WO2009047891A9 - 面光源素子アレイおよび画像表示装置 - Google Patents

面光源素子アレイおよび画像表示装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2009047891A9
WO2009047891A9 PCT/JP2008/002820 JP2008002820W WO2009047891A9 WO 2009047891 A9 WO2009047891 A9 WO 2009047891A9 JP 2008002820 W JP2008002820 W JP 2008002820W WO 2009047891 A9 WO2009047891 A9 WO 2009047891A9
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
light source
source element
light guide
light emitting
Prior art date
Application number
PCT/JP2008/002820
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2009047891A1 (ja
Inventor
安部浩司
内田龍男
Original Assignee
株式会社クラレ
国立大学法人東北大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社クラレ, 国立大学法人東北大学 filed Critical 株式会社クラレ
Priority to JP2009536919A priority Critical patent/JP5209634B2/ja
Priority to TW097138810A priority patent/TW200923248A/zh
Publication of WO2009047891A1 publication Critical patent/WO2009047891A1/ja
Publication of WO2009047891A9 publication Critical patent/WO2009047891A9/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133606—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/002—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide, e.g. with collimating, focussing or diverging surfaces
    • G02B6/0021—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide, e.g. with collimating, focussing or diverging surfaces for housing at least a part of the light source, e.g. by forming holes or recesses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133603—Direct backlight with LEDs
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0053—Prismatic sheet or layer; Brightness enhancement element, sheet or layer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133606—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members
    • G02F1/133607—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133611—Direct backlight including means for improving the brightness uniformity
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133613—Direct backlight characterized by the sequence of light sources

