JP4133663B2 - 面状光源装置および該装置を備えた表示装置 - Google Patents

面状光源装置および該装置を備えた表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、透過型の液晶等の表示装置のバックライトなどに用いる面状光源装置およびこの面状光源装置を用いた表示装置に関するものである。
従来の面状光源装置の一例は、特開２００２−２５８７６４号公報に記載されている。この面状光源装置は、当該公報の図１に示されるように、発光ダイオード２から出射した光を、斜めに配置した反射手段３により光拡散機能を有する配光手段１に向けて反射し、配光手段１において拡散させることで面状の照明光を形成している。
特開２００２−２５８７６４号公報
上記特許文献に示された面状光源装置は、端部に配された発光ダイオード２からの光を反射手段３により一律に配光手段１に向けて反射するため、照明光は、発光ダイオード２近傍において輝度が高く、遠ざかるに従い輝度が低下する不均一なものとなる。このように、面状光源装置の照明光が不均一になると、表示画像に輝度ムラや色度ムラが生じ、画質が低下するという問題があった。
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、光の利用効率が高く、輝度均一性が高い面状光源を提供することを目的とする。さらに、表示装置の特性に応じて、所望の輝度分布を得ることが可能な面状光源装置を提供することを目的とする。
本発明の面状光源装置は、開口部を有する筐体と、前記開口部に配設され、入射した光を拡散する拡散板と、前記筐体内に配置された光源とを備えた面状光源装置において、前記拡散板と対向する前記筐体底面に、前記光源からの入射光を正反射する正反射部と該入射光を乱反射する拡散反射部を設けたことを特徴とするものである。
本発明の面状光源装置は、筐体底面に、入射光を正反射する正反射部と入射光を乱反射する拡散反射部を設け、適宜配置したので、光の利用効率が高く、表示装置の特性に応じて、所望の輝度分布を得ることができる。
以下、本発明に係る面状光源装置の実施形態を図面に基づいて説明する。各図において同一の符号を付されたものは、実質的に同様の構成要素を示す。
実施の形態１
図１は本発明にかかわる面状光源装置１０を備えた表示装置の一実施形態の概略構成を示す斜視図、図２は図１に示す面状光源装置のＡ−Ａ方向における部分断面図である。図１および図２において、３は開口部３ａを有する筐体である。筐体３の開口部３ａには、入射した光を拡散する拡散板４が配置されている。１は線状光源であり、筐体３内部の一方の側面３ｃに配置されている。２は線状光源１からの入射光を拡散板４に向けて反射する反射板で、入射光を乱反射する拡散反射板２ａと、入射光を正反射する正反射板２ｂにより構成され、筐体３の開口部３ａと対向する底面３ｂに配置されている。また、正反射板２ｂは線状光源１近傍に、拡散反射板２ａは線状光源１から離れた位置に配置されている。５は線状光源１の近傍に設けられたリフレクタであり、線状光源１からの出射光のうち、筐体３の内壁に向かう光を反射板２または拡散板４に向けて反射する。
上記のように構成された面状光源装置１０の光出射面には図１に示すように、表示素子として液晶表示パネル１１等が配置される。液晶パネル１１に到達した面状光源装置１０からの光は映像信号に合わせて変調され、ＲＧＢのそれぞれの色を表示する。
図１および図２に示すように、拡散反射板２ａは線状光源１から離れた位置に配置され、正反射板２ｂは線状光源１の近傍に配置される。拡散反射板２ａは線状光源１から入射した光を乱反射させるものであり、正反射板２ｂは線状光源１から入射した光を正反射、つまり入射角と等しい出射角で反射させるものである。また、拡散反射板２ａと正反射板２ｂが隣接する領域には、両者に隙間が生じないよう重なり部分が設けられている。
図４は、図１および図２に示す拡散反射板２ａ、および正反射板２ｂの作用について説明するための光路図である。
