JP5314444B2 - 面光源装置及びそれを用いた表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、被照明部材としての液晶パネルや広告パネルなどの背面から面状に光を照射する面光源装置及びそれを用いた表示装置に関する。

液晶テレビや液晶モニタなどの液晶表示装置や広告看板等の表示装置には、液晶パネルや広告パネル等の背面から光を照射して表示画面の輝度を高める面光源装置が用いられている。面光源装置の方式として、直下方式とサイドライト方式（エッジライト方式）が知られている。

サイドライト方式は、透光性を有する導光板の側面に光源を配置し、導光板の側面から入射させた光を導光板の主面（発光面）から出射させるものである。サイドライト方式を採用することにより、光源の直上に拡散板を置く直下方式を採用した場合に比べて、面光源装置を薄型にすることができる。

また、サイドライト方式の面光源装置を大型の液晶パネルに用いるために、導光板を二次元状に配列する、所謂タンデム型の面光源装置が開発されている（特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１及び特許文献２に開示された発明は、導光板を二次元状に配列した場合に、光出射機能がない光源直上部分に暗部が生じてしまうという課題を解決するためのものである。

特許文献１では、複数の導光板を一部重ね合わせて二次元状に配列することにより、上記課題を解決している。また、特許文献２では、導光板に庇部（突設片）を設け、この庇部で光源直上を覆い、庇部の上面にハッチング等の光拡散手段を形成することにより、上記課題を解決している。

特開２００１−３１２９１６号公報 特開２００８−１０８６２２号公報

しかしながら、特許文献１の方式は、導光板と光源を含むバックライトユニットを一つずつ組み付けていかなければならず、組み立てに手間がかかるという課題を有する。また、特許文献１の方式は、一つのバックライトユニットを交換する際に、重なり合っているバックライトユニットを順に取り外さなければならず、メンテナンスにも手間がかかるという課題を有する。

また、特許文献２の方式は、直下の光源から漏れ出る強い光が、全反射することなく、庇部を通って外部に出射されるので輝度ムラが発生してしまうという課題を有する。また、ＲＧＢ（赤、緑、青）等の複数色の光源を用いる場合に、混色される前の光が出射されるので色ムラが発生してしまうという課題を有する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、導光板を二次元状に配列する面光源装置において、光源直上に暗部が生じてしまうという課題を解決するとともに、輝度ムラ、色ムラの発生を防ぎ、さらに、組み立て及びメンテナンスが容易にすることができる面光源装置及びそれを用いた表示装置を提供することを目的とする。

本発明の面光源装置は、光源から発せられた光を発光面とほぼ直交する側面から入射させ、発光面である主面から光を出射させる複数の導光板を、二次元状に配列する面光源装置であって、前記導光板に前記光源の直上部分を覆う庇部が設けられ、前記導光板は、互いに重ね合わせることなく、ほぼ隙間無く平置きできる形状であり、前記庇部と前記光源との間に、光を反射する反射材を有する、構成を採る。

また、本発明の面光源装置は、光源から発せられた光を発光面とほぼ直交する側面から入射させ、発光面である主面から光を出射させる複数の導光板を、二次元状に配列する面光源装置であって、前記導光板は、互いに重ね合わせることなく、平置きできる形状であり、前記光源の直上部分を覆い、前記導光板の間をほぼ隙間無く埋め、主面から光を出射させる導光部材を有し、前記導光部材と前記光源との間に、光を反射する反射材を有する、構成を採る。

また、本発明の面光源装置は、前記導光部材に、前記導光板及び前記反射材を固定する固定手段が設けられる、構成を採る。

また、本発明の面光源装置は、前記導光部材の主面に、光を拡散するための処理が施される、構成を採る。

また、本発明の表示装置は、上記いずれかの面光源装置と、この面光源装置からの出射光によって照明される被照明部材と、を備える構成を採る。

本発明によれば、光源の直上に設置された導光板あるいは導光部材からも光が出射され、発光面全体から均一に光が出射されるので、光源直上に暗部が生じてしまうという従来の課題を解決することができる。また、本発明によれば、導光板あるいは導光部材と光源との間に反射材を有することにより、光源から発せられた強い光が、直接、導光板あるいは導光部材を通って外部に出射されることを防ぐことができる。また、本発明によれば、導光板に入射した光を所定距離、導光させた後に出射させるため、複数の光源を用いた場合でも、その光が十分に混ざり合い、むらのない均一化された発光面を得ることができる。また、本発明によれば、すべての導光板を、互いに重ね合わせて組み付ける必要がなく、２次元状に平置きして、面光源装置を組み立てるので、組み立て及びメンテナンスを容易に行うことができる。

