JP4661735B2 - 面光源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、非発光表示装置等において使用される面光源装置に関し、特に、発光ダイオード(LED)等の点光源を用いた面光源装置に関する。
従来、液晶表示装置に代表される非発光表示装置が提案されている。このような非発光表示装置においては、液晶表示デバイスの背面側に、この液晶表示デバイスを照明するための面光源装置(バックライトユニット)が設けられている。
このような面光源装置としては、例えば、特許文献1に記載されているように、光源からの光が側面部から入射されこの光を前面部(出射面)から照明光として出射するようにした導光板を有する、いわゆる「エッジライト型」の面光源装置が提案されている。この面光源装置においては、複数の光源が、導光板の入射面である側面部に対向して配置されている。また、この面光源装置においては、導光板からこの導光板の背面部側に出射された光は、反射シートにより反射されて、再び導光板内に戻されるようになっている。
このような「エッジライト型」の面光源装置においては、光源として、冷陰極蛍光灯等の線状光源や、発光ダイオード(LED)等の点光源が用いられている。そして、近年においては、発光効率が向上したこともあって、長寿命で小型軽量化が図れ、材料に水銀を含まないことなどの点で、特に発光ダイオードを点光源として使用することが注目されている。
光源として発光ダイオード等の点光源を用いる場合には、複数の点光源が離間した状態で直線状に並べられ、導光板の側面部(入射面)に対向して配置されている。また、特許文献1に記載された面光源装置においては、導光板に対する発光ダイオードの位置決めを容易にするために、導光板の側面部(入射面)に発光ダイオードが嵌合するための凹部を設け、この凹部に発光ダイオードを嵌め合わす構成としている。
また、従来の面光源装置としては、特許文献2に記載されているように、光源からの光が背面部から入射されこの光を前面部(出射面)から照明光として出射するようにした導光板を有する、いわゆる「直下型」の面光源装置が提案されている。この面光源装置においては、複数の光源が、導光板の入射面である背面部に対向して配置されている。また、この面光源装置においては、導光板からこの導光板の背面部側に出射された光は、反射シートにより反射されて、再び導光板内に戻されるようになっている。
このような「直下型」の面光源装置においても、光源として、冷陰極蛍光灯等の線状光源や、発光ダイオード等の点光源が用いられている。光源として発光ダイオード等の点光源を用いる場合には、複数の点光源が離間した状態で平面状に並べられ、導光板の背面部(入射面)に対向して配置されている。また、特許文献2に記載された面光源装置においては、導光板に対する発光ダイオードの位置決めを容易にするために、導光板の背面部(入射面)に発光ダイオードが嵌合するための凹部を設け、この凹部に発光ダイオードを嵌め合わす構成としている。
また、このような「エッジライト型」や「直下型」の面光源装置においては、導光板の前面部(出射面)の前方側には、導光板から出射される光(出射光)を視野角内に集光させて輝度を向上させるためのレンズシートや、輝度の均一化を図るための拡散シートが適宜設置される。
実用新案登録第2578529号公報 特開平10−82915号公報
ところで、前述のような従来の面光源装置においては、発光ダイオード等の点光源を複数個並べたものを光源として用いる場合には、導光板の出射面から出射される照明光において、点光源が配置された位置に応じて輝度むらが発生しやすいという問題がある。このような輝度むらは、各点光源間の距離が長くなるほど顕著になる。
そのため、このような面光源装置においては、各点光源間の距離を長くして点光源の数を減らすと照明光の輝度むらが生じ、点光源の数を減らすことによる製造の容易化や製造コストの低廉化を図ることが困難となっている。
さらに、このような面光源装置においては、点光源として赤色、緑色及び青色のいずれかの単色光を発する発光ダイオードを用いる場合には、これら発光ダイオードから発せられた各色光が混合されて純度の高い白色光となるようにする必要がある。そのためには、各色光用の発光ダイオードから発せられた光が十分に混合されるように、十分な厚みを有する導光板や、十分な空間を有する光混合室を用いる必要がある。
