JP2014232572A - 点光源、面状光源装置および表示装置 - Google Patents

点光源、面状光源装置および表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】点光源等での光の利用効率を向上する。【解決手段】点光源１４の外囲器２３は第１〜第４の面４１〜４４を有する。第１の面４１は、発光素子２１から見て発光素子２１の前方に突出しており発光素子２１の左側と右側とに渡っている。第２の面４２は、発光素子２１の左側と右側とにおいて第１の面４１に繋がっており発光素子２１に接している。第３の面４３は、第１の面４１の上端と第２の面４２の上端とに繋がっており第１の面４１から第２の面４２へ向けて落ち込んだ第１の窪み３１を形成している。第４の面４４は、第１の面４１の下端と第２の面４２の下端とに繋がっており第１の面４１から第２の面４２へ向けて落ち込んだ第２の窪み３２を形成している。【選択図】図４

Description

本発明は、点光源、面状光源装置および表示装置に関する。
特許文献１，２には、発光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた点光源（以下、ＬＥＤ点光源と呼ぶ場合もある）が開示されている。
特許文献１のＬＥＤ点光源では、基板上のＬＥＤが樹脂で覆われており、当該樹脂は、基板の一方の長辺を含む第１の平面と、該第１の平面に対面し基板の他方の長辺を含む第２の平面とを有している。上記樹脂は、第１の平面側および第２の平面側から見たとき、半円状をしている。この半円状の曲面が、ＬＥＤ点光源の発光面（レンズ形成面）を成している。なお、第１および第２の平面は導光板の主面と平行を成し、発光面は第１および第２の平面ならびに導光板の主面と直交している。
特許文献２のＬＥＤ点光源では、ＬＥＤを覆う樹脂が、直方体状の基部と、基部の前方面から前方に突き出した楕円半球状の突き出し部とで構成されている。
特許第４９５６９７７号公報 特開２０１１−１１３６４８号公報
特許文献１のＬＥＤ点光源では、ＬＥＤで発生した光の一部は前方に在る樹脂の発光面に向けて直進する。これに対し、多くの光は樹脂の第１および第２の平面に進み、これら２つの平面間を反射しながら、発光面に到達する。第１の平面は基板に実装されており、それによって第１の平面で反射が起こりやすくなるとしている。また、第２の平面には反射部材が設けられており、それによって第２の平面で反射が起こりやすくなるとしている。
しかし、例えば、第１および第２の平面で反射して発光面に大きな入射角で到達する光は、発光面で全反射して発光面から出射されない光が生じうる。そうすると、光の取り出し効率（換言すれば、ＬＥＤの発光の利用効率）が低くなってしまう。
また、第１および第２の平面で反射を繰り返すと、樹脂内での光路が長くなる。このため、第１および第２の平面で反射した光が最終的に発光面から出射できたとしても、反射の繰り返し回数および光路長に応じて減衰した光強度しか得られない。この点からも、光の取り出し効率が低くなってしまう。
また、縦断面（ＬＥＤを通り樹脂の第１および第２の平面に直交する断面、換言すればＬＥＤを通り導光板の上下の主面に直交する断面）を参照すると、発光面からは様々な角度で光が出射する。例えば、第１および第２の平面で反射した光が発光面から大きな出射角で出射すると、その光は導光板の進入後において導光板の主面に対して小さな入射角を持つことになる。そうすると、その光は、導光板の上下の主面間で反射を繰り返しながら、導光板内を進む。しかし、反射の繰り返しおよびそれに伴う光路長の増大は光強度の減衰を招くので、その光は導光板内を遠くまで進むことができない。
そのため、導光板における、換言すれば面状光源装置における、光の利用効率は低くなる。その結果、全体の輝度が低くなり、さらにはＬＥＤ点光源から遠い場所が暗くなることで輝度ムラが生じてしまう。
特許文献２のＬＥＤ点光源では、上記のように、ＬＥＤを覆う樹脂が、直方体状の基部と、基部の前方に設けられた突き出し部とで構成されている。光が出射される突き出し部は楕円半球状をしているので、突き出し部で全反射して出射されない光は、特許文献１のＬＥＤ点光源に比べて、低減するかもしれない。
しかし、特許文献１のＬＥＤ点光源について述べた他の問題点は、特許文献２のＬＥＤ点光源についても当てはまると考えられる。
本発明は、光の利用効率を向上しうる点光源を提供すること、および、面状光源装置に適用した場合に面状光源装置での光の利用効率を向上しうる点光源を提供することを目的とする。また、そのような点光源を適用した面状光源装置および表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る点光源は、発光素子と、発光素子を封止する透光性の外囲器とを含む。前記外囲器は第１〜第４の面を有する。前記第１の面は、前記発光素子から見て前記発光素子の前方に突出しており前記発光素子の左側と右側とに渡っている。前記第２の面は、前記発光素子の左側と右側とにおいて前記第１の面に繋がっており前記発光素子に接している。前記第３の面は、前記第１の面の上端と前記第２の面の上端とに繋がっており前記第１の面から前記第２の面へ向けて落ち込んだ第１の窪みを形成している。前記第４の面は、前記第１の面の下端と前記第２の面の下端とに繋がっており前記第１の面から前記第２の面へ向けて落ち込んだ第２の窪みを形成している。
