JP4507062B2 - 面光源装置及び当該装置を用いた機器 - Google Patents

Description

本発明は、面光源装置及び当該装置を用いた機器に関する。特に、画像表示装置のバックライトやフロントライト、照明器具等として用いられる面光源装置に関する。また、当該面光源装置を用いた機器に関する。

一般的な構造の面光源装置の分解斜視図及び断面図を図１及び図２に示す。この面光源装置１は、バックライトとして用いられるものであって、光を閉じこめるための導光板２と、発光部３と反射板４とから構成されている。導光板２は、ポリカーボネイト樹脂やメタクリル樹脂などの透明で屈折率の大きな樹脂によって形成されており、導光板２の下面には、凹凸加工や拡散反射インクのドット印刷等によって拡散パターン５が形成されている。発光部３は、回路基板６上に複数のＬＥＤ（発光ダイオード）７を実装したものであって、導光板２の側面（光入射面２Ａ）に対向している。反射板４は、白色樹脂シートによって形成されており、両面テープ８によって両側部を導光板２の下面に貼り付けられている。

このような面光源装置１にあっては、図２に示すように、発光部３から出射され光入射面２Ａから導光板２の内部に導かれた光は、導光板２の上面（光出射面２Ｂ）と下面との間で全反射を繰り返しながら進行する。そして、拡散パターン５に入射すると拡散反射され、光出射面２Ｂへ向けて全反射の臨界角よりも小さな角度で入射すると、その光は光出射面２Ｂから外部へ出射される。すなわち、このような面光源装置１にあっては、拡散パターンが擬似光源となっており、これが集まって面光源となっている。

図１に示すような構造の面光源装置１は、構造は簡単であるが、その構造上、光の利用効率が悪く、ＬＥＤ７から出射された光の２０％程度しか導光板２の光出射面２Ｂから出射させることができなかった。また、複数のＬＥＤ７を搭載した発光部３を用いているので、発光部３の小型化が難しく、また面光源装置１の消費電力も低減できない。

そこで、１個のＬＥＤを用いた図３のような構造の面光源装置１１が提案されている。この面光源装置１１に用いられている導光板１２は、光源として用いられる長方形状の発光領域１３の周囲に非発光領域１４が設けられている。略長方形状をした導光板１２の短辺の端で、発光領域１３の外（非発光領域１４）にはＬＥＤを用いた１つの点光源状の発光部１５を納めてある。また、導光板１２の裏面には、発光部１５を中心とする同心円状に多数の偏向パターン１６が形成されている。偏向パターン１６の間隔は発光部１５に近い側では比較的広く、発光部１５から離れるに従って間隔が狭くなっており、これによって発光領域１３における表面輝度が一定となるようにしている。このような従来技術としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。

特開２００１−２４３８２２号公報

図３のような点光源方式の面光源装置１１において、偏向パターン１６を均等に配置する方法としては、二通りの配置がある。これらのパターン配置を図４と図５に示す。図４に示す各偏向パターン１６は、円周方向でほぼ同じ長さを有しており、円周方向に一定間隔で配置され、半径方向にも一定の間隔で配置されている。また、図５に示す偏向パターン１６は、円周方向に一定の角度ごとに配置されており、各偏向パターン１６は中心点（光源位置）からの距離に応じた長さを有している。

しかしながら、上記のような面光源装置１１に液晶表示パネルを重ね、液晶表示パネルの表示面側から観察すると、液晶表示パネルの画面にギラギラとしたぎらつきが発生する。すなわち、液晶表示パネルの画面を観察すると、画面の場所によって画素が赤や青、緑に光っており、それらがギラギラとした現象（ぎらつき）を生じさせており、それが液晶表示パネルの画質を劣化させている。特に、このぎらつきは、画素ピッチの微細化が進むにつれて目立つようになる。また、面光源装置１１の発光領域１３に輝度ムラも見られるようになる。

