JP2014093229A - 面光源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】筐体の額縁部分が小さい面光源装置を提供する。
【解決手段】一実施形態に係る面光源装置は、導光板、発光部、筐体、及び固定部を備える。前記導光板は、平坦部及び湾曲部を備える。前記導光板は、前記湾曲部側に位置する、光を導入する端面と、該端面から導入された光を散乱する光散乱部と、該光散乱部によって散乱された光を射出する光射出面とをさらに備える。前記発光部は、前記端面に向けて光を発する。前記筐体は、前記導光板及び前記発光部を収容する。前記固定部は、前記導光板を前記筐体に固定するものであって、前記湾曲部に接するように配置されている。
【選択図】図1
【解決手段】一実施形態に係る面光源装置は、導光板、発光部、筐体、及び固定部を備える。前記導光板は、平坦部及び湾曲部を備える。前記導光板は、前記湾曲部側に位置する、光を導入する端面と、該端面から導入された光を散乱する光散乱部と、該光散乱部によって散乱された光を射出する光射出面とをさらに備える。前記発光部は、前記端面に向けて光を発する。前記筐体は、前記導光板及び前記発光部を収容する。前記固定部は、前記導光板を前記筐体に固定するものであって、前記湾曲部に接するように配置されている。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、導光板を用いた面光源装置に関する。
近年、大型且つ薄型のテレビジョン装置として液晶表示装置(LCD:Liquid Crystal Display)の利用が大幅に拡大されている。LCDは、それ自体では発光表示することが不可能なため、面光源装置(バックライト)を備えている。
液晶表示装置に用いられるバックライトとして、光源からの光を矩形平板状の導光板の端面から導入して導光板の光射出面から射出するエッジ型バックライトが知られている。エッジ型バックライトは、液晶パネルの背面に対向して光源を配置し液晶パネルを直接照明する直下型バックライトと比較して、筐体を薄型化できるという利点を有している。
しかしながら、エッジ型バックライトにおいては、光源が導光板の側端面に対向して配置され、即ち、光源が筐体の額縁部分に収容されるので、筐体の額縁部分が大きくなるという欠点がある。
本発明が解決しようとする課題は、筐体の額縁部分が小さい面光源装置を提供することである。
一実施形態に係る面光源装置は、導光板、発光部、筐体、及び固定部を備える。前記導光板は、平坦部及び湾曲部を備える。前記導光板は、前記湾曲部側に位置する、光を導入する端面と、該端面から導入された光を散乱する光散乱部と、該光散乱部によって散乱された光を射出する光射出面とをさらに備える。前記発光部は、前記端面に向けて光を発する。前記筐体は、前記導光板及び前記発光部を収容する。前記固定部は、前記導光板を前記筐体に固定するものであって、前記湾曲部に接するように配置されている。
以下、必要に応じて図面を参照しながら、実施形態に係る面光源装置を説明する。これらの面光源装置の各々は、例えば、液晶表示装置のバックライトや照明器具として使用することができる。本実施形態では、面光源装置が液晶表示装置のバックライトとして使用される場合を例に挙げて説明する。この場合、面光源装置の発光面が液晶パネルの背面に対向するように面光源装置が配置される。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る面光源装置100を概略的に示す側断面図である。この面光源装置100は、図1に示されるように、光源としての発光部110、導光板120、筐体(背面カバーともいう)130、及び導光板固定部(単に固定部ともいう)140を備える。発光部110は、筐体130に固定されている。発光部110は、導光板120の一端面125に対向して配置され、この端面125に向けて光を発する。発光部110は、光(例えば白色光)を発する複数の発光素子が端面125に沿ってライン状に配列されている発光素子アレイであり得る。この場合、発光素子としては、例えば、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を使用することができる。
