JPWO2011055795A1 - 面状光源装置およびこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、額縁を大きくすることなく、面内輝度均一性、光利用効率を高く保った面状光源装置およびこれを用いた表示装置を提供することを目的とする。本発明にかかる面状光源装置は、点状光源７と、点状光源７を配置する位置であって一側面である第１の側面４ａの近傍に孔６を有する、導光板４とを備え、導光板４の第１の側面４ａは、孔６の近傍において、導光板４の表面と平行に切った断面形状がのこぎり形状の、プリズム１００を有する。

Description

本発明は、点状光源によって照射する面状光源装置およびこれを用いた表示装置に関する。

従来の面状光源装置は、特許文献１に示すように、導光板には孔部が形成され、孔部中央にはＬＥＤが配設されている。この構成により、ＬＥＤからの光を効率的に導光板に入射することができ、表示面の輝度を向上させることができる。

特開２００４−３５５８８９号公報

しかしながら、特許文献１に示されたバックライトユニットおよび面状光源装置では、導光板端に点状光源からの光を全反射するＶ字形状を形成する必要があるため、点状光源から導光板端までの距離が長くなってしまっていた。また、点状光源からの光が導光板で伝播せずに出射面より出射する輝度の高い領域をリフレクタで遮光する必要があった。これらの理由により、面状光源装置の額縁が大きくなるという問題があった。

本発明は、額縁を大きくすることなく、面内輝度均一性、光利用効率が高い面状光源装置およびこれを用いた表示装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる面状光源装置および表示装置は、点状光源と、前記点状光源を配置する位置であって、一側面の近傍に孔を有する、導光板とを備え、前記導光板の前記一側面は、前記孔の近傍において、前記導光板の表面と平行に切った断面形状がのこぎり形状である、プリズムを有する。

また、本発明にかかる表示装置は、一面に発光面を有する点状光源と、前記点状光源を収納する孔を一側面の近傍に有する、導光板とを備え、前記発光面からの光を前記一側面に向かわせるように、前記発光面を前記一側面に対向させて配置させ、前記一側面に、導光板の表面と平行に切った断面形状が凹形状である複数の凹部を有する。

本発明にかかる面状光源装置および表示装置によれば、点状光源と、前記点状光源を配置する位置であって、一側面の近傍に孔を有する、導光板とを備え、前記導光板の前記一側面は、前記孔の近傍において、前記導光板の表面と平行に切った断面形状がのこぎり形状である、プリズムを有することにより、一側面に達した光をプリズムにより屈折させることができるため、額縁を大きくすることなく、面内輝度の均一性、光の利用効率を高くすることが可能となる。

また、本発明にかかる面状光源装置および表示装置によれば、一面に発光面を有する点状光源と、前記点状光源を収納する孔を一側面の近傍に有する、導光板とを備え、前記発光面からの光を前記一側面に向かわせるように、前記発光面を前記一側面に対向させて配置させ、前記一側面に、導光板の表面と平行に切った断面形状が凹形状である複数の凹部を有することにより、点状光源からの光が導光板で伝播せずに出射面より出射する輝度の高い光を防止し、一側面に達した光を凹部により屈折させることができるため、額縁を大きくすることなく、面内輝度の均一性、光の利用効率を高くすることが可能となる。

この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

実施の形態１に係る面状光源装置の分解斜視図である。 実施の形態１に係る面状光源装置の正面図である。 実施の形態１に係る面状光源装置の要部の正面図である。 実施の形態１に係る面状光源装置の光源配光図である。 実施の形態１に係る面状光源装置の断面図である。 実施の形態２に係る面状光源装置の要部の正面図である。 実施の形態３に係る面状光源装置の正面図である。 実施の形態３に係る面状光源装置の要部の正面図である。 実施の形態３に係る面状光源装置の要部の正面図である。 実施の形態３に係る面状光源装置の要部の断面図である。 実施の形態３の変形例である面状光源装置の要部の正面図である。

＜Ａ．実施の形態１＞
＜Ａ−１．面状光源装置の構成＞
本発明にかかる面状光源装置の構成について図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を用いたものは、実質的に同様の構成を示す。

図１は、面状光源装置の各構成要素の分解斜視図であり、図２は、出射方向である出射面（表面）側から見た面状光源装置の全体図である。

図１および図２に示すように、実施の形態１における面状光源装置は、光を面状に導き出射面から出射する導光板４を備えており、また、開口部２を有する筐体１０内にその導光板４を配設する。この導光板４は、開口部２を持つ面の方向（出射方向）へ光を出射するよう光を伝播させる。また、筐体１０の開口部２を有する面とは対向する筐体１０の底面に形成した収納部に、ＬＥＤ基板８と点状光源７とを配置する。

図１に示すように、導光板４の出射面側には光学シート３を配置する。また、導光板４の出射面と反対側の面である反出射面と、出射面の側面であって点状光源７の近傍に位置する第１の側面４ａ（図２参照）と、第１の側面４ａと対峙する第２の側面４ｂ（図２参照）と、第１の側面４ａと垂直をなす第３の側面４ｃおよび第４の側面４ｄ（図２参照）とには、光を反射する反射シート５が設けられている。すなわち、本実施の形態１に係る面状光源装置は、光を導光板４の出射面から効率よく出射するようにするため、導光板４の反出射面および導光板４のそれぞれの側面に反射シート５を配置している。反射シート５は、ＰＰまたはＰＥＴに硫酸バリウムまた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られている。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％以上であることが好ましい。また、複数の反射シート５を重ねることにより反射率を向上させ、面状光源装置の出射面での輝度を向上させることができる。

筐体１０の内部を白色等とし反射率を高めることで、より一層内部での反射率がよくなり、光の損失が少なくなり、光利用効率が向上することができるため好ましい。また、反射シート５を省くことが可能になり、部品点数が減りコストダウンすることができるため好ましい。