このようなぎらつきや輝度ムラの発生する原因は、次のように考えられる。例えば、図４に示すようなパターン配列では、円周方向に沿った１ラインのみを取り出して観察すると、偏向パターン１６はほぼ周期的に配列されている。また、偏向パターン１６が配列された円弧状のライン間の間隔も一定となっている。しかしながら、この偏向パターン１６を全体として２次元的に見ると、偏向パターン１６は周期的に揃ってはおらず、ランダムな配列になっている。このため、面光源装置１１から出射される光１７の指向角が、図６に示すように、光の出射点（偏向パターン１６）と発光部１５とを結ぶ半径方向ｒで広く、円周方向θで狭い特性を有しているとすれば、図４のようなパターン配列で反射されて面光源装置１１から出射される光１７の広がりは、図７に破線で示すようになる。図７に示した光１７の広がりを見ると分かるように、ある部分では光１７の重なりが大きく、ある部分ではほとんど光１７の重なりがない状態となっており、図７に示すＸ−Ｘ線に沿った発光強度特性１８のように、重なりの大きな部分では発光強度が大きく、重なりの小さな部分では発光強度が小さくなる。図７に示すように、液晶表示パネル１９の画素ピッチが、発光強度特性１８における強弱の間隔又はそれ以下に小さくなると、ある場所では、赤色画素Ｒに発光強度の大きな光１７が透過して緑色画素Ｂ及び青色画素Ｂには発光強度の小さな光１７しか透過せずに赤色に色づいて見え、別な場所では、青色画素Ｂに発光強度の大きな光１７が透過して緑色画素Ｂ及び赤色画素Ｒには発光強度の小さな光１７しか透過せずに青色に色づいて見えるといった現象が生じ、そのため各色の画素が均一に発光しなくなり、液晶表示面でギラギラした現象が発生すると考えられる。

同様に、図５に示したようなパターン配置でも、円周方向には偏向パターン１６が一定角度毎に配置されているが、半径方向では偏向パターン１６がランダムに配置されており、全体として均一なパターンとなっていない。そのため、図５のようなパターン配置でも画面のぎらつきや輝度ムラが生じ、画質が劣化する。

なお、各偏向パターン１６を小さくして偏向パターン１６の配置間隔を小さくすれば、発光強度の変化の周期を液晶表示パネルの画素ピッチより小さくできる。しかし、このような方法では、偏向パターン１６がより高度に微細化されて、偏向パターン１６の作製が困難になるので、偏向パターン１６の形状誤差が相対的に大きくなり、輝度が低下してしまうため、実際的ではない。

次に、照明灯や表示灯の用途を考える。信号機の信号灯などでは、ＬＥＤ等の点光源状をした発光部を複数個並べた円形の擬似面光源がある。このような疑似面光源では、図８に示すように円形内で発光部２０を格子状に配置する方法と、図９に示すように円周方向に一定の間隔で発光部２０を配置する方法とがある。

しかし、図８のような配列の場合には、円形内の周辺部で隙間があき、スペースの無駄が発生する。また、図９のような配列の場合には、特定の方向で発光部２０の角度が完全にそろってしまい、特定の方向の発光だけが目について均一性がなく、視覚的に美しくない。このように、従来の照明灯や表示灯などでは、発光部２０を例えば円形状となるようにして均一に配置することが困難であり、発光点が均一で視覚的に美しく並んだものを製作することは困難であった。

本発明は上記のような技術的背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液晶表示装置等の画像表示用に用いた場合に画面のぎらつきや輝度ムラを抑えることのできる面光源装置を提供することにある。
また、本発明の別な目的は、円形状などの面光源装置を作製する場合に、各発光部を全体として均一に配列させることのできる面光源装置を提供することにある。

本発明の第１の面光源装置は、複数の光源が２次元又は３次元の面に一定の規則に従って配列された面光源装置において、前記光源はそれぞれ異なる２つの規則に基づいて配列されており、前記規則に従って配列された光源間を結ぶ線が、前記光源からそれぞれ異なる２つの方向に向かって伸びているとともに、前記配列方向及び前記光源間の間隔は、配列方向に沿って移動するに従って徐々に変化していることを特徴としている。

本発明の第１の面光源装置のある実施態様では、前記光源をその配列方向に沿って結んだ連結線が、ある一つの点を中心として回転対称となっており、前記配列方向及び前記光源間の間隔は、前記中心点からの距離に応じて徐々に変化しており、各位置でその位置と前記中心点とを結ぶ線分に対してその位置における２つの配列方向が非対称となっている。

本発明の第２の面光源装置は、複数の光源が２次元又は３次元の面に一定の規則に従って配列された面光源装置において、前記光源はそれぞれ異なる２つの規則に基づいて配列されており、前記規則に従って配列された光源間を結ぶ線が、前記光源からそれぞれ異なる２つの方向に向かって伸びており、前記光源をその配列方向に沿って結んだ連結線は、ある点を中心とする螺旋となり、向きの異なる２種類の螺旋の数をそれぞれＮa、Ｎb（ただし、Ｎa＜Ｎb）とするとき、
０．５５ ＜ Ｎa／Ｎb ＜ ０.７５
を満たすことを特徴としている。

本発明の第１及び第２の面光源装置のある実施態様では、単位面積あたりの前記光源の配置個数が場所によらずほぼ一定となっている。

本発明の第１及び第２の面光源装置の別な実施態様では、前記光源が円形の領域に配置されている。

本発明の第１及び第２の面光源装置のさらに別な実施態様では、当該実光源から導入された光を光出射面のほぼ全体に広げて光出射面から出射させる導光板とを備え、前記導光板には、前記光源と見なすことのできる疑似光源が配列されている。

なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明は面光源装置において光源（実光源又は疑似光源）の新規な配列を提案するものである。即ち、本発明においては、上記第１〜第３の面光源装置で特徴づけられる構成を有することにより、光源を偏りなく均一に配置することができる。その結果、液晶表示パネルとともに用いても画面にぎらつきが発生しにくくなり、画質の劣化を抑えることができる。また、面光源装置の発光面の輝度ムラも少なくできる。

信号灯や照明などに用いる場合、特に光源を円形に配置する場合でも、設計上の発光領域と光源の配置領域との間に隙間が生じにくくなる。また、特定の方向で発光点がつながって発光点の偏りが生じたりすることも無くなる。よって、信号灯や照明などに用いる場合にも、複数の光源を用いてムラのない均一な発光面を得ることができる。

以下、本発明の実施例を、添付図に従って具体的に説明する。

図１０は本発明の実施例１による面光源装置２１の構成を示す分解斜視図、図１１はその断面図である。この面光源装置２１は、液晶表示パネルのバックライトとして用いられるものであって、点光源状をした発光部２２、導光板２３、及び反射シート２４によって構成されている。発光部２２は、導光板２３の隅部に埋め込まれる。反射シート２４は、アルミニウム箔や白色樹脂シートなどからなり、導光板２３の裏面に対向させるように配置される。

導光板２３は、ポリカーボネイト樹脂やアクリル樹脂、メタクリル樹脂等の屈折率の高い透明樹脂やガラスによって略矩形平板状に成形されている。図１２は、この導光板２３の概略裏面図である。導光板２３の裏面においては、実質的な面光源となる長方形状の面発光領域２５の周囲に非発光領域２６が形成されており、長方形状をした導光板２３の短辺の端で、面発光領域２５の外部（すなわち、非発光領域２６）には発光部２２を嵌め込むための孔２７が開口されている。発光部２２は、ＬＥＤチップを樹脂モールドしたものであって、発光部２２に電力を供給するためのフィルム配線基板（ＦＰＣ）３１に実装され、導光板２３の孔２７に挿入されている。

図１３は上記発光部２２の構造を示す断面図である。この発光部２２は、ＬＥＤチップ２８を透明樹脂２９内に封止し、その前面以外の面を白色透明樹脂３０で覆ったものである。この発光部２２は、フィルム配線基板３１上に実装され、半田３２によって固定されている。さらに、フィルム配線基板３１は、ガラスエポキシ樹脂からなる補強板３３に固定される。導光板２３の隅部には、上記のように発光部２２を納めるための孔２７が上下に貫通しており、この近傍において導光板２３の下面には位置決めピン３７が突出させられている。一方、フィルム配線基板３１と補強板３３には、位置決めピン３７を通すための通孔３７Ａ、３７Ｂがあけられている。

しかして、この位置決めピン３７の基部周囲において導光板２３の下面に紫外線硬化型接着剤（熱硬化型の接着剤でもよい）３８を塗布しておき、位置決めピン３７をフィルム配線基板３１と補強板３３の通孔３７Ａ、３７Ｂに通し、ＣＣＤカメラ等で導光板２３の厚み方向中心と発光部２２の発光中心との位置決めを行った後、紫外線を照射することによって紫外線硬化型接着剤３８を硬化させて導光板２３と発光部２２とを接着し、さらに位置決めピン３７を補強板３３に熱かしめする。

このとき図１３に示されているように、導光板２３の孔２７の内面（発光部２２の背面側でも、正面側でも、その両方でもよい。）に設けられた突起３９によって発光部２２の中心の位置決めを行ってもよい。また、図示しないが、導光板２３と発光部２２を上下反転させた状態で、導光板２３の上面と発光部２２の上面とを位置決めするための段差のついた治具を用いて導光板２３の中心と発光部２２の中心とを位置決めするようにしてもよい。

なお、フィルム配線基板３１の代わりにガラスエポキシ配線基板やリードフレームを用いてもよい。また、２個以上のＬＥＤチップを用いる場合には、複数個のＬＥＤチップを１箇所に集めることで点光源化してもよい。また、発光部２２は、ＬＥＤチップを直接導光板２３内にインサート成形することによって形成してもよく、導光板２３の外部（導光板２３の外周面に対向する位置）に配置されていてもよい。

