JP3804795B2 - 平板表示素子用照明装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は平板表示素子用照明装置に係り、特に入射光の放射角を狭めて光軸に平行に進める平板表示素子用照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に液晶ディスプレーのような平板表示素子では液晶を均一に照明できる照明装置が要求される。
図１は、従来のホログラムを用いた導光板を備える平板表示素子用照明装置を概略的に示す図面であって、特にＬＥＤ（Ｌａｓｅｒ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）４１のような点光源を使用する場合の照明装置を示す斜視図である。
図１を参照すれば、複数のＬＥＤ４１が導光板４３の一側面に平行に配列されており、ＬＥＤ４１から放射された光は所定角で発散されて導光板４３の内部を進む。通常、ＬＥＤ４１の光放射角は約４５°なので、ＬＥＤ４１間のすぐ隣接した部分には光が入射されない死角領域が生じてＬＥＤ４１と遠く離れた部分では隣接ＬＥＤ４１から放射された光が重畳されて光度が高まる重畳領域が生じる。
【０００３】
導光板４３に一定の方向性を有するホログラム４５のパターンが形成される場合、ホログラム４５パターンに光が均一に入射されて初めて導光板４３を出射する光が高い発光効率で放出されうる。しかし、ＬＥＤ４１のような点光源を使用する従来の導光板では各点光源から放射される光が発散するので、導光板４３を出射する光の角度による輝度と強度分布とが相異なる短所がある。
図２は、ＬＥＤの放射角による光度を示すグラフである。
示されたように、ＬＥＤの中心部分に現れる光度の最高値を１とする時、放射角が広がるほど光度は弱まり、放射角が約４５°になれば光度は半分に下がる。このグラフから光度損失を減らすために放射角を約４５°以下に狭める必要がある。
【０００４】
図３は、導光板からの出射光の角度による輝度分布を示すグラフであり、図４は従来のホログラム導光板からの出射光の角度に他の強度分布を示す写真である。
図３を参照すれば、光が導光板の平面に対して垂直からだけ放出されず、０°及び±３０°方向から光が大きな光量で出射されて輝度のピークを形成することが見られる。ここで、導光板の平面に対して直角以外の任意の角で出射する光は、液晶パネルに対して入射する光の損失を生じさせて輝度を悪化させ、画面の視野角に影響を及ぼす。
【０００５】
図４を参照すれば、図３に示されたように輝度のピークが現れる０°及び±３０°領域で光度が強く現れることが見られる。ここで、色が薄い部分が光度の強い部分であり、この光度の強い部分が０°及び±３０°領域に主に現れている。従来のホログラムが形成された導光板を使用する平板表示素子用照明装置では、点光源から光が発散されて一定の角度でホログラムに入射しないために、導光板からの出射光が各点光源に該当する出射角を有することになって光の輝度分布と強度分布とが不均一になる短所がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、ＬＥＤのような点光源を使用する照明装置において点光源からの出射光の放射角を狭めてホログラムに入射させることによって導光板からの出射光の輝度と強度分布とを均一にする構造を有する平板表示素子用照明装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記技術的な課題を達成するために、光を放射する点光源と、前記光が光軸に平行に進行すべく前記点光源に隣接位置して前記光の放射角を広げる第１屈折面と、前記第１屈折面に対応すべく所定間隔に離隔位置して前記光の放射角を狭める第２屈折面よりなる光学部材を含む導光板と、を備えることを特徴とする平板表示素子用照明装置を提供する。
こで、前記導光板の底面及び前記底面に対応する上面のうち少なくとも一面にホログラムが形成されうる。
【０００８】
記点光源としてＬＥＤまたはＬＤが備えられる。
記光学部材は前記導光板より小さな屈折率を有する。
例えば、前記光学部材は空気よりなるエアーレンズであり得る。
前記光学部材はシリンドリカルレンズ面と同じ形状よりなって相互対称に配列される前記第１屈折面及び第２屈折面を備えるか、あるいはフレネルレンズ面と同じ形状よりなって相互対称に配列される前記第１屈折面及び第２屈折面を備えられる。
【０００９】
