(57)【要約】【課題】薄型で輝度が高く、輝度分布が均一で明暗差が生じない面光源を提供する。【解決手段】表面側に切れ込み部５を有する導光板４と、前記導光板４の裏面側で前記切れ込み部５の直下に配置される少なくとも１個の非面光源２とからなり、前記切れ込み部５は縁部５ａからその中心５ｂに向かって斜降する斜面５ｃからなり、切れ込み部内の斜面５ｃの傾斜角αは非面光源２から発せられた光を全反射させるとともに、斜面５ｃで全反射された光を導光板４の表面で全反射させる角度であり、導光板４の表面側及び／又は裏面側には光取り出し構造６が全面的に設けられることを特徴とする面光源１である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側に切れ込み部を有する導光板と、前記導光板の裏面側で前記切れ込み部の直下に配置される少なくとも１個の非面光源とからなる面光源であって、
前記切れ込み部は縁部からその中心に向かって斜降する斜面からなり、
切れ込み部内の斜面の傾斜角は非面光源から発せられた光を全反射させるとともに、斜面で全反射された光を導光板の表面で全反射させる角度であり、
導光板の表面側及び／又は裏面側には光取り出し構造が設けられることを特徴とする面光源。
【請求項２】
光取出し構造が、導光板の表面側に設けられた凹部及び／又は凸部であることを特徴とする請求項１に記載の面光源。
【請求項３】
光取出し構造が、導光板の裏面側に設けられた乱反射層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の面光源。
【請求項４】
非面光源が線光源であり、切れ込み部が導光板の表面側を楔形に切削した形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の面光源。
【請求項５】
非面光源が点光源であり、切れ込み部が導光板の表面側を円錐形に切削した形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の面光源。
【請求項６】
切れ込み部の中心付近にアール処理部が設けられるとともに、導光板の表面側に光拡散板が設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の面光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ等のバックライトとして用いる面光源に係り、特に、非面光源を大量に用いて輝度を高くすることができ、且つ導光板と非面光源を近接配置しても非面光源が配置された部分とその中間部との間に明暗差が発生しない面光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置が多方面に用いられるようになって、それぞれの用途に応じて多様な性能が求められている。特に、携帯電話、ＯＡ機器、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサー等では、軽量化、薄型化、小型化、大画面化、高精彩化、省電力化の要求が強くなっている。
【０００３】
これらの要求に応ずるために、液晶セル等の背後に配置されるバックライトとして用いられる面光源についても更なる高輝度化、輝度の均質化（ムラの無さ）、薄型化が求められている。このような面光源では一般的には点光源や線光源（これらを合わせて非面光源と称する）が多数利用され、非面光源から出射される光の向きを適宜変更させて、一個の面光源として使用されている。その方式としては非面光源を並列に配置して拡散板等で光を均質化する所謂直下型や、非面光源を導光板の少なくとも一端に配置して導光板に導入された光を適宜出射させて面光源を得るエッジライト型が挙げられる。
【０００４】
しかしながら、直下型の場合、拡散板と非面光源を近接配置すると非面光源が配置された部分が明るすぎる一方その間の部分が暗すぎ、明暗差が激しく均一な光を得ることが困難となる。この欠点は拡散板と非面光源を遠隔配置すればある程度は抑えられるが、明暗差が認められない程度まで拡散板と非面光源を離隔すればバックライトが全体として分厚くなりすぎ、近年の薄型化の要求に応えることができない。
一方、エッジライト型の場合、光の均一化及び薄型化の要求には応え易いが、非面光源の配置箇所は導光板の端部に限られ、光源の数を増やすことができないため、高輝度化の要求に応えるには、たとえ高価でも高輝度の非面光源を使用するしか方法がなくコストが高くなる。
【０００５】