導光板４上に配置した光学シート３は、レンズシートを拡散シートで挟み込んだ構造（図示せず）となっている。また、輝度の向上が必要な場合には、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る。さらに、拡散シートによる拡散性を向上させる場合には、２枚以上の拡散シートを用いてもよい。レンズシートの配光特性によっては、１枚の使用でもいし、使用しなくとも良い。さらに光学シート３には、保護シートや偏光反射シートを組み合わせてもよい。なお、光学シート３の構成は、求める輝度や配光特性等を鑑みて適宜考慮することができる。

点状光源７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）などの点状光源を用いる。本実施の形態１においては、点状光源７は光源基板にＬＥＤを実装しているＬＥＤ光源を用いる。ＬＥＤには、青色等の単色を発光する半導体発光素子、半導体発光素子から発せられた青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などがある。また、ＲＥＤ（赤色）、ＧＲＥＥＮ（緑色）、ＢＬＵＥ（青色）の半導体発光素子を揃え、３つの単色光の合成で白色光を発光するＬＥＤがある。本実施の形態においては、擬似白色ＬＥＤを用いている。

なお、実施の形態１に用いたＬＥＤ基板８は点状光源７を保持するとともに、点状光源７に電力を供給するための回路パターンが形成されている。また、メタルコア（Ｍｅｔａｌ Ｃｏｒｅ；以下、ＭＣと称する）基板であるＬＥＤ基板８に実装することで、点状光源７から発せられる熱を効率よく周囲に伝えることができる。ＬＥＤ基板８として、厚さが薄いＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ Ｃｉｒｃｉｔ）に実装することで、点状光源７からの熱をさらに効率よく周囲に伝えることができるとともに、面状光源装置の外形サイズを小さくすることができる。

このような構成の面状光源装置上には表示素子（図示せず）が配置されている。この表示素子には、液晶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ている。本実施の形態１では、表示素子として液晶表示パネルを用いる。

液晶表示パネルにおいては、基板上にカラーフィルター、遮光層、対向電極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（以下、ＴＦＴと称する）、画素電極等が形成されたＴＦＴ基板とが対向して配置されている。また、両基板の間隔を保持するためのスペーサと、カラーフィルター基板、ＴＦＴ基板を張り合わせるためのシール材とが備えられ、カラーフィルター基板とＴＦＴ基板との間に狭持される液晶が備えられている。また、液晶を注入する注入口の封止材と、液晶を配向させる配向膜と、偏光板とが備えられている（以上図示せず）。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って液晶層の配光を変化させ（図示せず）、液晶表示パネルに入射した光を映像信号にあわせて変調し、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、又は青色（Ｂ）として表示する。

＜Ａ−１−１．導光板４の構成＞
図２に示すように、導光板４は、平面視矩形の平板状をなすものであり、出射面と、出射面と対峙する反出射面と、出射面と反出射面に垂直で点状光源７近傍の一側面である第１の側面４ａと、第１の側面４ａと対峙し対をなす第２の側面４ｂと、第１の側面４ａと垂直をなしそれぞれ対峙する第３の側面４ｃ、第４の側面４ｄとにより形成される。

導光板４は、透明なアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどで構成されている。また、導光板４の反出射面には、光の伝搬方向を乱して、出射面に光を導くための光散乱部（図示せず）が形成されている。この光散乱部は、光を導光板４の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、反出射面にドット印刷を印刷する方法、反出射面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凹凸を形成する方法などがある。

導光板４の出射面に光散乱部を設けてもよい。出射面を粗面化してシボ面を形成する、または微小な球面や凹凸を形成することにより、導光板４の反出射面に反射する手段を設けた場合と同様の効果を得ることができる。すなわち、導光板４の出射面に到達した光は、出射面の光散乱部によって光の伝搬方向が散乱される。その結果、出射面に入射した光の一部は導光板４の内部に向かって反射されるとともに、それ以外の光は出射面を介して導光板４の外部に出射される。従って、仮に導光板４の出射面のみに反射する手段を形成し、反出射面に反射する手段を設けない場合であっても、反出射面に設けたドットパターンのような反射機能を有することができる。

導光板４は、点状光源７を配置する位置に孔６を有している。本実施の形態１では、孔６は点状光源７を内含しており、導光板４の底面である反出射面（裏面）と出射面（表面）との間を貫通している。なお、孔６の断面形状は、円、四角、楕円、長穴または六角形等の任意の形状から選択できるが、本実施の形態１では断面形状が円形の孔とする。また、孔６は導光板４の第１の側面４ａと、第１の側面４ａ近傍の筐体１０の開口部２端との間に配置する。これにより、孔６から出射面に直接漏れる光を抑制することができるため、輝度ムラが少なくなり望ましい。また、孔６の内周面は散乱を防ぐことができる凹凸がない鏡面であることが望ましい。

また、導光板４の出射面側の少なくとも孔６の位置に反射部（図示せず）を設けることで、点状光源７の直上からの出射光を反射するため光利用効率が向上する。

また、孔６を、導光板４の反出射面と出射面との間で貫通させず、導光板４の反出射面からの導光板４内部の所定厚さまで形成する場合には、点状光源７の直上に位置する孔６の出射面側に反射板（図示せず）を設けることで、点状光源７から筐体１０の開口部２に直接届く光を導光板の出射面に設けた反射部に比べて小さい面積の反射板で遮光できるので好ましい。また、図５に示すように、導光板４の反出射面側に、底面を第２凸部である凸部６ｂとした所定厚さまでの孔を設け、点状光源７を収納させることもできる。ここで凸部６ｂは、反出射面側に突出する凸形状である。図５では、図の上方向が光の出射方向であるが、導光板４の出射面側の凸部６ｂを底面に有する孔に対向する位置には、二つの頂角が異なる円錐形状の凹部６ａが形成されている。図５に示すような、特別な配光を有しない光源（完全拡散光など）を用いた場合でも効率よく導光板に光源からの光を入射させることができ、面状輝度をより増加させることができる。

