JPWO2016194798A1 - 面光源装置および液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、一部の領域に光源を配置した場合でも、簡易な構成で、面状の光の均一性を向上した面光源装置を提供することを目的とする。本発明の面光源装置は、光源(7)及び配光制御素子(6)を備える。光源(7)は、光を出射する。配光制御素子(6)は、光源(7)から出射された光を配光する。配光制御素子(6)は、当該配光制御素子(6)の光軸(C)が通る第1の光出射面(62a)及び第1の光出射面(62a)の端部に配置されて光軸(C)の方向において光源(7)側に延びる第2の光出射面(62b)を含む。第2の光出射面(62b)は、凹面形状の領域を備える。
Description
本発明は、複数の光源を用いて面状の光を発する面光源装置、およびこの面光源装置を用いて液晶パネルを裏面から照明することで、液晶パネルに映像を表示させる液晶表示装置に関するものである。
液晶表示装置が備える液晶パネルは、自ら発光しない。このため、液晶表示装置は、液晶パネルを照明する光源として、液晶パネルの裏面側にバックライト装置(面光源装置)を備えている。
このバックライト装置の構成として、複数の発光ダイオード(Light Emitting Diode:以下、LEDという。)を並べた直下型のバックライト装置が知られている。
近年では、小型の高効率で高出力のLEDが開発されている。そのため、バックライト装置に使用するLEDの数を減らしても、計算上ではこれまでと同様の明るさを得ることができる。
また、本発明に係る面光源装置は、均一性の高い輝度分布の面状の光を発する。このため、本発明に係る面光源装置は、液晶表示装置のバックライト以外においても利用できる。
例えば、本発明に係る面光源装置は、部屋の照明等で用いられる照明装置としても利用できる。また、本発明に係る面光源装置は、例えば、写真などを裏面側から照明する公告表示装置などにも利用できる。
例えば、液晶表示装置のバックライトを例とすると、特許文献1では、バックライトユニットの短辺方向の中央近辺に、バックライトユニットの長辺方向に沿ってLEDを集中的に配置している。そして、凹形状に湾曲した反射シートを用いて、LEDからの光線を反射している。
しかしながら、特許文献1においては、面状の光の均一性を向上させるために、反射シートを用いている。このため、液晶表示装置の画面が大型化すると、反射シートを支持するための支持具などが必要となり、反射シートの湾曲形状を安定させて製造することは困難となる。
本発明は、上記に鑑みて成されたものであって、一部の領域に光源を配置した場合でも、簡易な構成で、面状の光の均一性を向上した面光源装置を提供することを目的とする。
面光源装置は、光を出射する光源と、前記光源から出射された光を配光する配光制御素子とを備え、前記配光制御素子は、当該配光制御素子の光軸が通る第1の光出射面及び前記第1の光出射面の端部に配置されて前記光軸の方向において前記光源側に延びる第2の光出射面を含み、前記第2の光出射面は、凹面形状の領域を備える。
本発明によれば、面光源装置の一部の領域に光源を配置した場合でも、簡易な構成で、面状の光の均一性を向上することができる。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る液晶表示装置100(面光源装置200を含む)の構成を概略的に示す構成図である。
図1は、実施の形態1に係る液晶表示装置100(面光源装置200を含む)の構成を概略的に示す構成図である。
以下の各実施の形態において、説明を容易にするために、各図中にxyz直交座標系の座標軸を示す。
通常、液晶表示装置では、液晶パネルの長辺方向を水平にして配置される。そのため、以下の実施の形態において、y軸方向を水平方向し、x軸方向を垂直方向として説明する。
以下の説明において、液晶パネル(液晶表示素子)1の短辺方向をx軸方向(図1において左右方向)とする。液晶パネル1の長辺方向をy軸方向(図1が描かれている紙面に垂直方向)とする。x軸及びy軸を含む平面であるx−y平面に垂直な方向をz軸方向(図1における上下方向)とする。
そして、液晶表示装置の表示面側から見て、左側をy軸の正方向(+y軸方向)とし、右側を、y軸の負方向(−y軸方向)とする。「表示面側から見て」とは、+z軸方向側から−z軸方向側を見ることである。液晶表示装置の上側をx軸の正方向(+x軸方向)とし、下側をx軸の負方向(−x軸方向)とする。また、液晶表示装置が映像を表示する方向をz軸の正方向(+z軸方向)とし、その反対方向を、z軸の負方向(−z軸方向)とする。
+z軸方向側を表示面側という。−z軸方向側を裏面側という。
<液晶表示装置100及び面光源装置200の構成>
図1に示されるように、実施の形態1に係る液晶表示装置100は、透過型の液晶パネル1および面光源装置200を備えている。また、液晶表示装置100は、光学シート2,3を備えることができる。
図1に示されるように、実施の形態1に係る液晶表示装置100は、透過型の液晶パネル1および面光源装置200を備えている。また、液晶表示装置100は、光学シート2,3を備えることができる。
図1に示されるように、面光源装置200は、配光制御素子6及び光源7を備えている。また、面光源装置200は、拡散板4又は反射部材5を備えることができる。
図1では、面光源装置200は、光学シート3および光学シート2を通して、液晶パネル1の裏面(−z軸方向側の面)に光を照射している。これらの構成要素1,2,3,200は、+z軸方向から−z軸方向に向けて順に配列されている。
液晶パネル1は、光を画像光に変換する。「画像光」とは、画像情報を有する光のことである。
液晶パネル1の表示面1aは、例えば、x−y平面に平行な面である。表示面1aは、液晶パネル1の+z軸方向側の面である。液晶パネル1の液晶層は、x−y平面に平行な方向に広がる面状の構造を有している。
液晶パネル1の表示面1aは、通常、矩形形状である。つまり、表示面1aの隣接する2辺は、直交している。ただし、表示面の形状は、他の形状であってもよい。例えば、表示面1aの短辺は、x軸に平行である。また、表示面1aの長辺は、y軸に平行である。
光学シート2は、細かな照明むらなどの光学的な影響を抑制する。
光学シート3は、拡散板4から放射された光を液晶パネル1の表示面1aの法線方向(+z軸方向)に向ける機能を有する。
拡散板4は、透過する光を拡散させる。「拡散」とは、拡がり散ることである。つまり、光が散乱することである。拡散板4は、透過する光を散乱させる。
拡散板4は、例えば、薄板形状である。また、拡散板4は、例えば、シート状であってもよい。また、基板上に形成された膜状であってもよい。基板は、例えば、拡散膜を形成する透明な板などを意味する。
拡散板4は、反射部材5の+z軸側に配置されている。拡散板4は、反射部材5の開口部53を覆うように配置される。つまり、拡散板4は、面光源装置200の光出射面に配置されている。
なお、以下の説明で、例えば、「光線は拡散板4に到達する」などの説明をしている。上述のように、一例として、拡散板4は反射部材5の開口部53に配置されている。このため、「光線は拡散板4に到達する」は、「光線は開口部53に到達する」に言い換えることができる。
また、開口部53または拡散板4は、面光源装置200の光出射面として機能している。このため、「光線は拡散板4に到達する」は、「光線は面光源装置200の光出射面に到達する」に言い換えることができる。
