JPH11329041A - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で光源からの直接的な臨界角に於ける出
射が無く、照明斑の発生が無い面光源装置を提供する。 【解決手段】 面光源装置１は、チップ状の半導体発光
素子９からなる光源４と、光源４からの光を表面から出
射する導光板５と、光源４及び導光板５を保持するケー
ス６とを備えて構成される。導光板５は、厚さの略２倍
を底辺とする二等辺三角柱部５Ａが少なくとも一端面に
形成されている。光源４は、導光板５の裏面側に位置
し、かつ二等辺三角柱部５Ａの底辺に発光面４ａが対向
して配設される。ケース６は、遮光性及び反射性を有す
る樹脂からなり、導光板５の厚さと同等の幅で裏面から
表面に抜ける開口部６ａが形成され、導光板５の出射面
以外を覆うようにして開口部６ａ内に導光板５が搭載さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型液晶表示装置
等のバックライトに使用できる均一な出射光の実現を可
能とする面光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、表面に凸状又は凹状の処理を施し
た導光板の側面にＬＥＤ等の光源を設置し、光源からの
光を導光板の側面から入射し、導光板内を伝わりつつ表
面の凸状や凹状の部分で散乱や反射し表面から出射する
ようにした面光源装置は既に知られている。

【０００３】また、面光源装置に対し実効出射面の占め
る面積の割合を大きくするため、又は実効出射面積を変
えずに面光源装置の小型化及び光源近傍の照明斑の発生
防止のために実開昭５９−１７３０８４号公報や特開平
４−１７４８０２号公報のように導光板の一側端面に傾
斜面を設け、傾斜面の下方向に光源を設置して導光板に
光を入射する面光源装置も知られている。

【０００４】さらに、上記公開公報に示す導光板の一側
端面に傾斜面を設けた部分で、より多くの反射光を得る
目的のために、この傾斜面に階段状の小さな傾斜部を多
数形成した構造により、傾斜面の下方向に設けた光源か
らの平行光をより多く導光板に導く面光源装置が実開昭
５８−１１４７９７号公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た導光板の側面に光源を設置し、導光板の側面から光源
の光を入射する構成の面光源装置では、面方向に対して
導光板と光源とを加えた大きさになってしまうととも
に、臨界角度に於ける光源からの光が直接導光板に到達
してしまうため、照明斑が発生したり、ＬＥＤ等の光源
位置を認識させてしまう課題があった。

【０００６】実開昭５９−１７３０８４号公報や特開平
４−１７４８０２号公報に開示された面光源装置は、導
光板の一側端面に傾斜面を設け、傾斜面の下方向から導
光板に光を入射する構成なので、実効出射面積を変えず
に面光源装置の小型化できる利点はあるものの、直接光
源から導光板に到達してしまう光を確実に取り除けず、
光源側近くで照明斑が発生しまう課題があった。

【０００７】さらに説明すると、図３は導光板の一側端
面に形成された傾斜面の下部から導光板に光を入射する
面光源装置の導光板に於ける進行光の断面図を示してい
る。なお、説明の都合上、光源の半導体発光素子チップ
と電極及び導光板の略寸法と屈折率等を同等した。

【０００８】図３の面光源装置において、光源１１から
の光は、光源１１の発光面１１ａと平行して対向する導
光板１２の平坦な入射面１２ａに入射する。ここで、光
屈折率ｎ＝１．４９では、スネルの法則から臨界角φ＝
±４２°となり、導光板１２の傾斜辺１２ｂに入射する
入射角βが（π／２）−φ＝４８°以下で全反射とな
る。

【０００９】ところが、光源１１から導光板１２を直接
透過する光や傾斜辺１２ｂで全反射（１回）して表面１
２ｃに出射する光が存在するため光源側近くで照明斑が
発生してしまう。

【００１０】実開昭５８−１１４７９７号公報に開示さ
れた面光源装置は、導光板の一側端面に設けた傾斜面に
階段状の小さな傾斜部を多数形成した構成であるが、階
段状の傾斜部で部分的に反射されるため、実際の傾斜面
での全反射が少なく、導光板の外部に出射して漏れ発光
を生じるという課題がある。