図１４は、導光板２３の裏面の面発光領域２５に形成された複数ないし多数の偏向パターン３４の配置を示す拡大図である。図１４では偏向パターン３４の位置をドットで示しているが、実際は図１５に示すように、発光部２２の裏面を三角溝状や半円溝状などに凹設して偏向パターン３４が形成されている（図３２参照）。また、各偏向パターン３４は、その位置と発光部２２とを結ぶ方向に対して長さ方向が直交するように配置されており、各偏向パターン３４は同心円状に配置されている。さらに、各偏向パターン３４は、図１６に模式的に表すように、発光部２２の近くでは、長さ方向の寸法が短く、発光部２２から遠くなるにつれて長さ方向の寸法が長くなっており、面発光領域２５における単位面積当たりの配置個数（密度）がどこでも一定になっている。

しかして、このような面光源装置２１にあっては、図１１に示すように、発光部２２から出射された光４０は、導光板２３の光入射面から導光板２３内に入射して導光板２３の表面と裏面との間で反射を繰り返しながら導光板２３内を伝搬する。この伝搬中において、図１５に示すように光４０が偏向パターン３４の反射面３４Ａに入射すると、反射面３４Ａに入射した光４０は、導光板２３の表面（光出射面）へと向けて全反射され、導光板２３の光出射面からほぼ垂直な方向へ向けて出射される。また、反射面３４Ａで全反射した後、導光板２３の表面で全反射して導光板２３内に戻った光４０は、導光板２３の表面に垂直な方向から見ると、偏向パターン３４に入射する前の光４０と同じ方向に進んでいる。従って、導光板２３の表面に垂直な方向から見ると、導光板２３内の各点において、導光方向は各点毎に一定の方向を向いており、発光部２２から出射された光４０は、導光板２３内を放射状に進んでいく。

なお、異なる方式の面光源装置としては、導光板の表面に対向させてプリズムシートを配置しておき、導光板の表面から当該表面とほぼ平行な方向へ光を出射させ、この光をプリズムシートによって垂直な方向へ偏向させるようにするものもある。

次に、上記偏向パターン３４の配置されている位置のパターンを説明する。まず、比較のために格子状や菱形状の配置を図１７及び図１８に示す。図１７は、偏向パターン３４を格子状に配置したものを表しており、図１８は偏向パターン３４を菱形状に配置したものを表している。これらの配置では、偏向パターン３４の配置されている面において、偏向パターン３４の配置を定める２つのベクトルα、βを有しているので、場所によらず偏向パターン３４の均一な配置を実現できる。これに対し、図４に示したような同心円状の配置では、偏向パターン１６の配置を定めるベクトルは円周方向にしか無く、図５に示したような同心円状の配置では、偏向パターン１６の配置を定めるベクトルは半径方向にしかないため、偏向パターン１６の配置を全体として均一化することができない。

図１９は本発明における偏向パターン３４の配置点を定めるための基本となるパターンを示している。本発明においては、配置点間の方向と周期を中心点（発光部２２の位置）から離れるに従って徐々に変化させることで配置点に２つの方向と周期を持たせるようにしている。このような方向と周期とは、中心点から離れるにしたがって連続的に、かつ、徐々に変化している。その結果、中心点の付近を除けば、偏りの少ない配置が可能となっている。なお、このようなパターンの特徴が現われるようにするためには、偏向パターン３４の配置点の数が２０個以上必要であるが、できることなら５０個以上あることが望ましい。

以下、図１９のような基本パターンを詳細に説明する。偏向パターン３４の配置点４１は、特定の配置点間を結ぶ２つの方向と、それぞれの方向に対して周期（配置点間の距離）を有している。この２つの方向及び周期は、中心点から離れるに従って除々に変化している。なお、この配置点間の方向は、図１９に示すように２つの配置点間を結ぶベクトルα、βの方向として表すことができ、各方向の周期はベクトルα、βの長さとして表すことができる。

この２つの方向で配置点間を結んでいくと、図１９に示すように右巻きの螺旋３５と左巻きの螺旋３６がそれぞれ複数本得られる。こうして得られた複数本の螺旋３５は、中心点に対して回転対称となっており 、各螺旋３５の形はどれも同じ曲線となっている。同様に、複数本の螺旋３６は、中心点に対して回転対称となっており 、各螺旋３６の形はどれも同じ曲線となっている。ただし、螺旋３５と螺旋３６とは、本数が異なるので、互いの交点と中心点とを結ぶ線分Ｅに関して非対称となっている（言い換えると、交点における２つのベクトルα、βは、線分Ｅに関して非対称となっている）。

右巻きの螺旋３５と左巻きの螺旋３６の本数Ｎは、いずれも次の（１）式で表すことができる。ただし、螺旋３５と螺旋３６とでは、（１）式における指数ｎの値が異なっており、その結果本数が異なっている。

例えば、螺旋３５で指数ｎ＝７、螺旋３６で指数ｎ＝８とすれば、螺旋３５、３６の各本数Ｎ（これらをそれぞれＮa、Ｎbと表す。）はそれぞれ次の（２）式、（３）式のようになる。