本実施の形態１では、導光板４の形状は平面視矩形の一例として長方形状のものを用いたが、本発明はこれに限られず、導光板４の形状が点状光源７から離れるに従い板厚が薄くなるくさび形状であっても良い（図示せず）。導光板４をくさび形状とすることで、伝搬する光を効率よく出射面に導くことができる。そのため、導光板４の側面に設けた反射シート５により、反射される光の量が減少するので、側面の反射シート５で生じる反射損失を減らすことができ、出射面での出射量が増加することになる。

＜Ａ−１−２．プリズム１００の構成＞
図３に導光板４の第１の側面４ａの要部拡大図を示す。図３は導光板４の表面と平行に切った断面形状を示したものでもあり、図の左側に位置する領域に導光板４、右側に位置する領域に空気層をそれぞれ示している。それらの境界にあたる導光板４の第１の側面４ａには、プリズム１００（のこぎり状の凹凸形状）が形成されている。図３に示すように、プリズム１００は第１の側面４ａの孔６の近傍に形成される。ここで、光の出射方向は、図２における方向と同様であり、紙面手前向きである。第１の側面４ａに形成されたプリズム１００は、導光板４の出射面と反出射面を結ぶ方向に平行な稜線を有する。

図３に示す出射面と平行な方向の断面形状において、第１の側面４ａののこぎり形状の頂角を角ｂ（のこぎり形状の稜線の頂角部）、のこぎり形状の谷から点状光源７から遠い側ののこぎり形状の頂点へ向かう辺Ｂと第１の側面４ａの平面（辺Ａ）との間の角を角ａ、のこぎり形状の谷から点状光源７に近い側ののこぎり形状の頂点に向かう辺Ｃと辺Ａとの間の角を角ｃとする。なお、辺Ａはのこぎり形状の谷を結ぶ辺である。

角ｃは直角が好ましいが、導光板４製造時の成形性、離剥性から約８０°にするとよりよい。また凹凸形状のピッチは、導光板４の成形性、離剥性や導光板４のサイズが大きくなることを防止するため０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下にすることが好ましい。

図３において、点状光源７から第１の側面４ａに向かう光が辺Ｂに対する入射点に向かう線と、点状光源７から第１の側面４ａに垂直に向かう線との間の角度、すなわち第１の側面４ａに対する入射角を、図の様に角度θと定義する。なお、図３では点状光源７より下側についても同様に、すなわち上下対称に定義される。

本実施の形態１に係る面状光源装置では、角ａは、角ａ≒角度α−角度θとの関係を満たすように形成される。ここで角度αとは、辺Ｂに対応する斜面に対する、点状光源７からの光の入射角度である。角度αは、辺Ｂに対応する斜面に到達した光が全反射するように、導光板４の屈折率をｎとした場合に、角度α＞ｓｉｎ−１（１／ｎ）を満たすように設定され、上記の関係式と併せて、角ａ＋角度θ＞ｓｉｎ−１（１／ｎ）と表すことができる。角度θに対して角ａを上記のように設定することにより、辺Ｂの傾斜角ａは点状光源７から遠くなるほど小さいものとなり、また辺Ｂへの光の入射角がプリズム１００における入射点の位置によらず均一になるように角ａを決定することができる。

導光板４の材料として屈折率ｎ＝１．４９のアクリルを用いる場合、角度αは上記の式から４２．１６°より大きくする必要があることが分かる。本実施の形態１では、十分な反射特性を得るために、角度αは４５°±２°とする。

なお、プリズム１００を形成する領域は、導光板４の屈折率をｎとしたとき、θ≦±ｓｉｎ−１（１／ｎ）を満たす範囲の第１の側面４ａとする。当該範囲外においては、角ａが０°で全反射が起こり、プリズム１００を形成する必要はないからである。

＜Ａ−２．動作＞
次に面状光源装置の動作について、図３を用いて説明する。面状光源装置は、点状光源７から発した光を、導光板４を通して拡散させ、導光板４の出射面において均一な光分布を形成し、筐体１０に設けられた開口部２から照射することで、その上に配置された表示素子（図示せず）を用いて画像等を表示するものである。以下では特に、導光板４において、前述の第１の側面４ａにプリズム１００を形成した場合の光の経路について説明する。

点状光源７の発光部から出射された光は、導光板４の孔６の内面より導光板４に入射する。入射した光のうちで第１の側面４ａに達した光は、第１の側面４ａに形成されたプリズム１００の、のこぎり形状の辺Ｂに入射角度αで入射する。

本実施の形態１では、導光板４の材料を屈折率１．４９のアクリルを用いた場合を考えており、入射角度α（４５°±２°）で入射した光は辺Ｂにおいて全反射する。全反射した光は辺Ｃにおいて屈折しながら空気層に出射され、点状光源７から遠ざかる方向ののこぎり形状の山の辺Ｂに入射する。入射した光は辺Ｂにおいて屈折し、再び導光板４内を伝播する。

よって、プリズム１００に入射した光は導光板４の中心方向に屈折され、またプリズム１００が形成されない側面に到達した光も導光板４と導光板４の周囲の空気層との境界で全反射等して、導光板４から漏れることなく伝播する。

導光板４内を伝播する光が導光板４の反出射面に施されたドット印刷（図示せず）に到達すると、拡散反射されて光の伝播方向が変化する。この伝播の変化によって、光は導光板４と導光板４の周囲の空気層との境界で臨界角の条件を満たさなくなり、導光板４の出射面から出射される。

図４に示すように、本実施の形態１における点状光源７は、中心軸に対して鉛直方向から右回りを正として、出射光の角度が±８０°において光度が最大値になる配光分布を有するものである。このような点状光源７を用いた場合には、導光板４の孔６の内面に入射する光の入射角で光度が最大である角度は入射角度１０°となる。よって、点状光源７からの多くの光は導光板４の孔６内面に略垂直に入射し、孔６内面で表面反射することなく、孔６の出射面側に設けた反射板に反射する光を少なくすることができるために効率的に入射が行える。