【００１１】特開平９−０４３４３５号公報に開示され
た面発光装置では、導光板の一端面にプリズムを設け、
導光板の光入射部に導光板と異なる高屈折率材を用いて
２本のランプ光源から導光板に光を入射する構成なの
で、実効出射面積を変えずに面光源装置を小型化できる
が、ランプのような強い紫外線の放射や放射熱等により
異材の剥離や光源が大きいためにプリズム部で反射しき
れず、専用の直角コーターを必要としてしまう課題があ
る。

【００１２】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたものであり、光源からの直接的な臨界角に於ける
出射が無く、また照明斑の発生が無い小型の面光源装置
を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】次に、上記の課題を解決
するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照し
て説明する。請求項１の発明は、所定色の光を出射する
半導体発光素子９を有する光源４と、該光源４からの光
を表面から出射する導光板５と、前記光源４及び前記導
光板５を保持するケース６とからなる面光源装置１にお
いて、前記導光板５は、厚さの略２倍を底辺とする二等
辺三角柱部５Ａが少なくとも一側端部に形成されてお
り、前記光源４は、前記導光板５の裏面側に位置し、か
つ該導光板５の前記二等辺三角柱部５Ａの底辺に発光面
４ａが対向して配設されたことを特徴とする。

【００１４】請求項１の発明によれば、光源４は、発光
面４ａが導光板５の二等辺三角柱部５Ａの底辺に対向し
た状態で導光板５の裏面側に配設される。これにより、
装置の小型化が図れる。また、光源４からの直接的な臨
界角に於ける光が導光板５に入射せず、導光板５に導光
するのに二等辺三角柱部５Ａで全反射を二度行う事がで
きる。この結果、光源４近傍での遮光フィルムの必要性
が無く、材料や作業工数の低減によりコスト軽減を図
れ、照明斑ができず眩しくない均一な面光源が得られ
る。

【００１５】請求項２の発明は、請求項１の面光源装置
１において、前記ケース６は、遮光性及び反射性を有す
る樹脂からなり、前記導光板５を搭載して該導光板５の
出射面５ｅ以外を覆うとともに、前記二等辺三角柱部５
Ａを収容するように前記導光板５の厚さと同等の幅で裏
面から表面に抜ける少なくとも一開口部６ａが形成され
たことを特徴とする。

【００１６】請求項２の発明によれば、導光板５は、二
等辺三角柱部５Ａがケース６の一開口部６ａに収容さ
れ、かつ出射面５ｅ以外が覆われた状態でケース６に搭
載される。これにより、導光板５の裏面側に設けた光源
４からの漏光を遮光できる。また、導光板５の側面部や
二等辺三角柱部５Ａの略上半分で全反射せずに出射した
光を、再度導光板５や二等辺三角柱部５Ａに反射するこ
とができる。しかも、二等辺三角柱部５Ａの略下半分を
ケース６の裏面側に出せるので、反射用フィルムや遮光
フィルム等が不要となり、コストの低減が図れるととも
に光源を基板に実装でき、さらに面光源装置及び導光板
等の装着や交換を容易に行うことができる。

【００１７】請求項３の発明は、請求項２の面光源装置
１において、前記ケース６の開口部６ａは、前記導光板
５の前記二等辺三角柱部５Ａの傾斜辺部５ｃと対向して
内向のテーパ面６ｂを有することを特徴とする。

【００１８】請求項３の発明によれば、導光板５の二等
辺三角柱部５Ａでの外部に漏れた光は、二等辺三角柱部
５Ａの傾斜辺部と対向した内向のテーパ面６ｂにより反
射され、再度導光板５に入射する。これにより、光源４
からの光を無駄無く導光板５に導くことができる。

【００１９】請求項４の発明は、請求項１〜３何れかの
面光源装置１において、前記導光板５は、表面及び又は
裏面が凸状又は凹状に形成されていることを特徴とす
る。

【００２０】請求項５の発明は、請求項４の面光源装置
１において、前記導光板５の凸状又は凹状のパターン
は、前記光源４からの距離に反比例した密度で形成され
ていることを特徴としている。

【００２１】請求項４、５の発明によれば、導光板５の
表面及び又は裏面の凸状又は凹状のパターンにより、光
が導光板５の表面で散乱及び反射され、面全体より均一
の光を得ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る面光源装置の
全体構成を示す側断面図、図２は図１の導光板に於ける
進行光の側面図である。

【００２３】図１に示すように、本実施の形態の面光源
装置１は、液晶表示装置の基板２上に電子部品３や光源
４を実装し、その上部に導光板５及びケース６が装着さ
れた構成である。

