JP2018018643A - 面光源装置および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】面状の光の均一性を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】面光源装置２００は、光を出射する光源７と、光源７に対して表示面１ａとは反対側の位置に配置され、かつ、光源７を保持する保持基板８と、表示面１ａ側から光源７を囲うように配置され、かつ、光源７から出射された光を入射する光入射面６１と、光入射面６１から入射した光を配光して出射する光出射面６２とを有する配光制御素子６と、配光制御素子６の内部で反射された光を表示面１ａ側へ反射させる反射部５と、光源７、保持基板８、配光制御素子６、および反射部５を収容する筐体９とを備えている。配光制御素子６と筐体９の内壁との間の領域のうち、少なくとも配光制御素子６に対して表示面１ａ側とは反対側の部分が反射部５により覆われている。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光源を用いて面状の光を出射する面光源装置、および面光源装置を用いて液晶パネルを裏面から照明することで、液晶パネルに映像を表示させる液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置が備える液晶パネルは、自ら発光しない。このため、液晶表示装置は、液晶パネルを照明する光源として、液晶パネルの裏面側に面光源装置としてのバックライト装置を備えている。

このようなバックライト装置の構成として、複数の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：以下、「ＬＥＤ素子」という）を並べた直下型のバックライト装置が知られている。

近年では、高効率で高出力であり、かつ、小型のＬＥＤ素子が開発されている。このため、バックライト装置に使用されるＬＥＤ素子またはＬＥＤＢＡＲの数を減らしても、計算上ではこれまでと同様の明るさを得ることができる。なお、ＬＥＤＢＡＲとは複数のＬＥＤ素子を並べて１つの電子部品としたものである。

例えば特許文献１，２では、安価で均一な明るさを得ることができるバックライト装置を構成するため、ＬＥＤ素子から出射される光をシリンドリカルレンズで拡げる技術が開示されている。

特開２００６−２８６６０８号公報 特開２０１４−３８６９７号公報

しかしながら、特許文献１，２に記載の技術では、シリンドリカルレンズの媒質中から空気中へと光が透過する際に、その境界面、すなわち、シリンドリカルレンズの内部で反射光が発生する。また、ＬＥＤ素子からの光の発散角を拡げるほど反射光は増加する。このため、面状に照射された光の均一性を向上させることは困難である。特に、照射領域の周辺での光量の低下を抑えることは難しい。

そこで、本発明は、面状の光の均一性を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る面光源装置は、面状の光を出射する面光源装置であって、光を出射する光源と、前記光源に対して前記面光源装置の表示面とは反対側の位置に配置され、かつ、前記光源を保持する保持基板と、前記表示面側から前記光源を囲うように配置され、かつ、前記光源から出射された光を入射する光入射面と、前記光入射面から入射した光を配光して出射する光出射面とを有する配光制御素子と、前記配光制御素子の内部で反射された光を前記表示面側へ反射させる第１の反射部と、前記光源、前記保持基板、前記配光制御素子、および前記第１の反射部を収容する筐体とを備え、前記配光制御素子と前記筐体の内壁との間の領域のうち、少なくとも前記配光制御素子に対して前記表示面側とは反対側の部分が前記第１の反射部により覆われているものである。

本発明によれば、配光制御素子と筐体の内壁との間の領域のうち、少なくとも配光制御素子に対して表示面側とは反対側の部分が第１の反射部により覆われているため、配光制御素子の内部で反射されて、配光制御素子に対して表示面側とは反対側に進行した光を、第１の反射部により表示面側へ反射させることができる。これにより、配光制御素子の光出射面から出射した直接光と、配光制御素子の内部で反射された反射光との両方を照明光として利用することができる。よって、面状の光の均一性を向上させることができる。

実施の形態に係る液晶表示装置の構成をｙ−ｚ平面から視た構成図である。 液晶表示装置の面光源装置の構成をｘ−ｙ平面から視た構成図である。 面光源装置の光源から出射された光が配光制御素子を透過する際の挙動をｙ−ｚ平面から視た構成図である。 面光源装置の光源から出射された光が配光制御素子を透過する際の挙動をｘ−ｙ平面から視た構成図である。 面光源装置の光源から出射された光が配光制御素子を透過する際の挙動をｙ−ｚ平面から視た構成図である。 面光源装置の光源から出射された光が配光制御素子を透過する際の挙動をｘ−ｙ平面から視た構成図である。 面光源装置の光源周辺の構成をｙ−ｚ平面から視た構成図である。 実施の形態の変形例１に係る面光源装置の光源周辺の構成をｙ−ｚ平面から視た構成図である。 実施の形態の変形例２に係る面光源装置の光源周辺の構成をｙ−ｚ平面から視た構成図である。