本発明の一実施の形態に係る面光源装置の構成を示す図 図１の面光源装置の拡大断面図 本発明の一実施の形態に係る面光源装置の基板の形状を示す図 本発明の一実施の形態に係る面光源装置の第１反射シートの形状を示す図 本発明の一実施の形態に係る導光板の形状を示す図 図５の導光板の拡大断面図 本発明の一実施の形態に係る面光源装置の導光部材の形状を示す図 本発明の一実施の形態に係る面光源装置の第２反射シートの形状を示す図 本発明の一実施の形態に係る面光源装置の部分組み立て図 本発明の一実施の形態に係る他の導光板の形状を示す図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（面光源装置の概略構成）
図１は、本発明の一実施の形態に係る面光源装置１の構成を示す図である。図１Ａは後述する光制御部材を取り除いて示す平面図であり、図１Ｂは右側面断面図（Ｘ−Ｘ断面）である。また、図２は、図１の面光源装置１の拡大断面図である。図２Ａは、図１の面光源装置１のＡ部を拡大した拡大断面図であり、図２Ｂは、図１の面光源装置１のＢ部を拡大した拡大断面図である。

図１、図２に示すように、面光源装置１は、基板１１、第１反射シート１２、導光板１３、ＬＥＤ（発光ダイオード）１４、導光部材１５、第２反射シート１６、拡散板１７、拡散シート１８、プリズムシート１９及び筐体２０から主に構成される。なお、図１は、４つの導光板１３（１３ａ〜１３ｄ）と、３つの導光部材１５（１５ａ〜１５ｃ）を用いる場合の例を示す。また、以下の説明において、導光板１３あるいは導光部材１５の発光面（光が出射する面）を主面という。

基板１１は、筐体２０の底面８１に沿って、筐体２０に取り付けられる。基板１１には、複数個のＬＥＤ１４が、導光板１３を基板１１上に載置した際に導光板１３の両側面（入射面）５１、５２（図５参照）それぞれに対向する位置に取り付けられる。第１反射シート１２は、基板１１上に載置される。導光板１３は、第１反射シート１２を挟んで基板１１上に二次元状に載置される。

導光部材１５と基板１１との間に、第２反射シート１６と導光板１３の辺部５５（図５参照）とＬＥＤ１４を挟んだ状態で、導光部材１５のフック６５を、基板１１の取り付け孔３１、または、筐体２０の突起部８２と基板１１の切り欠き部３２（図３参照）に嵌合させることにより、第１反射シート１２、導光板１３、導光部材１５及び第２反射シート１６は基板１１に対して固定される。

光制御部材としての拡散板１７、拡散シート１８及びプリズムシート１９は、導光板１３の主面（出射面）５３（図５参照）に対向するように重ねて配置され、筐体２０に固定される。

（基板）
基板１１は、エポキシ材等の材料で形成される。また、基板１１の上面には、導電性塗料等の塗布または印刷により、ＬＥＤ１４の端子と接続する導電部が設けられる。図３は、ＬＥＤ１４ａ〜１４ｈを取り付けた基板１１の形状を示す図である。図３Ａは平面図であり、図３Ｂは正面図である。図３に示すように、基板１１の形状は、矩形平板である。基板１１には、導光部材１５のフック６５と嵌合して導光板１３及び導光部材１５を固定させるための取り付け孔３１ａ、３１ｂ、切り欠き部３２ａ〜３２ｄが設けられる。