そこで、薄型で明暗差がなく、且つ安価な非面光源を数多く使用することにより高輝度を得ることができる面光源として、ハイブリッド型と称されるものも開示されている。このようなものとしては、例えば、並列に配置される複数の線状又は棒状の光源と、前記光源の長手方向両側に沿って配置した複数の導光板と、前記導光板のいずれか一方の面側に設けられる光拡散反射手段と、前記導光板の前記光拡散反射手段と向い合う面と反対の面側に設けられる光拡散手段と、前記光源と前記光拡散手段との間に設けられる半透過反射手段と、を有する照明装置であって、導光板表面の傾斜角度が工夫された照明装置が提案されている（例えば、特許文献１）。この種のハイブリッド型面光源では光源と光拡散手段を近接配置しつつ、この光源と光拡散手段の間に半透過反射手段を設け、透過する光の量を調整することにより明暗差の解消を図っている。
【０００６】
しかしながら、このような半透過反射手段を用いても、該手段が配置された部分と配置されていない部分の間に明暗差が発生するので、面光源の明暗差は十分には解消できない。また該手段を透過する光の透過率はその場所に関わらず一定であるのに対し、非面光源から遮蔽手段に照射される光の強度は、中心部で強く端部で弱く、一定ではないので該手段を通過した光も均一とはならないという問題を含んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−７５０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる実情に鑑み、上記従来技術の問題点を解消し、非面光源を多数使用した面光源であって、輝度が高く、明暗差が殆ど無く、且つ薄型の面光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するためになされたもので、本発明の請求項１は、表面側に切れ込み部を有する導光板と、前記導光板の裏面側で前記切れ込み部の直下に配置される少なくとも１個の非面光源とからなる面光源であって、前記切れ込み部は縁部からその中心に向かって斜降する斜面からなり、
切れ込み部内の斜面の傾斜角は非面光源から発せられた光を全反射させるとともに、斜面で全反射された光を導光板の表面で全反射させる角度であり、
導光板の表面側及び／又は裏面側には光取り出し構造が設けられることを特徴とする面光源を内容とする。
【００１０】
本発明の請求項２は、光取出し構造が、導光板の表面側に設けられた凹部及び／又は凸部であることを特徴とする請求項１に記載の面光源を内容とする。
【００１１】
本発明の請求項３は、光取出し構造が、導光板の裏面側に設けられた乱反射層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の面光源を内容とする。
【００１２】
本発明の請求項４は、非面光源が線光源であり、切れ込み部が導光板の表面側を楔形に切削した形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の面光源を内容とする。
【００１３】
本発明の請求項５は、非面光源が点光源であり、切れ込み部が導光板の表面側を円錐形に切削した形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の面光源を内容とする。
【００１４】
本発明の請求項６は、切れ込み部の中心付近にアール処理部が設けられるとともに、導光板の表面側に光拡散板が設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の面光源を内容とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の面光源によれば、導光板の直下に近接して非面光源を配置できるので、薄型の面光源を得ることができる。また、非面光源から発せられた光は、切れ込み部の斜面で一度全反射されるため、導光板と非面光源を近接配置しても明暗差の原因とはならない。また、導光板の表面と裏面の間で反射や屈折を繰り返しながら導光板の幅方向に光が拡散するとともに、光取り出し構造を全面的に設けることにより、導光板内の光を取り出すことができ、この光取出し構造の密度分布を調節することにより輝度をより均一にすることができる。光取り出し構造として、導光板の表面側に設けた凹部又は凸部や、導光板の裏面側に設けた乱反射層を使用できる。
【００１６】
非面光源としては、点光源、線光源のいずれでも使用できるが、線光源を使用するときに切れ込み部を楔型とし、点光源を使用するときに切れ込み部を円錐形とすれば、導光板から出射される光がより均一になりやすい。
【００１７】
切れ込み部から光を取り出す構造として、切れ込み部の中心付近にアール処理部を設ければ、非面光源から出射された光の一部がこのアール処理部を通過して直接導光板の表面側から出射されるため、光が減衰せず、高輝度な面光源が得られる。また、構造が単純であり製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明に係る面光源の概略説明図である。