＜実施の形態＞
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態に係る液晶表示装置１００の構成をｙ−ｚ平面から視た構成図である。図２は、液晶表示装置１００の面光源装置２００の構成をｘ−ｙ平面から視た構成図である。なお、説明を容易にするために、各図中にｘｙｚ直交座標系の座標軸を示す。

以下の説明において、液晶パネル１の短辺方向をｙ軸方向とする。液晶パネル１の長辺方向をｘ軸方向とする。ｘ軸およびｙ軸を含む平面であるｘ−ｙ平面に直交する方向をｚ軸方向とする。ここで、ｘ軸方向は、図１の紙面に向かって奥行き方向である。ｙ軸方向は、図１の紙面に向かって左右方向である。ｚ軸方向は、図１の紙面に向かって上下方向である。

さらに、図１の紙面に向かって奥側をｘ軸の正方向、すなわち、＋ｘ軸方向とし、手前側を、ｘ軸の負方向、すなわち、−ｘ軸方向とする。

図１の紙面に向かって左側をｙ軸の正方向、すなわち、＋ｙ軸方向とし、右側をｙ軸の負方向、すなわち、−ｙ軸方向とする。また、液晶表示装置１００が映像を表示する方向をｚ軸の正方向、すなわち、＋ｚ軸方向とし、その反対方向を、ｚ軸の負方向、すなわち、−ｚ軸方向とする。さらに、＋ｚ軸方向側を表示面１ａ側という。−ｚ軸方向側を裏面１ｂ側という。

＜液晶表示装置１００および面光源装置２００の構成＞
図１に示すように、実施の形態１に係る液晶表示装置１００は、透過型の液晶パネル１および面光源装置２００を備えている。また、液晶表示装置１００は、光学シート２，３をさらに備えている。

図１に示すように、面光源装置２００は、光源７、保持基板８、配光制御素子６、第１の反射部としての反射部５、拡散板４、および筐体９を備えている。

図１では、面光源装置２００は、光学シート３および光学シート２を通して、液晶パネル１の裏面１ｂに光を照射している。液晶パネル１、光学シート２、光学シート３、および面光源装置２００は、＋ｚ軸方向から−ｚ軸方向に向けて順に配列されている。

面光源装置２００は、面状の光を出射する。液晶パネル１は、面光源装置２００から出射された面状の光を画像光に変換する。ここで、「画像光」とは、画像情報を有する光のことである。

液晶パネル１の表示面１ａは、ｘ−ｙ平面に平行な面である。また、表示面１ａは、液晶パネル１の＋ｚ軸方向側の面である。液晶パネル１の液晶層は、ｘ−ｙ平面に平行な方向に拡がる面状の構造を有している。

液晶パネル１の表示面１ａは、通常、矩形形状である。表示面１ａにおける隣接する２辺であるｘ軸方向の長辺とｙ軸方向の短辺は、直交している。ただし、表示面１ａの形状は、他の形状であってもよい。

光学シート２は、細かな照明むらなどの光学的影響を抑制する。光学シート３は、拡散板４から放射された光を液晶パネル１の表示面１ａの法線方向に向ける。

拡散板４は、透過する光を拡散させる。「拡散」とは、拡がり散ることである。つまり、光が散乱することである。拡散板４は、例えば、薄板形状である。また、拡散板４は、例えば、シート状であってもよいし、基板上に形成された膜状であってもよい。基板は、例えば、拡散膜が形成される透明な板などを意味する。

筐体９は、例えば金属または樹脂を用いて形成されている。筐体９は、上方に開口する箱形状に形成され、光源７、保持基板８、配光制御素子６、および反射部５を収容する部材である。

反射部５は、光を反射する部材であり、詳細については後述するが、配光制御素子６の内部で反射された光を表示面１ａ側へ反射させる機能を有している。反射部５は、ｘ−ｙ平面に平行な１つの底面５１と、４つの側面５２とを備えている。つまり、反射部５は５つの面を備えており、筐体９と同様に箱形状に形成されている。反射部５の外形寸法は、筐体９の内形寸法よりも僅かに小さく形成されている。このため、筐体９は反射部５を収容可能である。