つまり、拡散板4および反射部材5の開口部53は、面光源装置200の光出射面の一例として示されている。
反射部材5は、光を反射する部材である。
反射部材5は、x−y平面に平行な底面51及び4つ側面52の5つの面を備えている。反射部材5は、底面51及び側面52を備えている。実施の形態1では、反射部材5は、1つの底面51及び4つ側面52を備えている。つまり、反射部材5は、5つの面を備えている。反射部材5は、箱形状をしている。
底面51は、例えば、x−y平面に平行な面である。また、底面51は、例えば、矩形状をしている。
側面52は、底面51の各辺に接続されている。側面52は、+z軸方向に向けて発光領域が広がるように傾斜している。発光領域は、例えば、x−y平面に平行な面上での領域である。つまり、側面52の反射面は、+z軸方向を向いている。側面52の反射面は、反射部材5の内側の面である。
底面51が矩形状の場合には、4つの側面52のうち、底面51のy方向と平行な辺に接続された2つの側面52は、+z軸方向に向けて互いの間隔が広がるように傾斜している。つまり、−x軸方向側の側面52は、y−z平面に対して、−y軸方向から見て、底面51との接続部分を中心に、反時計回りに回転している。また、+x軸方向側の側面52は、y−z平面に対して、−y軸方向から見て、底面51との接続部分を中心に、時計回りに回転している。
また、4つの側面52のうち、底面51のx方向と平行な辺に接続された2つの側面52も、+z軸方向に向けて互いの間隔が広がるように傾斜している。つまり、−y軸方向側の側面52は、z−x平面に対して、−y軸方向から見て、底面51との接続部分を中心に、手前側(−y軸方向側)に回転している。また、+y軸方向側の側面52は、z−x平面に対して、−y軸方向から見て、底面51との接続部分を中心に、奥側(+y軸方向側)に回転している。
反射部材5の内部は、反射面となっている。つまり、底面51の内側の面は、反射面である。また、側面52の内側の面は、反射面である。反射部材5の反射面は、例えば、拡散反射面であってもよい。拡散反射面で反射された光は、拡散される。つまり、拡散反射面で反射された光は、散乱する。
反射部材5は、例えば、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂を基材とした光反射シート又は基板の表面に金属を蒸着させた光反射シート等を採用することができる。
反射部材5の底面51に対向する+z軸方向には、開口部53が形成されている。開口部53は、側面52によって形成されている。反射部材5及び拡散板4は、中空の箱形状を構成する。拡散板4は、箱形状をしている反射部材5の蓋に相当する。この中空の箱は、反射面及び光を透過する拡散面を備えている。
配光制御素子6は、光源7から出射された光の配光を変更する光学素子である。
「配光」とは、光源の空間に対する光度分布をいう。つまり、光源から出る光の空間的分布である。また、「光度」とは、発光体の放つ光の強さの程度を示すもので、ある方向の微小な立体角内を通る光束を、その微小立体角で割ったものである。つまり、「光度」とは、光源からどのくらい強い光が出ているかを表す物理量である。
配光制御素子6は、光源7の+z軸方向側に、光源7を囲うように配置されている。配光制御素子6は、光源7を囲うように配置されている。配光制御素子6は、光源7を覆うように配置されている。配光制御素子6は、光源7の+z軸方向側に配置されている。
配光制御素子6は、例えば、y軸方向に延びる棒形状の光学素子である。配光制御素子6は、例えば、シリンドリカルレンズである。また、配光制御素子6は、例えば、トロイダルレンズである。
シリンドリカルレンズは、円筒形の屈折面を待ったレンズである。つまり、シリンドリカルレンズは、一つの方向(第1の方向)に曲率を有し、その方向(第1の方向)に垂直な方向(第2の方向)に曲率を有さない。シリンドリカルレンズに光を入射させると、一方向だけの集光または発散が行われる。凸形状のシリンドリカルレンズに平行光を入射させると線状に集光する。この集光された線を、焦線という。ここで、「曲率を有する」とは、パワーを有するということである。レンズにおいて、パワーは屈折力ともよばれる。
実施の形態1では、第1の方向がx軸方向である。そして、第2の方向がy軸方向である。
また、トロイダルレンズは、一つの方向(第1の方向)とその方向(第1の方向)に垂直な方向(第2の方向)とで異なるパワーを有するレンズである。つまり、第2の方向のパワーが第1の方向のパワーよりも小さい場合である。
配光制御素子6は、例えば、アクリル樹脂(PMMA)などの透明材料が使用される。
図2及び図3は、光源7から出射された光線Lが、配光制御素子6を透過する際の挙動を示した図である。図2は、光源7から出射された光線の内の光軸C付近の光線L1の進み方を示した図である。図3は、光源7から出射された光線の内の光軸Cに対する角度が広い光線L2の進み方を示した図である。図2及び図3は、z−x平面の断面形状で示されている。ただし、光線を見やすくするために、断面部分のハッチングを省いている。実施の形態1において、光線Lは、光線L1および光線L2を含む。
光軸Cは、配光制御素子6の光軸である。光軸Csは、光源7の光軸である。
各実施の形態において、配光制御素子6の光軸Cは、z軸に平行である。そして、光源7の光軸Csは、z軸に平行である。z−x平面上で、光軸Cは光軸Csと重なっている。
光源7から光軸C付近に出射された光線L1は、例えば、入射面61から入射した後に、直接、光出射面62aに到達する光線である。光線L1は、光源7の発光面7aから出射されている。
また、光軸Cに対する角度が広い光線L2は、例えば、入射面61から入射した後に、直接、光出射面62bに到達する光線である。光線L2は、光源7の発光面7bから出射されている。
配光制御素子6は、光源7から出射された光線L1,L2を入射する光入射面61を備えている。また、配光制御素子6は、光入射面61から入射した光線L1,L2を出射する光出射面62を備えている。
光入射面61は、2つの光入射面61a,61bを備えている。光入射面61a,61bは、y−z平面に対して傾斜した面である。なお、ここでは、配光制御素子6がy軸方向に延びる棒形状の光学素子である場合について説明している。
つまり、以下において、主に、配光制御素子6がシリンドリカルレンズである場合について説明している。シリンドリカルレンズは、y軸方向に延びている。配光制御素子6は、z−x平面上で集光または発散が行われる。
光入射面61a,61bは、+z方向に向かって距離が近づくように傾斜している。
光入射面61は、光軸C上に位置している。光入射面61は、光軸Cに対して対称となる位置の間隔が光出射面62aの方向に向けて狭くなっている。光入射面61a,61bと光軸Cとの間隔は、光出射面62aの方向に向けて狭くなっている。
z−x平面上で見ると、光入射面61a,61bは、二等辺三角形の形状を形成している。z−x平面上で見ると、光入射面61a,61bは、二等辺三角形の等辺に相当する。そして、z−x平面上で見ると、光入射面61a,61bの交わる部分は、二等辺三角形の頂点に相当する。なお、光入射面61a,61bは、z−x平面上で曲線を描く曲面であてもよい。
図2では、光入射面61a,61bの交わる部分(頂点部63)は曲面となっている。
