JP4184889B2 - 面光源素子およびこれを用いた表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）等に用いられる面光源素子およびこれを用いた直視型の表示装置に関する。

携帯電話等に使用される表示装置は、面状に光を発する面光源素子（バックライト）と情報を与える表示パネルとで構成され、該表示パネルが与えた情報により光の透過率がコントロールされることによって文字および映像が表示される。バックライトとしては、蛍光管のような光源と導光体とを組み合わせたものが用いられる。

小型の表示装置では近年、省消費電力のため光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる場合が多い。ＬＥＤの発光面積は小さくほぼ点光源であり、また出射光の分布も正面方向に輝度が高くなっている。このため、図２（ｃ）に示すように、例えば導光体の端面中央に点光源をおいた面光源素子では、表示パネルを照らす導光体中央部の明領域３１に対して導光体周辺部がこれよりも暗い暗領域３２となり、輝度の均一性が得られないという問題がある。また光源を導光体端面に配置することから、その分だけ側方に突出して小型化が図れないという問題もある。

また、輝度の均一性を得るために、点光源を線光源に変換したものを用いて面光源素子にするといった提案もなされている。この従来例として、導光体の端面に複数の点光源を設け、さらに導光体の全面に回折格子を設けた面光源素子が知られている（例えば、特許文献１）。
特許第２９８６７３３号公報

しかし、この従来例では導光体の表面および裏面に異なる回折格子を設けてこれらを組み合わせて用いることから構成が複雑となって低コスト化が図れず、また導光体端面に点光源を設けていることから小型化も図れない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、小型化および低コスト化を図りつつ、輝度の均一性が得られる面光源素子およびこれを用いた表示装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一構成による面光源素子は、光を発生する光源と、光源からの光が入射されて面状に光を出射する板状の導光体とを備えた面光源素子であって、前記光源は前記導光体の少なくとも１つのコーナー部に配置され、前記導光体は、該コーナー部から光が入射されるとともに、該コーナー部近傍における出射面の一部に、前記光源よりも幅広である反射型の回折格子が設けられている。

また、本発明の他の構成による面光源素子は、光を発生する光源と、光源からの光が入射されて面状に光を出射する板状の導光体とを備えた面光源素子であって、前記光源は前記導光体の少なくとも１つのコーナー部に配置され、前記導光体は、該コーナー部から光が入射されるとともに、該コーナー部近傍における内部の一部に、光の入射方向と直交する前記光源よりも幅広である透過型の回折格子が設けられている。

この構成によれば、光源を例えば扁平な直方体のような板状の導光体の１つのコーナー部（角部）に設けているので、コーナー部から光源の光を拡散することにより、導光体全体にわたって効率的に拡散でき、かつ光源からの光が反射型または透過型の回折格子を介して導光体周辺部へ回折されるから、輝度の均一性が得られる。しかも、回折格子は光源よりも幅広であるので、光源の光が回折格子の幅広部分を介してより多く周辺部へ回折されるから、より輝度の均一性が得られる。また、導光体のコーナー部に光源を設けているので、従来のように、導光体端面に配置された光源により側方に突出することなく、小型化が可能となる。さらに、回折格子を導光体の全体でなく、コーナー部近傍の一部にのみ設けているので、低コスト化が図れる。

好ましくは、前記光源は点光源からなり、前記導光体のコーナー部の角部分がカットされて、このコーナーカット部に前記点光源が配置されている。したがって、コーナーカット部内に点光源が収まるので、より小型化が可能となる。

好ましくは、導光体の裏面にはシボ加工またはレンズパターンが形成されていてもよい。また導光体の出射面に複数の凸部が形成され凸部頂部が導光体表面と密着してなる出射光制御板を有していてもよい。これにより、輝度を向上することができる。さらに小型化のために点光源はＬＥＤであることが望ましい。

好ましくは、前記面光源素子とＬＣＤのような透過型表示素子を組み合わせることで、小型で両面発光可能な表示装置を得ることができる。

本発明によれば、小型化および低コスト化を図りつつ、輝度の均一な面光源素子およびこれを用いた表示装置を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。