線状光源１を出射した光は直接、またはリフレクタ５に反射されて拡散板４、拡散反射板２ａ、または正反射板２ｂに入射する。線状光源１近傍に配置された正反射板２ｂに入射した光Ｌ２は入射角に等しい角度で反射され、拡散板４に入射する。一方、拡散反射板２ａに入射した光Ｌ１は入射位置近傍において、乱反射され拡散板４を照射する。図４に示すように、線状光源１から離れるに従い、反射板２に入射する光の入射角は水平に近づく。反射板２として正反射手段のみを用いた場合、入射角が水平に近い光は図４中Ｌ１１に示すように、拡散板４ではなく筐体３の内壁に向かって反射されるため、線状光源１から離れるに従い照射光の輝度が低くなる。本発明は、線状光源１から離れた位置に、拡散反射板２ａを配置することで、入射角が水平に近い光を入射位置近傍で乱反射させることにより、筐体３の内壁に向けて反射されていた光を拡散板４に照射することができる。これにより光の利用効率を高め、拡散板４において均一な照明光を得ることができる。
このように、本発明による面状光源装置は、線状光源１近傍には正反射板２ｂ、線状光源１から離れた位置には拡散反射板２ａを配置したので、線状光源１から離れた位置において水平に近い角度で入射する光を、拡散反射板２ａにより入射位置近傍で拡散板４に向けて反射させることにより、均一な照明光を得ることができる。
ここで、拡散反射板２ａ、正反射板２ｂおよびリフレクタ５の反射率を９０％以上（好ましくは９５％以上）とすると反射面での反射ロスを抑えることができる。正反射板２ｂは、アルミニウムもしくは銀などの金属板、または樹脂製シートにアルミニウムもしくは銀などを蒸着することにより構成される。拡散反射板２ａは、正反射板の表面を粗面化したものや、正反射板の表面に光を透過拡散する機能を有する拡散シートを配設したもの，または、白色の樹脂製シート、さらにはアルミニウム等の金属板あるいは樹脂製の板に、白色の樹脂製シートを貼付したり、白色の塗装を施したもの等により構成される。
拡散板４としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アクリル（ＰＭＭＡ）もしくはポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂板またはガラス基板などの光部材を用いることができる。
なお、拡散板４と液晶表示パネル１１の間には図示しない光学シート類を配設しても良い。光学シート類には拡散シート、プリズムシートまたは偏光反射シートなどが用いられ、出射光の配光分布特性を制御することが可能となる。また、頂角がほぼ９０°で、連続した三角柱を表示面側に形成したプリズムシート、または偏光反射シートなどの一部の光を拡散板４側に反射する機能を有する光学シートを用いることは、拡散板４による光拡散効果や反射板２による再反射により、一層の輝度ムラが低減できるため好ましい。
また、筐体３の内部は反射材料や白色の塗料等を塗布すると線状光源１から出射される光の損失を少なくすることができる。
リフレクタ５は、銀もしくはアルミニウムなどで形成される反射層を有する金属板、または白色の樹脂製シートなどの材料で構成することができる。
上記の面状光源装置は、光源として線状光源１を用いているが、図３に示すように、ＬＥＤ（＝Light Emitting Diode）等の複数の点光源１ｃを配列することにより光源部を構成してもよい。図３に示すように、点光源１ｃはＬＥＤチップ１３、ＬＥＤチップ１３から発生した熱を伝導させる伝熱板１５、ＬＥＤチップ１３の保護と配光特性の調整を行うレンズ１４、電極１６および基板１２により構成されている。
点光源１ｃの光が出射する位置には台形の断面形状を有する偏角素子６が配置されている。偏角素子６は光源からの光を反射板２の方向に屈折する。特に光源として、光の指向性を有する点光源１ｃと偏角素子６とを組み合わせて配置することで、効率よく光を反射板２に到達させることができ、反射板２に拡散反射板２ａと正反射板２ｂを用いたことによる輝度分布の制御性が向上する。
点光源１ｃは白色ＬＥＤの他、Ｒ、Ｇ、Ｂ等の単色ＬＥＤを用いてもよい。白色ＬＥＤと比較して、ＲＧＢのＬＥＤを用いる利点はＲＧＢの混色による白色のほうが発光効率（＝光束量／投入電力）が高いことがあげられる。また、ＲＧＢの発光スペクトルと液晶パネルのカラーフィルターＲＧＢ（図示せず）の透過特性を近似にすることで色再現性が高い表示が実現できる。
