JP3516005B2 - 面光源装置 - Google Patents

面光源装置

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JP3516005B2 JP01983097A JP1983097A JP3516005B2 JP 3516005 B2 JP3516005 B2 JP 3516005B2 JP 01983097 A JP01983097 A JP 01983097A JP 1983097 A JP1983097 A JP 1983097A JP 3516005 B2 JP3516005 B2 JP 3516005B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は面光源装置に関す
る。具体的にいうと、本発明は液晶表示装置や照明装置
などに用いられる面光源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】(第1の従来例) 従来例の面光源装置1を図1の分解斜視図及び図2の断
面図により示す。面光源装置1は、光を閉じ込めるため
の導光板2と発光部3と反射板4とから構成されてい
る。導光板2はポリカーボネイト樹脂やメタクリル樹脂
等の透明で屈折率の大きな樹脂により成形されており、
導光板2の下面には凹凸加工や拡散反射インクのドット
印刷等によって拡散パターン5が形成されている。発光
部3は、回路基板6上に複数の発光ダイオード(LE
D)等のいわゆる点光源7を実装したものであって、導
光板2の側面(光入射面8)に対向している。反射板4
は、反射率の高い例えば白色樹脂シートによって形成さ
れており、両面テープ9によって両側部を導光板2の下
面に貼り付けられている。
【0003】また、面光源装置1において導光板2の光
出射面10の4方周縁を除いた矩形領域が、液晶等の照
明に実際に使用される有効領域である。
【0004】しかして、図2に示すように、発光部3か
ら出射されて光入射面8から導光板2の内部に導かれた
光fは、導光板2内部で全反射することによって導光板
2内部に閉じ込められる。導光板2内部の光fは拡散パ
ターン5に入射すると拡散反射され、光出射面10へ向
けて全反射の臨界角よりも小さな角度で反射された光f
が光出射面10から外部へ取り出される。また、導光板
2下面の拡散パターン5の存在しない箇所を透過した光
fは、反射板4によって反射されて再び導光板2内部へ
戻るので、導光板2下面からの光量損失が防止される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】点光源を用いた上記の
ような面光源装置1は、低消費電力化のため、点光源7
で疑似的に線状光源化を図ったものであった。すなわ
ち、点光源7を一列に配列することによって冷陰極線管
のような線状光源を模したものである。従って、より低
消費電力化を図るためには、点光源7の数を減らして、
好ましくは1つの点光源7により高輝度で輝度ばらつき
の少ない面光源装置1を得ることが望まれる。
【0006】しかしながら、1つの点光源7で面光源装
置1を光らせようとすると、図3に示すように、点光源
7からの光fが導光板11の光入射面8で全反射するた
め、導光板2との結合効率が悪く、面光源装置1の輝度
が低かった。さらに、導光板2の隅部分11(図3で斜
線を施した領域)が有効領域Rの隅部にまでわたって暗
くなり、面光源装置1に大きな輝度ばらつきが発生して
いた。
【0007】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、面光源装置
の輝度分布を均一化し、また輝度を向上させることにあ
る。
【0008】
【発明の開示】請求項1に記載の面光源装置は、光入射
面より導入された光を閉じ込めて光出射面から外部へ取
り出すための導光板と、導光板の光入射面側に配置され
た、導光板の光入射面の幅と比較して小さな光源とを備
え、光源から出射された光を光入射面から導光板内部に
導いて導光板内部に閉じ込め、導光板の光出射面から外
部へ取り出す面光源装置において、前記光源の両側で、
導光板の光入射面側の端部に、光源からの光を反射させ
