(57)【要約】【課題】  従来の面光源装置では、光源から面発光導光板へ光線を導く際に、導光棒をリフレクタで囲っていた。そのため、実装時にリフレクタが面発光導光板とずれてしまうと、光源からの光線が面発光導光板に入射する際に光量が損失してしまうという問題点があった。【解決手段】  光線を出射する光源と、前記光源から出射された前記光線を入射する第１の入射面および入射した前記光線を出射する第１の出射面を有する柱体形状の導光棒と、前記導光棒から出射された光線を第２の入射面から入射して、面状の光に変換して出射する板形状の面発光導光板とを備え、前記第１の入射面および前記第１の出射面は、前記導光棒の側面に形成され、前記第２の入射面は、前記第１の出射面と対向した側面に形成され、前記面発光導光板の厚さ方向における、前記第２の入射面の長さを、前記第１の出射面の長さよりも大きくした。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線を出射する光源と、
前記光源から出射された前記光線を入射する第１の入射面および入射した前記光線を出射する第１の出射面を有する柱体形状の導光棒と、
前記導光棒から出射された光線を第２の入射面から入射して、面状の光に変換して出射する板形状の面発光導光板と、
を備え、
前記第１の入射面および前記第１の出射面は、前記導光棒の側面に形成され、
前記第２の入射面は、前記第１の出射面と対向した側面に形成され、
前記第２の出射面は、前記面発光導光板の表面に形成され、
前記板形状の面発光導光板の厚さ方向における、前記第２の入射面の長さは、前記第１の出射面の長さよりも大きい面光源装置。
【請求項２】
前記面発光導光板の厚さ方向における、前記第１の入射面の長さは、前記第１の出射面の長さよりも大きいことを特徴とする請求項記載１記載の面光源装置。
【請求項３】
前記面発光導光板の厚さ方向における、前記第１の入射面の長さは、光線を出射する前記光源の出射口の長さよりも大きいことを特徴とする請求項１から２のいずれか1項に記載の面光源装置。
【請求項４】
請求項１から３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光線を入射して映像を表示する液晶パネルと、
を備えた液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面状の発光面を有する面光源装置と、面光源装置および液晶パネルを有する液晶表示装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、液晶表示素子を照明する光源として、液晶表示素子の背面に面状の発光面を有する面光源装置を備えている。近年、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）という。）又はレーザー（以下、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）という。）が液晶表示装置の光源に広く採用されている。液晶表示装置で高いコントラスト比の画像を提供するためには十分な光量が必要である。その際、液晶表示装置内で光源からの光を効率よく伝播することで、高輝度と低消費電力とが可能となる。
【０００３】
例えば、特許文献１は、光源の発する光線を入射する導光棒をリフレクタで囲んだ面光源装置を提案している。リフレクタの採用で、導光棒で形成された線状の光は、効率良く面状の発光面（以下、面光源という。）となる導光板に入射される。これにより、導光棒の内部での光量の損失を防ぐことができ、面光源装置の低消費電力化を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２３２５６号公報（第８頁４１行〜第９頁１７行、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
面光源装置において、光量損失を抑えて光源からの光線を導光板へ入射させるためには、光源からの光線をリフレクタ等で全て導光板へ導く必要がある。その際、リフレクタで反射した光線が全て導光板へ入射するように、導光棒と導光板との間のずれ及びリフレクタと導光板との間にずれが生じないようにしなければならない。
【０００６】