Definitions

  • the present invention relates to a surface light source and a surface light source element array, and more particularly to a thin and uniform surface light source using light from a point light source.
  • the present invention further relates to a liquid crystal display device using the surface light source element array.
  • LCD TVs have become widespread as flat-screen TVs. Since a liquid crystal television is not a self-luminous type, it is necessary to irradiate light from the back surface, and a backlight (surface light source device) is necessary. A backlight of a liquid crystal television is required to have a light emitting surface with a large area and to have uniform luminance over the front surface.
  • the backlight for the image display device guides the light of the light source arranged on the side surface of the light guide plate in the front direction with the light guide plate, and makes the light source uniform on the diffusion sheet and the light source on the back side of the illumination surface,
  • the direct method tends to increase in thickness because the light source is provided on the back of the device. For this reason, in fields where thinness is required, such as mobile phones, mobile PCs, car navigation systems, etc.
  • the edge light method that can be realized is the mainstream.
  • a direct display method using multiple light sources is used for large display applications.
  • the ratio of the luminous flux emitted from the light source is high, and the number of light sources can be increased freely. That is, since the amount of light can be increased freely, the required high brightness can be easily obtained.
  • the direct method it is necessary to solve unique problems such as elimination of lamp image, thinning, and energy saving.
  • the lamp image appears as brightness unevenness much more remarkable than the edge light system.
  • it is difficult to eliminate the lamp image by means conventionally used in the edge light system, that is, means such as a diffusion film in which a diffusion material is applied to the film surface.
  • diffusion sheets containing a diffusion material are widely used.
  • inorganic particles and crosslinked organic fine particles are added to the base resin such as methacrylic resin, polycarbonate resin, styrene resin, vinyl chloride resin, etc. And a method of preparing a light diffusion sheet.
  • the lamp image of the cold cathode tube can be diffused by a diffusion sheet to form a uniform surface light source.
  • a uniform surface light source it has been possible to realize a surface light source by providing an interval of about 30 mm between the light source and the diffusion sheet.
  • Patent Document 1 a plurality of light emitting diodes disposed on a substrate, a light guide plate provided on the light emitting side of the light emitting diode, and each light emitting diode are opposed to each other between the light emitting diode and the light guide plate. And an optical element provided therewith.
  • this backlight device the light emitted from the LED chips of the respective colors of the light emitting diodes is diffused according to the alignment pattern of the light beam by the optical element, and the light emitted from the optical element is spread over the entire light guide plate.
  • each light emitting element and the optical element are arranged in a pair, and each pair of optical elements diffuses the light from the light emitting element. It is impossible to uniformly mix the light of each color before entering the optical element. For this reason, it is necessary to mix light of each color uniformly in the space between the optical element and the light guide plate, and for that purpose, it is necessary to take a sufficient optical path length in the space for uniformization. As a result, the thickness of the space between the optical element and the light guide plate becomes considerably large, so that the thickness cannot be reduced and the weight of the light guide plate increases.
  • a reflective member is provided on the back surface of the transparent mold portion, and light emitting elements of red, green, and blue emission colors are sealed at the center of the mold portion, In the vicinity of the center of the reflecting member, there is formed a reflective region that is inclined obliquely toward the back as it goes to the outer periphery, and a light emitting light source that is provided with an inclined inclined total reflection region on the light exit surface of the mold part Is disclosed.
  • the light emitted from the light emitting elements of the red, green, and blue emission colors is totally reflected in the inclined total reflection region, further totally reflected in the direct emission region, and guided to the outer peripheral end portion of the reflection member. The light is emitted forward by reflection at the outer peripheral edge.
  • Patent Document 2 it is described that a light-emitting light source using a light-emitting element with uniform light intensity and color on the irradiated surface, thin thickness, and low power consumption can be obtained.
  • the light emitting elements of all colors are solidified at the center, so that it is difficult not only to obtain uniform brightness in the plane, but also from the light emitting elements provided in the center.
  • the mold part In order to sufficiently diffuse light, the mold part must be thickened. Therefore, even if it is said to be thin, there is a drawback that it is equivalent to or thicker than the current mainstream cold cathode tube type.
  • an object of the present invention is to provide a surface light source element array capable of emitting light of uniform brightness in a plane without producing a lamp image even when the thickness between the target surface and the light emitting element arrangement surface is thin. There is to do.
  • Another object of the present invention is to provide a surface light source element array that does not require sacrifice of thickness, uniformity, or power consumption, has a uniform light intensity distribution and color mixture, and has low power consumption. Is to provide.
  • Still another object of the present invention is to provide a surface light source element array capable of controlling not only the surface emitting area but also the surface light source elements independently to control brightness and color for each area. It is to provide.
  • Another object of the present invention is to provide an illumination device that uniformly emits light and a high-quality image display device.
  • the present inventors have found the following points and completed the present invention.
  • the light emitting element that emits light toward the inside of the light guide is arranged not on the side surface of the light guide but on the inside.
  • the majority of the light emitted from the element can be incident at an angle that totally reflects the inside of the light guide, and a light guide is provided by disposing a reflective member on at least one of the side surface or the bottom surface of the light guide.
  • Light can be confined inside the body.
  • the light confined inside the light guide in this way is uniformly mixed inside the light guide, while the light control member existing on the lower side or the upper side of the light guide or both, The traveling direction is changed, and the light is emitted as uniform light from the upper surface of the light guide.
  • uniform light is emitted from each of the surface light source elements, which are each constituent unit of the surface light source element array, and that extremely uniform light can be emitted from the entire surface of the surface light source element array.
  • the light emitting element is not necessarily arranged at the center of the light guide.
  • a plurality of light emitting elements are arranged by arranging a plurality of light emitting elements at appropriate positions.
  • uniform light emission is performed for each light emitting element.
  • red, green, and blue light emitting elements it is possible to uniformly mix the respective colors inside the surface light source element, and if red, green, and blue light emitting elements are used, a surface having high definition. I also found it to be a light source.
  • the present invention based on the above examination results is a surface light source element array in which a plurality of surface light source elements are arranged, and the surface light source elements are disposed inside the light guide and the light guide. And at least one light emitting element, a light control member disposed on at least one of an upper surface or a bottom surface of the light guide, and a reflecting member disposed on at least one of the side surface or the bottom surface of the light guide.
  • the reflecting member is set to return the light to the inside of the light guide by reflection
  • the light control member is set to change the traveling direction of the reflected light and to emit the reflected light to the outside of the light guide.
  • the surface light source element when a diffusing member having a diffusing performance with a haze value of 90% is installed 5 mm above the main surface of the surface light source element, and one of the light emitting elements inside the surface light source element is turned on.
  • the area where the decrease in luminance is within 10% compared to the brightest luminance may be 60% or more of the main surface of the surface light source element.
  • the surface light source element may include a plurality of point light sources having different colored light as light emitting elements, and may include light emitting diodes of three colors of red, blue, and green as light emitting elements. Further, the distance between the light emitting elements in the surface light source element may be about 2 to 5 times the diameter of the light emitting element.
  • the present invention includes an image display device in which a transmissive display element is provided on the light emission side of the surface light source element array.
  • a transmissive display element is provided on the light emission side of the surface light source element array.
  • at least one optical member may be provided between the surface light source element array and the transmissive display element.
  • the light emitting element is present inside the light guide, and the light guide is surrounded by the reflecting member, so that not only the light use efficiency is improved, but also the light is reflected inside the light guide to be uniform. Can disperse the light, and a uniform surface light source can be obtained. Furthermore, since reflection inside the light guide can be used as an optical path length for mixing light, it is possible to realize a thin surface light source element that has been difficult in the past.
  • the shape of the light guide part it is possible not only to obtain a surface light source light emitting element having an arbitrary shape, but also by combining the surface light source elements, a surface light source element array that performs uniform surface light emission has an arbitrary size. It can be obtained in a sheath shape.
  • the surface light source element performs uniform surface light emission independently, in the surface light source element array in which a plurality of such surface light source elements are arranged, it is possible to enlarge the area for surface light emission and each surface light source element. It is possible to control brightness and color for each area by independently controlling.
  • the light-emitting element described above is a point light source with different colored light, it is possible to emit not only a single color or white color but also any color by combining the light sources. This makes it possible to improve the color purity important for a display or the like and develop a specific color.
  • transmissive display element in the surface light source element array of the present invention, it is possible not only to achieve both a large screen and a thin display, but also to obtain an image display device with high definition, high contrast, and low power consumption.
  • FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of the surface light source element array of the present invention, showing a top view of the surface light source element array, and FIG. 2 showing a top view of the surface light source element.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view orthogonal to the main surface of one surface light source element along the line III-III in FIG.
  • the surface light source element array is formed by two-dimensionally arranging a plurality of surface light source elements 5, and the square surface light source elements 5 are arranged in contact with each other.
  • the light emitting element 2 includes a red light emitting element 2a, a blue light emitting element 2b, and two green light emitting elements 2c.
  • each surface light source element 5 includes the light guide 1, the reflecting member 3 disposed on the entire circumference and the bottom surface of the light guide 1, and the bottom surface of the light guide 1. And a light emitting element 2 disposed in a cavity with a part cut away. Further, a liquid crystal panel 6 (not shown) is supported by a casing above the surface light source element in FIG. 3, that is, on the light emitting surface side, thereby forming an image display device.
  • the light emission angle characteristic of each LED is between -30 ° and 45 °, assuming that the direction parallel to the main surface of the light guide 1 is 0 degree and the side where the reflecting member is formed is +, and the direction where the reflecting member is not formed is +. Light goes on. As shown in FIG.
  • the light emitted from the light emitting element 2 travels while being totally reflected in the light guide 1, and when the light enters the minute protrusions of the light control member 4, the light deviates from the condition of total reflection. Is generated, and light is emitted from the upper surface of the light guide 1.
  • the light guide 1 is preferably transparent to the wavelength of visible light. If so-called transparent, the material is an organic material (for example, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, a photocurable resin, etc.), an inorganic material. Any of (for example, glass etc.) may be sufficient.
  • organic materials include (meth) acrylic resins, (meth) acrylic-styrene copolymer resins, styrene resins, aromatic vinyl resins, olefin resins, ethylene-vinyl acetate copolymer resins, vinyl chloride Resin, vinyl ester resin, polycarbonate resin, fluorine resin, urethane resin, silicone resin, amide resin, imide resin, polyester resin, epoxy resin, phenol resin, urea resin, melamine resin and the like. Of these, (meth) acrylic resin, polycarbonate resin, glass and the like are preferable.
  • the refractive index of such a light guide is preferably, for example, about 1.48 to 1.62, and more preferably 1.50 to 1.2. About 60.
  • the light guide has a form that can be combined in a tile shape.
  • forms that can be combined in a tile shape include polygonal shapes such as a triangle, a quadrilateral, a pentagon, and a hexagon.
  • a light guide having the same shape is often used from the viewpoint of manufacturing.
  • a hollow portion is formed by cutting out a part of the bottom surface.
  • a hollow portion may be directly molded using a known or conventional method such as injection molding, compression molding or transfer molding, or a molded body having a predetermined shape is cut using a lathe or the like. Also good.