（第１反射シート）
第１反射シート１２は、白色ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の反射率が高い材料で形成される。図４は、第１反射シート１２の形状を示す図（平面図）である。図４に示すように、第１反射シート１２の形状は、矩形薄板である。第１反射シート１２には、組み付けの際に、ＬＥＤ１４ａ〜１４ｈ及び導光部材１５のフック６５を逃げるための逃げ孔４１ａ、４１ｂ及び切り欠き部４２ａ〜４２ｄが設けられる。第１反射シート１２は、導光板１３の裏面（主面５３の反対面）５４（図５参照）から出射した光を反射して導光板１３内部に戻す作用を有する。これにより、ＬＥＤ１４から発せられた光を有効に利用することができる。

（導光板）
導光板１３は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル），ＰＣ（ポリカーボネート），シクロオレフィン系樹脂材料等の光透過性に優れた材料で形成される。図５は、導光板１３の形状を示す図である。図５Ａは平面図、図５Ｂは右側面図、図５Ｃは正面図である。導光板１３には、組み付けの際に、固定のために、基板１１と導光部材１５とによって挟まれる辺部５５ａ〜５５ｄが設けられる。また、導光板１３には、組み付けの際に、ＬＥＤ１４及び導光部材１５のフック６５を逃げるための切り欠き部５６ａ、５６ｂが設けられる。両側面（入射面）５１、５２において、この切り欠き部５６ａ、５６ｂに対応する位置がＬＥＤ１４からの光の入射部となる。

導光板１３は、その側面５１、５２における入射部から入射された光を、導光板１３内を伝播させ、伝播距離に応じて徐々に主面５３から出射する作用を有する。導光板１３は、例えば、幅Ｗが５０ｍｍ、高さＨが１００ｍｍ程度の大きさである。

導光板１３の厚みは、側面５１、５２以外の側面から巨視的に見た場合に、主面５３の中央が最も厚く、その主面の中央から側面５１、５２に向かって緩やかに漸減し、側面５１、５２において最も薄くなるように形成される。以下、主面５３の、中央から側面５１までの部分を第１主面部分５３ａ、中央から側面５２までの部分を第１主面部分５３ｂという。

図６（図５のＣ部の拡大図）に示すように、導光板１３の主面５３には、所定の距離及び角度の段差を有する階段状の加工が為される。本実施の形態において、この段差は導光促進面５８と出射促進面５９とによって形成されている。この結果、側面５１に入射した光は、第１主面部分５３ａを通過し、大部分が第２主面部分５３ｂから出射される。また、側面５２に入射した光は、第２主面部分５３ｂを通過し、大部分が第１主面部分５３ａから出射される（図９参照）。

これにより、ＬＥＤ１４から導光板１３に入射された光は、幅方向（Ｗ）に十分に広がってから出射されるので、主面５３における輝度が均一化される。また、ＬＥＤ１４として、ＲＧＢ（赤、緑、青）の三原色のＬＥＤチップを一つのパッケージに入れたものを用いる場合や色の異なる複数のＬＥＤを側面５１、５２に並べて配置した場合、各ＬＥＤから発せられた光を導光板の中で十分に混合させてから出射させることができるので、主面５３における色ムラを無くすことができる。

（ＬＥＤ）
ＬＥＤ１４は、導光板１３の側面５１、５２に向かって発光する。ＬＥＤ１４として、白色ＬＥＤやＲＧＢ（赤、緑、青）の三原色のＬＥＤを用いることができる。白色ＬＥＤには、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体とを有するもの、青色ＬＥＤチップと黄及び赤色蛍光体とを有するもの、青色ＬＥＤチップと緑及び赤色蛍光体とを有するもの、青色ＬＥＤチップではなく紫外ＬＥＤチップを用いたもの、ＲＧＢ（赤、緑、青）の三原色のＬＥＤチップを一つのパッケージに入れたもの、等がある。

また、ＬＥＤ１４として、三原色の半導体レーザダイオード（ＬＤ）を用いることもできる。ＬＤを用いる場合には、そのスペクトル幅がＬＥＤに比べて非常に狭いため、色再現性の高い液晶表示装置を実現することができる。なお、色度点の観点から、青色としては４３０〜４８０ｎｍに、緑色としては５２０〜５５０ｎｍに、赤色としては６２０〜６６０ｎｍに、それぞれピークを有するものが好ましい。また、特に短波長のものについては、ＳＨＧ（Second Harmonic Generation：２次高調発生器）を用いることにより光の波長を半分にすることができるため、長寿命で高出力化が容易な赤外ＬＤと組み合わせることができる。例えば、ＬＤ励起ファイバーレーザとＳＨＧとを組み合わせた場合には、高出力な緑色レーザを実現することができる。