て導光板の有効領域へ導くための光学的境界面を、前記
光源と導光板の有効領域の縁とを結ぶ直線を越えないよ
うに形成したことを特徴としている。ここで、有効領域
とは面光源装置の用途に応じて実質的に面光源として用
いられる領域であって、その領域は具体的な用途に応じ
て異なる。
【0009】請求項1に記載の面光源装置にあっては、
光源の両側で、導光板の光入射面側の端部に光学的境界
面を形成しているから、光源から両側方の光学的境界面
に向けて出射された光は光学的境界面で反射することに
より、有効領域外から有効領域内に集められる。よっ
て、面光源装置の輝度を向上させることができる。ま
た、光学的境界面で反射された光を光量の不足する領域
へ向けることにより面光源装置の輝度分布を均一化する
ことができる。さらに、前記光源と導光板の有効領域の
縁とを結ぶ直線を越えないように前記光学的境界面を設
けているから、光学的境界面を設けたことによって却っ
て光源から有効領域内への光の入射が妨げられることが
ない。
【0010】請求項2に記載の実施態様は、請求項1記
載の面光源装置において、前記導光板の光入射面に溝を
切り込んで前記光学的境界面を形成し、前記溝の切れ込
み角をθとし、前記光源と前記導光板の有効領域の縁と
を結ぶ線分が前記導光板の光入射面となす角度をαとす
るとき、前記溝の切れ込み角θが、 θ<α を満たすようにしたことを特徴としている。
【0011】請求項2に記載の面光源装置にあっては、
光源と有効領域の縁を結ぶ線分の、光入射面に対する傾
きαと、光入射面に対する溝の切れ込み角θとが、α>
θの関係を満たすようにすれば、溝を点光源の近くに配
置でき、小さな溝で有効領域外の光を有効領域内に集め
ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】(第1の実施形態) 図4は本発明の一実施形態による面光源装置11を示す
斜視図、図5はその平面図である。この面光源装置11
にあっては、屈折率の大きな透明樹脂材料によって形成
されている導光板12の上面が光出射面12aとなって
おり、下面には凹凸加工や拡散反射インクのドット印刷
等によって拡散パターン(図示せず)が形成されてい
る。この導光板12の下面には、表面反射率の高い材
料、例えば硬質もしくは比較的軟質の白色プラスチック
シートによって形成された反射板13が設けられてい
る。また、光出射面12aの中央の矩形領域が有効領域
Rとなっている。この有効領域Rは例えば液晶表示装置
の面光源装置(バックライト)として用いられる場合で
いえば、液晶表示パネルの画素が形成されている領域と
対向している領域である。さらに、導光板12の光入射
面14の中央には、点光源15を装着するための凹部1
6が設けられており、その両側にV字状の溝17が凹入
されている。
【0013】溝17は、図5に示すように、点光源15
と導光板12の有効領域Rの縁とを結ぶ線分Lを越えな
いようになっている。そして、溝17と空気との境界面
が光学的境界面を形成している。なお、図6に示すよう
に、光入射面14に対する線分Lの傾きαと、光入射面
14に対する溝17の切れ込み角θとが、α>θの関係
にあることが好ましい。これによって、溝17を点光源
15近くに配置でき、小さな溝17で有効領域R外の光
を有効領域R内に集めることができる。
【0014】点光源15は、導光板12の幅に比べて小
さな光源であって、リードに実装された発光ダイオード
(LED)チップのような発光素子チップを樹脂モール
ドしたものである。あるいは、点光源15としては、豆
電球等を用いてもよい。
【0015】しかして、点光源15から前方へ放射状に
出射された光fは、図6に示すように、直接凹部16か
ら導光板12内に導入され、導光板12内を導光し、導
光板12に下面の拡散パターンの作用によって、導光板
12の有効領域R内の光源側左右両隅部Q以外において
はほぼ均一な輝度で光出射面12aから出射する。
【0016】さらに、点光源15から両側方の溝17に
向けて出射された有効領域R外の光fは凹入された溝1
7に全反射されることにより、隅部Qへ向かう。このと
き、溝17が、点光源15と導光板12の有効領域Rの
縁Pとを結ぶ線分Lを越えないから、点光源15から有
