(57)【要約】      （修正有）【課題】面発光装置において、導光板の隅部分の輝度を確保し、出射される光が均一となるように、入射面のプリズム形状を形成する。【解決手段】点光源より発光された光を、導光板１０３の入射面より入射し、出射面１０３Ａより出射する面発光装置であって、入射面は、第１の平面３０１及び第２の平面３０２と、第３の平面３０３及び第４の平面と、を備え、第１の平面３０１と第３の平面３０３と第４の平面とは、前記点光源側に凸状の台形を形成し、第２の平面３０２と第３の平面３０３と第４の平面とは、前記点光源側に凹状の台形を形成することを特徴とする。【選択図】図３
2008251373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点光源より発光された光を、平板状の導光板の一側面である入射面より入射し、該導光板の表面である出射面より出射する面発光装置であって、
前記入射面は、
前記導光板の表面および該表面に対向する背面のいずれにも略直交し、かつ、前記導光板の側面のうち、前記入射面および該入射面に対向する面を除く２つの側面と略直交し、相互に所定の距離だけ離れて配された複数の第１の平面及び第２の平面と、
前記導光板の表面および該表面に対向する背面のいずれにも略直交するが、前記導光板のいずれの側面とも直交せず、隣接する前記第１の平面と前記第２の平面とをそれぞれ接合する複数の第３の平面及び第４の平面と、を備え、
前記第１の平面と前記第３の平面と前記第４の平面とは、該第１の平面を上底とし前記点光源側に凸状の台形を形成し、前記第２の平面と前記第３の平面と前記第４の平面とは、該第２の平面を上底とし前記点光源側に凹状の台形を形成することを特徴とする面発光装置。
【請求項２】
前記点光源側に凸状の台形の前記第１の平面端部であって、前記第３の平面との接合部と、該凸状の台形と隣り合う凸状の台形の前記第３の平面端部であって、前記第２の平面との接合部とを結ぶ線が、前記第１の平面との間でなす角度である評価角度が、予め定められた角度より小さく、かつ前記凸状の台形の底角以下であることを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
【請求項３】
前記予め定められた角度とは、前記導光板より出射される光の出射範囲を規定する遮光部材の四角形の開口部のうち、前記点光源側の辺の端部と、前記遮光部材の前記入射面側の面の中央部とを結ぶ角度であることを特徴とする請求項２に記載の面発光装置。
【請求項４】
前記予め定められた角度をα、前記凸状の台形の上底をｗ１、下底をｗ２、高さをｈ、前記隣り合う凸状の台形間のピッチをｐ、前記評価角度をβとした場合に、
α＞β
ａｒｃｔａｎ（２ｈ／（ｗ２−ｗ１）＞＝９０−ａｒｃｔａｎ（ｈ／（ｐ＋（ｗ２−ｗ１）／２））
を具備することを特徴とする請求項３に記載の面発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、透過型又は半透過型の液晶表示パネルにバックライトとして搭載される面発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液晶表示パネル等を照明する装置として、フロントライト或いはバックライトと称される面発光装置が用いられている。面発光装置は、導光板の側方に点状又は線状の光源（ＬＥＤ）を配置し、光源からの光を入射面を介して導光板内に入射させ、導光板内で反射させた後、導光板の上方又は下方から出射させるものである。
【０００３】
一般に面発光装置では、導光板の上方又は下方から出射される光が均一になるように、光源からの光を該入射面を介して入射する際に、屈折・拡散させるべく該入射面をプリズム形状に形成している（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