（導光部材）
導光部材１５は、導光板１３と同一、或いは同等の光学特性を有する材料で形成される。図７は、導光部材１５の形状を示す図である。図７Ａは平面図、図７Ｂは右側面図、図７Ｃは正面図である。導光部材１５は、その側面６１、６２から入射された光、及び、裏面６４から出射されて第２反射シート１６で反射された光を主面６３から出射する作用を有する。導光部材１５には、組み付けの際に、基板１１の取り付け孔３１、または、筐体２０の突起部８２と基板１１の切り欠き部３２に嵌合されるフック６５ａ、６５ｂが設けられる。

導光部材１５を、導光板１３の側面５１、５２に導光部材１５の側面６１、６２を対向させて設置することにより、導光板１３の側面５１、５２から出射される光が、導光部材１５へ供給されるため導光部材１５からも光が出射されるので、光源直上に暗部が生じてしまうという従来の課題を解決することができる。このため、組み付け時の導光板の側面５１、５２と導光部材１５の側面６１、６２との隙間は、狭い程良い。ただし、組付け上のクリアランスを考慮する必要がある。

なお、導光部材１５の主面６３に、光を拡散させるための加工を行っても良い。これにより、さらに、輝度の均一化を図ることができる。

（第２反射シート）
第２反射シート１６は、白色ＰＥＴや銀蒸着面を有する金属製部品等の反射率が高い材料で形成される。図８は、第２反射シート１６の形状を示す図（平面図）である。図８に示すように、第２反射シート１６の形状は、細長い矩形薄板である。第２反射シート１６には、組み付けの際に、導光部材１５のフック６５を逃げるための逃げ孔７１ａ、７１ｂが設けられる。第２反射シート１６は、ＬＥＤ１４からその直上の導光部材１５に入射する光を遮り、その光をＬＥＤ１４側（導光板１３の入射部側）へ反射する作用を有する。更に、導光部材１５の裏面（主面６３の反対面）６４から出射した光を反射して導光部材１５内部に戻す作用を有することが好ましい。

このように、ＬＥＤ１４と導光部材１５との間に第２反射シート１６を挿入することにより、ＬＥＤ１４からの光が直上の導光部材１５の主面６３から出射されて、面光源装置１の発光面上で局所的な明部を発生させるという現象を抑えることができる。

（拡散板）
拡散板１７は、透明な樹脂板の表面を粗面化したものや乳白色の樹脂板等であり、適度な光拡散率が得られるように形成される。導光板１３から出射された光を拡散板１７に通すことにより、表面輝度の均一化を図ることができる。

（拡散シート）
拡散シート１８は、画面品位の向上を図るために、光を散乱・拡散させる半透明な矩形形状のフィルムである。拡散シート１８は、ＰＥＴ，ＰＭＭＡ，ＰＣ等の光透過性に優れた樹脂材料で形成される。拡散シート１８の表面に、微細凹凸加工や研磨による表面粗化を施したり、シリカ化、酸化チタン、酸化亜鉛等の顔料や、樹脂、ガラス、ジルコニア等のビーズ類を塗工したりすることにより、拡散シート１８に拡散性を付与することができる。

（プリズムシート）
プリズムシート１９は、拡散シート１８とほぼ同様の矩形形状のフィルムである。プリズムシート１９は、ＰＥＴ，ＰＭＭＡやＰＣ等の光透過性に優れた樹脂材料で形成される。プリズムシート１９の表面には、細長いプリズムが配列される。導光板１３から出射された光をプリズムシート１９に通すことにより、出射する光の集光性を高め、高輝度化を実現することができる。なお、本実施の形態では、拡散板１７、拡散シート１８、プリズムシート１９を別体で構成する場合について示したが、本発明はこれに限られず、これら光学制御部材を一体に形成してもよく、これ以外の光学制御部材を加えてもよい。

（組み立て手順）
次に、本実施の形態に係る面光源装置の組み立ての手順について説明する。まず、筐体２０の底面８１に沿って、基板１１を筐体２０に取り付ける。なお、基板１１には、予め、複数個のＬＥＤ１４が半田付け等により取り付けられている。

