JP4338540B2 - 面状光源装置およびこれを用いた表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、面状光源装置およびこれを用いた表示装置に関する。さらに詳しくは、透過型の液晶表示装置や文字や図柄を表示したパネルを用いる看板や誘導灯などの表示装置、およびこの表示装置に発光ダイオードなどの複数の点状光源を用いた照明光を供給する面状光源装置に関する。
従来の面状光源装置においては、ＬＥＤなどの光源と、透光性材料からなり光源からの光を入光部から内部に導入して面発光する導光板とを備え、導光板の入光部周辺に、複数個の略円形状の穴を発光面に略垂直な方向に穿設して、穴の内面を鏡面としている（例えば、特許文献１参照）。
従来の面状光源装置では、光源は導光板の側面に隣接する位置に配置されているから、光源からの光は、光源と導光板との間の空気中を伝播したうえで導光板の側面に入射することとなり、導光板の屈折率が空気の屈折率以上であるために導光板の側面での入射角より出射角が小さくなる。つまり、光源からの光が入射した導光板の側面の入光部周辺に明部と暗部が生じ、表示品位が低下するという問題点があった。
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、第１の目的は、出射光の指向性が高い点状光源を用いた場合において、導光板の発光面の輝度分布を均一化し、導光板の発光面の輝度ムラを生じない面状光源装置を得るものである。
また、第２の目的は、該面状光源装置を用いすぐれた表示特性を得ることができる表示装置を得るものである。
本発明に係る面状光源装置においては、導光板は、各点状光源を内包するように複数の第１の孔を有し、隣接する点状光源間に点状光源からの光を拡散する補助光源手段を有するものである。
本発明は、導光板が、各点状光源を内包するように複数の第１の孔を有し、隣接する点状光源間に点状光源からの光を拡散する補助光源手段を有することにより、隣接する点状光源間に擬似的に輝度が高い部分を作り出すことができる。このため、点状光源の近傍のみの輝度が高くなることを防いで、点状光源および点状光源間の輝度を連続的に高くすることで輝度均一性を向上することが可能となる。
実施の形態１
図１は本発明を実施するための実施の形態１における面状光源装置の概略構成を示す平面図、図２は図１に示す面状光源装置のII−II線の部分断面図、図３は本発明を実施するための実施の形態１における点状光源に用いるＬＥＤからの出射光の配光分布を示した配光分布図である。図１および図２において、面状光源装置の筐体１は底面１ａと上面１ｂと４つの側面１ｃから構成され、上面１ｂには開口部１ｄを有している。
図１は本発明を実施するための実施の形態１における面状光源装置の概略構成を示す平面図、図２は図１に示す面状光源装置のII−II線の部分断面図、図３は本発明を実施するための実施の形態１における点状光源に用いるＬＥＤからの出射光の配光分布を示した配光分布図である。図１および図２において、面状光源装置の筐体１は底面１ａと上面１ｂと４つの側面１ｃから構成され、上面１ｂには開口部１ｄを有している。
筐体１は、光が外部にできる限り漏れないようにするとともに、内側で反射して開口部１ｄに光が進むように、筐体１の内側となる底面１ａ、上面１ｂおよび側面１ｃに、反射部２（以下、底面１ａに位置する反射部２を第１の反射部２ａ、上面１ｂに位置する反射部２を第２の反射部２ｂと称す）が配設されている。反射部２は、ＰＰ（ポリプロピレン）またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）に硫酸バリウムもしくは酸化チタンを混ぜ合わせた材料、樹脂に微細な気泡を形成した材料、または金属板に酸化チタン等を含む塗料を塗布した材料からなる。
点状光源３として、発光ダイオード（Light Emitting Diode：以下、ＬＥＤと称す）やレーザーダイオード（Laser Diode：ＬＤ）などが挙げられる。この実施の形態１においては、白色光のＬＥＤを使用した。
