(57)【要約】【課題】光源として発光面が平坦であるＬＥＤを用いた場合における光の利用効率を高める。【解決手段】面光源装置１の導光板４は、発光面１７ａに当接するように光入射面４４に設けられ、光源１７からの射出光を散乱させる第１プリズム４４ａと、光射出面４２と背面４１との少なくとも一方から入射光の進路上にかけて凹部４６を形成することにより設けられ、第１プリズム４４ａによって散乱された入射光の一部を反射させる第２プリズムと、光射出面４２と光入射面４４との交線に沿う方向であって第２プリズムの両側に、光源１７から遠ざかるにつれて互いに離れる方向にそれぞれ傾斜する一対の傾斜面４５を形成することにより設けられ、第２プリズムで反射された入射光の一部を反射面の方向へと反射する一対の第３プリズムと、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光面を有する光源と、
前記発光面に対向配置され前記光源からの射出光が入射される光入射面、前記光入射面に入射された入射光の進行方向に沿って設けられ前記入射光を反射する反射面、及び前記反射面に対向配置され前記反射面で反射された前記入射光を射出する光射出面を有する導光板と、を備える面光源装置であって、
前記導光板は、
前記発光面に当接するように前記光入射面に設けられ、前記光源からの射出光を散乱させる第１プリズムと、
前記光射出面と前記反射面との少なくとも一方から前記入射光の進路上にかけて凹部を形成することにより設けられ、前記第１プリズムによって散乱された前記入射光の一部を反射させる第２プリズムと、
前記光射出面と前記光入射面との交線に沿う方向における前記第２プリズムの両側に、前記光源から遠ざかるにつれて互いに離れる方向にそれぞれ傾斜する一対の傾斜面を形成することにより設けられ、前記第２プリズムで反射された前記入射光の一部を前記反射面の方向へと反射する一対の第３プリズムと、を備えることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記第１プリズムは、前記第１プリズムに対して前記第２プリズムが設けられた方向に向かう前記入射光の輝度が他の方向へ向かう前記入射光の輝度よりも高くなるように前記光源からの射出光を散乱する光学散乱特性を有することを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
前記発光面の中心を通り且つ前記光入射面と前記光射出面とに直交する面を対称面として、
前記第１プリズムは、前記第１プリズムに対して前記第２プリズムが設けられた方向に向かう前記入射光の進路が前記対称面に関して面対称となるように前記光源からの射出光を散乱する光学散乱特性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の面光源装置。
【請求項４】
前記第２プリズムは、前記対称面の両側に前記対称面と重ならないようにそれぞれ配置された一対の凹部を含むことを特徴とする請求項３に記載の面光源装置。
【請求項５】
前記第２プリズムまたは前記第３プリズムは、その配置が前記対称面に関して面対称となるように設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の面光源装置。
【請求項６】
前記傾斜面は平坦に形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の面光源装置。
【請求項７】
前記発光面は平坦に形成されていることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の面光源装置。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一項に記載の面光源装置と、
前記面光源装置の光射出面に対向配置された液晶表示パネルと、を備え、
前記光射出面から射出された光によって画像を表示することを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッジライト方式の面光源装置と、その面光源装置を備えた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、導光部材の表面に盲穴を形成することにより、光源からの射出光を拡散させる面光源ユニット（１０）が知られている。具体的には、正面視略五角形の板状に形成された導光部材（１）のある角に円弧状に窪んだ入射部（５）が形成されている。入射部の両側から延びる導光部材の側面には凹凸からなる反射部（６）が設けられている。導光部材の出光面（１ｂ）上であって入射部と導光部材の中心との間には、頂点を入射部に向けた三角形状の盲穴（４）が形成されている。