特許文献１に記載された面光源装置の導光棒及びリフレクタは、導光板と同等の幅を有している。また、導光棒及びリフレクタは、導光板と別部品となっている。光源からの光線は、リフレクタに囲まれた導光棒を介して導光板に入射する。しかしながら、これらの部品を精度よく実装しなければ、光源からの光の光量は損失してしまうという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、導光棒からの光が光量損失を抑えて導光板へ入射可能な面光源装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
面光源装置は、光線を出射する光源と、前記光源から出射された前記光線を入射する第１の入射面および入射した前記光線を出射する第１の出射面を有する柱体形状の導光棒と、前記導光棒から出射された光線を第２の入射面から入射して、面状の光に変換して出射する板形状の面発光導光板とを備え、前記第１の入射面および前記第１の出射面は、前記導光棒の側面に形成され、前記第２の入射面は、前記第１の出射面と対向した側面に形成され、前記第２の出射面は、前記面発光導光板の表面に形成され、前記板形状の面発光導光板の厚さ方向における、前記第２の入射面の長さは、前記第１の出射面の長さよりも大きい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、光量の損失を抑えて光源からの光線を導光するようにしたので、光の利用効率の低下を抑えた面光源装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置（面光源装置を含む）の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る面光源装置内の導光棒とその周辺の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る面光源装置内の光線の経路を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
本発明を実施するための実施の形態１に係る面光源装置２００および液晶表示装置１００を、図１から図３までを用いて説明する。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）の構成の一例を概略的に示す構成図である。図２は、面光源装置２００の斜視図である。図３は、面光源装置２００の構成図である。
【００１２】
図の説明を容易にするために、ｘｙｚ座標を用いる。ｘ軸は、液晶表示装置１００の表示面側から見て左右方向である。＋ｘ軸方向は右側であり、−ｘ軸方向は左側である。ｙ軸は、液晶表示装置１００の上下方向である。＋ｙ軸方向は上側で、−ｙ軸方向は下側である。ｚ軸は、液晶表示装置１００の表示面側から見て前後方向である。＋ｚ軸方向は手前側で、−ｚ軸方向は奥側である。「手前側」とは、液晶表示装置１００の表示面側である。「奥側」とは、液晶表示装置１００の裏面側である。
【００１３】
図１は液晶表示装置１００を下側（−ｙ軸方向）から見た図である。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は第１の光学シート２を備えることができる。また、液晶表示装置１００は第２の光学シート３を備えることができる。ｚ軸の正方向から負方向に順に、液晶パネル１、第１の光学シート２、第２の光学シート３および面光源装置２００が配置される。
【００１４】
液晶パネル１は、液晶表示素子を有する透過型のパネルである。液晶パネル１の表示面１ａは、ｘｙ平面に平行な面である。液晶パネル１の液晶層は、ｘｙ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、通常矩形であり、表示面１ａの隣接する２辺は、直交している。実施の形態１においては、直交する２辺は、ｙ軸方向とｘ軸方向とである。ここでは、ｙ軸方向を短辺として、ｘ軸方向を長辺とする。ただし、表示面１ａの形状は、他の形状であってもよい。面光源装置２００は、第２の光学シート３および第１の光学シート２を通して液晶パネル１の背面１ｂ（後述）に光を照射する。
【００１５】
第１の光学シート２は、面光源装置２００から出射した照明光Ｌ１０（後述）を、液晶パネル１の背面１ｂに向ける機能を持つ。第２の光学シート３は、照明光Ｌ１０による細かな照明むらなどの光学的な影響を抑制する機能を持つ。
【００１６】
面光源装置２００は、光源７、導光棒６および面発光導光板４を備える。また、面光源装置２００は、微小光学素子４２又は光反射シート５を備えることができる。面光源装置２００は、光源７としてのＬＥＤを備える。現在、光源７として、ＬＥＤが一般的に用いられているが、光源７をＬＥＤに限定するものではない。面光源装置２００は、レーザーを用いた光源を採用することができる。導光棒６は光源７からの光線を面発光導光板４へ導く光源用導光部材である。
