JP4135402B2 - 面光源 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は面光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置等の表示装置の照明光源に用いられる面光源としては、従来、端面からの入射光を導いて前面から出射する導光板の前記端面の側方に、前記端面の全長にわたる長さの冷陰極管を配置した構成のものが広く利用されている。
【０００３】
しかし、この面光源は、前記冷陰極管からの出射光を前記導光板にその端面の全域から入射させ、前記導光板の前面から均一な強度分布の光を出射することができるが、その反面、前記冷陰極管の寿命が短いため、頻繁に冷陰極管を交換しなければならず、したがって維持費が嵩むという問題をもっている。
【０００４】
そのため、最近では、前記前記冷陰極管に代えて、ＬＥＤ（発光ダイオード）等からなる固体発光素子を備えた面光源が利用されるようになってきている。
【０００５】
図５及び図６は固体発光素子を備えた従来の面光源の平面図及び側面図であり、この面光源は、一端面が光の取り込み面（以下、光取り込み端面と言う）１ａとされ、前面１ｂが前記光の取り込み端面１ａから入射した光の出射面とされるとともに、後面に反射膜２が形成された導光板１と、前記導光板１の光取り込み端面１ａにその全域にわたって設けられた拡散板３と、この拡散板３の外側にその長さ方向の中央付近に対応させて配置された１つの固体発光素子４とからなっている。
【０００６】
この面光源は、固体発光素子４からの出射光を拡散板３により拡散させて前記導光板１にその光取り込み端面１ａから入射させ、その光を、図６に矢線で示したように、導光板１の後面の反射膜２による反射と、前記導光板１の前面１ｂと外気である空気層との界面での全反射を繰り返しながら導光板１内を導いて、前記導光板１の前面１ｂから出射する。
【０００７】
この固体発光素子４を備えた面光源は、前記固体発光素子４の寿命が半永久的であるため、発光素子４の交換がほとんど不要であり、したがって、維持費を低減することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図５及び図６に示した従来の面光源は、固体発光素子４から出射し、拡散板３により拡散されて導光板１にその光取り込み端面１ａから入射する光が、図５に矢線で示したように前記固体発光素子４を中心として広がる光であるため、前記導光板１の光取り込み端面１ａから入射した光が導光板１の全域に均等に行き渡らず、そのために、導光板１の前面１ｂから出射する光のうち、前記入射端面１ａ側の両側部付近の領域から出射する光の強度が低く、均一な強度分布の出射光が得られない。
【０００９】
なお、この面光源において、前記固体発光素子４の数を多くし、この発光素子４を前記拡散板３の長さ方向に沿わせて密な間隔で配置すれば、前記導光板１にその光取り込み端面１ａの全域から光を入射させ、前記導光板１の前面１ｂから均一な強度分布の光を出射することができるが、発光素子数を多くしたのでは、コスト高になるとともに、消費電力が増大してしまう。
【００１０】
この発明は、固体発光素子を備えた面光源として、少ない発光素子数で、導光板の前面全体から均一な強度分布の光を出射することができるものを提供することを目的としたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の面光源は、板状部材の端面から光を入射させ、その入射光を導いて前記板状部材の前面から出射する導光板と、光の入射端面と前記導光板の端面に対応する長さの細長出射面とを有し、前記細長出射面を前記導光板の端面に対向させて配置され、前記入射端面から入射した光を導いて前記細長出射面から出射する第１の導光部材と、屈曲した導光部と、この導光部の一端と他端に入射面と出射面とを有し、前記出射面を前記第１の導光部材の入射端面に対向させて配置され、前記入射面から入射した光を前記屈曲した導光部により散乱させて前記出射面から出射する第２の導光部材と、前記第２の導光部材の出射面と前記第１の導光部材との間に設けられ、前記第２の導光部材の出射面から出射した光を拡散させて前記第１の導光部材の入射端面に入射させる第１の拡散層と、固体発光素子を有し、前記第２の導光部材の入射面に光を入射させる光源手段と、前記光源手段と前記第２の導光部材との間に設けられ、前記光源手段からの光を拡散して前記第２の導光部材の入射面に入射させる第２の拡散層とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
この面光源は、固体発光素子を備えた光源手段からの出射光を、前記光源手段と前記第２の導光部材との間に設けられ、前記光源手段からの光を拡散して前記第２の導光部材の入射面に入射させる第２の拡散層による拡散と、前記第２の導光部材の屈曲した導光部での散乱と、前記第２の導光部材の出射面と前記第１の導光部材との間に設けられ、前記第２の導光部材の出射面から出射した光を拡散させて前記第１の導光部材の入射端面に入射させる第１の拡散層による拡散とにより、均一な強度分布の光にして前記第１の導光部材にその端面から入射させ、その光を前記第１の導光部材により導いてその細長出射面から前記導光板の端面に向けて出射することにより、前記導光板にその端面の全域から均一な強度分布の光を入射させ、前記導光板の前面全体から均一な強度分布の光を出射するようにしたものであり、この面光源によれば、少ない発光素子数で、前記導光板の前面全体から均一な強度分布の光を出射することができる。
【００１３】
このように、この発明の面光源は、板状部材の端面から光を入射させ、その入射光を導いて前記板状部材の前面から出射する導光板と、光の入射端面と前記導光板の端面に対応する長さの細長出射面とを有し、前記細長出射面を前記導光板の端面に対向させて配置され、前記入射端面から入射した光を導いて前記細長出射面から出射する第１の導光部材と、屈曲した導光部と、この導光部の一端と他端に入射面と出射面とを有し、前記出射面を前記第１の導光部材の入射端面に対向させて配置され、前記入射面から入射した光を前記屈曲した導光部により散乱させて前記出射面から出射する第２の導光部材と、前記第２の導光部材の出射面と前記第１の導光部材との間に設けられ、前記第２の導光部材の出射面から出射した光を拡散させて前記第１の導光部材の入射端面に入射させる第１の拡散層と、固体発光素子を有し、前記第２の導光部材の入射面に光を入射させる光源手段と、前記光源手段と前記第２の導光部材との間に設けられ、前記光源手段からの光を拡散して前記第２の導光部材の入射面に入射させる第２の拡散層を配置することにより、少ない発光素子数で、導光板の前面全体から均一な強度分布の光を出射することができるようにしたものである。
【００１４】
この発明の面光源において、前記第２の導光部材の導光部は、実質的に直角な２つの屈曲部を有し、両端が同じ方向に向いた屈曲棒状体からなり、前記２つの屈曲部の外周面がそれぞれその角部を斜めに面取りした傾斜面に形成され、これらの傾斜面に反射膜が設けられ、導光板の前面と平行方向に屈曲したものが望ましい。
【００１５】
また、前記第２の導光部材は、半円形の湾曲部を有し、両端が同じ方向に向いた屈曲棒状体からなり、導光板の前面と平行方向に屈曲しているものでもよい。
【００１６】
さらに、前記光源手段は、前記固体発光素子からの出射光を集束して前記第２の導光部材の入射面に入射させる、出射面が前記固体発光素子の出射面より小さな断面の光集束手段を備えているのが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１〜図３はこの発明の第１の実施例を示しており、図１及び図２は面光源の平面図及び側面図、図３は前記面光源の導光板の側方に配置された光学系の拡大平面図である。
【００１８】
この実施例の面光源は、図１〜図３に示したように、板状部材の端面１０ａから光を入射させ、この入射光を導いて前記板状部材の前面１０ｂから出射する導光板１０と、前記導光板１０の側方に配置された光学系とからなっている。
【００１９】
前記導光板１０は、前面１０ｂが平坦面に形成され、後面が一端から他端に向かって前記前面１０ｂに接近する方向に傾斜する傾斜面に形成されるとともに、前記後面にその全域にわたって反射膜１１が形成された楔板状の透明板（例えばアクリル系樹脂板）からなっており、その両端面のうち、前後面間の距離が大きい方の端面が光の取り込み面（以下、光取り込み端面と言う）１０ａとされ、前面１０ｂが前記入射端面１０ａから入射した光の出射面とされている。
【００２０】
この導光板１０は、その光取り込み端面１０ａから入射した光を、図２に矢線で示したように、その後面の反射膜１１による反射と、前面１０ｂと外気である空気層との界面での全反射を繰り返しながら導いて前面１０ｂから出射する。
【００２１】