具体的には、入射面に直交する方向から見た場合に（つまり、導光板の出射方向から見た場合に）、三角形状または凹面形状（プリズム形状）となるように入射面を形成することで、光の屈折・拡散を実現している。
【特許文献１】特開２００４−３１９５１４号公報
【特許文献２】特開平１０−１９９３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記構成の場合、プリズム形状を有しない平坦面に入射させる場合と比較して導光板内における光の均一性は向上するものの、単に、三角形状または凹面形状とするだけでは均一性に関して十分な効果が得られるとは言いがたい。特に、光源が点光源の場合には、プリズム形状の種類によっては、導光板の隅部分（導光板の４隅のうち点光源側の隅部分）が低輝度になりやすい。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、面発光装置において、導光板の隅部分の輝度を確保し、出射される光が均一となるように、入射面のプリズム形状を形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために本発明に係る面発光装置は以下のような構成を備える。即ち、
点光源より発光された光を、平板状の導光板の一側面である入射面より入射し、該導光板の表面である出射面より出射する面発光装置であって、
前記入射面は、
前記導光板の表面および該表面に対向する背面のいずれにも略直交し、かつ、前記導光板の側面のうち、前記入射面および該入射面に対向する面を除く２つの側面と略直交し、相互に所定の距離だけ離れて配された複数の第１の平面及び第２の平面と、
前記導光板の表面および該表面に対向する背面のいずれにも略直交するが、前記導光板のいずれの側面とも直交せず、隣接する前記第１の平面と前記第２の平面のそれぞれの間を接合する複数の第３の平面及び第４の平面と、を備え、
前記第１の平面と前記第３の平面と前記第４の平面とは、該第１の平面を上底とし前記点光源側に凸状の台形を形成し、前記第２の平面と前記第３の平面と前記第４の平面とは、該第２の平面を上底とし前記点光源側に凹状の台形を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、面発光装置において、導光板の隅部分の輝度が確保され、出射される光が均一となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００１０】
１．面発光装置の構成
図１は本発明の一実施形態に係る面発光装置の分解斜視図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態に係る面発光装置として例示する両面発光型バックライト装置（以下、単にバックライト装置と称す）は、互いに対向する面に発光面を持ち、その一方（表面）の第１の発光面でメインパネル１０１を照明すると共に、他方（背面）の第２の発光面でサブパネル１０２を照明する。メインパネル１０１及びサブパネル１０２の各々は、例えば、複数の画素がマトリクス状に形成された透過型又は半透過型の電気光学式（液晶）カラーパネルであり、サブパネル１０２の表示面積（画面サイズ）は、メインパネル１０１の表示面積（画面サイズ）の１／３となっている。
【００１２】
上記バックライト装置は、平板状の透明樹脂からなる導光板１０３と、この導光板１０３の表面に積層して配置されたシート状の第１の光学部材１０４、１０５及び遮光部材１０６と、導光板１０３の背面に積層して配置されたシート状の第２の光学部材１０７、１０８及び遮光部材１０９と、複数のＬＥＤなどの発光素子１１０を有する光源ユニット１１１とが、白色樹脂からなる両端が開口した方形状の反射フレーム１１２内に収容されて構成されている。
【００１３】