なお、頂点部63は、例えば、x−y平面に平行な平面形状であってもよい。つまり、頂点部63は、例えば、光軸Cに垂直な平面の形状であってもよい。この場合には、z−x平面上で、光入射面61は、台形形状となる。
図2及び図3では、光軸Cは、頂点部63を通っている。つまり、光軸Cは、光入射面61の光出射面62a側の端部を通っている。
光入射面61a,61bは、例えば、z−x平面上で、光軸Cに対して対称である。光入射面61a,61bは、例えば、y−z平面に対して面対称である。
配光制御素子6において、光入射面61a,61bは、三角柱形状の凹部である。この三角柱の底面は、z−x平面に平行な面である。凹部は、例えば、溝形状である。凹部は、例えば、y軸方向に延びている。つまり、この凹部は、溝形状で、y軸方向に延びている。
例えば、配光制御素子6が光軸Cに対して対称な形状の場合には、光入射面61は、円錐形状となる。
つまり、配光制御素子6が回転体の場合である。「回転体」とは、平面図形を、同一平面上の一つの直線のまわりに一回転させたときにできる立体のことである。なお、頂点部63は、曲面形状又は平面形状などを取りえる。この場合には、光入射面61は、円錐形状または円錐台形状などとなる。
光源7は、光入射面61が形成する凹部に配置されている。凹部は、光入射面61で覆われた空間である。つまり、凹部は、光入射面61の−z軸側の空間である。凹部は、光入射面61に対して、出射面62aと反対側の空間である。凹部は、光入射面61に対して、裏面側の空間である。
実施の形態では、光源7は、y軸方向に複数配置されている。配光制御素子6がシリンドリカルレンズの場合には、光源7は、上述の第2の方向に並べて配置されている。第2の方向は、配光制御素子6が曲率を有さない方向である。つまり、光源7は、光入射面61が形成する凹部に沿って配置されている。光源7は、光入射面61が形成する凹部内に並べて配置されている。
光出射面62は、2つの光出射面62a,62bを備えている。
光出射面62aは、配光制御素子6上で+z軸方向側に配置されている。つまり、光出射面62aは、配光制御素子6の+z軸方向側の面である。光出射面62aには、光軸Cが通っている。つまり、光出射面62aは、光軸Cと交点を有する。
光出射面62aは、例えば、+z軸方向に突出した凸面である。実施の形態1では、光出射面62aは、円筒面である。つまり、光出射面62aは、シリンドリカル面である。
「シリンドリカル面」とは、一方向(第1の方向)には曲率を持つが、それと直交する方向(第2の方向)には曲率を持たない面のことである。シリンドリカル面は、レンズの入射面を直交する2つの軸に分けて考えた場合に、1つの軸(第1の方向の軸)にレンズとして作用する曲率があり、他方の軸(第2の方向の軸)には曲率がない。シリンドリカル面は、例えば、円筒面のことである。
実施の形態では、光出射面62aは、x軸方向に曲率を持ち、y軸方向に曲率を持っていない。つまり、実施の形態では、第1の方向はx軸方向である。また、第2の方向はy軸方向である。
「光軸」とは、レンズ又は球面鏡などの、中心と焦点とを通る直線である。シリンドリカル面の場合には、曲率を持つ断面形状のレンズ形状で定められる。実施の形態1では、z−x平面上での光出射面62aの形状で光軸Cを定めている。
また、光入射面61と光出射面62aとで光軸Cを定めることができる。この場合には、光入射面61は、例えば、シリンドリカル面を有する。また、光入射面61で配光を制御できる場合には、光出射面62aは平面であってもよい。
なお、実施の形態では、「円筒面の軸」とは、光軸Cとは異なり、y軸に平行な軸である。
光出射面62bは、光出射面62aの端部に配置されて光軸Cの方向に延びている。
図2及び図3では、光出射面62bは、+x軸方向又は−x軸方向に配置されている。光出射面62b1は、+x軸方向に配置されている。光出射面62b2は、−x軸方向に配置されている。
光出射面62bは、光出射面62aのx軸方向の端部に形成されている。光出射面62b1は、光出射面62aの+x軸方向の端部に形成されている。光出射面62b2は、光出射面62aの−x軸方向の端部に形成されている。
そして、z−x平面において、光出射面62bは、光出射面62aの端部から−z方向へ延びている。つまり、光出射面62bは、光出射面62aの端部から光軸Cの方向において光源7側に延びている。光出射面62bは、光出射面62aの端部から光軸Cの方向において光入射面61側に延びている。
光出射面62bは、凹面形状の領域を備えている。
図2及び図3では、光出射面62b1は、+x軸方向に対して凹面である。光出射面62b2は、−x軸方向に対して凹面である。
光出射面62bの凹面形状の領域は、シリンドリカル面とすることができる。この場合に、実施の形態では、第1の方向はz軸方向である。また、第2の方向はy軸方向である。第1の方向は、シリンドリカル面が曲率を持っている方向であり、第2の方向は、シリンドリカル面が曲率を持っていない方向である。
また、後述するように、光源7は、側面(発光面7b)から光線L2を出射する。発光面7bから出射された光線L2は、光出射面62bに直接到達する。そして、光出射面62bに直接到達した光線L2は、光出射面62bから面光源装置200の光出射面に向けて出射する。
このように、配光制御素子6は、光出射面62bを備えることで、光源7の側面(発光面7b)から出射された光線L2を、有効に利用することができる。つまり、光の反射などによる光利用効率の低下を抑制することができる。配光制御素子6は、側面(発光面7b)から光線L2を出射する光源7に適した光学素子である。
光源7は、例えば、LED素子を用いた光源である。
光源7は、例えば、有機エレクトロルミネッセンス光源又は平面上に塗布された蛍光体に励起光を照射して発光させる光源なども含む。つまり、光源7は、例えば、固体光源である。なお、実施の形態では、光源7はLED素子を用いているとして説明する。
複数のLED素子は、反射部材5の底面51上に配置されている。LED素子は、例えば、y軸方向に並んで配置されている。光源7は、光出射面62aの円筒面の軸方向に並べて配置されている。
また、光源7は、+z軸側の面と、側面とから光を発する。ここで、側面は、光源7の+z軸側の面と−z軸側の面とをつなぐ面である。発光面7aは、光源7の+z軸側の面である。発光面7bは、光源7の側面である。
発光面7aは、光線L1を出射する。発光面7bは、光線L2を出射する。発光面7bは、発光面7aの周辺に形成されている。発光面7bは、光線L1の出射方向(+z軸方向)に対して、垂直な方向に光線L2を出射する。
光源7の−z軸側の面は、光源7に給電などをする面である。このため、光源7の−z軸側の面は、回路基板などに電気的に接触している。実施の形態では、光源7の−z軸側の面は、底面51に接触している。例えば、光源7が直方体形状である場合には、光源7は、5面の発光面を有する。
光源7は、例えば、柱体形状をしている。「柱体」とは、平行な二つの平面と柱面とで囲まれた筒状の立体のことである。柱体は、角柱または円柱などを含む。光源7は、例えば、四角柱形状である。または、光源7は、例えば、円柱形状である。
発光面7aは、柱体形状の1つの平面に相当する。また、発光面7bは、柱体形状の柱面に相当する。柱面は、側面とも言われる。
上述のように、光源7は、光入射面61a,61bによって形成された凹部に配置されている。