  • the reflective member 3 is disposed on at least one of the side surface side or the bottom surface side with respect to the main surface of the light guide 1.
  • the reflecting member 3 allows light to be emitted in a certain direction only from the upper surface with respect to the main surface of the light guide, that is, only in a certain section.
  • the reflecting member 3 may be formed of the same material on the side surface side and the bottom surface side, or may be formed of different materials.
  • the reflective member 3a on the side surface side is preferably made of a material that regularly reflects so that light is not emitted from a portion where the light guide 1 and the reflective member 3 approach each other.
  • a metal sheet may be simply used, or a resin molded product formed from an olefin resin or the like may be used by coating or vapor-depositing a metal or the like.
  • the arrangement of the reflecting member may be omitted on the side surface side of the surface light source element that faces the reflecting member.
  • the reflecting member 3b on the bottom surface side of the light guide 1 may be made of a material having either regular reflection or diffuse reflection.
  • the material for regular reflection the same member as the reflection member 3a on the side surface side is raised, and as the material for diffuse reflection, a white resin molded product with high diffusibility may be used as the reflection member.
  • Such a reflection member 3 may be appropriately disposed with respect to the light guide 1 according to the material.
  • the reflection member 3 may be attached to the light guide 1 by using an adhesive, or guided by vapor deposition. It may be formed directly on the body 1. Moreover, you may arrange
  • the light emitting element 2 is not particularly limited as long as 70% or more of the light emitted from the light emitting element is incident at an angle at which the light is totally reflected inside the light guide.
  • the light emitting element having such a light emitting property A side emission type light emitting diode (LED) is exemplified. Even if the light emitting diode is not a side emission type light emitting diode, a light reflecting member, a diffusing member, an absorbing member, etc. are formed on the top of the light emitting element, so that 70% or more of the light emitted from the light emitting element It can be set as the structure which reflects.
  • the light emitting element 2 is preferably a light source that does not emit light in a direction perpendicular to the main surface of the light guide 1.
  • the light guide It is necessary that the light incident at an angle of total reflection inside the light source is 70% or more, preferably 7.5% or more, and more preferably 80% or more.
  • the surface light source element preferably has a plurality of point light sources having different colored light as light emitting elements. Further, from the viewpoint of low power consumption, it is preferable to use an LED as a light emitting element, and it is preferable to provide at least one LED of three colors of red, blue, and green in one light guide.
  • the position of the light emitting element 2 in the light guide 1 is preferably not too close to the end of the light guide from the viewpoint of obtaining uniform light emission within the surface.
  • the light emitting element is preferably separated from the side surface of the closest light guide by 1/4 or more of the diameter of the light emitting element, more preferably 1/3 or more of the diameter, and further preferably 1/2 or more of the diameter.
  • the distance may be about 1/1 to 3/2 of the diameter.
  • the positions of the light emitting elements are not too close from the viewpoint of uniformly mixing the light emitted from the light emitting elements by reflection.
  • the distance between the light emitting elements is preferably about 2 to 5 times the diameter of the light emitting elements, more preferably about 2.5 to 4.5 times, and even more preferably. About 3 to 4 times.
  • the light control member provided in the upper part, the lower part, or both of the light guide 1 changes the traveling direction of light that has been repeatedly totally reflected inside the light guide 1. Then, light having an angle at which the inside of the light guide 1 cannot be totally reflected is generated, and the light is emitted from the upper surface of the light guide 1.
  • the light control member is not particularly limited as long as it has a property of changing the traveling direction of light totally reflected in the light guide and emitting light from the light guide, and a known or public light control member can be used.
  • the light control member may be a microprojection member disposed on the bottom surface of the light guide, and the plurality of convex portions have their tops on the light exit surface (ie, top surface) side of the light guide.
  • the connecting convex member arranged in a row may be used.
  • the scattering reflection member etc. which were formed by printing a scattering reflective ink on the bottom face of a light guide may be sufficient.
  • the shape, size, density, and the like of the protrusions are not particularly limited as long as the traveling direction of the total reflected light can be changed from the reflection angle.
  • the shape of the protrusions may be a spherical part or an elliptical spherical part. And shapes such as a polygonal pyramid shape (for example, a triangular pyramid shape, a quadrangular pyramid shape, etc.) and an indefinite shape.
  • the fine protrusions described above are arranged on the upper surface and / or the lower surface with respect to the main surface of the light guide portion, change the traveling direction of light traveling through the light guide portion, and break the total reflection condition. It works to extract light from the upper surface of the light guide part.
  • By controlling the location, number, size, and shape of the protrusions it is possible to obtain a surface light source without unevenness by making the brightness of the light emitted from each part in the surface uniform. It becomes possible to control the spread.
  • the density of the projections for example, to the major surface 10 mm 2 of the light control member, the total area of the base of each protrusion is preferably about 0.5 ⁇ 5mm 2, 1 ⁇ 4mm 2 about It is more preferable that If the density of the microprojections is too high, the periphery of the light emitting element tends to be bright, and if it is too low, the in-plane brightness tends to be uneven.
  • the connected convex member that uniformly has a plurality of convex portions having curved surfaces at least partially as the light control member 4 guides the convex portion. It is disposed in close contact with the upper surface of the light body 1.
  • the shape, size, density, and the like of the convex portions are not particularly limited as long as the traveling direction of the total reflected light can be changed from the reflection angle.
  • the shape of the convex portions is a one-dimensionally arranged lenticular lens. Alternatively, it may be a two-dimensionally arranged lens array type or a microlens array.
  • the connecting convex portion described above is usually disposed on the upper surface with respect to the main surface of the light guide, and changes the traveling direction of the light traveling through the light guide portion, thereby breaking the total reflection condition and guiding the light guide. It works to extract light from the top surface of the part.
  • the microprojection member or the connecting convex member As a method for producing the microprojection member or the connecting convex member, a known method can be used. For example, it may be formed by injection molding integrally with the light guide using a mold, or may be photocurable. After the uneven shape is transferred to the resin to form a sheet-like projection surface, it may be bonded to the light guide 1 via an appropriate adhesive layer.
  • the reflecting member 3 on the bottom surface side of the light guide 1 is not in contact with the light guide 1 and is normally guided. It is formed below the light body 1.
  • the reflection member 3 on the bottom surface side of the light guide 1 is formed in contact with the light guide 1.
  • the size of the surface light source device is not particularly limited as much as possible the surface-emitting, for example, is preferably an area of the main surface is 1 cm 2 ⁇ 100 cm 2 or so, and more preferably 5 cm 2 ⁇ 80 cm 2 approximately.
  • the surface light source element is provided with a diffusing member having a diffusing performance with a haze value of 90% at 5 mm above the main surface of the surface light source element, and one of the light emitting elements inside the surface light source element is turned on.
  • the area where the decrease in brightness is within 10% of the brightness of the surface light source element is 60% or more of the main surface of the surface light source element, more preferably. It is 6.5% or more, more preferably 70% or more.
  • the surface light source element array may be composed of only surface light source elements exhibiting the same light emission characteristics, or may be used in combination with surface light source elements exhibiting different light emission characteristics as required. When configured with surface light source elements exhibiting the same light emission specification, it is possible to obtain a surface light source element array that emits light uniformly within the surface even when the size is increased. Further, when surface light source elements exhibiting different light emission characteristics are combined, brightness and color can be controlled for each area of the surface light source element array by independently controlling each surface light source element.
  • the light emitted from the light emitting element is finely dispersed inside the single surface light source element and emitted from the emission surface of the surface light source element.
  • the light source element array even if the light emitting area is increased, light that is finely and uniformly dispersed inside the surface light source element can be emitted from the entire surface light source element array. As a result, even if it is thin, the light intensity distribution A uniform surface light source element array can be formed.
  • the surface light source element array thus obtained can be thinned even in the direct type, for example, the distance from the bottom of the light emitting element to the light emitting side of the target surface (that is, the transmissive display element). Is preferably about 5 to 15 mm, more preferably 13 mm or less, and still more preferably 10 mm or less.
  • the image display device of the present invention can be obtained by providing a transmissive display element on the light emitting side of the surface light source array.
  • a transmissive display element 5 such as a liquid crystal panel is placed above the light guide 1 in FIG.
  • the image display device (especially a liquid crystal display device) of the present invention can have uniform brightness and high contrast even if it is thin.
  • red, blue, and green LEDs are used as the light emitting elements, it is possible to provide a high-quality image display device with excellent color reproducibility even with low power consumption.
  • an optical member may be disposed between the surface light source element or the surface light source element array and the transmissive display element, thereby further improving the brightness of the surface light source element and the in-plane luminance uniformity. You may adjust.
  • a known or public optical sheet can be used, and examples thereof include a prism sheet that collects light, a diffusion sheet that spreads light, and a polarization separation sheet that controls polarization.
  • a diffusion sheet having a diffusion performance with a haze value of 90% was disposed 5 mm above the light guide.
  • the luminance distribution of the amount of light reaching the diffusing member when the light emitting elements were individually turned on was imaged as luminance data of 256 gradations, and the image was visually evaluated. There is almost no difference in brightness between the edge part and the center part of the light guide, and the case where it shows uniform surface light is considered good, and there is a difference in brightness between the edge part and the center part of the light guide The case where it occurred and did not show uniform surface emission was defined as defective.
  • a light guide body 1 having a size of 40 mm square and a thickness of 5 mm and having three holes with a diameter of 6 mm was prepared from polymethacrylate resin.
  • the upper surface of the light guide 1 is flat, and the light control member 4 having 361 hemispherical shapes having a diameter of 1 mm is disposed at the position shown in FIG.
  • a regular reflection member 3 is disposed on the side surface side and the bottom surface side of the light guide 1.
  • one side-emitting type red LED, two green LEDs, and one blue LED from Lumileds are used as the light emitting element 2, and two green LEDs are square light guides as shown in FIG.
  • the red LED and the blue LED were respectively arranged on the diagonal line of the square light guide.
  • the LEDs which are light emitting elements, were individually turned on for red, green, and blue, the luminance distribution in the surface of the surface light source element was good. Therefore, a surface light source element array using such a surface light source element can perform uniform in-plane light emission.
  • a light guide body 1 having a size of 40 mm square and a thickness of 5 mm and having three holes with a diameter of 6 mm was prepared from polymethacrylate resin.
  • An optical sheet provided with 20,000 minute irregularities having a diameter of 200 ⁇ m and a depth of 20 ⁇ m was attached to the bottom surface of the light guide via an adhesive.
  • a film that specularly reflects on the side surface of the light guide 1 was laminated with an adhesive, and a similar specular reflection film was disposed on the lower surface with an air layer interposed therebetween.
  • the light emitting element one side-emitting type red, green, and blue LED of Lumileds was arranged in a hole formed in the light guide. In order to eliminate light having an angle outside the total reflection condition, a diffusive reflecting member was placed on the LED.
  • the brightness of the brightest part is 2250 cd / m 2
  • 70% or more of the area of the light guide showed a luminance higher than 2000 cd / m 2 and uniformly emitted light.
  • a light guide body 1 having a diameter of 40 mm square and a thickness of 5 mm and having three holes with a diameter of 6 mm formed with a polymethacrylate resin is provided as a light emitting element.
  • the white LEDs were simultaneously lit at three locations in the same manner as in Example 2 except that one side-emitting type white LED from Lumileds was placed in each hole formed in the light guide.
  • the diffusion sheet provided 5 mm above the main surface of the surface light source element, the luminance distribution in the surface of the surface light source element was good. Therefore, since the brightness of the end portion and the central portion of the surface light source element is the same, the surface light source element array using such a surface light source element can perform uniform in-plane light emission.
  • the luminance distribution in the central part is higher than the peripheral part, and the in-plane
  • the ratio of the minimum brightness to the maximum brightness was 0.59.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