【００１７】
面発光導光板４は、板状である。面発光導光板４は、光学部材である。面発光導光板４は、表面４ａ、背面４ｂ及び複数の側面を有する。背面４ｂは、表面４ａと対向する面である。複数の側面は、表面４ａの辺（端部）と背面４ｂの辺（端部）とを繋ぐ面である。側面はｘ軸方向又はｙ軸方向に細長い形状をしている。
【００１８】
面発光導光板４は、透光性の光学部材である。また、面発光導光板４は、背面４ｂ上に複数の微小光学素子４２を有している。図１に示すように、表面４ａと背面４ｂとは平行である。また表面４ａ及び背面４ｂは、ｘｙ平面と平行である。
【００１９】
面発光導光板４は、透明材料で作製された部品である。面発光導光板４は、板状の部材である。面発光導光板４は、例えば、ｚ軸方向の厚みが４ｍｍの薄板状の部材である。面発光導光板４の背面４ｂには、複数の微小光学素子４２が備えられている。微小光学素子４２は、例えば、−ｚ軸方向に突出した半球状の凸レンズ形状の素子である。
【００２０】
光源７は、＋ｘ軸方向に光線Ｌ７を発する。光源７から出射された光線Ｌ７は、面発光導光板４の光入射面４ｃから面発光導光板４の内部に入射する。光入射面４ｃは、面発光導光板４の側面の一部である。図１では、光入射面４ｃは、ｙ−ｚ平面に平行な面である。面発光導光板４の内部に入射した光線Ｌ７は、表面４ａまたは背面４ｂで反射する。そして、面発光導光板４の内部に入射した光線Ｌ７は、＋ｘ軸方向に進行する。
【００２１】
面発光導光板４の表面４ａは、液晶パネル１の表示面１ａに対して平行に配置されている。面発光導光板４の表面４ａ及び背面４ｂは空気層に面している。光入射面４ｃから面発光導光板４に入射した光Ｌ７は、空気層との界面で全反射しながら＋ｘ軸方向に進む（伝播する）。空気層とは、面発光導光板４を取り巻く空気のことである。空気層との界面とは、空気層と接している表面４ａ又は背面４ｂなどである。
【００２２】
面発光導光板４は、背面４ｂに微小光学素子４２を有している。背面４ｂは、面発光導光板４の表面４ａに対向する面である。微小光学素子４２は、面発光導光板４内を伝播する光を＋ｚ軸方向に向けて出射する。＋ｚ軸方向に出射された光である照明光Ｌ１０は、液晶パネル１の背面１ｂに向けて面発光導光板４から出射する。
【００２３】
微小光学素子４２は、光入射面４ｃから入射した光線Ｌ７を、面発光導光板４の表面４ａ側に向ける機能を有する。面発光導光板４の表面４ａ側に進行する光線Ｌ７は、照明光Ｌ１０として面発光導光板４から出射する。微小光学素子４２の占める面積が広い領域では、表面４ａから出射する照明光Ｌ１０の量が多くなる。「微小光学素子４２の占める面積が広い領域」とは、例えば、１つの微小光学素子４２が広い領域を有することである。または、同じ大きさの微小光学素子４２の配列密度が高いことである。このため、面発光導光板４の光入射面４ｃから＋ｘ軸方向に離れるほど、微小光学素子４２が占める面積が増加するように、微小光学素子４２の形状及び単位面積当たりの個数を決定することが望ましい。なお、図１に示す微小光学素子４２の形状、配置位置及び個数は、一例である。図１では、光入射面４ｃから＋ｘ軸方向に離れるほど、微小光学素子４２の形状を大きくすることで、微小光学素子４２の占める面積を広くしている。
【００２４】
なお、面発光導光板４及び微小光学素子４２の材質は、例えば、ＰＭＭＡなどのようなアクリル樹脂とすることができる。ただし、面発光導光板４及び微小光学素子４２の材料は、アクリル樹脂に限定されない。面発光導光板４及び微小光学素子４２の材料としては、光透過率が良く、成形加工性に優れた材料が採用できる。例えば、アクリル樹脂に代えて、ポリカーボネート樹脂などの別の樹脂材料、もしくはガラス材料を採用できる。また、面発光導光板４の厚みは、４ｍｍに限定されるものではなく、液晶表示装置１００の薄型化及び軽量化を考慮すると、厚みの薄い面発光導光板４を採用することが望ましい。
【００２５】
また、微小光学素子４２の形状は凸レンズ状に限定されない。微小光学素子４２は光源７からの光線Ｌ７を＋ｚ軸方向に反射する機能を持つ部材であればよい。光線Ｌ７は、面発光導光板４の内部を＋ｘ軸方向に進行する光である。この機能を有すれば、微小光学素子４２の形状は、他の形状であってもよい。例えば、微小光学素子４２は、プリズム形状又はランダムな凹凸パターンなどであってもよい。
【００２６】