光源7の発光面7aの中心に位置する発光面7aに対する法線を、光源7の光軸Csとする。つまり、光源7の光軸Csは、光源7の発光面7aの中心に位置している。そして、光軸Csは、発光面7aに対する法線である。光軸Csは、発光面7aに垂直な軸である。光軸Csは、光源7の発光面7aの中心に位置する発光面7aに垂直な軸である。例えば、発光面7aが平面で無い場合には、近似した平面と考えることができる。
また、光軸Csを、発光面7aから放射される光線L1の配光分布の中心とすることができる。また、光軸Csを、発光面7aから放射される光線L1の配光分布の内、最も高い光度の方向とすることができる。配光分布は、光線が出射される方向に対する光度の分布である。
図2及び図3では、光源7の光軸Csは、光軸Cと一致している。実施の形態では、光源7の光軸Csは、配光制御素子6の光軸Cと一致している。
<光線の挙動>
光源7から出射された光線L1,L2は、光入射面61から配光制御素子6の内部に入射する。光入射面61に達した光線L1,L2は、光入射面61a,61bによって屈折して、配光制御素子6内部へ入射する。
光源7から出射された光線L1,L2は、光入射面61から配光制御素子6の内部に入射する。光入射面61に達した光線L1,L2は、光入射面61a,61bによって屈折して、配光制御素子6内部へ入射する。
スネルの法則により、光線の屈折角は、光線の入射角よりも大きくなる。つまり、光線L1,L2が配光制御素子6内部へ入射する際に、光線L1,L2の屈折角は、光線L1,L2の入射角よりも大きくなる。
図2に示すように、光源7よりも+z軸方向側に出射された光線L1は、光入射面61a,61bで+z軸方向側に屈折する。
また、図3に示すように、光源7の側面(発光面7b)から出射された光線L2の一部も、光入射面61a,61bで+z軸方向側に屈折する。
光線L1,L2は配光制御素子6内部を進行した後に、光出射面62に達する。
配光制御素子6内部を進行した光線Lの一部(光線L1)は、光出射面62aから出射される。
光出射面62aは、配光制御素子6の+z軸方向側の面である。光出射面62aは、例えば、凸面形状である。図2では、光出射面62aは、緩やかに変化する凸面形状である。
この凸面形状の光出射面62aによって、光線L1は光軸Cに対して角度が大きくなる方向に屈折する。図2に示すように、光出射面62aによって、光線L1は光軸Cに対する角度が大きくなる方向に屈折する。
配光制御素子6内部を進行した光線Lの一部(光線L2)は、光出射面62bから出射される。
光出射面62bは、配光制御素子6の+x軸方向の面又は−x軸方向の面である。光出射面62bは、凹面形状である。図2では、光出射面62bは緩やかな凹面形状である。
この凹面形状の光出射面62bによって、光線L2は+z方向に屈折する。
さらに、光出射面62bに達した光線L2は、凹面の位置(光出射面62b上の位置)によって屈折する方向が異なる。このため、光出射面62bから出射された光線L2は、+z方向に広がって進む。つまり、光出射面62bから出射された光線L2は、拡散板4上に広がる。
光出射面62bから出射した光線L2は、開口部53の周辺の領域に到達する。光出射面62bから出射した光線L2は、面光源装置200の光出射面に到達する。光出射面62bから出射した光線L2は、面光源装置200の光出射面の周辺の領域(周辺部)に到達する。
例えば、光線L1に加えて、光線L2が面光源装置200の光出射面の周辺の領域(周辺部)に到達することで、面光源装置200の光出射面の周辺部の光量を増すことができる。そして、面光源装置200の光出射面の周辺部の輝度の低下を抑えることができる。
光入射面61での屈折と光出射面62での屈折とによって、光源7から出射された光線L1,L2は、拡散板4の方向に進む。そして、光源7から出射された光線L1,L2は、拡散板4上に広がる。実施の形態1では、拡散板4は、面光源装置200の光出射面である。
つまり、配光制御素子6は、光源7の配光を、面光源装置200の光出射面上に変更する機能を有する。配光制御素子6は、光源7の配光を、面光源装置200の光出射面上での均一性を増した光度分布に変更する機能を有する。
さらに、配光制御素子6は、光入射面61の傾斜角A、頂点部63の曲率、光出射面62aの凸面の形状又は光出射面62bの凹面の形状などを調整することで光線の広がりを制御できる。傾斜角Aは、z−x平面上で、光入射面61a,61bと光軸Cとのなす角である。
拡散板4に到達した光線L1,L2の一部は、反射して、反射部材5の内部を進行する。反射部材5の内部を進行した光線L1,L2は、反射部材5の底面51又は側面52で反射された後に、再び拡散板4に到達する。
拡散板4によって、拡散板4を透過する光は拡散される。そして、拡散板4を透過した光は、均一性を増した面状の照明光となる。
拡散板4を透過した光は、液晶パネル1の裏面1bに向けて放射される。この照明光は、光学シート3及び光学シート2を透過して、液晶パネル1の裏面1bに照射される。裏面1bは、液晶パネル1の−z軸方向側の面である。
上述のように、配光制御素子6を、例えば、棒形状の光学素子として説明した。しかし、配光制御素子6は、棒形状の光学素子に限られない。1つの光源7に1つの配光制御素子6を取り付けても同様の効果を得られる。つまり、配光制御素子6は、光軸Cに対して回転対称の形状等であっても構わない。つまり、配光制御素子6は、光軸Cに対して対称な回転体の形状である。
しかし、配光制御素子6が棒形状の場合には、配光制御素子6は押出し成形によって製造することができる。通常、直下型のバックライト装置では、1つのLED素子(光源7)に1つのレンズが装着されている。しかし、棒状の配光制御素子6は、1列に並べられた複数のLED素子(光源7)に対して、1つで良い。
そのため、配光制御素子6を棒形状とすることで、配光制御素子6の部品点数を減らすことができる。また、個々のLED素子(光源7)にレンズ(配光制御素子6)を装着する場合には、LED素子(光源7)を配置した基板と個々の配光制御素子6とを接着する必要がある。つまり、LED素子(光源7)を配置した基板上に、個々の配光制御素子6を取り付ける必要がある。実施の形態では、この基板は、反射部5の底面51である。
しかし、本実施の形態1の配光制御素子6では、1列に並べられた複数のLED素子(光源7)に対して、LED素子(光源7)を配置した基板と1つの配光制御素子6とを接着するため、接着作業が容易になる。つまり、1列に並べられた複数のLED素子(光源7)に対して、1つの配光制御素子6を取り付けるため、配光制御素子6の取り付け作業が容易になる。
また、例えば、複数のレンズを1つの光学素子で構成するレンズアレイの様に、LED素子(光源7)に対してx−y平面において位置決めが必要な光学素子の採用が考えられる。しかし、LED素子(光源7)の数の増減によって、光学素子の金型を変更する必要がある。このため、面光源装置の仕様の変更に対する汎用性が低い。
本実施の形態1に係る配光制御素子6では、LED素子(光源7)の数の増減に対して、配光制御素子6の金型の変更は不要である。そのため、配光制御素子6は、面光源装置200の仕様の変更に対する汎用性が高い。つまり、LED素子(光源7)の数を変えるだけで、面光源装置200の輝度を調整できる。このため、最適なLED素子(光源7)の数を配置することができる。
つまり、配光制御素子6を押出し成形で製造した場合には、その長さは自由に変えられる。このため、例えば、液晶表示装置100の大きさが異なる場合でも、同じ金型で対応できる。