ここで、前記第２屈折面は前記第１屈折面に比べて曲率半径が大きいことが望ましい。
本発明は導光板内に光源と隣接して所定空間または物質で充填される光学部材を形成して点光源からの入射光を光学部材の第１及び第２屈折面で屈折させて光の放射角を狭めるが、望ましくは光軸に対して平行に進行すべく調節して光を導光板の底面に均一に入射させて導光板からの出射光の輝度及び強度分布を均一にしうる。
【００１０】
本発明の実施例による平板表示素子用照明装置は光の放射角を狭めるエアーレンズを備えることによって光度の損失を減少させる。図２に示されたように光の放射角によって光度が下がるので、本発明の実施例による平板表示装置では光の放射角が約０°〜±３０°の範囲に設定して光度を放射角０°である光度の７０％以上になるように光学部材を導光板の内部に形成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係る平板表示素子用照明装置を図面に基づいて詳細に説明する。
図５は、本発明の第１実施例に係る平板表示素子用照明装置を概略的に示す斜視図である。
図５を参照すれば、ホログラム１５が底面に形成された導光板１３の一側に点光源１１が配列されており、導光板１３の内部には点光源１１と隣接してエアーレンズ１０が形成されている。ここで、ホログラム１５は導光板１３からの出射光の輝度及び光度分布を均一にするために形成されるものであって導光板１３の上部面または底面に形成されうる。導光板１３の底面または上部面にはホログラム１５以外に機械的な凹凸のような回折機能をする他の形の光学的手段が形成されうる。しかし、本発明の実施例に係る導光板１３にはこのような回折手段が形成されないこともある。
【００１２】
点光源１１としてはＬＥＤまたはＬＤが使われ、ＬＣＤのような平板表示素子を照明するために複数個の点光源１１が導光板１３に隣接して所定間隔をおいて一列に配列される。
導光板１３の底面にはホログラム１５が一定のパターンで形成されているので、底面と対向する上面にもホログラム１５が形成されうる。ホログラム１５としては表面型と体積型ホログラムを何れも使用でき、ホログラム１５に入射する光の強度分布を均一にするために点光源１１に近づくほどパターンの密度が低く、光源１１から遠くなるほど密度を稠密にするか、点光源１１に近づくほど回折効率の低いパターンを形成し、遠くなるほど回折効率の高いパターンを形成しうる。ここで、ホログラム１５の大きさ、間隔及び深さを適切に調節して導光板１３からの出射光の強度分布を均一にしうる。
【００１３】
図５には光学部材として光の進行方向に広がる漏斗状の第１エアーレンズ１０が導光板１３の内部に形成されている。
本発明の第１実施例に係る平板表示素子用照明装置で光を屈折させて光軸１７に平行に進行させる第１エアーレンズ１０は、光源に隣接形成された第１屈折面１０ａと第１屈折面１０ａとを対向すべく所定間隔に離隔形成された第２屈折面１０ｂを備える。本発明の実施例に係る平板表示素子において光学部材は外部導光板１３の屈折率と相異な屈折率を有する物質よりなり、例えば光学部材の空間が空気（屈折率ｎ＝１）が充填されるか、空気以外の物質で形成されうる。
【００１４】
図６には導光板１３の上部から見た第１エアーレンズ１０を通過する光路が概略的に示されている。
ここで、エアーレンズ１０とは、光板１３の内部に含まれる空間領域に空気のような導光板１３より小さな屈折率を有する物質が充填されて形成される光学部材を意味する。
図６を参照すれば、導光板１３への入射光は第１エアーレンズ１０の第１屈折面１０ａで屈折されつつ放射角が広がっていて、第２屈折面１０ｂで屈折されて放射角が狭まって光軸１７に平行に進む。ここで、第１エアーレンズ１０の内部には空気以外に導光板１３を構成する物質より小さな屈折率を有する他の物質で充填されることある。
【００１５】
図５及び図６を参照すれば、点光源１１を出射した光は導光板１３の上部から見て望ましくは導光板１３の内部に全反射しつつ光軸１７に平行に進む。光の放射角は約０°ないし±４５°の範囲を有し、第１エアーレンズ１０の第１屈折面１０ａに入射し、第１屈折面１０ａで光の放射角が若干広がっていて、第２屈折面１０ｂで狭まって約０°ないし±３０°の範囲内、望ましくは示されたように光軸に平行に光が進む。