図１に本発明の第１実施形態にかかる面光源素子の概略構成図を示す。この面光源素子は、小型の表示装置に用いられるものであって、光を発生する光源１と、光源１からの光が入射されて面状に光を出射する板状の導光体２とを備えている。光源１は例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）のような点光源からなり、導光体２は例えば扁平な直方体からなる。

前記光源１は導光体２の例えば１つのコーナー部３に配置される。この導光体２は、該コーナー部３から光源１の光が入射されるとともに、該コーナー部３近傍における出射面の一部に光源１よりも幅広の反射型の回折格子４が設けられている。

本発明では、光源１を直方体からなる導光体２の１つのコーナー部（角部）３に設けているので、図１（ｂ）で示すように、コーナー部３から光源１の光が拡散することにより、光源１の光を導光体２全体にわたって効率的に拡散できる。これにより、従来、図２（ｃ）のように導光体端面に光源を配置したことで光源の両側の導光体入口部分が暗領域３２となるのと異なり、本発明では、図２（ａ）に示すように、導光体２全面が明領域３１となる。

これとともに、本発明では、コーナー部３近傍における出射面の一部に光源１よりも幅広の反射型の回折格子４を設けているので、図１（ｂ）のように、周知のブラグの式に基づきその反射の次数に応じて、光源１からの光が回折格子４により導光体中央部だけでなく導光体周辺部へも回折されることになる。したがって、この回折光の存在により導光体全面の輝度が均一となり、低コストで輝度の均一性が得られる。しかも回折格子４を光源１よりも幅広にしているので、光源１の光が回折格子４の幅広部分を介してより多く導光体周辺部へ回折されるから、より輝度の均一性が得られる。ここで、コーナー部３の近傍とは、光源１が設置される導光端面と発光領域の間の領域をいう。

例えば、図２（ｂ）に示すように、コーナー部３に光源１を設けて、コーナー部近傍における出射面の一部に回折格子４を設けない場合には、コーナー部３に照射されて導光体２内に入射する光は、光源１の発光面法線方向の輝度が高く、導光体２端面方向に沿って伝播する光が少ないため斜め方向で輝度が低くなり、導光体中央部の明領域３１に対して導光体周辺部がこれよりも暗い暗領域３２となって、輝度の均一性が得られない。

また、導光体２のコーナー部３に点光源１を設けているので、従来のように、導光体端面に配置された点光源により側方に突出することなく、面光源素子の小型化が可能となる。この面光源素子を用いた表示装置では、導光体２の出射面の回折格子４を除いた部分が図示しない液晶パネルと対向する。

本発明では、小型の表示装置に用いられる面光源素子について、光源１を導光体２のコーナー部３に配置し、該コーナー部３近傍における出射面の一部に回折格子４を設けるという簡単な構成により、小型かつ低コストで輝度の均一性が得られる。

この実施形態では、導光体２のコーナー部３の突出部分がカットされて、このコーナーカット部３ａに点光源１が配置されているので、コーナーカット部３ａ内に点光源１が収まることから、面光源素子をより小型化することができる。

この実施形態では、図３に示すように、反射型の回折格子４は、光源１の光の入射方向に対して１次元配置された表面レリーフ型のものを用いている。回折格子４のパターン頂部は図示しない接着剤層を介して導光体出射面と密着している。パターン間は空気層２５となっている。また図４に示すようにパターン間はパターンを形成する材料と屈折率の異なる接着剤２６等で埋めてもよい。なお、回折格子４を１次元配置ではなく、ドット状の２次元配置としてもよい。

図５に示すように、導光体２の裏面に散乱反射を発生させるシボ加工を施したシボ加工部１５を形成することで導光体２を発光させることができる。これにより出射面からの光の輝度を向上できる。

また、図６に示すように、導光体２の裏面にレンズパターン部１６を形成し、屈折・反射で伝播方向を制御し発光させることもできる。これにより出射面からの光の輝度を向上できる。