以上より、本実施の形態1の面光源装置200は、一部の領域に光源7を配置しても、配光制御素子6から出射される光の配光を、面光源装置200の光出射面(拡散板4)に向けて変更できる。つまり、光線L1,L2の進行方向は、配光制御素子6によって、開口部53(面光源装置200の光出射面)の方向に変更される。このため、面光源装置200は、反射部材5の形状に対する依存率を低減して、均一性を増した面状光源を実現できる。
また、光源7の数を減らすために、光源7を一列に並べて配置する構成が考えられる。例えば、複数の光源7は、表示面側から見て、バックライト装置200の短辺方向(x軸方向)の中央の部分に長辺方向(y軸方向)に沿って配置される。
複数の光源7を配置した場合でも、棒形状の配光制御素子6を用いることで、簡易な構成によって光源7の配光を面光源装置200の光出射面(拡散板4)に向けることができる。
なお、配光制御素子6は透明材料としたが、拡散材を含む材料を採用することもできる。光線が拡散材に入射すると、光線は拡散されて、進行方向を変える。つまり、光線は散乱して、進行方向を変える。そのため、配光制御素子6の内部を進む光線は、ランダムな方向に進行方向が変更される。そして、進行方向を変更された光線は、配光制御素子6の光出射面62に達する。このため、配光制御素子6から出射された光によって、広い範囲に照射することができる。
また、透明な材料を用いて、配光制御素子6の光入射面61又は光出射面62に凹凸形状を形成することができる。つまり、光入射面61又は光出射面62に微小な凹凸形状を付けてもよい。
光入射面61又は光出射面62に設けられた凹凸形状によって、光線の進行方向がランダムに変わる。このため、配光制御素子6から出射された光によって、広い範囲を照射することができる。
これらのように、光を拡散することで、光の進む方向がランダムとなる。このため、明線を和らげることができる。「明線」とは、面光源装置の光出射面上に、線状にできる輝度の高い領域のことである。
また、光を拡散することで、複数の光源7を並べて配置することで発生する面光源装置200の光出射面上の輝度ムラを緩和することができる。つまり、明るい部分と暗い部分との差を緩和することができる。
また、凹凸形状を光入射面61及び光出射面62の全域において施す必要はない。例えば、光入射面61のみに凹凸形状を付けることができる。また、例えば、光出射面62の一部の領域のみに凹凸形状を付けることができる。つまり、凹凸形状は、光入射面61又は光出射面62の一部の領域であってもよい。
また、凹凸形状は、全ての領域において同一の粗さにする必要はない。例えば、光入射面61の凹凸形状の大きさを、光出射面62の凹凸形状の大きさよりも小さくすることができる。
ただし、拡散材又は凹凸形状による光の拡散の程度は、光入射面61による光線の屈折の程度及び光出射面62による光線の屈折の程度に比べて小さいことが好ましい。なぜなら、配光制御素子6から出射される光の配光において、拡散材又は凹凸形状による影響が支配的となり、設計によって配光を調整することが難しくなるからである。つまり、配光の制御が難しくなる。
光の配光は、配光制御素子6の形状による屈折によって、面光源装置200の光出射面(拡散板4)に向けられる。このため、光の拡散の要因が増すと、光源7の近くのみが明るくなり、光源7から離れるにつれて暗くなる可能性がある。
<変形例1>
図4は、変形例1の配光制御素子6aの構成を示す図である。
図4は、変形例1の配光制御素子6aの構成を示す図である。
配光制御素子6は透明材料とした。しかし、例えば、図4に示すように、配光制御素子6aを材料64及び透明材料65を用いた多層構造としてもよい。
配光制御素子6aの光出射面62aの部分は、材料64で形成されている。また、材料64で形成された部分の−z軸側の部分は、透明材料65で形成されている。配光制御素子6aの光出射面62bの部分は、材料65で形成されている。また、配光制御素子6aの光入射面61の部分は、材料65で形成されている。つまり、材料64で形成された部分の光入射面61側の部分は、透明材料65で形成されている。
このため、光入射面61から入射した光は、透明材料65の部分を透過した後に、材料64の部分を透過して、光出射面62aに到達する。
材料64は、例えば、拡散材を含んだ材料とすることができる。また、材料64は、例えば、透明材料65と異なる屈折率の透明材料とすることができる。
押出し成形で配光制御素子6aを作製する場合には、複数の材料を用いて成形することができる。
このように材料を一部変えることで、配光を制御できる。
なお、図4に示した多層構造に限るものではない。配光に合わせて任意の位置に任意の材料を配置することができる。
<変形例2>
図5は、変形例2の配光制御素子6bの構成を示す図である。
図5は、変形例2の配光制御素子6bの構成を示す図である。
図5に示すように、配光制御素子6の光出射面62上に光拡散素子66を配置してもよい。図5では、光拡散素子66は、シート形状をしている。また、光拡散素子66は、光軸C上に配置されている。光拡散素子66は、配光制御素子6の光出射面62a上に配置されている。
配光制御素子6の光軸C上を進行する光線(光線L1)は、光入射面61及び光出射面62aで屈折せずに直進することがある。その場合には、表示面1a上で、その部分は明線になって現れる。光拡散素子66を光軸C上に配置することで、この明線を和らげて、輝度の均一性を高めることができる。
また、光拡散素子66に代えて、光出射面62aの光軸Cが通る領域に凹凸形状を形成することができる。つまり、光出射面62aの光軸Cが通る領域は、凹凸面である。例えば、押出し成形で配光制御素子6aを作製する場合には、z−x平面上が凹凸形状で、y軸方向に延びる溝を形成することができる。
<変形例3>
また、例えば、配光制御素子6の光出射面62aの光軸C上に光反射素子を配置してもよい。例えば、図5に示す光拡散素子66を光反射素子に変更することができる。以下において、図5を用いて、光反射素子66として説明する。
また、例えば、配光制御素子6の光出射面62aの光軸C上に光反射素子を配置してもよい。例えば、図5に示す光拡散素子66を光反射素子に変更することができる。以下において、図5を用いて、光反射素子66として説明する。
光源7の数が少なく、隣接する光源7の間の領域が暗い部分として目立つ場合がある。この場合においても、光出射面62aの光軸C上に光反射素子66を配置して、光を−z軸方向に反射させる。この反射は、拡散反射であってもよい。
また、光反射素子66は、各光源7の+z軸方向の位置に配置することができる。つまり、各光源7の+z軸方向の光出射面62a上の領域に、光反射素子66は配置される。
光反射素子66で反射された光は、y軸方向に進行する。光反射素子66で反射された光は、配光制御素子6の取り付けられた基板上で反射する。図1では、配光制御素子6の取り付けられた基板は、反射部材5の底面51である。そして、基板(底面51)上で反射された光は、隣接する光反射素子66の間の光出射面62aの領域から出射する。
この光の反射によって、光はy軸方向に広がる。これによって、隣接する光源7の間にも光が広がるため、暗い部分が目立たなくなる。
これらのような、簡素な構成で、面状の光の均一性を向上させることが可能である。
以上より、本実施の形態1の面光源装置200によれば、簡素で汎用性の高い配光制御素子6によって、少ない光源7で、均一性を増した輝度分布を得ることができる。
実施の形態2.