上記一態様によれば、発光素子から第３および第４の面に進んだ光は、第３および第４の面で反射して第１の面へ向かい、第１の面から外囲器の外部へ出射される。このため、外囲器内での反射回数および光路長を減らすことができ、それらに起因した迷光および強度減衰を抑制できる。それにより、発光素子から出射した光の利用効率（換言すれば、光の取り出し効率）が向上する。
また、上記一態様によれば、第３および第４の面で反射した光が大きな入射角で第１の面に入射するのを抑制でき、より多くの光を第１の面の前方へ進行させることができる。このため、当該点光源を導光板と組み合わせて面状光源装置を構成した場合、発光素子の光を導光板に効率よく入射することができ、また、導光板内の遠くまで効率よく光を進行させることができる。それにより、面状光源装置での光の利用効率が向上する。その結果、当該点光源を利用することによって、均一な面内輝度および高い表示品位を有した面状光源装置および表示装置を提供可能である。
本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
実施の形態１に係る表示装置の分解斜視図である。 実施の形態１に係る面状光源装置の分解斜視図である。 実施の形態１に係る点光源の斜視図である。 実施の形態１に係る点光源について正面図と平面図と側面図とを組み合わせた説明図である。 図４中のＶ−Ｖ線における断面図である。 図５にｘｙ座標系を当てはめた図である。 実施の形態１に係る面状光源装置の一部拡大斜視図である。 実施の形態１に係る面状光源装置の一部拡大断面図である。 実施の形態１に係る面状光源装置の一部拡大平面図である。 実施の形態２に係る点光源の断面図である。 図１０にｘｙ座標系を当てはめた図である。
＜実施の形態１＞
図１に、実施の形態１に係る表示装置１の分解斜視図を示す。図１の例によれば、表示装置１は表示パネル２と面状光源装置３とを含んでいる。ここでは表示パネル２として液晶パネルを例示する。かかる例に鑑み、以下では、表示パネル２を液晶パネル２と呼び、表示装置１を液晶表示装置１と呼び、面状表示装置３をバックライト装置３と呼ぶ場合もある。なお、液晶表示装置１として、額縁領域が狭小化された薄型の表示装置を想定するが、液晶表示装置１はこの例に限定されるものではない。
液晶パネル２は、例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）アレイ基板と、ＴＦＴ基板に対向する対向基板と、これら２つの基板間に配置された液晶とを含んでいる。液晶パネル２の表示領域には、多数の画素が例えばマトリックス状に配置されている。ＴＦＴアレイ基板には、半導体スイッチング素子の一例であるＴＦＴが、画素ごとに設けられている。ここでは表示領域が横長の矩形であるものとし、表示領域の長辺に平行にゲート線（アドレス線とも呼ばれる）が形成され、表示領域の短辺に平行にソース線（データ線とも呼ばれる）が形成されているものとする。
表示領域の周辺には、画素ごとに設けられたＴＦＴをオンオフさせる複数のゲート線駆動用ドライバと、ＴＦＴを介して各画素に画像データを供給する複数のソース線駆動用ドライバと、が形成されている。これらのドライバは、例えば、半導体チップとしてＴＦＴアレイ基板上に形成される。各ドライバがコントローラによって制御され、それにより各画素へのデータ（画素データ）が書き込まれる。各画素へのデータ書き込みは画像信号に基づいて行われる。具体的には、ゲート線が所定の走査周期で順次オンにされ、オンされたゲート線に接続されている画素に画素データが書き込まれる。
バックライト装置３は、その筐体の開口から面状の光を出射する面状光源装置である。液晶パネル２は、液晶パネル２の背面をバックライト装置３の筐体の開口に向けた状態で、バックライト装置３上に配置されている。これにより、バックライト装置３の出射光によって、液晶パネル２が照明される。筐体の開口は液晶パネル２の表示領域よりも若干大きい横長の矩形をしており、その長辺は液晶パネル２のゲート線と平行を成している。
ここで、液晶パネル２は、バックライト装置３から出射される照明光をバックライトとして利用する透過型または半透過型の液晶パネルであればよい。すなわち、透過型または半透過型であれば、液晶パネル２の構造は上記例に限定されるものではない。
図２に、バックライト装置３の分解斜視図を示す。図２の例によれば、バックライト装置３は、下ケース１１と、反射シート１２と、導光板１３と、複数の点光源１４と、基板１５と、複数の光学シート１６と、上ケース１７とを含んでいる。