４つの側面５２のうち、底面５１のｘ軸方向と平行な辺に接続された２つの側面５２は、＋ｚ軸方向に向かって互いの間隔が拡がるように傾斜している。つまり、−ｙ軸方向側の側面５２は、−ｘ軸方向から視て、ｘ−ｚ平面を底面５１との接続部分を中心に、時計回りに回転させて傾斜させた形状である。また、＋ｙ軸方向側の側面５２は、−ｘ軸方向から視て、ｘ−ｚ平面を底面５１との接続部分を中心に、反時計回りに回転させて傾斜させた形状である。なお、「−ｘ軸方向から視て」とは、−ｘ軸方向側から＋ｘ軸方向側を視ることである。

これと同様に、４つの側面５２のうち、底面５１のｙ軸方向と平行な辺に接続された２つの側面５２は、＋ｚ軸方向に向かって互いの間隔が拡がるように傾斜している。つまり、−ｘ軸方向側の側面５２は、−ｙ軸方向から視て、ｙ−ｚ平面を底面５１との接続部分を中心に、反時計回りに回転させて傾斜させた形状である。また、＋ｘ軸方向側の側面５２は、−ｙ軸方向から視て、ｙ−ｚ平面を底面５１との接続部分を中心に、時計回りに回転させて傾斜させた形状である。

反射部５の内面は、反射面である。なお、反射部５の反射面は、例えば拡散反射面であってもよい。反射部５として、例えば、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂を基材とした光反射シート、または基板の表面に金属を蒸着させた光反射シート等を採用することができる。

反射部５の底面５１に対向する＋ｚ軸方向には、開口部５３が形成されている。反射部５は、拡散板４とで中空の箱形状を構成する。この中空の箱は、反射面および拡散面を備えている。

ここで、拡散板４の配置位置について説明する。拡散板４は、反射部５の＋ｚ軸側に配置されている。拡散板４は、反射部５の開口部５３を覆うように配置されている。つまり、拡散板４は、面光源装置２００の光出射面に配置されている。

なお、以下の説明で、例えば、「光は拡散板４に到達する」などの説明をしている。上記のように、一例として、反射部５の開口部５３に拡散板４が配置されている。このため、「光は拡散板４に到達する」は、「光は開口部５３に到達する」に言い換えることができる。また、開口部５３または拡散板４は、面光源装置２００の光出射面として機能している。このため、「光は拡散板４に到達する」は、「光は面光源装置２００の光出射面に到達する」に言い換えることができる。

配光制御素子６は、光源７から出射された光の配光を変更する光学素子である。ここで、「配光」とは、光源７の空間に対する光度分布をいう。つまり、光源７から出る光の空間的分布である。また、「光度」とは、発光体の放つ光の強さの程度を示すもので、ある方向の微小な立体角内を通る光束を、その微小立体角で割ったものである。つまり、「光度」とは、光源７からどのくらい強い光が出ているかを表す物理量である。

図１と図２に示すように、配光制御素子６は、表示面１ａ側、すなわち、＋ｚ軸側から、光源７を囲うように配置されている。配光制御素子６は、例えばｘ軸方向に延びる棒形状の光学素子であり、例えばシリンドリカルレンズである。なお、図２では、図面を見やすくするために筐体９の図示は省略されている。

シリンドリカルレンズは、円筒形の屈折面（以下、単に「円筒面」という）を有するレンズである。つまり、シリンドリカルレンズは、第１の方向に曲率を有し、第１の方向に直交する第２の方向に曲率を有さない。シリンドリカルレンズに光が入射すると、一方向だけの集光または発散が行われる。凸形状のシリンドリカルレンズに平行光を入射させると線状に集光する。この集光された線を、焦線という。ここで、第１の方向はｙ軸方向であり、第２の方向はｘ軸方向である。配光制御素子６は、例えばアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの透明材料を用いて形成されている。

図３から図６は、光源７から出射された光が配光制御素子６を透過する際の挙動を示した図である。より具体的には、図３および図５は、ｙ−ｚ平面において光源７から出射された光のうちの光軸Ｃ付近の光の進み方を示した図である。図４および図６は、ｘ−ｙ平面において光源７から出射された光のうちの光軸Ｃに対する角度が広い光の進み方を示した図である。図３および図５は、ｙ−ｚ平面の断面形状で示されている。ただし、図中においては光を矢印で示し、矢印で示した光を見やすくするために、断面部分のハッチングを省略している。また、本実施の形態において、配光制御素子６の光軸Ｃはｚ軸と平行である。

図３と図５に示すように、配光制御素子６は、光源７から出射された光を入射する光入射面６１を備えている。また、配光制御素子６は、光入射面６１から入射した光を配光して出射する光出射面６２を備えている。なお、配光制御素子６がｘ軸方向に延びる棒形状の光学素子である場合について説明する。