図6は、実施の形態2に係る液晶表示装置101(面光源装置201を含む)の構成を概略的に示す構成図である。図7、図8および図9は、実施の形態2に係る面光源装置201の光源7から出射された光線が、配光制御素子8を透過する際の挙動を示した図である。
図6は、実施の形態2に係る液晶表示装置101(面光源装置201を含む)の構成を概略的に示す構成図である。図7、図8および図9は、実施の形態2に係る面光源装置201の光源7から出射された光線が、配光制御素子8を透過する際の挙動を示した図である。
液晶表示装置101は、実施の形態1と同様に、透過型の表示装置である。液晶表示装置101は、実施の形態1の液晶表示装置100の配光制御素子6に代わって、配光制御素子8を備えている。
実施の形態2では、配光制御素子8以外の構成については、実施の形態1における液晶表示装置100と同様である。液晶表示装置101は、上記の点以外は、実施の形態1と同じである。なお、実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
実施の形態1と同様の構成要素は、液晶パネル1、光学シート2,3、拡散板4、反射部材5および光源7である。また、配光制御素子8の構成要素のうち、配光制御素子6と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。配光制御素子6と同様の構成要素は、光入射面61,61a,61b、光出射面62,62a,62b、頂点部63および光軸Cである。
実施の形態1または2に示すように、光源7は、面光源装置200,201の一部の領域に配置されている。そして、配光制御素子6,8は、光源7から発せられた光を面状の光に変換している。
配光制御素子6,8に入射した光が再び空気中へと透過する際に、境界面で反射光が発生する。また、光源7から出射される際の光の発散角が広いほど、この反射光は増加する。
面状の光の均一性を向上するためには、境界面での反射光を考慮することができる。そして、広い範囲で面状の光の均一性を得るためには、この反射光を照明光として利用することができる。
本実施の形態2に係る液晶表示装置101は、配光制御素子8に、光反射面81を備えている。
光反射面81は、光出射面62aで反射された光線L3を反射する反射面である。光反射面81は、配光制御素子8の−z軸方向側の面である。
そのため、光反射面81は、光出射面62aと対向する位置に形成されている。
また、光反射面81は、z−x平面上で、光入射面61とx軸方向に並んで形成されている。z−x平面上において、光反射面81aと光反射面81bとは、光入射面61を挟むように配置されている。
光入射面61は、光軸C上に位置している。そして、光反射面81aと光反射面81bとは、光軸Cに対して対称に配置されている。
z−x平面上において、光反射面81aは、光入射面61の+x軸側に形成されている。光反射面81bは、光入射面61の−x軸側に形成されている。つまり、光反射面81aは、光入射面61aの+x軸側に形成されている。光反射面81bは、光入射面61bの−x軸側に形成されている。
光反射面81は、凹曲面形状をしている。つまり、光反射面81は、z−x平面上で見ると、+z軸方向に凸形状をしている。光反射面81は、z−x平面上で見ると、光出射面62aの方向に突出している。実施の形態2では、光反射面81は緩やかな凹曲面形状をしている。
光反射面81は、例えば、y軸方向に延びる溝形状である。例えば、光反射面81は、第2の方向に延びる溝形状である。配光制御素子6がシリンドリカル面を有する場合には、第2の方向は、シリンドリカル面が曲率を有さない方向である。
光反射面81a1は、光反射面81aの+x軸側の面である。光反射面81a2は、光反射面81aの−x軸側の面である。光反射面81b1は、光反射面81bの+x軸側の面である。光反射面81b2は、光反射面81bの−x軸側の面である。
光反射面81は、例えば、光拡散面であることができる。この場合には、光反射面81で反射された光線L3は散乱する。
<光線の挙動>
光源7から出射された光線L1,L2は、光入射面61から配光制御素子8の内部に入射する。光入射面61に達した光線Lは、光入射面61a,61bによって屈折して、配光制御素子8内部へ入射する。実施の形態2において、光線Lは、光線L1、光線L2および光線L3を含む。
光源7から出射された光線L1,L2は、光入射面61から配光制御素子8の内部に入射する。光入射面61に達した光線Lは、光入射面61a,61bによって屈折して、配光制御素子8内部へ入射する。実施の形態2において、光線Lは、光線L1、光線L2および光線L3を含む。
スネルの法則により、光線の屈折角は、光線の入射角よりも大きくなる。つまり、光線L1,L2が配光制御素子8内部へ入射する際に、光線L1,L2の屈折角は、光線L1,L2の入射角よりも大きくなる。
図7に示すように、光源7よりも+z軸方向側に出射された光線L1は、光入射面61a,61bで+z軸方向側に屈折する。光源7よりも+z軸方向側に出射された光線L1は、光源7の+z軸側の発光面7aから出射された光線である。
また、図8に示すように、光源7の側面(発光面7b)から出射された光線L2の一部も、光入射面61a,61bで+z軸方向側に屈折する。
光線L1,L2は配光制御素子8内部を進行した後に、光出射面62に達する。
フレネルの式により、光線は屈折率の異なる物質の界面に入射すると、一部の光線は界面で反射して、また、他の一部の光線は界面で屈折して透過する。光線が界面に入射する角度が大きくなるほど、界面で反射する光線の比率は増える。さらに、ある角度以上で界面に入射した光線は透過せずに、すべて反射する。
配光制御素子8内部を進行した光線Lの一部(光線L1)は、光出射面62aから出射する。
光出射面62aは、配光制御素子8の+z軸方向側の面である。光出射面62aは、例えば、凸面形状である。図7では、光出射面62aは、緩やかに変化する凸面形状である。
図7に示すように、光出射面62aによって、光線L1は光軸Cに対して角度が大きくなる方向に屈折する。
配光制御素子8内部を進行した光線Lの一部(光線L2)は、光出射面62bから出射される。
光出射面62bは、配光制御素子8の+x軸方向側の面又は−x軸方向側の面である。光出射面62bは、凹面形状である。図8では、光出射面62bは緩やかな凹面形状である。
図8に示すように、光出射面62bによって、光線L2は+z方向に屈折する。
さらに、光出射面62bに達した光線L2は、凹面の位置によって屈折する方向が異なる。このため、光出射面62bから出射された光線L2は、+z方向に広がって進む。つまり、光出射面62bから出射された光は、拡散板4上に広がる。
図9に示すように、配光制御素子8内部を進行した光線Lの一部(光線L1)は、光出射面62aで−z方向に反射される。光線L3は、光線L1が光出射面62aによって反射された光線である。つまり、光出射面62aによって反射された光線L3は、−z軸方向に進行する。
光線L3は、光出射面62aに対して入射した角度(入射角)と同等の角度(反射角)で反射される。つまり、反射される光線の入射角と反射角とは等しい(反射の法則)。入射角と反射角とは、それぞれの光線の進行方向と境界面の垂線との間の角度として定義される。ここで、境界面は、光出射面62aである。
光出射面62aによって反射された光線L3は、光出射面62aに対して入射した角度と同等の角度で−z方向に反射される。そして、光出射面62aで反射された光線L3は、光反射面81に到達する。
光出射面62aによって反射された後に、配光制御素子6内部を進行した光線L3の一部は、光反射面81によって、+z方向に反射される。光反射面81に到達した光線L3は、光反射面81で+z方向に広がりながら反射される。光反射面81に到達した光線L3は、光反射面81で+z方向に反射される。
そして、光反射面81によって反射された光線L3は、+z方向に進行する。そして、光反射面81で反射された光線L3は、光出射面62bから出射する。
光反射面81によって反射された光線L3は、配光制御素子6内部を進行した後に、光出射面62bから出射する。光反射面81によって反射された光線L3は、光線L2と合成される。つまり、光線L3は、光線L2と重ね合わされて、光出射面62bから出射する。光線L3は、光線L2と重畳されて、光出射面62bから出射する。そして、光出射面62bから出射される光の光量は増加する。