効領域Rの隅部Qへ向けて直接投射される光が溝17に
よって妨げられることがない。従って、面光源装置10
の輝度分布を均一化することができるとともに、面光源
装置10の輝度を高めることができる。
【0017】(第2の実施形態) 図7は本発明の別な実施形態による面光源装置20を示
す平面図である。この面光源装置20にあっては、3つ
の溝17,17bの各中間に左右一対の点光源21,2
2が2つ並べて配置されている。
【0018】すなわち、導光板12の光入射面14に
は、2つの溝17の中央に3つめの溝17bが凹入さ
れ、溝17bとその両側の溝17との間に、それぞれ、
点光源21,22を装着するための2つの凹部24,2
5が設けられている。なお、中央の溝17は、二等辺三
角形状に凹入されており、この溝17bも、2つの点光
源21,22とそれぞれ他方の点光源側の有効領域Rの
縁とを結ぶ線分L′を越えないようにしている。
【0019】しかして、両点光源21,22からそれぞ
れ他方の点光源21,22側に出射された光が、中央の
溝17bの斜辺で全反射して、隅部Qもしくは中央部に
集められる。一方、両側の溝17によっても第1の実施
形態と同様に、隅部Qに光が集められているので、面光
源装置20の輝度分布の均一性を良好に保つことがで
き、なおかつ、光源が2つの点光源21,22とされて
いるので、さらなる面光源装置の高輝度化が実現されて
いる。
【0020】(第3の実施形態) 図8は本発明のさらに別な実施形態による面光源装置3
0を示す平面図である。この面光源装置30にあって
は、第1の実施形態において、導光板12の溝17の左
右両側が切り取られている。これによって、第1の実施
形態と同様の作用効果を維持しつつ、面光源装置30の
小型、軽量化が実現されている。
【0021】(照明装置)図9 は本発明にかかる面光源装置を利用した照明装置7
1を示す斜視図である。この照明装置71においては、
光量を大きくして輝度を高くするため、4つの点光源7
2を用いている。この照明装置71は室内照明用や自動
車のテールランプなどに用いられるものである。なお、
第2の実施形態と同様の部材には同符号を付してある。
【0022】(液晶表示装置)図10 は本発明にかかる面光源装置80を用いた液晶表
示装置81を示す分解斜視図である。この面光源装置8
0にあっては、導光板12に赤(R)82a、緑(G)
82b、青(B)82cの3色の発光素子を備えた点光
源82が装着されている。面光源装置80の光出射面1
2aには、拡散シート83が対向配置され、その上面に
液晶表示パネル84が対向配置されている。液晶表示パ
ネル84は、透明電極やTFT、カラーフィルタ、ブラ
ックマトリクス等を形成された2枚の液晶基板(ガラス
基板、フィルム基板)85,86間に液晶材料を封止
し、液晶基板85,86の両外面に偏光板87を配置し
たものである。
【0023】このような液晶表示装置81によれば、表
示面の輝度分布を均一にすることができ、液晶表示装置
81の高品質化を図ることができる。
【0024】(液晶表示装置を備えた電子手帳) 本発明にかかる液晶表示装置は、携帯電話や弱電力無線
機のような無線情報伝達装置、携帯用パソコン、電子手
帳や電卓のような情報処理装置などに用いられるのに好
ましい。図11は本発明にかかる例えば図10に示した
ような液晶表示装置81をディスプレイ用に備えた携帯
電話89を示す斜視図、図12はその機能ブロック図で
ある。携帯電話89の正面にはダイアル入力用のテンキ
ー等のボタンスイッチ90を備え、その上方に液晶表示
装置81が配置され、上面にアンテナ91が設けられて
いる。しかして、ボタンスイッチ90からダイアル等を
入力すると、入力されたダイアル情報等が送信回路92
を通じてアンテナ91から電話会社の基地局へ送信され
る。一方、入力されたダイアル情報等は液晶駆動回路9
3へ送られ、液晶表示装置81が液晶駆動回路93によ
り駆動されてダイアル情報等が液晶表示装置81に表示
される。
【0025】また、図13は本発明にかかる例えば図1
に示したような液晶表示装置81をディスプレイ用に
備えた電子手帳94を示す斜視図、図14はその機能プ
ロックである。電子手帳94は、カバー95を開くと、
キー入力部96と液晶表示装置81を備えており、内部