図２０は、右巻きの螺旋３５と左巻きの螺旋３６の本数ＮaとＮbが等しい（Ｎa＝Ｎb＝２１本）場合の基本パターンを示している。このように螺旋３５と螺旋３６の本数Ｎa、Ｎbが等しい場合には、螺旋３５と螺旋３６は交点を通る線分Ｅに関して対称となる。互いに対称な螺旋３５、３６の場合には、中心点から距離が離れるに従って、円周方向θでの配置間隔が広がっていくが、半径方向Ｒでは配置間隔はどこでも一定である。従って、螺旋３５と螺旋３６の本数ＮaとＮbが等しい場合には、中心点から離れるにつれて円周方向θの配置間隔が半径方向Ｒの配置間隔よりはるかに大きくなってしまい、半径方向Ｒに密な配置となってしまう。つまり、ある方向には密で、ある方向には粗になるので、均一な配置にならない。よって、図１９のような偏りの少ない配置を得るためには、螺旋３５と螺旋３６の本数が異なるように定められなければならない。

次に、上記のような基本パターンを決定する方法を説明する。ここでは、図２１に示すように中心点を原点とする極座標（Ｒ、θ）で考えるものとし、ｍ番目の偏向パターン３４の配置位置を（Ｒm、θm）と表すことにする。このｍ番目の偏向パターン３４の配置角度θmは、
θm ＝ θm-1 ＋ θg （ｍ＝１、２、…） …（４）
となる。ここで、θg は次の（５）式のように表される。図２１ではθo＝０°としているが、θoは任意の値でも差し支えない。

上記（５）式は、円周を黄金比率で分割した角度であって、θg≒１３７.５°となる。なお、図２２は、θg＝１３８°の場合の配置パターンを表している。図２２から分かるように、θgの値がわずか０.５°ずれただけでも、配置点４１の分布が均一にならないことが分かる。

また、ｍ番目の偏向パターン３４の中心点からの距離Ｒmは、
Ｒm ＝ Ｒm-1 ＋ Ｃm （ｍ＝１、２、…） …（６）
となる。ここではＲo＝１としているが、Ｒoは、Ｒo＞０であれば任意の値でも差し支えない。

上記（６）式のパラメータＣmを変化させることにより、配置点密度の分布傾向を変化させることができる。前記図１９に示した配置パターンは、（６）式のパラメータＣmを一定値（定数）としたものであり、中心部で密度が大きく、中心点から距離が離れるに従って配置点間の間隔が徐々に広がっており、配置点４１の密度がほぼ均一にはなっているが、厳密にいうと均一ではない。従って、配置点４１の密度を均一にするためには、パラメータＣmを中心点からの距離に応じて変化させればよいことが分かる。すなわち、中心点からの距離Ｒmが大きくなるにつれてパラメータＣmが小さくなるように定めればよい。具体的にいえば、パラメータＣmを次の（７）式のように決めれば、配置点４１の分布は図２３のようになり、配置点４１の密度（単位面積当たりの配置点の数）がどの箇所でも一定になる。

図１４に示した導光板２３の偏向パターン３４は、このような配置パターンとなっており、全体で均一な配置パターンを有している。

また、パラメータＣmを次の（８）式のように決めれば、中心部で配置点４１の密度が小さくなり、中心点から離れるに従って配置点４１の密度が大きくなる。このときの配置パターンを図２４に示す。

次に、配置点間を結んだ連結線４２を定義する。図２５は連結線４２の定め方を説明する図である。適当にとった始点（配置点）Ｐ１から任意の近傍の点（配置点）Ｐ２へ線分を引いたとする。点Ｐ１とＰ２の間の距離をＬとすると、点Ｐ２を中心とした半径２Ｌの円４３を想定し、この円４３内に存在する点のうち線分（Ｐ１Ｐ２）を延長した線分Ｋから最も距離が近い点をＰ３とする。同様に、点Ｐ３を中心として半径が（Ｐ２Ｐ３）×２の円を想定し、この円内に存在する点のうち線分（Ｐ２Ｐ３）を延長した線分から最も距離が近い点をＰ４とする。これを順次連続して行うことにより、配置点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…の連結線４２を定めることができる。本発明においては、こうして定められた連結線４２は右巻きの螺旋３５又は左巻きの螺旋３６となっている。

図２６は従来の偏向パターン１６の配置の一部を拡大して示す図、図２７は本発明の実施例の偏向パターン３４の配置の一部を拡大して示す図である。また、図２８は図２６のような従来の偏向パターンを用いたバックライト上における光の強度のコントラストと、図２７のような本実施例の偏向パターンを用いたバックライト上における光の強度のコントラストとを表した図であって、横軸がバックライト上の一軸方向に沿った位置を示し、縦軸が光の相対強度を表している。図２７から分かるように、従来のパターン配置ではコントラストが４５％もあり、１４０μｍごとに強弱の周期がある。液晶表示パネルのＲ、Ｇ、Ｂの各色の画素の大きさは１００μｍ以下であるので、従来のパターン配置におけるコントラストの周期は画素周期よりも大きな周期を持っている。このため画面にぎらつきが生じ、画質の劣化を引き起こしている。

