JP5950529B2 - 面光源装置およびそれを備える表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば表示装置のバックライト等に使用される面光源装置に関するものである。

一般に、透過型の表示装置は、表示パネルの背面から光を照射するバックライトとして面光源装置を備えている。面光源装置としては、光源が面光源装置の筐体の側面に配置されるサイドライト方式（エッジライト方式とも呼ばれる）や、光源が面光源装置の筐体の底面に配置される直下型方式のものがある。

サイドライト方式の面光源装置は、筐体側面に配設された光源から入射した光を、前面の表示パネルへ導くための導光板を備えるものがある。またその光源としては、冷陰極管などの線状光源や、発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）などの点状光源が用いられる。

点状光源であるＬＥＤは、発光面積が小さい上、出射光の強度分布がＬＥＤの正面方向が特に高くなる指向性を有するものが多い。そのため、ＬＥＤを光源とするサイドライト方式の面光源装置では、ＬＥＤが配置された側面に沿った方向に対しての輝度の均一性が乏しく、輝度のムラが生じやすい。輝度のムラを抑える方法の一つとして、面光源装置の入射面により多くのＬＥＤを配設することが考えられるが、コストの増加を伴うため好ましくない。

ＬＥＤの個数を抑えつつ輝度の均一性に優れた面光源装置を得る手法としては、ＬＥＤを蛍光管のような線状光源に変換する方法がある（例えば、下記の特許文献１）。特許文献１では、円筒状のガラス管の内壁にＬＥＤが発する紫外光により励起されて可視光線を出射する蛍光材料層を形成し、その両端にＬＥＤを配設したものを、線状光源として用いることが提案されている。

特開２００２−２７００２２号公報

特許文献１で提案された線状光源の形成は、ガラス管に不活性ガスを充填する工程や、蛍光材料をガラス管内に塗布する工程が必要であるので、光源の構造および作製手法が複雑になり、光源の部品点数も多くなる。そのため、使用するＬＥＤの個数を少なくできたとしても、充分に低コスト化が図られるとは言い難い。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、少ない数の点状光源を用いて容易に作製でき、低コスト化を図りつつ、輝度の均一性を得られる面光源装置を提供することを目的とする。

本発明に係る面光源装置は、光を発生する光源と、側面に入射した光を面状の光に変換して前面から出射する板状の第１導光体と、前記第１導光体の側面に沿った横長形状を有し、前記光源から入射した光を線状の光に変換して前記第１導光体の前記側面へ向けて出射する第２導光体とを備え、前記第２導光体は、当該第２導光体の長手方向に平行に形成された貫通穴を有し、当該貫通穴の内部は空気であり、前記光源は、前記貫通穴の両端に配設され、当該貫通穴内へ光を入射させるものである。

本発明によれば、容易に形成可能な形状の導光体を用いて、光源からの光を面状の光に変換することができる。また光源は、導光体の両端に配置させるため、必要な光源の数も少なくて済む。よって、低コスト化を図りつつ、輝度の均一性に優れた面光源装置および表示装置を得ることができる。

実施の形態１に係る表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。 実施の形態１に係る面光源装置の主要部の構成を示す斜視図である。 実施の形態１に係る面光源装置の平断面図である。 実施の形態１に係る面光源装置が備える貫通穴の拡大平断面図である。 実施の形態１に係る面光源装置の貫通穴の断面形状の例を示す図である。 実施の形態１に係る面光源装置の貫通穴の変更例を示す平断面図である。 実施の形態１に係る面光源装置の貫通穴の変更例を示す平断面図である。 実施の形態１に係る面光源装置の反射シートの変更例を示す斜視図である。 実施の形態１に係る面光源装置の反射シートの変更例を示す側面図である。 実施の形態２に係る面光源装置の主要部の構成を示す斜視図である。 実施の形態２に係る面光源装置の主要部の構成を示す平断面図である。 実施の形態２に係る面光源装置の主要部の構成を示す平断面図である。 実施の形態３に係る面光源装置の主要部の構成を示す平断面図である。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る表示装置である液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。当該液晶表示装置は、液晶パネル２に面状の光を照射する面光源装置３を備えており、液晶パネル２がフロントフレーム１と面光源装置３とで挟持された構成となっている。以下の説明では、面光源装置３から見て、液晶パネル２が配設される側の面を「前面」、その逆側の面を「背面」と称する。