入射部の近傍にはＬＥＤ（２）が配置されている。ＬＥＤを発光させると、入射部の曲面によって光が導光部材内のあらゆる方向に拡散される。反射部の方向へ進んだ光は反射部の凹凸で反射され、盲穴の方向へ進んだ光は盲穴の側面で反射されて更に拡散される。こうすることで、出光面から射出される光の輝度を均一にすることができる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０２３４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、発光面が平坦であるＬＥＤを光源として用いると、ＬＥＤの発光面と導光板の入射部とが当接せず、光射出面と光入射面の間から光が漏れ出してしまう。その結果、光の利用効率が低下するという問題があった。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、光源として発光面が平坦であるＬＥＤを用いた場合における光の利用効率を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するため、本発明の一の態様によれば、
発光面を有する光源と、
前記発光面に対向配置され前記光源からの射出光が入射される光入射面、前記光入射面に入射された入射光の進行方向に沿って設けられ前記入射光を反射する反射面、及び前記反射面に対向配置され前記反射面で反射された前記入射光を射出する光射出面を有する導光板と、を備える面光源装置であって、
前記導光板は、
前記発光面に当接するように前記光入射面に設けられ、前記光源からの射出光を散乱させる第１プリズムと、
前記光射出面と前記反射面との少なくとも一方から前記入射光の進路上にかけて凹部を形成することにより設けられ、前記第１プリズムによって散乱された前記入射光の一部を反射させる第２プリズムと、
前記光射出面と前記光入射面との交線に沿う方向における前記第２プリズムの両側に、前記光源から遠ざかるにつれて互いに離れる方向にそれぞれ傾斜する一対の傾斜面を形成することにより設けられ、前記第２プリズムで反射された前記入射光の一部を前記反射面の方向へと反射する一対の第３プリズムと、を備えることを特徴とする面光源装置が提供される。
【０００６】
好ましくは、前記第１プリズムは、前記第１プリズムに対して前記第２プリズムが設けられた方向に向かう前記入射光の輝度が他の方向へ向かう前記入射光の輝度よりも高くなるように前記光源からの射出光を散乱する光学散乱特性を有する。
好ましくは、前記発光面の中心を通り且つ前記光入射面と前記光射出面とに直交する面を対称面として、前記第１プリズムは、前記第１プリズムに対して前記第２プリズムが設けられた方向に向かう前記入射光の進路が前記対称面に関して面対称となるように前記光源からの射出光を散乱する光学散乱特性を有する。
好ましくは、前記第２プリズムは、前記対称面の両側に前記対称面と重ならないようにそれぞれ配置された一対の凹部を含む。
好ましくは、前記第２プリズムまたは前記第３プリズムは、その配置が前記対称面に関して面対称となるように設けられている。
好ましくは、前記傾斜面は平坦に形成されている。
好ましくは、前記発光面は平坦に形成されている。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、請求項１から７の何れか一項に記載の面光源装置と、
前記面光源装置の光射出面に対向配置された液晶表示パネルと、を備え、
前記光射出面から射出された光によって画像を表示することを特徴とする液晶表示装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＬＥＤの発光面と導光板の光入射面とが当接するため、光源として発光面が平坦であるＬＥＤを光源に用いた場合における光の利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における液晶表示装置を示した分解斜視図である。
【図２】同実施形態におけるバックライト装置を示した正面図である。
【図３】図２の光拡散部を拡大して示した正面図である。
【図４】図２のIV−IV断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１１】
図１は、液晶表示装置１００の分解斜視図である。
図１に示されるように、この液晶表示装置１００は、面光源装置１、液晶表示パネル２、ケース３等を備える。
【００１２】
