JP5760636B2

JP5760636B2 - 面状光源装置および表示装置

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Publication number: JP5760636B2
Application number: JP2011094212A
Authority: JP
Inventors: 柴田　行一; 行一柴田; 卓也坂本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2031-04-20
Also published as: US20110261585A1; JP2011249320A; US8459857B2

Description

この発明は、表示素子を背面から照射する面状光源装置および表示装置に関する。

一般的な表示素子を背面より照射する面状光源装置には、導光板の側面に配置した点光源の光を導光板の出射面から面状の光として出射させるサイドライト方式のものが用いられている。

特許文献１の面状光源装置においては、導光板の一側面にＬＥＤなどの点光源を配置する場合、導光板とフレームとの間から漏出する光を光拡散部材や遮光枠体の外縁部に設けた第１の遮光領域で吸収させることにより、照明光として利用できない光が液晶表示パネル側に漏出することを防止している。また、面状光源装置の端部に発生する明暗の差をＬＥＤに対応して設けた第２の遮光領域によって防止し、均質な照明光を出射させている。

また、特許文献２のバックライト装置においては、ＬＥＤなどの点光源に対応する位置に形成した光吸収部と、２つの光吸収部の間に形成した光反射部とを有する反射吸収シートを点光源近傍に配置して輝度ムラの発生を防止し、導光板の表面において均一な面状光を出射させている。

特開２００７−８７６１８号公報特開２００３−２４２８１７号公報

従来の面状光源装置では、光漏れが発生する領域や点光源に対応する位置に光を吸収する部材を配置するため、光の利用効率が低下するという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、点光源を用いる面状光源装置を構成する際に、面状光源装置の端部に発生する明暗の差を防止するとともに光の利用効率が高い面状光源装置を提供することを目的とする。

本発明における面状光源装置は、略一直線上に配置した複数の点光源と、点光源からの光を入射面から入射して面状に伝播し、出射面より出射する導光板と、点光源および導光板を保持する開口部を備えた枠体と、を備えており、当該枠体は、光を透過する材料を含んで形成され、点光源を配置した側の導光板の出射面の周縁端部において、出射面側に凸となる突起部を有し、突起部は、枠体の開口部に向かって延在し、出射面と平行な方向の幅が異なっており、突起部の幅は、点光源が配置される位置に対応して広く、点光源間に対応して狭く形成され、突起部は、点光源からの光を入射して一部を吸収し、開口部に向かって延在された点光源と反対側の端面より出射することを特徴としている。

本発明によれば、面状光源装置の端部に発生する明暗の差を防止して、輝度ムラを防止するとともに、光の利用効率の高い面状光源装置を提供することができる。

本発明に係る表示装置の分解斜視図である。図１の表示装置を組み立てた状態でＡ−Ａ方向から見た断面図である。本発明に係る面状光源装置の上面図である。本発明に係る面状光源装置の断面図である。本発明に係る面状光源装置の断面図である。本発明に係る面状光源装置の上面図である。本発明に係る面状光源装置の上面図である。本発明に係る面状光源装置の断面図である。本発明に係る面状光源装置の断面図である。本発明に係る面状光源装置の断面図である。本発明に係る面状光源装置の断面図である。本発明に係る面状光源装置の断面図である。本発明に係る面状光源装置の断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明による表示装置の概略構成の一例を示した分解斜視図、図２は図１の表示装置を組み立てた状態でＡ−Ａ方向から見た断面図である。本発明の表示装置は、表示素子およびこの表示素子を表示領域全体にわたって均一な光で照明する面状光源装置で構成されている。面状光源装置は、線状に配置された２個以上の点光源６からの光を一端面である入射面１ｂから入射し、出射面１ａから出射する導光板１を備えたサイドライト方式の面状光源装置である。点光源６から出射した光は、導光板１内を伝播し、出射面１ａより出射される。なお、導光板１の出射面１ａと反対側の面である、反出射面１ｃ側には、導光板１からの光を反射する反射シート２を配置し、導光板１から反出射面１ｃ側へ出射した光を再び導光板１へ向かわせている。また、導光板１の出射面１ａ上には、光を拡散、集光などの処理を行う光学シート３が配置されている。上記の部材を保持する背面フレーム４および開口部５ａを有する正面フレーム５により面状光源装置１０を構成している。この面状光源装置１０の出射面側には、各種情報を表示するための液晶パネルなどの表示素子８を配置する。表示素子８は、液晶パネル以外に看板などの表示板も含むものとする。表示素子８を配置し、開口部９ａを備えたフロントフレーム９と面状光源装置１０を係合して、表示装置１１が構成される。

