法に制限される。
上述したように構成した面光源装置1により、被照明体としての液晶パネルの全領域を照明する面光源装置を構成することができる。また、上述したように構成した面光源装置1を、1つのユニットとして、複数のユニットを適宜に配列することにより、被照明体としての液晶パネルの全領域を照明する面光源装置を構成することもできる。
液晶表示装置は、液晶層を挟んで、配向膜、透明電極、ガラス板、カラーフィルタ、偏光板等を適宜に積層配置してなる液晶パネルの裏面側に、上述した面光源装置1が所定の位置関係で配置されるように、それぞれを筐体等に固定して構成される。
次に、本発明の実施例について説明する。図1〜図3に示した面光源装置1について、ソフトウエアによる光学シミュレータを用いて、光学モデルを作成し、適宜に諸元を設定・変更しつつ、光利用効率(%)または導光板3の出射面3cから出射される光の強度分布を算出する。光学シミュレータとしては、照明設計解析ソフトウエアLightTools(開発元:ORA社)を用いた。
面光源装置1の性能は、算出された光利用効率の高低で評価する。また、算出された光の強度分布に基づいて、出射面3cにおける輝度ムラを評価する。輝度ムラは、算出された光の強度分布から、実際に目視した場合に、いわゆる目玉(局所的に明るい部分)が発生すると予想される場合を不良「×」、目玉が発生しないと予想される場合を良好「○」、これらの中間程度である場合をやや良好「△」として評価する。
以下では、反射板4の反射面4aと反射板5の反射面5aとのなす角度は30°(各反射面4a,5aのX−Y平面に対する角度はそれぞれ15°)とし、導光板3の材質としては、ノルボルネン樹脂(ZEONOR1060R(商品名、日本ゼオン社製))、屈折率1.533、臨界角40.7度)を用いるものとした。
(実施例1−1)
LED2aの配光(Z方向の半値角θおよびY方向の半値角φ)をそれぞれ0°(すなわち平行光)とした。反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って正反射面(反射率96%)としたものを用いた。LED高さ(LED2aのZ方向の寸法)bは3mm、基板2bの高さは5.0mm、導光板厚み(導光板3のZ方向の寸法)hは1mmとした。LED2aと導光板3の入射面3aとの間隔(X方向の離間寸法)dは、7.4mmとした。LED2aの配列方向のピッチを7.5mmとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表1に示す通り、97%であった。
LED2aの配光(Z方向の半値角θおよびY方向の半値角φ)をそれぞれ0°(すなわち平行光)とした。反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って正反射面(反射率96%)としたものを用いた。LED高さ(LED2aのZ方向の寸法)bは3mm、基板2bの高さは5.0mm、導光板厚み(導光板3のZ方向の寸法)hは1mmとした。LED2aと導光板3の入射面3aとの間隔(X方向の離間寸法)dは、7.4mmとした。LED2aの配列方向のピッチを7.5mmとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表1に示す通り、97%であった。
(実施例1−2)
LED2aの配光(Z方向の半値角θおよびY方向の半値角φ)をそれぞれ15°とした以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表1に示す通り、77%であった。
LED2aの配光(Z方向の半値角θおよびY方向の半値角φ)をそれぞれ15°とした以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表1に示す通り、77%であった。
(実施例1−3)
LED2aの配光(Z方向の半値角θおよびY方向の半値角φ)をそれぞれ30°とした以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表1に示す通り、68%であった。
LED2aの配光(Z方向の半値角θおよびY方向の半値角φ)をそれぞれ30°とした以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表1に示す通り、68%であった。
(実施例1−4)
LED2aの配光(Z方向の半値角θおよびY方向の半値角φ)をそれぞれ15°とした。反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って正反射面(反射率96%)としたものを用いた。LED高さ(LED2aのZ方向の寸法)bは1mm、基板2bの高さは1.7mm、導光板厚み(導光板3のZ方向の寸法)hは0.2mmとした。LED2aと導光板3の入射面3aとの間隔(X方向の離間寸法)dは、7.4mmとした。LED2aの配列方向のピッチを7.5mmとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表1に示す通り、61%であった。
LED2aの配光(Z方向の半値角θおよびY方向の半値角φ)をそれぞれ15°とした。反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って正反射面(反射率96%)としたものを用いた。LED高さ(LED2aのZ方向の寸法)bは1mm、基板2bの高さは1.7mm、導光板厚み(導光板3のZ方向の寸法)hは0.2mmとした。LED2aと導光板3の入射面3aとの間隔(X方向の離間寸法)dは、7.4mmとした。LED2aの配列方向のピッチを7.5mmとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表1に示す通り、61%であった。
(比較例1−1)
LED2aの配光(Z方向の半値角θおよびY方向の半値角φ)をそれぞれ45°とした以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表1に示す通り、59%であった。
LED2aの配光(Z方向の半値角θおよびY方向の半値角φ)をそれぞれ45°とした以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表1に示す通り、59%であった。
(比較例1−2)
LED2aの配光(Z方向の半値角θおよびY方向の半値角φ)をそれぞれ60°とした以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表1に示す通り、58%であった。