なお、反射板２は、正反射板２ｂおよび拡散反射板２ａを用いて構成したが、一枚の板状の光学部材に入射光を正反射する正反射部、入射光を乱反射する拡散反射部を設けることにより反射板２を構成し、筐体３の底面３ｂに配置してもよい。また、正反射板を筐体３の底面３ｂ全面に配置し、正反射板の一部表面上に拡散シートを設けることで正反射部と拡散反射部を構成してもよい。このように構成することによって部品点数が減り、反射板の配置ずれなどの問題を軽減することができる。
実施の形態２
図５は、本発明による面状光源装置の他の実施形態を示す図である。実施の形態１ではＣＣＦＬ等の線状光源１、または複数の点光源１ｃを筐体３の内部の片側に配置したが、図５に示すように、二つの線状光源１ａ、１ｂを筐体３内部の両側面に対向して配置してもよい。この場合、反射板２５は、正反射板２ｂ１、２ｂ２、および拡散反射板２ａにより構成され、正反射板２ｂ１、２ｂ２は各々の線状光源１ａ、１ｂの近傍に配置され、拡散反射板２ａは二つの線状光源１ａ、１ｂから離れた中央部に配置される。その他の構成は実施の形態１と同様である。
図６は、図５に示す正反射板２ｂ１、２ｂ２、および拡散反射板２ａの作用について説明するための光路図である。
線状光源１ａ、１ｂを出射した光は直接、またはリフレクタ５に反射されて拡散板４、拡散反射板２ａ、または正反射板２ｂ１、２ｂ２に入射する。線状光源１ａ近傍に配置された正反射板２ｂ１に入射した光Ｌ４は、入射角に等しい角度で反射され、拡散板４に入射する。一方、拡散反射板２ａに入射した光Ｌ３は、入射位置近傍において乱反射され、拡散板４を照射する。実施の形態１において説明したように、線状光源１ａ、１ｂから離れるに従い、反射板２５に入射する光の入射角は水平に近づく。本実施の形態２においては、線状光源１ａ、１ｂから離れた中央部に拡散反射板２ａを配置し、一対の線状光源１のそれぞれから入射する光を拡散板４の中央部に向けて乱反射させることにより、照明光の中央部における輝度を高くすることができる。
このように、本実施の形態２による面状光源装置は、筐体３内部の両側面に対向して配置される２つの線状光源１ａ、１ｂの近傍に正反射板２ｂ１、２ｂ２を配置し、線状光源１ａ、１ｂから離れた中央部に拡散反射板２ａを配置したので、中央部の輝度が高い理想的な輝度分布を有する照明光を得ることができる。
なお、光源は線状光源１を用いて説明してきたが、線状光源の代わりに点光源を用いてもよく、さらには図７に示すように、点光源１ｃ１、１ｃ２を光源として用い、偏角素子６ａ、６ｂを配置しても同様な効果を得ることができる。
本実施の形態２の変形例として、図９の部分平面図に示すように、中央部に楕円形の拡散反射板２ａを配置してもよい。本変形例によれば、照明光の中央部における輝度を選択的に高めることができる。
また、図８の部分平面図に示すように、中央部以外で輝度を高くしたい部分に拡散反射板２ａ１、２ａ２を配置してもよい。このように、使用する光源の種類、得たい輝度分布に適した拡散反射板の形状を自由に設定し、適宜配置することにより、照明光において所望の輝度分布を得ることができる。このような調整方法は、実装後に輝度を調整する手段としても有効である。なお、中央部以外に配置する拡散反射板として、中央部と異なる反射特性を有するものを用いてもよい。
なお、反射板２５は、正反射板２ｂ１、２ｂ２、拡散反射板２ａを用いて構成したが、一枚の板状の光学部材に入射光を正反射する正反射部、入射光を乱反射する拡散反射部を設けることにより反射板２を構成し、筐体３の底面３ｂに配置してもよい。また、正反射板を筐体３の底面３ｂ全面に配置し、正反射板の一部表面上に拡散シートを設けることで正反射部と拡散反射部を構成してもよい。このように構成することによって部品点数が減り、反射板の配置ずれなどの問題を軽減することができる。
実施の形態３
図１０は、本発明による面状光源装置の他の実施形態を示す図である。実施の形態１、２においては、光源を筐体３内部の側面に配置したが、図１０に示すように筐体３の底面３ｂに複数の線状光源１を配置してもよい。本実施の形態３による面状光源装置においては、複数の拡散反射板２ａ、および正反射板２ｂが交互に隣接して配置される。また、正反射板２ｂ上には所定の間隔を隔てて線状光源１が配置される。その他の構成は実施の形態１と同様である。
