JP4493818B2 - 面光源装置 - Google Patents
面光源装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4493818B2 JP4493818B2 JP2000240021A JP2000240021A JP4493818B2 JP 4493818 B2 JP4493818 B2 JP 4493818B2 JP 2000240021 A JP2000240021 A JP 2000240021A JP 2000240021 A JP2000240021 A JP 2000240021A JP 4493818 B2 JP4493818 B2 JP 4493818B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light source
- guide plate
- incident end
- face
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にモバイル製品等の液晶表示装置に用いる面光源装置に関するものであり、ケースに導光板の入射端面部に対向した位置に反射面を有する光制御手段を設けるとともに所定角度で光制御手段の反射面に光を投射する光源を入射端面部の近傍に載置し、光制御手段で光源からの光を一度反射し入射端面部から光を導光板に導き表面部や裏面部から出射することのできる面光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発光ダイオードを光源にした面光源装置として、導光板の１側面または対向２側面に複数の発光ダイオードを等間隔に列設するとともに発光ダイオードと導光板とが嵌合するように密着させ、光を導光板内に導く方法が知られている。
【０００３】
また、従来の面光源装置として、例えば特開平１０−１９９３１８号公報に示すように、導光板に凹部を設けて光源を装着し、導光板の光入射面側の両端部に光源からの光を反射させて導光板の有効領域へ導くために、Ｖ字状の溝や光学的境界面を成形し、光源の両サイド方向にも光を分散させるようにして導入された光を閉じ込めて光出射面から外部へ取り出す方法も知られている。
【０００４】
さらに、従来の面光源装置として、例えば特開平１０−１９９３１６号公報に示すように、導光板の光入射面の光源と対向する箇所に、頂角が光源方向に向かう様なプリズム形状の光学的パターンを設けたり、導光板の光入射面に凹部を設け、凹部の内面に光学的パターンを成形して、この凹部に光源を納める方法は知られている。
【０００５】
また、従来の面光源装置としては、図１０に示すように、棒状導光板４３の両端等に光源４１を設け、棒状導光板４３の側面４３ｂに溝やプリズム等のパターンを施して、棒状導光板４３の１側面４３ｃおよび光源４１に対向する側面４３ｄ以外の部分を反射体４２で囲み、棒状導光板４３の１側面４３ｃから線状の光を放射させる棒状光源４０（スティックライト）と、平板導光板４５との間に拡散体４４を設けて、棒状光源４０（スティックライト）からの帯状の平行光線を平板導光板４５の入射端面部４５ｂに対して帯状の拡散光を投射し、平板導光板４５内に入った光を平板導光板４５の表面部４５ｃや裏面部に設けたプリズム４５ｄや溝およびドット等により平板導光板４５の表面部４５ｃや裏面部から出射させて出射光を得る面光源装置も知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の発光ダイオードを光源にした面光源装置として、導光板の１側面または対向２側面に複数の発光ダイオードを等間隔に列設するとともに発光ダイオードと導光板とが嵌合するように密着させ、光を導光板内に導く方法は、構造が簡単で、輝度等も高輝度な値を得ることが出来るが、近年のモバイル製品の高機能化に伴い製品機器内の部品の高密度化等に依り、面光源装置の低消費電力化の必要に対して、１〜２個での高輝度を得る様な高効率に対し課題がある。
【０００７】
また、従来の面光源装置として、例えば特開平１０−１９９３１８号公報に示すように、導光板に凹部を設けて光源を装着し、導光板の光入射面側の両端部に光源からの光を反射させて導光板の有効領域へ導くために、Ｖ字状の溝や光学的境界面を成形し、光源の両サイド方向にも光を分散させるようにして導入された光を閉じ込めて光出射面から外部へ取り出す方法では、光源が発光ダイオード等であるために、輝度およびエネルギに対する光の直線性は優れているが、横方向の広がりには劣るので、横方向の出射光をＶ字状の溝等で分散させても、導光板の光源に対向する位置と導光板の両端位置とでは、光源から直進する光と横に広がる光とに依るため、導光板全体としての輝度分布や輝度に対して課題が有る。
【０００８】
さらに、従来の面光源装置として、例えば特開平１０−１９９３１６号公報に示すように、導光板の光入射面の光源と対向する箇所に、頂角が光源方向に向かう様なプリズム形状の光学的パターンを設けたり、導光板の光入射面に凹部を設け、凹部の内面に光学的パターンを成形して、この凹部に光源を納める方法では、プリズムに依る屈折、全反射等で光源からの光線の進路方向を導光板の両端方向に導く目的であるが、光源から直進する光と横に広がる光とに依るため、直進光をプリズムで導光板の両端方向に全反射させる様なプリズム面では横に広がる光を有効に利用できず、また、横に広がる光をプリズムで導光板の両端方向に屈折させる様なプリズム面では、直進光は両端方向に有効に利用できず、導光板全体としての輝度分布や輝度に対して課題が有る。
【０００９】
また、従来の面光源装置として、図１０に示すように、棒状導光板４３の両端等に光源４１を設け、棒状導光板４３の側面４３ｂに溝やプリズム等のパターンを施して、棒状導光板４３の１側面４３ｃおよび光源４１に対向する側面４３ｄ以外の部分を反射体４２で囲み、棒状導光板４３の１側面４３ｃから線状の光を放射させる棒状光源４０（スティックライト）と、平板導光板４５との間に拡散体４４を設けて、棒状光源４０（スティックライト）からの帯状の平行光線を平板導光板４５の入射端面部４５ｂに対して帯状の拡散光を投射し、平板導光板４５内に入った光を平板導光板４５の表面部４５ｃや裏面部に設けたプリズム４５ｄや溝およびドット等により平板導光板４５の表面部４５ｃや裏面部から出射光として得る面光源装置では、光源４１からの光線は棒状導光板４３内および拡散体４４内を通過した後に平板導光板４５内に入射されるので、材料等による損失に依る光の輝度やエネルギ等の減衰によって、輝度に対する課題があるとともに、部品点数や各部品との調整等に対する経済性や作業性に課題がある。
【００１０】
さらに、これら従来の面光源装置は、光源が導光板に近接または接触しているために、導光板に対する投射角が狭い。しかも、導光板の両端方向に光線を導く方法として光源からの光線が例えば一般の導光板に使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率はｎ＝１．４９程度であるので、導光板内の光は導光板の入射端面部で屈折する屈折角γがγ＝±４２°程度の範囲内になる。また、屈折角γ＝±４２°の範囲内で導光板内に入射した光は、導光板と空気層（屈折率ｎ＝１）との境界面では、ｓｉｎα＝（１／ｎ）の式により臨界角を表すことができるので、臨界角αはα＝４２°程度になり、導光板の両端方向に導かれる光は屈折角γおよび臨界角α内の光しか利用することが出来ない課題が有る。
【００１１】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は少数の発光ダイオード等の点光源をケースの入射端面部の近傍に載置するとともにケースに導光板の入射端面部に対向した位置に光制御手段を設けて、この光制御手段に光源から所定角度で光を投射し、一度、光制御手段で反射した光を入射端面部に一様に投射して、均一で明るい光を表面部や裏面部から出射することのできる面光源装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために請求項１に係る面光源装置は、光を導く平面な入射端面部と、入射端面部に対向する位置にある反射端面部と、入射端面部と反射端面部とに接続する側面部と、これら入射端面部、反射端面部及び側面部と互いに交わる表面部と裏面部とからなる導光板と、入射端面部の近傍に載置した発光素子からなる点状光源と、点状光源と導光板とを保持し入射端面部に対向した位置に反射面を有する光制御手段を設けたケースとを具備し、入射端面部と反射面との間に空間を設け、点状光源を所定角度で光制御手段の反射面に光を投射して光制御手段により入射端面部の大きさに一致した反射光を入射端面部に入射させ、表面部または／および裏面部から出射光を放出することを特徴とする。
【００１３】
請求項１に係る面光源装置は、光を導く平面な入射端面部と、入射端面部に対向する位置にある反射端面部と、入射端面部と反射端面部とに接続する側面部と、これら入射端面部、反射端面部及び側面部と互いに交わる表面部と裏面部とからなる導光板と、入射端面部の近傍に載置した発光素子からなる点状光源と、点状光源と導光板とを保持し入射端面部に対向した位置に反射面を有する光制御手段を設けたケースとを具備し、入射端面部と反射面との間に空間を設け、点状光源を所定角度で光制御手段の反射面に光を投射して光制御手段により入射端面部の大きさに一致した反射光を入射端面部に入射させ、表面部または／および裏面部から出射光を放出するので、あらゆる光源やあらゆる導光板サイズにも対応でき、コンパクトで高輝度な出射光を得るとともに輝度斑が少ない面光源装置を得ることができる。
【００１４】
また、請求項２に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の中心と光源の発光面の中心とが略一致する角度とすることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の中心と光源の発光面の中心とが略一致する角度とするので、光制御手段の反射面を左右対称に設けることができ、入射端面部に対して均等に反射光を分布させることができる。
【００１６】
