JP4510516B2 - 照明装置およびこれを用いた表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、時計、携帯電話、オーディオ、電子機器等に使用される表示装置、及びこれに用いられる照明装置に関する。

近年、携帯機器や情報機器等には、薄型軽量という特徴をもつ液晶表示装置が広く使われている。しかし、液晶表示装置は受光型のため、明るく高精細な画像を表示させることを目的として液晶表示素子の前面または背面に照明装置を設置することが多い。
この液晶表示装置が本来持っている薄型軽量という特質を有効に利用するため照明装置としては、光源を導光板の側面に配したサイドライト型の照明装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＬＥＤのような点光源を導光板の一端面に接するように配置したサイドライト型の照明装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。このような構成では、ＬＥＤの出射面付近の輝度が高くなり、輝度の均一性が低下するという問題があった。
特開平９−１５４２５（第１−２頁、第１図） 特開２００２−８４２３（第２−３頁、第１図）

特許文献１に記載された構成のサイドライト型の照明装置では、光源からの出射光を十分に導光板に入射させるには、導光板の厚さを光源の厚さと同等若しくはそれ以上にしなければいけないという問題があった。一般にバックライトとして用いる照明装置では、光源の厚さと導光板の厚さが同等程度であり、バックライトを光源の厚さよりも薄くすることはできない。このように、サイドライト型の照明装置の薄型化には限界があった。

また、特許文献２に記載された構成では、ＬＥＤの出射面付近の輝度が高くなり、輝度の均一性が低下するという問題があった。

そこで、本発明は光源よりも薄い導光板を用いた構成のサイドライト型の照明装置を提供することを目的とする。また、光源からの出射光を光源の幅方向に拡散させるレンズ機構を備えることにより、光出射面における輝度均一性の高い薄型の照明装置を実現した。

本発明は、サイドライト型の照明装置でありながら、光源からの出射光を光源の厚さ方向において集光して導光板に入射させるレンズ機構を具備することにより、導光板の厚さを光源の厚さよりも薄くすることを可能とした。

また、本発明は光源からの出射光を光源の幅方向において、拡散して導光板に入射させるレンズ機構を具備することにより、光出射面において輝度均一性の高い出射光を得ることを可能とした。

本発明のサイドライト型の照明装置は、光源の厚さよりも薄い導光板を用いることができるので、薄型の照明装置を提供することが可能となる。すなわち、薄いサイドライト型の照明装置を高輝度で均一性の高い照明を保つことができる。したがって、明るい、均一性の高い表示を保ちつつ表示装置を薄くできる。

本発明の照明装置は、ＬＥＤ光源と、光源からの出射光を光源の厚さ方向に集光するレンズ機構と、レンズ機構から出射された光を導入し光出射面から出射する導光板を備えており、導光板の厚さがＬＥＤ光源の厚さよりも薄く構成されている。さらに、レンズ機構にＬＥＤ光源からの出射光をＬＥＤ光源の幅方向に拡散する機能を備えることとした。

また、レンズ機構の厚さをＬＥＤ光源よりも厚く構成した。さらに、レンズ機構として異なった屈折率の積層構造を有するレンズを用いることとした。さらに、導光板の屈折率を１．４から１．６の範囲に設定した。また、導光板を、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）のいずれかで作製した。さらに、レンズ機構に切欠を設け、この切欠内に導光板の一端を配置する構成とした。
また、本発明の表示装置は、上述したいずれかの構成の照明装置と、照明装置の光照射面側に設けられた非自発光型の表示素子とを備えることとした。

以下、図１を参照しながら本発明の実施例について説明する。図１（ａ）は本実施例の照明装置の上面図である。本実施例の照明装置１００は、複数のＬＥＤ光源１０１と、レンズ機構１０２と、レンズ機構１０２から出射される光を内部において伝播する導光板１０３を備えている。レンズ機構１０２は、ＬＥＤ光源１０１から出射される光をＬＥＤ光源１０１の厚さ方向には集光し、ＬＥＤ光源１０１の幅方向には拡散する機能がある。図１（ｂ）は照明装置１００の側面図であり、図１（ｃ）はＬＥＤ光源１０１付近を拡大して示した側面図である。ＬＥＤ光源１０１の出射面１０４から出た光はレンズ機構１０２に入射する。レンズ機構１０２に入射した光は、レンズ機構の厚さ方向には集光され、その幅方向には拡散されてレンズ機構の出射面１０５から出射する。そして、その出射光が導光板１０３に入射する。