導光板１は、透光性を有する平板からなり、入射面１ｂに配置した点光源６からの光を出射面１ａから出射する機能を有している。具体的には、アクリル樹脂やポリカーボネート、ガラスなどの透明部材からなる。導光板１の反出射面１ｃ上には、導光板１内を伝搬する光を拡散させる光拡散手段として拡散パターンが形成されている。この拡散パターンは、例えば、導光板１表面に設けられた線状の切り欠きやドット状の凹みなどの微細形状、或いは、微細パターンの印刷などからなり、導光板１内を伝搬する光を乱反射させる（図示せず）。

この導光板１において、上記入射面１ｂに入射した光は、導光板１内を伝搬して出射面１ａから出射される。つまり、拡散パターンによって拡散された光が拡散光となって出射面１ａから出射される。この拡散パターンを調整することによって、各点光源６の配列方向に垂直な方向に出射光を均一化することができる。

光学シート３は、透光性を有する樹脂材料に拡散粒子を塗布、或いは、表面に微細な凹凸形状を形成することによって、拡散性を持たせシート状とした拡散シートや、プリズム列を設けたレンズシートなどの各種シート部材が用いられる。これらの各種シート部材は、必要に応じて複数枚または複数種類用いられる。このような光学シート３を導光板１の出射面１ａ側に配置することによって、導光板１から出射された光を正面フレーム５の開口部５ａ内において輝度及び色度を均一とする、もしくは、所望の輝度分布を得ることができる。

点光源６は、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤａｉｏｄｅ：以下ＬＥＤと称する）が使用され、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）などの単色光を発光するものや、白色光を発光するものが用いられる。互いに異なる色の単色光を発光する複数のＬＥＤを用いる場合、各ＬＥＤを独立して制御することによって、色調の調整が可能となる。点光源６は、少なくとも２個以上用いられ、光源基板７上に直線状に等間隔に配置されている。

背面フレーム４は、導光板１、反射シート２、光学シート３、点光源６、光源基板７等を収容する背面側の筐体である。要求される強度を満たし、加工性に優れているという観点から、背面フレーム４は、アルミニウムなどの金属を用いて形成される。特に、アルミニウムは熱伝導率が高いため、点光源６などから発生した熱を放熱することができる。

正面フレーム５は、背面フレーム４と係合して面状光源装置１０を構成する各部材を保持する枠体であり、導光板１から出射された光の出射領域となる開口５部ａが設けられている。正面フレーム５は、樹脂からなる部材によって形成される。正面フレーム５は、黒色等の光吸収性樹脂ではなく、黒色と比較して反射率の高い白色の樹脂材料を用いることにより、光の利用効率を向上させている。なお、環境温度の変化による熱収縮を抑制するために透光性を持つ材料であるガラス等が含まれる場合もある。

次に、面状光源装置１０を構成する正面フレーム５に設けられた突起部５０について説明を行う。図２に示すように、正面フレーム５は点光源６を配置した側の導光板１の出射面１ａの周縁端部において、出射面１ａ側に凸となる突起部５０が出射面１ａと対向して設けられている。