ケース３は、上ケース３１、インナーフレーム３２、下ケース３３を有する。上ケース３１の天板３１ａには、矩形の表示窓３１ｂが開口している。インナーフレーム３２は、上面視略コ字状に形成されている。下ケース３３には、面光源装置１が収納されている。面光源装置１のプリズムシート１４の上には、図示しない固定用の両面テープを介して液晶表示パネル２が載せられ、面光源装置１および液晶表示パネル２を位置決めするインナーフレーム３２が面光源装置１および液晶表示パネル２を取り囲んで配置されている。液晶表示パネル２の上から上ケース３１が被せられ、下ケース３３が上ケース３１に収納されている。そして、面光源装置１および液晶表示パネル２が下ケース３３の底板３３ａと天板３１ａとの間に挟持されている。
【００１３】
液晶表示パネル２は、アクティブマトリクス方式のもので、予め定めた間隙を設けて対向配置された観察側（図１の上側）とその反対側（図１の下側）の一対の透明基板２１，２２を備えている。これら透明基板２１，２２間の間隙には液晶（図示省略）が封入されている。一対の透明基板２１，２２の互いに向き合う内面には、第一と第二の透明電極（図示省略）が設けられている。第一と第二の透明電極は、電圧の印加により液晶層の液晶分子の配向状態を変化させて光の透過を制御する複数の画素をマトリクス状に形成している。また、観察側の透明基板２１の外面には光学シート２３が貼り付けられている。他方、背面側の透明基板２１の外面には偏光板（図示省略）が貼り付けられている。また、背面側の透明基板２２には、観察側の透明基板２１から張り出すドライバ搭載部２４が形成されている。ドライバ搭載部２４には、上記の透明電極間に駆動電圧を印加するためのドライバ素子２５が搭載されている。ドライバ搭載部２４には、ドライバ素子２５に外部回路からの制御信号を供給するためのフレキシブル配線基板２６が接続されている。
【００１４】
次に、面光源装置１の具体的構成について説明する。
面光源装置１は、液晶表示パネル２の背後、即ち液晶表示パネル２の観察側とは反対側に配置され、その発光面（プリズムシート１４）が液晶表示パネル２の透明基板２２と対向している。面光源装置１は、液晶表示パネル２に向けて面発光するものである。面光源装置１は、エッジライト方式のもので、反射シート１１、拡散シート１２、プリズムシート１３，１４、ＬＥＤユニット１５、導光板４等を備えている。
【００１５】
反射シート１１は、導光板４の背面４１に対向配置され、導光板４の背面４１から射出される光を導光板４の内側へと反射するものである。反射シート１１は、アルミシート等を矩形状に形成したものである。この反射シート１１が導光板４の背面４１に重ね合わされることにより、導光板４の背面４１が、導光板４に入射されたＬＥＤ１７から射出された光を反射する反射面として機能する。
【００１６】
拡散シート１２は、導光板４の光射出面４２に対向配置され、導光板４から射出された光を拡散させて輝度を均一にするものである。この拡散シート１２は、光散乱粒子が分散された透明な粘着剤層や、光散乱粒子が分散された透明な樹脂フィルム等を矩形状に形成したものである。
【００１７】
プリズムシート１３，１４は、拡散シート１２の上に積層され、拡散シート１２から様々な方向へ向けて射出される光の向きを整えるものである。プリズムシート１３，１４の一方の表面には、微細な線状のプリズムが複数形成されている。プリズムシート１３とプリズムシート１４は、それぞれに形成されたプリズムの形成方向を互いに直交させた状態で積層されている。このプリズムシート１３，１４を積層したものは、拡散シート１２から射出された様々な方向を向く光を、プリズムシート１４の射出面に対しほぼ垂直な方向に向けて射出する。
【００１８】
ＬＥＤユニット１５は、導光板４の側方に配置され、導光板４に光を供給するものである。ＬＥＤユニット１５は、フレキシブル配線基板（以下ＦＰＣと称す）１６と、ＬＥＤ１７とを有している。ＦＰＣ１６は、帯状の実装部１６ａと実装部１６ａの端部から延出する延出部１６ｂとを有し、上面視Ｌ字状に形成されている。ＬＥＤ１７は、略直方体状をした光源であり、その側部に矩形の平坦な発光面１７ａを有している。各ＬＥＤ１７は、実装部１６ａ上に所定間隔で複数実装されている。各ＬＥＤ１７は、発光面１７ａを導光板４の方向に向けて、発光面１７ａに沿う方向に一列に並べて配置されている。各ＬＥＤ１７の発光面１７ａは全て同一面上に位置しており、導光板４の側部に設けられた光入射面４４にそれぞれ当接している。延出部１６ｂは、電子機器（図示省略）に内蔵された外部回路に接続されている。この延出部１６ｂを通じて外部回路から電力が供給されることによりＬＥＤ１７が発光する。
【００１９】
次に、導光板４の具体的構成について説明する。図２は、導光板４及びＬＥＤ１７の正面図、図３は、光拡散部４ｂの拡大図、図４は、図２のIV−IV断面図である。