次に、前記導光板１０の側方に配置された光学系について説明すると、この光学系は、光の入射端面１２ａと前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに対応する長さの細長出射面１２ｂとを有し、前記細長出射面１２ｂを前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに対向させて配置された第１の導光部材１２と、屈曲した導光部１５の一端と他端に入射面１５ａと出射面１５ｂとを有し、前記出射面１５ｂを前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに対向させて配置された第２の導光部材１４と、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａと出射面１５ｂとにそれぞれ設けられた透過光を拡散させる拡散層１７，１８と、固体発光素子１９を有し、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに光を入射させる光源手段とを備えている。
【００２２】
前記第１の導光部材１２は、前記導光板１０の光取り込み端面１０ａの長さとと略同じ長さを有し、且つ両側面の幅が前記導光板１０の光取り込み端面１０ａの幅と略同じで、その一方の側面が平坦面に形成され、他方の側面が一端から他端に向かって前記一方の側面に接近する方向に傾斜する傾斜面に形成されるとともに、この他方の側面にその全域にわたって反射膜１３が形成されたテーパ付き透明角棒（例えばアクリル系樹脂棒）からなっており、その両端面のうち、前記両側面間の距離が大きい方の端面が入射端面１３ａとされ、前記反射膜１３が形成された側面とは反対側の側面が前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに対応する細長出射面１２ｂとされている。
【００２３】
そして、この第１の導光部材１２は、前記細長出射面１２ｂを前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに間隙をおいて対向させ、その間に空気層を形成して配置されている。
【００２４】
この第１の導光部材１３は、前記入射端面１３ａから入射した光を、図３に矢線で示したように、この導光部材１３の細長出射面１３ｂとは反対側の側面の反射膜１３による反射と、前記細長出射面１３ｂと前記空気層（導光板１０の光取り込み端面１０ａとの間の空気層）との界面での全反射を繰り返しながら導いて、前記細長出射面１３ｂの全域から前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに向けて出射する。
【００２５】
なお、この実施例では、前記第１の導光部材１３を、その細長出射面１２ｂと前記導光板１０の光取り込み端面１０ａとの間に空気層を形成して配置しているが、前記第１の導光部材１３の細長出射面１２ｂは、前記第１の導光部材１３よりも充分に屈折率が小さい粘着剤により前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに貼り付けてもよく、その場合でも、前記入射端面１３ａから入射した光を、前記反射膜１３による反射と、前記細長出射面１３ｂと前記低屈折率の粘着剤層との界面での全反射を繰り返しながら導いて、前記細長出射面１３ｂから出射することができる。
【００２６】
前記第２の導光部材１４の導光部１５は、実質的に直角な２つの屈曲部を有し、両端が同じ方向に向いた角型Ｕ字状の屈曲棒状体からなっており、その一端面が入射面１５ａとされ、他端面が出射面１５ｂとされている。
【００２７】
また、前記屈曲棒状体からなる導光部１５の２つの屈曲部の外周面はそれぞれその角部を斜めに面取りした傾斜面に形成されており、これらの傾斜面に反射膜１６が設けられている。
【００２８】
なお、前記導光部１５は、透明樹脂（例えばアクリル系樹脂）からなる一体成形品であり、前記２つの屈曲部を介してつながる３つの直線部はそれぞれ前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに一致する断面形状の角棒状に形成され、前記２つの屈曲部の外周面の傾斜面及び前記傾斜面に設けられた反射膜１６は、前記各直線部の断面全体に対向する面積を有している。
【００２９】
また、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａと出射面１５ｂとに設けられた拡散層１７，１８は、例えば光拡散微粒子を混入した透明樹脂からなっており、前記第２の導光部材１４は、その出射面１５ｂを前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに対向させ、入射面１５ａを前記第１の導光部部材１２の入射端面１２ａ側の背後の領域（導光板１０とは反対側の領域）に対向させて配置され、前記出射面１５ｂに設けられた拡散層１８を介して前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに接着されている。
【００３０】
前記第２の導光部材１４は、その入射面１５ａから入射した光を前記屈曲した導光部１５を導く過程で散乱させて出射面１５ｂから前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに向けて出射するものであり、この第２の導光部材１４にその入射面１５ａから前記拡散層１７により拡散されて入射した光を、図３に矢線で示したように、前記導光部１５の屈曲部の外周の傾斜面に設けられた反射膜１６での反射及び各直線部の周面と外気である空気層との界面での全反射により散乱させながら導いて前記出射面１５ｂから出射する。
【００３１】
そして、前記第２の導光部材１４の出射面１５ｂから出射した散乱光は、前記出射面１５ｂに設けられた拡散層１８により拡散されて前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに入射する。
【００３２】
一方、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａ側に配置された光源手段の固体発光素子１９は、例えば、赤色光を発する赤色ＬＥＤ（発光ダイオード）２０Ｒと、緑色光を発する緑色ＬＥＤ２０Ｇと、青色光を発する青色ＬＥＤ２０Ｂとを１つずつ一列に並べて配置して光散乱性樹脂によりモールドしたものであり、前記各ＬＥＤ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを同時に点灯させることにより、これらのＬＥＤ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂが発する赤、緑、青の３色の光を混色させた白色光を出射する。
【００３３】
この固体発光素子１９は、前記赤色ＬＥＤ２０Ｒと緑色ＬＥＤ２０Ｇと青色ＬＥＤ２０Ｂとを一列に並べて配置したものであるため、その出射面１９ａは、その長さと幅の比が約１：３の横長形状である。
【００３４】
そのため、この実施例では、前記光源手段に、前記固体発光素子１９からの出射光を集束して前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに入射させる光集束手段２１を備えさせている。
【００３５】
前記光集束手段２１は、一側に前記固体発光素子１９の出射面１９ａに対応する入射面２２ａが形成され、一端面に前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに対応する出射面２２ｂが形成された導光体２２と、前記導光体２２の前記入射面２２ａとは反対側に設けられ、前記入射面２２ａからの入射光を反射して前記出射面２２ｂに集束させる反射部２３とからなっている。
【００３６】
この光集束手段２１の導光体２２は、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａと同じ断面形状の透明角棒（例えばアクリル系樹脂棒）からなっており、一端面が前記出射面２２ｂとされ、他端側の一側面が前記固体発光素子１９の出射面１９ａに対応する入射面２２ａとされている。
【００３７】
そして、前記導光体２２の前記入射面２２ａとは反対側の側面は、前記出射面２２ｂ側から導光体２２の他端側に向かって前記入射面２２ａ側に接近する方向に傾斜する傾斜面に形成されており、その傾斜面に反射膜２４が設けられ、前記反射部２３が形成されている。
【００３８】
なお、図では便宜上、前記前記反射部２３を形成する導光体２２の傾斜面及び前記傾斜面に設けられた反射膜２４を直線面状に示しているが、前記傾斜面と反射膜２４は、前記入射面２２ａに対して実質的に４５度の角度で傾斜する微小幅の細長傾斜面が密な間隔で互いに平行に並んだ形状に凹凸面状に形成され、前記入射面２２ａからの入射光を導光体２２の長さ方向に反射して前記出射面２２ｂに集束させるようになっている。
【００３９】
そして、前記光集束手段２１は、前記第１の導光部部材１２の入射端面１２ａ側の背後の領域に、前記導光体２２の入射面２２ａを前記導光板１０とは反対方向に向け、前記導光体２２の出射面２２ｂを前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに対向させて配置され、前記導光体２２の出射面２２ｂを、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに設けられた拡散層１７を介して前記第２の導光部材１４の入射端面１５ａに接着されており、前記固体発光素子１８は、その出射面１９ａを前記光集束手段２１の導光体２２の入射面２２ａに対向させて配置されている。
【００４０】