さらに、請求項３に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の手前側略４分の１の位置と光源の発光面の中心とが略一致する角度とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の手前側略４分の１の位置と光源の発光面の中心とが略一致する角度とするので、エネルギの高い光線を手前側で反射させ、反射光線を空間を通して光源より遠い対向側に反射光を投射する。
【００１８】
さらに、請求項４に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の対向側略４分の１の位置と光源の発光面の中心とが略一致する角度とすることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の対向側略４分の１の位置と光源の発光面の中心とが略一致する角度とするので、空間を通してエネルギの高い光線を対向側で反射させ、反射光線を光源より遠い対向側に反射光を投射する。
【００２０】
また、請求項５に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の長さ方向に対して中心部が凹な円弧凹形状を有することを特徴とする。
【００２１】
請求項５に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の長さ方向に対して中心部が凹な円弧凹形状を有するので、発光ダイオードのような点光源の円弧状放射光を短い空間距離で導光板の入射端面部の長さ方向に一致した対応で反射し、光源からの光を導光板内に導くことができる。
【００２２】
さらに、請求項６に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の各位置に対応した複数または微細なパラボラ形状を有することを特徴とする。
【００２３】
請求項６に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の各位置に対応した複数または微細なパラボラ形状を有するので、発光ダイオードのような点光源の円弧状放射光を導光板の入射端面である側面の各位置に複数または微細なパラボラ形状に対応して反射し、光源からの光を導光板内に導くことができる。
【００２４】
また、請求項７に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がプリズム形状を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項７に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がプリズム形状を有するので、発光ダイオードのような点光源の円弧状放射光を屈折および全反射により任意に導光板の入射端面部に対して反射光を投射し導光板内に導くことができる。
【００２６】
また、請求項８に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の各位置に対応した複数または微細の小面形状を有することを特徴とする。
【００２７】
請求項８に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の各位置に対応した複数または微細の小面形状を有するので、発光ダイオードのような点光源の円弧状放射光を複数または微細の小面形状で全反射して、任意に導光板の入射端面部の各位置に反射光を投射して導光板内に導くことができる。
【００２８】
さらに、請求項９に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がフレネルレンズ形状を有することを特徴とする。
【００２９】
請求項９に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がフレネルレンズ形状を有するので、光源からの光を導光板の入射端面部に対して平行光線を投射することができる。
【００３０】
また、請求項１０に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がトロイダル形状を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項１０に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がトロイダル形状を有するので、光源からの光束を導光板の入射端面部に対応して矩形状光線を導光板の入射端面部に投射することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、本発明は、少数の発光ダイオード等の点光源をケースの入射端面部の近傍に載置するとともにケースに導光板の入射端面部に対向した位置に光制御手段を設けて、この光制御手段に光源から所定角度で光を投射することにより、一度、光制御手段で反射した光を入射端面部に一様に投射し、均一で明るい光を表面部や裏面部から出射することのできる面光源装置を提供することにある。
【００３３】
図１は本発明に係る面光源装置の概略構成を示す分解斜視図、図２〜図７は本発明に係る面光源装置の反射面の概略を示す斜視図、図８は本発明に係る面光源装置の光源角度位置の略図であり、光線の軌跡略図、図９は本発明に係る面光源装置の反射面で受けた反射光線の軌跡略図である。
【００３４】
図１に示すように、面光源装置１は、光源２とケース６と導光板９および遮光体１３から構成されている。また、ケース６は、光源２からの光を導く導光板９の入射端面部に対向した位置に光制御手段としての反射部３を設けている。
【００３５】
光源２は、少数で高輝度な面光源装置１を得るように、４元素タイプ等の高輝度な赤、緑、黄色および青色等の単色発光の半導体ダイオードやＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓＰ等の半導体レーザ等からなり、ケース６の１端部に備えた反射部３に投射する位置に配置し、所定空間により半導体ダイオード等の点光源からの円弧状放射光を反射部３の大きさに拡散させて反射部３に投射し、さらに反射部３で反射した光源２からの光を導光板９の入射端面部に投射する。
【００３６】
また、光源２は導光板９が大型や厚みのある場合に光源を導光板９の入射端面部の両側や両側の上下方向に重層に設けることにより高輝度を得ることを可能とさせる。
【００３７】
さらに、光源２を導光板９の入射端面部の両側や両側の上下方向に重層に設ける場合には、光源２の発光色が補色になるように選択して面光源装置１の出射光を白色に行うことも可能である。
【００３８】
また、光源２は、図８（ａ）に示すように、ケース６の側面に光制御手段としての反射部３の反射面の中心と光源の発光面の中心とが略一致するような所定角度に設定すれば、図９（ａ）に示すように、反射部３の反射面を左右対称に設けることにより反射面で受けた反射光線を入射端面部に対して均等に反射光を分布させることができる。
【００３９】
さらに、光源２は、図８（ｂ）に示すように、ケース６の側面に光制御手段としての反射部３の反射面の手前側略４分の１の位置と光源の発光面の中心とが略一致するような所定角度に設定すれば、図９（ｂ）に示すように、反射部３の反射面でエネルギの高い光線を手前側略４分の１の位置で反射させ、反射光線を空間を通して光源より遠い対向側にもエネルギの高い反射光を投射することができる。
【００４０】
また、光源２は、図８（ｃ）に示すように、ケース６の側面に光制御手段としての反射部３の反射面の対向側略４分の１の位置と光源の発光面の中心とが略一致するような所定角度に設定すれば、図９（ｃ）に示すように、空間を通してエネルギの高い光線を反射部３の反射面の対向側略４分の１の位置で反射させ、反射光線を光源より遠い対向側に反射光を投射することができる。
【００４１】
さらに、図示しないが、導光板９の入射端面部の両側に光源２を設ける場合には、図８（ｂ）に示すような反射部３の反射面の手前側略４分の１の位置と光源２の発光面の中心とが略一致する所定角度に光源２を導光板９の入射端面部の両側の位置に設けることもできる。これにより、図９（ｂ）に示すような光線の軌跡を上下反転させたものを重ね合わせた様な図示しない光線の軌跡によってより明るく均一な出射光を得ることができる。また、図８（ｃ）に示すような反射部３の反射面の対向側略４分の１の位置と光源２の発光面の中心とが略一致する所定角度に光源２を導光板９の入射端面部の両側の位置に設けることもできる。これにより、図９（ｃ）に示すような光線の軌跡を上下反転させたものを重ね合わせた様な図示しない光線の軌跡によってより明るく均一な出射光を得ることができる。
【００４２】
ケース６は、変成ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン４６や芳香族系ポリエステル等からなる液晶ポリマなどの可塑性の有る樹脂材料に、光の反射性、散乱性および遮光性を良くするためにチタン酸バリウム等の白色粉体を混入させたものを、加熱し圧力を加えて射出成型したり、これら可塑性樹脂材料に金属等をコートや金属等で作成し、射出成型物と同様に反射性および遮光性を有する。
【００４３】
また、ケース６は、導光板９の入射端面部に対向した位置に光制御手段としての反射部３を設け、この反射部３の下面部を導光板９に等しく延ばし、導光板９を積載することを可能とする積載部８を設け、例えば、導光板９の裏面部１１側から漏れる光線を反射し、再度導光板９に光線を戻す。
【００４４】
なお、ここでは、反射部３の下面部を導光板９に等しく延ばしたが、反射部３の上面部を導光板９に等しく延ばしても良い。
【００４５】
さらに、ケース６は、図示しないが導光板９を積載することを可能とする積載部８に導光板９よりも小さい開口部を設けて導光板９を積載することができる。この場合、面光源装置１の使用方法により、例えば導光板９の表面部１０上に液晶表示装置を搭載し、表面部１０からの出射光により液晶表示装置を見るようなバックライトとしての使用法と、液晶表示装置の上に導光板９を搭載して、導光板９の裏面部１１からの出射光により導光板９を透して液晶表示装置を見るようなフロントライトとしての使用法との内、フロントライトとして使用するもので、開口部から出射光を液晶表示装置に投射し、液晶表示装置からの反射光を導光板９の裏面部１１と表面部１０とを通して開口部からの反射光を観測者が画像を認識できる。