図1は、第1の実施形態に係る面光源装置100を概略的に示す側断面図である。この面光源装置100は、図1に示されるように、光源としての発光部110、導光板120、筐体(背面カバーともいう)130、及び導光板固定部(単に固定部ともいう)140を備える。発光部110は、筐体130に固定されている。発光部110は、導光板120の一端面125に対向して配置され、この端面125に向けて光を発する。発光部110は、光(例えば白色光)を発する複数の発光素子が端面125に沿ってライン状に配列されている発光素子アレイであり得る。この場合、発光素子としては、例えば、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を使用することができる。
導光板120は、矩形平板の端部を湾曲した形状に形成されている。具体的には、導光板120は、平坦部121及び湾曲部122を備える。導光板120は、図示しない部材によって筐体130内に支持され、導光板固定部140によって筐体130に固定されている。導光板固定部140は、導光板120の湾曲部122に接触している。導光板120の材料としては、透明なガラス、透明樹脂などを用いることができる。透明樹脂としては、例えば、アクリル、ポリカーボネートなどを使用することができる。
ここで、説明のために、図1に示すようにXYZ直交座標系を規定する。導光板120の平坦部121の厚さ方向をZ方向とし、発光部110の発光素子が配列されている方向をY方向とし、Y方向及びZ方向に直交する方向をX方向とする。面光源装置100を液晶表示装置のバックライトとして用いる場合、X方向が水平方向(又は左右方向)に相当し、Y方向が鉛直方向(又は上下方向)に相当する。
平坦部121をY方向に直交する仮想平面(XZ平面)で切断した断面の形状は、いずれの断面でも矩形状である。また、湾曲部122をY方向に直交する仮想平面で切断した断面の形状は、いずれの断面でも、湾曲した部分を有する形状である。より具体的には、湾曲部122の断面形状は、中心角が約90度である円弧に近似した形状であり、平坦部121の厚さと略同じ厚さを有している。さらに、導光板120は、互いに対向する2つの主面123及び124、並びに、これら主面123及び124間に配置される4つの端面を有する。これらの端面のうちの湾曲部122側に位置する端面125は、第1発光部110から発せられた光を導入する光入射面である。本実施形態では、面光源装置100を液晶パネル(図示しない)に対向配置した場合に液晶パネルに対向する主面123を光射出面と呼び、他方の主面124を背面と呼ぶ。
発光部110から発せられた光は、湾曲部122の端面125から導光板120に入射し、導光板120内部において全反射を繰り返しながら伝搬する。導光板120中を伝搬する光は、導光板120の背面124に設けられている光散乱パターン(光散乱部ともいう)126によって散乱され、光射出面123から導光板120外部へ射出される。光散乱パターン126は、平坦部121及び湾曲部122の両方に設けられている。平坦部121では、光散乱パターン126によって散乱された光は主にZ方向に照射される。湾曲部122では、光散乱パターン126によって散乱された光は、湾曲部122の断面形状である略円弧の径方向に沿って放射状に照射される。これにより、湾曲部122の直上(Z方向)とともに導光板固定部140の直上(Z方向)においても液晶パネルを照射する光を得ることができる。このようにして、発光部110からの光は、面光源装置100の照明光として射出される。
光散乱パターン126を形成する方法としては、例えば、白色のシルクスクリーン印刷によってドット印刷を施す方法、導光板120の成型時に微小な凹凸形状を形成する方法、導光板120の成型後にレーザ加工により微小な凹凸形状を形成する方法などがある。なお、光散乱パターン126は、導光板120の背面124に設けられる例に限らず、導光板120内部に付加された光散乱性を有する微粒子であってもよい。
発光部110及び導光板120は、筐体130内に収容されている。筐体130は、導光板120の形状に対応する形状に形成されている。具体的には、筐体130は、平坦部121を収容する領域における厚さが湾曲部122を収容する領域における厚さよりも薄く形成されている。発光部110及び湾曲部122は、筐体130の背部131、側部133、及び側部134によって形成される空間に位置し、湾曲部122は、筐体130の背部132及び側部135によって形成される空間に位置する。筐体130は、導光板120の光射出面123に対向する部分に開口部136を有する。従来のエッジ型バックライトでは、筐体の側部に光源が配置されるので、光源を収容するスペースが筐体の額縁部分に必要である。これに対し、本実施形態では、発光部110は筐体130の背部131に配置されている。これにより、筐体130の額縁部分137を小さく又は狭くすることができ、或いは、筐体130の額縁部分137を完全になくすことができる。