上記第１の発光面は、導光板の表面１０３Ａと、第１の光学部材１０４、１０５（及び遮光部材１０６の開口部１０６ａ）とを有し、第２の発光面は、導光板の背面１０３Ｂと、第２の光学部材１０７、１０８（及び遮光部材１０９の開口部１０９ａ）とを有する。また、光源ユニット１１１と反射フレーム１１２は、第１及び第２の発光面に共通する構成要素である。
【００１４】
光源ユニット１１１は、所定の配線パターンがプリントされた基板１１３ａ上に複数（例えば、４個）のＬＥＤなどの発光素子１１０（点光源）が一列に配置されており、基板１１３ａの端部に結線用のコネクタ１１３ｂを有する。
【００１５】
導光板１０３は、略均一の厚さを有する平板状の板材（６つの平面のうち、隣り合う平面が互いに略直交している板材）により構成され、その厚さ方向の４つの側面のうちの１つを入射面１０３ａとして光源ユニット１１１が近接して配置され、この入射面１０３ａから入射した光を拡散・散乱させながら表面と背面の両出射面１０３Ａ、１０３Ｂから出射させる。
【００１６】
導光板１０３の表面１０３Ａ及び背面１０３Ｂには、線状のプリズム溝若しくは半球状のドットパターンが形成されている。
【００１７】
第１の光学部材１０４、１０５は、導光板１０３の表面に配置されるシート状の拡散部材と、この拡散部材の表面に配置されるシート状の集光部材である。拡散部材（第１の光学部材）１０４は導光板１０３の表面１０３Ａから出た光を拡散させる。集光部材（第２の光学部材）１０５は拡散部材１０４により拡散された光を集光して出光させる集光レンズの機能を有する。また、第１の遮光部材１０６は、メインパネル１０１の表示領域に対応した開口部１０６ａを有し、この開口部１０６ａ以外の周辺部分は、集光部材１０５の出光領域のうち当該開口部１０６ａに対応する領域以外から出光する光を遮蔽する。メインパネル１０１は、この遮光部材１０６の開口部１０６ａの周辺部位に両面テープなどで固定される。
【００１８】
第２の光学部材１０７、１０８は、導光板１０３の裏面に配置されるシート状の拡散部材と、この拡散部材の裏面に配置されるシート状の集光部材である。拡散部材（第２の光学部材）１０７は導光板１０３の裏面から出た光を拡散させる。集光部材（第２の光学部材）１０８は、拡散部材１０７により拡散された光を集光して出光させる集光レンズの機能と、拡散部材１０７により拡散された光のうちＰ波のみを（５０％程度の光を）透過して出光させ、Ｎ波を反射する偏光レンズの機能とを有する。また、第２の遮光部材１０９は、サブパネル１０２の表示領域に対応した開口部１０９ａを有し、この開口部１０９ａ以外の周辺部分は、集光部材１０８の出光領域のうち当該開口部１０９ａに対応する領域以外から出光する光を遮蔽する。サブパネル１０２は、この遮光部材１０９の開口部１０９ａの周辺部位に両面テープなどで固定される。
【００１９】
上記第２の光学部材である集光部材１０８に偏光レンズの機能を持たせたのは、メインパネルを照明する際に第２の発光面側に出射した光が第２の光学部材である集光部材１０８で反射して、メインパネル側において、サブパネルの表示領域に対応する影ができるのを防ぐためである。
【００２０】
また、導光板１０３の背面１０３Ｂのドットパターンを粗く加工することで、背面１０３Ｂからの発光量を増加させることができると共に、上記影も消すことができる。
【００２１】
２．第１の遮光部材１０６の形状
次に第１の遮光部材１０６の形状について図２を用いて具体的に説明する。上述のように第１の遮光部材１０６は、メインパネル１０１の表示領域に対応した開口部１０６ａを有する。
【００２２】
紙面下側の発光素子１１０が配された側は入射面１０３ａ側であり、以下、第１の遮光部材１０６の入射面１０３ａ側の辺を遮光部材底辺２０１と称す。同様に、開口部１０６ａの入射面１０３ａ側の辺を開口部底辺２０２と称す。
【００２３】