図１１は、図１０に示す拡散反射板２ａ、正反射板２ｂの作用について説明するための光路図である。
線状光源１を出射した光Ｌ６は、近傍に配置された正反射板２ｂに入射し、入射角に等しい角度で反射されて拡散板４に入射する。一方、拡散反射板２ａに入射した光Ｌ５は、入射位置近傍において、乱反射され拡散板４を照射する。実施の形態１において説明したように、線状光源１から離れるに従い拡散反射板２ａに入射する光の入射角は水平に近づく。本実施の形態３による面状光源装置は、正反射板２ｂ上に所定の間隔を隔てて線状光源１をそれぞれ配置するとともに、正反射板２ｂに隣接して拡散反射板２ａを交互に配置したので、線状光源１からの水平に近い入射角を有する光を入射位置近傍で乱反射させることにより、光の利用効率を高め、均一な照明光を得ることができる。
本実施の形態３の変形例として、図１３に示すように、拡散反射板２ａに傾斜面を設けてもよい。本変形例によれば、拡散反射板２ａに入射する光の量が増えるので、拡散反射板２ａによる拡散効果を高め、より均一な照明光を得ることができる。
ここで、傾斜面の角度は、使用する光源の種類、得たい輝度分布に応じて変更することができる。また、本実施の形態においては、拡散反射板２ａに傾斜面を設けたが、形状については、拡散反射板２ａに光源からの光が効率よく入射すればよく、突起、丸型などとしてもよい。
光源としては、線状光源１以外に、図１２に示すように実施の形態１で説明した点光源１ｃを用いても同様な効果を得ることができる。
なお、実施の形態１および２で用いたリフレクタ５の代わりに、筐体３内部に反射材料や白色の塗料等を塗布してもよい。これにより、光源から出射される光の損失を少なくすることができる。
なお、図１４に示すように、一枚の板状の光学部材に入射光を正反射する正反射部２ｂ、入射光を乱反射する拡散反射部２ａを設けることにより反射板２６を構成し、筐体３の底面３ｂに配置してもよい。また、正反射板を筐体３の底面３ｂ全面に配置し、正反射板の一部表面上に拡散シートを設けることで正反射部と拡散反射部を構成してもよい。このように構成することによって部品点数が減り、反射板の配置ずれなどの問題を軽減することができる。
実施の形態４
実施の形態１から３に示したように、拡散反射板と正反射板を一直線状に切り替えると、境界部で輝度の分布が急激に変化し、照明光のムラが生じやすい。この反射特性の違いによる照明光のムラを目立たなくする方法として、拡散反射板と正反射板との間に拡散反射率（拡散反射される光の正反射される光に対する割合）を段階的に変化させる反射特性調整部を設けてもよい。
図１５は、本発明による面状光源装置の他の実施形態を示す部分平面図である。本実施の形態による面状光源装置においては、拡散反射板２ａと正反射板２ｂとの境界２２が波形に形成された領域２１を有しており、この領域２１が反射特性調整部として機能する。すなわち、領域２１を設けることで拡散反射板２ａから正反射板２ｂに向かうにしたがって光の拡散反射率が段階的に減少し、拡散反射板２ａと正反射板２ｂとの反射特性の違いにより生じる輝度ムラが目立たなくなり、滑らかな輝度分布を得ることができる。なお、拡散反射板２ａと正反射板２ｂとの境界２２は、直線状の波形となっているが、曲線状であってもよい。また、連続する矩形や、凹凸としてもよい。その他の構成は実施の形態１乃至３と同様である。
また、反射特性調整部２１は、図１６に示すように、拡散反射板２ａを正反射板２ｂ上に配置した場合、拡散反射板２ａの正反射板２ｂとの重なり部分に、正反射板２ｂに向かうにしたがって直径が大きくなる円形の穴２３を連続して設けることにより構成することもできる。本変形例によれば、正反射板２ｂに向かうにしたがって光の拡散反射率を段階的に減少させることにより、拡散反射板２ａと正反射板２ｂとの反射特性の違いにより生じる照明光のムラを目立たなくし、拡散板４において滑らかな分布を持つ照明光を得ることができる。
また、図１７に示すように正反射板２ｂを拡散反射板２ａ上に配置した場合は、正反射板２ｂの拡散反射板２ａとの重なり部分において、正反射板２ｂに向かうにしたがって直径が小さくなる円形の穴２４を同様に形成すればよい。
さらに、重なり部分に設ける穴は、正反射板２ｂに向かうにしたがって光の拡散反射率が段階的に減少するように、直径が同じ穴を密度が減少するように設けてもよい。