なお、白色光を発するＬＥＤに比べて、発光効率が高く、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの赤色、緑色または青色の透過特性と発光スペクトルをあわせ込むことができる、赤色、緑色または青色の単色光を発するＬＥＤを用いることで、色再現性の高い表示装置を得ることができる。
また、各色ごとにＬＥＤを独立に制御することにより、面状光源装置からの出射光の色合いを容易に変化することができる。
矩形状の点状光源基板４には、複数の点状光源３が点状光源基板４の長手方向に沿って等間隔に配列され実装されていることで、点状光源３は点状光源基板４で位置決めされている。点状光源基板４は筐体１の少なくとも１つの側面１ｃに沿って配設され、複数の点状光源３は筐体１の側面１ｃに沿って列設されることとなる。
また、点状光源３は点状光源基板４に電気的にも接続され、点状光源基板４を介して外部からの電気信号を点状光源３に供給している。
点状光源３からの光を開口部１ｄに伝播する導光板５を筐体１内部の第１の反射部２ａ上に配設する。導光板５は屈折率が１．４〜１．６程度の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を透過する機能を有するものである。
導光板５は、各点状光源３を内包するように１対１に対応した複数の第１の孔６を有し、そして、この実施の形態１では第１の孔６として、導光板５の底面５ａと上面５ｂとの間を貫通している。
なお、第１の孔６の断面形状は、円、四角または六角形等の任意の形状から選択できるが、第１の孔６の内周をなす内周面６ａは導光板５の底面５ａまたは上面５ｂに垂直で、凹凸がない鏡面であることが好ましい。
また、導光板５の上面５ｂ側に少なくとも第１の孔６に位置する第２の反射部２ｂを設けることで、点状光源３の直上からの出射光を抑制することができる。
また、第１の孔６を、導光板５の底面５ａと上面５ｂとの間で貫通させず、導光板５の底面５ａから導光板５内部で留める場合には、点状光源３の直上に位置する第１の孔６の上面に反射板を設けることで、点状光源３から筐体１の開口部１ｄに直接届く光を導光板５の上面５ｂに設けた反射部２ｂに比べて小さい面積の反射板で遮光することができるので好ましい。
なお、第１の反射部２ａおよび第２の反射部２ｂを含む反射部２の反射率は、反射面での反射ロスを抑えるために９０％以上であることが好ましい。また、筐体１の内側を白色とすることなど反射率を高めることでより一層内部での反射がよくなり、光の損失が少なくなるため好ましい。また、第１の反射部２ａと第２の反射部２ｂとを別部材で構成しているが、第１の反射部２ａと第２の反射部２ｂを同一部材で一体に形成することで部材点数を減らし、組み立て作業性を向上させることができる。さらに、筐体１が第１の反射部２ａや第２の反射部２ｂを含む反射部２の機能を兼ねるようにしても部材点数を削減できるために好ましい。
導光板５は隣接する点状光源３間に点状光源からの光を拡散する補助光源手段７を有し、そして、この実施の形態１では補助光源手段７として、導光板５の底面５ａであり、隣接する点状光源３を結んだ線分の中点に対応する位置にドット印刷７ａを施している。また、複数の点状光源３は一直線上に配列されて点状光源群をなしており、この直線上において点状光源群の最端の点状光源３と導光板５の側面５ｃとの中間点に対応する位置にもドット印刷７ａを施している。
このドット印刷７ａは、白色の拡散インクにより導光板５の表面に微細なパターンの印刷を施したもので、ドットの形状、大きさ、濃淡、密度およびインクの色は導光板５の上面５ａの表示品位を鑑みて最適化することが好ましい。例えば、この実施の形態１では、隣接する点状光源３を結んだ線分の中点に対応する位置を中心に、中心はドットの密度を密に、中心から離れるにつれて疎に変化するドット印刷を施している。
導光板５上には光を効果的に利用するための複数枚の光学シートからなる図示しない光学シート類を配置し、図示しない液晶表示素子を導光板５上に光学シート類を介して配置する。