配光制御素子６の光出射面６２は、配光制御素子６における＋Ｚ軸側の面である。また、光出射面６２は、第１の方向としてのｙ軸方向に曲率を有し、第２の方向としてのｘ軸方向に曲率を有さないシリンドリカル面、すなわち、円筒面である。光入射面６１は、配光制御素子６における−Ｚ軸側の面のｙ軸方向中央部に形成されている。また、光入射面６１は、第２の方向としてのｘ軸方向に延びる溝形状に形成されている。上記のように、配光制御素子６は、シリンドリカル面を有することから、配光制御素子６では、ｙ−ｚ平面上で集光または発散が行われる。

光源７は、配光制御素子６において光入射面６１により形成された凹部６１ａに配置されている。凹部６１ａは、光入射面６１の−ｚ軸側の空間である。光出射面６２は、配光制御素子６の＋ｚ軸側に形成されている。光出射面６２には、光軸Ｃが通っている。つまり、光出射面６２は、光軸Ｃと交点を有する。

「光軸」とは、レンズまたは球面鏡などの、中心と焦点とを通る直線である。円筒面の場合には、「光軸」は曲率を有する断面形状のレンズ形状で定められる。本実施の形態では、ｙ−ｚ平面上での光出射面６２の形状で光軸Ｃを定めている。なお、本実施の形態では、「円筒面の軸」とは、光軸Ｃとは異なり、ｘ軸に平行な軸である。

光源７は、例えば固体光源であり、例えば、ＬＥＤ素子を用いた光源である。光源７は、例えば、有機エレクトロルミネッセンス光源、または平面上に塗布された蛍光体に励起光を照射して発光させる光源等も含む。なお、本実施の形態では、光源７はＬＥＤ素子を用いた光源として説明する。

次に、光源７の配置位置について説明する。図７は、面光源装置２００の光源７周辺の構成をｙ−ｚ平面から視た構成図である。

図７に示すように、複数の光源７は、保持基板８の＋ｚ側の面に配置されている。各光源７は、例えば、ｘ軸方向に所定の間隔をあけて並べた状態で配置されている。すなわち、各光源７は、光出射面６２における円筒面の軸方向に所定の間隔をあけて並べた状態で配置されている。

光源７の−ｚ軸側の面は、光源７に給電などが行われる面である。このため、光源７の−ｚ軸側の面は、保持基板８の＋ｚ側の面に電気的に接触している。例えば、光源７が直方体形状である場合には、光源７は５面の発光面を有する。なお、実施の形態では、光源７の光軸は、配光制御素子６の光軸Ｃ（図３参照）と一致している。

保持基板８は、ｘ軸方向に延びるように形成され、保持基板８におけるｘ軸方向の長さは、配光制御素子６におけるｘ軸方向の長さと略同じ長さである。保持基板８は、例えば複数の光源７が実装された基板である。各光源７は、保持基板８の＋ｚ側の面にｘ軸方向に所定の間隔をあけて並べた状態で実装され、複数の光源７が実装された保持基板８は、配光制御素子６の凹部６１ａに配置されている。

保持基板８の＋ｚ側の面には、例えば、白色のレジスト層またはレジスト層の上に白色のシルク層が形成されている。白色のレジスト層および白色のシルク層は、高い反射率を有する、例えばＴｉＯ₂などからなる層である。これにより、保持基板８の＋ｚ側の面、すなわち、光源７を保持する側の面は、光を反射する反射面になっている。保持基板８は、反射部５の底面５１上に配置されている。より具体的には、反射部５の底面５１におけるｙ軸方向の中央部に、ｘ軸方向に延びる穴部５１ａが形成され、穴部５１ａに保持基板８が配置されている。

また、保持基板８の＋ｚ軸側の面におけるｙ軸方向の中央部を除く部分は、配光制御素子６の−ｚ軸側の面に接触した状態で配置されており、配光制御素子６の内部で反射された光を表示面１ａ（図１参照）側、すなわち、＋ｚ軸方向へ反射させることができる。

反射部５は、筐体９の内壁に接触させた状態で配置され、上記のように、反射部５の底面５１の穴部５１ａに保持基板８が配置されている。保持基板８の−ｚ軸側の面は、筐体９と接触し、光源７で発生した熱は保持基板８を介して筐体９へ伝えることで放熱している。なお、例えば、保持基板８と筐体９との間に放熱シートを配置して放熱効果を高めてもよい。

＜光の挙動＞
次に、光の挙動について説明する。図３に示すように、光源７から出射された光は、光入射面６１から配光制御素子６の内部に入射する。詳細に説明すると、光入射面６１に達した光は、光入射面６１によって屈折して、配光制御素子６の内部へ入射する。