光出射面62bから出射される光線L2,L3は、面光源装置201の光出射面の周辺部に到達する。つまり、光反射面81によって、面光源装置201の光出射面の周辺部の光量を増すことができる。そして、面光源装置201の光出射面の周辺部の輝度の低下を抑えることができる。
また、例えば、光線L1に加えて、光線L2,L3が面光源装置201の光出射面の周辺の領域(周辺部)に到達することで、面光源装置201の光出射面の周辺部の光量を増すことができる。
光反射面81が光拡散面の場合には、光反射面81に到達した光線L3の一部は、光反射面81によって、拡散されて+z方向に反射される。つまり、光反射面81によって反射された光線L3は、拡散光となる。そして、光反射面81によって反射された光線L3は、+z方向に進行する。
光出射面62aで反射された光線L3は、光反射面81a1または光反射面81b2で反射された後に、それぞれ光出射面62bから出射する。光出射面62aで反射された光線L3は、光反射面81a1で反射された後に、光出射面62b1から出射される。光出射面62aで反射された光線L3は、光反射面81b2で反射された後に、光出射面62b2から出射される。
光反射面81で反射された光線L3は、光出射面62bによって、+z軸方向に屈折される。
光反射面81と光出射面62bとによって、光線L3は+z方向に反射および屈折される。
光入射面61での屈折、光出射面62aでの屈折、光出射面62aでの反射、光反射面81での反射または光出射面62bでの屈折によって、光源7から出射された光線Lは、面光源装置201が面状の光を照射する方向に進む。実施の形態2では、面光源装置201が面状の光を照射する方向は、開口部53の方向である。面光源装置201が面状の光を照射する方向は、+z軸方向である。開口部53は、面光源装置201の光出射面である。
実施の形態2では、開口部53には、拡散板4が配置されている。拡散板4は、面光源装置201の光出射面である。そして、光源7から出射された光線Lは、拡散板4上に広がる。配光制御素子8から出射された光線Lは、拡散板4上に広がる。
つまり、配光制御素子8は、光源7の配光を、面光源装置201の光出射面上に変更する機能を有する。
<変形例4>
図10は、変形例4の配光制御素子8aの構成を示す図である。変形例4は、実施の形態1の変形例1の内容を、配光制御素子8に適用した例である。
図10は、変形例4の配光制御素子8aの構成を示す図である。変形例4は、実施の形態1の変形例1の内容を、配光制御素子8に適用した例である。
なお、変形例は、実施の形態1からの通し番号とする。
配光制御素子8は透明材料とした。しかし、例えば、図10に示すように、配光制御素子8aを材料64及び透明材料65を用いた多層構造としてもよい。
配光制御素子8aの光出射面62aの部分は、材料64で形成されている。また、材料64で形成された部分の−z軸側の部分は、透明材料65で形成されている。配光制御素子8aの光出射面62bの部分は、材料65で形成されている。また、配光制御素子8aの光入射面61の部分は、材料65で形成されている。つまり、材料64で形成された部分の光入射面61側の部分は、透明材料65で形成されている。
このため、光入射面61から入射した光は、透明材料65の部分を透過した後に、材料64の部分を透過して、光出射面62aに到達する。
材料64は、例えば、拡散材を含んだ材料とすることができる。また、材料64は、例えば、透明材料65と異なる屈折率の透明材料とすることができる。
押出し成形で配光制御素子8aを作製する場合には、複数の材料を用いて成形することができる。
このように材料を一部変えることで、配光を制御できる。
なお、図10に示した多層構造に限るものではない。配光に合わせて任意の位置に任意の材料を配置することができる。
<変形例5>
図11は、変形例5の配光制御素子8bの構成を示す図である。変形例5は、実施の形態1の変形例2の内容を、配光制御素子8に適用した例である。
図11は、変形例5の配光制御素子8bの構成を示す図である。変形例5は、実施の形態1の変形例2の内容を、配光制御素子8に適用した例である。
図11に示すように、配光制御素子8の光出射面62上に光拡散素子66を配置してもよい。図11では、光拡散素子66は、シート形状をしている。また、光拡散素子66は、光軸C上に配置されている。光拡散素子66は、配光制御素子8の光出射面62a上に配置されている。
配光制御素子8の光軸C上を進行する光線(光線L1)は、光入射面61及び光出射面62aで屈折せずに直進することがある。その場合には、表示面1a上で、その部分は明線になって現れる。光拡散素子66を光軸C上に配置することで、この明線を和らげて、輝度の均一性を高めることができる。
また、光拡散素子66に代えて、光出射面62aの光軸Cが通る領域に凹凸形状を形成することができる。つまり、光出射面62aの光軸Cが通る領域は、凹凸面である。例えば、押出し成形で配光制御素子6aを作製する場合には、z−x平面上が凹凸形状で、y軸方向に延びる溝を形成することができる。
<変形例6>
また、例えば、配光制御素子8の光出射面62aの光軸C上に光反射素子を配置してもよい。例えば、図11に示す光拡散素子66を光反射素子に変更することができる。変形例6は、実施の形態1の変形例3の内容を、配光制御素子8に適用した例である。以下において、図11を用いて、光反射素子66として説明する。
また、例えば、配光制御素子8の光出射面62aの光軸C上に光反射素子を配置してもよい。例えば、図11に示す光拡散素子66を光反射素子に変更することができる。変形例6は、実施の形態1の変形例3の内容を、配光制御素子8に適用した例である。以下において、図11を用いて、光反射素子66として説明する。
光源7の数が少なく、隣接する光源7の間の領域が暗い部分として目立つ場合がある。この場合においても、光出射面62aの光軸C上に光反射素子66を配置して、光を−z軸方向に反射させる。この反射は、拡散反射であってもよい。
また、光反射素子66は、各光源7の+z軸方向の位置に配置することができる。つまり、各光源7の+z軸方向の光出射面62a上の領域に、光反射素子66は配置される。
光反射素子66で反射された光は、y軸方向に進行する。光反射素子66で反射された光は、配光制御素子8の取り付けられた基板上で反射する。図6では、配光制御素子8の取り付けられた基板は、反射部材5の底面51である。そして、基板(底面51)上で反射された光は、隣接する光反射素子66の間の光出射面62aの領域から出射する。
この光の反射によって、光はy軸方向に広がる。これによって、隣接する光源7の間にも光が広がるため、暗い部分が目立たなくなる。
これらのような、簡素な構成で、面状の光の均一性を向上させることが可能である。
以上より、本実施の形態2の面光源装置201によれば、簡素で汎用性の高い配光制御素子8によって、少ない光源7で、均一性を増した輝度分布を得ることができる。
<付記>
以上の各実施の形態を基にして、以下の内容を付記として記載する。
以上の各実施の形態を基にして、以下の内容を付記として記載する。
<付記1>
光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を配光する配光制御素子と
を備え、
前記配光制御素子は、当該配光制御素子の光軸が通る第1の光出射面及び前記第1の光出射面の端部に配置されて前記光軸の方向に延びる第2の光出射面を含み、
前記第2の光出射面は、凹面形状の領域を備える面光源装置。
光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を配光する配光制御素子と
を備え、
前記配光制御素子は、当該配光制御素子の光軸が通る第1の光出射面及び前記第1の光出射面の端部に配置されて前記光軸の方向に延びる第2の光出射面を含み、
前記第2の光出射面は、凹面形状の領域を備える面光源装置。
<付記2>
前記配光制御素子は、前記第1の光出射面又は前記第2の光出射面に凹凸形状の領域を備える付記1に記載の面光源装置。
前記配光制御素子は、前記第1の光出射面又は前記第2の光出射面に凹凸形状の領域を備える付記1に記載の面光源装置。