LED2aの配光(Z方向の半値角θおよびY方向の半値角φ)をそれぞれ60°とした以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表1に示す通り、58%であった。
(比較例1−3)
LED2aの配光(Z方向の半値角θおよびY方向の半値角φ)をそれぞれ90°とした以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表1に示す通り、55%であった。
LED2aの配光(Z方向の半値角θおよびY方向の半値角φ)をそれぞれ90°とした以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表1に示す通り、55%であった。
(比較例1−4)
LED2aの配光(Z方向の半値角θおよびY方向の半値角φ)をそれぞれ120°(ランバーシアン)とした以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表1に示す通り、53%であった。
LED2aの配光(Z方向の半値角θおよびY方向の半値角φ)をそれぞれ120°(ランバーシアン)とした以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表1に示す通り、53%であった。
(結論1)
上記実施例1−1〜実施例1−3,比較例1−1〜比較例1−4の結果について、横軸に半値全角(°)を、縦軸に光利用効率(%)をとったグラフを図4に示す。同図から、半値角が120°から小さくなるに従って、光利用効率は比較的に小さい傾斜で上昇し、35°付近を変曲点として、35°からさらに小さくなるに従って、比較的に大きい傾斜で上昇していることがわかる。従って、半値角を35°以下の値に設定することにより、高い光利用効率を実現することができる。
上記実施例1−1〜実施例1−3,比較例1−1〜比較例1−4の結果について、横軸に半値全角(°)を、縦軸に光利用効率(%)をとったグラフを図4に示す。同図から、半値角が120°から小さくなるに従って、光利用効率は比較的に小さい傾斜で上昇し、35°付近を変曲点として、35°からさらに小さくなるに従って、比較的に大きい傾斜で上昇していることがわかる。従って、半値角を35°以下の値に設定することにより、高い光利用効率を実現することができる。
(実施例2−1)
反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って拡散反射面としたものを用いた以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表2に示す通り、72%であった。
反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って拡散反射面としたものを用いた以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表2に示す通り、72%であった。
(実施例2−2)
反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って拡散反射面としたものを用いた以外は、実施例1−2と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表2に示す通り、63%であった。
反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って拡散反射面としたものを用いた以外は、実施例1−2と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表2に示す通り、63%であった。
(実施例2−3)
反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って拡散反射面としたものを用いた以外は、実施例1−3と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表2に示す通り、57%であった。
反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って拡散反射面としたものを用いた以外は、実施例1−3と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表2に示す通り、57%であった。
(比較例2−1)
反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って拡散反射面としたものを用いた以外は、比較例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表2に示す通り、53%であった。
反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って拡散反射面としたものを用いた以外は、比較例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表2に示す通り、53%であった。
(比較例2−2)
反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って拡散反射面としたものを用いた以外は、比較例1−2と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表2に示す通り、52%であった。
反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って拡散反射面としたものを用いた以外は、比較例1−2と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表2に示す通り、52%であった。
(比較例2−3)
反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って拡散反射面としたものを用いた以外は、比較例1−3と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表2に示す通り、51%であった。
反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って拡散反射面としたものを用いた以外は、比較例1−3と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表2に示す通り、51%であった。
(比較例2−4)
反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って拡散反射面としたものを用いた以外は、比較例1−4と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表2に示す通り、50%であった。