下ケース１１と上ケース１７とは嵌め合わされて、反射シート１２と導光板１３と複数の点光源１４と基板１５と複数の光学シート１６とを収容および保持する筐体を構成する。上ケース１７は、照明光を取り出すための上記筐体開口を有したフレーム部材である。下ケース１１は例えば、強度および加工性に優れている合成樹脂で構成されている。上ケース１７は例えば、強度および加工性が優れている合成樹脂または金属で構成されている。例えばステンレス板によれば、バックライト装置３の薄型化と共に、強度を確保できる。
下ケース１１の底面上に反射シート１２が配置され、反射シート１２上に導光板１３が配置され、導光板１３の一側面に沿って複数の点光源１４が配置されている。
反射シート１２は、導光板１３の背面から漏れる光を、導光板１３の前面（すなわち照明光の出射面）の側へ反射させるための、シート状の光学部材である。反射シート１２は例えば、銀を蒸着させた平板または白色の樹脂板によって構成されている。各点光源１４の光を照明光として有効に取り出すためには、反射シート１２の反射率が９０％以上であることが好ましい。
導光板１３は、当該導光板１３の側面に入射された各点光源１４の光を、当該導光板１３の前面へ導くための光学部材である。導光板１３は、透光性を有する平板状またはくさび形状をしている。導光板１３は例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機樹脂で構成されている。あるいは、例えばガラスで導光板１３を構成してもよい。
導光板１３の背面には、導光板１３内を伝搬する光を拡散させ導光板１３の前面から出射させるための拡散パターンが形成されている。拡散パターンは、例えば凹凸、切り欠き、等の微細形状によって構成可能である。拡散パターンを形成する方法として、例えば、酸化チタンを含有する白色顔料をドットパターンに印刷する方法が挙げられる。あるいは、導光板１３の成型時に円形状、円錐状または四角形状の微細パターンを成型することによって、拡散パターンを形成してもよい。拡散パターンを調整することによって、各点光源１４の配列方向に垂直な方向、すなわち照射光出射領域の長辺に平行な方向に沿った輝度分布を、所望の分布に形成可能である。換言すれば、照明光の輝度分布が最適になるように、拡散パターンの濃度、形状、大きさ、深さ等が決定される。
光学シート１６は、透光性を有するシート状の光学部材であり、導光板１３の前面上に配置されている。光学シート１６は例えば、光を拡散させる拡散シートである。拡散シートは、合成樹脂、ガラス等の透明部材に、微細な反射材を混ぜ込むことによって形成可能である。あるいは、表面を粗面化することによって、拡散シートを形成可能である。あるいは、光学シート１６は例えば、プリズム列が形成されたプリズムシートである。光学シート１６の枚数は１枚であってもよいし、あるいは複数枚であってもよい。例えば、出射光の輝度分布および色度分布を所望の分布に形成するために、複数種類の光学シート１６が用いられる。また、同じ種類の光学シート１６が複数枚用いられる場合もある。なお、光学シート１６の枚数は図２の例に限定されるものではない。
図２の例では、複数（ここでは５個）の点光源１４が、導光板１３の一側面に沿って一列に配列されている。これらの点光源１４は共通の基板１５上に配置されている。なお、基板１５を光源基板１５と呼ぶことにする。光源基板１５は例えば、各点光源１４に電力を供給するための配線、回路等を有している。なお、例えばバックライト装置３の大きさによっては、点光源１４の個数は１つであってもよい。また、導光板１３の複数の側面のそれぞれに対して、１つまたは複数の点光源１４を配置してもよい。
図３〜図５に、点光源１４の説明図を示す。図３は斜視図であり、図４は正面図と平面図（換言すれば上面図）と側面図とを組み合わせた図である。図５は図４中のＶ−Ｖ線における断面図（縦断面図）である。図３〜図５の例によれば、点光源１４は、発光素子２１と、素子基板２２と、外囲器２３とを含んでいる。
発光素子２１は例えば、半導体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成されている。なお、レーザーダイオード（ＬＤ）も発光ダイオードの一種類である。また、発光素子２１として、例えば、有機ＥＬ（Electro Luminescence）に代表されるＥＬ素子を用いてもよい。なお、発光素子２１において、光を出射する側の面を前面と呼び、当該前面の反対側の面を背面と呼ぶことにする。
以下では発光素子２１が擬似白色ＬＥＤである場合を想定するが、発光素子２１はこの例に限定されるものではない。擬似白色ＬＥＤは例えば、青色光を出射するＬＥＤと、当該青色ＬＥＤの出射光の一部を吸収して黄色光を発する蛍光体とが組み合わされることによって、構成される。あるいは、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）用の各ＬＥＤを組み合わせて、擬似白色ＬＥＤを構成することも可能である。この場合、それら３つの単色光が合成されることによって、白色の発光が得られる。