本実施形態において、遮光部材底辺２０１と開口部底辺２０２との間の距離はＭであり、開口部底辺２０２の長さはＷである。この場合、第１の遮光部材１０６の中心線と遮光部材底辺２０１との交点２０３と、開口部底辺２０２の端部とを結ぶ直線２０４の、遮光部材底辺２０１に対する仰角αは以下の式により表現することができる。
（式１）α＝ａｒｃｔａｎ（２Ｍ／Ｗ）
３．入射面１０３ａのプリズム形状
次に入射面１０３ａのプリズム形状を説明する。図３は、本実施形態にかかる面発光装置の導光板１０３および入射面１０３ａの一部を拡大して示した図である。
【００２４】
同図に示すように、導光板１０３は略均一の厚さを有する平板状の板材により構成され、表面１０３Ａ、背面１０３Ｂ、ならびに側面１０３Ｃ、１０３Ｄ、１０３Ｅ、１０３ａとを備える（上述のようにこれら６つの平面のうち、隣り合う平面は互いに略直交している）。このうち、側面１０３ａは入射面を形成する。
【００２５】
紙面下側の拡大図に示すように、入射面１０３ａは、表面１０３Ａ（または背面１０３Ｂ）と直交し、かつ側面１０３Ｃ（または側面１０３Ｄ）と直交する第１の面３０１および第２の面３０２をｘ軸方向に複数備える。第１の面３０１と第２の面３０２とはｙ軸方向に所定の距離だけ離れており、互いに平行である。
【００２６】
更に、入射面１０３ａは、表面１０３Ａ（または背面１０３Ｂ）と直交するが、側面１０３ａ、１０３Ｃ、１０３Ｄ及び１０３Ｅのいずれとも直交しない第３の面３０３と第４の面（不図示）とを備え、第１の面３０１および第２の面３０２との間をそれぞれ接合している。
【００２７】
第１乃至第４の面はそれぞれ表面１０３Ａと接合し、交線を形成する。第１の面３０１と表面１０３Ａとの交線を辺３１１、第２の面３０２と表面１０３Ａとの交線を辺３１２、第３の面３０３と表面１０３Ａとの交線を辺３１５、第４の面と表面１０３Ａとの交線を辺３１４と称す。なお、辺３１１、辺３１３、辺３１４は、辺３１１を上底とし、発光素子１１０側に凸状の台形を形成する。また、辺３１２、辺３１３、辺３１４は辺３１２を上底とし、発光素子１１０側に凹状の台形を形成する。辺３１１、辺３１３、辺３１４により形成される台形と、辺３１２、辺３１３、辺３１４により形成される台形とは、同一形状である。
【００２８】
また、辺３１１と辺３１３との交点を頂点３１５、辺３１５と辺３１４との交点を頂点３１６、辺３１３と辺３１２との交点を頂点３１７、辺３１４と辺３１２との交点を頂点３１８と称す。
【００２９】
次に図４を用いて、入射面１０３ａの形状を更に詳細に説明する。図４は、入射面１０３ａと直交する方向から見た場合（つまり、表面１０３Ａの側から見た場合）の入射面の形状を示す図である。
【００３０】
図４に示すように、辺３１１と辺３１２との間の距離はｈであり、辺３１１、辺３１２の長さはｗ１である。また、頂点３１７と頂点３１８との間の距離はｗ２である。つまり、辺３１１、辺３１３、辺３１４により形成される台形は、上底がｗ１、下底がｗ２、高さがｈである。
【００３１】
したがって、頂点３１５と頂点３１７との間のｘ方向の距離ｗ３は下式により表現することができる。
（式２）ｗ３＝（ｗ２−ｗ１）／２
また、辺３１３と辺３１２とにより形成される角度の補角θ（辺３１１、辺３１３、辺３１４により形成される台形の底角）は下式により表現することができる。
（式３）θ＝ａｒｃｔａｎ（２ｈ／（ｗ２−ｗ１））＝ａｒｃｔａｎ（ｈ／ｗ３）
また、辺３１１、辺３１３、辺３１４により形成される各台形間のピッチｐは下式により表現することができる。
（式３）ｐ＝ｗ１＋ｗ２＋ｗ３
更に、辺３１１、辺３１３、辺３１４により形成される特定の台形の頂点３１５と、該台形と隣り合う、辺３１１、辺３１３、辺３１４により形成される台形の頂点３１７とを結ぶ直線のｘ軸に対する仰角βは下式により表現することができる。
（式４）β＝ａｒｃｔａｎ（ｈ／（ｐ＋ｗ３））
４．入射面１０３ａのプリズム形状と光の分布との関係