　ターゲット面と発光素子の配置面との間の厚みが薄くても、ランプイメージを生ずることなく、面内で均一な明るさの光を放射できる面光源素子アレイを提供する。 　前記面光源素子アレイは、面光源素子５が複数配列されており、前記面光源素子は、導光体１と、前記導光体の内部に配設された少なくとも１つの発光素子２と、前記導光体１の底面などに配設された光制御部材４と、前記導光体の側面側などに配設された反射部材３と、を備え、前記発光素子２から出射した光の５割以上が導光体１の内部で全反射する角度で入射し、前記反射部材３は反射により光を導光体１の内部に戻すように設定され、且つ、光制御部材４は、反射光の進行方向を変更させ、導光体の外部へ出射させるように設定されている。

Description

[規則37.2に基づく発明の名称]　面光源素子アレイおよび画像表示装置 関連出願
　本願は、日本国で２００７年１０月１１日に出願した特願２００７－２６５３９７の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本出願の一部をなすものとして引用する。
　本発明は、面光源及び面光源素子アレイに関し、特に点状光源の光を利用した薄型の均一な面光源に関するものである。さらに本発明は、前記面光源素子アレイを用いた液晶表示装置等に関する。
　近年薄型テレビとして液晶テレビが普及してきている。液晶テレビは自発光型ではないため、背面から光を照射する必要があり、バックライト（面光源装置）が必要となる。液晶テレビのバックライトは大面積の発光面を有し、且つ前面にわたって輝度が均一であることが求められている。
　画像表示装置用のバックライトは、導光板の側面に配した光源の光を導光板で正面方向に誘導し、拡散シートで均一化するエッジライト方式と、照明面の裏側に光源を配し、光を拡散シートで均一化する直下方式が挙げられる。
　直下方式は光源を装置の背面に備えることから厚さが厚くなる傾向にあり、このため、携帯電話やモバイルパソコン、カーナビゲーションなど薄さを要求される分野では、光源を側面に備えることで薄型化が実現できるエッジライト方式が主流であった。
　一方で、近年、テレビやパソコンモニターを中心にディスプレイの大型化および高輝度化の要求が高まってきた。特にディスプレイの大型化に伴い、上記エッジライト方式では、光源を配置できる周辺部の長さの表示面積に対する割合が減少して、光量が不足するため、十分な輝度を得ることができない。またエッジライト方式ではディスプレイの大型化に伴い導光板の重量が増加するといった問題もある。このようにエッジライト方式では、近年のディスプレイの大型化、高輝度化といった市場の要求に応えることが困難となってきた。
　そのため大型のディスプレイ用途では複数光源による直下方式が採用されている。この方式は、光源から放射される光束の割合が高く、且つ光源の数を自由に増加させることができる。すなわち、光量を自由に増加させることができるため、要求される高輝度が容易に得られる。
　しかしながら、直下方式では、ランプイメージの解消、薄型化、省エネルギーといった独特の課題を解決する必要がある。特に前記ランプイメージは、エッジライト方式よりもはるかに顕著な輝度ムラとして現れる。このため従来、エッジライト方式で用いられてきた手段、即ち、フィルム表面に拡散材を塗布した拡散フィルムなどの手段ではランプイメージの解消が困難である。
　そこで、拡散材を含有した拡散シートが広く用いられている。この方式では、良好な拡散性と光利用効率を得るために、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、スチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂等の基材樹脂に、無機粒子や架橋有機微粒子を光拡散材と配合して、光拡散シートを作製する方法がある。
　これまでは、光源として光利用効率が高く、また低コストである冷陰極管を光源として用いたバックライトが主流であった。冷陰極管のランプイメージは、拡散シートによって拡散され均一な面光源とすることが可能である。従来の照明装置は均一な面光源とするために光源と拡散シートの間で３０ｍｍ程度の間隔を空けることで面光源を実現することが可能となっていた。
　一方、近年、更なる低消費電力化やディスプレイの色再現性の向上が必要であることから、バックライトの光源を冷陰極管ではなく赤、緑、青のＬＥＤを用いたものが開発されている。
　しかしながら、このバックライトでは、三色の光を混合させると共にその光強度と色の混ざり具合を均一化させるためには、ＬＥＤの配置面とプリズムシートとの間の空間が一定以上必要となり、そのためバックライトの厚みが大きくなる欠点があった。
　またターゲット面をＬＥＤに近接させて且つターゲット面における光強度を均一にしようとすれば、ＬＥＤの数を増やして配置密度を大きくする必要がある。従ってこの場合には多数のＬＥＤが必要となると共に消費電力が大きくなる問題があった。
　特許文献１には、基体の上に配設された複数の発光ダイオードと、この発光ダイオードの光出射側に設けられた導光板と、この発光ダイオードと導光板の間で、各発光ダイオードに対向して設けられた光学素子とを備えるバックライト装置が開示されている。このバックライト装置では、発光ダイオードの各色のＬＥＤチップから出射された光を、光学素子により光線の配向パターンにあわせて拡散させ、光学素子を出射した光が導光板全体に広げている。
　しかし、このバックライト装置では、各発光素子と光学素子とが１対になって配置され、各対になった光学素子が発光素子からの光を拡散させているため、それぞれの発光素子から出射された各色の光を、光学素子に入射する前に均一に混合させることは不可能である。このため光学素子と導光板の間の空間で均一に各色の光を混合させなければならず、そのためには均一化のために空間内での光路長を十分に取る必要がある。その結果、光学素子と導光板の空間の厚みがかなり大きくなってしまい、薄型化ができないばかりか、導光板の重量が増加してしまう。
　上記のように、従来のバックライトでは赤、緑、青の３色のＬＥＤを用いたものが色再現性の点で優れているが、３色のＬＥＤを用いたバックライトでは均一化の為の空間が大きくなるので、厚みと均一性と消費電力のいずれかを犠牲にする必要があり、厚みが薄くて、光強度の分布と色の混ざり具合が均一で、且つ、低消費電力のバックライトを作製することができなかった。
　この問題を解決するために、特許文献２には、透明なモールド部の背面に反射部材を設けて、モールド部の中心部には赤、緑、青の発光色の発光素子が封止され、反射部材の中心部付近には外周へ向かうに従って、背面側へ向けて斜めに傾斜した反射領域が形成され、またモールド部の光出射面には、傾斜した傾斜全反射領域が設けられた発光光源が開示されている。前記赤、緑、青の発光色の発光素子から発した光は、傾斜全反射領域で全反射され、更に直接出射領域で全反射され、反射部材での外周端部へ導かれて反射部材の外周端部で反射することによって前方へ出射される。特許文献２では、これによって照射面の光強度と色の混ざり具合が均一で、厚みが薄く、且つ消費電力が小さな発光素子を用いた発光光源ができることが記載されている。しかしながら、この発光光源では、全色の発光素子が中心部に固まって存在しているため、面内で均一な明るさにすることは難しいだけでなく、中心部に設けられた発光素子からの光を十分拡散するためには、モールド部を厚くしなければならない。そのため、薄型化といっても現在主流の冷陰極管タイプのものと同等もしくは厚くなるという欠点がある。
特許２００３－２９７１２７号公報 特開２００６－１４８０３６号公報
　そこで本発明の目的は、ターゲット面と発光素子の配置面との間の厚みが薄くても、ランプイメージを生ずることなく、面内で均一な明るさの光を放射できる面光源素子アレイを提供することにある。
　本発明の他の目的は、厚みと均一性と消費電力のいずれかを犠牲にする必要がなく、光強度の分布と色の混ざり具合が均一で、且つ、低消費電力の小さな面光源素子アレイを提供することにある。