面光源装置３は、液晶パネル２側から光学シート４、導光板５および反射シート６がこの順に重ねられた構造体と、光源となる２つのＬＥＤ９とが、箱型のリアフレーム７に収められて成っており、液晶パネル２のバックライト（背面照明）として機能するものである。

ＬＥＤ９は、面光源装置３が出射する光の発生源として働く点状光源である。本実施の形態の導光板５は、当該導光板５の側面に沿い、且つ、当該側面に平行に形成された貫通穴１０を有している。ＬＥＤ９は、貫通穴１０の両端に配設され、貫通穴１０内へと光を入射させる。

導光板５は、ＬＥＤ９から貫通穴１０を経て入射した光を、面状の光に変換して前面から出射する板状の導光体である。導光板５は、例えば光透過率の高いアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂のような材料により作製され、導光板５の背面には、光源（貫通穴１０）から離れるに従って密になるドットパターンなどのシボ加工が施されている。導光板５のシボ加工は、導光板５内に入射した光を拡散反射することで、導光板５から出射される光を導光板前面でほぼ均一にする。また、導光板５の背面のシボ加工は、導光板５の成形時に同時に形成することができる。

導光板５の背面側に配設される反射シート６は、表面に白色反射膜を形成した樹脂フィルムからなっており、導光板５から背面側に出射した光を導光板５の前面側へと反射する。導光板５の前面側（液晶パネル２側）に配設される光学シート４は、乳白色の樹脂シートからなり、導光板５の前面から出射した光を拡散させることで、液晶パネル２に照射する光の面内方向の均一性を向上させる。

図２は、実施の形態１に係る面光源装置の主要部を示す斜視図であり、導光板５、ＬＥＤ９および反射シート６の配置を示している。上でも述べたとおり、本実施の形態の導光板５は、その側面に沿って当該側面に平行に延びる貫通穴１０を有しており、一対のＬＥＤ９がその両端に配設される。

ＬＥＤ９から出射した光Ｌ１は、貫通穴１０内で拡散されることで、貫通穴１０の側面から導光板５の内部へ向かう線状光Ｌ２に変換される。さらに、線状光Ｌ２は、導光板５の背面に施されたドットパターンのシボ加工により拡散されることで、輝度がほぼ均一な面状光Ｌ３に変換され、面状光Ｌ３は導光板５の前面から出射される。なお、反射シート６は、導光板５の背面のみならず、導光板５の貫通穴１０が沿う側面も覆うことが望ましい。

図３は、図２に示した面光源装置の平断面図である。また、図４は、面光源装置の導光板５における貫通穴１０の部分を拡大したものであり、図５（ａ）〜（ｄ）は、貫通穴１０の断面形状の例を示す図である。

例えば、導光板５の１つの側面に沿って、図５（ａ）のような断面が円形の貫通穴１０が形成されているとする。貫通穴１０の両端の開口部には、点状光源であるＬＥＤ９が配設され、ＬＥＤ９は貫通穴１０内へと光Ｌ１を入射させる。

貫通穴１０内部（空気）の屈折率は、導光板５の屈折率よりも小さいため、ＬＥＤ９が出射した光Ｌ１は、スネルの法則に従い、図４に示すように貫通穴１０の空気と導光板５との界面で屈折・反射される。導光板５の内壁で反射された光Ｒ１は、さらに貫通穴１０内を進む。一方、屈折されて導光板５の側面へと向かった光Ｎ１は、当該側面を覆う反射シート６で反射され、再び貫通穴１０内の空気と導光板５との界面で屈折・反射される。

このように光の屈折・反射が複数回繰り返されることにより、貫通穴１０内部で光が拡散される。その結果、ＬＥＤ９が出射した光Ｌ１は、貫通穴１０の長さ方向に輝度がほぼ均一な線状光Ｌ２に変換され、貫通穴１０から出射される。導光板５は、その線状光Ｌ２を、導光板５の主面内で輝度がほぼ均一な面状光Ｌ３に変換して前面から出射する。