また、図１８に示すように、拡散反射部材２ａと正反射部材２ｂとの中間的な拡散反射率を有する光学部材２ｃを、拡散反射板２ａと正反射板２ｂとの間に配置してもよい。
本発明による面状光源装置の一実施形態を示す分解斜視図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す部分平面図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す部分平面図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す部分平面図である。 本発明による面状光源装置の一実施形態を示す部分平面図である。
符号の説明
１ 線状光源
１ａ 線状光源
１ｂ 線状光源
１ｃ 点光源
２ 反射板
２５ 反射板
２ａ 拡散反射板
２ｂ 正反射板
２１ 反射特性調整部
２２ 境界
３ 筐体
３ａ 開口部
４ 拡散板
５ リフレクタ
６ 偏角素子
１０ 面状光源装置
１１ 液晶表示パネル

Claims (7)

  1. 開口部を有する筐体と、
    前記開口部に配設され、入射した光を拡散する拡散板と、
    前記筐体の少なくとも一方の側面に配置された光源と、
    前記拡散板と対向する前記筐体底面に前記光源からの入射光を正反射する正反射部と、該入射光を乱反射する拡散反射部とを備え、
    前記正反射部を前記光源の近傍に配置し、
    前記拡散反射部を前記光源から離れた位置で、前記正反射部と隣接して配置し、
    前記正反射部と前記拡散反射部との間の境界部を波形とする、前記正反射部と前記拡散反射部との間に前記拡散反射部より低い拡散反射率を有する反射部を設ける、または前記正反射部と前記拡散反射部との間に前記正反射部に向かうにしたがって拡散反射率を段階的に減少させる反射特性調整部を設ける、のいずれかで構成される
    ことを特徴とする面状光源装置。
  2. 前記光源は、前記筐体内の両側面に互いに対向して配置され、前記光源のそれぞれの近傍に前記正反射部をそれぞれ設け、前記筐体底面の中央部に前記正反射部と隣接して前記拡散反射部とを設けたことを特徴とする請求項１記載の面状光源装置。
  3. 前記光源の光が出射する位置に、前記光源から出射した光を前記正反射部および前記拡散反射部に向けて屈折する偏角素子を配置したことを特徴とする請求項１または２記載の面状光源装置。
  4. 開口部を有する筐体と、
    前記開口部に配設され、入射した光を拡散する拡散板と、
    前記筐体の少なくとも一方の側面に配置された光源と、
    前記拡散板と対向する前記筐体底面に前記光源からの入射光を正反射する正反射部と、該入射光を乱反射する拡散反射部とを備え、
    前記正反射部は前記光源の近傍に配置されており、
    前記正反射部および前記拡散反射部を、入射光を乱反射する拡散反射板および入射光を正反射する正反射板によりそれぞれ構成し、
    前記拡散反射板および前記正反射板を、両者が互いに重なり合う重なり部を設けて配置するとともに、前記拡散反射板を前記正反射板の上に配置した場合は、前記拡散反射板の前記重なり部に、前記正反射板との境界に向かうにしたがい直径が増加する穴を設け、
    前記正反射板を前記拡散反射板の上に配置した場合は、前記正反射板の前記重なり部に、前記拡散反射板との境界に向かうにしたがい直径が減少する穴を設けることを特徴とする面状光源装置。
  5. 前記筐体底面に設けた正反射部および前記拡散反射部を、前記筐体底面のほぼ全域に備えた正反射板と前記正反射板の前記開口部側の一部に密接配置した拡散シートとによりそれぞれ構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面状光源装置。
  6. 前記拡散反射部に傾斜面を形成したことを特徴とする請求項１または３記載の面状光源装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の面状光源装置と、前記面状光源装置からの光を変調する表示素子とを備えたことを特徴とする表示装置。
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