素子基板２２は、絶縁板と配線とを含んでおり、例えば低温焼成セラミックス（Low Temperature Co-fired Ceramics：ＬＴＣＣ）によって構成されている。ＬＴＣＣでは、アルミナの骨材とガラス材料との混合物からなる層が積み重ねられ、層間にＡｇ、Ｃｕ等の導体パターン（配線等を構成する）が形成されている。
なお、アルミナセラミックスの焼成温度が約１５００℃であるのに対し、ＬＴＣＣの焼成温度は、ＡｇおよびＣｕ等の低抵抗導体の融点よりも低い９００℃くらいである。また、セラミックスは、放熱性が高いので、発光素子２１から発生する熱を、光源基板１５（図２参照）および光源基板１５に接続されたＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）を介して、筐体等の放熱部材に効率よく導くことができる。また、セラミックスは、耐環境性が高いので、広く用いられている。
素子基板２２は一方の主面上にリードフレーム（図示略）を有しており、当該リードフレーム上に発光素子の背面がダイボンドされている。これにより発光素子２１の背面側の端子がリードフレームに電気的に接続されている。また、発光素子２１の前面側の端子はボンディングワイヤ（図示略）によってリードフレームの他の端子に電気的に接続されている。なお、素子基板２２において、発光素子２１が配置されている側の面を前面と呼び、当該前面の反対側の面を背面と呼ぶことにする。
素子基板２２の背面には、銅または金メッキされた銅で形成された端子部が設けられており、かかる端子部にハンダ等によって光源基板１５（図２参照）およびＦＰＣが接続される。素子基板２２の前面に設けられたリードフレームは、スルーホール等を介して、素子基板２２の背面に設けられた端子部と電気的に接続されている。
外囲器２３は、発光素子２１を封止する透光性の部材であり、発光素子２１を覆って、発光素子２１上および素子基板２２上に配置されている。ここでは外囲器２３が樹脂製である場合を例示するが、外囲器２３の材料はこの例に限定されるものではない。外囲器２３は高い光透過性と、優れた耐熱性および耐ＵＶ性とを有することが好ましく、そのような特性を有する樹脂としてエポキシ樹脂が挙げられる。エポキシ樹脂はコストおよび生産性の観点から、広く用いられている。また、耐熱性および耐光性がさらに優れたシリコーン樹脂によって、外囲器２３を構成してもよい。樹脂によれば、トランスファーモールド法、注入法等の方法によって、外囲器２３を形成可能である。
図３〜図５の例によれば、外囲器２３は発光素子２１の位置を中心とする半球体を基本的な外形としつつ、その半球体は発光素子２１の上下方向において窪んでいる（窪み３１，３２参照）。なお、上下方向とは、説明の便宜上、図３に図示された姿勢、すなわち素子基板２２が立てられた姿勢における上下方向を言うものとする。このように上下方向を規定しても、点光源１４等の記述について一般性を失うものではない。
より具体的には、外囲器２３の外形は第１〜第４の面４１〜４４によって構成されており、これらの面４１〜４４で囲まれた空間内部は、外囲器２３の材料である樹脂で満たされている。すなわち、外囲器２３は、中空状ではなく、中実状である。
第１の面４１は、発光素子２１の出射光を、点光源１４の外部へ取り出すための面である。第１の面４１は、発光素子２１から見て発光素子２１の前方（すなわち光出射方向であり、ここでは発光素子２１の前面および素子基板２２の前面に垂直を成す方向）に突出した曲面であり、発光素子２１の左側と右側（発光素子２１から外囲器２３を見た場合における左側と右側）とに渡っている。図３〜図５の例では、第１の面４１は、発光素子２１の位置を中心とする球形状をしている。
なお、球形状には、数学的に厳密に定義された形状だけでなく、実質的に球形状と同一視できる形状も含むものとする。かかる概念は、他の面４２〜４４等の形状に関しても、適用する。
第２の面４２は、発光素子２１の左側と右側とにおいて第１の面４１に繋がっている。但し、第２の面４２は、第１の面４１の上側と下側とにおいては、第１の面４１に繋がっていない。第２の面４２は、第１の面４１よりも発光素子２１の側に位置しており、発光素子２１に接している。第２の面４２は、発光素子２１の周囲の素子基板２２にも接しており、これにより発光素子２１が外囲器２３によって封止されている。
第２の面４２は発光素子２１と素子基板２２とによって生じる高低差に応じた面形状を有しており、このため第２の面４２は発光素子２１が押し込まれたような面形状を有している。但し、第２の面４２は他の面４１，４３，４４に比べて平坦であるので、説明の便宜上、第２の面４２を平面として扱う場合もある。
第３の面４３は、第１の面４１の上端と第２の面４２の上端とを繋いでいる。第３の面４３は第１の面４１から第２の面４２へ向けて落ち込んだ面形状をしており、これにより外囲器２３の上部に第１の窪み３１が形成されている。