このような十分な厚みを有する導光板や十分な空間を有する光混合室を用いることは、「直下型」の面光源装置においては、面光源装置全体の厚みを大きくする要因となる。さらに、このような十分な厚みを有する導光板をプラスチック材料によって形成する場合には、このような導光板の内部及びこの導光板と周囲の材料との境界面における光損失が大きくなり、より多くの発光ダイオードを用いる必要が生じ、製造の容易化や製造コストの低廉化が困難となる。
また、前述の従来の面光源装置においては、赤色、緑色及び青色の混色によって純度の高い白色光を得ることが考慮されておらず、この面光源装置においては、純度の高い白色光が得られない虞れがある。
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、複数の点光源を複数個並べて構成され非発光表示装置等に使用される面光源装置において、点光源の数を削減し、また、光混合室の厚みを薄くしても、各点光源の間となる位置における照明光の輝度が向上されて照明光の輝度むらが生じないようになされ、点光源の数を削減することによる製造の容易化や製造コストの低廉化が可能であり、また、光混合室の厚みを薄くすることによる装置構成の小型化が可能となされた面光源装置を提供することを目的とする。
前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る面光源装置は、以下の構成のいずれか一を有するものである。
〔構成1〕
被照明物を照明するための面光源装置において、ベース部材と、前記ベース部材上に設けられ、複数の点光源が列状に並んだ複数列の点光源列と、前記各点光源から少なくとも前記点光源列と直交する方向に略等距離に位置するように前記点光源列を覆、前記各点光源の発する光束を拡散させつつ透過させ、前記点光源列と同じ方向に延びる半円筒形状の拡散透過部材とを備えることを特徴とするものである。
〔構成2〕
構成1を有する面光源装置において、前記点光源列は、前記複数の点光源を基板上に設けたものであることを特徴とするものである。
〔構成3〕
構成1または2を有する面光源装置において、前記点光源から出射された光を反射する反射板を備えることを特徴とするものである。
〔構成4〕
構成1ないし3のいずれかを有する面光源装置において、前記ベース部材と対向して前記ベース部材上に設けられた前記点光源列と前記拡散透過部材とを覆う拡散板を備えることを特徴とするものである。
〔構成5〕
構成1ないし4のいずれかを有する面光源装置において、前記拡散透過部材は、拡散材を含有する光透過性材料から形成されていることを特徴とするものである。
〔構成6〕
構成1ないし5のいずれかを有する面光源装置において、前記拡散透過部材は、表面部に複数のマイクロレンズが形成されていることを特徴とするものである。
〔構成7〕
構成1ないし6のいずれかを有する面光源装置において、前記複数の点光源には、赤色、青色及び緑色のいずれかの単色光を発する発光ダイオードが含まれていることを特徴とするものである。
本発明に係る面光源装置においては、背面側内壁に複数の点光源が取付けられた光混合室内には、各点光源からの距離が略等距離である位置で該各点光源を覆い該各点光源の発する光束を拡散させて透過させる拡散透過部材が設置されているので、光混合室の厚みを薄くしても、各点光源の間となる位置における照明光の輝度を向上させ、照明光の輝度むらを解消することができる。また、点光源の数を削減しても、照明光の輝度むらが生じないので、点光源の数の削減による製造の容易化や製造コストの低廉化が可能である。
また、この面光源装置において、拡散透過部材を、拡散材を含有する光透過性材料から形成した場合には、各点光源の発する光束を効率よく拡散させて透過させることができる。
さらに、この面光源装置において、拡散透過部材を、表面部に多数のマイクロレンズが形成された光透過性材料から形成した場合には、各点光源の発する光束を効率よく拡散させて透過させることができる。
そして、この面光源装置において、複数の点光源として、赤色、青色及び緑色のいずれかの単色光を発する発光ダイオードが含まれていることとした場合には、各発光ダイオードから発せられる赤色、青色及び緑色を拡散透過部材により効率よく混色し、純度の高い白色を表示することができる。