これに対し、偏向パターン３４が均等に配置された本実施例のパターン配置の場合には、コントラストは５％程度に低減されている。このため、本実施例のパターン配置では、画面のぎらつきを低減することができ、液晶表示パネル上における画質の劣化を防止できる。

図１４のように本発明における偏向パターン３４の配置パターンは、図２３に示したような配置パターンを基本として構成されているが、この基本パターン全体をそのまま用いているのではなく、約１／４の領域すなわち図２９に一点鎖線４４で囲んだ領域だけを用い、基本パターンの中心点に当たる位置に発光部２２を配置している。なお、図２９では偏向パターン３４の一部を図示省略しているが、導光板２３として用いる場合には、図２９の一点鎖線４４内の全体に偏向パターン３４を設けている。

ここで、図２９のような配置パターン全体における右巻きの螺旋３５と左巻きの螺旋３６の各本数Ｎa、Ｎbを求めると、
右巻きの螺旋の本数Ｎa＝２１本
左巻きの螺旋の本数Ｎb＝３４本
となっている。これに対し、図２９の一点鎖線４４内における右向きの螺旋３５と左向きの螺旋３６の各本数Ｎa、Ｎbは、
右巻きの螺旋の本数Ｎa＝５本
左巻きの螺旋の本数Ｎb＝９本
となる。右巻きの螺旋３５の本数Ｎaと左巻きの螺旋３６の本数Ｎbとの比を考えると、図２９の配置パターン全体では、
Ｎa／Ｎb＝０.６１７
となり、図２９の一点鎖線４４内では、
Ｎa／Ｎb＝０.５５６
となっている。一般的には、基本パターン全体であっても、その一部領域であっても、その中に含まれている右巻きの螺旋３５の本数Ｎaと左巻きの螺旋３６の本数Ｎbとの比は、
０.５５＜（Ｎa／Ｎb）＜０.７５ …（９）
を満たす。特に、中心点から十分に離れた領域では、
０.６１＜（Ｎa／Ｎb）＜０.６３ …（１０）
となる。

図３０は本発明の実施例２による面光源装置を示す概略平面図である。この面光源装置にあっては、導光板２３のある一つの辺の中央部に対向させて発光部２２を配置している。この導光板２３の裏面には偏向パターン３４が形成されている。なお、図３０では、偏向パターン３４は一部しか示していないが、導光板２３の下面の面発光領域全体に形成されている。

面光源装置における偏向パターン３４の配置されているパターンは、図２３に示したような均一な基本パターンの略１／２の領域であり、その基本パターンの中心点に発光部２２を配置している。

図３１は本発明の実施例３による面光源装置５１の断面図であり、図３２はその導光板２３の裏面図である。この面光源装置は、室内照明用のライトや写真撮影用ライトなどの照明灯として用いられるものであって、円板状をした導光板２３の裏面全体に図２３に示したような均一なパターンが形成されており、その中央部には円錐状をした光源用凹部５２が形成され、光源用凹部５２内にＬＥＤ等からなる発光部２２が納められている。又、導光板２３の裏面全体には反射シート２４が配置されている。

このような面光源装置によれば、円形の導光板２３にも偏向パターン３４を隙間なく均一に配置することができ、均一に発光させることができる。

図３３は本発明の実施例４による面光源装置５３の正面図である。この面光源装置５３にあっては、円板状をしたプリント配線基板５４の表面に複数又は多数個のＬＥＤ等の発光部５５を配置したものである。発光部５５は、図２３に示したような均一な基本パターンの配置点に配置されている。すなわち、プリント配線基板５４の中心に極座標の中心をとれば、ｍ番目の発光部５５を、
Ｒm＝Ｒm-1＋（１／Ｒm-1）
θm＝θm-1＋θg
（ｍ＝１、２、…）
となるように配置している。Ｒo、θoについては、例えばＲo＝１、θ＝０°とすればよいが、Ｒo＞０であればＲo、θoは任意の値で差し支えない。

このような面光源装置５３によれば、単位面積あたりの発光部５５の配置個数を一定にすることができ、発光部５５を偏りなく配置することができるので、面内での発光強度を均一化でき、なおかつ、視覚的にも美しく見える。また、偏向パターン３４を用いないので構造を簡単にすることができ、大きさが一定の発光部５５（ＬＥＤ）を置く場合や、大きな光量が必要な用途に向いている。この面光源装置も、例えば室内照明用のライトや写真撮影用ライトなどの照明灯として用いられる。