第４の面４４は、第１の面４１の下端と第２の面４２の下端とを繋いでいる。第４の面４４は、第１の面４１から第２の面４２へ向けて落ち込んだ面形状をしており、これにより外囲器２３の下部に第２の窪み３２が形成されている。
図３〜図５の例では、第３の面４３は、半円錐形状（円錐面を当該円錐面の頂点を通る平面で半分にした形状）をしている。また、その半円錐形状の頂点は、発光素子２１に向いており、発光素子２１の上方に位置している。同様に、第４の面４４も頂点を発光素子２１に向けた半円錐形状をしており、その頂点は発光素子２１の下方に位置している。
第３の面４３と第４の面４４とは、図４および図５に示す平面Ａに関して、面対称である。なお、平面Ａは、発光素子２１を通り、かつ、発光素子２１の上下方向（換言すれば、第３および第４の面４３，４４の配列方向）に直交する、横平面である。平面Ａは、図４の正面視および側面視ならびに図５の断面視においては、線対称軸として把握することも可能である。また、第１の面４１の上部と下部も平面Ａに関して面対称であり、第２の面４２の上部と下部も平面Ａに関して面対称である。
また、外囲器２３は、発光素子２１を通りかつ発光素子２１の上下方向に伸びる直線Ｂ（図５参照）を回転軸とする回転形状をしている。すなわち、外囲器２３は、図５に断面図として図示した形状の平面を直線Ｂ（換言すれば回転軸Ｂ）周りに１８０°回転させた形状をしている。
ここで、一般的に、異なる媒質に光が進入する場合、光の屈折が生じる。特に、屈折率の高い媒質から屈折率の低い媒質に向かって光が進む場合、それらの媒質の境界への入射角によっては、全反射が生じる。全反射は、光の入射角が臨界角以上である場合に生じる。樹脂の典型的な屈折率を１．５とし、空気の屈折率を１．０とすると、スネルの法則により、樹脂と空気との境界面における臨界角は約４２°であることがわかる。
かかる点に鑑みると、発光素子２１から第３の面４３に到達する光を、第３の面４３で全反射させて第１の面４１へ導けば、第３の面４３から漏れる光を減らして、第１の面４１から取り出す光を増やすことができる。すなわち、光の取り出し効率が高くなる。光の取り出し効率は、第３の面４３のうちで全反射を起こす面積が大きいほど、高くなる。このため、第３の面４３のうちで発光素子２１の出射光が直接、到達する範囲の全体で、全反射が生じることがより好ましい。そのためには、第３の面４３の上記範囲内のあらゆる地点において、発光素子２１から到来する光の入射角θ（図５参照）が全反射の臨界角以上になるように、第３の面４３の形状を設定すればよい。第４の面４４の形状についても同様である。
他方、発光素子２１から直接、第１の面４１に到達する光に関しては、そのような直接光が、全反射の臨界角以下の入射角で第１の面４１に入射すれば、当該直接光を第１の面４１の外側の空気層へ取り出すことができる。特に、第１の面４１に対する入射角が０°であれば、すなわち上記直接光が第１の面４１に垂直に入射すれば、効率よく光を取り出せる。光の取り出し効率は、第１の面４１のうちで入射角が０°になる面積が大きいほど、高くなるので、第１の面４１の全体で入射角が０°になることがより好ましい。そのためには、第１の面４１のあらゆる地点において発光素子２１からの直接光の入射角が０°になるように、第１の面４１の形状を設定すればよい。具体的には、第１の面４１を、発光素子２１の位置を中心とする球形状にすればよい。
外囲器２３の形状をより具体的に説明する。なお、図５の断面図において、第１の面４１が成す輪郭線（すなわち、第１の面４１と、図５の断面図を規定する切断平面と、の交線）を第１の輪郭線５１と呼ぶことにする。同様に、第２〜第４の面が成す輪郭線を第２〜第４の輪郭線５２〜５４とそれぞれ呼ぶことにする。なお、第２の輪郭線５２は上記回転軸Ｂに相当する。
また、説明のために図５にｘｙ座標系を当てはめた図を、図６に示す。なお、図６では素子基板２２を省略している。図６において、ｘ軸は発光素子２１を通り、ｘ軸の正方向が発光素子２１の前方、すなわち光の出射方向に対応する。また、ｙ軸の正方向が発光素子２１の上方向に対応し、ｙ軸の負方向が発光素子２１の下方向に対応する。
図６において、発光素子２１の配置位置の座標を（ｃ，０）としている。この場合、発光素子２１の配置面である第２の面４２に対応する第２の輪郭線５２は、次式（１）で表される。
Figure 2014232572
また、球形状の第１の面４１に対応する第１の輪郭線５１は、次式（２）で表される。
Figure 2014232572
なお、式（２）において、Ｒは、発光素子２１から第１の輪郭線５１までの距離であり、第１の輪郭線５１が成す円弧形状の半径である。
また、第３および第４の面４３，４４にそれぞれ対応する第３および第４の輪郭線５３，５４は、発光素子２１の位置（ｃ，０）を焦点とする放物線であり、次式（３）で表される。
Figure 2014232572