【００２４】導光板５は、屈折率が１．４〜１．７程度
の透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート
樹脂（ＰＣ）等で形成される。導光板５の一側端面（図
１の左側端面）には、厚さの略２倍を底辺とする二等辺
三角柱５Ａが一体形成されている。導光板５は、二等辺
三角柱５Ａの底辺の略下半分の面が光源４からの光を導
くための入射面部５ａをなし、ケース６の内向のテーパ
面６ｂと対向する傾斜辺部５ｂと、傾斜辺部５ｂと略直
角をなして対向する傾斜辺部５ｃと、傾斜辺部５ｃの反
対側に位置する反入射面部５ｄと、光源４からの光を出
射する表面部５ｅと、表面部５ｅの反対側に位置する裏
面部５ｆと有する。なお、導光板５の厚さは、入射面部
５ａと同等で無くてもよい。

【００２５】導光板５の表面部５ｅ及び裏面部５ｆは微
細の凹凸状に形成され、入射面部５ａからの光を傾斜辺
部５ｂで反射し、さらに傾斜辺部５ｃで反射させて導光
板５の表面部５ｅに導き、表面部５ｅを透過した光は表
面部５ｅの凹凸により散乱して外部に出射される。その
際、表面部５ｅで導光板５内に反射した光は裏面部５ｆ
の凹凸により反射され表面部５ｅから外部に出射され
る。

【００２６】また、導光板５の傾斜辺部５ｃで反射して
導光板５中に略平行に直進した光は反入射部５ｄで反射
し、散乱、拡散等を繰り返し最終的に表面部５ｅから外
部に出射される。

【００２７】導光板５の表面部５ｅ及び裏面部５ｆの微
細な凹凸は、使用目的に併せて梨地、円弧や面に平行に
三角柱等の多角柱及び波状、さらに面に垂直方向に円
錐、円柱、多角錘、多角柱等の凸及び凹の加工を施す。

【００２８】導光板５の表面部５ｅと裏面部５ｆに施す
加工は、凸状や凹状のパターンのピッチ及びサイズを変
化させる。例えば、表面部５ｅと裏面部５ｆに施す加工
は、凸又は凹状のパターンのピッチを変え、裏面部５ｆ
で光源４から離れる程パターンのサイズを大きくする様
にグラデーションを行う。さらに、導光板５の表面部５
ｅと裏面部５ｆに施したパターンにホーニング加工を行
う場合もある。

【００２９】なお、上述した導光板５の凸状や凹状のパ
ターンの加工は、表面部５ｅ又は裏面部５ｆの何れか一
方にのみ施すようにしてもよい。

【００３０】ケース６は、例えば変成ポリアミド、ポリ
ブチレンテレフタレートや芳香族系ポリエステル等から
なる液晶ポリマなどの絶縁性を有する材料に、光の反射
性を良くするとともに遮光性を得るためにチタン酸バリ
ウム等の白色粉末を混入させて全体が白色に形成されて
いる。

【００３１】ケース６には、導光板５の厚さと同等の幅
で裏面から表面に抜ける開口部６ａが形成されている。
ケース６の開口部６ａは、一方の側内壁面が導光板５の
傾斜辺部５ｃと略同一角度で傾斜したテーパ面６ｂをな
し、他方の側内壁面が導光板５の反入射面部５ｄと密着
する垂直面６ｃをなしている。このケース６の垂直面６
ｃは、導光板５の表面部５ｅに出射しなかった光を反射
させて再度導光板５に入射させる反射面を形成してい
る。

【００３２】ケース６の表面６ｄから導光板５の厚さと
同等の深さ位置には、導光板５が載置される平坦面６ｅ
が形成されている。そして、ケース６の開口部６ａに
は、ケース６の表面６ｄと導光板５の表面部５ｅとが面
一な状態で平坦面６ｅ上に搭載される。

【００３３】ケース６のテーパ面６ｂは、導光板５の傾
斜辺部５ｃと対向し、一度導光板５の傾斜辺部５ｂで反
射した光をさらに傾斜辺部５ｃで反射する時に、より反
射効率を良くし導光板５に再入射させる。