【図２】図２は本発明に係る別の面光源の概略説明図である。
【図３】図３は切れ込み部の形状が楔型である面光源を示す概略説明図である。
【図４】図４は切れ込み部の形状が円錐型である面光源を示す概略説明図である。
【図５】図５は表面側にプリズムシートが貼着された導光板における光路を示す概略説明図である。
【図６】図６は表面側にプリズムシートが貼着された導光板から出射される光の光路を示す概略説明図である。
【図７】図７は中心付近にアール処理部が設けられた切れ込み部の概略説明図である。
【図８】図８は図７の切れ込み部に光拡散板を設けたものを示す概略説明図である。
【図９】図９は実施例１に係る面光源の輝度分布を示すグラフである。
【図１０】図１０は実施例２に係る面光源の輝度分布を示すグラフである。
【図１１】図１１は比較例１に係る面光源の輝度分布を示すグラフである。
【図１２】図１２は比較例２に係る面光源の輝度分布を示すグラフである。
【図１３】図１３は比較例３に係る面光源の輝度分布を示すグラフである。
【図１４】図１４は比較例４に係る面光源の輝度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明における面光源１を図１及び図２に基づいて説明すれば、表面側に切れ込み部５を有する導光板４と、前記導光板４の裏面側で前記切れ込み部５の直下に配置される少なくとも１個の非面光源２とからなり、前記切れ込み部５は縁部５ａからその中心５ｂに向かって斜降する斜面５ｃからなり、切れ込み部内の斜面５ｃの傾斜角αは非面光源２から発せられた光を全反射させるとともに、斜面５ｃで全反射された光を導光板４の表面で全反射させる角度であり、導光板４の表面側及び／又は裏面側には光取り出し構造６が全面的に設けられることを特徴とする。なお、図１においては導光板４の表面側に設けられた凹部６ａ及び凸部６ｂが、図２においては導光板４の裏面側に設けられた乱反射層６ｃが、それぞれ光取り出し構造６として使用されている。
【００２０】
本発明の面光源１で使用する非面光源２としては特に限定されず、市販の蛍光灯等の線光源２ａ、白熱電球、ＬＥＤ等の点光源２ｂが例示できるが、低電圧、低電流で駆動でき、高輝度で応答性に優れている点でＬＥＤが好ましい。
また、本発明で使用する非面光源２には、この非面光源２から出射される光を後述の切れ込み部５に集光させるため集光手段３を設けるほうが好ましく、具体的には、非面光源２の裏面側に設けられる凹面鏡や、非面光源２の表面側に設けられる集光レンズ構造を設けることができる。
なお、本発明において、非面光源２から出射される光が直接導光板４の表面側から出射されると、その部分は明るく感じられて明暗差が発生する原因となるので好ましいとは云えない。従って、非面光源２から出射された光が導光板４の表面側に直接入射しないように、余分な光を遮断する遮断手段（図示せず）を設けてもよい。
【００２１】
本発明の面光源１で使用する導光板４は、全体視が略平板状であるが、適当な位置に切れ込み部５が設けられている。その材質についても特に限定されず、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）のような、通常の導光板として使用されている樹脂が全て好適に使用できる。
【００２２】
前記導光板４の表面側に設けられた切れ込み部５は、縁部５ａからその中心５ｂに向かって斜降する斜面５ｃからなり、即ち、この切れ込み部５は導光板４の表面から深部にいくほど狭くなるように切削された様な形状である。
具体的な切れ込み部５の形状としては、円錐型、楔型等が例示できるが、それに限られず、縁部５ａからその中心５ｂに向かって斜降する斜面５ｃからなる形状であればどのような形状でもよい。
なお、面光源１から出射される光をより均一とするため、非面光源２として線光源２ａを採用する場合は切れ込み部５を楔型とするのが好ましく、点光源２ｂを採用する場合は切れ込み部５を円錐型とするのが好ましい。
また、切れ込み部５の配置も特に限定されないが、できるだけ均一に設けるほうが好ましく、例えば切れ込み部５が楔型の場合は、図３に示したように互いに平行且つ等間隔に設けるのが良く、円錐型の場合は、格子状か図４に示したような三角格子状に設けるのが好ましい。
【００２３】
本発明においては、切れ込み部５内の斜面５ｃの傾斜角αは非面光源２から発せられた光を全反射させるとともに、斜面５ｃで全反射された光を導光板４の表面で全反射させる角度であり、即ち、切れ込み部５の直下に配置された非面光源２から出射された光を斜面５ｃで全反射させ、さらに導光板４の表面及び裏面の間で繰り返し反射又は屈折させることにより出射光を幅方向に拡散させるようになっている。この光は導光板４の全面的に設けられた光取り出し構造６、例えば導光板４の表面側に設けられた凹部６ａ又は凸部６ｂや裏面側に設けられた乱反射層６ｃに入射することにより光路が変更され、導光板４から出射される。ここでいう光取り出し構造６は、従来のエッジライト型バックライトで導光板から光を取り出すために使用されているようなものを含む。