【００４６】
また、ケース６は、導光板９の出射面１０（ここでは表面部１１を出射面とする。）以外を覆うリップ７を設けて導光板９を正確に保持するとともに、導光板９の側面から漏れる光線を反射し、再度導光板９に光線を戻すとともに外部への遮光をする。
【００４７】
導光板９は、屈折率が１．４〜１．７程度の透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）や非晶質ポリオレフィン樹脂およびポリカーボネート（ＰＣ）等で形成され、一度反射部３で反射された光源２からの光を導く図示しない入射端面部と、この入射端面部と反対側に位置する図示しない反射端面部と、これら入射端面部と反射端面部とに接続する側面部と、光を出射する表面部１０と、この表面部１０と反対側に位置する裏面部１１とからなり、この裏面部１１に導光板９内に導いた光線を表面部１０や裏面部１１に施した溝１２、プリズム、凸凹のドット等によって、反射、屈折、散乱等を利用して目的の面から光線を出射させる。
【００４８】
また、導光板９は、反射部３で反射した光を内部に取り込む。そして、例えば導光板９の材料がアクリル樹脂の場合、屈折率がｎ＝１．４９程度なので、導光板９内には導光板９の入射端面部で屈折する屈折角γはγ＝±４２°程度の範囲内の光が存在する。そして、屈折角γ＝±４２°の範囲内で導光板９内に入射した光は、導光板９と空気層（屈折率ｎ＝１）との境界面では、ｓｉｎα＝（１／ｎ）の式で表す臨界角となり、臨界角αはα＝４２°程度であって、出射角が臨界角よりも大きければ導光板９内から出射できずに閉じ込めてしまい、出射角が臨界角よりも小さければ導光板９内から光源２からの光を出射する。
【００４９】
反射部３は、ケース６の１端部に一体又は別体に形成され、変成ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン４６や芳香族系ポリエステル等からなる液晶ポリマなどの可塑性の有る樹脂材料に、光の反射性、散乱性および遮光性を良くするためにチタン酸バリウム等の白色粉体を混入させたものを、加熱し圧力を加えて射出成型したり、これら可塑性樹脂材料に金属等をコートや金属等で作成し、射出成型物と同様に反射性および遮光性を有する。
【００５０】
また、反射部３としては、導光板９の側面の入射端面部に対向するように、図２に示すような導光板９の入射端面部の長さ方向に対して中心部が凹な円弧凹形状を形成することができる。これにより、発光ダイオードのような点光源２からの円弧状放射光を円弧凹形状部で導光板９の入射端面部の長さ方向に対応して反射をして、反射光を導光板９の入射端面部の大きさに投射して導光板９内に導く。
【００５１】
さらに、反射部３としては、導光板９の側面の入射端面部に対向するように、図３（ａ），（ｂ）に示すような導光板９の入射端面部の各位置に対応した複数のパラボラ形状を形成することができる。この複数のパラボラ形状部は、点光源２からの光を反射して導光板９の入射端面部に導いたときに、点光源２からの光線の量が多い部分は少なく、少ない部分は多くその光軸中心が向くように、光量に応じて形成される。これにより、発光ダイオードのような点光源２からの円弧状放射光を各パラボラ形状部で集光した後、導光板９の入射端面部の各位置に対応して反射をし、各パラボラ形状部からの反射光の全体が導光板９の入射端面部の大きさに投射して導光板９内に導く。
【００５２】
また、反射部３としては、導光板９の側面の入射端面部に対向するように、図４に示すような導光板９の入射端面部の各位置に対応した複数の微細なパラボラ形状を例えば厚さ方向に平行又は千鳥状に形成することができる。上記複数の微細なパラボラ形状部は、点光源２からの光を反射して導光板９の入射端面部に導くときに、点光源２からの光線の量が多い部分は少なく、少ない部分は多くその光軸中心が向くように、光量に応じて形成される。これにより、発光ダイオードのような点光源２からの円弧状放射光を微細なパラボラ形状部で集光した後、導光板９の入射端面部に対応して反射光を投射し、導光板９の入射端面部の大きさに投射して導光板９内に導く。しかも、パラボラ形状部が微細なので、導光板９の入射端面部で拡散光として導光板９内に導く。
【００５３】
さらに、反射部３としては、導光板９の側面の入射端面部に対向するように、図１に示すような導光板９の表面１０と裏面１１との上下方向に対してプリズム形状面４を複数形成することができる。このプリズム形状面４は、導光板９の入射端面部である側面両端方向に対応して反射をし、反射光を導光板９の入射端面部の大きさに投射して導光板９内に導く。
【００５４】
尚、ここでの反射部３は、反射を利用する方法であるが、屈折を利用しても良い。この場合には、この反射部３は透明な材料等で成形し、透明な材料の屈折率により入射光の方向を変化させ、また全反射等により導光板９の入射面に投射するようにする。
【００５５】
また、反射部３としては、導光板９の側面の入射端面部に対向するように、図５に示すような導光板９の入射端面部の各位置に対応した複数の小面形状を形成することができる。この複数の小面形状部は、図５に示すような四角形状の他、三角形状等の多角形状でもよい。この複数の小面形状部は、点光源２からの光を反射して導光板９の入射端面部に導いたときに、点光源２からの光線の量が多い部分は少なく、少ない部分は多くその光軸中心が向くように、光量に応じて形成される。これにより、発光ダイオードのような点光源２からの円弧状放射光を複数の小面形状部で導光板９の入射端面部に対応して反射光を投射し、導光板９の入射端面部の大きさに投射して導光板９内に導くとともに小面形状部により導光板９の入射端面部で拡散光として導光板９内に導く。
【００５６】
さらに、反射部３としては、導光板９の側面の入射端面部に対向するように、図７（ａ），（ｂ）に示すような光源２と反射部３からの反射光の焦点位置とが一致するように中心位置が光源寄りにズレたフレネルレンズ形状を形成することができる。これにより、光源２からの光をフレネルレンズ形状部で導光板９の入射端面部に対応して反射をし、反射光を導光板９の入射端面部の大きさに平行光線を投射して導光板９内に導く。
【００５７】
また、反射部３としては、導光板９の側面の入射端面部に対向するように、図８に示すような焦点が上下方向に於ける焦点と左右方向に於ける焦点との２つの位置に集光性を得るトロイダル形状を形成することができる。これにより、光源２からの光束を導光板９の入射端面部の開口に対応して左右上下の矩形状に反射して、反射光を導光板９の入射端面部の大きさに投射して導光板９内に導く。
【００５８】
また、反射部３は、金属材料で作成することで、完全なる鏡面を得て反射効率を高めて、反射光を導光板９の入射端面部の大きさに投射して導光板９内に導くことができる。
【００５９】
さらに、反射部３の表面に波長変換材料を印刷や塗布による表面処理を施したり、波長変換材料を樹脂に混ぜて成形を行い、光源２からの波長よりも低波長に遷移した光を得ることができる。
【００６０】
尚、反射部３に設けたパラボラ形状、プリズム形状、小面形状およびフレネルレンズ形状等は、反射部３の全体形状である中心部が凹な円弧凹形状およびトロイダル形状の反射部３に設け、より効果的に導光板９内に光源２からの光線を導くことができる。
【００６１】
このように、点光源をケースの入射端面部の近傍に載置するとともにケースに導光板の入射端面部に対向した位置に光制御手段を設けて、この光制御手段に光源から所定角度で光を投射することによって、光制御手段の反射部３と光源との間に空間がある。そして、光源２から拡散された光を光制御手段の反射部３に設けた各種の形状により反射分布をコントロールすることにより、光源２からの光を一度光制御手段で反射した光を入射端面部に投射する。従って、導光板９の入射光分布を変化させて導光板９の出射面部１０や１１等に設けた溝、反射物質、プリズムおよびドット等に対して反射や屈折する光量がコントロールされ、最終出射面からの輝度分布を均一若しくは観測者が見やすい輝度分布を再現することができる。
【００６２】
遮光体１３は、ケース６と同様に変成ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン４６や芳香族系ポリエステル等からなる液晶ポリマなどの可塑性の有る樹脂材料に、光の反射性、散乱性および遮光性を良くするためにチタン酸バリウム等の白色粉体を混入させたものを、加熱し圧力を加えて射出成型し、反射部３からの反射光を外部に漏れないように遮光したり、反射、散乱させて再度導光板９の内部に導くようにする。
【００６３】
このように、本発明の面光源装置は、少数の発光ダイオード等の点光源をケースの入射端面部の近傍に載置するとともにケースに導光板の入射端面部に対向した位置に反射面を有する光制御手段を設けて、この光制御手段の反射面に光源から所定角度で光を投射することによって、一度、光制御手段で反射した光を入射端面部に一様に投射するので、数の少ない点光源でも導光板の表面部や裏面部から均一で明るい出射光を得ることができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る面光源装置は、光を導く平面な入射端面部と、入射端面部に対向する位置にある反射端面部と、入射端面部と反射端面部とに接続する側面部と、これら入射端面部、反射端面部及び側面部と互いに交わる表面部と裏面部とからなる導光板と、入射端面部の近傍に載置した発光素子からなる点状光源と、点状光源と導光板とを保持し入射端面部に対向した位置に反射面を有する光制御手段を設けたケースとを具備し、入射端面部と反射面との間に空間を設け、点状光源を所定角度で光制御手段の反射面に光を投射して光制御手段により入射端面部の大きさに一致した反射光を入射端面部に入射させ、表面部または／および裏面部から出射光を放出するので、あらゆる光源やあらゆる導光板サイズにも対応でき、コンパクトで高輝度な出射光を得るとともに輝度斑が少ない面光源装置を得ることができ、面光源装置の設計に柔軟に対応することができる。