【００３４】ケース６の平坦面６ｅは、導光板５の裏面
部５ｆに施した凹凸部の光をより良く反射させて導光板
５に再入射させる。ケース６の平坦面６ｅの下部には、
電子部品３等を収納する空間スペースＳが形成されてい
る。なお、ケース６の平坦面６ｅ上に反射フィルム等を
設けても良い。

【００３５】光源４は、発光面４ａが導光板５の入射面
部５ａに対面した状態でケース６の開口部６ａ内に収容
される。光源４は、一面に所定角度のテーパ面７ａを有
する凹部７が開口形成された長方体の反射ケース８を備
えている。反射ケース８は、例えばＰＢＴ樹脂等のよう
な耐熱性に優れ、反射効率の高い樹脂で形成されてい
る。反射ケース８の凹部７内には、単波長発光又は異波
長発光の混合したＬＥＤやレーザ等のチップ状の半導体
発光素子９が所定色を発光するように電極１０を介して
基板２上の不図示の駆動回路に配線接続されている。反
射ケース８の凹部７内には、透光性を有するエポキシ樹
脂、シリコン等の透明樹脂からなる封止材１１が充填さ
れている。光源４は、図１の紙面と直交する方向（導光
板５の幅方向）に複数個並べて基板２に表面実装され
る。光源４は、発光面４ａより所定色の光を導光板５の
入射面部５ａに出射している。

【００３６】基板２は、リジット系基板でガラス布エポ
キシや紙フェノール等の機械的強度を伴う絶縁性材料か
らなり、ＬＳＩチップや抵抗チップ等の電子部品３が実
装されている。基板２には、ケース６を装着した時にケ
ース６内に設けた導光板５の入射面部５ａと光源４の発
光面４ａとが近接対向するように実装される。なお、導
光板５の傾斜辺部５ｂに位置する部分に、より反射効率
を良くするために白色の印刷や反射フィルム等を設けて
も良い。

【００３７】電子部品３は、ＬＳＩ等を初めとし、ケー
ス６の内部（ケース６の平坦面６ｅの下部）に収納する
ように基板２に実装し、取り付け面積を有効利用し全体
として小型化に寄与する。

【００３８】図２は上記のように構成される面光源装置
１の導光板５に於ける進行光の断面図である。

【００３９】光源４のチップ状の半導体発光素子９から
出射された光は、図２の点線で示す凹部７を通って発光
面４ａより出射される。その際、光源４の最大開口は凹
部７の縁により定まり、発光面４ａから出射された光は
対向する導光板５の入射面部５ａに入射する。

【００４０】導光板５の入射面部５ａから入射した光
は、スネルの法則から導光板５の光屈折率ｎに応じて０
≦α≦±sin ^-1（１／ｎ）を満たす入射角αの範囲で進
行する。例えば導光板５の材質としてアクリル樹脂を用
いた場合には、光屈折率ｎ＝１．４９での臨界角はφ＝
±４２°となる。

【００４１】従って、導光板５の傾斜辺部５ｂに入射す
る入射角βが（π／２）−φ＝４８°以下で全反射とな
る。また、同様に傾斜辺部５ｂで反射した光は、傾斜辺
部５ｃに入射する入射角βが（π／２）−φ＝４８°以
下で全反射となる。

【００４２】同様に、導光板５の表面部５ｅや裏面部５
ｆに入射する光も入射角が４８°以下で全反射となり、
裏面部５ｆで全反射された光は表面部５ｅから出射し、
表面部５ｅで全反射した光は裏面部５ｆに出射するが、
図１に示すケース６の平坦面６ｅによって反射され表面
部５ｅから出射する。

【００４３】さらに、導光板５の傾斜辺部５ｃで全反射
（２回）して表面部５ｅに対し略平行に直進された光
は、反入射面部５ｄに進み、ケース６の反射面をなす垂
直面６ｃにより反射して再度導光板５に戻され、反射等
の繰り返しを行い最終的には表面部５ｅから出射する。

【００４４】また、実際の導光板５の表面部５ｅや裏面
部５ｆには、図示しないが使用目的に合わせて梨地や円
弧等の凹凸状の加工が施してあるため、表面部５ｅや裏
面部５ｆで出射した光は、散乱や拡散を行い表面部５ｅ
に均一な光を出射する。