図３に点光源６を配置した側の周縁端部における、面状光源装置１０の上面図を示す。図２、図３に示すように、点光源６を配置した導光板１の出射面１ａ側に形成された正面フレーム５の突起部５０は、点光源６の配置位置に応じて、導光板１の出射面１ａに平行で、正面フレーム５の開口部５ａに向かって延在する突起部５０の幅を変えている。突起部５０は、点光源６を配置した位置に形成する突起部５１の突起幅Ｈ１を広く、点光源６が配置されていない部分（点光源６間）に形成した突起部５２の突起幅Ｈ２を狭くした凹凸形状としている。

次に、本実施の形態における面状光源装置１０の動作の説明を行う。図４に図３のＢ−Ｂ方向から見た断面図、図５に図３のＣ−Ｃ方向から見た断面図を示す。図３乃至図５に示すように点光源６から出射した光のうち、点光源６を配置する位置と対応して形成された突起幅Ｈ１が広い突起部５１に入射した光は、正面フレーム５内で一部吸収されて、点光源６と反対側の端面５１ａより出射する。同様に点光源６から出射した光のうち、点光源６間に形成された突起幅Ｈ２の狭い突起部５２に入射した光は、正面フレーム５内で一部吸収されて、点光源６と反対側の端面５２ａより出射する。このとき、正面フレーム５内で吸収される光は、突起部５１、５２の突起幅Ｈ１、Ｈ２の違いにより、突起部５１では多く、突起部５２では少なくなり、それぞれの端面５１ａ、５２ａより出射する透過光は、均一化された輝度分布となるように調整される。

上記説明したとおり、点光源６の配置位置に応じて、正面フレーム５に突起幅Ｈ１、Ｈ２の違う突起部５１、５２を形成させることにより、点光源６側に形成した突起部５０の端面から出射する光の輝度分布を均一化することができるので、点光源６より出射した光が突起部５０を通過して面状光源装置１０の端部に発生する光の明暗を防止して、面状光源装置１０に発生する輝度ムラを防止することができる。また、均一化した透過光を面状光源装置の光の一部として利用することができるため、光の利用効率の高い面状光源装置を提供することができる。

図６に本実施の形態の変形例である、面状光源装置１０の上面図を示す。図３における面状光源装置１０において、正面フレーム５は、点光源６の配置位置に該当する部分の突起幅Ｈ１を大きく、点光源６が配置されていない部分の突起幅Ｈ２を小さくした突起部５１、５２が角形となる凹凸形状を図示したが、図６に示すように、突起部５０は、大小の円弧を連続して形成させた波型形状としてもよい。点光源６を配置する位置と対応する部分の突起部５３は、点光源６から放射される光の配光特性に合わせて、正面フレーム５の開口部５ａに対し凸部となる円弧状の側端面５３ａを備える突起部とする。また、点光源６が配置されていない部分（点光源６間）に形成した突起部５４は、正面フレーム５の開口部５ａに対し凹部となる円弧状の側端面５４ａを備える突起部とする。このように、突起部５０を、点光源６の配光特性に合わせ連続する円弧状の側端面５３ａ、５４ａを備える波型形状とすることで、それぞれの円弧の側端面５３ａ、５４ａより出射する光の輝度分布が、より均一となるように調整することができ、輝度ムラをさらに抑制することができる。

なお、正面フレーム５の突起部５０は、点光源６を配置した側の出射面１ａの周縁端部に形成させた例を示したが、点光源６を配置しない側の導光板１の出射面１ａの周縁端部においても、適宜突起部を形成させてもよい。

実施の形態２.
図７に本実施の形態２に係る面状光源装置１０の上面図を、図８に図７のＤ−Ｄ方向から見た断面図、図９に図７のＥ−Ｅ方向から見た断面図を示す。実施の形態１においては、点光源６を背面フレーム４の一側面に配置したが、本実施の形態２においては、図７乃至図９に示す点光源６を背面フレーム４の底面に配置し、導光板１の点光源６と対応する位置に孔１ｄを設ける構造とした。なお、上記の構成以外は、実施の形態１と同様である。また、以下で説明する本実施の形態２に係る面状光源装置の特有の作用効果以外は、実施の形態１に係る面状光源装置と同様の作用効果を奏する。