第１エアーレンズ１０を通過した光は導光板１３の上部から見て光軸１７に対して平行に進むが、導光板１３の側面から見れば導光板１３の内部を全反射して進む。光の一部は導光板１３の底面に備えられるホログラム１５で回折されて導光板１３の底面の下部に位置する反射板（図示せず）で反射されて再び導光板１３に入射された後、導光板１３から出射されるか、一部は導光板１３に入射された後、直ちに導光板１３から出射されうる。または、示されたように導光板１３の底面に対して平行に進んでいて導光板１３の内部で反射されて導光板１３から出射されうる。
【００１６】
図７Ａは、前記エアーレンズの頂点から延びるレンズの傾斜面の斜辺が光軸に対してなす角度を約３０°に調節して光の放射角を約１５°に設定する場合の光路を示している。
図７Ｂは、前記エアーレンズの頂点から延びるレンズの傾斜面の斜辺が光軸に対してなす角度を約０°に調節して光の放射角を約０°に設定する場合に光路を示している。
図８は、本発明の第１実施例に係る平板表示素子用照明装置を示す写真である。図８を参照すれば導光板１３の内部に空気が満たされた第１エアーレンズ１０が点光源１１の一側に隣接して形成されている。第１エアーレンズ１０を通過した光は平行に進んでいることが見られる。
【００１７】
図９は、本発明の第２実施例に係る平板表示素子用照明装置を示す斜視図である。
図９を参照すれば、本発明の第２実施例に係る平板表示素子用照明装置は導光板１３の内部に点光源１１に隣接して第２エアーレンズ２０を含む。第２エアーレンズ２０は点光源１１から放射された光の放射角を広げるシリンドリカルレンズの外面と同じ形態の第１屈折面２０ａと、第１屈折面２０ａで放射角が広がって入射される光を屈折させて放射角を狭めることによって光を光軸１７に対して平行に進めるシリンドリカルレンズ面と同じ形態の第２屈折面２０ｂを含む。第１屈折面２０ａ及び第２屈折面２０ｂは相互対称しており、第２屈折面２０ｂは第１屈折面２０ａより大きい曲率半径を有するように形成される。
【００１８】
導光板１３の底面または上面にはホログラムのような回折光学素子が形成されて光の回折効率を向上させて光度及び輝度分布を均一にしうる。
点光源１１からの出射光は第２エアーレンズ２０を通過しつつ放射角が狭まり、望ましくは光軸に平行に導光板１３の内部を全反射しつつ進行して光度損失を最小化する。
図１０は、本発明の第３実施例に係る平板表示素子用照明装置を概略的に示す斜視図である。図１０を参照すれば、本発明の第３実施例に係る平板表示素子用照明装置は導光板１３の内部に点光源１１と隣接して第３エアーレンズ３０を含む。第３エアーレンズ３０はフレネルレンズ面と同じ形態を有して対称に配列された第１屈折面３０ａと第２屈折面３０ｂとを備える。ここで、第２屈折面３０ｂの曲率半径は第１屈折面３０ａの曲率半径より大きく形成される。点光源１１からの出射光は第２エアーレンズ２０または第３エアーレンズ３０を通過しつつ屈折されて光軸１７に対して平行に進む。
【００１９】
本発明の第３実施例に係る平板表示素子用照明装置も本発明の第１及び第２実施例に係る平板表示素子用照明装置と同様に導光板１３の上面または底面にホログラム１５のような回折素子が形成されて光度及び輝度分布を均一にしうる。
点光源１１からの出射光は第３エアーレンズ３０を通過しつつ放射角が狭まり、望ましくは光軸に平行に導光板１３の内部を全反射しつつ進んで光度損失を最小化する。
本発明の実施例に係る照明装置では、光の放射角を狭めるか、光軸に対して平行に進める光学部材を何れも使用できる。但し、光学部材の屈折率は導光板１３の屈折率と相異なる条件を満たすべきである。
【００２０】
図１１は、本発明の実施例に係る照明装置において放射角を約１５°に調節するエアーレンズを導光板内部に形成する場合、導光板の上部に現れる出射角度による輝度分布を示す写真である。
図１１を参照すれば、中央の光度が最も強く現れており、左右約２０°離隔された領域にかすかに光が現れることが見られる。つまり、光度が最も強い白色部分が中央に現れており、左右約２０°離隔された領域に白色部分がかすかに現れている。この部分に現れる輝度は図４に示された従来の技術の約±３０°と現れる輝度に比べて顕著に下がったことが分かる。
【００２１】
図１２は、本発明の実施例に係る照明装置において放射角を約１５°に調節するエアーレンズを導光板内に形成する場合における角度による輝度分布を示すグラフである。
図１２を参照すれば、中央の輝度が最も高く、左右約２０°離隔された領域に輝度が再び高く現れていることが見られる。この部分に現れる輝度は図３に示された従来の技術の約±３０°と現れる輝度に比べて顕著に下がったことが分かる。
【００２２】