次に、基板１１上に、第１反射シート１２を、その逃げ孔４１及び切り欠き部４２でＬＥＤ１４を逃がすように、載置する。さらに、すべての導光板１３を、その側面５１、５２にＬＥＤ１４が対向するように、第１反射シート１２の上に二次元状に載置する。

次に、各導光部材１５のフック６５を第２反射シート１６の逃げ孔７１に通し、さらに、すべての導光部材１５のフック６５を、基板１１の取り付け孔３１、または、筐体２０の突起部８２と基板１１の切り欠き部３２に嵌合させる。これにより、第１反射シート１２、導光板１３、導光部材１５及び第２反射シート１６は基板１１に対して固定される。

次に、拡散板１７を筐体２０に取り付け、拡散シート１８を拡散板１７上に配置し、プリズムシート１９を拡散シート１８上に配置する。

このように、本実施の形態の面光源装置１は、すべての導光板１３を、互いに重ね合わせたり組み付けたりすることなく、２次元状に平置きしてから、導光部材１５によりすべての導光板１３を固定することができるので、組み立てが容易である。また、導光板１３あるいは導光部材１５の交換作業も簡単に行うことができる。

（本実施の形態の作用・効果）
以上のように構成された本実施の形態の面光源装置１において、ＬＥＤ１４から発せられた光は、導光板１３の側面５１、５２から導光板１３の内部に入射される。導光板１３の内部に入射された光は、その主面５３と裏面５４との間で反射を繰り返して導光板１３の内部を伝播する。なお、１つの光線の進行方向を基準にした場合、その伝播の過程において、巨視的に見て導光板１３の厚みが漸減する領域に達すると、主として出射促進面５９に臨界角以下で入射した光が、主面５３から導光板１３の外部に出射される。

また、導光板１３の内部に側面５１、５２から入射された光の一部は、入射した側面に対向する側面５２、５１から外部に出射される。導光板１３の側面５２、５１から出射された光は、導光部材１５の側面６１、６２に入射される。そして、導光部材１５において、主面６３に対する入射角が臨界角以下になった光が、主面６３から導光部材１５の外部に出射される。

例えば、図９に示す面光源装置１の部分組み立て図において、ＬＥＤ１４ａから発せられた光は、発光面の、第１出射領域１０１（導光板１３ａの第１主面部分５３ａの中央寄りの部分、導光板１３ａの第２主面部分５３ｂの全域及び導光部材１５ｂの主面６３）から出射される。また、ＬＥＤ１４ｂから発せられた光は、発光面の、第２出射領域１０２（導光板１３ａの第２主面部分５３ｂの中央寄りの部分、導光板１３ａの第１主面部分５３ａの全域及び導光部材１５ａの主面６３）から出射される。また、ＬＥＤ１４ｃから発せられた光は、発光面の、第３出射領域１０３（導光板１３ｂの第１主面部分５３ａの中央寄りの部分、導光板１３ｂの第２主面部分５３ｂの全域及び導光部材１５ｃの主面６３）から出射される。また、ＬＥＤ１４ｄから発せられた光は、発光面の、第４出射領域１０４（導光板１３ｂの第２主面部分５３ｂの中央寄りの部分、導光板１３ｂの第１主面部分５３ａの全域及び導光部材１５ｂの主面６３）から出射される。

このように、本実施の形態の面光源装置１によれば、ＬＥＤ１４の直上に設置された導光部材１５からも光が出射され、発光面全体から均一に光が出射されるので、光源直上に暗部が生じてしまうという従来の課題を解決することができる。

また、導光部材１５から出射される光は、導光板１３の内部で反射を繰り返してきたものであり、直下の光源から漏れ出る強い光ではない。一方、ＬＥＤ１４から発せられた光の内、導光板１３の内部に入射されずに漏れ出たものは、第１反射シート１２又は第２反射シート１６で反射して導光板１３の内部に入射される。

このように、本実施の形態の面光源装置１によれば、光源から漏れ出た光を第１反射シート１２又は第２反射シート１６に反射させて導光板１３に戻すことができるので、光源から発せられた強い光が、直接、導光板１３あるいは導光部材１５を通って外部に出射されることを防ぎ、照射される光の強度を均一化することができる。