すなわち、本発明は、複数の点光源を複数個並べて構成され非発光表示装置等に使用される面光源装置において、点光源の数を削減し、また、光混合室の厚みを薄くしても、各点光源の間となる位置における照明光の輝度が向上されて照明光の輝度むらが生じないようになされ、点光源の数を削減することによる製造の容易化や製造コストの低廉化が可能であり、また、光混合室の厚みを薄くすることによる装置構成の小型化が可能となされた面光源装置を提供することができるものである。
以下、本発明を実施するための最良の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
〔第1の実施の形態〕
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る面光源装置を適用した非発光表示装置の構成を示す分解斜視図である。
本発明に係る面光源装置は、図1に示すように、非発光表示装置における照明装置として使用されるものである。この非発光表示装置は、面光源装置1と、この面光源装置1によって照明される非照明物となる非発光表示部2とから構成されている。なお、図1において上を面光源装置1の出射側(前面)、下を背面側とする。
面光源装置1は、複数の点光源となる複数の発光ダイオード11を収納し、発光ダイオード11から発せられた各色光を混合して純度の高い白色光とする筐体状の光混合室を有する。光混合室は、複数の発光ダイオード11が取付けられたアルミシャーシ(ベース部材)3と、光混合室の前面板となる拡散板4とから構成される。
アルミシャーシ3は略箱形状で、光混合室の背面側内壁及び側面側内壁となるアルミシャーシ3の内壁部は、少なくとも一部が入射した光を反射する反射面となっている。拡散板4と対向するアルミシャーシ3の背面側内壁には、基板12が複数設けられており、基板12上には複数の発光ダイオード11が互いに離間した状態で列状に並んでいる。基板12上に複数の発光ダイオード11(点光源)が列状に並んだものを点光源列と称する。
更にアルミシャーシ3の背面側内壁には、各点光源列の位置に対応した開孔13aを有するシート状の反射部材13が設けられている。なお、反射部材13の一部が、基板12の端部と重なっていてもよい。反射部材13は、白色、あるいは、銀色のシートやテープ等からなり、白色、あるいは、銀色の面が拡散板4に対向するように設けられている。
各発光ダイオード11の発する光束は、拡散板4側に射出され、この拡散板4側(図1中における上方側)に配置された非発光表示部2を照明する。この拡散板4は、拡散透過性を有している。
既述したように複数の発光ダイオード11は基板12上に一列に並べられて点光源列を構成し、光混合室の背面側内壁に取付けられている。この面光源装置1における点光源としては、固体発光素子を用いることができ、発光ダイオード(LED)11の他に、電界発光素子(EL)などを用いることができる。なお、これら複数の点光源としては、白色の色純度を良好に保つためには、赤色、青色及び緑色のいずれかの単色光を発する発光ダイオード11を用いることが好ましい。
各点光源として単色光を発する発光ダイオード11を用いる場合、この発光ダイオード11をなす材料は、赤色の光を発するものとして、AlGaAs、AlGaInP、または、GaAsP、緑色の光を発するものとして、InGaN、または、AlGaInP、青色の光を発するものとして、InGaNなどである。
そして、非発光表示部2は、面光源装置1からの照明光が入射される拡散シート5と、この拡散シート5を経た照明光が入射されるプリズムシート6と、このプリズムシート6を経た照明光が入射される偏光シート7と、この偏光シート7を経た照明光が入射される透過型の液晶パネル8とから構成されている。
拡散シート5は、輝度ムラを低減するとともに正面輝度を上昇させるため、入射光を所定の指向性を有して拡散させて透過させる特性を有している。また、プリズムシート6は、正面輝度及び水平方向の輝度をさらに上昇させるため、入射光を所定の指向性を有して透過させる特性を有している。偏光シート7は、入射光を所定方向の直線偏光として透過させる。液晶パネル8は、一対の透明基板間に液晶を封入して構成されており、駆動電圧を印加されることにより、液晶分子を所定方向に配列させて、入射光の偏光方向を変調するように構成されている。この液晶パネル8は、画素ごとに所定の駆動電圧を印加され、表示画像に応じて、入射光を変調させて透過させることにより、画像表示を行う。
図2は、この面光源装置1における発光ダイオード11の配置状態を示す斜視図である。