すなわち、この面光源は、前記導光板１０の側方に、光の入射端面１２ａと前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに対応する長さの細長出射面１２ｂとを有する第１の導光部材１２がその細長出射面１２ｂを前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに対向させて配置され、この第１の導光部材１２の入射端面１２ａ側に、Ｕ字状に屈曲した第２の導光部材１５がその出射面１５ｂを第１の導光部材１２の入射端面１２ａに対向させて配置され、さらに前記第１の導光部材１２の細長出射面１２ｂとは反対の面側に位置させて、固体発光素子１９とこの固体発光素子１９からの出射光を集束する光集束手段２１とを有する光源手段が前記第２の導光部材１５の入射面１５ａに対向させて配置された構成のものであり、前記光源手段からの光は、前記Ｕ字状に屈曲した第２の導光部材１５によりほぼ１８０゜進行方向を変えられて前記第１の導光部材１２に導かれ、この第１の導光部材１２によりさらに９０゜進行方向を変えて、前記導光板１０に入射する。
【００４１】
この面光源は、前記固体発光素子１９からの出射光を前記光集束手段２１により前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに集束し、その光を、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに設けられた拡散層１７による拡散と、前記第２の導光部材１４の屈曲した導光部１５での散乱とにより均一な強度分布の拡散光にして前記第２の導光部材１４の出射面１５ｂから出射させ、さらにその光を、前記第２の導光部材１４の出射面１５ｂに設けられた拡散層１８によりさらに拡散し、より均一な強度分布の光にして前記第１の導光部材１２にその入射端面１２ａから入射させ、その光を、前記第１の導光部材１２により導いてその細長出射面１２ｂの全域から前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに向けて出射することにより、前記導光板１０にその光取り込み端面１０ａの全域から均一な強度分布の光を図１に矢線で示したように入射させ、前記導光板１０の前面１０ｂの全体から均一な強度分布の光を出射する。
【００４２】
すなわち、この面光源は、光取り込み端面１０ａからの入射光を導いて前面１０ｂから出射する導光板１０と、入射端面１２ａから入射した光を導いて細長出射面１２ｂから前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに向けて出射する第１の導光部材１２と、入射面１５ａから入射した光を屈曲した導光部１５により散乱させて出射面１５ｂから前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに向けて出射する第２の導光部材１４と、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａと出射面１５ｂとにそれぞれ設けられた拡散層１７，１８とを備え、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａ側に、１つの固体発光素子１９とこの固体発光素子１９からの出射光を集束する光集束手段２１とからなる光源手段を配置することにより、前記１つの固体発光素子１９からの出射光を、前記導光板１０の前面１０ｂの全体から均一な強度分布で出射するようにしたものであり、この面光源によれば、少ない発光素子数で、導光板１０の前面全体から均一な強度分布の光を出射することができる。
【００４３】
しかも、上記実施例の面光源は、前記第２の導光部材１４の導光部１５を、実質的に直角な２つの屈曲部を有し、両端が同じ方向に向いた屈曲棒状体からなり、前記２つの屈曲部の外周面がそれぞれその角部を斜めに面取りした傾斜面に形成され、これらの傾斜面に反射膜１６が設けられた構成としているため、この第２の導光部材１４にその入射面１５ａから入射した光を、前記導光部１５の屈曲部の外周の傾斜面に設けられた反射膜１６での反射及び各直線部の周面と外気である空気層との界面での全反射により散乱させ、均一な強度分布の光を、この第２の導光部材１４の出射面１５ｂから出射することができる。
【００４４】
さらに、上記実施例では、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａ側に、一側に固体発光素子１９の出射面１９ａに対応する入射端面２２ａが形成され、一端面に前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに対応する出射面２２ｂが形成された導光体２２と、前記導光体２２の前記入射面２２ａとは反対側に設けられ、前記入射面２２ａからの入射光を反射して前記出射面２２ｂに集束させる反射部２３とからなる光集束手段２１を、前記導光体２２の出射面２２ｂを前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに対向させて配置し、前記固体発光素子１９を、その出射面１９ａを前記光集束手段２１の導光体２２の入射面２２ａに対向させて配置しているため、前記第２の導光部材１４の入射端１５ａの面積が前記固体発光素子１９の出射面１９ａより小さくても、前記固体発光素子１９からの出射光のほとんどロスすること無く前記第２の導光部材１４にその入射端１５ａから入射させることができ、したがって、前記第２の導光部材１４の導光部１５及び前記第１の導光部材１２の太さを小さくし、面光源の配置スペースを小さくすることができる。
【００４５】
この面光源は、例えば図２に仮想線（二点鎖線）で示した透過型液晶表示素子（アクティブマトリックス型または単純マトリックス型液晶表示素子）２５の背後に配置されて液晶表示装置を構成するものであり、前記面光源は、前記導光板１０の後面に形成された反射膜１１を有しているため、前記液晶表示装置に、面光源からの照明光を液晶表示素子２５にその後側から入射させて表示する透過表示と、前記液晶表示素子２５の前側から入射した外光を図２に破線で示したように前記反射膜１１で反射させて表示する反射表示との両方の表示を行なわせることができる。
【００４６】
そして、前記面光源は、前記導光板１０の前面１０ｂの全体から均一な強度分布の光を出射するため、前記液晶表示装置に、透過表示のときも輝度むらの無い高品質の表示を行なわせることができる。
【００４７】
なお、この実施例の面光源は、上述したように、赤色ＬＥＤ２０Ｒと緑色ＬＥＤ２０Ｇと青色ＬＥＤ２０Ｂとを１つずつ有するの固体発光素子１９を備えたものであるため、前記固体発光素子１９から赤、緑、青の３色の光を混色させた白色光を出射させるだけでなく、前記各ＬＥＤ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを順次点灯させることにより、赤、緑、青の３色の光を順次出射させることもでき、したがって、フィールドシーケンシャル液晶表示装置の面光源としても利用することができる。
【００４８】
図４はこの発明の第２の実施例を示す導光板１０の側方に配置された光学系の平面図である。
【００４９】
この実施例の面光源は、前記光学系の第１の導光部材１２と、固体発光素子１９及び光集束手段２１とからなる光源手段との間に、半円形の湾曲部を有し、両端が同じ方向に向いたＵ字状の屈曲棒状体からなる導光部２７の一端と他端を入射面２７ａと出射面２７ｂとした構成の第２の導光部材２６を、その出射面２７ｂを前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに対向させて配置し、この第２の導光部材２６の入射面２７ａと出射面２７ｂとにそれぞれ拡散層１７，１８を配置したものである。
【００５０】
この実施例において、前記第２の導光部材２６の導光部２７は、透明樹脂（例えばアクリル系樹脂）からなる一体成形品であり、その全長が同じ太さの丸棒状に形成されている。
【００５１】
また、前記第１の導光部材１２は、その入射端面１２ａの面積が前記第２の導光部材２６の出射面２７ｂよりも僅かに大きいテーパ付き透明角棒からなっており、前記光集束手段２１は、断面積が前記第２の導光部材２６の入射面２７ａよりも僅かに大きい透明角棒からなり、その一端面が出射面２２ｂとされ、他端側の一側面が前記固体発光素子１９の出射面１９ａに対応する入射面２２ａとされた導光体２２と、前記導光体２２の前記入射面２２ａとは反対側の側面に設けられ、前記入射面２２ａからの入射光を反射して前記出射面２２ｂに集束させる反射部２３とからなっている。
【００５２】
なお、前記第１の導光部材１２は、その太さは異なるが基本的な構成は上記第１の実施例のものと同じであり、前記光源手段の光集束手段２１も、その導光体２２の太さ及び反射部２３の傾きは異なるが基本的な構成は上記第１の実施例のものと同じであり、さらに、前記光集束手段２１の入射面２２ａに対向させて配置された固体発光素子１９も上記第１の実施例のものと同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【００５３】