複数のＬＥＤ光源１０１は基板（図示していない）上に出射面１０４をレンズ機構に向けた状態で整列配置されている。複数のＬＥＤ光源１０１は、互いに間隔を持って配置されている。レンズ機構１０２は複数のＬＥＤ光源１０１よりも幅方向には長く、厚さ方向には同等程度の厚みを持っている。レンズ機構１０２は複数のＬＥＤ光源１０１から出射された光を内部において、ＬＥＤ光源１０１の厚さ方向には集光し、幅方向には拡散させる機能を持っており、集光および拡散した光を出射面１０５から導光板１０３へと出射する。レンズ機構１０２に入射した光は厚さ方向にはレンズ機構１０２によって導光板１０３の厚さよりも小さい領域に集光されるとともに、幅方向にはレンズ機構１０２によって導光板１０３の幅よりも小さい領域において拡散される。導光板１０３はレンズ機構１０２から入射した光を内部において伝播させ、出射面１０６から出射させる。導光板１０３はＬＥＤ光源１０１の厚さよりも薄く作製されているため、照明装置１００を薄型化することが可能である。ＬＥＤ光源１０１と、レンズ機構１０２と、導光板１０３は距離を空けずに配置されることが望ましい。

ここで、レンズ機構１０２は、屈折率の異なる積層構造からなるＧＲＩＮレンズであっても良いし、フレネルレンズや非球面レンズでも良い。また、これらのレンズに限らず、所望の特性を与えるレンズであれば良い。また、光源はＬＥＤ光源に限らず冷陰極管光源などであっても良い。この場合、光源が線状であるため、レンズ機構により光を光源の幅方向へ拡散することは不要である。導光板１０３は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）などを用いて、射出成形によって作製されるのが望ましい。そして、その屈折率を１．４から１．６の範囲にすることが望ましい。さらに、導光板１０３の表面と裏面の少なくとも一方の面には導光板の内部を伝播する光を出射面１０６へ出射させる光機能素子が形成されている。

本実施例１ではレンズ機構１０２により、光源の厚さ方向には光を集光し、幅方向には光を拡散させたが、２つのレンズ機構が近接して配置された構造であり、一方のレンズ機構は厚さ方向の光を集光する機構を有し、もう一方のレンズ機構が幅方向の光を拡散させる機能を有していても良い。

次に、図２に示す本発明の実施例について説明する。図２（ａ）は本実施例の照明装置の側面図である。本実施例の照明装置２００は、複数のＬＥＤ光源２０１と、レンズ機構２０２と、レンズ機構２０２から出射される光を内部において伝播する導光板２０３を備えている。レンズ機構１０２は、ＬＥＤ光源２０１から出射される光をＬＥＤ光源２０１の厚さ方向には集光し、ＬＥＤ光源２０１の幅方向には拡散する機能がある。以後、実施例１で述べた部分と重複する説明については適宜省略する。

照明装置２００のＬＥＤ光源２０１付近を拡大した側面図を図２（ｂ）に、ＬＥＤ光源２０１から出射する光の出射方向を図２（ｃ）に示す。実施例１と異なる点は、レンズ機構２０２がＬＥＤ光源２０１よりも厚いことである。実施例１ではレンズ機構１０２がＬＥＤ光源１０１と同等程度の厚さであったため、図２（ｃ）で示す光線２０４および２０５をレンズ機構１０２に入射できずに外部に出射させていた。実施例２では、これらの光もレンズ機構２０２に入射させることが可能であり、より効率の良い照明装置を提供できる。