【００６５】
また、請求項２に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の中心と光源の発光面の中心とが略一致する角度とするので、光制御手段の反射面を左右対称に設けることができる。しかも、入射端面部に対して均等に反射光を分布させることができるので、光の利用効率が良く、斑のない高輝度な面光源を得ることができる。
【００６６】
さらに、請求項３に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の手前側略４分の１の位置と光源の発光面の中心とが略一致する角度とするので、エネルギの高い光線を手前側で反射させ、反射光線を空間を通して光源より遠い対向側に反射光を投射することができ、均一で高輝度な面光源を得ることができる。
【００６７】
また、請求項４に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の対向側略４分の１の位置と光源の発光面の中心とが略一致する角度とするので、空間を通してエネルギの高い光線を対向側で反射させ、反射光線を光源より遠い対向側に反射光を投射することができ、斑のない高輝度な面光源を得ることができる。
【００６８】
さらに、請求項５に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の長さ方向に対して中心部が凹な円弧凹形状を有するので、発光ダイオードのような点光源の円弧状放射光を短い空間距離で導光板の入射端面部の長さ方向に一致した対応で反射し、光源からの光を導光板内に導くことができる。しかも、必要な入射端面の側面に選択的に反射光や拡散光ができるので、斑のない高輝度な面光源を得ることができる。
【００６９】
また、請求項６に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の各位置に対応した複数または微細なパラボラ形状を有するので、発光ダイオードのような点光源の円弧状放射光を導光板の入射端面である側面の各位置に複数または微細なパラボラ形状に対応して反射し、光源からの光を導光板内に導くことができる。しかも、必要な入射端面の側面に選択的に反射光や拡散光ができるので、斑のない高輝度な面光源を得ることができる。
【００７０】
さらに、請求項７に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がプリズム形状を有するので、発光ダイオードのような点光源の円弧状放射光を屈折および全反射により任意に導光板の入射端面部に対して反射光を投射し導光板内に導くことができる。しかも、必要な入射端面の側面に選択的に反射光や拡散光ができるので、斑のない高輝度な面光源を得ることができる。
【００７１】
また、請求項８に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の各位置に対応した複数または微細の小面形状を有するので、発光ダイオードのような点光源の円弧状放射光を複数または微細の小面形状で全反射して、任意に導光板の入射端面部の各位置に反射光を投射して導光板内に導くことができる。しかも、必要な入射端面の側面に選択的に反射光や拡散光ができるので、斑のない高輝度な面光源を得ることができる。
【００７２】
さらに、請求項９に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がフレネルレンズ形状を有するので、光源からの光を導光板の入射端面部に対して平行光線を投射することができる。しかも、光源からの光を導光板の入射端面に対して平行光線を投射することができるので、導光板の出射面から高輝度の出射光を放出することができる。
【００７３】
また、請求項１０に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がトロイダル形状を有するので、光源からの光束を導光板の入射端面部に対応して矩形状光線を導光板の入射端面部に投射することができる。しかも、光源からの光束を無駄無く導光板に導くことができ、高輝度の出射光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る面光源装置の斜視図
【図２】本発明に係る面光源装置の反射部の概略を示す斜視図
【図３】本発明に係る面光源装置の反射部の概略を示す斜視図
【図４】本発明に係る面光源装置の反射部の概略を示す斜視図
【図５】本発明に係る面光源装置の反射部の概略を示す斜視図
【図６】本発明に係る面光源装置の反射部の概略を示す斜視図
【図７】本発明に係る面光源装置の反射部の概略を示す斜視図
【図８】（ａ）〜（ｃ）本発明に係る面光源装置の光源角度位置の略図
【図９】（ａ）〜（ｃ）本発明に係る面光源装置の光線の軌跡略図
【図１０】従来の面光源装置の斜視図
【符号の説明】
１…面光源装置、２，４１…光源、３…反射部（光制御手段）、４…プリズム形状面、５…三角柱形状、６…ケース、７…リップ、８…積載部、９…導光板、１０，４５ｃ…表面部、１１…裏面部、１２…溝、１３…遮光体、４０…棒状光源、４２…反射体、４３…棒状導光板、４３ｂ…側面、４３ｃ…出射端面部、４３ｄ…光源に対向する側面、４４…拡散体、４５…平板導光板、４５ｂ…入射端面部、４５ｄ…プリズム。
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にモバイル製品等の液晶表示装置に用いる面光源装置に関するものであり、ケースに導光板の入射端面部に対向した位置に反射面を有する光制御手段を設けるとともに所定角度で光制御手段の反射面に光を投射する光源を入射端面部の近傍に載置し、光制御手段で光源からの光を一度反射し入射端面部から光を導光板に導き表面部や裏面部から出射することのできる面光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発光ダイオードを光源にした面光源装置として、導光板の１側面または対向２側面に複数の発光ダイオードを等間隔に列設するとともに発光ダイオードと導光板とが嵌合するように密着させ、光を導光板内に導く方法が知られている。
【０００３】
また、従来の面光源装置として、例えば特開平１０−１９９３１８号公報に示すように、導光板に凹部を設けて光源を装着し、導光板の光入射面側の両端部に光源からの光を反射させて導光板の有効領域へ導くために、Ｖ字状の溝や光学的境界面を成形し、光源の両サイド方向にも光を分散させるようにして導入された光を閉じ込めて光出射面から外部へ取り出す方法も知られている。
【０００４】
さらに、従来の面光源装置として、例えば特開平１０−１９９３１６号公報に示すように、導光板の光入射面の光源と対向する箇所に、頂角が光源方向に向かう様なプリズム形状の光学的パターンを設けたり、導光板の光入射面に凹部を設け、凹部の内面に光学的パターンを成形して、この凹部に光源を納める方法は知られている。
【０００５】
また、従来の面光源装置としては、図１０に示すように、棒状導光板４３の両端等に光源４１を設け、棒状導光板４３の側面４３ｂに溝やプリズム等のパターンを施して、棒状導光板４３の１側面４３ｃおよび光源４１に対向する側面４３ｄ以外の部分を反射体４２で囲み、棒状導光板４３の１側面４３ｃから線状の光を放射させる棒状光源４０（スティックライト）と、平板導光板４５との間に拡散体４４を設けて、棒状光源４０（スティックライト）からの帯状の平行光線を平板導光板４５の入射端面部４５ｂに対して帯状の拡散光を投射し、平板導光板４５内に入った光を平板導光板４５の表面部４５ｃや裏面部に設けたプリズム４５ｄや溝およびドット等により平板導光板４５の表面部４５ｃや裏面部から出射させて出射光を得る面光源装置も知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の発光ダイオードを光源にした面光源装置として、導光板の１側面または対向２側面に複数の発光ダイオードを等間隔に列設するとともに発光ダイオードと導光板とが嵌合するように密着させ、光を導光板内に導く方法は、構造が簡単で、輝度等も高輝度な値を得ることが出来るが、近年のモバイル製品の高機能化に伴い製品機器内の部品の高密度化等に依り、面光源装置の低消費電力化の必要に対して、１〜２個での高輝度を得る様な高効率に対し課題がある。
【０００７】
また、従来の面光源装置として、例えば特開平１０−１９９３１８号公報に示すように、導光板に凹部を設けて光源を装着し、導光板の光入射面側の両端部に光源からの光を反射させて導光板の有効領域へ導くために、Ｖ字状の溝や光学的境界面を成形し、光源の両サイド方向にも光を分散させるようにして導入された光を閉じ込めて光出射面から外部へ取り出す方法では、光源が発光ダイオード等であるために、輝度およびエネルギに対する光の直線性は優れているが、横方向の広がりには劣るので、横方向の出射光をＶ字状の溝等で分散させても、導光板の光源に対向する位置と導光板の両端位置とでは、光源から直進する光と横に広がる光とに依るため、導光板全体としての輝度分布や輝度に対して課題が有る。
【０００８】
さらに、従来の面光源装置として、例えば特開平１０−１９９３１６号公報に示すように、導光板の光入射面の光源と対向する箇所に、頂角が光源方向に向かう様なプリズム形状の光学的パターンを設けたり、導光板の光入射面に凹部を設け、凹部の内面に光学的パターンを成形して、この凹部に光源を納める方法では、プリズムに依る屈折、全反射等で光源からの光線の進路方向を導光板の両端方向に導く目的であるが、光源から直進する光と横に広がる光とに依るため、直進光をプリズムで導光板の両端方向に全反射させる様なプリズム面では横に広がる光を有効に利用できず、また、横に広がる光をプリズムで導光板の両端方向に屈折させる様なプリズム面では、直進光は両端方向に有効に利用できず、導光板全体としての輝度分布や輝度に対して課題が有る。
【０００９】