面光源装置1の光混合室内には、図2に示すように、各発光ダイオード11から少なくとも各点光源列と直交する方向に略等距離である位置において点光源列を覆い、各発光ダイオード11の発する光束を拡散させつつ透過させる拡散透過部材14が設置されている。
この実施の形態においては、各赤色、青色及び緑色のいずれかの単色光を発する複数の発光ダイオード11が均等の間隔で一列状に基板12上に配列された点光源列が、平行に複数列配列されている。拡散透過部材14は、点光源列を軸(中心)とする半円筒状(トンネル形状)となっており、各点光源列を覆うように、配置されている。これら拡散透過部材14の両側縁部は、光混合室の背面側内壁に固定されている。
図3は、この面光源装置1における拡散透過部材14の形状を示す斜視図である。
この拡散透過部材14は、図3(a)に示すように、拡散材15を含有する光透過性材料から形成されるか、または、図3(b)及び(c)に示すように、光透過性材料から形成されて表面部に多数のマイクロレンズ16が形成されるか、あるいは、図3(d)に示すように、拡散材15を含有する光透過性材料から形成されて表面部に多数のマイクロレンズ16が形成されることにより、拡散透過性を有している。本実施形態において光透過性材料は、例えばプラスチック材やガラス材などである。
本実施形態の拡散透過部材14は、所望の透過率と光拡散性とが得られるよう、図3(a)〜(d)に示した形態と拡散材15を含有するか否かを適宜組み合わせればよい。なお、この拡散透過部材14は、拡散材15を含有しない光透過性材料により形成したほうが、より高い透過率を得ることができる。
この拡散透過部材14においてマイクロレンズ16を設ける場合においては、このマイクロレンズ16は、円形のレンズでもよく、また、点光源列に平行な方向の軸を有するシリンドリカルレンズでもよく、さらに、長軸方向が点光源列に平行な方向となされた楕円形のレンズでもよい。
そして、この拡散透過部材14において、拡散材15を含有する光透過性材料を用いて表面部にマイクロレンズ16を形成する場合には、図3中の(d)に示すように、拡散透過部材14の外側表面部において凸レンズ状のマイクロレンズ16を設けることのみならず、拡散透過部材14の外側表面部において凹レンズ状のマイクロレンズ16を設けてもよく、また、拡散透過部材14の内側表面部において凸レンズ状のマイクロレンズ16を設けてもよく、さらに、拡散透過部材14の内側表面部において凹レンズ状のマイクロレンズ16を設けてもよい。
この拡散透過部材14において、拡散材15を含有しない光透過性材料を用いて表面部にマイクロレンズ16を形成する場合には、図3中の(b)に示すように、拡散透過部材14の内側表面部において凸レンズ状のマイクロレンズ16を設けるか、または、図3中の(c)に示すように、拡散透過部材14の外側表面部において凹レンズ状のマイクロレンズ16を設けることが望ましい。
特に、図3中の(b)に示すように、拡散透過部材14の内側表面部において凸レンズ状のマイクロレンズ16を設けた拡散透過部材14においては、全反射による回帰反射成分が少なくなり、好ましい。
なお、この拡散透過部材14は、熱可塑性樹脂を用いた押し出し成形や加圧成型、射出成形により形成することができる。したがって、この拡散透過部材14は、凸レンズ状のマイクロレンズ16や凹レンズ状のマイクロレンズ16を有するものであっても、金型を用いた一般的な成形工程により、一体的に、かつ、容易に形成することができる。
この面光源装置1において各発光ダイオード11を点灯させると、発光ダイオード11からの発せられた照明光は、拡散透過部材14を透過して、この拡散透過部材14の外面部から光混合室内に出射される。このとき、発光ダイオード11から発せられた照明光は、拡散透過部材14により、光混合室内に出射する角度が大きくなされ、隣り合う発光ダイオード11の方向に対して拡散して出射され、混色されながら拡散板4に向かって進む。
また、この照明光は、光混合室の内部における反射や拡散により、一部の光は側面側内壁へと向かい、側面側内壁で反射されて光混合室内において混色されながら、拡散板4に向かって進む。
また、拡散透過部材14及び拡散板4を経て、光混合室の外部へ出射された後、反射されて光混合室内に戻った照明光は、反射部材13によって反射され、さらに混色されながら拡散板4に向かって進み、再度光混合室から出射される。
そして、拡散板4から出射された照明光は、拡散シート5、プリズムシート6及び偏光シート7を経て、液晶表示パネル8を背面側から照明する。この照明により、液晶表示パネル8の表示面には、明るく輝度むらのない良好な画像表示が実現される。
この面光源装置1においては、前述のように拡散透過部材14が設けられていることにより、光混合室の厚さ、すなわち、光混合室の背面側内壁から拡散板4までの距離は、20mm程度と、従来の面光源装置における光混合室の厚さよりも薄く形成されており、出射光の出射効率の向上が図られている。なお、従来の面光源装置における光混合室の厚さは、50mm程度である。
また、この面光源装置1においては、発光ダイオード11から発せられた照明光は、光混合室内で広く拡散されるので、輝度むらの発生を抑制することができる。さらに、この面光源装置1においては、光混合室の側面側内壁や背面側内壁の反射面や反射部材13により、発光ダイオード11から光混合室の側面側内壁や背面側内壁に向かう照明光も有効に拡散板4ヘと導くことができるので、出射光となる光の量を増やすことができ、輝度向上が可能となる。
そして、この面光源装置1においては、比較的暗くなりがちな各発光ダイオード11間の位置についても照明光が供給され光量不足が補償されるので、輝度むらが解消され、有効発光領域における輝度の均一化が図られるとともに、性能を低下させることなく、光混合室の厚みを薄くし、また、発光ダイオード11間の間隔を長くすることが可能となる。すなわち、所定の性能を得るために必要な発光ダイオード11の数を、従来の面光源装置より減らすことが可能となり、製造コストの低廉化を図ることができる。
図4は、本発明の第1の実施の形態の面光源装置と従来の面光源装置とにおける出射面における輝度分布を示すグラフである。
測定方法を説明する。拡散板4の長辺における中心(センター)を原点0とし、原点から±150mm、±300mmの地点で短辺と平行となる測定領域を設定した。また、拡散板4の短辺における中心(センター)を原点0とし、原点から20mm間隔で12点を±両方向にそれぞれ設定した。従って、短辺のある1設定点において、長辺方向の5設定点について測定値が得られることとなる。図1に示す面光源装置1において、発光ダイオード11の配列方向である長辺方向の手前側が原点から−方向、奥側が+方向であり、短辺方向の左側が原点から−方向、右側が+方向である。
図4において、短辺の各設定点から得られた、長辺方向の5設定点の測定値を平均した値(輝度)を縦軸に、短辺方向の各設定点を横軸に示す。
光混合室の厚さを20mmとした場合において、前述のように、拡散透過部材14を設けた本発明に係る面光源装置1における出射面の輝度分布と、拡散透過部材14を設けない従来の面光源装置における出射面の輝度分布とを比較すると、図4に示すように、本発明に係る面光源装置1においては、明らかに、従来の面光源装置よりも輝度むらが解消されており、有効発光領域における輝度の均一化が図られていることがわかる。
なお、本実施の形態では、反射部材13が各基板12の間に設けられているが、この反射部材13を設けずに、白色、または、銀色のテープやシートを基板12に直接接着したり、白色、または、銀色のインクやアルミ等の金属膜を印刷や蒸着等により基板12に設けてもよい。また、各点光源列における各発光ダイオード11間の基板12上にも同様に、白色、または、銀色のテープやシートを直接接着したり、白色、または、銀色のインクやアルミ等の金属膜を印刷や蒸着等により設けてもよい。
さらに、光混合室の背面側内壁には、入射された照明光が拡散板4から均一な輝度で出射するように設計された拡散反射パターンを、拡散手段として形成しておいてもよい。
また、本実施の形態では、発光ダイオード11は、発光ダイオード11の出射光が拡散板4に対向するように設けられている。アルミシャーシ(ベース部材)3の背面側内壁及び側面側内壁に反射シートや反射部材13を形成することにより、例えば、点光源列を光混合室の側面側内壁に、発光ダイオード11の出射光が拡散板4と略平行となるように配置することもできる。さらに、基板12は、プリント基板のような比較的固い材質の基板に限らず、フィルム状で可撓性を有するフレキシブル基板としてもよい。
〔第2の実施の形態〕
図5は、本発明の第2の実施の形態に係る面光源装置における拡散透過部材14の形状を示す斜視図である。