また、図３（ａ）は実施例２のレンズ機構に導光板を支持する切欠が形成された様子を表す上面図である。図３（ｂ）はその側面図である。レンズ機構３０２には導光板３０３の厚さよりも大きな切欠３０４が形成されており、この切欠３０４に導光板３０３が挿入され、支持されている。これにより、導光板３０３の支持が容易になるだけでなく、レンズ機構３０２と導光板３０３の位置合わせも容易に行える。

図４は、実施例２のレンズ機構３０２の屈折率分布を表す図である。図４（ａ）はレンズ機構３０２のＡ−Ａ’線上の屈折率分布を表す図表である。図４（ｂ）はレンズ機構３０２のＢ−Ｂ’線上の屈折率分布を表す図表である。図４（ａ）および図４（ｂ）に示した点線はＬＥＤ光源の配置を表している。導光板幅方向においては、ＬＥＤ光源の付近の屈折率が最も低く、ＬＥＤ光源から遠ざかるにつれ、屈折率が高くなっている。光は屈折率の高い方へ進む性質をもつため、導光板の幅方向においては、ＬＥＤ光源からの出射光は拡散される。また、導光板厚さ方向においてはＬＥＤ光源付近の屈折率が最も高く、ＬＥＤ光源から遠ざかるにつれ、屈折率が低くなっている。このため、導光板の厚さ方向においては、ＬＥＤ光源からの出射光は集光される。図４では実施例２のレンズ機構３０２について説明したが、他のレンズ機構の屈折率分布についても、これと同様にできる。また、図４では屈折率分布を直線的に表しているが、屈折率分布は曲線的に変化しても良いし、階段的に変化しても良い。
図５は、図４で示した特性を有するレンズ機構の具体的な構成の一例を説明する断面図である。すなわち、図３で示したレンズ機構３０２をＡ−Ａ’で切断した際の断面図の一部である。ＬＥＤ光源５０１はレンズ機構３０２を挟んで導光板３０３の反対側（図では紙面裏側）に隣接配置されている。レンズ機構３０２は例えば、屈折率の異なる６つの層５０２、５０３、５０４、５０５、５０６、５０７から形成されており、その屈折率は５０２から５０７にかけて徐々に低くなっている。この例では６つの層から形成されているが、積層数は６より多くても少なくても良い。

本発明の照明装置の構成を示す模式図である。 本発明の照明装置の構成を側面から示す模式図である。 本発明による実施例の照明装置の構成を説明する模式図である。 本発明による照明装置に用いるレンズ機構の屈折率分布を表す図表である。 本発明による照明装置のレンズ機構の具体例を説明する断面図である。

符号の説明

１００、２００、３００ 照明装置
１０１、２０１、３０１、４０１ ＬＥＤ光源
１０２、２０２、３０２ レンズ機構
１０３、２０３、３０３ 導光板
１０４、１０５、１０６ 出射面
２０４、２０５ 光線
３０４ 切欠
４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７ レンズ機構２０２の構成要素

Claims (5)

1. ＬＥＤ光源と、
   前記ＬＥＤ光源よりも厚さが薄い導光板と、
   前記ＬＥＤ光源と前記導光板との間に配置されたレンズ機構を備え、
   前記レンズ機構は、前記導光板の幅方向において前記ＬＥＤ光源から遠ざかるにつれ屈折率が高くなり、前記導光板の厚さ方向において前記ＬＥＤ光源から遠ざかるにつれ屈折率が低くなるような屈折率分布を有し、
   前記ＬＥＤ光源からの出射光が、前記レンズ機構によって前記ＬＥＤ光源の厚さ方向に集光され、前記ＬＥＤ光源の幅方向に拡散されることを特徴とする照明装置。
2. 前記レンズ機構の厚さが前記ＬＥＤ光源の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記レンズ機構が異なった屈折率の積層構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記レンズ機構には切欠が設けられ、前記切欠に前記導光板の一端が配されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置と、前記照明装置の光照射面側に設けられた非自発光型の表示素子とを備えることを特徴とする表示装置。