なお、この発明において切れ込み部５の直下に非面光源２が配置された状態とは、例えば図３又は図４に示される通り、切れ込み部５が設けられた範囲の下に非面光源２が配置され、この非面光源２から直上に出射された光が全て斜面５ｃに入射される状態をいう。
【００２４】
表面側に凹部６ａ又は凸部６ｂを設ける場合、これらの凹部６ａ及び凸部６ｂの形状や態様は、この凹部６ａ及び凸部６ｂから導光板４内の光を出射させることができる限り特に限定されない。切れ込み部５の間隔が導光板４の厚みに対して十分に狭い場合、例えば切れ込み部５の間隔が導光板４の厚みの１０倍以下の場合は凹部６ａ又は凸部６ｂの分布が均一になるように設けてもよいが、導光板４内における光量が多い箇所でその分布を低くして、光量が少ない箇所で分布を高くすれば面光源１の輝度が全体的に均一化するので好ましい。なお、ここでいう導光板４の表面側には、切れ込み部内の斜面５ｃも含まれる。
【００２５】
凹部６ａ又は凸部６ｂを形成する方法は特に限定されないが、微小な凸部６ｂが設けられたシート（プリズムシート、レンチキュラーレンズシート、フライアイレンズシート、拡散シートなど）を導光板４の表面に貼り付けたり、或いはグラインディングペーパー等で表面を擦って凹部６ａを作成することができる。また、導光板４を作成する際に、その表面側を凹部６ａ又は凸部６ｂを形成するための雌型で押圧してもよい。なお、凸部６ｂを設けるためにプリズムシートやレンズシートを導光板の表面に貼り付けた場合は、さらにその上に拡散シートを配置したほうが好ましい。本発明で凸部６ｂとして用いることができるプリズムシート、レンズシート、拡散シート等は市販のものでよく、具体的にはＧＴＬ５０００（商品名、五洋紙工株式会社製のプリズムシート）や、ＢＳ−７０２（商品名、恵和株式会社製の拡散シート）等が例示できる。
【００２６】
本発明においては、上記の凹部６ａ又は凸部６ｂに代えて、またはこれらと共に導光板４の裏面側に乱反射層６ｃを設けることができる。この乱反射層６ｃとしては、裏面に照射された反射光が拡散光として乱反射される構造であれば特に限定されず、例えば、裏面全体を凹凸状に荒らした裏面に金属薄膜を蒸着させる方法や、レイキュア−ＳＬ（商品名、十条ケミカル株式会社製）等の白色顔料含有アクリル樹脂を塗布する方法、ルミラーＥＬ−６０Ｌ（商品名、東レ株式会社製）等の乱反射シートを貼着する方法が例示できる。
また、この乱反射層６ｃは裏面側の略部分全体に設けてもよいが、より強い光が照射される箇所には乱反射層６ｃを設けず、又は部分的に設け、表面側で全反射された光の一部又は全部を更に全反射して表面側に返すようにしてもよい。このようにすると、表面側から出射される光の量を調節できるので、面光源１の輝度を全体的に均一化することができる。
なお、非面光源２と切れ込み部５の間の領域には乱反射層６ｃを設けると、非面光源２から切れ込み部５に照射される光が遮られてしまうので、当該領域全体に乱反射層６ｃを設けることはできないが、部分的であれば設けることもできる。
【００２７】
但し、プリズムシート６ｄ等、表面側に導光板と平行な面を有さないレンズシートを導光板４の表面に貼着した場合、傾斜角αを斜面で全反射された光が導光板の表面で全反射される角度としているにも関わらずレンズシートの表面で全反射が生じるとは限らない。しかしながら、例えば図５に実線矢印で示すように、出射された光が隣接したレンズ構造に再入射され、この際の屈折等により出射光が導光板の裏面側に返され、それがさらに裏面で反射されて表面側に返される等、光源からの光が導光板４の表面側と裏面側で往復しながら広さ方向に拡散できる構成であれば本発明の範疇に含まれる。なお、このような場合は、例えば図６に示すように、プリズムシート６ｄ等の表面で界面反射された光（破線矢印で示している）が導光板４の裏側から出射され、さらに導光板４の下に配置された乱反射層６ｃで乱反射され、これが導光板４の表面側から出射される。
【００２８】
本発明においては、切れ込み部５の斜面５ｃで非面光源２から出射される光を全反射しているので、切れ込み部５に光取り出し構造６を設けなければ、この部分だけ暗くなる。この光取り出し構造６としては、上記の凹部６ａ、凸部６ｂ、乱反射層６ｃでもよいが、凹部６ａ、凸部６ｂを切れ込み部５のような窪んだ部分に設けると分布密度の調節が困難である。また、前記したように、乱反射層６ｃは非面光源２と切れ込み部５の間に設けると非面光源２から放射される光を遮ってしまうので当該領域全体に乱反射層６ｃを設けることができない。当該領域に乱反射層６ｃを部分的に設けることは可能であるが、その分だけ面光源１が暗くなってしまうので好ましいとは言えない。