つまり、式（１）〜（３）で表される線で囲まれた範囲によって、外囲器２３の縦断面（換言すれば、直線Ｂ（図５参照）を回転軸とする回転形状において、回転対象となる平面）の形状が規定される。なお、第１の輪郭線５１と第３の輪郭線５３との交点の座標を（ａ，ｂ）とすると、第１の輪郭線５１と第４の輪郭線５４との交点の座標は（ａ，−ｂ）と表される。
ここで、第３および第４の輪郭線５３，５４は、発光素子２１の位置を焦点とする放物線であるので、発光素子２１からこれらの輪郭線５３，５４へ到達した光は、輪郭線５４，５４で反射してｘ軸方向に平行に進む。
このとき、輪郭線５３，５４で全反射が生じるためには、輪郭線５３，５４への入射角θ（図５参照）を全反射の臨界角θＬ以下にする必要がある（θ≦θＬ）。ここで入射角θは座標（ａ，ｂ）および（ａ，−ｂ）において最大となるので、その最大の入射角θが、全反射の臨界角θＬ以下になればよい。すなわち、最大の入射角θは次式（４）で表され、次式（５）を満たせばよい。
Figure 2014232572
Figure 2014232572
また、座標（ａ，ｂ）および（ａ，−ｂ）は、式（３）の線上の点でもあるので、次式（６）が成り立つ。
Figure 2014232572
式（５），（６）から次式（７），（８）が得られる。
Figure 2014232572
Figure 2014232572
すなわち、ｂが式（８）を満たすことによって、全反射が生じる。
図７に、バックライト装置３のうちで点光源１４付近の部分を拡大した斜視図を示す。また、同部分の断面図および平面図（換言すれば上面図）を図８および図９にそれぞれ示す。なお、図７では、図面を見やすくするために、点光源１４を導光板１３から離した状態を図示している。
図７〜図９に示すように、点光源１４は、外囲器２３を導光板１３の側面１３ａに向けて配置されている。図７〜図９の例によれば、導光板１３の側面１３ａは窪んだ部分１３ｂを有しており、この窪んだ部分１３ｂに点光源１４の外囲器２３が挿入されている。なお、以下では、側面１３ａの当該窪んだ部分１３ｂを、挿入部１３ｂと呼ぶ場合もある。
図７〜図９の例によれば、挿入部１３ｂは、導光板１３の厚さ方向に高さを有した半円筒形状をしている。なお、図７〜図９の例では、挿入部１３ｂを成す半円筒形状は、導光板１３の前面と背面との両方に到達している。半円筒形状の挿入部１３ｂによれば、発光素子２１の上下方向に直交する平面上において、挿入部１３ｂは外囲器２３の第１の面４１に沿った形状になる。
発光素子２１の上下方向に直交する平面は、点光源１４および導光板１３を横切る平面であってもよいし、それらを横切らない平面であってもよい。当該平面が点光源１４および導光板１３を横切らない場合、挿入部１３ｂおよび第１の面４１の形状は図９の平面図（換言すれば上面図）から把握できる。外囲器２３の第１の面４１が球形状であり、挿入部１３ｂが円筒形状である場合、当該平面をどのように選定しても、挿入部１３ｂは第１の面４１に沿った形状になる。
なお、挿入部１３ｂの形状を、外囲器２３の第１の面４１に沿った半球形状にしてもよい。この例においても、発光素子２１の上下方向に直交する平面上において、挿入部１３ｂは外囲器２３の第１の面４１に沿った形状になる。
また、図８および図９には、点光源１４の外囲器２３が導光板１３の挿入部１３ｂに挿入された状態において、外囲器２３の第１の面４１が挿入部１３ｂに接しない場合を例示している。これに対し、外囲器２３の第１の面４１が挿入部１３ｂに接するようにしてもよい。
次に、発光素子２１の出射光が導光板１３の内部へ進入する様子を説明する。
図８の縦断面図を参照すると、発光素子２１から直接、外囲器２３の第１の面４１に到達した光は、第１の面４１ではほとんど屈折することなく、第１の面４１の外側の空気層に出る。空気層に出た光は、導光板１３の側面１３ａの挿入部１３ｂから導光板１３内へ進入する。
また、図８を参照すると、発光素子２１から外囲器２３の第３および第４の面４３，４４に進んだ光は、第３および第４の面４３，４４で反射して外囲器２３の第１の面４１へ向かい、第１の面４１から外囲器２３の外部へ出射される。
より具体的には、第３および第４の面４３，４４に対応する第３および第４の輪郭線５３，５４は、発光素子２１の位置を焦点とする放物線形状であるので、第３および第４の面４３，４４で反射した光は、発光素子２１の上下方向に直交する方向（図６を参照すると、ｘ軸に平行な方向）に進む。そして、その光は、外囲器２３の第１の面４１から、外側の空気層に出る。
また、発光素子２１から外囲器２３の第３および第４の面４３，４４に入射した光は、第３および第４の面４３，４４で全反射を起こす。
このように、発光素子２１を通る縦断面では、発光素子２１から出射した光は、効率よく、外囲器２３の第１の面４１に集められ、空気層に出る。このため、外囲器２３内での反射回数および光路長を減らすことができ、それらに起因した迷光および強度減衰を抑制できる。それにより、発光素子２１から出射した光の利用効率（換言すれば、光の取り出し効率）が向上する。