さらに図７に示すように複数の凸パターンを形成した出射光制御板１８を導光体出射面に凸部が対向するよう配置し、凸部頂部を導光体出射面に密着させることでも発光させることができる。この凸部により導光体２の出射面からの光を正面方向に向かわせて正面方向の輝度を向上させることができる。また出射光制御板１８の凸部頂部が導光体２の出射面に密着させることにより、出射光制御板１８と導光体２間の隙間がなくなり面光源素子を小型化できる。

図８は第１実施形態に係る他例の面光源素子を示す斜視図である。この面光源素子は、光源１が両対角に配置され、回折格子４が両方のコーナー部３近傍における出射面の一部に配置される。この場合には、小型で輝度が均一な、より高輝度化を実現した面光源素子が得られる。

図９は、第２実施形態にかかる面光源素子を示す斜視図である。この第２実施形態では、第１実施形態のように、導光体２のコーナー部３近傍における出射面の一部に反射型の回折格子４を設ける代わりに、コーナー部３近傍における内部の一部に光の入射方向と直交する透過型の回折格子４Ａを設けている。この回折格子４Ａは、導光体２の入射面に設けてもよいし、導光体２のコーナー部３近傍にスリットを設けてその中に配設してもよい。その他の構成は第１実施形態と同様である。

この場合、光源１からの光が透過型の回折格子４Ａにより導光体中央部だけでなく導光体周辺部へも回折されるから、第１実施形態と同様に、この回折光の存在により導光体全面の輝度が均一となり、低コストで輝度の均一性が得られる。
これにより、光源１を導光体２のコーナー部３に配置し、該コーナー部３近傍における内部の一部に回折格子４を設けるという簡単な構成により、小型かつ低コストで輝度が均一の面光源素子が得られる。

上記の通り説明した各面光源素子を用い、発光面に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等の透過型光変調装置を設けることにより、小型の表示装置を構成することができる。

前記各実施形態では、導光体を直方体としているが、楔形や三角柱や五角柱以上の多角柱としてもよい。

（ａ）は本発明の一実施形態にかかる面光源素子を示す斜視図、（ｂ）は導光体における光源からの光の軌跡を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は導光体面における明るさの領域を示す平面図である。 本発明の回折格子の１例を示す側面図である。 本発明の回折格子の他例を示す側面図である。 本発明の導光体の他例を示す斜視図である。 本発明の導光体の他例を示す斜視図である。 本発明の導光体の他例を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る他例の面光源素子を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る面光源素子を示す斜視図である。

符号の説明

１：光源
２：導光体
３：コーナー部
４、４Ａ：回折格子
１５：シボ加工部
１６：レンズパターン部
１８：出射光制御板

Claims (8)

1. 光を発生する光源と、光源からの光が入射されて面状に光を出射する板状の導光体とを備えた面光源素子であって、
   前記光源は前記導光体の少なくとも１つのコーナー部に配置され、前記導光体は、該コーナー部から光が入射されるとともに、該コーナー部近傍における出射面の一部に、前記光源よりも幅広である反射型の回折格子が設けられている面光源素子。
2. 光を発生する光源と、光源からの光が入射されて面状に光を出射する板状の導光体とを備えた面光源素子であって、
   前記光源は前記導光体の少なくとも１つのコーナー部に配置され、前記導光体は、該コーナー部から光が入射されるとともに、該コーナー部近傍における内部の一部に、光の入射方向と直交する前記光源よりも幅広である透過型の回折格子が設けられている面光源素子。
3. 前記光源は点光源からなり、前記導光体のコーナー部の角部分がカットされて、このコーナーカット部に点光源が配置されている請求項１または２に記載の面光源素子。
4. 前記導光体の裏面にシボ加工が施されている請求項１または２に記載の面光源素子。
5. 前記導光体の裏面にレンズパターンが形成されている請求項１または２に記載の面光源素子。
6. 前記導光体の出射面に複数の凸部が形成され凸部頂部が導光体表面と密着してなる出射光制御板を有している請求項１または２に記載の面光源素子。
7. 前記光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）である請求項１から６のいずれかに記載の面光源素子。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の面光源素子の発光面上に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を設けてなる表示装置。