なお、光学シート類はレンズシートを拡散シートで挟み込む構成である。また、輝度の向上が必要な場合には、複数枚のレンズシートをその表面に形成されるシートのプリズムの方向を考慮して組み合わせてもよい。また、拡散シートは、拡散性を向上させる場合に、２枚以上用いることが可能である。さらに、レンズシートの配光特性によってはレンズシートを１枚としてもよいし、または使用しなくてもよい。さらに、保護シート、レンズシートまたは偏光反射シートを組み合わせてもよい。また、いずれも使用しないこともできる。
面状光源装置の上部に配置される表示部として、液晶の複屈折性を応用した液晶表示素子、文字や絵が透明板に印刷された印刷物などが挙げられるが、この実施の形態１においては、表示部として液晶表示素子を用いる。液晶表示素子は、図示しない上側または下側基板上に着色層、遮光層、スイッチング素子となる薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称す）、画素電極等の電極および配線が形成されたＴＦＴアレイ基板および対向基板、二枚の基板を等間隔に保持するスペーサ、二枚の基板を貼り合わせるシール材、二枚の基板とのあいだに液晶を注入した後に封止する封止材、液晶に初期配向をもたせる配向膜および光を偏光させる偏光板などにより構成されるが、本発明においては、既存の液晶表示素子を用いるのでここでの説明は省略する。
液晶表示素子を駆動する図示しない回路基板を備え、液晶表示素子を面状光源装置の上部に配置することで液晶表示装置を構成する。
つぎに、点状光源３から発せられた光が導光板５から出射し液晶表示素子に入射するまでの光路について説明する。
点状光源３から発せられた白色光は、直接または第２の反射部２ｂによって反射され、導光板５の入射面である第１の孔６の内周面６ａに入射される。
なお、導光板５の内周面６ａに対して斜め方向から入射する光のなかには、内周面６ａで表面反射する光が存在する。内周面６ａで表面反射した光は、第２の反射部２ｂ側へ反射され、第２の反射部２ｂと内周面６ａとで包囲された空間内を伝播し、再度、導光板５の内周面６ａに入射する。
また、点状光源３であるＬＥＤは、ＬＥＤ素子をレンズ形状の樹脂で封止することで出射光の指向性を制御している。例えば、図３に示すように、ＬＥＤ素子の配列方向の中心軸に対して鉛直上方から右回りを正として、ＬＥＤからの出射光の角度が±８０°において光度が最大となる配光分布を有するＬＥＤを点状光源３として用いた場合には、導光板５の内周面６ａが筐体１の底面１ａにほぼ垂直とすると、導光板５の内周面６ａに対する入射光の配光分布のうち光度が最大である入射角φiは１０°となる。これにより、点状光源３からの多くの光は導光板５の内周面６ａに略垂直に入射し、内周面６ａで表面反射することなく、第２の反射部２ｂに到達する光が少ないために、第２の反射部２ｂでのロスが少なくなるため効率的な導光板５への入光が可能となる。
導光板５に入射した光は、導光板５と空気層との境界で全反射を繰り返しながら導光板５内部を伝播する。なお、ドット印刷７ａで拡散反射された光の一部はその近傍で導光板５を出射することになるが、筐体１の底面１ａ、上面１ｂおよび側面１ｃに配設された反射部２で反射することで導光板５に再び入射することなり、光源から遠方に導光板５内部を伝播することとなる。
導光板５の内部を伝播する光のうち、導光板５の底面５ａに形成された補助光源手段７であるドット印刷７ａによって拡散反射することで、ドット印刷７ａを施した位置にあたかも光源を備えたかのように、ドット印刷７ａを施していない位置に比べて輝度を上げることができる。特に、ドット印刷７ａを、導光板５の底面５ａであり、隣接する点状光源３を結んだ線分の少なくとも中点に対応する位置に形成することで、点状光源３と隣接する点状光源３間の輝度差を小さくすることができるので好ましい。