本実施の形態では、貫通穴１０内において、貫通穴１０が沿う導光板５の側面に近い側の内壁に、ドットパターンなどのシボ加工が施されたシボ加工面１１を設けた。シボ加工面１１のパターンによって光の反射率を適切に調整することにより、貫通穴１０から出射する線状光Ｌ２の輝度の均一性をより高めることができ、その結果、導光板５の前面から出射される面状光Ｌ３の輝度の均一性を向上させることができる。

またＬＥＤ９が出射した光Ｌ１は、特にＬＥＤ９の正面方向の輝度が高くなる。そのためＬＥＤ９の正面方向へ出射した光Ｌ１がそのまま線状光Ｌ２の一部として貫通穴１０から出射されると、線状光Ｌ２の均一性が損なわれる。そのためＬＥＤ９は、貫通穴１０の長手方向よりも、当該貫通穴１０が沿う導光板５の側面側へ向けることが望ましい。より望ましくは、図４のように、貫通穴１０の中央部（Ａ−Ａ線で示している）における導光板５の側面（当該貫通穴１０が沿う側面）に近い側の内壁に、ＬＥＤ９を向けるとよい。これにより、線状光Ｌ２の輝度が向上する。

本実施の形態に係る面光源装置の導光板５に設ける貫通穴１０およびその内部のシボ加工面１１は、導光板５の成形時に同時に形成することができ、それらを備える導光板５は比較的容易に作製可能である。またＬＥＤ９は、貫通穴１０の両端に配置するため、必要となるＬＥＤ９の数も少なくて済む。よって、輝度の均一性が良好な面光源装置を低コストで得ることができる。

［変更例］
実施の形態１では、貫通穴１０の断面形状を図５（ａ）のような円形としたが、線状光Ｌ２の輝度の均一性を損なわない限りで、他の形状であってよい。例えば、四角形（図５（ｂ））、三角形（図５（ｃ））、五角形以上の多角形（図５（ｄ））にしてもよく、その他、台形や、半円などの形状であってもよい。

また実施の形態１では、前面側からの平面視で、貫通穴１０は長方形であった。つまり平面視で、貫通穴１０の内壁は平坦であり、且つ、貫通穴１０の幅は均一とした。しかし貫通穴１０の内壁の形状はこれに限られない。例えば図６、図７に示すように、平面視で、貫通穴１０における導光板５の側面（当該貫通穴１０が沿う側面）に近い側の内壁が、貫通穴１０の長手方向の中央付近ほど盛り上がった形状（つまり中央付近ほど出っ張った凸形状）としてもよい。図６はその内壁をラウンド形状（円弧状）にした例であり、図７はその内壁をスロープ状（三角状）にした例である。その他、貫通穴１０の内壁の凸形状は、台形状、多角形状さらには階段状などであってもよい。

このように貫通穴１０の内壁を凸形状にする場合、凸形状の頂点部分（貫通穴１０の中央部分に相当）と、ＬＥＤ９の正面方向との位置関係を調整することにより、線状光Ｌ２の輝度の均一性を調整することができる。

図８は、導光板５の背面側に配設される反射シート６の変更例を示す斜視図であり、図９は、図８における導光板５の貫通穴１０付近の断面図である。図２においては、反射シート６が、導光板５の背面と、導光板５の貫通穴１０が沿う側面を覆っていたが、図８および図９に示すように、反射シート６がさらに貫通穴１０の上方（導光板５の前面側）をも覆うようにすることが望ましい。すなわち、導光板５における貫通穴１０が形成された部分は、当該導光板５の前面側、背面側および側面側の各方向が反射シートにより覆われる。そうすることにより、貫通穴１０から直接導光板５の前面側へ抜けた光が、再び貫通穴１０へと反射されて線状光Ｌ２に寄与することになるため、線状光Ｌ２の輝度を向上できる。

さらに、反射シート６は、導光板５における貫通穴１０が沿う側面とは逆の側面（図８の手前側の側面）をも覆うようにしてもよい。それにより、面状光Ｌ３の輝度を向上させることができる。

また、実施の形態１では、貫通穴１０を導光板５の１つの側面に沿って設けたが、それとは逆の側面に沿ってもう一つの貫通穴１０を設け、さらにその両端にＬＥＤ９を設けてもよい。つまり一つの導光板５に対して、線状光Ｌ２の光源として機能する貫通穴１０およびＬＥＤ９を複数個所に設けてもよい。光源が増えるため、面状光Ｌ３の輝度を向上させることができる。