この実施例の面光源は、前記光集束手段２１の入射面２２ａに対向させて配置された固体発光素子１９から出射し、前記光集束手段２１により集束されて前記第２の導光部材２６にその入射面２７ａから入射した光を、前記第２の導光部材２６屈曲した導光部２７を導く過程で散乱させて出射面２７ｂから前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに向けて出射するものであり、前記第２の導光部材２６にその入射面２７ａから前記拡散層１７により拡散されて入射した光は、図４に矢線で示したように、前記導光部２７の半円形湾曲部の周面と外気である空気層との界面での全反射により散乱されながら前記導光部２７を導かれて前記出射面２７ｂから出射し、さらに前記出射面１５ｂに設けられた拡散層１８により拡散されて前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに入射する。
【００５４】
そして、前記第１の導光部材１２にその入射端面１２ａに入射した光は、上述した第１の実施例の面光源と同様に、前記第１の導光部材１２を導かれてその細長出射面１２ｂの全域から出射し、前記導光板１０にその光取り込み端面１０ａの全域から入射して、前記導光板１０の前面全体から均一な強度分布で出射する。
【００５５】
すなわち、この実施例の面光源は、半円形の湾曲部を有し、両端が同じ方向に向いた屈曲棒状体からなる第２の導光部材２６を備えているため、この第２の導光部材２６にその入射面２７ａから入射した光を、前記導光部２７の半円形湾曲部の周面と外気である空気層との界面での全反射により散乱し、均一な強度分布の光を、この第２の導光部材２６の出射面１５ｂから出射することができる。
【００５６】
したがって、この実施例の面光源によれば、前記固体発光素子１９からの出射光を前記光集束手段２１により前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに集束し、その光を、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに設けられた拡散層１７による拡散と、前記第２の導光部材２６の屈曲した導光部２７での散乱とにより均一な強度分布の光にして前記第２の導光部材２６の出射面２７ｂから出射させ、さらにその光を、前記第２の導光部材２６の出射面２７ｂに設けられた拡散層１８により拡散し、より均一な強度分布の光にして前記第１の導光部材１２にその入射端面１２ａから入射させ、その光を、前記第１の導光部材１２により導いてその細長出射面１２ｂの全域から前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに向けて出射することにより、前記導光板１０にその光取り込み端面１０ａの全域から均一な強度分布の光を入射させ、前記導光板１０の前面１０ｂの全体から均一な強度分布の光を出射することができる。
【００５７】
なお、上記第１及び第２の実施例の面光源では、第２の導光部材１４，２６の入射面１５ａ，２７ａと出射面２７ｂの両方に拡散層１７，１８を設けているが、拡散層は、第２の導光部材１４，２６の入射面１５ａ，２７ａと出射面２７ｂのいずれか一方だけに設けてもよい。
【００５８】
その場合、前記拡散層は、前記第２の導光部材１４，２６の入射面１５ａ，２７ａに設けるのが好ましく、このようにすることにより、固体発光素子１９からの出射光を拡散させて前記第２の導光部材１４，２６に入射させ、前記第２の導光部材１４，２６の屈曲した導光部１５，２７による散乱をより効果的に行なわせることができる。
【００５９】
また、上記各実施例の面光源は、第２の導光部材１４，２６の入射面１５ａ，２７ａ側に配置した光集束手段２１の入射面２２ａに対向させて１つの固体発光素子１９を配置したものであるが、前記固体発光素子１９は、１つに限らず、前記光集束手段２１の入射面２２ａを長く形成し、その入射面２２ａに対向させて複数の固体発光素子を配置してもよい。
【００６０】
さらに、上記各実施例では、固体発光素子１９からの出射光を集束して第２の導光部材１４，２６の入射面１５ａ，２７ａに入射させる光集束手段２１を、一側に固体発光素子１９の出射面１９ａに対応する入射端面２２ａが形成され、一端面に前記第２の導光部材１４，２６の入射面１５ａ，２７ａに対応する出射面２２ｂが形成された導光体２２と、前記導光体２２の前記入射面２２ａとは反対側に設けられ、前記入射面２２ａからの入射光を反射して前記出射面２２ｂに集束させる反射部２３とからなる構成としているが、前記固体発光素子１９からの出射光を集束して前記第２の導光部材１４，２６の入射面１５ａ，２７ａに入射させる光集束手段は、例えば前記固体発光素子１９からの出射光を集束するレンズ等により構成してもよい。
【００６１】
また、前記固体発光素子１９は、赤色ＬＥＤ２０Ｒと緑色ＬＥＤ２０Ｇと青色ＬＥＤ２０Ｂとを備えたものに限らず、例えばＥＬ（エレクトロルミネッセンス）等からなるものでもよい。
【００６２】
また、この発明の面光源は、液晶表示装置の照明光源に限らず、光の透過を制御して画像を表示する表示素子を備えた表示装置の照明光源や、表示装置以外の照明光源にも広く使用することができる。
【００６３】
【発明の効果】
この発明の面光源は、端面からの入射光を導いて前面から出射する導光板と、入射端面から入射した光を導いて細長出射面から前記導光板の端面に向けて出射する第１の導光部材と、入射面から入射した光を屈曲した導光部により散乱させて出射面から前記第１の導光部材の入射端面に向けて出射する第２の導光部材と、前記第２の導光部材の出射面と前記第１の導光部材との間に設けられ、前記第２の導光部材の出射面から出射した光を拡散させて前記第１の導光部材の入射端面に入射させる第１の拡散層と、前記第２の導光部材の入射面側に固体発光素子を備えた光源手段と、前記光源手段と前記第２の導光部材との間に設けられ、前記光源手段からの光を拡散して前記第２の導光部材の入射面に入射させる第２の拡散層とを配置したものであるため、少ない発光素子数で、前記導光板の前面全体から均一な強度分布の光を出射することができる。
【００６４】
この発明の面光源において、前記第２の導光部材の導光部は、実質的に直角な２つの屈曲部を有し、両端が同じ方向に向いた屈曲棒状体からなり、前記２つの屈曲部の外周面がそれぞれその角部を斜めに面取りした傾斜面に形成され、これらの傾斜面に反射膜が設けられ、導光板の前面と平行方向に屈曲したものが望ましく、このような構成とすることにより、前記第２の導光部材にその入射面から入射した光を、前記導光部の屈曲部の外周の傾斜面に設けられた反射膜での反射及び各直線部の周面と外気である空気層との界面での全反射により散乱させ、均一な強度分布の光を、この第２の導光部材の出射面から出射することができる。
【００６５】
また、前記第２の導光部材は、半円形の湾曲部を有し、両端が同じ方向に向いた屈曲棒状体からなり、導光板の前面と平行方向に屈曲しているものでもよく、このような構成とすることにより、前記第２の導光部材にその入射面から入射した光を、前記導光部の半円形湾曲部の周面と外気である空気層との界面での全反射により散乱させ、均一な強度分布の光を、この第２の導光部材の出射面から出射することができる。
【００６６】
さらに、前記光源手段は、前記固体発光素子からの出射光を集束して前記第２の導光部材の入射面に入射させる、出射面が前記固体発光素子の出射面より小さな断面の光集束手段を備えた構成とするのが望ましく、このようにすることにより、前記第２の導光部材の導光部及び前記第１の導光部材の太さを小さくし、面光源の配置スペースを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す面光源の平面図。
【図２】前記面光源の側面図。
【図３】前記面光源の導光板の側方に配置された光学系の拡大平面図。
【図４】この発明の第１の実施例を示す導光板の側方に配置された光学系の平面図。
【図５】従来の面光源の平面図。
【図６】従来の面光源の側面図。
【符号の説明】
１０…導光板
１０ａ…端面
１０ｂ…前面
１１…反射膜
１２…第１の導光部材
１２ａ…入射端面、
１２ｂ…細長出射面
１３…反射膜
１４，２６…第２の導光部材
１５，２７…導光部
１５ａ，２７ａ…入射面
１５ｂ，２７ｂ…出射面
１６…反射膜
１７，１８…拡散層
１９…固体発光素子
１９ａ…出射面
２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ…ＬＥＤ
２１…光集束手段
２２…導光体
２２ａ…入射面
２２ｂ…出射面
２３…反射部
【発明の属する技術分野】
この発明は面光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置等の表示装置の照明光源に用いられる面光源としては、従来、端面からの入射光を導いて前面から出射する導光板の前記端面の側方に、前記端面の全長にわたる長さの冷陰極管を配置した構成のものが広く利用されている。
【０００３】
しかし、この面光源は、前記冷陰極管からの出射光を前記導光板にその端面の全域から入射させ、前記導光板の前面から均一な強度分布の光を出射することができるが、その反面、前記冷陰極管の寿命が短いため、頻繁に冷陰極管を交換しなければならず、したがって維持費が嵩むという問題をもっている。
【０００４】
そのため、最近では、前記前記冷陰極管に代えて、ＬＥＤ（発光ダイオード）等からなる固体発光素子を備えた面光源が利用されるようになってきている。