導光板固定部140は、例えば鍵型又は「L」字型の断面形状を有する。ここでいう断面形状は、XZ平面において得られる断面形状を指す。具体的には、導光板固定部140は、筐体130の背部131に接合される基部142、及び基部142と一体に形成される突起部143を備える。図1の例では、基部142及び突起部143の各々の断面形状は矩形状である。導光板固定部140の突起部143は導光板120の湾曲部122に接触している。一例では、湾曲部122に形成されている凸部(図示せず)と突起部143に形成されている凹部(図示せず)との嵌合により、導光板120は導光板固定部140に取り付けられてもよい。導光板固定部140の突起部143が導光板120の湾曲部122に接することにより、導光板120が液晶パネル側(Z方向)へずれることを防ぐことができる。これにより、発光部110と導光板120の端面125との距離を一定に保つことができる。その結果、面光源装置100がいかなる方向を向いて用いられても、安定した輝度及び空間輝度分布を得ることができる。さらに、導光板固定部140を用いることで、導光板120などの光学部品と発光部110との組み立て誤差を低減することができる。なお、導光板固定部140は、筐体130とは別の部材であってもよく、筐体130と一体に形成されてもよい。
発光部110から発せられた光の一部は、導光板120の端面125に入射せずに横方向に漏れ出すことがある。この漏れ光は、筐体130内で反射或いは散乱され、液晶パネル側(Z方向)に直接に射出される可能性がある。漏れ光は、光散乱パターン126によって散乱され導光板120から射出される光に比べて相対的に輝度が非常に高く、面光源装置100の照明光の空間輝度分布の不均一性をもたらし得る。本実施形態では、導光板固定部140は、このような漏れ光を遮蔽する遮光部として利用する。発光部110からの漏れ光を遮蔽するように導光板固定部140を湾曲部122の近傍に配置することで、空間輝度分布を均一にすることを容易にすることができる。
導光板固定部140は、いかなる材質のものであってもよいが、光の吸収率の高い材質のものであるのが好ましい。一例では、導光板固定部140は、黒色のプラスチックで形成される。なお、導光板固定部140は、その表面が光の吸収率の高い材質で加工されていればよい。例えば、導光板固定部140は、その表面に黒色のアルマイト処理を施されたものであってもよい。或いは、導光板固定部140は、その一部又は全体に黒色のテープを貼付したものであってもよく、黒色の塗料を塗布されたものでもよい。光の吸収率の高い材質で導光板固定部140を形成若しくは加工することで、発光部110から射出された光のうち、導光板120の端面125に入射せずに横方向に漏れ出す光を遮蔽する性能をより高めることができる。
導光板固定部140の表面のうちの液晶パネル(図示しない)に対向する部分には、図2に示すように、光を反射する光反射部141が設けられていてもよい。光反射部141としては、金属鏡やガラス鏡のような光を鏡面反射する部材でもよく、白色の反射シートのような光を拡散反射する部材でもよい。さらに、光反射部141は、導光板固定部140の当該表面上に白色塗料を塗布することによって光反射機能を持たせたものでもよい。この光反射部141を設けることによって、導光板120の湾曲部122から射出された光の一部を液晶パネル側(Z方向)に反射し、照明光として再利用することができる。
図2の例では、導光板固定部140が発光部110からの漏れ光を遮蔽するように湾曲部122の近傍に配置されていることにより、空間輝度分布の均一性を得ることができる。さらに、液晶パネルに対向する導光板固定部140の表面部分に光反射部141が設けられていることにより、湾曲部122から射出された光の一部を再利用することができる。即ち、空間輝度分布の均一性と高い光利用効率を両立することができる。