本発明の実施例に係る照明装置は導光板内に点光源に近接して光屈折手段を形成して光路を変化させ、望ましくは、導光板の上部から見て平行に進めて点光源間の光の及ばない死角領域を除去して光を均一にホログラムに入射する。
前記説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するよりは、望ましい実施例の例示と解釈されねばならない。よって、本発明の範囲は実施例によって決まるのではなく、特許請求の範囲の技術的思想によってのみ決まるべきである。
【００２３】
【発明の効果】
前述したように、本発明に係る平面表示装置用照明装置の長所は、光屈折手段を点光源に近接して導光板内部に形成させ、光の放射角を狭めて光路を変化させ、望ましくは平行に進めることによって、ホログラムで回折されてから導光板からの出射光の角度による輝度と強度との分布を均一にしうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のホログラム導光板を用いた平板表示素子用照明装置を概略的に示す斜視図である。
【図２】点光源からの出射光の放射角による光度を示すグラフである。
【図３】従来のホログラム導光板を用いた平板表示素子用照明装置における導光板からの出射光の角度による輝度分布を示すグラフである。
【図４】従来のホログラム導光板を用いた平板表示素子用照明装置における導光板からの出射光の角度による光度を示す写真である。
【図５】本発明の第１実施例に係る平板表示素子用照明装置を概略的に示す斜視図である。
【図６】本発明の第１実施例に係る平板表示素子用照明装置の光路を概略的に示す平面図である。
【図７Ａ】本発明の第１実施例に係る平板表示素子用照明装置の光学部材の放射角を１５°に調節する場合の光路を概略的に示す図面である。
【図７Ｂ】本発明の第１実施例に係る平板表示素子用照明装置の光学部材の放射角を０°に調節する場合の光路を概略的に示す図面である。
【図８】本発明の第１実施例に係る平板表示素子用照明装置を示す写真である。
【図９】本発明の第２実施例に係る平板表示素子用照明装置を概略的に示す斜視図である。
【図１０】本発明の第３実施例に係る平板表示素子用照明装置を概略的に示す図面である。
【図１１】本発明の実施例に係るホログラム導光板を用いた平板表示素子用照明装置における導光板からの出射光の角度による光度を示す写真である。
【図１２】本発明の実施例に係るホログラム導光板を用いた平板表示素子用照明装置における導光板からの出射光の角度による輝度を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ エアーレンズ
１０ａ 第１屈折面
１０ｂ 第２屈折面
１１ 点光源
１３ 導光板
１５ ホログラム
１７ 光軸

Claims (8)

1. 光を放射する点光源と、
   前記光が光軸に平行に進行すべく前記点光源に隣接するように位置して前記光の放射角を広げる第１屈折面と、前記第１屈折面に対応すべく所定間隔に離隔位置して前記光の放射角を狭める第２屈折面よりなる光学部材を含む導光板とを含み、
   前記第１屈折面は光の進行方向に対して凹部を有し、前記第２屈折面は光の進行方向に対して凸部を有するように形成されており、前記第１屈折面における光の放射角は０°乃至±４５°の範囲であり、第２屈折面における光の放射角は０°乃至±３０°の範囲である平板表示素子用照明装置。
2. 前記導光板の底面及び前記底面に対応する上面のうち少なくとも一面にホログラムが形成された、請求項１に記載の平板表示素子用照明装置。
3. 前記点光源はＬＥＤまたはＬＤである、請求項１または２に記載の平板表示素子用照明装置。
4. 前記光学部材は前記導光板より小さい屈折率を有する、請求項１または２に記載の平板表示素子用照明装置。
5. 前記光学部材は空気よりなるエアーレンズである、請求項４に記載の平板表示素子用照明装置。
6. 前記第１屈折面及び第２屈折面はシリンドリカルレンズ面と同じ形状を有し、相互対称に配列される、請求項１、２または５に記載の平板表示素子用照明装置。
7. 前記第１屈折面及び第２屈折面はフレネルレンズ面と同じ形状を有し、相互対称に配列される、請求項１、２または５に記載の平板表示素子用照明装置。
8. 前記第２屈折面は前記第１屈折面に比べて曲率半径が大きい、請求項１、２、５、６または７に記載の平板表示素子用照明装置。

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