【００４５】このように、本発明の面光源装置は、従来
の面光源装置のように光源４からの光が直接導光板５の
表面部５ｅに到達せず、光源４側近くでの照明斑が無い
ので、眩しく無く、目に優しい均一な面光源が得られ
る。しかも、遮光フィルムや反射フィルム等の必要がな
くなる。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
の発明によれば、導光板の少なくとも一端部に厚さの略
２倍を底辺とする二等辺三角柱部が一体形成され、光源
が導光板の裏面側に位置し、かつ導光板における二等辺
三角柱部の底辺に発光面を対向させて配設することがで
きるので、装置の小型化が図れる。しかも、光源からの
光が直接導光板に入射せず、導光板に導光するのに二等
辺三角柱部で全反射を二度行う事ができるので、光源近
傍での遮光フィルムの必要性が無く、材料や作業工数の
低減によりコスト軽減を図れるとともに、照明斑ができ
ず眩しくない均一な面光源が得られる。

【００４７】請求項２の発明によれば、ケースが遮光性
及び反射性を有する樹脂からなり、導光板の二等辺三角
柱部を収容するように導光板の厚さと同等の幅で裏面か
ら表面に抜ける一開口部が形成され、導光板の出射面以
外を覆うようにして導光板が搭載されるので、導光板の
裏面側に設けた光源からの漏光を遮光できるとともに、
導光板の側面部や二等辺三角柱部の略上半分で全反射せ
ずに出射した光を再度導光板や二等辺三角柱部に反射す
ることができる。しかも、二等辺三角柱部の略下半分を
ケースの裏面側に出せるので、反射用フィルムや遮光フ
ィルム等が不要となり、コストの低減が図れるとともに
光源を基板に実装でき、さらに面光源装置及び導光板等
の装着や交換を容易に行うことができる。

【００４８】請求項３の発明によれば、ケースの開口部
が導光板における二等辺三角柱部の傾斜辺部と対向した
内向のテーパ面を有するので、二等辺三角柱部での外部
に漏れた光を反射し、再度導光板に入射することがで
き、光源からの光を無駄無く導光板に導くことができ
る。

【００４９】請求項４、５の発明によれば、導光板の表
面及び又は裏面が凸状又は凹状に形成され、この凸状又
は凹状のパターンは、光源からの距離に反比例した密度
で形成されているので、導光板の表面で散乱及び反射を
することができ、面全体が均一の光を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る面光源装置の全体構成を示す側断
面図

【図２】図１の導光板に於ける進行光の側面図

【図３】従来の面光源装置の導光板に於ける進行光の側
面図

【符号の説明】

１…面光源装置、４…光源、４ａ…発光面、５…導光
板、５Ａ…二等辺三角柱部、５ａ…入射面部、５ｂ，５
ｃ…傾斜辺部、５ｄ…反入射面部、５ｅ…表面部、５ｆ
…裏面部、６…ケース、６ａ…開口部、６ｂ…テーパ
部、６ｃ…垂直面（反射面）、６ｄ…表面、６ｅ…平坦
面、８…反射ケース、９…半導体発光素子、β…入射
角。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定色の光を出射する半導体発光素子を
   有する光源と、該光源からの光を表面から出射する導光
   板と、前記光源及び前記導光板を保持するケースとから
   なる面光源装置において、 前記導光板は、厚さの略２倍を底辺とする二等辺三角柱
   部が少なくとも一側端部に形成されており、 前記光源は、前記導光板の裏面側に位置し、かつ該導光
   板の前記二等辺三角柱部の底辺に発光面が対向して配設
   されたことを特徴とする面光源装置。
2. 【請求項２】 前記ケースは、遮光性及び反射性を有す
   る樹脂からなり、前記導光板を搭載して該導光板の出射
   面以外を覆うとともに、前記二等辺三角柱部を収容する
   ように前記導光板の厚さと同等の幅で裏面から表面に抜
   ける少なくとも一開口部が形成された請求項１記載の面
   光源装置。
3. 【請求項３】 前記ケースの開口部は、前記導光板の前
   記二等辺三角柱部の傾斜辺部と対向して内向のテーパ面
   を有する請求項２記載の面光源装置。
4. 【請求項４】 前記導光板は、表面及び又は裏面が凸状
   又は凹状に形成されている請求項１〜３の何れかに記載
   の面光源装置。
5. 【請求項５】 前記導光板の凸状又は凹状のパターン
   は、前記光源からの距離に反比例した密度で形成されて
   いる請求項４記載の面光源装置。