導光板固定部140の断面形状は、図1に示されるような鍵型の例に限定されない。導光板固定部140の他の例を図3から図8に示す。図3から図8では、面光源装置100の一部を拡大して示している。図3に示される例では、導光板固定部140の突起部143の断面形状は三角形である。この例では、湾曲部122に接する導光板固定部140の面はZ方向に対して斜めになっている。図4に示される例では、突起部143がZ方向に対して斜めになっている複数の面を有し、導光板固定部140は、これらの面で湾曲部122に接触している。図5に示される例では、突起部143の断面形状が略半円形であり、突起部143の外周が湾曲部122の光射出面123に接している。図6に示される例では、突起部143の断面形状はZ方向に垂直な平面を持つ四分円状である。図7に示される例では、突起部143は湾曲部122の光射出面123に沿う面を持つように形成されている。図8に示される例では、導光板固定部140が筐体130の側部133と一体に形成されている。これらの例のいずれでも、図1に示したような鍵型の導光板固定部140と同等の効果を得ることができる。
液晶パネルのバックライトとして面光源装置100を用いる場合は、より高い空間輝度分布の均一性が求められる場合がある。そこで、面光源装置100は、図9に示すように、光射出面123から射出された光の輝度を制御する輝度制御シート(輝度制御部ともいう)900をさらに備えてもよい。この輝度制御シート900には、光を拡散する光拡散ドット901が形成されている光拡散領域902が設けられている。光拡散ドット901を形成する方法としては、例えば、シルクスクリーン印刷を用いる方法、高出力レーザによって凹凸ドットを形成する方法、銀箔のドットを貼付する方法などがある。或いは、これらの方法を組み合わせて光拡散ドット901を形成してもよい。
光拡散領域902では、光拡散ドット901の個々の位置においてドットの大きさ又はドット間ピッチを変化させることで、即ち、光拡散ドット901の密度を変化させることで、空間的な光透過率を変化させることができる。このような面内で異なる複数の光透過率を持つ輝度制御シート900を設けることにより、面光源装置100の照明光の空間的な輝度分布の細かいコントロールが可能となり、より高い空間輝度分布の均一性を得ることが容易になる。
以上のように、第1の実施形態に係る面光源装置100によれば、発光部(光源)110を導光板120の背面124側に配置することにより、筐体130の額縁部分137を狭くすることができ、或いは、筐体130の額縁部分137を完全になくすことができる。従って、面光源装置100をバックライトとして用いる液晶表示装置においても、筐体の額縁(ベゼル)部分を狭くすることができる。画面サイズに対して額縁が狭くなることで、相対的に画面サイズが大きく感じるなど、液晶表示装置のデザイン性をより優れたものにすることができる。
さらに、導光板120を筐体130に固定する導光板固定部140を備えることで、発光部110と導光板120の端面125との間の距離を一定に保つことができる。また、導光板固定部140を備えることで、発光部110からの漏れ光を遮蔽することができる。その結果、安定した輝度及び空間輝度分布を得ることができる。
(第2の実施形態)
図10は、第2の実施形態に係る面光源装置1000を概略的に示す側断面図である。図10に示される面光源装置1000は、図1に示される面光源装置100を左右対称に2つ組み合わせものである。図9において、図1に示した符号と同様の符号を同一要素に付してその説明を省略する。ただし、図9において左右対称に設けられている要素同士を区別するために添え字(A及びB)を追加している。
図10は、第2の実施形態に係る面光源装置1000を概略的に示す側断面図である。図10に示される面光源装置1000は、図1に示される面光源装置100を左右対称に2つ組み合わせものである。図9において、図1に示した符号と同様の符号を同一要素に付してその説明を省略する。ただし、図9において左右対称に設けられている要素同士を区別するために添え字(A及びB)を追加している。
本実施形態では、導光板固定部140の断面形状は、「T」字型であり、左右の導光板120A及び120Bを固定する。図10に示される導光板固定部140の機能は、第1の実施形態で説明したものと同様である。また、導光板固定部140に設けられた光反射部141の機能も第1の実施形態で説明したものと同様である。従って、ここでは詳細な説明を省略する。
発光部110Aから発せられた光は、図10に示されるように、湾曲部122A側に位置する導光板120Aの端面125Aから導光板120Aに入射し、全反射を繰り返しながら伝播する。導光板120A中を伝搬する光は、光散乱パターン126Aによって散乱され、導光板120Aの光射出面123AからZ方向に射出される。同様にして、第1発光部110Bから照射された光は、湾曲部122B側に位置する導光板120Bの端面125Bから導光板120Bに入射し、全反射を繰り返しながら伝播する。導光板120B中を伝搬する光は、光散乱パターン126Bによって散乱され、導光板120Bの光射出面123BからZ方向に射出される。導光板120A及び導光板120Bから射出された光は、面光源装置1000の照明光を形成し、液晶パネル、或いは、拡散シート及びプリズムシートなどの液晶パネルを形成する光学シートに向けられる。