　本発明のさらに他の目的は、面発光する面積を拡大することができるだけでなく、面光源素子それぞれを独自に制御することでエリアごとに明るさや色をコントロールすることができる面光源素子アレイを提供することにある。
　本発明の別の目的は、均一に面発光する照明装置や、高品位の画像表示装置を提供することにある。
　本発明者らは上記の課題を解決するため以下の点を見出し、本発明を完成した。
　第１に、面光源素子アレイにおいて、前記アレイを構成する各面光源素子では、導光体内部に向けて光を出射する発光素子を導光体の側面ではなく内部に配置することにより、発光素子からでる光の大部分が導光体内部を全反射する角度で入射することができ、且つ導光体部分の側面側または底面側の少なくとも一方に反射部材を配設することにより、導光体内部に光を閉じ込めることができる。そして、このようにして導光体内部に閉じ込められた光は、導光体内部の中で均一に混じりあう一方で、導光体の下側または上側もしくはその両方に存在する光制御部材によって、その進行方向を変化させ、導光体の上面から均一な光として出射される。その結果、面光源素子アレイの各構成単位である面光源素子の各々から均一な光が出射され、面光源素子アレイ全面から、極めて均一な光を出射することができることを見出した。
　第２に、上記の面光源素子において、発光素子を必ずしも導光体の中心に配置する必要はなく、例えば、複数の発光素子を適切な位置に配置することで、発光素子を複数配設しても、発光素子毎に、それぞれ均一な面発光をすることを見出した。さらに赤、緑、青の発光素子を用いた場合、前記面光源素子内部で各色を均一に混色させることが可能であり、赤、緑、青の発光素子を用いれば、高精彩性を有する面光源となることも見出した。
　上記の検討結果に基づいてなされた本発明は、面光源素子が複数配列された面光源素子アレイであって、前記面光源素子は、導光体と、前記導光体の内部に配設された少なくとも１つの発光素子と、前記導光体の上面または底面の少なくとも一方に配設された光制御部材と、前記導光体の側面側または底面側の少なくとも一方に配設された反射部材と、を備え、前記発光素子から出射した光の７割以上が導光体内部で全反射する角度で入射し、前記反射部材は反射により光を導光体内部に戻すように設定され、且つ、前記光制御部材は、反射光の進行方向を変更させ、導光体の外部へ出射させるように設定されている。
　前記面光源素子では、面光源素子の主面の上方５ｍｍに、ヘイズ値９０％の拡散性能をもった拡散部材を設置するとともに、面光源素子内部の発光素子の１つを点灯させた場合に、面光源素子の輝度のうち、最も明るい輝度と比較して、輝度の低下が１割以内に収まる面積が、面光源素子の主面の６割以上であってもよい。
　また前記面光源素子は、発色光の異なる点状光源を、発光素子として複数有していてもよく、赤、青および緑の３色の発光ダイオードを発光素子として有していてもよい。また、面光源素子内の各発光素子間の距離は、発光素子の直径の２～５倍程度であってもよい。
　本発明は、前記面光源素子アレイの光出射側に透過型表示素子を設けた画像表示装置を包含する。前記画像表示装置では、面光源素子アレイと透過型表示素子との間に、少なくとも１つの光学部材を設けてもよい。
　本発明では、発光素子を導光体の内部に存在させるとともに、反射部材で導光体を囲むことにより、光利用効率をあげるだけでなく、導光体の内部で光が反射されて、均等に光を分散でき、均一な面光源を得ることができる。さらに、光が混合するための光路長として、導光体内部の反射を利用できるため、従来困難であった面光源素子の薄型化が実現できる。
　さらに導光体部分の形状を変化させることによって任意の形状の面光源発光素子を得ることができるだけでなく、面光源素子を組み合わせることにより、均一な面発光を行う面光源素子アレイを任意の大きさや形状で得ることができる。
　そして、面光源素子が単独で均一な面発光を行うため、このような面光源素子を複数配列した面光源素子アレイでは、面発光する面積を拡大することが可能になると共に、面光源素子それぞれを独自に制御することでエリアごとに明るさや色をコントロールすることが可能となる。
　前記記載の発光素子が、発色光の異なる点状光源である場合、光源を組み合わせることによって単一の色や白色だけでなく任意の色を出射することが可能となる。このことによってディスプレイ等で重要な色純度の向上、特定の色の発色が可能となる。
　さらに、本発明の面光源素子アレイに透過型表示素子を設けることによって、大画面化および薄型化を両立できるだけでなく、高精彩、高コントラスト、低消費電力の画像表示装置を得ることができる。
　また、面光源素子と透過型表示素子との間に、光学部材を設けることによって、さらなる光利用効率の向上、視野角特性の調整、面内輝度分布の調整が可能となる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解される。しかしながら、実施例および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。図面は必ずしも一定の縮尺で示されておらず、本発明の原理を示す上で誇張したものになっている。また、添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。
本発明の第１の実施の形態の面光源素子アレイの一部を拡大した概念図である。 本発明の第１の実施の形態で用いられる面光源素子を示す概念図である。 本発明の第１の実施の形態で用いられる面光源素子の断面構成を示す概念図である。 本発明の第２の実施の形態で用いられる面光源素子の断面構成を示す概念図である。 （ａ）は、本発明の実施例１で用いられる面光源素子の上面図であり、（ｂ）はその断面図である。 本発明の実施例１で用いられる光制御部材の上面図である。 （ａ）は、本発明の実施例２で用いられる面光源素子の上面図であり、（ｂ）はその断面図である。 （ａ）は、本発明の実施例３で用いられる面光源素子の上面図であり、（ｂ）はその断面図である。
　以下、本発明の実施の形態を図１に従って詳細に説明する。図１は、本発明の面光源素子アレイの一形態を説明するための図であり、面光源素子アレイの上面図を示し、図２は面光源素子の上面図を示す。また、図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って、１つの面光源素子の主面と直交した断面図を示す。図１に示すように、面光源素子アレイは、複数の面光源素子５を２次元配列して形成され、正方形の各面光源素子５は、互いに接して配列されている。なお、面光源素子５は透明な導光体１の内部に発光素子２を配設しているため、発光素子２は導光体１を通して視認でき、具体的には、図２に示すように、発光素子２は、赤色発光素子２ａ、青色発光素子２ｂ、および２つの緑色発光素子２ｃで構成されている。
　また、図３に示すように、各面光源素子５は、前記導光体１と、導光体１の側面全周および底面に配設された反射部材３と、導光体１の底面の一部を切り欠いた空洞に配設された発光素子２と、を備えている。また図３の面光源素子の上方、すなわち光出射面側には、図示されない液晶パネル６が筐体により支持されて、画像表示装置を形成している。各ＬＥＤの発光角度特性は導光体１の主面と平行な方向を０度として反射部材が形成されている側を－、形成されていない方向を＋とすると－３０°～４５°の間で光が進行する。図３に示すように、発光素子２から出射した光は導光体１内を全反射しながら進行し、光制御部材４の微小な突起部に光が入射すると、全反射する条件から外れる光が発生し、導光体１の上面から光が出射する。
（導光体）
　導光体１は可視光の波長に対して透明であることが好ましく、いわゆる透明であれば、材質は有機材料（例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂など）、無機材料（例えば、ガラスなど）のいずれでもよい。有機材料の一例としては、（メタ）アクリル系樹脂、（メタ）アクリル－スチレン系共重合樹脂、スチレン系樹脂、芳香族ビニル系樹脂、オレフィン系樹脂、エチレン－酢酸ビニル系共重合樹脂、塩化ビニル系樹脂、ビニルエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール系樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂などが挙げられる。これらのうち、（メタ）アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂、ガラス等が好ましい。