反射部材として、反射板4,5の反射面4a,5aが全面に渡って拡散反射面としたものを用いた以外は、比較例1−4と同じとした。シミュレーションの結果、光利用効率(%)は、表2に示す通り、50%であった。
(結論2)
上記実施例2−1〜実施例2−3,比較例2−1〜比較例2−4の結果について、横軸に半値全角(°)を、縦軸に光利用効率(%)をとったグラフを図5に示す。同図から、半値角が120°から小さくなるに従って、光利用効率は比較的に小さい傾斜で上昇し、35°付近を変曲点として、35°からさらに小さくなるに従って、比較的に大きい傾斜で上昇していることがわかる。従って、半値角を35°以下の値に設定することにより、高い光利用効率を実現することができる。
上記実施例2−1〜実施例2−3,比較例2−1〜比較例2−4の結果について、横軸に半値全角(°)を、縦軸に光利用効率(%)をとったグラフを図5に示す。同図から、半値角が120°から小さくなるに従って、光利用効率は比較的に小さい傾斜で上昇し、35°付近を変曲点として、35°からさらに小さくなるに従って、比較的に大きい傾斜で上昇していることがわかる。従って、半値角を35°以下の値に設定することにより、高い光利用効率を実現することができる。
なお、図4と図5の比較から、反射部材の反射面4a,5aは、正反射面の方が、拡散反射面よりも光利用効率が高いことがわかる。従って、反射面4a,5aとしては、正反射面を用いることが好ましい。
(実施例3−1)
LED2aの配光について、Z方向の半値角θを15°、Y方向の半値角φを45°(すなわち、φ/θ=3)とした以外は、実施例1−1と同じとした。なお、LED2aの幅(Y方向の寸法)aは3.0mm、配列ピッチpは7.5mmに設定した。シミュレーションの結果、表1に示す通り、輝度ムラは、良好「○」であった。
LED2aの配光について、Z方向の半値角θを15°、Y方向の半値角φを45°(すなわち、φ/θ=3)とした以外は、実施例1−1と同じとした。なお、LED2aの幅(Y方向の寸法)aは3.0mm、配列ピッチpは7.5mmに設定した。シミュレーションの結果、表1に示す通り、輝度ムラは、良好「○」であった。
(実施例3−2)
LED2aの配光について、Z方向の半値角θを15°、Y方向の半値角φを30°(すなわち、φ/θ=2)とした以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、表1に示す通り、輝度ムラは、やや良好「△」であった。
LED2aの配光について、Z方向の半値角θを15°、Y方向の半値角φを30°(すなわち、φ/θ=2)とした以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、表1に示す通り、輝度ムラは、やや良好「△」であった。
(比較例3−1)
LED2aの配光について、Z方向の半値角θを15°、Y方向の半値角φを15°(すなわち、φ/θ=1)とした以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、表1に示す通り、輝度ムラは、不良「×」であった。
LED2aの配光について、Z方向の半値角θを15°、Y方向の半値角φを15°(すなわち、φ/θ=1)とした以外は、実施例1−1と同じとした。シミュレーションの結果、表1に示す通り、輝度ムラは、不良「×」であった。
(結論3)
上記実施例3−1〜実施例3−2,比較例3−1の結果から、LED2aのZ方向の半値角θとY方向の半値角φとの比(φ/θ)が1より大きい場合に、輝度ムラが良好と判定され、さらに(φ/θ)が3以上の場合にさらに好ましく、より均一な光を出射できることがわかる。
上記実施例3−1〜実施例3−2,比較例3−1の結果から、LED2aのZ方向の半値角θとY方向の半値角φとの比(φ/θ)が1より大きい場合に、輝度ムラが良好と判定され、さらに(φ/θ)が3以上の場合にさらに好ましく、より均一な光を出射できることがわかる。
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上述した実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
1…面光源装置
2…光源
2a…LED
3…導光板
3a…入射面
3c…出射面
4,5…反射板
4a,5a…反射面
2…光源
2a…LED
3…導光板
3a…入射面
3c…出射面
4,5…反射板
4a,5a…反射面
Claims (5)
- その側端面の一部が光を入射する入射面とされた導光板と、前記入射面に沿って配列され、該入射面に向けて光を出射する複数の点光源を有する光源とを備える面光源装置であって、
前記光源から出射される光の前記導光板の厚み方向への発散を制限するように、該光を前記入射面に導く反射面を有する反射部材を設け、
前記光源を構成する各点光源の前記導光板の厚み方向における配光特性の半値角をθとして、
θ≦35°に設定したことを特徴とする面光源装置。 - 前記光源を構成する各点光源の配列方向における配光特性の半値角をφとして、
φ/θ>1に設定した請求項1に記載の面光源装置。 - 前記光源を構成する各点光源の配列方向における半値角をφ、該点光源の配列ピッチをp、該点光源の幅をa、該点光源と前記入射面との距離をdとして、
φ>tan−1((a+p)/2d)の関係を満たす請求項1に記載の面光源装置。 - 前記導光板の前記入射面の厚みが、前記光源を構成する各点光源の高さよりも小さい請求項1〜3のいずれか一項に記載の面光源装置。
- 液晶パネルと、請求項1〜4のいずれか一項に記載の面光源装置とを備える液晶表示装置。
Priority Applications (3)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101363474B1 (ko) * | 2012-08-09 | 2014-02-17 | 인하대학교 산학협력단 | 기능성 영역 분할 방식 반사컵 및 이를 이용한 led 조명장치 |
JP2017227749A (ja) * | 2016-06-22 | 2017-12-28 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | 画像形成装置 |
-
2009
- 2009-12-28 JP JP2009298243A patent/JP2011138699A/ja active Pending
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