スネルの法則により、光が屈折率の小さな媒質に入射するとき、光の屈折角は、光の入射角よりも大きくなる。光が屈折率の大きな媒質に入射するとき、光の屈折角は、光の入射角よりも小さくなる。

図３から図６に示すように、光軸Ｃよりも−ｙ軸方向に光源７から出射された光は、光入射面６１で−ｙ軸方向に屈折する。

ここで、図３と図４は光源７から出射される光のうち、ｙ−ｚ平面上のみに拡がる光の一部を示している。ｙ−ｚ平面上のみに拡がる光線とは、図４の紙面に向かって上下方向のみに拡がる光を意味する。図３は−ｘ軸方向からｙ−ｚ平面を視た図であり、図４は＋ｚ軸方向からｘ−ｙ平面を視た図である。

図５と図６は光源７から出射される光のうち、ｘ軸方向へ拡がる角度成分を持つ光の一部を示している。ｘ軸方向へ拡がる角度成分を持つ光とは、図６の紙面に向かって右斜め下方向またはｘ軸と平行に拡がる光を意味する。図５は−ｘ軸方向からｙ−ｚ平面を視た図であり、図６は＋ｚ軸方向からｘ−ｚ平面を視た図である。

光源７から出射された光は配光制御素子６の内部を進行した後に、光出射面６２に達する。光出射面６２は、配光制御素子６の＋ｚ軸側の面であり、円筒面形状に形成されている。この円筒面形状の光出射面６２によって、光は光軸Ｃに対して角度が大きくなる方向に屈折する。

例えば、配光制御素子６の材質がアクリル樹脂で屈折率１．４９の場合、光出射面６２に入射される光の入射角が４２．１°を超えると全反射条件を満たす。このため、光入射面６１から入射された光は、境界面である光出射面６２で反射して−ｚ軸方向へ折り返される。

図３と図４で示したｙ−ｚ平面上のみに拡がる光であれば、配光制御素子６の断面形状に対して入射角が４２．１°以下になるように設計することで、光出射面６２から拡散板４へ向けて光を拡げることができる。

しかし、図５と図６で示したｘ軸方向へ拡がる角度成分を持つ光は、配光制御素子６の断面形状に対する入射角にｘ軸方向の角度成分が合成され、入射角が大きくなる。このため、ｘ軸方向へ拡がる角度成分が大きな光は光出射面６２で反射しやすくなる。

光出射面６２で反射された光は、−ｚ軸方向へ進み、配光制御素子６の底面または側面の一部で透過または屈折されて、反射部５へ達する。また、光出射面６２で反射された光の一部は、保持基板８の＋ｚ軸側の反射面へ達する。

図１、図５および図６に示すように、反射部５へ到達した光は拡散反射され、一部の光は再度配光制御素子６の内部へ入射され、配光制御素子６の光出射面６２で屈折されて拡散板４の方向へ進む。残りの光は直接拡散板４の方向へ進む。保持基板８の＋ｚ軸側の反射面に到達した光は、保持基板８の反射面で反射されて、再度配光制御素子６の内部へ入射され、配光制御素子６の光出射面６２で屈折されて拡散板４の方向へ進む。

上記のように、拡散板４に進む光は配光制御素子６で屈折されて直接拡散板４の方向へ向かう直接光成分と、配光制御素子６の内部で反射されて反射部５で拡散反射され、拡散板４へ向かう反射光成分に分けることができる。

ここで、反射光成分は反射部５で拡散しているため、配光制御素子６で制御することは難しい。つまり、面光源装置２００の光出射面で光源７から出射された光を効率良く利用するためには、反射光成分を含めて配光を整える必要がある。そして、均一な分布を得るためには、反射光成分に合わせて直接光成分の分布があえて不均一になるように配光制御素子６で制御する必要がある。

拡散板４に到達した光の一部は、反射され、反射部５の方へ進む。反射部５の方へ進んだ光は、反射部５の底面５１または側面５２で反射されて、再び拡散板４に到達する。拡散板４を透過する光は拡散される。そして、拡散板４を透過した光は、均一性を増した面状の照明光となる。

拡散板４を透過した光は、液晶パネル１の裏面１ｂに向けて放射される。この照明光は、光学シート３および光学シート２を介して、液晶パネル１の裏面１ｂに照射される。裏面１ｂは、液晶パネル１における−ｚ軸側の面である。