導光板４は、反射シート１１と拡散シート１２の間に配置され、ＬＥＤ１７から入射された点状の光を面状に拡散させて射出するものである。図２に示したように、導光板４は、アクリル等の透明な樹脂によって略矩形の板状に形成され、背面４１、光射出面４２、側周面４３等を有している。背面４１は、前述したように、反射シート１１と重ね合わされることにより反射面として機能するものである。光射出面４２は、背面４１に対向し、背面４１で反射された光を射出する面である。側周面４３は光射出面４２に対し垂直となっている。導光板４の一方の長辺に沿いに位置する２つの角が両方とも三角形状に切り欠かれている。そして、その２つの角に挟まれる導光板４の周辺部が、長辺に沿って等間隔に楔状に切り欠かれている。以下、図２で示した導光板４中央部の破線で囲まれた矩形の領域を表示部４ａ、表示部４ａの周囲であって、切り欠きと切り欠きに挟まれた領域を光拡散部４ｂと称する。
【００２０】
光拡散部４ｂは、導光板４の端部にＬＥＤ１７と同数（本実施形態では３箇所）設けられている。複数の光拡散部４ｂは何れも合同であり、導光板４の長辺に沿って導光板４の一端から他端にかけて隣接するように並べて配置されている。各光拡散部４ｂは、光入射面４４と一対の傾斜面４５とをそれぞれ有している。光入射面４４は、切り欠きと切り欠きに挟まれた側周面４３の一部であり、平坦に且つ細長い矩形状に形成されている。各光入射面４４は同一面上に位置し、表示部４ａまでの距離は何れも等しい。傾斜面４５は、導光板４の周縁部が切り欠かれることにより、光入射面４４と光射出面４２との交線に沿う方向の両側に形成された面である。傾斜面４５は、後述する凹部４６で反射された光を表示部４ａの方向へ反射する第３プリズムとして機能するものである。傾斜面４５は平坦に形成されていて、各傾斜面４５の光射出面４２に沿う方向の長さＬは共に等しくなっている。一対の傾斜面４５は、光入射面４４から表示部４ａに向かうに従って互いに離れる方向にそれぞれ傾斜している。各傾斜面４５の傾きは、凹部４６から反射されてきた光を反射できるように設定されている。光入射面４４と一対の傾斜面４５とが成す角度θ１は共に等しい。このため、光拡散部４ｂの正面視の形状は、光入射面４４の中心を通り且つ光入射面４４及び光射出面４２にそれぞれ直交する平面に関して面対称となっている。すなわち、一対の傾斜面４５はこの平面に関して面対称に設けられている。以下、この平面を対称面Ｓと称する。
【００２１】
光入射面４４の中央部には、図３に示したように、微細な線状のプリズム４４ａが複数形成されている。この複数のプリズム４４ａは、ＬＥＤ１７から射出された光を散乱させる第１プリズムとして機能するものである。各プリズム４４ａは光射出面４２に垂直な方向に沿って延在する稜線を有し対称面Ｓに平行な面に対して対称な三角波形状を有し、複数のプリズム４４ａが、稜線の延在方向と垂直な方向に各稜線が互いに平行となるように複数並べて配置されている。複数のプリズム４４ａは、光入射面４４において、発光面１７ａの光射出面４２と光入射面４４との交線に沿う方向の幅とほぼ長さに配列されている。プリズム４４ａを光射出面４２に平行な面で切断した形状は、頂点をＬＥＤ１７の方向へ向けた二等辺三角形状をしている。この複数のプリズム４４ａの配列は、対称面Ｓに関して面対称となっている。各プリズム４４ａの稜線はすべて同一面上に位置している。ＬＥＤ１７は、発光面１７ａの中心が対称面Ｓを通るようにして光入射面４４に当接している。このため、複数のプリズム４４ａの全ての稜線がＬＥＤ１７の発光面１７ａと当接する。プリズム４４ａは非常に微細に形成されているため、発光面１７ａを平面状の光入射面に接触させた場合と同様に、光を外に漏らすことなく光入射面４４に射出できる。
【００２２】
また、プリズム４４ａは、その形状により、発光面１７ａから光入射面４４の方向に向かって射出される光の多くを、傾斜面４５に沿う方向へ屈折させるという光学的散乱特性を有している。このため、光入射面４４の中心から傾斜面４５に沿う方向へ向かう光の輝度が他の方向へ向かう光に比べ高くなる。前述したようにプリズム４４ａの配列が対称面Ｓに関して面対称となっているため、プリズム４４ａを透過した光は一対の傾斜面４５に沿って大きく２方向に分かれて直進することになる。
【００２３】