図３４は本発明の実施例５による面光源装置５６を示す斜視図である。この面光源装置５６は、立体状をした発光体となっており、回転軸ｚの回りに回転対称となった立体形状５７の表面に発光部（ＬＥＤ）を複数ないし多数配列させたものである。

円筒座標系（Ｒ、θ、Ｚ）を用いてＺ軸を立体形状５７の回転中心軸方向にとり、Ｚ軸からの動径方向の距離をＲとする。また、立体形状５７の輪郭は、
Ｒ＝Ｒs（Ｚ）
で表されるとする。この実施例では、この立体形状５７の表面において、ｍ番目の発光部を、次式で定義される（Ｒm、θm、Ｚm）の位置に配置している。
Ｚm＝Ｚm-1＋（１／Ｒs（Ｚm-1））
Ｒm＝Ｒs（Ｚm）
θm＝θm-1＋θg
（ｍ＝１、２、…）
このような実施例によれば、回転体の表面に複数の発光部（光源）を均一に配置することができる。但し、Ｚo＝０、θo＝０°、Ｒo＞０である。

つぎに、本発明の応用例について説明する。
（液晶表示装置）
図３５は本発明にかかる液晶表示装置７１の概略断面図である。この液晶表示装置７１にあっては、液晶表示パネル７２の背面に本発明の面光源装置７３を配置している。液晶表示パネル７２は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチング素子や配線を形成された裏面側基板７４と、透明電極やカラーフィルタを形成された表面側基板７５との間に液晶層７６を挟み込んで封止したものであって、表裏両面には偏光板７７が重ねられている。そして、この液晶表示装置７１にあっては、面光源装置７３を点灯させて裏面側から液晶表示パネル７２を照明し、液晶表示パネル７２の各画素をオン、オフ制御することにより画像を生成する。

なお、本発明の面光源装置は、フロントライトにも適用することができるので、図示しないが、反射型液晶表示装置に用いることもできる。

（アプリケーション）
図３６は本発明にかかる液晶表示装置７１を組み込まれた携帯電話８１を示している。この携帯電話８１は、テンキー等を備えたダイアル部８２の上にディスプレイとして液晶表示装置７１が組み込まれており、上面にアンテナ８３が設けられている。

図３７はディスプレイとして本発明にかかる液晶表示装置７１を組み込まれたＰＤＡ等の携帯情報端末８４を示している。この携帯情報端末８４は、液晶表示装置７１の横にペン入力などを行うための入力部８５が設けられており、上端部には蓋８６が枢着されている。

このように携帯電話８１や携帯情報端末８４等に本発明の液晶表示装置７１を用いることにより、面光源装置を均一に発光させ、画面にぎらつきが生じるのを防止して画質を向上させることができる。

また、図３８は実施例４の面光源装置５３を用いたディスプレイ装置（電飾看板）８７を示している。実施例４の面光源装置５３では、各発光部として発光色の異なるものを並べることができるので、発光色の異なる発光部を任意の模様や絵柄などとなるように並べておき、各発光部の発光タイミングを電子制御することによって電飾看板として用いることができる。このようなディスプレイ装置８７によれば、液晶表示パネルを用いること無く、均一な表示面のカラーディスプレイを作製することができる。

また、図３９は例えば実施例３や実施例４の面光源装置を赤、緑、青の信号灯８９として用いた電気信号機８８を示している。即ち、発光部としてそれぞれ赤色発光の発光部、緑色発光の発光部、青色発光の発光部を用いることにより信号灯８９に用いることができる。