　可視光波長の光が伝播するときの損失を少なくする観点から、このような導光体の屈折率は、例えば、１．４８～１．６２程度が好ましく、より好ましくは１．５０～１．６０程度である。
　面光源素子アレイとして２次元配置するために、導光体は、タイル状に組み合わせることができる形態を有するのが好ましい。例えば、タイル状に組み合わせることができる形態としては、３角形、４角形、５角形、６角形などの多角形状が挙げられる。異なる形状を組み合わせて使用することもできるが、製造上の観点から、同じ形状の導光体を用いることが多い。
　また、導光体には、発光素子をその内部に封入するため、一部の底面を切り欠いて空洞部分が形成される。このような空洞部分は、射出成形や、圧縮成形、トランスファ成形などの公知または慣用の方法を用いて直接成形してもよいし、所定の形状の成形体を旋盤等を使用して切削してもよい。
（反射部材）
　導光体１の主面に対して側面側または底面側の少なくとも一方に、反射部材３が配設される。反射部材３により、導光体の主面に対して上面だけから、すなわち一定の区間でのみ、光が一定方向に出射することが可能となる。反射部材３は、側面側と底面側と同じ材質で形成してもよいし、異なる材質で形成してもよい。
　例えば、側面側の反射部材３ａは、導光体１と反射部材３の接近する部分から光が出射されないように正反射する材質が好ましい。たとえば、このような材質としては、単に金属シートを用いてもよいし、オレフィン系樹脂などから形成された樹脂成形品に金属などを被覆または蒸着して用いてもよい。なお、両面で反射する反射部材を側面側に用いた場合、その反射部材に対向する面光源素子の側面側では、反射部材の配設を省略してもよい。
　一方、導光体１の底面側の反射部材３ｂは正反射、拡散反射のいずれの性質を有する材質でもよい。正反射する材質としては、前記側面側の反射部材３ａと同様の部材が上げられ、拡散反射する材質としては、拡散性の高い白色樹脂成形品などを反射部材として用いてもよい。
　このような反射部材３は、材質に応じて適宜導光体１に対して配設すればよく、例えば、導光体１に対して粘着材を用いて張り合わせてもよいし、蒸着により導光体１に対して直接形成してもよい。また、空気層を介して配設させてもよい。
（発光素子）
　発光素子２としては、発光素子から出射した光の７割以上が導光体内部で全反射する角度で入射するかぎり特に限定されず、例えば、このような光出射性を有する発光素子としては、側面出射型発光ダイオード（ＬＥＤ）などが挙げられる。
　また、側面出射型発光ダイオードでなくとも、発光素子の上部に光の反射部材、拡散部材、吸収部材などを形成することにより、発光素子から出射した光の７割以上が導光体内部で全反射するような構成とすることができる。
　均一な面発光を得る観点から、発光素子２としては、導光体１の主面に対して垂直な方向に光が出射しない光源がよく、発光素子から出射された光のうち、導光体の内部で全反射する角度に入射する光が７割以上であることが必要であるが、７．５割以上であることが望ましく、８割以上であることが更に望ましい。
　発光素子は、一つの導光体に対して１個のみ設けられてもよいし、複数個（例えば、２～４個、好ましくは３～４個）設けられてもよいが、液晶表示装置の色再現性を高める観点からは、面光源素子は、発色光の異なる点状光源を、発光素子として複数有するのが好ましい。さらに、低消費電力である観点から、発光素子としてＬＥＤを用いるのが好ましく、一つの導光体に、赤、青、緑の３色のＬＥＤを、少なくとも１個ずつ設けるのが好ましい。
　導光体１における発光素子２の位置は、面内での均一な発光を得る観点から、導光体の端部に近すぎないのが好ましい。たとえば、発光素子は、最も近い導光体の側面から、発光素子の直径の１／４以上離れているのが好ましく、より好ましくは直径の１／３以上、さらに好ましくは直径の１／２以上、特に好ましくは直径の１／１～３／２程度離れていてもよい。
　一方、導光体の内部に発光素子を複数設ける場合、発光素子から出射した光を、反射により均一に混合させる観点から、各発光素子の配設位置は近すぎないのが好ましい。例えば、各発光素子間の距離（各発光素子の中心点を結ぶ距離）は、発光素子の直径の２～５倍程度が好ましく、より好ましくは２．５～４．５倍程度、さらに好ましくは３～４倍程度である。
（光制御部材）
　導光体１の上部または下部もしくはその両方に設けられた光制御部材により、導光体１内部で全反射を繰り返していた光の進行方向が変化する。そして導光体１の内部を全反射できない角度の光が発生して導光体１の上面から光が出射される。
　光制御部材としては、導光体内で全反射する光の進行方向を変更させ、導光体から光を出射させる性質を有する限り特に限定されず、公知または公用の光制御部材を用いることができる。例えば、光制御部材としては、導光体の底面に配設された微小突起部材であってもよく、また、複数の凸部が、その頂部を導光体の出射面（すなわち上面）側に連なって配設された連接凸部材であってもよい。また、導光体の底面に散乱反射性インクを印刷することにより形成された散乱反射部材などであってもよい。これらの光制御部材は、単独でまたは組み合わせて使用することができる。
　例えば、光制御部材として微小突起部材を用いる場合、図３に示すように、光制御部材４として、一定の間隔で突起する複数の微小突起部が、導光体１の底面に配設されている。前記突起部の形状、大きさ、密度などは、全反射光の進行方向を反射角度から変更できる限り特に限定されず、例えば、突起部の形状としては、球状の一部、楕円球状の一部、多角錐状（例えば、三角錐状、四角錐状など）、不定形状などの形状が挙げられる。また、突起部の基底部の大きさとしては、５０～３０００μｍ程度が好ましく、１００～２０００μｍ程度がより好ましい。また、基底部の幅に対する突起部の高さは、突起部／基底部＝１／２０～１／１程度が好ましく、１／１５～２／３程度がより好ましい。
　前記記載の微小突起部は、導光部分の主面に対して上面または下面もしくはその両方に配設され、前記導光体部分を進行する光の進行方向を変化させ、全反射条件を崩して導光体部分の上面から光を取り出す働きをする。突起部について、配設する場所、個数、大きさ、形状を制御することによって、面内の各部分から発する光の明るさ均等にすることでムラがない面光源を得ることができると共に光の広がりをコントロールすることが可能となる。
　突起部の密度としては、例えば、光制御部材の主面１０ｍｍ２に対して、各突起部の基底部の総面積が、０．５～５ｍｍ２程度であるのが好ましく、１～４ｍｍ２程度であるのがより好ましい。微小突起部の密度が高すぎると、発光素子の周りが明るくなってしまいやすく、低すぎると面内の明るさが不均一となりやすい。
　　また、光制御部材として連接凸部材を用いる場合、図４に示すように、光制御部材４として、少なくとも一部に曲面を有する複数の凸部を均一に有する連接凸部材が、凸部分を導光体１の上面に密着した状態で配設されている。前記凸部の形状、大きさ、密度などは、全反射光の進行方向を反射角度から変更できる限り特に限定されず、例えば、凸部の形状としては、１次元的配置のレンチキュラーレンズであってもよいし、２次元的配置のレンズアレイタイプや、マイクロレンズアレイであってもよい。
　前記記載の連接凸部は、通常、導光体の主面に対して上面に配設され、前記導光体部分を進行する光の進行方向を変化させ、全反射条件を崩して導光体部分の上面から光を取り出す働きをする。
　微小突起部材や連接凸部材の作製方法としては、公知の方法を使用でき、例えば、金型を使って、導光体と一体で射出成型をすることにより形成してもよいし、光硬化性樹脂に凹凸形状を転写し、シート状の突起面を形成した後、適当な接着層を介して導光体１と貼り合わせてもよい。