には液晶駆動回路93や演算処理回路97等が設けられ
ている。しかして、例えばキー入力部96からテンキー
やカナキー等を入力すると、入力情報が液晶駆動回路9
3に送られて液晶表示装置81に表示される。ついで、
演算キー等の制御キーを押すと、演算処理回路97で所
定の処理や演算が実行され、その結果が液晶駆動回路9
3に送られて液晶表示装置81に表示される。
【0026】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で変更できることはいう
までもない。例えば、光学的境界面としては、溝に代え
て孔を設けてもよいし、溝の表面、もしくは光入射面の
点光源(発光部)両側に、印刷等によって透明屈折層
(光散乱層)を形成してもよい。あるいは、溝は光入射
面以外の面に設けても良い。これによって、有効領域外
の導光板周縁に侵入した光をより効率良く有効領域内に
集めることができるので、さらなる均一性の向上及び高
輝度化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例による面光源装置を示す分解斜視図であ
る。
【図2】同上の縦断面図である。
【図3】導光板の有効領域を示す平面図である。
【図4】本発明の一実施形態による面光源装置を示す斜
視図である。
【図5】同上の平面図である。
【図6】溝によって光が隅部に集められる様子を示す説
明図である。
【図7】本発明の別な実施形態による面光源装置を示す
平面図である。
【図8】本発明のさらに別な実施形態による面光源装置
を示す平面図である。
【図9】 本発明の面光源装置を用いた照明装置の斜視図
である。
【図10】 本発明の面光源装置を用いた液晶表示装置の
分解斜視図である。
【図11】 本発明にかかる液晶表示装置をディスプレイ
用に備えた携帯電話を示す斜視図である。
【図12】 同上の携帯電話において液晶表示装置を駆動
するための構成を示すブロック図である。
【図13】 本発明にかかる液晶表示装置をディスプレイ
用に備えた電子手帳を示す斜視図である。
【図14】 同上の電子手帳において液晶表示装置を駆動
するための構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
12 導光板 12a 光出射面 14 光入射面 15,21,22,72,82 点光源 17,17b 溝 41 発光部 42,51,61,66 空所 Q 隅部 R 有効領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−51130(JP,A) 特開 昭61−240506(JP,A) 特開 平7−235207(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F21V 8/00 G02B 5/00 - 6/00 G02F 1/00 F21P 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光入射面より導入された光を閉じ込めて光
    出射面から外部へ取り出すための導光板と、導光板の光
    入射面側に配置された、導光板の光入射面の幅と比較し
    て小さな光源とを備え、 光源から出射された光を光入射面から導光板内部に導い
    て導光板内部に閉じ込め、導光板の光出射面から外部へ
    取り出す面光源装置において、 前記光源の両側で、導光板の光入射面側の端部に、光源
    からの光を反射させて導光板の有効領域へ導くための光
    学的境界面を、前記光源と導光板の有効領域の縁とを結
    ぶ直線を越えないように形成したことを特徴とする面光
    源装置。
  2. 【請求項2】 前記導光板の光入射面に溝を切り込んで
    前記光学的境界面を形成し、前記溝の切れ込み角をθと
    し、前記光源と前記導光板の有効領域の縁とを結ぶ線分
    が前記導光板の光入射面となす角度をαとするとき、前
    記溝の切れ込み角θが、 θ<α を満たすようにしたことを特徴とする、請求項1に記載
    の面光源装置。
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