また、従来の面光源装置として、図１０に示すように、棒状導光板４３の両端等に光源４１を設け、棒状導光板４３の側面４３ｂに溝やプリズム等のパターンを施して、棒状導光板４３の１側面４３ｃおよび光源４１に対向する側面４３ｄ以外の部分を反射体４２で囲み、棒状導光板４３の１側面４３ｃから線状の光を放射させる棒状光源４０（スティックライト）と、平板導光板４５との間に拡散体４４を設けて、棒状光源４０（スティックライト）からの帯状の平行光線を平板導光板４５の入射端面部４５ｂに対して帯状の拡散光を投射し、平板導光板４５内に入った光を平板導光板４５の表面部４５ｃや裏面部に設けたプリズム４５ｄや溝およびドット等により平板導光板４５の表面部４５ｃや裏面部から出射光として得る面光源装置では、光源４１からの光線は棒状導光板４３内および拡散体４４内を通過した後に平板導光板４５内に入射されるので、材料等による損失に依る光の輝度やエネルギ等の減衰によって、輝度に対する課題があるとともに、部品点数や各部品との調整等に対する経済性や作業性に課題がある。
【００１０】
さらに、これら従来の面光源装置は、光源が導光板に近接または接触しているために、導光板に対する投射角が狭い。しかも、導光板の両端方向に光線を導く方法として光源からの光線が例えば一般の導光板に使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率はｎ＝１．４９程度であるので、導光板内の光は導光板の入射端面部で屈折する屈折角γがγ＝±４２°程度の範囲内になる。また、屈折角γ＝±４２°の範囲内で導光板内に入射した光は、導光板と空気層（屈折率ｎ＝１）との境界面では、ｓｉｎα＝（１／ｎ）の式により臨界角を表すことができるので、臨界角αはα＝４２°程度になり、導光板の両端方向に導かれる光は屈折角γおよび臨界角α内の光しか利用することが出来ない課題が有る。
【００１１】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は少数の発光ダイオード等の点光源をケースの入射端面部の近傍に載置するとともにケースに導光板の入射端面部に対向した位置に光制御手段を設けて、この光制御手段に光源から所定角度で光を投射し、一度、光制御手段で反射した光を入射端面部に一様に投射して、均一で明るい光を表面部や裏面部から出射することのできる面光源装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために請求項１に係る面光源装置は、光を導く平面な入射端面部と、入射端面部に対向する位置にある反射端面部と、入射端面部と反射端面部とに接続する側面部と、これら入射端面部、反射端面部及び側面部と互いに交わる表面部と裏面部とからなる導光板と、入射端面部の近傍に載置した発光素子からなる点状光源と、点状光源と導光板とを保持し入射端面部に対向した位置に反射面を有する光制御手段を設けたケースとを具備し、入射端面部と反射面との間に空間を設け、点状光源を所定角度で光制御手段の反射面に光を投射して光制御手段により入射端面部の大きさに一致した反射光を入射端面部に入射させ、表面部または／および裏面部から出射光を放出することを特徴とする。
【００１３】
請求項１に係る面光源装置は、光を導く平面な入射端面部と、入射端面部に対向する位置にある反射端面部と、入射端面部と反射端面部とに接続する側面部と、これら入射端面部、反射端面部及び側面部と互いに交わる表面部と裏面部とからなる導光板と、入射端面部の近傍に載置した発光素子からなる点状光源と、点状光源と導光板とを保持し入射端面部に対向した位置に反射面を有する光制御手段を設けたケースとを具備し、入射端面部と反射面との間に空間を設け、点状光源を所定角度で光制御手段の反射面に光を投射して光制御手段により入射端面部の大きさに一致した反射光を入射端面部に入射させ、表面部または／および裏面部から出射光を放出するので、あらゆる光源やあらゆる導光板サイズにも対応でき、コンパクトで高輝度な出射光を得るとともに輝度斑が少ない面光源装置を得ることができる。
【００１４】
また、請求項２に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の中心と光源の発光面の中心とが略一致する角度とすることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の中心と光源の発光面の中心とが略一致する角度とするので、光制御手段の反射面を左右対称に設けることができ、入射端面部に対して均等に反射光を分布させることができる。
【００１６】
さらに、請求項３に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の手前側略４分の１の位置と光源の発光面の中心とが略一致する角度とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の手前側略４分の１の位置と光源の発光面の中心とが略一致する角度とするので、エネルギの高い光線を手前側で反射させ、反射光線を空間を通して光源より遠い対向側に反射光を投射する。
【００１８】
さらに、請求項４に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の対向側略４分の１の位置と光源の発光面の中心とが略一致する角度とすることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の対向側略４分の１の位置と光源の発光面の中心とが略一致する角度とするので、空間を通してエネルギの高い光線を対向側で反射させ、反射光線を光源より遠い対向側に反射光を投射する。
【００２０】
また、請求項５に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の長さ方向に対して中心部が凹な円弧凹形状を有することを特徴とする。
【００２１】
請求項５に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の長さ方向に対して中心部が凹な円弧凹形状を有するので、発光ダイオードのような点光源の円弧状放射光を短い空間距離で導光板の入射端面部の長さ方向に一致した対応で反射し、光源からの光を導光板内に導くことができる。
【００２２】
さらに、請求項６に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の各位置に対応した複数または微細なパラボラ形状を有することを特徴とする。
【００２３】
請求項６に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の各位置に対応した複数または微細なパラボラ形状を有するので、発光ダイオードのような点光源の円弧状放射光を導光板の入射端面である側面の各位置に複数または微細なパラボラ形状に対応して反射し、光源からの光を導光板内に導くことができる。
【００２４】
また、請求項７に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がプリズム形状を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項７に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がプリズム形状を有するので、発光ダイオードのような点光源の円弧状放射光を屈折および全反射により任意に導光板の入射端面部に対して反射光を投射し導光板内に導くことができる。
【００２６】
また、請求項８に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の各位置に対応した複数または微細の小面形状を有することを特徴とする。
【００２７】
請求項８に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の各位置に対応した複数または微細の小面形状を有するので、発光ダイオードのような点光源の円弧状放射光を複数または微細の小面形状で全反射して、任意に導光板の入射端面部の各位置に反射光を投射して導光板内に導くことができる。
【００２８】
さらに、請求項９に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がフレネルレンズ形状を有することを特徴とする。
【００２９】
請求項９に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がフレネルレンズ形状を有するので、光源からの光を導光板の入射端面部に対して平行光線を投射することができる。
【００３０】
また、請求項１０に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がトロイダル形状を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項１０に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がトロイダル形状を有するので、光源からの光束を導光板の入射端面部に対応して矩形状光線を導光板の入射端面部に投射することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、本発明は、少数の発光ダイオード等の点光源をケースの入射端面部の近傍に載置するとともにケースに導光板の入射端面部に対向した位置に光制御手段を設けて、この光制御手段に光源から所定角度で光を投射することにより、一度、光制御手段で反射した光を入射端面部に一様に投射し、均一で明るい光を表面部や裏面部から出射することのできる面光源装置を提供することにある。
【００３３】
図１は本発明に係る面光源装置の概略構成を示す分解斜視図、図２〜図７は本発明に係る面光源装置の反射面の概略を示す斜視図、図８は本発明に係る面光源装置の光源角度位置の略図であり、光線の軌跡略図、図９は本発明に係る面光源装置の反射面で受けた反射光線の軌跡略図である。
【００３４】
図１に示すように、面光源装置１は、光源２とケース６と導光板９および遮光体１３から構成されている。また、ケース６は、光源２からの光を導く導光板９の入射端面部に対向した位置に光制御手段としての反射部３を設けている。