　なお、図３に示すように、導光体１の底面に光制御部材４が配設される場合、導光体１の底面側の反射部材３は導光体１と接することなく、通常導光体１の下方に形成される。一方、図４に示すように、導光体１の上面に光制御部材４が配設される場合、導光体１の底面側の反射部材３は導光体１と接して形成される場合が多い。
（面光源素子および面光源素子アレイ）
　面光源素子の大きさは、面発光できる限り特に限定されないが、例えば、主面の面積が１ｃｍ２～１００ｃｍ２程度であるのが好ましく、５ｃｍ２～８０ｃｍ２程度であるのがより好ましい。
　また、前記面光源素子は、面光源素子の主面の上方５ｍｍに、ヘイズ値９０％の拡散性能をもった拡散部材を設置するとともに、面光源素子内部の発光素子の１つを点灯させた場合に、面光源素子の輝度のうち、最も明るい輝度と比較して、輝度の低下が１割以内に収まる面積が、面光源素子の主面の６割以上であるのが好ましく、より好ましくは６．５割以上であり、さらに好ましくは７割以上である。
　面光源素子アレイは、必要に応じて、同一の発光特性を示す面光源素子のみで構成してもよく、異なる発光特性を示す面光源素子を組み合わせて用いてもよい。同一の発光特定を示す面光源素子で構成した場合、大型化しても面内で均一発光する面光源素子アレイを得ることができる。また、異なる発光特性を示す面光源素子を組み合わせた場合、面光源素子それぞれを独自に制御することで、面光源素子アレイのエリアごとに明るさや色をコントロールすることができる。
　本発明で用いられる面光源素子では、発光素子から出射した光が、単一の面光源素子内部で細かく分散して面光源素子の出射面から出射するため、複数の面光源素子を組み合わせた面光源素子アレイでは、発光面積を大きくしたとしても、面光源素子内部で細かく均一に分散した光を面光源素子アレイ全面から出射することができ、その結果、薄型であっても、光強度の分布が均一な面光源素子アレイを形成することができる。
　このようにして得られた面光源素子アレイでは、直下方式であっても薄型化が可能であり、例えば、発光素子の底部からターゲット面（すなわち、透過型表示素子）の光出射側までの距離は、５～１５ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは１３ｍｍ以下、さらに好ましくは１０ｍｍ以下である。
（画像表示装置）
　本発明の画像表示装置は、前記面光源アレイの光出射側に、透過型表示素子を設けることにより得ることができる。例えば、図２の導光体１の上方には、液晶パネルなどの透過型表示素子５が載置されている。本発明の画像表示装置（特に、液晶表示装置）は、薄型であっても均一な輝度を有することができ、かつ高いコントラストを有することができる。特に発光素子として赤色、青色および緑色のＬＥＤを用いた場合、低消費電力であっても色再現性に優れ、高品位の画像表示装置を提供することが可能となる。
　また、必要に応じて、面光源素子または面光源素子アレイと透過型表示素子との間に光学部材を配設してもよく、これによって面光源素子の明るさや面内の輝度均一性をさらに調節してもよい。代表的な光学部材としては、公知または公用の光学シートを利用することができ、例えば、光を集光させるプリズムシート、光を広げる拡散シート、偏光をコントロールする偏光分離シートなどが挙げられる。
　以下に本発明を実施例にてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（面光源素子の面内の輝度分布）
　導光体の５ｍｍ上に、ヘイズ値９０％の拡散性能をもった拡散シートを配設した。発光素子を個別に点灯したときの拡散部材に到達する光量の輝度分布を２５６階調の輝度データとして画像化し、その画像を目視により評価した。導光体の端の部分と中央部分との間の明るさにほとんど差がなく、均一な面発光を示す場合を良好とし、導光体の端の部分と中央部分との明るさに差が生じ、均一な面発光を示さない場合を不良とした。
＜実施例１＞
　図５に示すように、大きさ４０ｍｍ角、厚さ５ｍｍで発光素子を配設するために直径６ｍｍの穴を３つ空けた導光体１をポリメタアクリレート樹脂で作製した。導光体１の上面は平坦であり、底面には図６の示す位置に直径１ｍｍの半球形状が３６１個存在する光制御部材４が配設された。そして導光体１の側面側と底面側には、正反射部材３が配設されている。次に、導光体の内部に、発光素子２としてLumileds社のside-emittingタイプの赤色ＬＥＤ１つ、緑色ＬＥＤ２つ、青色ＬＥＤ１つを、図５のように、緑色ＬＥＤ２つを正方形の導光体の対角線上に配置し、赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤをそれぞれ正方形の導光体の対角線上に配置した。発光素子であるＬＥＤを赤、緑、青それぞれを個別に点灯したとき、面光源素子の面内での輝度分布は良好であった。したがって、このような面光源素子を用いた面光源素子アレイでは、均一な面内発光を行うことができる。
＜実施例２＞
　図７に示すように、大きさ４０ｍｍ角、厚さ５ｍｍで発光素子を配設するために直径６ｍｍの穴を３つ空けた導光体１をポリメタアクリレート樹脂で作製した。直径２００μｍ、深さ２０μｍの微小な凹凸を２万個付与した光学シートを導光体の底面に粘着材を介して貼り付けた。導光体１の側面に正反射するフィルムを粘着材で張り合わせ、下面には、同様の正反射フィルムを空気層を介して配置した。発光素子はLumileds社のside-emittingタイプの赤、緑、青のＬＥＤをそれぞれ１つずつ、導光体に形成された穴に配置した。ＬＥＤには全反射条件から外れる角度の光をなくすために、ＬＥＤの上部に拡散性の反射部材を置いた。
　面光源素子の主面の上方５ｍｍに、ヘイズ値９０％の拡散性能をもった拡散シートを設置するとともに、緑のＬＥＤ１つを点灯させた場合、最も明るい部分の輝度は２２５０ｃｄ／ｍ２であり、導光体の面積のうち７割以上が、２０００ｃｄ／ｍ２より大きな輝度を示し、均一に面発光していた。
　発光素子であるＬＥＤを赤、緑、青それぞれを個別に点灯したとき、面光源素子の面内での輝度分布は良好であった。したがって、面光源素子の端の部分と中央部分の明るさは同じであるため、このような面光源素子を用いた面光源素子アレイでは、均一な面内発光を行うことができる。
　また同時に３色のＬＥＤを点灯することで白色となった。すなわち、全体的にほぼ同じ輝度分布を示しており、なだらかな輝度変化のため輝点などは観測されず、面内における最大輝度に対する最小輝度の比は０．６６であった。また、拡散板上の色度座標は、全体的に白色でばらつきがすくなく、色度座標（Ｘ，Ｙ）において、最大値と最小値との差（△Ｘ，△Ｙ）＝（０．０１７９，０．０２２０）であった。
＜実施例３＞
　図８に示すように、大きさ４０ｍｍ角、厚さ５ｍｍで発光素子を配設するために直径６ｍｍの穴を３つ空けた導光体１をポリメタアクリレート樹脂で作製するとともに、発光素子としてLumileds社のside-emittingタイプの白色のＬＥＤをそれぞれ１つずつ、導光体に形成された穴に配置する以外は、実施例２と同様にして、白色のＬＥＤを3箇所で同時に点灯した。面光源素子の主面の上方５ｍｍに設けられた拡散シートでは、面光源素子の面内での輝度分布は良好であった。したがって、面光源素子の端の部分と中央部分の明るさは同じであるため、このような面光源素子を用いた面光源素子アレイでは、均一な面内発光を行うことができる。
　なお、白色のＬＥＤに代えて、３箇所の穴に赤、緑、青３色のＬＥＤを配置し、これらのＬＥＤを同時に点灯した場合、中心部の輝度分布が周辺部より高く、面内における最大輝度に対する最小輝度の比は０．５９であった。また、拡散板上の色度座標は、LEDを配置した付近で色変化が大きくなり、色度座標（Ｘ，Ｙ）において、最大値と最小値との差（△Ｘ，△Ｙ）＝（０．０２６２，０．０３６４）であった。
　以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、変更または削除が可能であり、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
 