＜Ａ−３．効果＞
本発明にかかる実施の形態１によれば、面状光源装置において、点状光源７と、点状光源７を収納する孔６を一側面である第１の側面４ａの近傍に有する、平面視矩形の導光板４とを備え、導光板４の第１の側面４ａは、孔６の近傍において、導光板４の表面と平行に切った断面形状がのこぎり形状である、プリズム１００を有することで、額縁を大きくすることなく第１の側面４ａに達した光をプリズム１００により屈折させ、再び導光板４を伝播させることができるため、第１の側面４ａから光が出射し、近接する反射シート５において反射される光を大幅に抑制し、面内輝度の均一性、光の利用効率を高くすることが可能となる。

また、第１の側面４ａで反射した点状光源７からの光が、プリズム１００において導光板４の孔６から離れる方向に反射されるため、第１の側面４ａで反射された光が導光板４の孔６に入射し、入射した光が乱反射して導光板４の孔６近傍から再び出射されることを減らすことができ、より輝度が向上し、また輝度ムラを軽減することができる。

また、本発明にかかる実施の形態１によれば、面状光源装置において、プリズム１００はのこぎり形状の谷から点状光源７から遠ざかるのこぎり形状の山へ向かう斜面の傾斜角度が、のこぎり形状の谷から、点状光源７に近づくのこぎり形状の山へ向かう斜面の傾斜角度より小さいことで、点状光源７から辺Ｃに入射する光の量を減らすことができるので、光の伝播効率を高めることができる。

また、本発明にかかる実施の形態１によれば、面状光源装置において、プリズム１００は、のこぎり形状の谷から点状光源７から遠ざかるのこぎり形状の山へ向かう斜面に対応する辺Ｂの傾斜角度である角ａが、点状光源７から遠いほど小さいことで、辺Ｂに対する光の入射角度αが均一になるように保たれ、辺Ｂにおいて全反射した光をのこぎり形状において屈折させ、効率的に導光板４に光を回収させることができる。

また、本発明にかかる実施の形態１によれば、面状光源装置において、プリズム１００は、のこぎり形状の谷から点状光源７に近づくのこぎり形状の山へ向かう斜面に対応する辺Ｃの傾斜角度である角ｃが、略８０°であることで、第１の側面４ａから空気層に出射される光が減少するため、効率的に輝度を向上させることができる。

また、本発明にかかる実施の形態１によれば、面状光源装置において、プリズム１００は、点状光源７から放出される光の、導光板４の一側面である第１の側面４ａへの入射角を入射角度θとし、導光板４の屈折率をｎとしたとき、θ≦±ｓｉｎ−１（１／ｎ）を満たす範囲の第１の側面４ａに形成されることで、第１の側面４ａから空気層に出射される光が減少し、またプリズム１００が形成される範囲外においては、点状光源７からの光が第１の側面４ａにおいて全反射するため、効率的に輝度を向上させることができる。

また、本発明にかかる実施の形態１によれば、面状光源装置において、プリズム１００は、点状光源７から放出される光の、導光板４の第１の側面４ａへの入射角を入射角度θとし、導光板４の屈折率をｎとし、のこぎり形状の谷から点状光源７から遠ざかるのこぎり形状の山へ向かう斜面の傾斜角度ａとしたとき、ａ＋θ＞ｓｉｎ−１（１／ｎ）を満たすことで、辺Ｂにおいて全反射した光をのこぎり形状において屈折させ、効率的に導光板４に光を回収させることができる。

また、本発明にかかる実施の形態１によれば、面状光源装置において、孔６は、導光板４の表面と裏面とを貫通する孔であることで、点状光源７を配置する空間を形成でき、点状光源７からの光を効率的に導光板４に入射させ、光の伝播効率を高めることができる。

また、本発明にかかる実施の形態１によれば、面状光源装置において、孔６は、導光板４の裏面から導光板４の所定厚さまで形成され、所定厚さでの底面に第２凸部である凸部６ｂを有し、導光板４の表面における孔６に対向する位置に、円錐形状の凹部６ａをさらに備えることで、点状光源７からの光を効率的に導光板４に入射させ、光の伝播効率を高めることができる。

また、本発明にかかる実施の形態１によれば、表示装置において、上記の面状光源装置を備えることで、導光板４の側面に達した光をプリズム１００により屈折させることができるため、額縁を大きくすることなく、面内輝度の均一性、光の利用効率を高くすることが可能となる。

＜Ｂ．実施の形態２＞
＜Ｂ−１．構成＞
本実施の形態２にかかる、面状光源装置の構成について、以下に説明する。導光板４の孔６の断面形状、第１の側面４ａののこぎり形状に関する部分以外は、実施の形態１における場合と同様であるので、それらについての詳細な説明は省略する。ここで孔６は、実施の形態１における場合と同様に、導光板４の表面と裏面とを貫通する場合、および裏面から所定厚さまでに形成され、導光板４の表面において、その孔６に対向する位置に円錐形状の凹部６ａを備える場合（図５参照）も、本実施の形態２に適用可能である。

図６に実施の形態２にかかる面状光源装置の正面図を示す。以下に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。

＜Ｂ−１−１．孔６の構成＞
実施の形態１では導光板４の孔６の出射面と平行方向の断面は円形であるが、実施の形態２においては、図６に示す様にする。すなわち、図６に示す様に、点状光源７から第１の側面４ａへの垂直な線と点状光源７からの光の入射点までを結ぶ線との間でなす角（入射角度θ）が−４５°から＋４５°の範囲において、導光板４の孔６の内面、すなわち孔６の側面を規定する導光板４の壁面に、第１凸部である凸部１２が形成されており、孔６の断面形状が図に示すように変形する。ここで、本実施の形態２における凸部１２を形成する範囲を、−４５°≦θ≦４５°としたのは、導光板４の材料として屈折率ｎ＝１．４９のアクリルを用いた場合に、θ≦±ｓｉｎ−１（１／ｎ）を満たすように設定したためである。