光射出面４２上であって光拡散部４ｂの中央部には、一対の凹部４６が設けられている。凹部４６は、プリズム４４ａによって散乱された散乱光を反射させる第２プリズムとして機能するものである。各凹部４６は、図４に示したように、光射出面４２から背面４１に向けて導光板４を貫通しないように形成されている。各凹部４６は、対称面Ｓと重ならないようにして対称面Ｓの両側にそれぞれ位置している。そして、各凹部４６は、その配置及び形状が対称面Ｓに関して面対称となっている。凹部４６は、対称面Ｓに平行に延びる側面４６ａ、光射出面４２に対して垂直且つ光入射面４４に対して所定角度をなして延びる側面４６ｂ、対称面Ｓ及び光射出面４２に対して垂直に延びる側面４６ｃ、光射出面４２と平行な底面４６ｄによって正面視直角三角形に形成されている。両側面４６ａは、発光面１７ａの光射出面４２と光入射面４４との交線に沿う方向の幅よりやや短い距離を置いて互いに対向している。側面４６ｂと発光面１７とが成す角度θ２は、プリズム４４ａからの光が全て傾斜面４５又は表示部４ａに反射されるように、すなわち、光入射面４４の方向に反射されないように設定されている。また、底面４６ｄと背面４１との間はプリズム４４ａで散乱された光の一部を通す通路となる。凹部４６の配置や深さは、側面４６ａ、４６ｂで反射される光、底面４６ｄの下を直進する光がそれぞれ均等になるように適宜設定する。
【００２４】
次に、面光源装置１が面発光する仕組みについて説明する。
ＬＥＤ１７が発光すると、発光面１７ａから光が射出されて光入射面４４に入射する。入射した光は複数のプリズム４４ａによって散乱される。前述した複数のプリズム４４ａの持つ光学散乱特性により、散乱された光の多くが一対の傾斜面４５に沿う方向、すなわち、一対の凹部４６の方向へ向けて進む。
【００２５】
光入射面４４で散乱された光の一部は、側面４６ａで反射されて表示部４ａの方向に進む。また、光入射面４４で散乱された光の他の一部は、側面４６ｂで反射されて傾斜面４５の方向へと進む。また、光入射面４４で散乱された残りの光のうち少なくとも一部は、底面４６ｄと背面４１との間を反射されることなく表示部４ａへと直進する。
側面４６ｂで反射された光は、傾斜面４５によって反射されて表示部４ａの方向へと進む。このようにして、ＬＥＤ１７から射出された光が光拡散部４ｂで拡散されて表示部４ａへと進む。
【００２６】
なお、図３では発光面１７ａに対し垂直に射出された光のみを図示したが、実際には光はあらゆる方向に向けて射出される。このため、表示部４ａへ進む光の中には前述した光以外にも、図３の矢印で示した光の各経路を前述した経路とは異なる角度で反射して進むもの、側面４６ａと側面４６ａとの間を反射されることなく直進するもの、凹部４６又は傾斜面４５のみで反射されるもの等も含まれる。その結果、光拡散部４ｂと表示部４ａの境界付近では、光拡散部４ｂの光入射面４４と光射出面４２との交線に沿う方向の幅全体に渡って光が拡散される。このような光拡散部４ｂが複数並べて形成されていることにより、表示部４ａ全体に均一に光が行き渡る。
【００２７】
表示部４ａに進んだ光は、背面４１に重ねあわされた反射シート１１によって反射され、光射出面４２から射出される。導光板４から射出された光は、拡散シート１２で拡散され、より均一な光となってプリズムシート１３に射出される。拡散シート１２から様々な方向に向けて射出された光は、プリズムシート１３，１４によってその方向が整えられ、プリズムシート１４の射出面に対しほぼ垂直な方向に向けて射出される。このようして面光源装置１が面発光する。
【００２８】
本実施形態によれば、ＬＥＤ１７の発光面１７ａと光入射面４４のプリズム４４ａとが当接するため、光源として発光面が平坦であるＬＥＤ１７を光源に用いた場合における光の利用効率を高めることができる、という効果を奏する。
また、光拡散部４ｂに設けられた第１、第２、第３プリズムによってＬＥＤ１７から射出された光がほぼ均一に拡散されるので、導光板４に輝度ムラが生じるのを防ぐことができる、という効果も奏する。
また、第１、第２、第３プリズムを対称面に関して面対称に配置することにより、ＬＥＤから射出された光を効率よく拡散させることができるという効果も奏する。
【００２９】
なお、本実施形態では、プリズム４４ａの断面形状を二等辺三角形、傾斜面を平面としたが、これらを曲面や凹凸を有する面に形成してもよい。
また、一つの光拡散部につき、ＬＥＤを複数配置する、凹部の数を３つ以上とするといったことも可能である。
また、全ての光拡散部を合同な形状とせず、配置によって形状を変更してもよい。
また、凹部４６は、背面４１から光射出面４２に向けて形成してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１００ 液晶表示装置
１     面光源装置
１７   光源
１７ａ 発光面
４     導光板
４ａ   表示部
４ｂ   光拡散部
４１   背面
４２   光射出面
４４   光入射面
４４ａ プリズム（第１プリズム）
４５   傾斜面（第３プリズム）
４６   凹部（第２プリズム）
４６ａ 側面
４６ｂ 側面
４６ｄ 底面
Ｓ     対称面
【図１】
2011076807.tif 000003
【図２】
2011076807.tif 000004
【図３】
2011076807.tif 000005
【図４】
2011076807.tif 000006