ここで、補助光源手段７を備えていない導光板の輝度分布（図４（ａ））を、補助光源手段７を備えた導光板の輝度分布（図４（ｂ））と比較する。図４（ａ）は補助光源手段７を備えていない導光板を用いた場合の図１に示す面状光源装置のＡ−Ａ線の部分断面における輝度分布図、図４（ｂ）は補助光源手段７を備えた導光板を用いた場合の図１に示す面状光源装置のＡ−Ａ線の部分断面における輝度分布図である。
補助光源手段７を備えていない場合においては、図４（ａ）に示すように、点状光源３に対応する位置の輝度が最も高く、隣接する点状光源３を結んだ線分の中点に対応する位置、および導光板５の側面５ｃに対応する位置まで輝度が減少する不均一な輝度分布となる。
これに対して、隣接する点状光源３を結んだ線分の中点、および複数の点状光源３を一直線上に配列した点状光源３群の最端の点状光源３と導光板５の側面５ｃとの中間点に、補助光源手段７を設けることにより、補助光源手段７で光が拡散されるために、補助光源手段７の近傍でも輝度が高くなり、点状光源３近傍の輝度が高い部分と合わされ、図４（ｂ）に示すように、全体的には輝度分布の不均一を抑制することができる。すなわち、補助光源手段７は、離散的に配置された隣接する点状光源３間または点状光源３と導光板５の側面５ｃとの間で、擬似的に輝度が高い部分を作り出すことで、点状光源１近傍のみの輝度が高くなることを抑制し、連続的に輝度を高く見せることで輝度分布の均一性を向上させる。
導光板５の内部を伝播する光は、筐体１の開口部１ｄに対応する導光板５の底面５ａに施されたドット印刷領域８で拡散反射し光の伝播方向を変化させることで、導光板５と空気層との境界に対して臨界角に満たない入射角で入射させることができ、反射部２を有していない筐体１の開口部１ｄから光を出射させることとなる。
筐体１の開口部１ｄから出射した光は、拡散シート、保護シートまたはレンズシートなどからなる光学シート類を通過して液晶表示素子に入射する。液晶表示素子は図示しないスイッチング素子による電圧のオンまたはオフによって液晶層が配向されることで、液晶表示素子に入射した光は映像信号にあわせて変調され、赤色、緑色または青色の各色を表示する。
なお、この実施の形態１においては、補助光源手段７としてドット印刷７ａを施しているが、導光板５内部を伝播する光の配光を調整する手段であれば、ドット印刷７ａの替わりに凹凸形状を形成してもよい。凹凸形状の形成方法は、導光板５をサンドブラスト等で加工する方法や、成型金型の表面に凹凸を形成し導光板５の成型時に凹凸形状を付加する方法があり、部材を増やすことなく、また、印刷の手間を無くすことで製造コストを抑えることが可能である。
また、ドット印刷７ａの替わりに、導光板５に拡散反射板を光の透光性が高い粘着材で空気層を介さないように粘着させてもよく、拡散反射板は任意に様々な形状が簡便に形成でき、凹凸形状を形成するための金型費等の高額な費用も発生しない。また、透光性粘着材は導光板５と屈折率が略同等のものを用いることで、粘着材と導光板５との境界面に達した光をほとんど屈折させることなく出射することができ、多くの光を拡散反射板に導くことができるので好ましい。
さらに、この実施の形態１においては、補助光源手段７を導光板５の底面５ａに形成しているが、図５に示すように、導光板５の上面５ｂであり、隣接する点状光源を結んだ線分の少なくとも中点に対応する位置に補助光源手段７を形成してもよい。これにより、補助光源手段７で乱反射した光が、導光板５の上面５ｂから出射し、第２の反射部２ｂで反射され、再度、導光板５の上面５ｂから入射する。さらに、導光板５の底面５ａで反射された光が、導光板５の上面５ｂから筐体１の開口部１ｄに照射される。このように、導光板５の底面５ａに補助光源手段７を形成する場合に比べて、補助光源手段７で配光調整された後に、筐体１の開口部１ｄから照射されるまでの距離が長くなり、光が広範囲に渡るために輝度分布の均一性がさらに改善される。図５は補助光源手段７を導光板５の上面５ｂに形成した場合の図１に示す面状光源装置のＶ−Ｖ線の部分断面図である。