凸部１２は孔６の内面において孔６の中心方向である点状光源７側に突出し、中央部の厚みが厚い凸レンズであって、点状光源７の発光中心を焦点とする。しかしながら、凸部１２の焦点を点状光源７の発光中心として設定すると、凸部１２の厚みが厚くなり、また導光板４の円形の孔６と凸部１２との接続部が鋭角になることより成型しにくくなる。よって、凸部１２の焦点を点状光源７の発光中心よりも第１の側面４ａと対向する他の側面としての第２の側面４ｂ側に設定することで、凸部１２の厚みを薄くすることができるとともに、孔６内面と凸部１２との接続部が鋭角になることを防止でき成型を容易にすることもできる。

なお、凸部１２の形状は、凸部１２の曲面のコーニック定数Ｋが、−１＜Ｋ≦０を満たす双曲面で形成する。また、凸部１２をコーニック定数Ｋ＝０を満たす円の曲面の一部で形成させることで、凸部１２の厚みを薄く形成することもできる。

このような構成により、導光板４の孔６内面の凸部１２に入射する光は、凸部１２の曲面によって導光板４の第１の側面４ａに対し垂直の方向に屈折し、第１の側面４ａに形成されたプリズム１０１に略垂直に入射する。

図５の形状における場合であれば、二つの円錐形状の凹部６ａの内面において同様の凸部１２を形成し、凸部１２はθ≦±ｓｉｎ−１（１／ｎ）を満たすように形成されている。図６に示すような、特別な配光を有しない光源（完全拡散光など）を用いた場合でも、効率よく導光板４に光を入射させることができ、面状輝度をより増加させることができる。

＜Ｂ−１−２．プリズム１０１の構成＞
図６に導光板４の第１の側面４ａの要部拡大図（断面図）を示す。図６では、図の左側に位置する領域に導光板４、右側に位置する領域に空気層をそれぞれ示している。それらの境界にあたる、導光板４の第１の側面４ａにはプリズム１０１（のこぎり状の凹凸形状）が形成されている。ここで、光の出射方向は、図２における方向と同様であり、紙面表向きである。第１の側面４ａに形成されたプリズム１０１は、導光板４の出射面と反出射面を結ぶ方向に平行な稜線を有する。

図６に示す出射面と平行な方向の断面形状において、第１の側面４ａののこぎり形状の頂角を角ｂ（のこぎり形状の稜線の頂角部）、のこぎり形状の谷から点状光源７から遠い側ののこぎり形状の頂点へ向かう辺Ｂと辺Ａとの間の角を角ａ、のこぎり形状の谷から点状光源７に近い側ののこぎり形状の頂点に向かう辺Ｃと辺Ａとの間の角を角ｃとする。なお、辺Ａはのこぎり形状の谷を結ぶ辺であり、図６に示すように第１の側面４ａの平面とは異なる。

角ｃは直角が好ましい。また、第１の側面４ａに入射される光は、凸部１２の曲面によって略垂直の方向（入射角度が略０°）に屈折されるため、実施の形態１における関係式に従って角ａ＞ｓｉｎ−１（１／ｎ）を満たすように角ａを設定する必要がある。よって、導光板４の材料として屈折率ｎ＝１．４９のアクリルを用いた場合、角ａは４２．１６°より大きくする必要がある。なお、導光板４の孔６の凸部１２により光の屈折で点状光源７から第１の側面４ａに向かう光が、第１の側面４ａに対して十分に垂直でない場合のために、角ａは５０°以上とすることが好ましい。また凹凸形状のピッチは、導光板４の成形性、離剥性や導光板４のサイズが大きくなることを防止するため０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下にすることが好ましい。

＜Ｂ−２．動作＞
次に面状光源装置の動作について、以下説明する。実施の形態１と同様、面状光源装置は、導光板４を用いて均一な光分布を形成し、表示素子を用いて画像等を表示するが、その中で特に、導光板４の孔６の凸部１２および第１の側面４ａに形成されたプリズム１０１を介する光の経路について説明する。

図６は導光板４の孔６に設けた凸部１２、および第１の側面４ａののこぎり形状を示し、点状光源７から出射された光の経路について示している。点状光源７の発光部から出射された光は、導光板４の孔６の内面から導光板４に入射する。とくに、導光板４の孔６の凸部１２より入射した光は、凸部１２の曲面により第１の側面４ａに対して略垂直方向に屈折される。この屈折した光は、第１の側面４ａに形成されたのこぎり形状の辺Ｂに、入射角度αで入射する。

本実施の形態２では、導光板４の材料を屈折率１．４９のアクリルを用いた場合を考えており、入射角度α（５０°以上が望ましい）で入射した光は辺Ｂにおいて全反射（第１の側面４ａに略平行な方向に反射）する。全反射した光は辺Ｃより屈折しながら空気層に出射され、点状光源７から遠ざかる方向ののこぎり形状の山の辺Ｂに入射する。入射した光は屈折し、再び導光板４内を伝播する。

よって、プリズム１０１に入射した光は導光板４の中心方向に屈折されるため、点状光源７近傍の第１の側面４ａから空気層に漏れる光は減少し、反射シート５において光が反射され減少することが抑制されるので、光の利用効率が向上する。

＜Ｂ−３．効果＞
本発明にかかる実施の形態２によれば、面状光源装置において、孔６の側面を規定する導光板４の壁面は、一側面である第１の側面４ａ側において、孔６の中心方向に向かう第１凸部である凸部１２を有することで、凸部１２の曲面において屈折した光が第１の側面４ａに対して略垂直に入射するため、凹凸形状における辺Ｂへの入射角度が第１の側面４ａでの位置に関わらず均一となり、第１の側面４ａに形成するプリズム１０１の形状を簡便なものにすることができる。よって、プリズム１０１の金型の加工が間単に行うことが可能で、金型コストを低くすることができる。

また、凸部１２で第１の側面４ａに垂直な方向に光を屈折させるため、プリズム１０１の凹凸形状における辺Ｃに入射する光を減らすことができ、効率よく光を反射できる。

また、本発明にかかる実施の形態２によれば、面状光源装置において、プリズム１０１は、のこぎり形状の谷から点状光源７に近づくのこぎり形状の山へ向かう斜面に対応する辺Ｃの傾斜角度である角ｃが、略９０°であることで、第１の側面４ａから空気層に出射される光が減少するため、効率的に輝度を向上させることができる。