【００２９】
本発明においては、切れ込み部５から好適に光を取り出す構造として、例えば図７に示したように、切れ込み部５の中心付近にアール処理部６ｅを設けることができる。この場合、非面光源２から出射された光がアール処理部６ｅを通過して導光板４の表面側に出射されるが、このアール処理部６ｅが凹レンズのように作用するため、出射光が切れ込み部５全体に広がる。
但し、アール処理部６ｅを通過した光は出射角が他の部分から出射される光と異なるため、そのままでは液晶表示装置のバックライトとしては使用できない。このため、例えば図８に示すように、光拡散板７を導光板４の表面側に配置することにより全体を均一化する必要がある。
なお、アール処理部６ｅを設ける場合、切れ込み部５から出射される光の量はアール処理部６ｅが設けられた部分の面積に略比例するため、アール処理部６ｅの大きさは面光源１全体の明るさが均一になるように設ければよい。
【００３０】
上記のような面光源１は、従来から使用されている面光源と同様の使用方法、即ち、表面側に拡散シートやレンズシート、液晶素子等を配置することにより、液晶表示装置のバックライト等として好適に用いることができる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明を実施例を挙げて更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００３２】
実施例１
導光板として幅２１０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、厚さ６ｍｍのアクリル板に、深さ５ｍｍ頂角４５度の楔形の切れ込み部を４０ｍｍ置きに６箇所、当該アクリル板の長さ方向と平行に設けたものを用いた。
光を取り出すための凸部としては市販のプリズムシート（五洋紙工株式会社製、商品名：ＧＴＬ５０００）を厚さ２０μｍのノンサポート糊（積水化学工業株式会社製、商品名：ダブルタックテープ♯５５１１）で導光板の表面（但し、切れ込み部の斜面を除く）に貼着した。切れ込み部の斜面には１２００番のグラインディングペーパーで軽く擦って傷を付け、これを光を取り出すための凹部とした。
光源としては２ｍｍφの冷陰極管を６本用い、導光板の切れ込み部の直下２ｍｍの位置に配置し、さらにその下５ｍｍの位置に市販の反射板（東レ株式会社製、商品名：ルミラーＥＬ−６０Ｌ）を配置して面光源とした。
【００３３】
実施例２
導光板における切れ込み部５を３６ｍｍ間隔で５本設け、光源として、マルカ電気社製ＬＥＤアレイ（１２V 、１００ｍＡのＬＥＤを１２個、直線状に並べたもの）を５本使用し、光源の位置を切れ込み部の直下４ｍｍとした他は実施例１と同様にして面光源を作成した。
【００３４】
比較例１、２
導光板の切れ込み部の斜面に光を取り出すための凹部を設けなかった他は実施例１、２と同様にして面光源を作成した。
【００３５】
比較例３、４
導光板の代わりに厚さ５ｍｍのアクリル板を使用した他は実施例１、２と同様にして面光源を作成した。
【００３６】
上記の実施例、比較例について、輝度分布を測定した。輝度分布は実施例及び比較例の面光源をＣＣＤカメラで撮影し、これを画像分析することにより数値化し、グラフに表した。結果を図９〜１４に示す。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
叙上のとおり、本発明に係る面光源は、導光板の表面に切れ込み部を設け、その斜面で光源からの光を全反射させるとともに、導光板の表面側及び裏面側の間でその光を反射、屈折により往復させつつ幅方向に拡散させ、別途設けた光取り出し構造により均一になるよう光を出射させるので、非面光源と導光板を近接配置しても明暗差の原因とはならず、従って、薄型で輝度が高く、且つ明暗差が殆どない面光源として頗る有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１  面光源
２  非面光源
２ａ  線光源
２ｂ  点光源
３  集光手段
４  導光板
５  切れ込み部
５ａ  縁部
５ｂ  中心
５ｃ  斜面
６  光取り出し構造
６ａ  凹部
６ｂ  凸部
６ｃ  乱反射層
６ｄ  プリズムシート
６ｅ  アール処理部
７  光拡散板
α  傾斜角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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