【００３５】
光源２は、少数で高輝度な面光源装置１を得るように、４元素タイプ等の高輝度な赤、緑、黄色および青色等の単色発光の半導体ダイオードやＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓＰ等の半導体レーザ等からなり、ケース６の１端部に備えた反射部３に投射する位置に配置し、所定空間により半導体ダイオード等の点光源からの円弧状放射光を反射部３の大きさに拡散させて反射部３に投射し、さらに反射部３で反射した光源２からの光を導光板９の入射端面部に投射する。
【００３６】
また、光源２は導光板９が大型や厚みのある場合に光源を導光板９の入射端面部の両側や両側の上下方向に重層に設けることにより高輝度を得ることを可能とさせる。
【００３７】
さらに、光源２を導光板９の入射端面部の両側や両側の上下方向に重層に設ける場合には、光源２の発光色が補色になるように選択して面光源装置１の出射光を白色に行うことも可能である。
【００３８】
また、光源２は、図８（ａ）に示すように、ケース６の側面に光制御手段としての反射部３の反射面の中心と光源の発光面の中心とが略一致するような所定角度に設定すれば、図９（ａ）に示すように、反射部３の反射面を左右対称に設けることにより反射面で受けた反射光線を入射端面部に対して均等に反射光を分布させることができる。
【００３９】
さらに、光源２は、図８（ｂ）に示すように、ケース６の側面に光制御手段としての反射部３の反射面の手前側略４分の１の位置と光源の発光面の中心とが略一致するような所定角度に設定すれば、図９（ｂ）に示すように、反射部３の反射面でエネルギの高い光線を手前側略４分の１の位置で反射させ、反射光線を空間を通して光源より遠い対向側にもエネルギの高い反射光を投射することができる。
【００４０】
また、光源２は、図８（ｃ）に示すように、ケース６の側面に光制御手段としての反射部３の反射面の対向側略４分の１の位置と光源の発光面の中心とが略一致するような所定角度に設定すれば、図９（ｃ）に示すように、空間を通してエネルギの高い光線を反射部３の反射面の対向側略４分の１の位置で反射させ、反射光線を光源より遠い対向側に反射光を投射することができる。
【００４１】
さらに、図示しないが、導光板９の入射端面部の両側に光源２を設ける場合には、図８（ｂ）に示すような反射部３の反射面の手前側略４分の１の位置と光源２の発光面の中心とが略一致する所定角度に光源２を導光板９の入射端面部の両側の位置に設けることもできる。これにより、図９（ｂ）に示すような光線の軌跡を上下反転させたものを重ね合わせた様な図示しない光線の軌跡によってより明るく均一な出射光を得ることができる。また、図８（ｃ）に示すような反射部３の反射面の対向側略４分の１の位置と光源２の発光面の中心とが略一致する所定角度に光源２を導光板９の入射端面部の両側の位置に設けることもできる。これにより、図９（ｃ）に示すような光線の軌跡を上下反転させたものを重ね合わせた様な図示しない光線の軌跡によってより明るく均一な出射光を得ることができる。
【００４２】
ケース６は、変成ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン４６や芳香族系ポリエステル等からなる液晶ポリマなどの可塑性の有る樹脂材料に、光の反射性、散乱性および遮光性を良くするためにチタン酸バリウム等の白色粉体を混入させたものを、加熱し圧力を加えて射出成型したり、これら可塑性樹脂材料に金属等をコートや金属等で作成し、射出成型物と同様に反射性および遮光性を有する。
【００４３】
また、ケース６は、導光板９の入射端面部に対向した位置に光制御手段としての反射部３を設け、この反射部３の下面部を導光板９に等しく延ばし、導光板９を積載することを可能とする積載部８を設け、例えば、導光板９の裏面部１１側から漏れる光線を反射し、再度導光板９に光線を戻す。
【００４４】
なお、ここでは、反射部３の下面部を導光板９に等しく延ばしたが、反射部３の上面部を導光板９に等しく延ばしても良い。
【００４５】
さらに、ケース６は、図示しないが導光板９を積載することを可能とする積載部８に導光板９よりも小さい開口部を設けて導光板９を積載することができる。この場合、面光源装置１の使用方法により、例えば導光板９の表面部１０上に液晶表示装置を搭載し、表面部１０からの出射光により液晶表示装置を見るようなバックライトとしての使用法と、液晶表示装置の上に導光板９を搭載して、導光板９の裏面部１１からの出射光により導光板９を透して液晶表示装置を見るようなフロントライトとしての使用法との内、フロントライトとして使用するもので、開口部から出射光を液晶表示装置に投射し、液晶表示装置からの反射光を導光板９の裏面部１１と表面部１０とを通して開口部からの反射光を観測者が画像を認識できる。
【００４６】
また、ケース６は、導光板９の出射面１０（ここでは表面部１１を出射面とする。）以外を覆うリップ７を設けて導光板９を正確に保持するとともに、導光板９の側面から漏れる光線を反射し、再度導光板９に光線を戻すとともに外部への遮光をする。
【００４７】
導光板９は、屈折率が１．４〜１．７程度の透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）や非晶質ポリオレフィン樹脂およびポリカーボネート（ＰＣ）等で形成され、一度反射部３で反射された光源２からの光を導く図示しない入射端面部と、この入射端面部と反対側に位置する図示しない反射端面部と、これら入射端面部と反射端面部とに接続する側面部と、光を出射する表面部１０と、この表面部１０と反対側に位置する裏面部１１とからなり、この裏面部１１に導光板９内に導いた光線を表面部１０や裏面部１１に施した溝１２、プリズム、凸凹のドット等によって、反射、屈折、散乱等を利用して目的の面から光線を出射させる。
【００４８】
また、導光板９は、反射部３で反射した光を内部に取り込む。そして、例えば導光板９の材料がアクリル樹脂の場合、屈折率がｎ＝１．４９程度なので、導光板９内には導光板９の入射端面部で屈折する屈折角γはγ＝±４２°程度の範囲内の光が存在する。そして、屈折角γ＝±４２°の範囲内で導光板９内に入射した光は、導光板９と空気層（屈折率ｎ＝１）との境界面では、ｓｉｎα＝（１／ｎ）の式で表す臨界角となり、臨界角αはα＝４２°程度であって、出射角が臨界角よりも大きければ導光板９内から出射できずに閉じ込めてしまい、出射角が臨界角よりも小さければ導光板９内から光源２からの光を出射する。
【００４９】
反射部３は、ケース６の１端部に一体又は別体に形成され、変成ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン４６や芳香族系ポリエステル等からなる液晶ポリマなどの可塑性の有る樹脂材料に、光の反射性、散乱性および遮光性を良くするためにチタン酸バリウム等の白色粉体を混入させたものを、加熱し圧力を加えて射出成型したり、これら可塑性樹脂材料に金属等をコートや金属等で作成し、射出成型物と同様に反射性および遮光性を有する。
【００５０】
また、反射部３としては、導光板９の側面の入射端面部に対向するように、図２に示すような導光板９の入射端面部の長さ方向に対して中心部が凹な円弧凹形状を形成することができる。これにより、発光ダイオードのような点光源２からの円弧状放射光を円弧凹形状部で導光板９の入射端面部の長さ方向に対応して反射をして、反射光を導光板９の入射端面部の大きさに投射して導光板９内に導く。
【００５１】
さらに、反射部３としては、導光板９の側面の入射端面部に対向するように、図３（ａ），（ｂ）に示すような導光板９の入射端面部の各位置に対応した複数のパラボラ形状を形成することができる。この複数のパラボラ形状部は、点光源２からの光を反射して導光板９の入射端面部に導いたときに、点光源２からの光線の量が多い部分は少なく、少ない部分は多くその光軸中心が向くように、光量に応じて形成される。これにより、発光ダイオードのような点光源２からの円弧状放射光を各パラボラ形状部で集光した後、導光板９の入射端面部の各位置に対応して反射をし、各パラボラ形状部からの反射光の全体が導光板９の入射端面部の大きさに投射して導光板９内に導く。
【００５２】
また、反射部３としては、導光板９の側面の入射端面部に対向するように、図４に示すような導光板９の入射端面部の各位置に対応した複数の微細なパラボラ形状を例えば厚さ方向に平行又は千鳥状に形成することができる。上記複数の微細なパラボラ形状部は、点光源２からの光を反射して導光板９の入射端面部に導くときに、点光源２からの光線の量が多い部分は少なく、少ない部分は多くその光軸中心が向くように、光量に応じて形成される。これにより、発光ダイオードのような点光源２からの円弧状放射光を微細なパラボラ形状部で集光した後、導光板９の入射端面部に対応して反射光を投射し、導光板９の入射端面部の大きさに投射して導光板９内に導く。しかも、パラボラ形状部が微細なので、導光板９の入射端面部で拡散光として導光板９内に導く。
【００５３】
さらに、反射部３としては、導光板９の側面の入射端面部に対向するように、図１に示すような導光板９の表面１０と裏面１１との上下方向に対してプリズム形状面４を複数形成することができる。このプリズム形状面４は、導光板９の入射端面部である側面両端方向に対応して反射をし、反射光を導光板９の入射端面部の大きさに投射して導光板９内に導く。
【００５４】
尚、ここでの反射部３は、反射を利用する方法であるが、屈折を利用しても良い。この場合には、この反射部３は透明な材料等で成形し、透明な材料の屈折率により入射光の方向を変化させ、また全反射等により導光板９の入射面に投射するようにする。
【００５５】
また、反射部３としては、導光板９の側面の入射端面部に対向するように、図５に示すような導光板９の入射端面部の各位置に対応した複数の小面形状を形成することができる。この複数の小面形状部は、図５に示すような四角形状の他、三角形状等の多角形状でもよい。この複数の小面形状部は、点光源２からの光を反射して導光板９の入射端面部に導いたときに、点光源２からの光線の量が多い部分は少なく、少ない部分は多くその光軸中心が向くように、光量に応じて形成される。これにより、発光ダイオードのような点光源２からの円弧状放射光を複数の小面形状部で導光板９の入射端面部に対応して反射光を投射し、導光板９の入射端面部の大きさに投射して導光板９内に導くとともに小面形状部により導光板９の入射端面部で拡散光として導光板９内に導く。