＜実施の形態２＞
図１０は、実施の形態２に係る面光源装置の主要部の構成を示す斜視図であり、図１１はその平断面図である。当該面光源装置は、点状光源であるＬＥＤ９が出射した光Ｌ１を面状の光Ｌ３に変換する手段として、実施の形態１の導光板５の代わりに、板状の第１導光体５１と横長形状の第２導光体５２とを組み合わせたものを用いている。

第１導光体５１は、背面に光を拡散反射するドットパターンなどのシボ加工が施されており、側面に入射した光（線状光Ｌ２）を面状光Ｌ３に変換して前面から出射する。

第２導光体５２は、第１導光体５１の側面に沿った横長形状を有し、ＬＥＤ９から入射した光Ｌ１を線状光Ｌ２に変換して、第１導光体５１の側面へ向けて出射する（つまり第２導光体５２は線状光源として機能する）。第２導光体５２には、その長手方向に平行に貫通穴１０が形成されており、ＬＥＤ９は、その両端に配設され、貫通穴１０内へ光を入射させる。言い換えれば、第１導光体５１および第２導光体５２は、実施の形態１の導光板５を、貫通穴１０が形成された部分（第２導光体５２に相当）とそれ以外の部分（第１導光体５１に相当）とに分割した構成を有している。

なお、第２導光体５２に設ける貫通穴１０の構成は、実施の形態１で示した導光板５のそれと同様でよい。図１１の例においても、貫通穴１０内における線状光Ｌ２の出射面とは反対側の内壁（第１導光体５１から遠い側の内壁）に、シボ加工面１１を設けている。

第２導光体５２は、実施の形態１で図４を用いて説明したのと同様の理論により、ＬＥＤ９が出射した光Ｌ１を、輝度がほぼ均一な線状光Ｌ２に変換することができる。第２導光体５２は、線状光Ｌ２の出射面が第１導光体５１の入射面に対向するように、第１導光体５１の側面（入射面）に平行に、所定の間隔をあけて隣接する。第２導光体５２が出射した線状光Ｌ２は、大気中を通って、導光板５の側面からその内部に入射する。その線状光Ｌ２は、第１導光体５１の背面のシボ加工面により拡散反射されることで、輝度がほぼ均一な面状光Ｌ３に変換され、第１導光体５１の前面から出射される。

実施の形態１の導光板５と同様に、第１導光体５１および第２導光体５２は、例えば光透過率の高いアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂のような材料により作製される。第１導光体５１の背面に施すシボ加工は、当該第１導光体５１の形成時に同時に形成できる。また第２導光体５２の貫通穴１０およびその内部のシボ加工面１１は、当該第２導光体５２の成形時に同時に形成できる。従って、本実施の形態でも、輝度の均一性が良好な面光源装置を低コストで得ることができるという効果が得られる。

また図１２のように、第１導光体５１と第２導光体５２との間に、第１導光体５１へ入射させる光（線状光Ｌ２）の輝度の均一性を高めるための出射光制御板１３を配設することが可能である。出射光制御板１３は、第２導光体５２の出射面との対向面に、所定パターンで配置された複数の凸部を有しており、それらの凸部が第２導光体５２の出射面に接するように配設される。出射光制御板１３は、第２導光体５２が出射する光Ｌ２の進行方向をその出射面の正面方向に揃えることによって、線状光Ｌ２の進行方向に対する輝度の均一性を向上させることができる。

実施の形態１で示した変更例は、実施の形態２にも適用可能である。即ち、第２導光体５２に設ける貫通穴１０を図５（ａ）〜（ｄ）のような任意の断面形状にしてもよいし、図６、図７のように貫通穴１０の内壁を凸形状にしてもよい。なお、図８および図９を用いて説明した変更例を実施の形態２に適用する場合、第２導光体５２から見て、第１導光体５１の前面側および背面側、並びに第２導光体５２の出射面とは反対面側の各方向が、反射シート６により覆われるようにする。

＜実施の形態３＞
図１３は、実施の形態３に係る面光源装置の主要部の構成を示す平断面図である。実施の形態３でも、点状光源であるＬＥＤ９が出射した光Ｌ１を面状の光Ｌ３に変換する手段として、板状の第１導光体５１および横長形状の第２導光体５２が用いられる。

