JP5209634B2 - 面光源素子アレイおよび画像表示装置 - Google Patents
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Description
直下方式は光源を装置の背面に備えることから厚さが厚くなる傾向にあり、このため、携帯電話やモバイルパソコン、カーナビゲーションなど薄さを要求される分野では、光源を側面に備えることで薄型化が実現できるエッジライト方式が主流であった。
第1に、面光源素子アレイにおいて、前記アレイを構成する各面光源素子では、導光体内部に向けて光を出射する発光素子を導光体の側面ではなく内部に配置することにより、発光素子からでる光の大部分が導光体内部を全反射する角度で入射することができ、且つ導光体部分の側面側または底面側の少なくとも一方に反射部材を配設することにより、導光体内部に光を閉じ込めることができる。そして、このようにして導光体内部に閉じ込められた光は、導光体内部の中で均一に混じりあう一方で、導光体の下側または上側もしくはその両方に存在する光制御部材によって、その進行方向を変化させ、導光体の上面から均一な光として出射される。その結果、面光源素子アレイの各構成単位である面光源素子の各々から均一な光が出射され、面光源素子アレイ全面から、極めて均一な光を出射することができることを見出した。
導光体1は可視光の波長に対して透明であることが好ましく、いわゆる透明であれば、材質は有機材料(例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂など)、無機材料(例えば、ガラスなど)のいずれでもよい。有機材料の一例としては、(メタ)アクリル系樹脂、(メタ)アクリル−スチレン系共重合樹脂、スチレン系樹脂、芳香族ビニル系樹脂、オレフィン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル系共重合樹脂、塩化ビニル系樹脂、ビニルエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール系樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂などが挙げられる。これらのうち、(メタ)アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂、ガラス等が好ましい。
導光体1の主面に対して側面側または底面側の少なくとも一方に、反射部材3が配設される。反射部材3により、導光体の主面に対して上面だけから、すなわち一定の区間でのみ、光が一定方向に出射することが可能となる。反射部材3は、側面側と底面側と同じ材質で形成してもよいし、異なる材質で形成してもよい。
発光素子2としては、発光素子から出射した光の7割以上が導光体内部で全反射する角度で入射するかぎり特に限定されず、例えば、このような光出射性を有する発光素子としては、側面出射型発光ダイオード(LED)などが挙げられる。
また、側面出射型発光ダイオードでなくとも、発光素子の上部に光の反射部材、拡散部材、吸収部材などを形成することにより、発光素子から出射した光の7割以上が導光体内部で全反射するような構成とすることができる。
導光体1の上部または下部もしくはその両方に設けられた光制御部材により、導光体1内部で全反射を繰り返していた光の進行方向が変化する。そして導光体1の内部を全反射できない角度の光が発生して導光体1の上面から光が出射される。
面光源素子の大きさは、面発光できる限り特に限定されないが、例えば、主面の面積が1cm2〜100cm2程度であるのが好ましく、5cm2〜80cm2程度であるのがより好ましい。
本発明の画像表示装置は、前記面光源アレイの光出射側に、透過型表示素子を設けることにより得ることができる。例えば、図2の導光体1の上方には、液晶パネルなどの透過型表示素子5が載置されている。本発明の画像表示装置(特に、液晶表示装置)は、薄型であっても均一な輝度を有することができ、かつ高いコントラストを有することができる。特に発光素子として赤色、青色および緑色のLEDを用いた場合、低消費電力であっても色再現性に優れ、高品位の画像表示装置を提供することが可能となる。
導光体の5mm上に、ヘイズ値90%の拡散性能をもった拡散シートを配設した。発光素子を個別に点灯したときの拡散部材に到達する光量の輝度分布を256階調の輝度データとして画像化し、その画像を目視により評価した。導光体の端の部分と中央部分との間の明るさにほとんど差がなく、均一な面発光を示す場合を良好とし、導光体の端の部分と中央部分との明るさに差が生じ、均一な面発光を示さない場合を不良とした。
図5に示すように、大きさ40mm角、厚さ5mmで発光素子を配設するために直径6mmの穴を3つ空けた導光体1をポリメタアクリレート樹脂で作製した。導光体1の上面は平坦であり、底面には図6の示す位置に直径1mmの半球形状が361個存在する光制御部材4が配設された。そして導光体1の側面側と底面側には、正反射部材3が配設されている。次に、導光体の内部に、発光素子2としてLumileds社のside-emittingタイプの赤色LED1つ、緑色LED2つ、青色LED1つを、図5のように、緑色LED2つを正方形の導光体の対角線上に配置し、赤色LEDおよび青色LEDをそれぞれ正方形の導光体の対角線上に配置した。発光素子であるLEDを赤、緑、青それぞれを個別に点灯したとき、面光源素子の面内での輝度分布は良好であった。したがって、このような面光源素子を用いた面光源素子アレイでは、均一な面内発光を行うことができる。
図7に示すように、大きさ40mm角、厚さ5mmで発光素子を配設するために直径6mmの穴を3つ空けた導光体1をポリメタアクリレート樹脂で作製した。直径200μm、深さ20μmの微小な凹凸を2万個付与した光学シートを導光体の底面に粘着材を介して貼り付けた。導光体1の側面に正反射するフィルムを粘着材で張り合わせ、下面には、同様の正反射フィルムを空気層を介して配置した。発光素子はLumileds社のside-emittingタイプの赤、緑、青のLEDをそれぞれ1つずつ、導光体に形成された穴に配置した。LEDには全反射条件から外れる角度の光をなくすために、LEDの上部に拡散性の反射部材を置いた。
発光素子であるLEDを赤、緑、青それぞれを個別に点灯したとき、面光源素子の面内での輝度分布は良好であった。したがって、面光源素子の端の部分と中央部分の明るさは同じであるため、このような面光源素子を用いた面光源素子アレイでは、均一な面内発光を行うことができる。
また同時に3色のLEDを点灯することで白色となった。すなわち、全体的にほぼ同じ輝度分布を示しており、なだらかな輝度変化のため輝点などは観測されず、面内における最大輝度に対する最小輝度の比は0.66であった。また、拡散板上の色度座標は、全体的に白色でばらつきがすくなく、色度座標(X,Y)において、最大値と最小値との差(△X,△Y)=(0.0179,0.0220)であった。
図8に示すように、大きさ40mm角、厚さ5mmで発光素子を配設するために直径6mmの穴を3つ空けた導光体1をポリメタアクリレート樹脂で作製するとともに、発光素子としてLumileds社のside-emittingタイプの白色のLEDをそれぞれ1つずつ、導光体に形成された穴に配置する以外は、実施例2と同様にして、白色のLEDを3箇所で同時に点灯した。面光源素子の主面の上方5mmに設けられた拡散シートでは、面光源素子の面内での輝度分布は良好であった。したがって、面光源素子の端の部分と中央部分の明るさは同じであるため、このような面光源素子を用いた面光源素子アレイでは、均一な面内発光を行うことができる。
Claims (10)
- 面光源素子が複数配列された面光源素子アレイであって、
前記面光源素子は、導光体と、前記導光体の内部の円柱状の空洞部分に配設された少なくとも1つの発光素子と、前記導光体の上面または底面の少なくとも一方に配設された光制御部材と、前記導光体の側面全周に配設された反射部材と、を備え、
前記発光素子から出射した光の7割以上が導光体内部で全反射する角度で入射し、前記反射部材は反射により光を導光体内部に戻すように設定され、且つ、前記光制御部材は、反射光の進行方向を変更させ、導光体の外部へ出射させるように設定された面光源素子アレイであって、
前記面光源素子の主面の上方5mmに、ヘイズ値90%の拡散性能をもった拡散シートを設置するとともに、面光源素子内部の発光素子の1つを点灯させた場合に、面光源素子の輝度のうち、最も明るい輝度と比較して、輝度の低下が1割以内に収まる面積が、面光源素子の主面の6割以上である面光源素子アレイ。 - 請求項1において、前記面光源素子は、発色光の異なる点状光源を、発光素子として複数有する面光源素子アレイ。
- 請求項1または2において、前記面光源素子は、赤、青および緑の3色の発光ダイオードを発光素子として有する面光源素子アレイ。
- 請求項1〜3のいずれか一項において、前記面光源素子内の各発光素子間の距離は、発光素子の直径の2〜5倍である面光源素子アレイ。
- 請求項1〜4のいずれか一項において、反射部材が、正反射するフィルムである面光源素子アレイ。
- 請求項1〜5のいずれか一項において、発光素子は、最も近い導光体の側面から、発光素子の直径の1/4〜3/2離れている面光源素子アレイ。
- 請求項1〜6のいずれか一項において、1つの面光源素子の中に配設された発光素子の数が1〜4個のいずれかである面光源素子アレイ。
- 請求項1〜6のいずれか一項において、面光源素子の主面の面積が1〜100cm 2 である面光源素子アレイ。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の面光源素子アレイの光出射側に透過型表示素子を設けた画像表示装置。
- 請求項9において、面光源素子アレイと透過型表示素子との間に、少なくとも1つの光学部材を設けた画像表示装置。
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