【００５６】
さらに、反射部３としては、導光板９の側面の入射端面部に対向するように、図７（ａ），（ｂ）に示すような光源２と反射部３からの反射光の焦点位置とが一致するように中心位置が光源寄りにズレたフレネルレンズ形状を形成することができる。これにより、光源２からの光をフレネルレンズ形状部で導光板９の入射端面部に対応して反射をし、反射光を導光板９の入射端面部の大きさに平行光線を投射して導光板９内に導く。
【００５７】
また、反射部３としては、導光板９の側面の入射端面部に対向するように、図８に示すような焦点が上下方向に於ける焦点と左右方向に於ける焦点との２つの位置に集光性を得るトロイダル形状を形成することができる。これにより、光源２からの光束を導光板９の入射端面部の開口に対応して左右上下の矩形状に反射して、反射光を導光板９の入射端面部の大きさに投射して導光板９内に導く。
【００５８】
また、反射部３は、金属材料で作成することで、完全なる鏡面を得て反射効率を高めて、反射光を導光板９の入射端面部の大きさに投射して導光板９内に導くことができる。
【００５９】
さらに、反射部３の表面に波長変換材料を印刷や塗布による表面処理を施したり、波長変換材料を樹脂に混ぜて成形を行い、光源２からの波長よりも低波長に遷移した光を得ることができる。
【００６０】
尚、反射部３に設けたパラボラ形状、プリズム形状、小面形状およびフレネルレンズ形状等は、反射部３の全体形状である中心部が凹な円弧凹形状およびトロイダル形状の反射部３に設け、より効果的に導光板９内に光源２からの光線を導くことができる。
【００６１】
このように、点光源をケースの入射端面部の近傍に載置するとともにケースに導光板の入射端面部に対向した位置に光制御手段を設けて、この光制御手段に光源から所定角度で光を投射することによって、光制御手段の反射部３と光源との間に空間がある。そして、光源２から拡散された光を光制御手段の反射部３に設けた各種の形状により反射分布をコントロールすることにより、光源２からの光を一度光制御手段で反射した光を入射端面部に投射する。従って、導光板９の入射光分布を変化させて導光板９の出射面部１０や１１等に設けた溝、反射物質、プリズムおよびドット等に対して反射や屈折する光量がコントロールされ、最終出射面からの輝度分布を均一若しくは観測者が見やすい輝度分布を再現することができる。
【００６２】
遮光体１３は、ケース６と同様に変成ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン４６や芳香族系ポリエステル等からなる液晶ポリマなどの可塑性の有る樹脂材料に、光の反射性、散乱性および遮光性を良くするためにチタン酸バリウム等の白色粉体を混入させたものを、加熱し圧力を加えて射出成型し、反射部３からの反射光を外部に漏れないように遮光したり、反射、散乱させて再度導光板９の内部に導くようにする。
【００６３】
このように、本発明の面光源装置は、少数の発光ダイオード等の点光源をケースの入射端面部の近傍に載置するとともにケースに導光板の入射端面部に対向した位置に反射面を有する光制御手段を設けて、この光制御手段の反射面に光源から所定角度で光を投射することによって、一度、光制御手段で反射した光を入射端面部に一様に投射するので、数の少ない点光源でも導光板の表面部や裏面部から均一で明るい出射光を得ることができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る面光源装置は、光を導く平面な入射端面部と、入射端面部に対向する位置にある反射端面部と、入射端面部と反射端面部とに接続する側面部と、これら入射端面部、反射端面部及び側面部と互いに交わる表面部と裏面部とからなる導光板と、入射端面部の近傍に載置した発光素子からなる点状光源と、点状光源と導光板とを保持し入射端面部に対向した位置に反射面を有する光制御手段を設けたケースとを具備し、入射端面部と反射面との間に空間を設け、点状光源を所定角度で光制御手段の反射面に光を投射して光制御手段により入射端面部の大きさに一致した反射光を入射端面部に入射させ、表面部または／および裏面部から出射光を放出するので、あらゆる光源やあらゆる導光板サイズにも対応でき、コンパクトで高輝度な出射光を得るとともに輝度斑が少ない面光源装置を得ることができ、面光源装置の設計に柔軟に対応することができる。
【００６５】
また、請求項２に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の中心と光源の発光面の中心とが略一致する角度とするので、光制御手段の反射面を左右対称に設けることができる。しかも、入射端面部に対して均等に反射光を分布させることができるので、光の利用効率が良く、斑のない高輝度な面光源を得ることができる。
【００６６】
さらに、請求項３に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の手前側略４分の１の位置と光源の発光面の中心とが略一致する角度とするので、エネルギの高い光線を手前側で反射させ、反射光線を空間を通して光源より遠い対向側に反射光を投射することができ、均一で高輝度な面光源を得ることができる。
【００６７】
また、請求項４に係る面光源装置は、光源の所定角度を光制御手段の反射面の対向側略４分の１の位置と光源の発光面の中心とが略一致する角度とするので、空間を通してエネルギの高い光線を対向側で反射させ、反射光線を光源より遠い対向側に反射光を投射することができ、斑のない高輝度な面光源を得ることができる。
【００６８】
さらに、請求項５に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の長さ方向に対して中心部が凹な円弧凹形状を有するので、発光ダイオードのような点光源の円弧状放射光を短い空間距離で導光板の入射端面部の長さ方向に一致した対応で反射し、光源からの光を導光板内に導くことができる。しかも、必要な入射端面の側面に選択的に反射光や拡散光ができるので、斑のない高輝度な面光源を得ることができる。
【００６９】
また、請求項６に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の各位置に対応した複数または微細なパラボラ形状を有するので、発光ダイオードのような点光源の円弧状放射光を導光板の入射端面である側面の各位置に複数または微細なパラボラ形状に対応して反射し、光源からの光を導光板内に導くことができる。しかも、必要な入射端面の側面に選択的に反射光や拡散光ができるので、斑のない高輝度な面光源を得ることができる。
【００７０】
さらに、請求項７に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がプリズム形状を有するので、発光ダイオードのような点光源の円弧状放射光を屈折および全反射により任意に導光板の入射端面部に対して反射光を投射し導光板内に導くことができる。しかも、必要な入射端面の側面に選択的に反射光や拡散光ができるので、斑のない高輝度な面光源を得ることができる。
【００７１】
また、請求項８に係る面光源装置は、光制御手段の反射面が入射端面部の各位置に対応した複数または微細の小面形状を有するので、発光ダイオードのような点光源の円弧状放射光を複数または微細の小面形状で全反射して、任意に導光板の入射端面部の各位置に反射光を投射して導光板内に導くことができる。しかも、必要な入射端面の側面に選択的に反射光や拡散光ができるので、斑のない高輝度な面光源を得ることができる。
【００７２】
さらに、請求項９に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がフレネルレンズ形状を有するので、光源からの光を導光板の入射端面部に対して平行光線を投射することができる。しかも、光源からの光を導光板の入射端面に対して平行光線を投射することができるので、導光板の出射面から高輝度の出射光を放出することができる。
【００７３】
また、請求項１０に係る面光源装置は、光制御手段の反射面がトロイダル形状を有するので、光源からの光束を導光板の入射端面部に対応して矩形状光線を導光板の入射端面部に投射することができる。しかも、光源からの光束を無駄無く導光板に導くことができ、高輝度の出射光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る面光源装置の斜視図
【図２】本発明に係る面光源装置の反射部の概略を示す斜視図
【図３】本発明に係る面光源装置の反射部の概略を示す斜視図
【図４】本発明に係る面光源装置の反射部の概略を示す斜視図
【図５】本発明に係る面光源装置の反射部の概略を示す斜視図
【図６】本発明に係る面光源装置の反射部の概略を示す斜視図
【図７】本発明に係る面光源装置の反射部の概略を示す斜視図
【図８】（ａ）〜（ｃ）本発明に係る面光源装置の光源角度位置の略図
【図９】（ａ）〜（ｃ）本発明に係る面光源装置の光線の軌跡略図
【図１０】従来の面光源装置の斜視図
【符号の説明】
１…面光源装置、２，４１…光源、３…反射部（光制御手段）、４…プリズム形状面、５…三角柱形状、６…ケース、７…リップ、８…積載部、９…導光板、１０，４５ｃ…表面部、１１…裏面部、１２…溝、１３…遮光体、４０…棒状光源、４２…反射体、４３…棒状導光板、４３ｂ…側面、４３ｃ…出射端面部、４３ｄ…光源に対向する側面、４４…拡散体、４５…平板導光板、４５ｂ…入射端面部、４５ｄ…プリズム。
Claims (10)
- 光を導く平面な入射端面部と、該入射端面部に対向する位置にある反射端面部と、前記入射端面部と前記反射端面部とに接続する側面部と、これら入射端面部、反射端面部及び側面部と互いに交わる表面部と裏面部とからなる導光板と、前記入射端面部の近傍に載置した発光素子からなる点状光源と、前記点状光源と前記導光板とを保持し前記入射端面部に対向した位置に反射面を有する光制御手段を設けたケースとを具備し、前記入射端面部と前記反射面との間に空間を設け、前記点状光源を所定角度で前記光制御手段の反射面に光を投射して前記光制御手段により前記入射端面部の大きさに一致した反射光を前記入射端面部に入射させ、前記表面部または／および裏面部から出射光を放出することを特徴とする面光源装置。