なお、本実施の形態では、反射部５は、底面５１および側面５２を有する箱形状として説明したがこれに限定されない。配光制御素子６の内部で反射された光を表示面１ａ側へ反射させることを目的として、配光制御素子６と筐体９の内壁との間の領域のうち、少なくとも配光制御素子６に対して表示面１ａ側とは反対側の部分が反射部５により覆われていればよい。このため、反射部５は、側面５２を有さず、底面５１だけを有していてもよいし、さらに底面５１は、配光制御素子６の−ｚ側部分のみを覆う形状であってもよい。これにより、反射部５のサイズを小さくすることができることから、製品コストを低減することが可能となる。

また、本実施の形態では、配光制御素子６を、例えば、棒形状の光学素子として説明した。しかし、配光制御素子６は、棒形状の光学素子に限定されない。１つの配光制御素子６により１つの光源７を囲むことが可能に、配光制御素子６はｘ軸方向の長さが１つの光源７よりも少し長くした形状であってもよく、１つの光源７に１つの配光制御素子６を取り付けても棒形状の場合と同様の効果が得られる。

しかし、配光制御素子６が棒形状の場合には、配光制御素子６は押出し成形によって製造することができる。通常、直下型のバックライト装置では、１つの光源７に１つのレンズが装着されている。しかし、棒形状の配光制御素子６では、１列に並べられた複数の光源７に対して１つのレンズ、すなわち、１つの配光制御素子６でよいという利点がある。

このため、配光制御素子６の部品点数を減らすことができる。また、個々の光源７にレンズとしての配光制御素子６を装着する場合には、光源７を配置した保持基板８と個々の配光制御素子６とを接着する必要がある。しかし、本実施の形態の配光制御素子６では、１列に並べられた複数の光源７に対して、１つの配光制御素子６を接着するため、接着作業が容易になる。

また、例えば、複数のレンズを１つの光学素子で構成するレンズアレイのような、光源７に対してｘ−ｙ平面において位置決めが必要な光学素子を採用することが考えられる。しかし、光源７の数の増減によって、光学素子の金型を変更する必要がある。このため、面光源装置２００の仕様の変更に対する汎用性が低くなる。

これに対して、本実施の形態の配光制御素子６では、光源７の数の増減に対して、配光制御素子６の金型の変更は不要である。このため、配光制御素子６は、面光源装置２００の仕様の変更に対する汎用性が高くなる。つまり、光源７の数を変更するだけで、面光源装置２００の輝度を調整できる。このため、最適な数の光源７を配置することができる。

また、配光制御素子６を押出し成形で製造した場合には、そのｘ軸方向の長さは自由に変更可能である。このため、例えば、大きさが異なる液晶表示装置１００を製造する場合でも、同じ金型で対応できる。

以上のように、実施の形態に係る面光源装置２００では、配光制御素子６と筐体９の内壁との間の領域のうち、少なくとも配光制御素子６に対して表示面１ａ側とは反対側の部分が反射部５により覆われているため、配光制御素子６の内部、より具体的には、配光制御素子６の光出射面６２で反射されて、配光制御素子６に対して表示面１ａ側とは反対側に進行した光を、反射部５により表示面１ａ側へ反射させることができる。これにより、配光制御素子６の光出射面から出射した直接光と、配光制御素子６の内部で反射された反射光との両方を照明光として利用することができる。よって、面状の光の均一性を向上させることができる。

さらに、配光制御素子６と筐体９の内壁との間の領域のうち、少なくとも配光制御素子６に対して表示面１ａ側とは反対側の部分が反射部５により覆われていればよいため、反射部５は、側面５２を有さず、底面５１だけを有していてもよく、さらに底面５１は、配光制御素子６の−ｚ側部分のみを覆う形状であってもよい。これにより、反射部５のサイズを小さくすることができることから、製品コストを低減することが可能となる。

また、実施の形態に係る液晶表示装置１００は、面光源装置２００と、面光源装置２００から出射された面状の光を画像光に変換する液晶パネル１とを備えたため、上記のように面状の光の均一性を向上させることで、液晶パネル１に表示される画像の輝度を均一化することができる。

面光源装置２００および液晶表示装置１００では、簡素で汎用性の高い配光制御素子６によって、少ない光源７の数で、均一性の高い輝度分布を得ることができる。

また、面光源装置２００は、均一性の高い輝度分布の面状の光を発するため、液晶表示装置のバックライト以外の装置、例えば、部屋の照明等で用いられる照明装置、または写真などを裏面側から照明する公告表示装置などにも採用することができる。