また、第３および第４の面４３，４４によれば、第３および第４の面４３，４４で反射した光が大きな入射角で第１の面４１に入射するのを抑制でき、より多くの光を第１の面の前方へ進行させることができる。このため、発光素子２１の光を導光板１３に効率よく入射することができ、また、導光板１３内の遠くまで効率よく光を進行させることができる。それにより、バックライト装置３での光の利用効率が向上する。その結果、バックライト装置３において均一な面内輝度が得られる。また、そのような均一な面内輝度によれば、液晶表示装置１において高い表示品位が得られる。
上記の説明では図８の縦断面図を参照した。但し、外囲器２３は回転形状（図５の回転軸Ｂを参照）をしていることに鑑みれば、回転軸Ｂを通る縦断面であれば、その縦断面が素子基板２２に対して傾いていても、上記の説明は当てはまる。すなわち、外囲器２３の全体において上記効果を奏する。
他方、図９の平面図を参照すると、発光素子２１の出射光は、外囲器２３内に放射状に放たれ、第１の面４１に直接到達し、あるいは第３または第４の面４３，４４で反射して第１の面４１に到達する。第１の面４１は発光素子２１を中心にした球形状であるので、図９の平面図において発光素子２１の光は第１の面４１に対してほぼ垂直に入射し、空気層に出る。このため、第１の面４１に到達した光は、効率よく空気層に放たれる。すなわち、この点からも、発光素子２１から出射した光の利用効率（換言すれば、光の取り出し効率）が向上する。
そして、空気層に出た光は、導光板１３の側面１３ａの挿入部１３ｂから導光板１３内へ進入する。このとき、導光板１３の挿入部１３ｂは第１の面４１に沿った形状をしているので、図９の平面図において導光板１３の挿入部１３ｂに対してもほぼ垂直に入射する。このため、空気層と導光板１３の挿入部１３ｂとの界面での反射を抑制することができる。
また、図９を参照すると、上記のように発光素子２１の光は外囲器２３の第１の面４１と導光板１３の挿入部１３ｂとのいずれに対しても垂直に入射するので、発光素子２１の光は外囲器２３を通過し、さらに導光板１３へ進入しても放射状に進む。したがって、導光板１３に入射した光の強度分布は、発光素子２１の発光強度分布とほぼ同等になる。かかる点も、バックライト装置３および液晶表示装置１における均一な面内輝度および高い表示品位に貢献する。
なお、図８の例では、点光源１４の外囲器２３の上下に反射シート６１，６２が配置されている。反射シート６１，６２によれば、例えば導光板１３の挿入部１３ｂ内に生じた迷光を、導光板１３へ向けることが可能になる。その結果、導光板１３に入射する光の量が増え、輝度向上に貢献する。なお、下側の反射シート６２として、導光板１３の下に敷かれた反射シート１２を利用してもよい。あるいは、反射シート１２とは別個の部材として、反射シート６２を設けてもよい。
上記では外囲器２３の第３および第４の面４３，４４の縦断面（図５の第３および第４の輪郭線５３，５４を参照）が放物線形状である場合を例示したが、当該放物線形状を１つまたは複数の直線で近似してもよい。そのような近似形状によれば、外囲器２３の加工を簡略化できる。
＜実施の形態２＞
図１０に実施の形態２に係る点光源７４の断面図を示し、図１０にｘｙ座標を当てはめた図を図１１に示す。なお、図１０および図１１は図５および図６に対応する。実施の形態２に係る点光源７４と、実施の形態１に係る点光源１４とは、外囲器２３の形状が異なる。点光源７４のその他の構成は基本的に点光源１４と同じである。なお、点光源７４はバックライト装置３（図２参照）に適用可能であり、点光源７４を搭載したバックライト装置３は液晶表示装置１（図１参照）に適用可能である。
外囲器２３の相違に関し、点光源７４における第３の輪郭線５３は、点光源１４における第３の輪郭線５３を発光素子２１の上側に移動させた放物線形状（第１の放物線形状）をしている。また、点光源７４における第４の輪郭線５４は、点光源１４における第４の輪郭線５４を発光素子２１の下側に移動させた放物線形状（第２の放物線形状）をしている。
具体的には、第３の輪郭線５３の移動量をｅとすると、第３の輪郭線５３は点（ｃ，ｅ）を焦点とする放物線形状に対応する。その放物線形状は次式（９）で表される。
Figure 2014232572
また、第４の輪郭線５４の移動量は第３の輪郭線５３の移動量と同じであり、その場合、第４の輪郭線５４は点（ｃ，−ｅ）を焦点とする放物線形状に対応する。その放物線形状は次式（１０）で表される。
Figure 2014232572
なお、第１の面４１に対応する第１の輪郭線５１は既述の式（２）で表され、第２の面４２に対応する第２の輪郭線５２は既述の式（１）で表される。
つまり、式（１），（２）、（９）、（１０）で表される線で囲まれた範囲によって、点光源７４の外囲器２３の縦断面（換言すれば、第２の輪郭線５２を回転軸とする回転形状において、回転対象となる平面）の形状が規定される。