また、本発明にかかる実施の形態２によれば、面状光源装置において、凸部１２は、点状光源７から放出される光の、導光板４の第１の側面４ａへの入射角を入射角度θとし、導光板４の屈折率をｎとしたとき、θ≦±ｓｉｎ−１（１／ｎ）を満たす範囲の孔６の側面に形成されることで、第１の側面４ａから空気層に出射される光が減少し、また凸部１２が形成される範囲外から出射した光については、第１の側面４ａにおいて全反射するため、効率的に輝度を向上させることができる。

また、本発明にかかる実施の形態２によれば、面状光源装置において、凸部１２は、点状光源７の発光中心を焦点とする凸レンズであることで、点状光源７から出射した光を、第１の側面４ａに対して略垂直に入射する方向に屈折させることができる。

また、本発明にかかる実施の形態２によれば、面状光源装置において、凸部１２は、点状光源７の発光中心より導光板４の第１の側面４ａと対向する第２の側面４ｂ側の位置を焦点とする凸レンズであることで、凸部１２の厚みを軽減し、また孔６内面と凸部１２との接続部が鋭角になることを防止することができる。

また、本発明にかかる実施の形態２によれば、面状光源装置において、凸レンズは、その曲面形状のコーニック定数Ｋが、−１＜Ｋ≦０を満たすことで、凸部１２の厚みを薄く形成することができる。

また、本発明にかかる実施の形態２によれば、面状光源装置において、凸レンズは、その曲面形状のコーニック定数Ｋが、Ｋ＝０を満たすことで、凸部１２の厚みを薄く形成することができる。

＜変形例＞
導光板４の孔６に形成した凸部１２をプリズムとしてもよい（図示せず）。点状光源７から出射した光がこのプリズムにより第１の側面４ａに垂直な方向に屈折するように、プリズムの角度を適宜調整することができる。

＜Ｃ．実施の形態３＞
＜Ｃ−１．構成＞
本実施の形態３にかかる、面状光源装置の構成について、以下に説明する。実施の形態１、２と同じ符合は同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。

＜Ｃ−１−１．点状光源７の構成（サイドビューＬＥＤ）＞
図７は、実施の形態３にかかる面状光源装置の正面図である。図８は、図７の点状光源７近傍の要部拡大図であり、図９は、図７の点状光源７間の要部拡大図である。また図１０は、図７のＡ−Ａ断面図を示している。

実施の形態３に用いる点状光源７は、図１０に示すように、略立方体で形成され、ＬＥＤ基板８と対峙する面（ＬＥＤ基板８と電気的に接続するための面）と垂直をなす面のうち、一面に発光面７１を備えるサイドビュー型ＬＥＤを用いる。なお、このサイドビュー型ＬＥＤは、出射面および反出射面に発光面を備えておらず、出射面および反出射面に光を出射しない。

また、点状光源７は導光板４の孔６内に配置し、発光面７１からの光が第１の側面４ａに向かうように発光面７１（図８参照）を導光板４の第１の側面４ａと対向するように配設する。このように配置することで、点状光源７より出射した光を、導光板４の孔６において、第１の側面４ａと対峙し、第１の側面４ａに最も近い面から入射し、第１の側面４ａ方向に向かわせることができる。

＜Ｃ−１−２．導光板４の構成＞
また、本実施の形態３における導光板４は、第１の側面４ａにＶ字形状の凹部を形成させている。図８を用いて、点状光源７近傍の導光板４の第１の側面４ａの形状を説明する。

実施の形態１では、孔６近傍の第１の側面４ａに、のこぎり形状であるプリズム１００を形成したが、本実施の形態３においては、導光板４の孔６近傍の第１の側面４ａに、出射面４ｅ（図１０参照）と平行に切った断面がＶ字の凹部である第１のＶ字形状２００（図８参照）、第２のＶ字形状３００（図９参照）を有している。

第１の側面４ａに形成された第１のＶ字形状２００は、導光板４の出射面４ｅと反出射面４ｆ（図１０参照）とを結ぶ方向に平行な稜線を有するＶ字の凹形状として構成される。図８に示すとおり第１のＶ字形状２００は、Ｖ字を形成する最も点状光源７に近い頂角を角ｄとし、角ｄから第１の側面４ａに向かう辺を辺Ｄ、辺Ｅとする。辺Ｄと第１の側面４ａの延長線とのなす角を角ｅ、辺Ｅと第１の側面４ａの延長線とのなす角を角ｆとする。ここで角ｄは、点状光源７から第１の側面４ａに向かう垂直な直線上に設けることが望ましい。また、角ｄを９０度とした場合、点状光源７からの光を効率よく第２の側面４ｃ、４ｄ方向に全反射させることができる。また、角ｅ、角ｆを同一とし、角ｄ、角ｅ、角ｆを結ぶ三角形を角ｄを頂角とする二等辺三角形とすると、点状光源７からの光を均等に第２の側面４ｃ、第４の側面４ｄ方向に向かわせることができる。また、図では辺Ｄ、辺Ｅは直線であるが、点状光源７からの光を効率よく屈折させるために曲線で形成させてもよい。

次に、図９を用いて複数配置した点状光源７間の導光板４に形成した第２のＶ字形状３００について説明する。本実施の形態３の導光板４は、第１の側面４ａであって、隣接する点状光源７間の中点Ｏ１を通る位置に、出射面と平行に切った断面がＶ字の凹部である第２のＶ字形状３００を備える。第２のＶ字形状３００は、凹部の頂角を角ｇとし、角ｇから第１の側面４ａに向かう辺を辺Ｆ、辺Ｇする。また、辺Ｆと第１の側面４ａの延長線とのなす角を角ｈ、辺Ｇと第１の側面４ａの延長線とのなす角を角ｉとする。角ｈ、角ｉを同一とすると、出射面４ｅの輝度ムラを抑制し、表示品位を確保することができる。また、角ｇ、角ｈ、角ｉを結ぶ三角形が、光源からの光を左右均等に配分するように二等辺三角形であることが望ましい。なお、角ｇ、角ｈ、角ｉの大きさは、点状光源７の位置、点状光源７から第１の側面４ａまでの距離、点状光源７間の距離等を鑑みて、任意に設定することができる。