なお、本実施形態の導光板固定部140の断面形状は、図10に示されるT字型の例に限定されない。導光板固定部140の他の例を図11から図15に示す。図11から図15では、面光源装置1000の一部を拡大して示している。図11に示される例では、突起部143A及び143Bの各々の断面形状は三角形である。この例では、湾曲部122Aに接する突起部143Aの面及び湾曲部122Bに接する突起部143Bの面はZ方向に対して斜めになっている。図12に示される例では、突起部143A及び143BそれぞれはZ方向に対して斜めになっている複数の面を有し、導光板固定部140は、これらの面で湾曲部122A及び湾曲部122Aに接触している。図13に示される例では、突起部143A及び143Bの断面形状が略半円形であり、突起部143A及び143Bの外周がそれぞれ湾曲部122A及び122Bに接している。図14に示される例では、突起部143A及び143Bの各々の断面形状はZ方向に垂直な平面を持つ四分円状である。図15に示される例では、突起部143A及び143Bの各々は湾曲部122の断面形状に沿う面を持つように形成されている。
さらに、面光源装置1000においても、図16に示すように、光射出面123A及び123Bから射出された光の輝度を制御する輝度制御シート1600をさらに備えてもよい。輝度制御シート1600には、光拡散ドット1601が形成されている光拡散領域1602が設けられている。輝度制御シート1600は、面内で異なる光透過率を持つ。輝度制御シート1600は、図9に示した輝度制御シート900と同様の構成を有するので詳細な説明を省略する。面光源装置1000は、面内で異なる光透過率を持つ輝度制御シート1600を備えることにより、均一性がより高い輝度分布を得ることができる。
以上のように、第2の実施形態に係る面光源装置1000によれば、第1の実施形態と同様に、発光部110を導光板120の背面124側に配置することにより、筐体130の額縁部分137を狭くすることができ、或いは、筐体130の額縁部分137を完全になくすことができる。従って、面光源装置1000をバックライトとして用いる液晶表示装置においても、筐体の額縁(ベゼル)部分を狭くすることができる。画面サイズに対して額縁が狭くなることで、相対的に画面サイズが大きく感じるなど、液晶表示装置のデザイン性をより優れたものにすることができる。
さらに、面光源装置1000をバックライトとして用いる液晶表示装置では、発光部110A及び110Bは画面の中央部に配置される。これにより液晶表示装置において筐体の額縁(ベゼル)部分を狭くするだけでなく、筐体周辺部の厚さを薄くすることが可能である。発光部110A及び110Bを液晶表示装置の画面の鉛直方向に沿って配置した場合は、筐体周辺部左右の領域の厚さを極めて薄くすることが可能である。また、発光部110A及び110Bを液晶表示装置の画面の水平方向に沿って横向きに配置した場合は、筐体周辺部上下の領域の厚さを極めて薄くすることが可能である。これにより全体的に薄く軽量感があるようなデザイン性がより優れた液晶表示装置を実現することができる。
さらにまた、第2の実施形態に係る面光源装置1000によれば、第1の実施形態と同様に、容易に輝度分布の均一性と光の利用効率を両立することができる。さらに、導光板固定部140を用いることで発光部110と導光板120などの光学部品との組み立て誤差を低減させることが可能である。
(第3の実施形態)
第3の実施形態は、導光板の形状が第2の実施形態と異なる。第3の実施形態では、第2の実施形態と異なる部分について説明し、第2の実施形態と同様の部分については説明を省略する。
第3の実施形態は、導光板の形状が第2の実施形態と異なる。第3の実施形態では、第2の実施形態と異なる部分について説明し、第2の実施形態と同様の部分については説明を省略する。
図17は、第3の実施形態に係る面光源装置1700を概略的に示す斜視図である。図17では、筐体を省略している。ここでも、説明のために、図1と同様にしてXYZ直交座標系を図17に示すように規定する。図17に示される面光源装置1700は、湾曲部122Aの側部が斜めに切除された導光板120A及び湾曲部122Bの側部が斜めに切除された120Bを備える。