- 前記所定角度は、前記光制御手段の反射面の中心と前記光源の発光面の中心とが略一致する角度とすることを特徴とする請求項１記載の面光源装置。
- 前記所定角度は、前記光制御手段の反射面の手前側略４分の１の位置と前記光源の発光面の中心とが略一致する角度とすることを特徴とする請求項１記載の面光源装置。
- 前記所定角度は、前記光制御手段の反射面の対向側略４分の１の位置と前記光源の発光面の中心とが略一致する角度とすることを特徴とする請求項１記載の面光源装置。
- 前記光制御手段の反射面は、前記入射端面部の長さ方向に対して中心部が凹な円弧凹形状を有していることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の面光源装置。
- 前記光制御手段の反射面は、前記入射端面部の各位置に対応した複数または微細なパラボラ形状を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の面光源装置。
- 前記光制御手段の反射面は、プリズム形状を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の面光源装置。
- 前記光制御手段の反射面は、前記入射端面部の各位置に対応した複数または微細の小面形状を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の面光源装置。
- 前記光制御手段の反射面は、フレネルレンズ形状を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の面光源装置。
- 前記光制御手段の反射面は、トロイダル形状を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の面光源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000240021A JP4493818B2 (ja) | 2000-08-08 | 2000-08-08 | 面光源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000240021A JP4493818B2 (ja) | 2000-08-08 | 2000-08-08 | 面光源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002056713A JP2002056713A (ja) | 2002-02-22 |
| JP4493818B2 true JP4493818B2 (ja) | 2010-06-30 |
Family
ID=18731453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000240021A Expired - Lifetime JP4493818B2 (ja) | 2000-08-08 | 2000-08-08 | 面光源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4493818B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6789910B2 (en) | 2000-04-12 | 2004-09-14 | Semiconductor Energy Laboratory, Co., Ltd. | Illumination apparatus |
| CN100395616C (zh) * | 2004-12-11 | 2008-06-18 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 聚光片及采用该聚光片的背光模组 |
| WO2007018361A1 (en) * | 2005-08-05 | 2007-02-15 | Namotek Co., Ltd. | Lcd light guiding plate and back light unit and lcd using a thereof |
| JP5167340B2 (ja) * | 2008-03-19 | 2013-03-21 | パナソニック株式会社 | 面光源装置 |
| CN102606930B (zh) * | 2012-03-23 | 2014-05-07 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所湖州新能源产业创新中心 | 一种led模块化灯 |
| JP7304522B2 (ja) * | 2020-02-26 | 2023-07-07 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 照明器具 |
-
2000
- 2000-08-08 JP JP2000240021A patent/JP4493818B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002056713A (ja) | 2002-02-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI396904B (zh) | 光學封裝體、光學透鏡以及具有光學封裝體之背光組件 | |
| US6935764B2 (en) | Illumination apparatus for planar display device | |
| US7507011B2 (en) | Surface light source equipment and apparatus using the same | |
| US7918597B2 (en) | Spread illuminating apparatus | |
| US20060092662A1 (en) | Backlight unit and liquid crystal display employing the same | |
| US20050024845A1 (en) | Plane light source device and display device provided with the same | |
| JP2004038108A (ja) | 導光板および平面照明装置 | |
| TW201122370A (en) | LED linear light source and reading device. | |
| CN208794326U (zh) | 一种配光均匀的高效闪光灯透镜模组 | |
| JP4493818B2 (ja) | 面光源装置 | |
| JP2001345008A (ja) | 面光源装置 | |
| JP4413455B2 (ja) | 導光板および平面照明装置 | |
| JP3936871B2 (ja) | 導光ブロック | |
| JP2005302322A (ja) | 光源装置および平面照明装置 | |
| JP4385057B2 (ja) | 導光板および平面照明装置 | |
| JPH08304607A (ja) | バックライト | |
| TWI578069B (zh) | 背光模組 | |
| JP2009134883A (ja) | 導光板および平面照明装置 | |
| JP2003066239A (ja) | 導光板および平面照明装置 | |
| JP4511062B2 (ja) | 平面照明装置 | |
| US20200158313A1 (en) | Illumination device with element having annular coating | |
| JP2004127745A (ja) | 面光源装置 | |
| JP4413668B2 (ja) | 導光板および光源装置ならびに平面発光装置 | |
| JP3696095B2 (ja) | 照明装置および表示装置 | |
| CN111316034A (zh) | 光束控制部件、发光装置、面光源装置及显示装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070620 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090521 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090818 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090930 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100309 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100407 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130416 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130416 Year of fee payment: 3 |
|
| S801 | Written request for registration of abandonment of right |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R311801 |
|
| ABAN | Cancellation of abandonment | ||
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130416 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |