JP5601042B2 - 面状光源装置および表示装置 - Google Patents
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Description
<面状光源装置の構成>
図1は本発明を実施するための実施の形態1における面状光源装置を示す分解斜視図である。図1において、本発明における面状光源装置100は、光を面状に導き、出射面1aから出射する導光板1を備えており、開口部2aを有する筺体2に導光板1を配置している。導光板1は開口部2aの方向に光を出射しており、その方向を出射方向とする。導光板1は光を出射する出射面1a、出射面1aと反対の面である反出射面1b、出射面1aと反出射面1bに略垂直で、出射面1aと反出射面1bとを接続する側面を備える。なお、本実施の形態で使用する導光板1は図に示すように、平面視矩形状の平板状をなすものであり、互いに対峙する一対の第1の側面1cと第2の側面1dを設けている。光を出射する点状光源3は、導光板1の反出射面1bと対向して配置され、少なくとも一方の第1の側面1c側の近傍に配置する。なお、導光板1の点状光源3を配置する位置に対応して、第1の側面1c側の端部に孔11が形成されている。また、導光板1の出射面1a側には、レンズシートおよび光を拡散する拡散シート等の光学シート類4を配置する。また、導光板1の反出射面1b、一対の第1の側面1c、一対の第2の側面1dには反射シート5を配置しており、孔11を形成した出射面1a側において、孔11を覆うように反射シート5の上部5aを配置する。
反射シート5は、ポリエチレン(polyethylene)又はポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate)に硫酸バリウム又は酸化チタンを混ぜ合わせた材料や、樹脂に微細な気泡を形成した材料、金属板に銀を蒸着した材料、金属板に酸化チタンを含む塗料を塗布した材料を用いる。なお、反射シート5の反射率は、反射面での反射ロスを抑えるために90%以上であることが望ましく、鏡面反射をする材料を用いてもよい。反射シート5を配置することで、導光板1から出射した光を再度導光板1に向かわせて、導光板1に入射させることができるため、光の利用効率を向上させることができる。
筺体2は、材料に白色の材料を用いると反射率を更に高めることができ、光の損失を抑制し、面状光源装置100の光利用効率を向上させることができる。
導光板1の出射面1a側に配置した光学シート類4は、レンズシート、拡散シート等を組合せて配置することができる。また、レンズシートを拡散シートで挟み込んだ構造のものを用いてもよい。また、輝度向上のためにプリズムの方向を最適に組み合わせた複数枚のレンズシートを用いてもよい。さらに、拡散シートの拡散性を向上させる場合に2枚以上の拡散シートを用いてもよい。また、拡散シートは、1枚のみ用いる場合や用いない場合があってよい。さらに、光学シート類4には、保護シート、視野角制御シート、偏光反射シートを用いてもよい。すなわち、光学シート類4は求められる輝度、配光特性に応じて組み合わされる。
点状光源3は、発光ダイオード(Light Emitting Diode:以下、LEDと称する)または、レーザーダイオード(Laser Diode:以下、LDと称する)等を用いる。本実施の形態においては、点状光源3は光源基板31にLEDを実装したものを用いている。LEDには青色等の単色光を発光する半導体発光素子、半導体発光素子から発光した青色単色光の一部を吸収し、黄色の光を発光する蛍光体からなる擬似白色LED等がある。また、RED(赤)、GREEN(緑)、BLUE(青)の半導体発光体素子を組み合わせ、3つの単色光の混合によって白色光を得るものもある。本実施の形態においては、擬似白色LEDを用いている。用途によっては、前記単色光のLEDを用いてもよい。また、図1において、点状光源3は1個用いた場合を図示しているが、複数個の点状光源3を用いることができる。なお、本発明において、点状光源3にLEDを用い、導光板1の孔11の内部にLEDを収納してもよい。このような構造とすることで、LEDからの光を導光板1に放射状ないし同心円状に伝播させることができ、光の利用効率の高い面状光源装置を提供できる。これにより、LEDの個数が少ない場合であっても、所望の輝度を満たし、かつ、輝度の均一性が向上できる。また、少ない点状光源3で面状光源装置を構成できるため、低コスト化かつ軽量化にも寄与できる。
光源基板31は、点状光源3を保持するとともに点状光源3に電力を供給する回路パターンを形成している(図示せず)。また、光源基板31に金属基板を用いることで、点状光源3から発せられる熱を周囲に効率よく拡散させ、点状光源3の発光効率を高めることができる。また、点状光源3をFPC(Flexible Printed Circuit)に実装することで、点状光源3からの熱を周囲に効率よく伝えるとともに、面状光源装置100の体積を増やすことなく収納することができる。
面状光源装置100上に表示素子(図示せず)を配置することで、表示装置が構成される。この表示素子には、液晶材料の複屈折性を応用した液晶表示パネルや、文字や絵が透明板に印刷された表示パネル等が用いられる。液晶表示パネルは、基板上にカラーフィルター、遮光層、対向電等が形成されたカラーフィルター基板と、基板上にスイッチング素子となる薄型トランジスタ(Thin Film Transistor:以下、TFTと称する)、画素電極等が形成されたTFT基板を対向させて配置している。両基板の間隔を保持するためのスペーサーと、カラーフィルター基板とTFT基板とを張り合わせるためのシール材と、カラーフィルター基板とTFT基板の間に挟持される液晶材料を備え、液晶を配向させる配向膜と、偏光板とによって構成されている。液晶表示パネルは、スイッチング素子による電圧のオン又はオフにより液晶層の配向を制御して、液晶表示パネルに入射した光を映像信号に合わせて変調して表示を行なう。
導光板1は、本発明においては、厚みが一定である平板状のものを用いたが、楔形状の導光板1を用いてもよい。材料は、透明なアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラス等の材料より構成されている。また、導光板1の反出射面1b側には、光の伝播方向を乱して、出射面1aより光を出射する方向へと導くための光散乱部(図示せず)が形成されている。光散乱部は光を導光板1内部に向かって反射する手段として機能する。反射する手段としては、反出射面1bにドット印刷をする方法、反出射面1bを粗面化してシボ面を形成する方法または微小な球面や凸凹を形成する方法などがある。
α=sin−1(1/n)・・・(1)
θ1≦2α・・・(2)
本実施の形態2における面状光源装置について、以下に説明する。図5、6に実施の形態2に係る導光板の要部拡大図を示す。本実施の形態2における面状光源装置の特有の構成および動作以外は、実施の形態1の面状光源装置と同様であるため、説明を省略する。
本実施の形態3における面状光源装置の構成について、以下に説明する。図8に実施の形態3に係る面状光源装置を構成する導光板の断面図を示す。本実施の形態3における面状光源装置の特有の構成および動作以外は、実施の形態1および実施の形態2の面状光源装置と同様であるため、説明を省略する。
1e 接続部、11 孔、11a 開口部、11b 側部、12 孔、13 第1の凹部、13a 凸部、14 第2の凹部、100 面状光源装置。
Claims (8)
- 点状光源と、
前記点状光源からの光を伝播させ、光を出射する出射面、前記出射面と反対の面である反出射面、前記出射面と前記反出射面とを接続する側面、を備えた導光板と、を備え、前記点状光源は、前記導光板の前記側面の近傍および反出射面側に配置され、前記導光板は、前記点状光源の配置位置に対応して形成された柱状の孔を備え、
前記孔は、前記点状光源より出射して、前記側面に到達した光のうち、前記側面において全反射しない光を前記導光板外へ出射する開口部を前記側面に備え、前記点状光源の発光中心をO、前記発光中心Oより前記側面に垂直に下ろした垂線をP、前記発光中心Oより前記側面に向かう光の軌跡をH、垂線Pと光の軌跡Hとがなす角をαとした場合、前記角αは、前記点状光源より出射した光が前記側面に到達して全反射する境界にあるとき臨界角となり、前記導光板材料の屈折率nに依存して、α=sin −1 (1/n)を満たしており、
前記開口部は、前記孔における発光中心Oより出射する光の中心角をθ1とする場合、θ1≦2α、の関係を満たす側部を前記導光板の前記側面に配置して形成されることを特徴とする面状光源装置。 - 前記導光板の側面と前記孔の側部との接続部は、平面もしくは曲面で形成されていることを特徴とする請求項1記載の面状光源装置。
- 前記孔は、前記出射面および前記反出射面の形状が同じである柱状形状であって、前記出射面または反出射面で貫通していることを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載の面状光源装置。
- 前記孔は、前記反出射面に形成した第1の凹部であることを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載の面状光源装置。
- 前記第1の凹部は、前記底部に凸部を備えたことを特徴とする請求項4記載の面状光源装置。
- 前記第1の凹部に対応する位置であって、前記出射面に第2の凹部をさらに備えたことを特徴とする請求項4または5記載の面状光源装置。
- 前記第2の凹部は、円錐形状であることを特徴とする請求項6記載の面状光源装置。
- 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の面状光源装置と対向する位置に、表示素子を配置したことを特徴とする表示装置。
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