また、図７に示すとおり、孔６の側面を規定する導光板４の壁面は、一側面である第１の側面４ａ側において、実施の形態２で説明した、孔６の中心方向に向かう第１凸部である凸部１２を有することで、凸部１２の曲面において、屈折した光を第１の側面４ａに対して略垂直に入射させることができる。また、第１の側面４ａと第２の側面４ｃ、４ｄ間（角部）には、面取り部４００を形成してもよい。

＜Ｃ−２．動作＞
本実施の形態３の面状光源装置は、一面に発光面７１（図１０参照）を持つ例えばサイドビュー型ＬＥＤである点状光源７を用いているため、発光面７１から発光した光は、孔６から入射して第１の側面４ａに向かう。孔６において、第１の側面４ａと対峙し、もっとも第１の側面４ａに近い凸部１２の内面より導光板４に入射する。入射した光は凸部１２により第１の側面４ａと略垂直をなす方向に屈折する。屈折した光は第１の側面４ａに到達し、第１のＶ字形状２００の辺Ｄまたは辺Ｅにおいて、空気層との境界で全反射される。一部の光は第１の側面４ａでさらに全反射する。さらに、一部の光は、点状光源７間に形成された第２のＶ字形状３００または、角部に形成された面取り部４００により、全反射して、導光板４の出射面方向に伝播し、導光板４と導光板４の周囲の空気層との境界で全反射を繰り返しながら導光板４内を伝播する。導光板４内を伝播する光は、導光板４の反出射面に施されたドット印刷（図示せず）に到達すると、拡散反射されて光の伝播方向が変化する。この伝播の変化によって、一部の光は導光板４と導光板４の周囲の空気層との境界で臨界角を満たさなくなり、導光板４の出射面から出射される。

＜Ｃ−３．効果＞
上記説明した通り、本実施の形態３の面状光源装置は、点状光源７として、一面に発光面７１を備える例えばサイドビュー型ＬＥＤを用いており、発光面７１が第１の側面４ａと対向して配置されているため、点状光源７より出射した光を効率よく第１の側面４ａへ向かわせて、導光板内を伝播させることができるため、点状光源７近傍から出射する光を防止することができる。よって、第１の側面４ａの近傍において、筐体１０の開口部２端を、孔６を形成する位置に近づけることができることにより、額縁を大きくすることなく、点状光源７間が暗くなる輝度ムラを低減させて、面内輝度均一性の高い面状光源装置を実現することができる。

さらに、本方式では薄型でＬＥＤサイズの小さい例えばサイドビュー型のＬＥＤを使用することができるため、導光板の厚みが厚くならない面状光源装置を構成することができる。

また、第１の側面４ａには、点状光源７近傍に第１のＶ形状２００、点状光源７間に第２のＶ形状３００を備えており、点状光源７を出射して、第１の側面４ａに到達した光を全反射させることで、点状光源７から出射される光を導光板４内で効率よく伝播させることができ、入射した光の利用効率を向上させることができる。

さらに、孔６は、孔６の中心方向である点状光源７側に突出する凸部１２を有しているため、点状光源７より出射した光を第１の側面４ａに対し略垂直に出射させることができる。よって、より確実に導光板４の第１のＶ字形状２００を形成する辺Ｄ、辺Ｅに全反射角以下で入射させることができ、辺Ｄ、辺Ｅから導光板４から出射される光が減少するため、光の利用効率が向上する。

なお、第１の側面４ａには、第１のＶ形状２００、第２のＶ形状３００を形成させたが、実施の形態１で説明したとおり、のこぎり形状を呈するプリズムで形成してもよい。

また、本実施の形態３によれば、図１０に示すように、面状光源装置において孔６を導光板４の反出射面４ｆと出射面４ｅとの間を貫通させることで、点状光源７を配置する空間を形成でき、点状光源７からの光を効率的に導光板４に入射させ、光の伝播効率を高めることができる。また、点状光源７から出射した光を導光板４に入射させる面積を拡大させることができる。

図１１に本実施の形態３の面状光源装置の変形例を示す。図１１に示すように、導光板４に形成されたＶ字形状は、頂角が異なるＶ字形状２０１で構成されていてもよい。Ｖ字形状２０１は、孔６に近い位置に形成する角ｊと、孔６と離れた位置に形成する角ｋとを備え、孔６より第１の側面４ａに向かって引いた垂線Ｌ上に角度の異なる角ｊ、角ｋを備えている。また、角ｊは、角ｋより小さく形成する（角ｊ＜角ｋ）。ここで、点状光源７の発光面７１の面積が広い場合、点状光源７の発光中心７１ａから離れた位置から出射する光が，凸部１２で略垂直に屈折せず図８における第１のＶ字形状２００の側面Ｄ、Ｅに到達した場合、全反射条件を満たさない光は、全反射せずに導光板４から出射してしまう場合がある。

そこで、本変形例に示すとおり、頂角が異なるＶ字形状２０１を形成させることで、点状光源７の発光中心７１ａから離れた位置から出射する光を全反射条件を満たす光とすることができ、導光板４の第１の側面４ａ側より出射させることなく、導光板４内で伝播する方向に向かう光とすることができる。よって、効率よく点状光源からの光を全反射させることができるため、光の利用効率が向上する。

また、上述した面状光源装置を備える表示装置においても、面内輝度の均一性を向上させ、額縁を大きくすることなく、高い光の利用効率を実現することができる。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