図７乃至９に示す通り、点光源６は背面フレーム４の底面に配置し、点光源６と対応する位置の導光板１に孔１ｄを設ける。点光源６を配置した位置に形成される正面フレーム５の突起部５５は、導光板１の出射面１ａに平行で、正面フレーム５の開口部５ａに向かって延在するよう突起部５５の突起幅が広く、点光源６が配置されていない部分（点光源６間）に形成した突起部５６の突起幅が狭い凹凸形状を有している。

本実施の形態２に係る面状光源装置は、点光源６の配置位置に応じて、突起幅の違う突起部５５、５６を備えており、点光源６は背面フレーム４の底面に配置され、導光板１の点光源６と対応する位置に孔１ｄが形成されている。このような構成によれば、点光源６から出射した光のうち、点光源６を配置する位置と対応して形成された突起幅が広い突起部５５に入射した光は、正面フレーム５内で一部吸収されて、点光源６と反対側の突起部の端面より出射する。同様に点光源６から出射した光のうち、点光源６間に形成された突起幅の狭い突起部５６に入射した光は、正面フレーム５内で一部吸収されて、点光源６と反対側の突起部の端面より出射する。突起部５５、５６の突起幅の違いにより、正面フレーム５内で吸収される光は、突起部５５では多く、突起部５６では少なくなり、それぞれの端面より出射する透過光は、均一化された輝度分布となるように調整される。

実施の形態３
図１０に本実施の形態３に係る面状光源装置の断面図を示す。実施の形態１、２においては、突起幅の異なる突起部５０を導光板１の出射面１ａと対向する正面フレーム５に設けて、突起部５０の端面より出射する光を均一化させていたが、本実施の形態３においては、図１０に示すように、正面フレーム５に設けた突起部５０の突起幅を変更することなく、突起部５０を形成する端面に反射部材１２を配置する。

図１０に示す面状光源装置１０において、点光源６より出射した光のうち、正面フレーム５の突起部５０に入射した光であって、突起部５０内を透過し、開口部５ａ側に設けられた突起部５０の端面５０ａに向かう光は、端面５０ａに配置された反射部材１２により反射する。よって、正面フレーム５内を透過して、正面フレーム５より出射する光を抑制することができる。

上記説明したとおり、実施の形態３において、正面フレーム５の開口部５ａ側に設けられた突起部５０の端面５０ａに反射部材１２を設けたため、正面フレーム５を透過して突起部５０の端面５０ａより出射する光を抑制して、面状光源装置の端部に発生する明暗の差を確実に防止することができ、面状光源装置に発生する輝度ムラを防止する。

図１１に本実施の形態３における変形例の断面図を示す。図１０の面状光源装置１０の構成においては、突起部５０を構成する開口部５ａ側の端面５０ａに配置した反射部材１２により、正面フレーム５を透過する光を反射させて、面状光源装置の端部に発生する明暗の差を防止するものであったが、図１１に示すように、本変形例によれば、正面フレーム５の突起部５０を構成する導光板１の出射面１ａと対向する位置に設けられた端面５０ｂにも反射部材１２を配置する。このような構成とすることで、正面フレーム５を透過して、突起部５０の端面５０ａに設けた反射部材１２により反射する光を防止するとともに、点光源６から出射した光を、端面５０ｂに配置した反射部材１２で反射させて、導光板１に入射させ再利用することができる。なお、端面５０ｂに配置した反射部材１２により反射される光は、導光板１の入射面１ｂより導光板１の反出射面１ｃ側に向かう光とすることができるため、導光板１で伝播した均一化された光として利用できる。また、反射部材１２に拡散機能を持つ反射材を使用すると、分散した光を導光板１に入射させることができ、より均一化された光とすることができる。