<付記3>
前記配光制御素子は、前記光軸が通る光入射面を備え、
前記光入射面は、前記光軸に対して対称となる位置の間隔が前記第1の光出射面の方向に向けて狭くなる付記1又は2に記載の面光源装置。
前記配光制御素子は、前記光軸が通る光入射面を備え、
前記光入射面は、前記光軸に対して対称となる位置の間隔が前記第1の光出射面の方向に向けて狭くなる付記1又は2に記載の面光源装置。
<付記4>
前記配光制御素子は、前記光入射面に凹凸形状の領域を備える付記3に記載の面光源装置。
前記配光制御素子は、前記光入射面に凹凸形状の領域を備える付記3に記載の面光源装置。
<付記5>
前記光軸は、前記光入射面の前記第1の光出射面側の端部を通る付記3又は4に記載の面光源装置。
前記光軸は、前記光入射面の前記第1の光出射面側の端部を通る付記3又は4に記載の面光源装置。
<付記6>
前記第1の光出射面は、円筒面であり、
前記光源は、前記円筒面の軸方向に並べて配置される付記1から5のいずれか1項に記載の面光源装置。
前記第1の光出射面は、円筒面であり、
前記光源は、前記円筒面の軸方向に並べて配置される付記1から5のいずれか1項に記載の面光源装置。
<付記7>
前記配光制御素子は、拡散材を含む付記1から6のいずれか1項に記載の面光源装置。
前記配光制御素子は、拡散材を含む付記1から6のいずれか1項に記載の面光源装置。
<付記8>
前記配光制御素子は、異なる屈折率の材料を含む付記1から7のいずれか1項に記載の面光源装置。
前記配光制御素子は、異なる屈折率の材料を含む付記1から7のいずれか1項に記載の面光源装置。
<付記9>
前記配光制御素子は、前記第1の光出射面の前記光軸を含む領域に光拡散素子又は光反射素子を備える付記1から8のいずれか1項に記載の面光源装置。
前記配光制御素子は、前記第1の光出射面の前記光軸を含む領域に光拡散素子又は光反射素子を備える付記1から8のいずれか1項に記載の面光源装置。
<付記10>
付記1から9のいずれか1項に記載の面光源装置と、
前記面光源装置から出射された面状の光を画像光に変換する液晶パネルと
を備えた液晶表示装置。
付記1から9のいずれか1項に記載の面光源装置と、
前記面光源装置から出射された面状の光を画像光に変換する液晶パネルと
を備えた液晶表示装置。
なお、上述の各実施の形態においては、「平行」または「垂直」などの部品間の位置関係又は部品の形状を示す用語を用いている場合がある。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含む。このため、請求の範囲に部品間の位置関係または部品の形状を示す記載した場合には、これらの記載は、製造上の公差又は組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含む。
また、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。
100,101 液晶表示装置、 200,201 面光源装置、 1 液晶パネル、 1a 表示面、 1b 裏面、 2 光学シート、 3 光学シート、 4 光拡散板、 5 反射部材、 51 底面、 52 側面、 53 開口部、 6,6a,6b,8 配光制御素子、 61,61a,61b 光入射面、 62,62a,62b 光出射面、 63 頂点部、 64 材料、 65 透明材料、 66 光拡散素子、 7 光源、 7a,7b 発光面、 81 光反射面、 A 傾斜角、 C,Cs 光軸、L1,L2 光線。
面光源装置は、光を出射する光源と、前記光源から出射された光を配光する配光制御素子とを備え、前記配光制御素子は、当該配光制御素子の光軸が通る第1の光出射面及び前記第1の光出射面の端部に配置されて前記光軸の方向において前記光源側に延びる第2の光出射面を含み、前記第2の光出射面は、凹面形状の領域を備え、前記光は、第1の光線及び第2の光線を含み、前記光源は、前記第1の光線を出射する第1の発光面と、前記第1の発光面の周辺に形成されて、前記第1の光線の出射方向に対して垂直な方向に前記第2の光線を出射する第2の発光面とを備え、前記光源から出射された前記第1の光線は、直接前記第1の光出射面に到達し、前記光源から出射された前記第2の光線は、直接前記第2の光出射面に到達し、前記凹面形状の領域から直接出射され、前記第1の光出射面側に屈折される。
そのため、配光制御素子6を棒形状とすることで、配光制御素子6の部品点数を減らすことができる。また、個々のLED素子(光源7)にレンズ(配光制御素子6)を装着する場合には、LED素子(光源7)を配置した基板と個々の配光制御素子6とを接着する必要がある。つまり、LED素子(光源7)を配置した基板上に、個々の配光制御素子6を取り付ける必要がある。実施の形態では、この基板は、反射部材5の底面51である。
また、光源7の数を減らすために、光源7を一列に並べて配置する構成が考えられる。例えば、複数の光源7は、表示面側から見て、面光源装置200の短辺方向(x軸方向)の中央の部分に長辺方向(y軸方向)に沿って配置される。
Claims (17)
- 光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を配光する配光制御素子と
を備え、
前記配光制御素子は、当該配光制御素子の光軸が通る第1の光出射面及び前記第1の光出射面の端部に配置されて前記光軸の方向において前記光源側に延びる第2の光出射面を含み、
前記第2の光出射面は、凹面形状の領域を備える面光源装置。 - 前記配光制御素子は、前記光軸が通る光入射面を備え、
前記光入射面は、前記光源を覆うように形成されている請求項1に記載の面光源装置。 - 前記光入射面と前記光軸との間隔は、前記光源から前記第1の光出射面の方向に向けて狭くなる請求項2に記載の面光源装置。
- 前記光軸は、前記光入射面の前記第1の光出射面側の端部を通る請求項2又は3に記載の面光源装置。
- 前記第1の光出射面は、第1の方向に曲率を有し、前記第1の方向に垂直な第2の方向に曲率を有さないシリンドリカル面であり、
前記光入射面は、前記第2の方向に延びる溝形状である請求項2から4のいずれか1項に記載の面光源装置。 - 前記第1の光出射面は、第1の方向に曲率を有し、前記第1の方向に垂直な第2の方向に曲率を有さないシリンドリカル面である請求項1から4のいずれか1項に記載の面光源装置。
- 複数の前記光源は、前記第2の方向に並べて配置される請求項5または6に記載の面光源装置。
- 前記光は、第1の光線及び第2の光線を含み、
前記光源は、前記第1の光線を出射する第1の発光面と、前記第1の発光面の周辺に形成されて、前記第1の光線の出射方向に対して、垂直な方向に前記第2の光線を出射する第2の発光面とを備える請求項1から7のいずれか1項に記載の面光源装置。 - 前記光源から出射された前記第1の光線は、前記第1の光出射面に到達し、前記光源から出射された前記第2の光線は、前記第2の光出射面に到達する請求項8に記載の面光源装置。
- 配光制御素子は、前記第1の光出射面と対向する位置に配置され、前記第1の光線の内、前記第1の光出射面で反射された第3の光線を、前記第2の光出射面に向けて反射する光反射面を備え、
前記第3の光線は、前記第2の光出射面に到達する請求項8または9に記載の面光源装置。 - 前記光反射面は、前記第1の光出射面側に凸形状である請求項10に記載の面光源装置。
- 前記光反射面は、凹凸形状の領域を備える請求項10または11に記載の面光源装置。
- 前記配光制御素子は、凹凸形状の領域の面を備える請求項1から11のいずれか1項に記載の面光源装置。
- 前記配光制御素子は、拡散材を含む請求項1から13のいずれか1項に記載の面光源装置。
- 前記配光制御素子は、異なる屈折率の材料を含む請求項1から14のいずれか1項に記載の面光源装置。
- 前記配光制御素子は、前記第1の光出射面の前記光軸を含む領域に光拡散素子又は光反射素子を備える請求項1から15のいずれか1項に記載の面光源装置。
- 請求項1から16のいずれか1項に記載の面光源装置と、
前記面光源装置から出射された面状の光を画像光に変換する液晶パネルと
を備えた液晶表示装置。
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