２ 開口部、３ 光学シート、４ 導光板、４ａ 第１の側面、４ｂ 第２の側面、４ｃ 第３の側面、４ｄ 第４の側面、４ｅ 出射面、４ｆ 反出射面、５ 反射シート、６ 孔、６ａ 凹部、６ｂ，１２ 凸部、７ 点状光源、８ ＬＥＤ基板、１０ 筐体、７１ 発光面、７１ａ 発光中心、１００，１０１ プリズム、２００ 第１のＶ字形状、３００ 第２のＶ字形状、４００面取り部、２０１ 頂角が異なるＶ字形状。

Claims (20)

1. 点状光源（７）と、
   前記点状光源（７）を配置する位置であって、一側面（４ａ）の近傍に孔（６）を有する、導光板（４）とを備え、
   前記導光板（４）の前記一側面（４ａ）は、前記孔（６）の近傍において、前記導光板（４）の表面と平行に切った断面形状がのこぎり形状である、プリズム（１００）を有する、
   面状光源装置。
2. 一面に発光面（７１）を有する点状光源（７）と、
   前記点状光源（７）を収納する孔（６）を一側面（４ａ）の近傍に有する、導光板（４）とを備え、
   前記発光面（７１）からの光を前記一側面（４ａ）に向かわせるように、前記発光面（７１）を前記一側面（４ａ）に対向させて配置させ、前記一側面（４ａ）に、前記導光板（４）の表面と平行に切った断面形状が凹形状である、複数の凹部（２００、３００）を有する、
   面状光源装置。
3. 前記点状光源（７）は複数配置され、前記孔（６）近傍に形成された前記凹部（２００、３００）は、前記孔（６）の近傍において、前記導光板（４）の表面と平行に切った断面形状がＶ字の第１の凹形状（２００）と、前記点状光源間に形成され、前記導光板（４）の表面と平行に切った断面形状がＶ字の第２の凹字形状（３００）と、である、請求項２に記載の面状光源装置。
4. 前記プリズム（１００）は、前記のこぎり形状の谷から、前記点状光源（７）から遠ざかる前記のこぎり形状の山へ向かう斜面の傾斜角度（ａ）が、
   前記のこぎり形状の谷から前記点状光源（７）に近づく前記のこぎり形状の山へ向かう斜面の傾斜角度（ｃ）より小さい、
   請求項１に記載の面状光源装置。
5. 前記プリズム（１００）は、前記のこぎり形状の谷から前記点状光源（７）から遠ざかる前記のこぎり形状の山へ向かう斜面の傾斜角度（ａ）が、前記点状光源（７）から遠いほど小さい、
   請求項１に記載の面状光源装置。
6. 前記プリズム（１００）は、前記のこぎり形状の谷から前記点状光源（７）に近づく前記のこぎり形状の山へ向かう斜面の傾斜角度（ｃ）が、略８０°である、
   請求項１に記載の面状光源装置。
7. 前記プリズム（１００）は、前記点状光源（７）から放出される光の、前記導光板（４）の前記一側面（４ａ）への入射角を入射角度θとし、前記導光板（４）の屈折率をｎとしたとき、θ≦±ｓｉｎ−１（１／ｎ）を満たす範囲の前記一側面（４ａ）に形成される、
   請求項１に記載の面状光源装置。
8. 前記孔（６）の側面を規定する前記導光板（４）の壁面は、前記一側面（４ａ）側において、前記孔（６）の中心方向に向かう第１凸部（１２）を有する、
   請求項１または２に記載の面状光源装置。
9. 前記プリズム（１００）は、前記のこぎり形状の谷から前記点状光源（７）に近づく前記のこぎり形状の山へ向かう斜面の傾斜角度（ｃ）が、略９０°である、
   請求項１に記載の面状光源装置。
10. 前記第１凸部（１２）は、前記点状光源（７）から放出される光の、前記導光板（４）の前記一側面（４ａ）への入射角を入射角度θとし、前記導光板（４）の屈折率をｎとしたとき、θ≦±ｓｉｎ−１（１／ｎ）を満たす範囲の前記孔（６）の側面に形成される、
    請求項８に記載の面状光源装置。
11. 前記第１凸部（１２）は、前記点状光源（７）の発光中心を焦点とする凸レンズである、
    請求項８に記載の面状光源装置。
12. 前記凸レンズは、その曲面形状のコーニック定数Ｋが、−１＜Ｋ≦０を満たす、
    請求項１１に記載の面状光源装置。
13. 前記凸レンズは、その曲面形状のコーニック定数Ｋが、Ｋ＝０を満たす、
    請求項１２に記載の面状光源装置。
14. 前記第１凸部（１２）は、前記点状光源（７）の発光中心より前記導光板（４）の前記一側面（４ａ）と対向する他の側面（４ｂ）側の位置を焦点とする凸レンズである、
    請求項８に記載の面状光源装置。
15. 前記凸レンズは、その曲面形状のコーニック定数Ｋが、−１＜Ｋ≦０を満たす、
    請求項１４に記載の面状光源装置。
16. 前記凸レンズは、その曲面形状のコーニック定数Ｋが、Ｋ＝０を満たす、
    請求項１５に記載の面状光源装置。
17. 前記プリズム（１００）は、前記点状光源（７）から放出される光の、前記導光板（４）の前記一側面（４ａ）への入射角を入射角度θとし、前記導光板（４）の屈折率をｎとし、前記のこぎり形状の谷から前記点状光源（７）から遠ざかる前記のこぎり形状の山へ向かう斜面の傾斜角度ａとしたとき、ａ＋θ＞ｓｉｎ−１（１／ｎ）を満たす、
    請求項１に記載の面状光源装置。
18. 前記孔（６）は、前記導光板（４）の表面と裏面とを貫通する孔（６）である、
    請求項１または２に記載の面状光源装置。
19. 前記孔（６）は、前記導光板（４）の裏面から前記導光板（４）の所定厚さまで形成され、前記所定厚さでの底面に第２凸部を有し、
    前記導光板（４）の表面における前記孔（６）に対向する位置に、円錐形状の凹部をさらに備える、
    請求項１に記載の面状光源装置。
20. 請求項１または２に記載の面状光源装置を備える、
    表示装置。

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