導光板120(図17の導光板120A及び120Bの各々に対応する。)の構造を分かりやすく説明するために、導光板120の二面展開図を図18に示す。図18(a)は、Y方向から見た導光板120を示す平面図であり、図18(b)は、X方向から見た導光板120を示す平面図である。Y方向から見た導光板120の平面形状は、図18(a)に示されるように、第1の実施形態で説明した導光板120と同じである。一方、X方向から見た平面形状は、図18(b)に示されるように、斜めに湾曲部122の2つの角を切除した形状になっている。即ち、湾曲部122の幅は、光入射面125に向かうに従って狭くなっている。この場合、端面125の面積は、平坦部121側の端面127の面積より小さい。これに伴い、湾曲部122の側部に沿って筐体130も斜めに角を切除した形状にすることができ、筐体130をより薄くすることができる。このため、面光源装置1700を用いた液晶表示装置においては、液晶表示装置の筐体周辺部全体の厚さを極めて薄くすることが可能である。この結果、全体的に薄く軽量感があるようなデザイン性がより優れた液晶表示装置を実現することができる。
なお、面光源装置1700では、湾曲部122A及び122Bの角を斜めに切除したことによって輝度の変化が生じ、それにより空間的な輝度分布にムラが生じることがある。輝度分布にムラが生じるのを防ぐために、図19(a)及び(b)に示すように、導光板120A及び120Bの側部に光反射部1901及び1902を設けてもよい。光反射部1901及び1902を構成する部材としては、白色の拡散反射部材でもよく、金属鏡又はガラス鏡のような鏡面反射部材でもよい。
以上のように、第3の実施形態に係る面光源装置1700によれば、導光板120Aの湾曲部122Aの側部及び導光板120Bの湾曲部122Bの側部を切除することにより、筐体130をより薄くすることができる。その結果、面光源装置1700を用いた液晶表示装置では、デザイン性をより優れたものにすることができる。
以上説明した実施形態の少なくとも1つによれば、発光部(光源)を導光板の背面側に配置することにより、筐体の額縁部分を小さく若しくは狭くすることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
100,1000,1700…面光源装置、110,110A,110B…発光部(光源)、120,120A,120B…導光板、121,121A,121B…平坦部、122,122A,122B…湾曲部、123,123A,123B…表面(光射出面)、124,124A,124B…背面、125,125A,125B…端面(光入射面)、126,126A,126B…光散乱パターン、130…筐体、140…導光板固定部、141…光反射部、142…基部、143,143A,143B…突起部、900,1600…輝度制御シート、901,1601…光拡散ドット、902,1602…光拡散領域、1901,1902…光反射部。
Claims (8)
- 平坦部及び湾曲部を備える導光板であって、前記湾曲部側に位置する、光を導入する端面と、該端面から導入された光を散乱する光散乱部と、該光散乱部によって散乱された光を射出する光射出面とをさらに備える導光板と、
前記端面に向けて光を発する発光部と、
前記導光板及び前記発光部を収容する筐体と、
前記導光板を前記筐体に固定する固定部であって、前記湾曲部に接するように配置されている固定部と、
を具備する面光源装置。 - 前記固定部は、前記発光部から発せられて前記導光板に入射せずに漏れ出た光を遮蔽する、請求項1に記載の面光源装置。
- 前記固定部は、光の吸収率が高い材質で形成又は加工されている、請求項2に記載の面光源装置。
- 前記光射出面から射出された光の輝度を制御する輝度制御シートであって、異なる複数の光透過率を有する輝度制御シートをさらに具備する請求項1に記載の面光源装置。
- 前記発光部は、複数の発光素子が前記端面に沿ってライン状に配列されている発光素子アレイである、請求項1に記載の面光源装置。
- 前記固定部の表面の一部に、光を反射する光反射部が設けられている、請求項1に記載の面光源装置。
- 前記湾曲部は、前記端面に向かうに従い幅が狭くなっている、請求項1に記載の面光源装置。
- 前記平坦部は矩形の断面形状を有し、前記湾曲部は湾曲した部分を有する形の断面形状を有する、請求項1に記載の面光源装置。
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