また、図６に示すように、一直線上に複数の点状光源が配設された点状光源群に平行で最も近い導光板の側面５ｃであり、隣接する点状光源を結んだ線分の少なくとも中点に対応する位置に補助光源手段７を形成してもよい。これにより、前述した導光板５の底面５ａおよび上面５ｂに補助光源手段７を形成する場合に比べて、補助光源手段７から筐体１の開口部１ｄまでの距離が長くなるため、補助光源手段７で配光調整された光が筐体１の開口部１ｄに達するまでに配光を広げることができるために輝度均一性がさらに改善される。図６は補助光源手段７を導光板５の側面５ｃに形成した場合の図１に示す面状光源装置のVI−VI線の部分断面図である。
以上のように、本発明の実施の形態１にかかわる面状光源装置によれば、導光板５が各点状光源３を内包するように複数の第１の孔６を有し、隣接する点状光源３間に補助光源手段７を有することで、離散的に配置された隣接する点状光源３間に擬似的に輝度が高い部分を作り出し、点状光源１近傍のみの輝度が高くなることを抑制し、連続的に輝度を高く見せることで輝度分布の均一性を向上させることができる。
実施の形態２
図７は本発明を実施するための実施の形態２における面状光源装置の概略構成を示す平面図、図８は図７に示す面状光源装置のVIII−VIII線の部分断面図である。図７および図８において、図１〜６と同じ符号は、同一または相当部分を示し、その説明を省略する。補助光源手段７として、導光板５に、導光板５の上面５ａであり、隣接する点状光源３を結んだ線分の少なくとも中点に対応する位置と、導光板５の底面５ａであり、隣接する点状光源３を結んだ線分の少なくとも中点に対応する位置と、を貫通する略円形状の第２の孔９を形成する。また、複数の点状光源３は一直線上に配列されて点状光源群をなしており、この直線上において点状光源群の最端の点状光源３と導光板５の側面５ｃとの中間点に対応する位置にも第２の孔９を形成する。なお、この補助光源手段７が第２の孔９で構成されるところのみが実施の形態１と異なるところであり、後述する第２の孔９による作用効果以外は、実施の形態１と同様の作用効果を奏する。
図７は本発明を実施するための実施の形態２における面状光源装置の概略構成を示す平面図、図８は図７に示す面状光源装置のVIII−VIII線の部分断面図である。図７および図８において、図１〜６と同じ符号は、同一または相当部分を示し、その説明を省略する。補助光源手段７として、導光板５に、導光板５の上面５ａであり、隣接する点状光源３を結んだ線分の少なくとも中点に対応する位置と、導光板５の底面５ａであり、隣接する点状光源３を結んだ線分の少なくとも中点に対応する位置と、を貫通する略円形状の第２の孔９を形成する。また、複数の点状光源３は一直線上に配列されて点状光源群をなしており、この直線上において点状光源群の最端の点状光源３と導光板５の側面５ｃとの中間点に対応する位置にも第２の孔９を形成する。なお、この補助光源手段７が第２の孔９で構成されるところのみが実施の形態１と異なるところであり、後述する第２の孔９による作用効果以外は、実施の形態１と同様の作用効果を奏する。
この実施の形態２においては、図７および図８に示すように、補助光源手段７として、導光板５の底面５ａと上面５ｂとの間を貫通している第２の孔９で構成することにより、第２の孔９の内部は屈折率が１の空気層であるために、第２の孔９の内周をなす内周面９ａに達した光の一部は内周面９ａで反射し、一部は内周面９ａで屈折して第２の孔９の内部に入射する。また、第２の孔９に入射した光は、第２の孔９の内部の空気中を伝播し、再度、第２の孔９の内周面９ａで屈折して導光板５に入射する。
このように、第２の孔９は、光を反射または屈折することで配光調整し、離散的に配置された隣接する点状光源３間に擬似的に輝度が高い部分を作り出し、点状光源１近傍のみの輝度が高くなることを抑制し、連続的に輝度を高く見せることで輝度分布の均一性を向上させることができる。また、導光板５の成型時に、第２の孔９を形成することで、部品点数を増やすことなく安価に補助光源手段を形成することができる。
なお、この実施の形態２においては、第２の孔９の内周をなす内周面９ａは、導光板５の底面５ａまたは上面５ｂに垂直で、凹凸がない鏡面であるが、内周面９ａに微細な凹凸を形成することで光がさらに拡散されるため好ましい。