図１２に本実施の形態における変形例の断面図を示す。図１２に示すように、正面フレーム５の突起部５０を形成する出射面１ａ側の端面５０ｂと、点光源の配置位置近傍の端面５０ｃに反射部材１２を配置してもよい。端面５０ｃは点光源６と対向しているため、正面フレーム５の突起部５０に光が入射するのを抑制することができる。また、端面５０ｂに到達した光は、反射部材１２で反射させて再利用す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。

実施の形態４．
図１３に本実施の形態４に係る面状光源装置の断面図を示す。実施の形態３においては、点光源６を背面フレーム４の一側面に配置したが、本実施の形態４においては、図１３に示すように、点光源６を背面フレーム４の底面に配置し、突起部５０を構成する点光源６と対向する位置に形成された端面５０ｂに反射部材１２を配置した。なお、上記の構成以外は、実施の形態３と同様である。また、以下で説明する本実施の形態４に係る面状光源装置の特有の作用効果以外は、実施の形態３に係る面状光源装置と同様の作用効果を奏する。

図１３に示すように、点光源６より出射した光のうち、正面フレーム５に向かう光は、突起部５０の出射面１ａと対向する位置に設けられた端面５０ｂに配置された反射部材１２により反射させる。反射部材１２より反射させる光のうち、導光板１の入射面１ｂから入射する光は、導光板１で伝播させて、再利用することができる。なお、正面フレーム５に形成された突起幅（Ｈ１、Ｈ２）の違う突起部５１、５２は、個々の点光源の配置位置に対応して形成され、複数の突起部より構成されていてもよい。これにより、点光源６間が暗くなることを防止し、面状光源に発生する輝度ムラを防止することができる。

上記の通り、本実施の形態４によれば、点光源６から出射して正面フレーム５に向かう光は、突起部５０に設けた反射部材１２で反射させることにより、正面フレーム５に入射する光を防止することができるため、面状光源装置の端部に発生する明暗の差を防止することができる。

また、反射部材１２で反射して導光板１の入射面１ｂより入射する光は、導光板１で伝播させて、再利用す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。

なお、本発明においては、上記の各実施形態の構成に限定されるものでなく、本発明を逸脱しない範囲において、種々の変更、組み合わせが可能である。

１導光板、２反射シート、３光学シート、４背面フレーム、５正面フレーム、５ａ開口部、６点光源、７光源基板、８表示素子、９フロントフレーム、１０面状光源装置、１１表示装置、１２反射部材、５０突起部、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ突起部の端面。

Claims

略一直線上に配置した複数の点光源と、
前記点光源からの光を入射面から入射して面状に伝播し、出射面より出射する導光板と、
前記点光源および前記導光板を保持する開口部を備えた枠体と、を備え、
前記枠体は、前記光を透過する材料を含んで形成され、前記点光源を配置した側の前記導光板の出射面の周縁端部において、前記出射面側に凸となる突起部を有し、
前記突起部は、前記枠体の開口部に向かって延在し、出射面と平行な方向の幅が異なっており、前記突起部の幅は、前記点光源が配置される位置に対応して広く、点光源間に対応して狭く形成され、
前記突起部は、前記点光源からの前記光を入射して一部を吸収し、前記開口部に向かって延在された前記点光源と反対側の端面より出射することを特徴とする面状光源装置。
前記突起部は、前記出射面と平行な方向の幅の異なる凹凸形状であることを特徴とする請求項１記載の面状光源装置。
前記突起部は、個々の前記点光源の配置位置に対応して形成され、複数の突起部で構成されたことを特徴とする請求項１記載の面状光源装置。
前記突起部は、前記開口部に対し、前記点光源を配置した位置に対応して形成された凸部
となる円弧状の側端面と、前記点光源間に対応して形成された凹部となる円弧状の側端面
と、を備え、前記それぞれの円弧状の側端面が連続して形成された波型形状であることを
特徴とする請求項１または２記載の面状光源装置。
請求項１から請求項４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
備えたことを特徴とする表示装置。