保持基板８における光源７を保持する側の面は反射面である。したがって、配光制御素子６の内部で反射された光を表示面１ａ側、すなわち、＋ｚ軸方向へ反射させることができる。

配光制御素子６の光出射面６２は、ｙ軸方向に曲率を有し、ｙ軸方向に直交するｘ軸方向に曲率を有さないシリンドリカル面であり、配光制御素子６の光入射面６１は、ｘ軸方向に延びる溝形状に形成されている。したがって、配光制御素子６の光入射面６１に入射された光は配光制御素子６の光軸Ｃに対して角度が大きくなる方向に屈折して光出射面６２から出射するため、拡散板４に向けて光を拡げることができる。

なお、配光制御素子６は透明材料を用いて形成されると説明したが、拡散材を含む材料を採用することもできる。光が拡散材に入射すると、光は拡散されて、進行方向を変える。このため、配光制御素子６の内部を進む光は、ランダムな方向に進行方向が変更される。そして、進行方向を変更された光は、配光制御素子６の光出射面６２に達する。このため、配光制御素子６から出射された光によって、広い範囲に照射することができる。

また、透明な材料を用いて、配光制御素子６の光入射面６１または光出射面６２に凹凸形状の領域を設けてもよい。つまり、光入射面６１または光出射面６２に微小な凹凸形状の領域を設けてもよい。ここで、凹凸形状は、光入射面６１または光出射面６２の全域に設けられてもよいし、光入射面６１または光出射面６２の一部に設けられてもよい。

光入射面６１または光出射面６２に設けられた凹凸形状の領域によって、光の進行方向がランダムに変わる。このため、配光制御素子６から出射された光によって、広い範囲に照射することができる。

拡散材または凹凸形状を採用して光を拡散することで、光の進む方向がランダムとなるため、明線を和らげることができる。「明線」とは、面光源装置２００の光出射面上に、線状にできる輝度の高い領域のことである。

また、複数の光源７を並べて配置することで発生する面光源装置２００の光出射面上の輝度ムラを、光を拡散することで緩和することができる。つまり、明るい部分と暗い部分との差を緩和することができる。

また、凹凸形状は、全ての領域において同一の粗さにする必要はない。例えば、光入射面６１の凹凸形状を、光出射面６２の凹凸形状よりも小さくすることができる。

ただし、拡散材または凹凸形状による光の拡散の程度は、光入射面６１および光出射面６２による光の屈折の程度に比べて小さくする必要がある。なぜならば、配光制御素子６から出射される光の配光において、拡散材または凹凸形状による影響が支配的となり、光入射面６１および光出射面６２の設計により配光を調整することが難しくなるからである。

このことについてさらに説明すると、光の配光は、光入射面６１および光出射面６２による屈折によって、面光源装置２００の光出射面、すなわち、拡散板４に向けられる。このため、光の拡散の要因が増すと、光源７の近くのみが明るくなり、光源７から離れるにつれて暗くなる可能性があるからである。

＜変形例１＞
次に、実施の形態の変形例１について説明する。図８は、実施の形態の変形例１に係る面光源装置２００の光源７周辺の構成をｙ−ｚ平面から視た構成図である。

図８に示すように、実施の形態の変形例１では、面光源装置２００は、配光制御素子６と保持基板８との間の領域に配置される第２の反射部としての反射部５０をさらに備えている。反射部５０は、反射部５とは別部材であり、反射部５０の＋ｚ側の面は反射面である。なお、反射部５０の反射面は、例えば拡散反射面であってもよい。反射部５０として、例えば、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂を基材とした光反射シート、または基板の表面に金属を蒸着させた光反射シート等を採用することができる。

反射部５０は、ｘ軸方向に延びる平板状に形成され、配光制御素子６と保持基板８との間の領域に配置されている。すなわち、反射部５０は、反射部５の底面５１よりも＋ｚ側に配置されている。反射部５０のｙ軸方向の長さは、配光制御素子６のｙ軸方向の長さよりも少し長く形成されており、反射部５０のｙ軸方向における両端部は、配光制御素子６から突出している。

反射部５０におけるｙ軸方向の中央部には、ｚ軸方向の両端部を除いて穴部５０ａが形成されている。保持基板８における反射部５０の穴部５０ａを除く部分に対応する領域は、反射部５０により覆われている。また、保持基板８における反射部５０の穴部５０ａに対応する領域、すなわち、光源７が配置される領域は反射部５０から露出している。なお、反射部５０は、反射部５とは別部材であるとして説明したが、反射部５０は、反射部５の底面５１における保持基板８のｙ軸方向の両端部に対応する部分を折り曲げることで反射部５と一体的に形成してもよい。