また、第２の孔９を、導光板５の底面５ａと上面５ｂとの間で貫通させなくてもよい。
また、第２の孔９を、複数個設けてもよく、第２の孔９の位置、形状は表示面の輝度分布が均一になるように任意に調整することが好ましい。
さらに、この実施の形態２においては、補助光源手段７である第２の孔９の内部は空気層であるが、図９および図１０に示すように、第２の孔９に円柱状のＰＣ（ポリカーボネート）やＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）等からなる光を拡散する部材（以下、光拡散部材という）１０ａを嵌合することで、導光板５内部から第２の孔９内部に入射した光は、光拡散部材１０ａの表面で拡散反射し、再度、第２の孔９の内周面９ａから導光板５に入射することとなる。これにより、点状光源３からの光は、第２の孔９内部の空気層と導光板５との屈折率の違いによる屈折だけでなく、光拡散部材１０ａによる拡散反射により、より一層拡散され、表示面の輝度の均一性が図られる。図９は本発明を実施するための実施の形態２における他の面状光源装置の概略構成を示す平面図、図１０は図９に示す面状光源装置のＸ−Ｘ線の部分断面図である。
また、第２の孔９が導光板５の底面５ａと上面５ｂとの間で非貫通である場合には、導光板５の底面５ａまたは上面５ｂのうち第２の孔９が形成されている面から光拡散部材１０ａを挿入することとなる。
また、光拡散部材１０ａの断面形状は、三角形、四角形または星形等の任意の形状でよい。
また、第２の孔９に嵌合する部材は光拡散部材１０ａに限らず、正反射材または導光板５の屈折率と異なる屈折率を持つ透明部材を用いてもよい。なお、導光板５の屈折率と異なる屈折率を持つ透明部材を用いる場合には、導光板５の屈折率より大きい屈折率の透明部材を用いることにより、導光板５から第２の孔９の内周面９ａに入射した光の入射角より小さな角度の出射角で第２の孔９の内部に入射することができ、導光板５の底面５ａまたは上面５ｂに達する光を減少させることができるので、反射部２での反射ロスを抑制するので好ましい。
実施の形態３
図１１は本発明を実施するための実施の形態３における面状光源装置の概略構成を示す平面図、図１２は図１１に示す面状光源装置のＸII−ＸII線の部分断面図である。図１１および図１２において、図１〜１１と同じ符号は、同一または相当部分を示し、その説明を省略する。補助光源手段７として、導光板５に、複数の点状光源３が一直線上に配設された点状光源群に平行で最も近い導光板５の側面５ｃであり、隣接する点状光源３を結んだ線分の中点に対応する点を通り導光板５の上面５ｂまたは底面５ａに垂直な直線を頂線１１ａとするＶ字溝１１を形成する。また、複数の点状光源３が一直線上に配設された点状光源群に平行で最も近い導光板５の側面５ｃであり、点状光源群の最端の点状光源３と、点状光源群のなす直線に垂直な導光板５の側面５ｃとの中間点に対応する点を通り、導光板５の上面５ｂまたは底面５ａに垂直な直線を頂線１１ａとするＶ字溝１１も形成する。なお、この補助光源手段７がＶ字溝１１で構成されるところのみが実施の形態１および２と異なるところであり、後述するＶ字溝１１による作用効果以外は、実施の形態１および２と同様の作用効果を奏する。
図１１は本発明を実施するための実施の形態３における面状光源装置の概略構成を示す平面図、図１２は図１１に示す面状光源装置のＸII−ＸII線の部分断面図である。図１１および図１２において、図１〜１１と同じ符号は、同一または相当部分を示し、その説明を省略する。補助光源手段７として、導光板５に、複数の点状光源３が一直線上に配設された点状光源群に平行で最も近い導光板５の側面５ｃであり、隣接する点状光源３を結んだ線分の中点に対応する点を通り導光板５の上面５ｂまたは底面５ａに垂直な直線を頂線１１ａとするＶ字溝１１を形成する。また、複数の点状光源３が一直線上に配設された点状光源群に平行で最も近い導光板５の側面５ｃであり、点状光源群の最端の点状光源３と、点状光源群のなす直線に垂直な導光板５の側面５ｃとの中間点に対応する点を通り、導光板５の上面５ｂまたは底面５ａに垂直な直線を頂線１１ａとするＶ字溝１１も形成する。なお、この補助光源手段７がＶ字溝１１で構成されるところのみが実施の形態１および２と異なるところであり、後述するＶ字溝１１による作用効果以外は、実施の形態１および２と同様の作用効果を奏する。