前述の第1の実施の形態においては、拡散透過部材14は、点光源列に直交する方向における断面形状が、発光ダイオード11の出光(出射)面からの距離がほぼ同じ長さの半径を持つ半円となっている。しかし、拡散透過部材14は、図5に示すように、発光ダイオード11から発せられる照明光が光混合室に出射される角度が大きくなるようなトンネル状の形状、例えば、点光源列に直交する方向における断面形状が発光ダイオード11の出光面からの距離がほぼ同じ長さとなっている多角形状のものであってもよい。
〔第3の実施の形態〕
図6は、この面光源装置における拡散透過部材の形状の第3の実施の形態を示す斜視図である。
また、発光ダイオード11が、等間隔ではなく、一定数の発色光の組合わせごとにブロック状に配置されている場合には、拡散透過部材14は、図6に示すように、これら発光ダイオード11のブロックごとに、このブロックからの距離が略等距離である位置において各発光ダイオード11を覆うように、半球状の形状として構成してもよい。
〔第4の実施の形態〕
図7は、この面光源装置における拡散透過部材の形状の第4の実施の形態を示す斜視図である。
さらに、発光ダイオード11が、一定数の発色光の組合わせごとにブロック状に配置されるとともに、これらブロック間の間隔が狭い場合には、拡散透過部材14は、図7に示すように、これら発光ダイオード11のブロックごとに、このブロックからの距離が略等距離である位置において各発光ダイオード11を覆うように、半球状の形状が連続された形状として構成してもよい。
これらいずれの場合においても、拡散透過部材14は、各発光ダイオード11の発する光束を拡散させて透過させ、前述の第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
本発明の第1の実施の形態に係る面光源装置を適用した非発光表示装置の構成を示す分解斜視図である。 前記面光源装置における発光ダイオードの配置状態を示す斜視図である。 前記面光源装置における拡散透過部材の形状を示す斜視図である。 前記面光源装置と従来の面光源装置とにおける出射面における輝度分布を示すグラフである。 本発明の第2の実施の形態に係る面光源装置における拡散透過部材の形状を示す斜視図である。 前記面光源装置における拡散透過部材の形状の第3の実施の形態を示す斜視図である。 前記面光源装置における拡散透過部材の形状の第4の実施の形態を示す斜視図である。
符号の説明
1 面光源装置
2 非発光表示装置
3 アルミシャーシ(ベース部材)
4 拡散板
5 拡散シート
6 プリズムシート
7 偏光シート
8 液晶表示パネル
11 発光ダイオード
12 基板
13 反射部材
14 拡散透過部材
15 拡散材
16 マイクロレンズ

Claims (7)

  1. 被照明物を照明するための面光源装置において、
    ベース部材と、
    前記ベース部材上に設けられ、複数の点光源が列状に並んだ複数列の点光源列と、
    前記各点光源から少なくとも前記点光源列と直交する方向に略等距離に位置するように前記点光源列を覆、前記各点光源の発する光束を拡散させつつ透過させ、前記点光源列と同じ方向に延びる半円筒形状の拡散透過部材とを備える
    ことを特徴とする面光源装置。
  2. 前記点光源列は、前記複数の点光源を基板上に設けたものであることを特徴とする請求項1記載の面光源装置。
  3. 前記点光源から出射された光を反射する反射板を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の面光源装置。
  4. 前記面光源装置は、前記ベース部材と対向して前記ベース部材上に設けられた前記点光源列と前記拡散透過部材とを覆う拡散板を備えることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の面光源装置。
  5. 前記拡散透過部材は、拡散材を含有する光透過性材料から形成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の面光源装置。
  6. 前記拡散透過部材は、表面部に複数のマイクロレンズが形成されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の面光源装置。
  7. 前記複数の点光源には、赤色、青色及び緑色のいずれかの単色光を発する発光ダイオードが含まれていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の面光源装置。
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