以上のように、実施の形態の変形例１に係る面光源装置２００は、配光制御素子６と保持基板８との間の領域に配置される反射部５０をさらに備えた。通常、保持基板８の＋ｚ側の面には配線が設けられているため、保持基板８の反射面の領域が限定され、保持基板８の＋ｚ側の面全域を反射面にすることはできない。しかし、反射部５０では＋ｚ側の面全域を反射面にすることができることから、反射部５０を設けない場合よりも、配光制御素子６に対して表示面１ａ側とは反対側の領域における光の反射率が向上し、光の利用効率を向上させることができる。

＜変形例２＞
次に、実施の形態の変形例２について説明する。図９は、実施の形態の変形例２に係る面光源装置２００の光源７周辺の構成をｙ−ｚ平面から視た構成図である。

図９に示すように、実施の形態の変形例２では、反射部５における配光制御素子６に対応する部分は、光源７から離れる方向に向かって表示面１ａとは反対側に傾斜した形状に形成されている。より具体的には、筐体９における保持基板８に対応する部分は、＋ｚ軸方向に突出している。さらに、反射部５の底面５１および筐体９における配光制御素子６のｙ軸方向の両端部に対応する部分は、光源７から離れる方向に向かって−ｚ軸方向に傾斜した形状に形成されている。ここで、底面５１の穴部５１ａは、筐体９における＋ｚ軸方向に突出した部分の底面に位置している。

なお、筐体９は＋ｚ軸方向に突出させずに、光源７をアルミ板等で＋ｚ軸方向にかさ上げし、筐体９と光源７とのｚ軸方向の距離を大きくしてもよい。

以上のように、実施の形態の変形例２に係る面光源装置２００では、反射部５における配光制御素子６に対応する部分は、光源７から離れる方向に向かって表示面１ａとは反対側に傾斜した形状に形成されている。したがって、配光制御素子６の内部で反射して−ｚ軸方向へ進む光は反射部５の底面５１の傾斜部分に反射するため、図７に示した反射部５の底面５１がｘ−ｙ平面に対して平行な場合と比べて、反射光成分をさらに光源７から離れる方向へ光を拡げることが可能となる。これにより、反射光成分の分布をさらに均一に近づけることができる。

なお、上記の実施の形態および変形例においては、「平行」などの部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す用語を用いている場合がある。これらは、製造上の公差または組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを表している。このため、請求の範囲に部品間の位置関係または部品の形状を示す記載をした場合には、製造上の公差または組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含むことを示している。

また、上記のように実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 液晶パネル、５ 反射部、６ 配光制御素子、７ 光源、８ 保持基板、９ 筐体、５０ 反射部、１００ 液晶表示装置、２００ 面光源装置。

Claims (7)

1. 面状の光を出射する面光源装置であって、
   光を出射する光源と、
   前記光源に対して前記面光源装置の表示面とは反対側の位置に配置され、かつ、前記光源を保持する保持基板と、
   前記表示面側から前記光源を囲うように配置され、かつ、前記光源から出射された光を入射する光入射面と、前記光入射面から入射した光を配光して出射する光出射面とを有する配光制御素子と、
   前記配光制御素子の内部で反射された光を前記表示面側へ反射させる第１の反射部と、
   前記光源、前記保持基板、前記配光制御素子、および前記第１の反射部を収容する筐体と、
   を備え、
   前記配光制御素子と前記筐体の内壁との間の領域のうち、少なくとも前記配光制御素子に対して前記表示面側とは反対側の部分が前記第１の反射部により覆われている、面光源装置。
2. 前記保持基板における前記光源を保持する側の面は反射面である、請求項１記載の面光源装置。
3. 前記配光制御素子と前記保持基板との間の領域に配置される第２の反射部をさらに備えた、請求項１または請求項２記載の面光源装置。
4. 前記第１の反射部における前記配光制御素子に対応する部分は、前記光源から離れる方向に向かって前記表示面とは反対側に傾斜した形状に形成されている、請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の面光源装置。
5. 前記配光制御素子は、前記光入射面または前記光出射面に凹凸形状の領域を有する、請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の面光源装置。
6. 前記配光制御素子の前記光出射面は、第１の方向に曲率を有し、前記第１の方向に直交する第２の方向に曲率を有さないシリンドリカル面であり、
   前記配光制御素子の前記光入射面は、前記第２の方向に延びる溝形状に形成されている、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の面光源装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の面光源装置と、
   前記面光源装置から出射された面状の光を画像光に変換する液晶パネルと、
   を備えた、液晶表示装置。

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