第３の面４３に対応する放物線形状の焦点をｙ軸方向（＋ｙ方向）にずらすことによって、第３の面４３で全反射した光が第１の面４１に入射する際の入射角γ（図１０参照）が、実施の形態１に係る同入射角に比べて、小さくなる。このため、第１の面４１に入射した光を効率よく空気層へ進行させることができる。かかる効果は第４の面４３についても同様である。
また、第２の面４２のｙ軸方向の寸法が長くなるので、第２の面４２と素子基板２２との接触面積が大きくなり、それにより外囲器２３と素子基板２２との接合強度を増加させることができる。また、外囲器２３が発光素子２１の前方へ細長く突出した形状になるのを回避でき、それにより外囲器２３自体の強度も増加させることができる。
なお、点光源７４，１４で共通する構成に関しては、点光源７４は点光源１４と同様の効果を奏する。
＜変形例＞
表示パネル２は液晶パネルに限定されるものではない。例えば、文字、図形等が描かれた透明板を表示パネル２として適用可能である。また、面状光源装置３は、表示装置のバックライト装置以外の用途にも適用可能である。例えば、室内の照明装置として、面状光源装置３を利用してもよい。また、点光源１４，７４は、面状光源装置３以外の用途にも適用可能である。例えば、室内の照明装置として、点光源１４，７４を利用してもよい。
また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１ 表示装置（液晶表示装置）、２ 表示パネル（液晶パネル）、３ 面状光源装置（バックライト装置）、１３ 導光板、１３ａ 側面、１３ｂ 挿入部、１４，７４ 点光源、２１ 発光素子、２３ 外囲器、３１ 第１の窪み、３２ 第２の窪み、４１ 第１の面、４２ 第２の面、４３ 第３の面、４４ 第４の面、５１ 第１の輪郭線、５２ 第２の輪郭線、５３ 第３の輪郭線、５４ 第４の輪郭線、Ｂ 回転軸。

Claims (10)

  1. 発光素子と、
    発光素子を封止する透光性の外囲器と
    を備え、
    前記外囲器は、
    前記発光素子から見て前記発光素子の前方に突出しており前記発光素子の左側と右側とに渡っている第１の面と、
    前記発光素子の左側と右側とにおいて前記第１の面に繋がっており前記発光素子に接している第２の面と、
    前記第１の面の上端と前記第２の面の上端とに繋がっており前記第１の面から前記第２の面へ向けて落ち込んだ第１の窪みを形成している第３の面と、
    前記第１の面の下端と前記第２の面の下端とに繋がっており前記第１の面から前記第２の面へ向けて落ち込んだ第２の窪みを形成している第４の面と
    を有する点光源。
  2. 前記第３および第４の面は前記発光素子に頂点を向けた半円錐形状をしている、請求項１に記載の点光源。
  3. 前記外囲器は、前記発光素子を通り前記発光素子の上下方向に伸びる直線を回転軸とする回転形状をしている、請求項１または２に記載の点光源。
  4. 前記第３および第４の面は、前記発光素子と前記第１〜第４の面とを通る断面において、前記発光素子の位置を焦点とする放物線形状をしている、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の点光源。
  5. 前記第３の面は、前記発光素子と前記第１〜第４の面とを通る断面において、前記発光素子の位置を焦点とする放物線形状を、前記発光素子の上側に移動させた第１の放物線形状をしており、
    前記第４の面は、前記断面において、前記発光素子の位置を焦点とする前記放物線形状を、前記発光素子の下側に移動させた第２の放物線形状をしている、
    請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の点光源。
  6. 前記第１の面は前記発光素子を中心とする球形状をしている、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の点光源。
  7. 前記発光素子は発光ダイオードである、請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の点光源。
  8. 請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の点光源と、
    前記点光源に側面を向けて配置された導光板と
    を備える面状光源装置。
  9. 前記導光板の前記側面は前記点光源の前記外囲器が挿入される挿入部を有し、前記挿入部の形状は、前記点光源の前記発光素子の上下方向に直交する平面上において、前記外囲器の前記第１の面に沿った形状である、請求項８に記載の面状光源装置。
  10. 請求項８または９に記載の面状光源装置と、
    前記面状光源装置上に配置された表示パネルと
    を備える表示装置。
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