【０００５】
図５及び図６は固体発光素子を備えた従来の面光源の平面図及び側面図であり、この面光源は、一端面が光の取り込み面（以下、光取り込み端面と言う）１ａとされ、前面１ｂが前記光の取り込み端面１ａから入射した光の出射面とされるとともに、後面に反射膜２が形成された導光板１と、前記導光板１の光取り込み端面１ａにその全域にわたって設けられた拡散板３と、この拡散板３の外側にその長さ方向の中央付近に対応させて配置された１つの固体発光素子４とからなっている。
【０００６】
この面光源は、固体発光素子４からの出射光を拡散板３により拡散させて前記導光板１にその光取り込み端面１ａから入射させ、その光を、図６に矢線で示したように、導光板１の後面の反射膜２による反射と、前記導光板１の前面１ｂと外気である空気層との界面での全反射を繰り返しながら導光板１内を導いて、前記導光板１の前面１ｂから出射する。
【０００７】
この固体発光素子４を備えた面光源は、前記固体発光素子４の寿命が半永久的であるため、発光素子４の交換がほとんど不要であり、したがって、維持費を低減することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図５及び図６に示した従来の面光源は、固体発光素子４から出射し、拡散板３により拡散されて導光板１にその光取り込み端面１ａから入射する光が、図５に矢線で示したように前記固体発光素子４を中心として広がる光であるため、前記導光板１の光取り込み端面１ａから入射した光が導光板１の全域に均等に行き渡らず、そのために、導光板１の前面１ｂから出射する光のうち、前記入射端面１ａ側の両側部付近の領域から出射する光の強度が低く、均一な強度分布の出射光が得られない。
【０００９】
なお、この面光源において、前記固体発光素子４の数を多くし、この発光素子４を前記拡散板３の長さ方向に沿わせて密な間隔で配置すれば、前記導光板１にその光取り込み端面１ａの全域から光を入射させ、前記導光板１の前面１ｂから均一な強度分布の光を出射することができるが、発光素子数を多くしたのでは、コスト高になるとともに、消費電力が増大してしまう。
【００１０】
この発明は、固体発光素子を備えた面光源として、少ない発光素子数で、導光板の前面全体から均一な強度分布の光を出射することができるものを提供することを目的としたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の面光源は、板状部材の端面から光を入射させ、その入射光を導いて前記板状部材の前面から出射する導光板と、光の入射端面と前記導光板の端面に対応する長さの細長出射面とを有し、前記細長出射面を前記導光板の端面に対向させて配置され、前記入射端面から入射した光を導いて前記細長出射面から出射する第１の導光部材と、屈曲した導光部と、この導光部の一端と他端に入射面と出射面とを有し、前記出射面を前記第１の導光部材の入射端面に対向させて配置され、前記入射面から入射した光を前記屈曲した導光部により散乱させて前記出射面から出射する第２の導光部材と、前記第２の導光部材の出射面と前記第１の導光部材との間に設けられ、前記第２の導光部材の出射面から出射した光を拡散させて前記第１の導光部材の入射端面に入射させる第１の拡散層と、固体発光素子を有し、前記第２の導光部材の入射面に光を入射させる光源手段と、前記光源手段と前記第２の導光部材との間に設けられ、前記光源手段からの光を拡散して前記第２の導光部材の入射面に入射させる第２の拡散層とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
この面光源は、固体発光素子を備えた光源手段からの出射光を、前記光源手段と前記第２の導光部材との間に設けられ、前記光源手段からの光を拡散して前記第２の導光部材の入射面に入射させる第２の拡散層による拡散と、前記第２の導光部材の屈曲した導光部での散乱と、前記第２の導光部材の出射面と前記第１の導光部材との間に設けられ、前記第２の導光部材の出射面から出射した光を拡散させて前記第１の導光部材の入射端面に入射させる第１の拡散層による拡散とにより、均一な強度分布の光にして前記第１の導光部材にその端面から入射させ、その光を前記第１の導光部材により導いてその細長出射面から前記導光板の端面に向けて出射することにより、前記導光板にその端面の全域から均一な強度分布の光を入射させ、前記導光板の前面全体から均一な強度分布の光を出射するようにしたものであり、この面光源によれば、少ない発光素子数で、前記導光板の前面全体から均一な強度分布の光を出射することができる。
【００１３】
このように、この発明の面光源は、板状部材の端面から光を入射させ、その入射光を導いて前記板状部材の前面から出射する導光板と、光の入射端面と前記導光板の端面に対応する長さの細長出射面とを有し、前記細長出射面を前記導光板の端面に対向させて配置され、前記入射端面から入射した光を導いて前記細長出射面から出射する第１の導光部材と、屈曲した導光部と、この導光部の一端と他端に入射面と出射面とを有し、前記出射面を前記第１の導光部材の入射端面に対向させて配置され、前記入射面から入射した光を前記屈曲した導光部により散乱させて前記出射面から出射する第２の導光部材と、前記第２の導光部材の出射面と前記第１の導光部材との間に設けられ、前記第２の導光部材の出射面から出射した光を拡散させて前記第１の導光部材の入射端面に入射させる第１の拡散層と、固体発光素子を有し、前記第２の導光部材の入射面に光を入射させる光源手段と、前記光源手段と前記第２の導光部材との間に設けられ、前記光源手段からの光を拡散して前記第２の導光部材の入射面に入射させる第２の拡散層を配置することにより、少ない発光素子数で、導光板の前面全体から均一な強度分布の光を出射することができるようにしたものである。
【００１４】
この発明の面光源において、前記第２の導光部材の導光部は、実質的に直角な２つの屈曲部を有し、両端が同じ方向に向いた屈曲棒状体からなり、前記２つの屈曲部の外周面がそれぞれその角部を斜めに面取りした傾斜面に形成され、これらの傾斜面に反射膜が設けられ、導光板の前面と平行方向に屈曲したものが望ましい。
【００１５】
また、前記第２の導光部材は、半円形の湾曲部を有し、両端が同じ方向に向いた屈曲棒状体からなり、導光板の前面と平行方向に屈曲しているものでもよい。
【００１６】
さらに、前記光源手段は、前記固体発光素子からの出射光を集束して前記第２の導光部材の入射面に入射させる、出射面が前記固体発光素子の出射面より小さな断面の光集束手段を備えているのが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１〜図３はこの発明の第１の実施例を示しており、図１及び図２は面光源の平面図及び側面図、図３は前記面光源の導光板の側方に配置された光学系の拡大平面図である。
【００１８】
この実施例の面光源は、図１〜図３に示したように、板状部材の端面１０ａから光を入射させ、この入射光を導いて前記板状部材の前面１０ｂから出射する導光板１０と、前記導光板１０の側方に配置された光学系とからなっている。
【００１９】
前記導光板１０は、前面１０ｂが平坦面に形成され、後面が一端から他端に向かって前記前面１０ｂに接近する方向に傾斜する傾斜面に形成されるとともに、前記後面にその全域にわたって反射膜１１が形成された楔板状の透明板（例えばアクリル系樹脂板）からなっており、その両端面のうち、前後面間の距離が大きい方の端面が光の取り込み面（以下、光取り込み端面と言う）１０ａとされ、前面１０ｂが前記入射端面１０ａから入射した光の出射面とされている。
【００２０】
この導光板１０は、その光取り込み端面１０ａから入射した光を、図２に矢線で示したように、その後面の反射膜１１による反射と、前面１０ｂと外気である空気層との界面での全反射を繰り返しながら導いて前面１０ｂから出射する。
【００２１】
次に、前記導光板１０の側方に配置された光学系について説明すると、この光学系は、光の入射端面１２ａと前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに対応する長さの細長出射面１２ｂとを有し、前記細長出射面１２ｂを前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに対向させて配置された第１の導光部材１２と、屈曲した導光部１５の一端と他端に入射面１５ａと出射面１５ｂとを有し、前記出射面１５ｂを前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに対向させて配置された第２の導光部材１４と、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａと出射面１５ｂとにそれぞれ設けられた透過光を拡散させる拡散層１７，１８と、固体発光素子１９を有し、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに光を入射させる光源手段とを備えている。
【００２２】