本発明の面光源装置は、液晶表示パネル等のバックライトやフロントライトとして、あるいは照明灯などとして用いることができる。

一般的な構造の面光源装置を示す分解斜視図である。 同上の面光源装置の断面図である。 従来の別な構造の面光源装置を示す平面図である。 図３の面光源装置における偏向パターンのパターン配置の一例を示す図である。 図３の面光源装置における偏向パターンのパターン配置の異なる例を示す図である。 面光源装置から出射される光の指向角を示す図である。 図４のようなパターン配列を有する面光源装置で光のぎらつきが生じる理由を説明する図である。 円形に配置された発光部の一例を示す図である。 円形に配置された発光部の他例を示す図である。 本発明の実施例１による面光源装置の構成を示す分解斜視図である。 同上の面光源装置の断面図である。 実施例１の面光源装置における導光板の概略裏面図である。 発光部の構造を示す断面図である。 実施例１における導光板における偏向パターンの配置を示す図である。 １つの偏向パターンを拡大して示す斜視図である。 偏向パターンの長さ方向の寸法と発光部からの距離との関係を示す図である。 偏向パターンの格子状の配置を示す図である。 偏向パターンの菱形状の配置を示す図である。 実施例１における偏向パターンの配置点を定めるための基本パターンを示す図である。 右巻きの螺旋と左巻きの螺旋の本数が等しい場合の基本パターンを示す図である。 ｍ番目の偏向パターンの配置位置（Ｒm、θm）の定義を示す図である。 θg＝１３８°の場合の配置パターンを表した図である。 パラメータＣm＝１／Ｒm-1とした場合の配置点の分布を示す図である。 パラメータＣm＝１／（Ｒm-1）^２とした場合の配置点の分布を示す図である。 連結線の定め方を説明する図である。 従来の偏向パターンの配置の一部を拡大して示す図である。 実施例１の偏向パターンの配置の一部を拡大して示す図である。 図２６のような従来の偏向パターンを用いたバックライト上における光の強度のコントラストと、図２７のような本実施例の偏向パターンを用いたバックライト上における光の強度のコントラストとを表した図である。 基本パターンのうち図１４の導光板に用いた領域を示す図である。 本発明の実施例２による面光源装置を示す概略平面図である。 本発明の実施例３による面光源装置の断面図である。 同上の面光源装置における偏向パターンの配置位置を示す図である。 本発明の実施例４による面光源装置の正面図である。 本発明の実施例５による面光源装置の斜視図である。 本発明の面光源装置を用いた液晶表示装置を示す概略断面図である。 本発明にかかる液晶表示装置を備えた携帯電話を示す斜視図である。 本発明にかかる液晶表示装置を備えた携帯情報端末を示す斜視図である。 本発明にかかる面光源装置を用いた電飾看板を示す正面図である。 本発明にかかる面光源装置を用いた信号機を示す正面図である。

符号の説明

２１ 面光源装置
２２ 発光部
２３ 導光板
２５ 面発光領域
３４ 偏向パターン
３４Ａ 反射面
３５ 右巻きの螺旋
３６ 左巻きの螺旋
４０ 光
４１ 配置点

Claims (13)

1. 複数の光源が２次元又は３次元の面に一定の規則に従って配列された面光源装置において、
   前記光源はそれぞれ異なる２つの規則に基づいて配列されており、前記規則に従って配列された光源間を結ぶ線が、前記光源からそれぞれ異なる２つの方向に向かって伸びているとともに、前記配列方向及び前記光源間の間隔は、配列方向に沿って移動するに従って徐々に変化していることを特徴とする面光源装置。
2. 前記光源をその配列方向に沿って結んだ連結線は、ある一つの点を中心として回転対称となっており、
   前記配列方向及び前記光源間の間隔は、前記中心点からの距離に応じて徐々に変化しており、
   各位置でその位置と前記中心点とを結ぶ線分に対してその位置における２つの配列方向が非対称となっていることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
3. 複数の光源が２次元又は３次元の面に一定の規則に従って配列された面光源装置において、
   前記光源はそれぞれ異なる２つの規則に基づいて配列されており、前記規則に従って配列された光源間を結ぶ線が、前記光源からそれぞれ異なる２つの方向に向かって伸びており、
   前記光源をその配列方向に沿って結んだ連結線は、ある点を中心とする螺旋となり、
   向きの異なる２種類の螺旋の数をそれぞれＮa、Ｎb（ただし、Ｎa＜Ｎb）とするとき、
   ０.５５ ＜ Ｎa／Ｎb ＜ ０.７５
   を満たすことを特徴とする面光源装置。
4. 単位面積あたりの前記光源の配置個数が場所によらずほぼ一定となっていることを特徴とする、請求項１又は３に記載の面光源装置。
5. 前記光源が円形の領域に配置されていることを特徴とする、請求項１又は３に記載の面光源装置。
6. 実光源と、当該実光源から導入された光を光出射面のほぼ全体に広げて光出射面から出射させる導光板とを備え、
   前記導光板には、前記光源と見なすことのできる疑似光源が配列されていることを特徴とする、請求項１又は３に記載の面光源装置。
7. 前記導光板内を導光する光を反射させるための複数のパターンが前記導光板の光出射面と反対側の面に設けられ、
   前記パターンによって前記擬似光源が構成されていることを特徴とする、請求項６に記載の面光源装置。
8. 前記実光源は前記導光板に比較して小さなものであり、
   前記疑似光源は、一方向に長い形状を有し、配列された前記光源の中心点を中心として同心円状に配列されていることを特徴とする、請求項６に記載の面光源装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の面光源装置と、前記面光源装置に重ねるように配置された画像表示パネルとからなることを特徴とする画像表示装置。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の面光源装置を備えた携帯電話。
11. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の面光源装置を用いた信号機。
12. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の面光源装置を用いた電飾看板。
13. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の面光源装置を用いた照明装置。

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