光線Ｌ７は、面発光導光板４と空気層との界面で全反射する。そして、光線Ｌ７は、面発光導光板４の内部を伝播する。光線Ｌ７は、反射をしながら＋ｘ軸方向に進む。しかし、光線Ｌ７が微小光学素子４２に入射すると、微小光学素子４２の曲面で反射して、光線Ｌ７の進行方向を変える。進行方向が変化した光線Ｌ７の中には、面発光導光板４の表面と空気層との界面での全反射条件を満たさなくなる光線が生じる。全反射条件を満たさない光線（照明光Ｌ１０）は、面発光導光板４の表面４ａから液晶パネル１の背面１ｂに向かって出射する。
【００２７】
微小光学素子４２の配置密度は、面発光導光板４の上のｘｙ平面内の位置で変化している。配置密度とは、単位面積当たりの微小光学素子４２の占める面積（大きさ）である。微小光学素子４２の配置密度の変化により、照明光Ｌ１０の面内輝度分布を制御することができる。照明光Ｌ１０は、面発光導光板４から出射する光である。なお、面内輝度分布とは、任意の平面において、２次元で表される位置に対する輝度の高低を示す分布である。ここでの「面内」とは、表面４ａ又は表示面１ａのことである。
【００２８】
光源７から発せられる光線Ｌ７は、面発光導光板４の背面４ｂに備えられた微小光学素子４２により照明光Ｌ１０に変換される。照明光Ｌ１０は、＋ｚ軸方向に進行し、液晶パネル１の背面１ｂに向けて進む。照明光Ｌ１０は、第２の光学シート３及び第１の光学シート２を透過して液晶パネル１の背面１ｂを照射する。第１の光学シート２は、面発光導光板４の表面４ａから出射した照明光Ｌ１０を、液晶パネル１の背面１ｂに向ける。第２の光学シート３は、照明光Ｌ１０による細かな照明むらなどの光学的な影響を抑制する。
【００２９】
このような構成により、面発光導光板４の表面４ａから出射した照明光Ｌ１０は、液晶パネル１の有効画像表示領域の全域に照明する。したがって、液晶パネル１の表示面１ａが部分的に暗くなるのを回避することができる。
【００３０】
面光源装置２００は、光反射シート５を有してもよい。光反射シート５は、面発光導光板４の背面４ｂと対向している。面発光導光板４の背面４ｂから出射した光は、光反射シート５で反射され、背面４ｂから面発光導光板４に入射し、面発光導光板４の表面４ａから出射して、照明光Ｌ１０として液晶パネル１の背面１ｂを照明する。光反射シート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ものを用いることができる。また、光反射シート５は、基板の表面に金属を蒸着したものを用いてもよい。
【００３１】
図２は、面光源装置２００内の光源７、導光棒６及び面発光導光板４を立体的に示した斜視図である。また、図３は面光源装置２００内の光源７、導光棒６及び面発光導光板４の構成図である。
【００３２】
面光源装置２００は、導光棒６を備える。導光棒６は、光源用導光部材である。導光棒６は、例えば、四角柱の形状をしている。つまり、導光棒６は柱体形状をしている。「柱体」とは、合同な２つの平面図形と底面として持つ筒状の空間図形のことである。２つの底面間の距離を柱体の高さという。底面でない面を側面という。つまり、側面は２つの底面を繋ぐ面である。ここで、柱体の高さ方向に垂直な方向を幅方向と呼ぶ。面光源装置２００では、導光棒６の２つの底面はｙ−ｚ平面に平行な面である。また、導光棒６の高さの方向はｙ軸方向である。なお、本発明の導光棒６では、柱体の２つの底面が平行でない場合も含む。
【００３３】
入射面６ａは、光源７から発せられた光線Ｌ７を入射する面である。出射面６ｂは、面発光導光板４へ光線Ｌ７を出射する面である。入射面６ａ及び出射面６ｂは、導光棒６の側面に形成されている。導光棒６の入射面６ａは、導光棒６の出射面６ｂと対向している。また、導光棒６の出射面６ｂは、面発光導光板の入射面４ｃと対向している。
【００３４】
図２に示すように、導光棒６の出射面６ｂのｚ軸方向の幅は、面発光導光板４の入射面４ｃのｚ軸方向の幅よりも狭い。また、導光棒６の出射面６ｂのｚ軸方向の幅は、導光棒６の入射面６ａのｚ軸方向の幅より狭い。また、光源７の光線の出射口は、導光棒６の入射面６ａよりも幅（ｚ軸方向の長さ）が小さい。板状の面発光導光板４の厚さ方向は、ｚ軸方向であり、入射面４ｃのｚ軸方向の幅となる。
【００３５】
図３に示すように、ＬＥＤを用いた光源７から出射される光線Ｌ７の発散角は大きい。導光棒６の入射面６ａのｚ軸方向の幅は大きいため、発散角の大きな光線Ｌ７を効率良く導光棒６の内部に入射させることができる。そして、導光棒６の内部に入射した光線Ｌ７は、導光棒６の側面６ｃ，６ｄで反射して、出射面６ｂに達する。出射面６ｂから出謝した光線Ｌ７は、発散角が大きくても、ｚ軸方向の幅の大きな入射面４ｃに、容易に入射することができる。
【００３６】