Claims (7)

  1. 　面光源素子が複数配列された面光源素子アレイであって、
    　前記面光源素子は、導光体と、前記導光体の内部に配設された少なくとも１つの発光素子と、前記導光体の上面または底面の少なくとも一方に配設された光制御部材と、前記導光体の側面側または底面側の少なくとも一方に配設された反射部材と、を備え、
    　前記発光素子から出射した光の７割以上が導光体内部で全反射する角度で入射し、前記反射部材は反射により光を導光体内部に戻すように設定され、且つ、前記光制御部材は、反射光の進行方向を変更させ、導光体の外部へ出射させるように設定された面光源素子アレイ。
  2. 　請求項１において、前記面光源素子は、面光源素子の主面の上方５ｍｍに、ヘイズ値９０％の拡散性能をもった拡散シートを設置するとともに、面光源素子内部の発光素子の１つを点灯させた場合に、面光源素子の輝度のうち、最も明るい輝度と比較して、輝度の低下が１割以内に収まる面積が、面光源素子の主面の６割以上である面光源素子アレイ。
  3. 　請求項１または２において、前記面光源素子は、発色光の異なる点状光源を、発光素子として複数有する面光源素子アレイ。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項において、前記面光源素子は、赤、青および緑の３色の発光ダイオードを発光素子として有する面光源素子アレイ。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項において、前記面光源素子内の各発光素子間の距離は、発光素子の直径の２～５倍である面光源素子アレイ。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の面光源素子アレイの光出射側に透過型表示素子を設けた画像表示装置。
  7. 　請求項６において、面光源素子アレイと透過型表示素子との間に、少なくとも１つの光学部材を設けた画像表示装置。
PCT/JP2008/002820 2007-10-11 2008-10-07 面光源素子アレイおよび画像表示装置 WO2009047891A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009536919A JP5209634B2 (ja) 2007-10-11 2008-10-07 面光源素子アレイおよび画像表示装置
TW097138810A TW200923248A (en) 2007-10-11 2008-10-09 Array of planar light source elements

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007265397 2007-10-11
JP2007-265397 2007-10-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2009047891A1 WO2009047891A1 (ja) 2009-04-16
WO2009047891A9 true WO2009047891A9 (ja) 2009-11-26

Family

ID=40549044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2008/002820 WO2009047891A1 (ja) 2007-10-11 2008-10-07 面光源素子アレイおよび画像表示装置

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5209634B2 (ja)
TW (1) TW200923248A (ja)
WO (1) WO2009047891A1 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011065891A (ja) * 2009-09-17 2011-03-31 Toshiba Corp 面状照明装置およびこれを備えた液晶表示装置
TWI382134B (zh) * 2009-12-31 2013-01-11 Univ Nat Formosa 均勻混色的多色光發光二極體陣列結構
US9232634B2 (en) 2011-01-17 2016-01-05 Canon Components, Inc. Flexible circuit board for mounting light emitting element, illumination apparatus, and vehicle lighting apparatus
CN103311418B (zh) * 2012-03-06 2017-05-24 展晶科技(深圳)有限公司 发光二极管模组
CN103378276B (zh) * 2012-04-19 2016-02-03 展晶科技(深圳)有限公司 发光二极管及其光分配结构
CN103378277B (zh) * 2012-04-20 2015-11-18 展晶科技(深圳)有限公司 透镜以及具有该种透镜的发光二极管封装结构
WO2018181701A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 株式会社Ｃｔｎｂ 配光制御素子、配光調整手段、反射部材、補強板、照明ユニット、ディスプレイ及びテレビ受信機
WO2022176906A1 (ja) * 2021-02-18 2022-08-25 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 発光装置および表示装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006164625A (ja) * 2004-12-03 2006-06-22 Seiko Instruments Inc 照明装置、及びこれを備える表示装置
JP4595595B2 (ja) * 2005-03-08 2010-12-08 ソニー株式会社 バックライト装置及び液晶表示装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2009047891A1 (ja) 2011-02-17
TW200923248A (en) 2009-06-01
WO2009047891A1 (ja) 2009-04-16
JP5209634B2 (ja) 2013-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5179651B2 (ja) 照明装置、表示装置、及びテレビ受信装置
KR101521477B1 (ko) 액정 디스플레이용 연장된 일루미네이터들 구성
KR101126058B1 (ko) 면광원 장치, 조명 유닛 및 광속 제어 부재
TWI361320B (en) Lcd display backlight using elongated illuminators
TWI494655B (zh) 具有結構性薄膜之空孔背光裝置及具有該空孔背光裝置之顯示器
KR100714209B1 (ko) 면형상 광원장치 및 이것을 구비한 액정 표시장치
JP5209634B2 (ja) 面光源素子アレイおよび画像表示装置
JP2006148036A (ja) 発光光源及び発光光源アレイ
US20080055931A1 (en) Method and Systems for Illuminating
JP2009026743A (ja) Ｌｃｄディスプレイのためのミニライトバー発光体
JP2006286906A (ja) 発光ダイオード装置とこれを用いたバックライト装置及び液晶表示装置
JP2009043705A (ja) 光方向転換を用いたｌｃｄディスプレイ
WO2006107105A1 (ja) バックライト装置、液晶表示装置及び光偏向シート
JP2008527627A (ja) 丸みのある構造体を備える表面を有する光学フィルム
JP2010277982A (ja) 面状照明装置およびこれを備えた液晶表示装置
JP2009164101A (ja) バックライト
US20090010024A1 (en) Optical plate and backlight module using the same
JP2009170205A (ja) 導光板、導光板連結体、バックライトユニット、及び表示装置
JP2010153257A (ja) バックライトユニットおよびこれを備えた液晶表示装置
JP2010118240A (ja) 光学部材、バックライトユニット及びディスプレイ装置
US8075151B2 (en) Surface light source device and image display device
US20080266871A1 (en) Optical plate and backlight module using the same
JP5217447B2 (ja) 光源ユニット、バックライトユニット及びディスプレイ装置
JP2007214076A (ja) 面発光装置
JP2010108601A (ja) 面状光源及び液晶表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08837333

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009536919

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08837333

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1