前記第１の導光部材１２は、前記導光板１０の光取り込み端面１０ａの長さとと略同じ長さを有し、且つ両側面の幅が前記導光板１０の光取り込み端面１０ａの幅と略同じで、その一方の側面が平坦面に形成され、他方の側面が一端から他端に向かって前記一方の側面に接近する方向に傾斜する傾斜面に形成されるとともに、この他方の側面にその全域にわたって反射膜１３が形成されたテーパ付き透明角棒（例えばアクリル系樹脂棒）からなっており、その両端面のうち、前記両側面間の距離が大きい方の端面が入射端面１３ａとされ、前記反射膜１３が形成された側面とは反対側の側面が前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに対応する細長出射面１２ｂとされている。
【００２３】
そして、この第１の導光部材１２は、前記細長出射面１２ｂを前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに間隙をおいて対向させ、その間に空気層を形成して配置されている。
【００２４】
この第１の導光部材１３は、前記入射端面１３ａから入射した光を、図３に矢線で示したように、この導光部材１３の細長出射面１３ｂとは反対側の側面の反射膜１３による反射と、前記細長出射面１３ｂと前記空気層（導光板１０の光取り込み端面１０ａとの間の空気層）との界面での全反射を繰り返しながら導いて、前記細長出射面１３ｂの全域から前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに向けて出射する。
【００２５】
なお、この実施例では、前記第１の導光部材１３を、その細長出射面１２ｂと前記導光板１０の光取り込み端面１０ａとの間に空気層を形成して配置しているが、前記第１の導光部材１３の細長出射面１２ｂは、前記第１の導光部材１３よりも充分に屈折率が小さい粘着剤により前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに貼り付けてもよく、その場合でも、前記入射端面１３ａから入射した光を、前記反射膜１３による反射と、前記細長出射面１３ｂと前記低屈折率の粘着剤層との界面での全反射を繰り返しながら導いて、前記細長出射面１３ｂから出射することができる。
【００２６】
前記第２の導光部材１４の導光部１５は、実質的に直角な２つの屈曲部を有し、両端が同じ方向に向いた角型Ｕ字状の屈曲棒状体からなっており、その一端面が入射面１５ａとされ、他端面が出射面１５ｂとされている。
【００２７】
また、前記屈曲棒状体からなる導光部１５の２つの屈曲部の外周面はそれぞれその角部を斜めに面取りした傾斜面に形成されており、これらの傾斜面に反射膜１６が設けられている。
【００２８】
なお、前記導光部１５は、透明樹脂（例えばアクリル系樹脂）からなる一体成形品であり、前記２つの屈曲部を介してつながる３つの直線部はそれぞれ前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに一致する断面形状の角棒状に形成され、前記２つの屈曲部の外周面の傾斜面及び前記傾斜面に設けられた反射膜１６は、前記各直線部の断面全体に対向する面積を有している。
【００２９】
また、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａと出射面１５ｂとに設けられた拡散層１７，１８は、例えば光拡散微粒子を混入した透明樹脂からなっており、前記第２の導光部材１４は、その出射面１５ｂを前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに対向させ、入射面１５ａを前記第１の導光部部材１２の入射端面１２ａ側の背後の領域（導光板１０とは反対側の領域）に対向させて配置され、前記出射面１５ｂに設けられた拡散層１８を介して前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに接着されている。
【００３０】
前記第２の導光部材１４は、その入射面１５ａから入射した光を前記屈曲した導光部１５を導く過程で散乱させて出射面１５ｂから前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに向けて出射するものであり、この第２の導光部材１４にその入射面１５ａから前記拡散層１７により拡散されて入射した光を、図３に矢線で示したように、前記導光部１５の屈曲部の外周の傾斜面に設けられた反射膜１６での反射及び各直線部の周面と外気である空気層との界面での全反射により散乱させながら導いて前記出射面１５ｂから出射する。
【００３１】
そして、前記第２の導光部材１４の出射面１５ｂから出射した散乱光は、前記出射面１５ｂに設けられた拡散層１８により拡散されて前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに入射する。
【００３２】
一方、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａ側に配置された光源手段の固体発光素子１９は、例えば、赤色光を発する赤色ＬＥＤ（発光ダイオード）２０Ｒと、緑色光を発する緑色ＬＥＤ２０Ｇと、青色光を発する青色ＬＥＤ２０Ｂとを１つずつ一列に並べて配置して光散乱性樹脂によりモールドしたものであり、前記各ＬＥＤ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを同時に点灯させることにより、これらのＬＥＤ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂが発する赤、緑、青の３色の光を混色させた白色光を出射する。
【００３３】
この固体発光素子１９は、前記赤色ＬＥＤ２０Ｒと緑色ＬＥＤ２０Ｇと青色ＬＥＤ２０Ｂとを一列に並べて配置したものであるため、その出射面１９ａは、その長さと幅の比が約１：３の横長形状である。
【００３４】
そのため、この実施例では、前記光源手段に、前記固体発光素子１９からの出射光を集束して前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに入射させる光集束手段２１を備えさせている。
【００３５】
前記光集束手段２１は、一側に前記固体発光素子１９の出射面１９ａに対応する入射面２２ａが形成され、一端面に前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに対応する出射面２２ｂが形成された導光体２２と、前記導光体２２の前記入射面２２ａとは反対側に設けられ、前記入射面２２ａからの入射光を反射して前記出射面２２ｂに集束させる反射部２３とからなっている。
【００３６】
この光集束手段２１の導光体２２は、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａと同じ断面形状の透明角棒（例えばアクリル系樹脂棒）からなっており、一端面が前記出射面２２ｂとされ、他端側の一側面が前記固体発光素子１９の出射面１９ａに対応する入射面２２ａとされている。
【００３７】
そして、前記導光体２２の前記入射面２２ａとは反対側の側面は、前記出射面２２ｂ側から導光体２２の他端側に向かって前記入射面２２ａ側に接近する方向に傾斜する傾斜面に形成されており、その傾斜面に反射膜２４が設けられ、前記反射部２３が形成されている。
【００３８】
なお、図では便宜上、前記前記反射部２３を形成する導光体２２の傾斜面及び前記傾斜面に設けられた反射膜２４を直線面状に示しているが、前記傾斜面と反射膜２４は、前記入射面２２ａに対して実質的に４５度の角度で傾斜する微小幅の細長傾斜面が密な間隔で互いに平行に並んだ形状に凹凸面状に形成され、前記入射面２２ａからの入射光を導光体２２の長さ方向に反射して前記出射面２２ｂに集束させるようになっている。
【００３９】
そして、前記光集束手段２１は、前記第１の導光部部材１２の入射端面１２ａ側の背後の領域に、前記導光体２２の入射面２２ａを前記導光板１０とは反対方向に向け、前記導光体２２の出射面２２ｂを前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに対向させて配置され、前記導光体２２の出射面２２ｂを、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに設けられた拡散層１７を介して前記第２の導光部材１４の入射端面１５ａに接着されており、前記固体発光素子１８は、その出射面１９ａを前記光集束手段２１の導光体２２の入射面２２ａに対向させて配置されている。
【００４０】
すなわち、この面光源は、前記導光板１０の側方に、光の入射端面１２ａと前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに対応する長さの細長出射面１２ｂとを有する第１の導光部材１２がその細長出射面１２ｂを前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに対向させて配置され、この第１の導光部材１２の入射端面１２ａ側に、Ｕ字状に屈曲した第２の導光部材１５がその出射面１５ｂを第１の導光部材１２の入射端面１２ａに対向させて配置され、さらに前記第１の導光部材１２の細長出射面１２ｂとは反対の面側に位置させて、固体発光素子１９とこの固体発光素子１９からの出射光を集束する光集束手段２１とを有する光源手段が前記第２の導光部材１５の入射面１５ａに対向させて配置された構成のものであり、前記光源手段からの光は、前記Ｕ字状に屈曲した第２の導光部材１５によりほぼ１８０゜進行方向を変えられて前記第１の導光部材１２に導かれ、この第１の導光部材１２によりさらに９０゜進行方向を変えて、前記導光板１０に入射する。