なお、側面６ｃ，６ｄは、アルミニウムを蒸着したミラー面とすることもできる。これにより、導光棒６の内部に入射した光線Ｌ７が、側面６ｃ，６ｄに対して全反射の条件を満たさない場合でも、導光棒６は、光線Ｌ７を効率良く入射面４ｃに導くことができる。
【００３７】
光源７の光線の出射口は、導光棒６の入射面６ａよりも幅（ｚ軸方向の長さ）が小さい。このような構成により、光源７から出射される光線Ｌ７は、導光棒６の入射面６ａ内に入射されるため、光量の損失を抑えた光線の伝播が可能となる。また、導光棒６の出射面６ｂは、面発光導光板４の入射面４ｃよりも幅（ｚ軸方向の長さ）が小さい。このような構成により、導光棒６の出射面６ｂから出射される光線Ｌ７は、面発光導光板４の入射面４ｃ内に入射されるため、光量の損失を抑えた光線の伝播が可能となる。
【００３８】
つまり、光源７の光線の出射口は導光棒６の入射面６ａよりも狭い幅の面を有し、導光棒６の出射面６ｂは、面発光導光板４の入射面４ｃよりも狭い幅の面を有する。このような構成により、光源７から面発光導光板４までの間、光量の損失を抑えた光線の伝播が可能となる。
【００３９】
また、面光源装置２００では、面発光導光板４と導光棒６とは別部品である。このため、実装の際に、各部品の位置決めが必要となる。その際に、面発光導光板４の入射面４ｃのｚ軸方向の幅より、導光棒６の出射面６ｂのｚ軸方向の幅が狭いことから、部品の位置決めの誤差が許容できる。つまり、面発光導光板４の入射面４ｃに対向する導光棒６の出射面６ｂの位置がｚ軸方向に多少ずれても、出射面６ｂが入射面４ｃの外にはみだし難い。出射面６ｂは、面発光導光板４の入射面４ｃに対向する導光棒６の面である。このような構成により、部品の位置ずれによる、光源７からの光線Ｌ７が面発光導光板４に伝播する際の光伝播効率の低下を一定の範囲内で防止することができる。導光棒６の出射面６ｂのｚ軸方向の幅は、入射面４ｃのｚ軸方向の幅及び面発光導光板４に対する導光棒６の位置決め精度から決定される。
【００４０】
液晶表示装置１００を例に説明したが、液晶表示装置１００内にある面光源装置２００単体においても本発明を適用できる。
【００４１】
面光源装置２００は、光源７、導光棒６及び面発光導光板４を備える。光源７は、光線Ｌ７を出射する。導光棒６は、光源７から出射された光線Ｌ７を入射する入射面６ａおよび入射した光線Ｌ７を出射する出射面６ｂを有する柱形状である。面発光導光板４は、導光棒６から出射された光線Ｌ７を入射面４ｃから入射して面状の照明光Ｌ１０に変換して出射する板形状である。入射面６ａ及び出射面６ｂは導光棒６の側面に形成され、入射面４ｃは面発光導光板４の側面に形成され、入射面４ｃの幅は出射面６ｂの幅よりも大きい。上述のように、「幅」とは、柱体の高さ方向（ｙ軸方向）に垂直な方向である。面光源装置２００では、入射面６ａ及び出射面６ｂは、ｙ−ｚ平面に平行な面であるので、幅方向はｚ軸方向である。
【００４２】
さらに入射面６ａの幅は、出射面６ｂの幅よりも大きい。また入射６ａ面の幅は、光線Ｌ７を出射する光源７の出射口の幅よりも大きい。
【００４３】
液晶表示装置１００は、面光源装置２００と、面光源装置２００からの照明光Ｌ１０を用いて映像を表示する液晶パネル１とを備える。
【００４４】
なお、上述の各実施の形態においては、「平行」や「垂直」などの部品間の位置関係もしく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とを表している。このため、請求の範囲に部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す記載した場合には、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ことを示している。
【００４５】
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。
【符号の説明】
【００４６】
１  液晶パネル、  １ａ  表示面、  １ｂ  背面、  ２  第１の光学シート、  ３  第２の光学シート、  ４  面発光導光板、  ４ａ  表面、  ４ｂ  背面、  ４ｃ  入射面、  ５  光反射シート、  ６  導光棒、  ６ａ  入射面、  ６ｂ  出射面、  ６ｃ，６ｄ  側面、  ７  光源、  ４２  微小光学素子、  １００  液晶表示装置、  ２００  面光源装置、  Ｌ７  光線、  Ｌ１０  照明光。
【図１】
2015201261.tif 000003
【図２】
2015201261.tif 000004
【図３】
2015201261.tif 000005