この実施の形態３においては、図１１および図１２に示すように、補助光源手段７をＶ字溝１１で構成することにより、導光板５内部からＶ字溝１１の側面１１ｂに達した光が、導光板５と空気の屈折率の違いにより、Ｖ字溝１１の側面１１ｂで反射する。または、Ｖ字溝１１の側面１１ｂで屈折し、導光板５の側面５ｃに沿って配設された反射部２で反射され、再度、Ｖ字溝１１の側面１１ｂから導光板５内部に屈折して入射する。
このように、Ｖ字溝１１は、光を反射または屈折することで配光調整し、離散的に配置された隣接する点状光源３間に擬似的に輝度が高い部分を作り出し、点状光源１近傍のみの輝度が高くなることを抑制し、連続的に輝度を高く見せることで輝度分布の均一性を向上させることができる。また、導光板５の成型時に、Ｖ字溝１１を形成することで、部品点数を増やすことなく安価に補助光源手段を形成することができる。
なお、この実施の形態３においては、Ｖ字溝１１の側面１１ｂは、導光板５の底面５ａまたは上面５ｂに垂直で、凹凸がない鏡面であるが、側面１１ｂに微細な凹凸を形成することで光がさらに拡散されるため好ましい。
また、図１３および図１４に示すように、Ｖ字溝１１を複数個設けてもよく、Ｖ字溝１１の大きさおよび二つの側面１１ｂのなす角度等の形状は表示面の輝度分布が均一になるように任意に調整することが好ましい。図１３は本発明を実施するための実施の形態３における他の面状光源装置の概略構成を示す平面図、図１４は図１３に示す面状光源装置のＸIV−ＸIV線の部分断面図である。
さらに、この実施の形態３においては、補助光源手段７であるＶ字溝１１の内部は空気層であるが、図１５に示すように、Ｖ字溝１１に三角柱のＰＣ（ポリカーボネート）やＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）等からなる光拡散部材１０ｂを嵌合することで、導光板５内部からＶ字溝１１内部に入射した光は、光拡散部材１０ｂの表面で拡散反射し、再度、Ｖ字溝１１の側面１１ｂから導光板５に入射することとなる。これにより、点状光源３からの光は、Ｖ字溝１１内部の空気層と導光板５との屈折率の違いによる屈折だけでなく、光拡散部材１０ｂによる拡散反射により、より一層拡散され、表示面の輝度の均一性が図られる。図１５は本発明を実施するための実施の形態２におけるさらに他の面状光源装置の概略構成を示す平面図である。
また、光拡散部材１０ｂを複数個設けてもよく、光拡散部材１０ｂの断面形状は任意の形状でよい。
また、Ｖ字溝１１に嵌合する部材は光拡散部材１０ｂに限らず、正反射材または導光板５の屈折率と異なる屈折率を持つ透明部材を用いてもよい。
以上説明したように、各実施の形態において、多様な形状、位置もしくは材質である補助光源手段、導光板または光拡散部材を個別に用いることによりそれぞれの部材による効果を得ているが、複数の種類の部材を組み合わせることによりさらなる効果が期待できる。
ところで、上記説明では、本発明を点状光源として白色光源を用いる場合について述べたが、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）およびＢ（青）を混色させて白色光を生成する場合にも、各実施の形態に適用できることは言うまでもなく、各色の輝度が導光板５の上面５ｂで均一化されることで、輝度ムラのみならず、色ムラの発生を抑制し、白色光を均一にすることができる。
１ 筐体
１ａ 底面
１ｄ 開口部
２ａ 第１の反射部
２ｂ 第２の反射部
３ 点状光源
５ 導光板
５ａ 底面
５ｂ 上面
５ｃ 側面
６ 第１の孔
６ａ 内周面
７ 補助光源手段