【００４１】
この面光源は、前記固体発光素子１９からの出射光を前記光集束手段２１により前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに集束し、その光を、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに設けられた拡散層１７による拡散と、前記第２の導光部材１４の屈曲した導光部１５での散乱とにより均一な強度分布の拡散光にして前記第２の導光部材１４の出射面１５ｂから出射させ、さらにその光を、前記第２の導光部材１４の出射面１５ｂに設けられた拡散層１８によりさらに拡散し、より均一な強度分布の光にして前記第１の導光部材１２にその入射端面１２ａから入射させ、その光を、前記第１の導光部材１２により導いてその細長出射面１２ｂの全域から前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに向けて出射することにより、前記導光板１０にその光取り込み端面１０ａの全域から均一な強度分布の光を図１に矢線で示したように入射させ、前記導光板１０の前面１０ｂの全体から均一な強度分布の光を出射する。
【００４２】
すなわち、この面光源は、光取り込み端面１０ａからの入射光を導いて前面１０ｂから出射する導光板１０と、入射端面１２ａから入射した光を導いて細長出射面１２ｂから前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに向けて出射する第１の導光部材１２と、入射面１５ａから入射した光を屈曲した導光部１５により散乱させて出射面１５ｂから前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに向けて出射する第２の導光部材１４と、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａと出射面１５ｂとにそれぞれ設けられた拡散層１７，１８とを備え、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａ側に、１つの固体発光素子１９とこの固体発光素子１９からの出射光を集束する光集束手段２１とからなる光源手段を配置することにより、前記１つの固体発光素子１９からの出射光を、前記導光板１０の前面１０ｂの全体から均一な強度分布で出射するようにしたものであり、この面光源によれば、少ない発光素子数で、導光板１０の前面全体から均一な強度分布の光を出射することができる。
【００４３】
しかも、上記実施例の面光源は、前記第２の導光部材１４の導光部１５を、実質的に直角な２つの屈曲部を有し、両端が同じ方向に向いた屈曲棒状体からなり、前記２つの屈曲部の外周面がそれぞれその角部を斜めに面取りした傾斜面に形成され、これらの傾斜面に反射膜１６が設けられた構成としているため、この第２の導光部材１４にその入射面１５ａから入射した光を、前記導光部１５の屈曲部の外周の傾斜面に設けられた反射膜１６での反射及び各直線部の周面と外気である空気層との界面での全反射により散乱させ、均一な強度分布の光を、この第２の導光部材１４の出射面１５ｂから出射することができる。
【００４４】
さらに、上記実施例では、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａ側に、一側に固体発光素子１９の出射面１９ａに対応する入射端面２２ａが形成され、一端面に前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに対応する出射面２２ｂが形成された導光体２２と、前記導光体２２の前記入射面２２ａとは反対側に設けられ、前記入射面２２ａからの入射光を反射して前記出射面２２ｂに集束させる反射部２３とからなる光集束手段２１を、前記導光体２２の出射面２２ｂを前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに対向させて配置し、前記固体発光素子１９を、その出射面１９ａを前記光集束手段２１の導光体２２の入射面２２ａに対向させて配置しているため、前記第２の導光部材１４の入射端１５ａの面積が前記固体発光素子１９の出射面１９ａより小さくても、前記固体発光素子１９からの出射光のほとんどロスすること無く前記第２の導光部材１４にその入射端１５ａから入射させることができ、したがって、前記第２の導光部材１４の導光部１５及び前記第１の導光部材１２の太さを小さくし、面光源の配置スペースを小さくすることができる。
【００４５】
この面光源は、例えば図２に仮想線（二点鎖線）で示した透過型液晶表示素子（アクティブマトリックス型または単純マトリックス型液晶表示素子）２５の背後に配置されて液晶表示装置を構成するものであり、前記面光源は、前記導光板１０の後面に形成された反射膜１１を有しているため、前記液晶表示装置に、面光源からの照明光を液晶表示素子２５にその後側から入射させて表示する透過表示と、前記液晶表示素子２５の前側から入射した外光を図２に破線で示したように前記反射膜１１で反射させて表示する反射表示との両方の表示を行なわせることができる。
【００４６】
そして、前記面光源は、前記導光板１０の前面１０ｂの全体から均一な強度分布の光を出射するため、前記液晶表示装置に、透過表示のときも輝度むらの無い高品質の表示を行なわせることができる。
【００４７】
なお、この実施例の面光源は、上述したように、赤色ＬＥＤ２０Ｒと緑色ＬＥＤ２０Ｇと青色ＬＥＤ２０Ｂとを１つずつ有するの固体発光素子１９を備えたものであるため、前記固体発光素子１９から赤、緑、青の３色の光を混色させた白色光を出射させるだけでなく、前記各ＬＥＤ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを順次点灯させることにより、赤、緑、青の３色の光を順次出射させることもでき、したがって、フィールドシーケンシャル液晶表示装置の面光源としても利用することができる。
【００４８】
図４はこの発明の第２の実施例を示す導光板１０の側方に配置された光学系の平面図である。
【００４９】
この実施例の面光源は、前記光学系の第１の導光部材１２と、固体発光素子１９及び光集束手段２１とからなる光源手段との間に、半円形の湾曲部を有し、両端が同じ方向に向いたＵ字状の屈曲棒状体からなる導光部２７の一端と他端を入射面２７ａと出射面２７ｂとした構成の第２の導光部材２６を、その出射面２７ｂを前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに対向させて配置し、この第２の導光部材２６の入射面２７ａと出射面２７ｂとにそれぞれ拡散層１７，１８を配置したものである。
【００５０】
この実施例において、前記第２の導光部材２６の導光部２７は、透明樹脂（例えばアクリル系樹脂）からなる一体成形品であり、その全長が同じ太さの丸棒状に形成されている。
【００５１】
また、前記第１の導光部材１２は、その入射端面１２ａの面積が前記第２の導光部材２６の出射面２７ｂよりも僅かに大きいテーパ付き透明角棒からなっており、前記光集束手段２１は、断面積が前記第２の導光部材２６の入射面２７ａよりも僅かに大きい透明角棒からなり、その一端面が出射面２２ｂとされ、他端側の一側面が前記固体発光素子１９の出射面１９ａに対応する入射面２２ａとされた導光体２２と、前記導光体２２の前記入射面２２ａとは反対側の側面に設けられ、前記入射面２２ａからの入射光を反射して前記出射面２２ｂに集束させる反射部２３とからなっている。
【００５２】
なお、前記第１の導光部材１２は、その太さは異なるが基本的な構成は上記第１の実施例のものと同じであり、前記光源手段の光集束手段２１も、その導光体２２の太さ及び反射部２３の傾きは異なるが基本的な構成は上記第１の実施例のものと同じであり、さらに、前記光集束手段２１の入射面２２ａに対向させて配置された固体発光素子１９も上記第１の実施例のものと同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【００５３】
この実施例の面光源は、前記光集束手段２１の入射面２２ａに対向させて配置された固体発光素子１９から出射し、前記光集束手段２１により集束されて前記第２の導光部材２６にその入射面２７ａから入射した光を、前記第２の導光部材２６屈曲した導光部２７を導く過程で散乱させて出射面２７ｂから前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに向けて出射するものであり、前記第２の導光部材２６にその入射面２７ａから前記拡散層１７により拡散されて入射した光は、図４に矢線で示したように、前記導光部２７の半円形湾曲部の周面と外気である空気層との界面での全反射により散乱されながら前記導光部２７を導かれて前記出射面２７ｂから出射し、さらに前記出射面１５ｂに設けられた拡散層１８により拡散されて前記第１の導光部材１２の入射端面１２ａに入射する。
【００５４】
そして、前記第１の導光部材１２にその入射端面１２ａに入射した光は、上述した第１の実施例の面光源と同様に、前記第１の導光部材１２を導かれてその細長出射面１２ｂの全域から出射し、前記導光板１０にその光取り込み端面１０ａの全域から入射して、前記導光板１０の前面全体から均一な強度分布で出射する。