但し、実施の形態２とは異なり、第２導光体５２には貫通穴１０を設けず、第２導光体５２の出射面の反側面に、光の反射率を調整するドットパターンなどのシボ加工面１１を設けている。点状光源であるＬＥＤ９は、第２導光体５２の長手方向の両端に配設され、ＬＥＤ９が出射した光Ｌ１は、その両端の面から第２導光体５２内へ入射される。

この構成の第２導光体５２は、実施の形態２の第２導光体５２と同様に、線状光源として機能させることができる。第２導光体５２以外の構成については、実施の形態２と同様であるので、ここでの説明は省略する。

本実施の形態では、実施の形態２と同様に、輝度の均一性が良好な面光源装置を低コストで得ることができるという効果が得られる。また図１３に示すように、第１導光体５１と第２導光体５２との間に出射光制御板１３を介在させることも可能である。

また、図８および図９を用いて説明した変更例を実施の形態３に適用する場合、第２導光体５２から見て、第１導光体５１の前面側および背面側、並びに第２導光体５２の出射面とは反対面側の各方向が、反射シート６により覆われるようにする。

１ フロントフレーム、２ 液晶パネル、３ 面光源装置、４ 光学シート、５ 導光板、６ 反射シート、７ リアフレーム、９ ＬＥＤ、１０ 貫通穴、１１ シボ加工面、１３ 出射光制御板、５１ 第１導光体、５２ 第２導光体。

Claims (7)

1. 光を発生する光源と、
   側面に入射した光を面状の光に変換して前面から出射する板状の第１導光体と、
   前記第１導光体の側面に沿った横長形状を有し、前記光源から入射した光を線状の光に変換して前記第１導光体の前記側面へ向けて出射する第２導光体とを備え、
   前記第２導光体は、
   当該第２導光体の長手方向に平行に形成された貫通穴を有し、
   当該貫通穴の内部は空気であり、
   前記光源は、前記貫通穴の両端に配設され、当該貫通穴内へ光を入射させる
   ことを特徴とする面光源装置。
2. 光を発生する光源と、
   側面に入射した光を面状の光に変換して前面から出射する板状の第１導光体と、
   前記第１導光体の側面に沿った横長形状を有し、前記光源から入射した光を線状の光に変換して前記第１導光体の前記側面へ向けて出射する第２導光体とを備え、
   前記第２導光体は、
   当該第２導光体の長手方向に平行に形成された貫通穴を有し、
   前記光源は、前記貫通穴の両端に配設され、当該貫通穴内へ光を入射させ、
   平面視で、前記貫通穴における前記第２導光体の出射面とは反対側の内壁が、当該貫通穴の長手方向の中央付近ほど盛り上がった形状となっている
   ことを特徴とする面光源装置。
3. 光を発生する光源と、
   側面に入射した光を面状の光に変換して前面から出射する板状の第１導光体と、
   前記第１導光体の側面に沿った横長形状を有し、前記光源から入射した光を線状の光に変換して前記第１導光体の前記側面へ向けて出射する第２導光体とを備え、
   前記第２導光体は、
   当該第２導光体の長手方向に平行に形成された貫通穴を有し、
   前記光源は、前記貫通穴の両端に配設され、当該貫通穴内へ光を入射させ、
   前記貫通穴における前記第２導光体の出射面とは反対側の内壁に、光の反射率を調整するための手段を有している
   ことを特徴とする面光源装置。
4. 前記光の反射率を調整するための手段は、シボである
   請求項３記載の面光源装置。
5. 前記第１導光体と前記第２導光体との間に、前記第２導光体の出射面に接する複数の凸部を有する出射光制御板をさらに備える
   請求項１から請求項４のいずれか一項記載の面光源装置。
6. 前記第２導光体は、前記第１導光体の前記前面側および背面側、並びに当該第２導光体の出射面の反対面側の各方向が反射シートにより覆われている
   請求項１から請求項５のいずれか一項記載の面光源装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項記載の面光源装置と、
   前記面光源装置の前記前面側に配設された表示パネルとを備える
   ことを特徴とする表示装置。

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