さらに、本実施の形態によれば、すべての導光板１３を、互いに重ね合わせて組み付けすることなく、２次元状に平置きしてから、導光部材１５によりすべての導光板１３を固定することができるので、複数の導光板を二次元状に配列してなる面光源装置１を簡単に組み立てることができる。

［本実施の形態の変形例］
なお、本実施の形態では、図５に示した形状の導光板１３を用いて説明したが、本発明はこれに限られず、側面に入射された光を主面から出射する導光板であれば、その形状について特に限定がない。

例えば、背面（発光面の裏面）が向かい合う２つのＬＥＤ１４の間隔が狭い場合、図１０に示すように、導光板１３に、ＬＥＤ１４を逃げるための切り欠き部５６ａ、５６ｂの他に、導光部材１５のフック６５を逃げるための切り欠き部５７ａ〜５７ｄを設ける。これにより、基板１１上の該２つのＬＥＤ１４の間以外の位置に取り付け孔３１、切り欠き部３２を設けることができる。

また、本実施の形態では、光源としてＬＥＤを用いる場合について説明したが、本発明はこれに限られず、冷陰極ランプ等、他の光源を用いても良い。

また、本実施の形態では、導光部材１５にフック６５を設け、導光部材１５のフック６５を、基板１１の取り付け孔３１、または、筐体２０の突起部８２と基板１１の切り欠き部３２に嵌合させて、導光板１３等を固定させる場合について説明したが、本発明はこれに限られず、他の方法を用いて導光板１３等を固定させても良い。

また、本実施の形態では、第２反射シート１６が導光部材１５と別体で有る場合について説明したが、本発明はこれに限られず、導光部材１５の裏面６４に第２反射シート１６を貼り付ける構成としても良い。また、本発明は、ＬＥＤ１４の発光面以外の面を、反射材で覆う、あるいは、遮光インクを塗布する構成としても良い。

また、本実施の形態では、導光板１３と導光部材１５とにより発光面を構成し、導光部材１５によりＬＥＤ１４の直上部分を覆う形態について説明した。しかし、本発明はこれに限られず、（１）導光板１３にＬＥＤ１４の直上部分を覆う庇部を設け、（２）導光板が、互いに重ね合わせることなく、基板１１上にほぼ隙間無く並べて発光面全面を構成することができる形状であり、（３）ＬＥＤ１４の直上部分において、ＬＥＤ１４と導光板１３との間に反射材が挿入される構成であれば、導光板１３のみで発光面を構成することもできる。

また、本実施の形態において、筐体２０を光反射性に優れた金属で形成する等、筐体２０の光反射性を高める工夫を行うことにより、光の利用効率が高まり、より一層輝度を高めることができる。

本発明は、液晶テレビや液晶モニタなどの大型の液晶表示装置の液晶パネルや広告看板の広告パネル等の背面から光を照射する面光源装置に用いるに好適である。

１ 面光源装置
１１ 基板
１２ 第１反射シート
１３ 導光板
１４ ＬＥＤ（発光ダイオード）
１５ 導光部材
１６ 第２反射シート

Claims (3)

1. 光源から発せられた光を発光面とほぼ直交し、かつ互いに対向する２つの側面から入射させ、発光面である主面から光を出射させる複数の導光板を、二次元状に配列する面光源装置であって、
   前記導光板は、互いに重ね合わせることなく、平置きできる形状であって、かつその厚みが中央部から前記２つの側面のそれぞれに向かって漸減する形状であり、
   前記光源の直上部分を覆い、前記導光板の間をほぼ隙間無く埋め、その側面が前記導光板の前記側面と対向し、かつ主面から光を出射させる導光部材を有し、
   前記導光部材と前記光源との間に、光を反射する反射材を有し、
   前記導光部材には、前記導光板及び前記反射材を固定する固定手段が設けられる、
   ことを特徴とする面光源装置。
2. 前記導光部材の主面には、光を拡散するための処理が施される、ことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の面光源装置と、この面光源装置からの出射光によって照明される被照明部材と、を備えたことを特徴とする表示装置。

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