７ａ ドット印刷
９ 第２の孔
９ａ 内周面
１０ａ，１０ｂ 光拡散部材
１１ Ｖ字溝
１１ａ 頂線
１１ｂ 側面
１ａ 底面
１ｄ 開口部
２ａ 第１の反射部
２ｂ 第２の反射部
３ 点状光源
５ 導光板
５ａ 底面
５ｂ 上面
５ｃ 側面
６ 第１の孔
６ａ 内周面
７ 補助光源手段
７ａ ドット印刷
９ 第２の孔
９ａ 内周面
１０ａ，１０ｂ 光拡散部材
１１ Ｖ字溝
１１ａ 頂線
１１ｂ 側面
Claims (13)
- 開口部を有する筐体と、
前記開口部に相対する前記筐体の底面に配設される第１の反射部と、
前記底面側であって、前記開口部端と１つの側面との間に列設される複数の点状光源からなる点状光源群と、
前記筐体内部の前記第１の反射部上に配設され前記点状光源からの光を前記開口部に伝播する導光板とを備える面状光源装置であって、
前記導光板は、前記各点状光源を内包するように複数の第１の孔を有し、前記点状光源群を構成している隣接する前記点状光源間に前記点状光源からの光を拡散する補助光源手段を有し、
当該補助光源手段が、前記導光板にドット印刷を施して形成されることを特徴とする面状光源装置。 - 前記第１の孔は前記導光板の底面と上面との間を貫通しており、前記導光板の上面側に少なくとも前記第１の孔に位置する第２の反射部を設けている請求項１記載の面状光源装置。
- 前記第１の孔は前記導光板を貫通していない請求項１記載の面状光源装置。
- 前記補助光源手段は、前記導光板の底面であり、隣接する前記点状光源を結んだ線分の少なくとも中点に対応する位置に形成される請求項１記載の面状光源装置。
- 前記補助光源手段は、前記導光板の上面であり、隣接する前記点状光源を結んだ線分の少なくとも中点に対応する位置に形成される請求項１記載の面状光源装置。
- 前記点状光源群は一直線上に配設されており、
前記補助光源手段は、前記点状光源群に平行で最も近い前記導光板の側面であり、隣接する前記点状光源を結んだ線分の少なくとも中点に対応する位置に形成される請求項１記載の面状光源装置。 - 開口部を有する筐体と、
前記開口部に相対する前記筐体の底面に配設される第１の反射部と、
前記底面側に配設される複数の点状光源と、
前記筐体内部の前記第１の反射部上に配設され前記点状光源からの光を前記開口部に伝播する導光板とを備える面状光源装置であって、
前記導光板は、前記各点状光源を内包するように複数の第１の孔を有し、隣接する前記点状光源間に前記点状光源からの光を拡散する補助光源手段を有し、当該補助光源手段が、前記導光板にドット印刷を施して形成され、
前記補助光源手段は、前記導光板の上面であり、隣接する前記点状光源を結んだ線分の少なくとも中点に対応する位置と、前記導光板の底面であり、隣接する前記点状光源を結んだ線分の少なくとも中点に対応する位置と、を貫通する第２の孔が形成されてなる面状光源装置。 - 前記第１の孔は前記導光板の底面と上面との間を貫通しており、前記導光板の上面側に少なくとも前記第１の孔に位置する第２の反射部を設けている請求項７記載の面状光源装置。
- 前記第１の孔は前記導光板を貫通していない請求項７記載の面状光源装置。
- 前記点状光源が赤色、緑色または青色の単色光を発する発光ダイオードである請求項１〜９のいずれか１項に記載の面状光源装置。
- 前記ドット印刷が、隣接する前記点状光源間の中点に対応する位置を中心に、中心はドットの密度が密に、中心から離れるにつれて疎に変化する請求項１記載の面状光源装置。
- 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の面状光源装置と、該面状光源装置の上部に配置され、該面状光源装置から出射した光により表示を行なう表示手段とを備えてなることを特徴とする表示装置。
- 前記表示手段が液晶を挟持する２枚の基板からなる液晶表示素子であり、該液晶表示素子に接続される駆動回路基板とを備えてなる請求項１２記載の表示装置。
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