【００５５】
すなわち、この実施例の面光源は、半円形の湾曲部を有し、両端が同じ方向に向いた屈曲棒状体からなる第２の導光部材２６を備えているため、この第２の導光部材２６にその入射面２７ａから入射した光を、前記導光部２７の半円形湾曲部の周面と外気である空気層との界面での全反射により散乱し、均一な強度分布の光を、この第２の導光部材２６の出射面１５ｂから出射することができる。
【００５６】
したがって、この実施例の面光源によれば、前記固体発光素子１９からの出射光を前記光集束手段２１により前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに集束し、その光を、前記第２の導光部材１４の入射面１５ａに設けられた拡散層１７による拡散と、前記第２の導光部材２６の屈曲した導光部２７での散乱とにより均一な強度分布の光にして前記第２の導光部材２６の出射面２７ｂから出射させ、さらにその光を、前記第２の導光部材２６の出射面２７ｂに設けられた拡散層１８により拡散し、より均一な強度分布の光にして前記第１の導光部材１２にその入射端面１２ａから入射させ、その光を、前記第１の導光部材１２により導いてその細長出射面１２ｂの全域から前記導光板１０の光取り込み端面１０ａに向けて出射することにより、前記導光板１０にその光取り込み端面１０ａの全域から均一な強度分布の光を入射させ、前記導光板１０の前面１０ｂの全体から均一な強度分布の光を出射することができる。
【００５７】
なお、上記第１及び第２の実施例の面光源では、第２の導光部材１４，２６の入射面１５ａ，２７ａと出射面２７ｂの両方に拡散層１７，１８を設けているが、拡散層は、第２の導光部材１４，２６の入射面１５ａ，２７ａと出射面２７ｂのいずれか一方だけに設けてもよい。
【００５８】
その場合、前記拡散層は、前記第２の導光部材１４，２６の入射面１５ａ，２７ａに設けるのが好ましく、このようにすることにより、固体発光素子１９からの出射光を拡散させて前記第２の導光部材１４，２６に入射させ、前記第２の導光部材１４，２６の屈曲した導光部１５，２７による散乱をより効果的に行なわせることができる。
【００５９】
また、上記各実施例の面光源は、第２の導光部材１４，２６の入射面１５ａ，２７ａ側に配置した光集束手段２１の入射面２２ａに対向させて１つの固体発光素子１９を配置したものであるが、前記固体発光素子１９は、１つに限らず、前記光集束手段２１の入射面２２ａを長く形成し、その入射面２２ａに対向させて複数の固体発光素子を配置してもよい。
【００６０】
さらに、上記各実施例では、固体発光素子１９からの出射光を集束して第２の導光部材１４，２６の入射面１５ａ，２７ａに入射させる光集束手段２１を、一側に固体発光素子１９の出射面１９ａに対応する入射端面２２ａが形成され、一端面に前記第２の導光部材１４，２６の入射面１５ａ，２７ａに対応する出射面２２ｂが形成された導光体２２と、前記導光体２２の前記入射面２２ａとは反対側に設けられ、前記入射面２２ａからの入射光を反射して前記出射面２２ｂに集束させる反射部２３とからなる構成としているが、前記固体発光素子１９からの出射光を集束して前記第２の導光部材１４，２６の入射面１５ａ，２７ａに入射させる光集束手段は、例えば前記固体発光素子１９からの出射光を集束するレンズ等により構成してもよい。
【００６１】
また、前記固体発光素子１９は、赤色ＬＥＤ２０Ｒと緑色ＬＥＤ２０Ｇと青色ＬＥＤ２０Ｂとを備えたものに限らず、例えばＥＬ（エレクトロルミネッセンス）等からなるものでもよい。
【００６２】
また、この発明の面光源は、液晶表示装置の照明光源に限らず、光の透過を制御して画像を表示する表示素子を備えた表示装置の照明光源や、表示装置以外の照明光源にも広く使用することができる。
【００６３】
【発明の効果】
この発明の面光源は、端面からの入射光を導いて前面から出射する導光板と、入射端面から入射した光を導いて細長出射面から前記導光板の端面に向けて出射する第１の導光部材と、入射面から入射した光を屈曲した導光部により散乱させて出射面から前記第１の導光部材の入射端面に向けて出射する第２の導光部材と、前記第２の導光部材の出射面と前記第１の導光部材との間に設けられ、前記第２の導光部材の出射面から出射した光を拡散させて前記第１の導光部材の入射端面に入射させる第１の拡散層と、前記第２の導光部材の入射面側に固体発光素子を備えた光源手段と、前記光源手段と前記第２の導光部材との間に設けられ、前記光源手段からの光を拡散して前記第２の導光部材の入射面に入射させる第２の拡散層とを配置したものであるため、少ない発光素子数で、前記導光板の前面全体から均一な強度分布の光を出射することができる。
【００６４】
この発明の面光源において、前記第２の導光部材の導光部は、実質的に直角な２つの屈曲部を有し、両端が同じ方向に向いた屈曲棒状体からなり、前記２つの屈曲部の外周面がそれぞれその角部を斜めに面取りした傾斜面に形成され、これらの傾斜面に反射膜が設けられ、導光板の前面と平行方向に屈曲したものが望ましく、このような構成とすることにより、前記第２の導光部材にその入射面から入射した光を、前記導光部の屈曲部の外周の傾斜面に設けられた反射膜での反射及び各直線部の周面と外気である空気層との界面での全反射により散乱させ、均一な強度分布の光を、この第２の導光部材の出射面から出射することができる。
【００６５】
また、前記第２の導光部材は、半円形の湾曲部を有し、両端が同じ方向に向いた屈曲棒状体からなり、導光板の前面と平行方向に屈曲しているものでもよく、このような構成とすることにより、前記第２の導光部材にその入射面から入射した光を、前記導光部の半円形湾曲部の周面と外気である空気層との界面での全反射により散乱させ、均一な強度分布の光を、この第２の導光部材の出射面から出射することができる。
【００６６】
さらに、前記光源手段は、前記固体発光素子からの出射光を集束して前記第２の導光部材の入射面に入射させる、出射面が前記固体発光素子の出射面より小さな断面の光集束手段を備えた構成とするのが望ましく、このようにすることにより、前記第２の導光部材の導光部及び前記第１の導光部材の太さを小さくし、面光源の配置スペースを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す面光源の平面図。
【図２】前記面光源の側面図。
【図３】前記面光源の導光板の側方に配置された光学系の拡大平面図。
【図４】この発明の第１の実施例を示す導光板の側方に配置された光学系の平面図。
【図５】従来の面光源の平面図。
【図６】従来の面光源の側面図。
【符号の説明】
１０…導光板
１０ａ…端面
１０ｂ…前面
１１…反射膜
１２…第１の導光部材
１２ａ…入射端面、
１２ｂ…細長出射面
１３…反射膜
１４，２６…第２の導光部材
１５，２７…導光部
１５ａ，２７ａ…入射面
１５ｂ，２７ｂ…出射面
１６…反射膜
１７，１８…拡散層
１９…固体発光素子
１９ａ…出射面
２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ…ＬＥＤ
２１…光集束手段
２２…導光体
２２ａ…入射面
２２ｂ…出射面
２３…反射部
Claims (4)
- 板状部材の端面から光を入射させ、その入射光を導いて前記板状部材の前面から出射する導光板と、
光の入射端面と前記導光板の端面に対応する長さの細長出射面とを有し、前記細長出射面を前記導光板の端面に対向させて配置され、前記入射端面から入射した光を導いて前記細長出射面から出射する第１の導光部材と、
屈曲した導光部と、この導光部の一端と他端に入射面と出射面とを有し、前記出射面を前記第１の導光部材の入射端面に対向させて配置され、前記入射面から入射した光を前記屈曲した導光部により散乱させて前記出射面から出射する第２の導光部材と、
前記第２の導光部材の出射面と前記第１の導光部材との間に設けられ、前記第２の導光部材の出射面から出射した光を拡散させて前記第１の導光部材の入射端面に入射させる第１の拡散層と、
固体発光素子を有し、前記第２の導光部材の入射面に光を入射させる光源手段と、
前記光源手段と前記第２の導光部材との間に設けられ、前記光源手段からの光を拡散して前記第２の導光部材の入射面に入射させる第２の拡散層と、
を備えたことを特徴とする面光源。 - 第２の導光部材の導光部は、実質的に直角な２つの屈曲部を有し、両端が同じ方向に向いた屈曲棒状体からなっており、前記２つの屈曲部の外周面がそれぞれその角部を斜めに面取りした傾斜面に形成され、これらの傾斜面に反射膜が設けられ、導光板の前面と平行方向に屈曲していることを特徴とする請求項１に記載の面光源。
- 第２の導光部材の導光部は、半円形の湾曲部を有し、両端が同じ方向に向いた屈曲棒状体からなっており、導光板の前面と平行方向に屈曲していることを特徴とする請求項１に記載の面光源。
- 光源手段は、固体発光素子からの出射光を集束し、前記第２の導光部材の入射面に入射させる、出射面が前記固体発光素子の出射面より小さな断面の光集束手段を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の面光源。
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