次に図４を用いて、入射面１０３ａのプリズム形状と光の分布との関係について説明する。図４において、辺３１１、３１２に対して垂直に入射した光は導光板１０３内をｙ軸方向に直進する。また、辺３１３に入射した光は屈折して導光板１０３を紙面右斜め上方向に進む。
【００３２】
一方、頂点３１５に入射した光は反射して、任意の方向に拡散する。このうち、角度β方向に進む光は辺３１４を介して導光板１０３内に再度入射することとなる（角度βよりも小さい角度で進む光は、頂点３１７よりも紙面下側に進むため、導光板１０３内に再入射されず、角度βよりも大きい角度で進む光のみが導光板１０３内に再入射されることとなる）。
【００３３】
そして、このとき再入射される光が、図２の開口部底辺２０２の端部より手前側（入射面１０３ａ側）を照射することとなる。したがって、角度βの大きさが、角度αの大きさよりも小さいことが、開口部１０６ａにおいて出射される光の均一性を向上させる（導光板の隅部分の低輝度を解消する）うえでの第１の条件となる。
【００３４】
更に、頂点３１５において反射した光が、角度β方向に進み、辺３１４において再入射するにあたり、辺３１４に対して垂直に入射する場合には、当該再入射した光が導光板１０３内を直進し、頂点３１７に到達することとなるが、垂直でない場合には、辺３１４に再入射した光が屈折して導光板１０３内を進むこととなる。
【００３５】
ここで、角度β方向に進む光と辺３１４とのなす角度は、θ＝９０−βのとき９０°となり、θ＞９０−βのとき、９０°以上となる。角度β方向に進む光と辺３１４とのなす角度が９０°以上である場合には、辺３１４において再入射した光は屈折することにより、直進する場合と比べて、紙面下側に導光板１０３内を進むこととなる。
【００３６】
つまり、開口部底辺２０２の端部より手前側（入射面１０３ａ側）を照射することとなる。このため、θ≧９０−βを満たすことが、開口部１０６ａにおいて出射される光の均一性を向上させる（導光板の隅部分の低輝度を解消する）うえでの第２の条件となる。
【００３７】
５．実施例
次に、第１の遮光部材１０６、入射面１０３ａの実施例について説明する。図５は、図２に示した第１の遮光部材１０６の具体例を示す図である。図５に示すように、各部の寸法は以下のとおりである。
Ｗ＝２８ｍｍ
Ｍ＝３ｍｍ
α＝１２．１°
また、図６は、図４に示した入射面１０３ａの具体例を示す図である。図６に示すように、各部の寸法は以下のとおりである。
ｗ１＝０．０７５
ｗ２＝０．０８７
ｗ３＝０．００６
ｈ＝０．０３
ｐ＝０．００６
θ＝７９°
上記寸法によれば、角度β＝１１°となり、１２．１°＞１１°となることから第１の条件（α＞β）を具備し、かつ７９°≧９０°−１１°となることから第２の条件（θ≧９０°−β）を具備する。
【００３８】
この結果、図６に示すように、頂点３１５にて反射し角度１１°の方向に進んだ光は、辺３１４において再入射したのち、導光板１０３内を直進し、頂点３１７を通過する。つまり、図６の斜線で示した範囲の光が、開口部底辺２０２の端部より手前側（入射面１０３ａ側）を照射することとなり、開口部１０６ａにおいて出射される光の均一性を向上させることができる（つまり、角度βが光の均一性を向上させるうえでの評価角度となる）。
【００３９】
図７は、図５及び図６に示す寸法のもと、発光素子１１０により発光された光が導光板１０３に入射された場合の光の分布を示す概念図である。
【００４０】
同図に示すように、交点２０３において入射した光は、角度１１°の方向まで照射し、開口部底辺２０２の端部より手前側（入射面１０３ａ側）を照射する。
【００４１】
なお、参考までに、従来の入射面の形状（ここでは、入射面が平坦な形状の場合と、入射面が三角形状の場合）における光の分布を説明する。
【００４２】
図８は、入射面が平坦な形状の場合に、発光素子１１０より発光された光が導光板内に入射された様子を示している。更に、図９は、この場合の導光板内の光の分布を示している（第１の遮光部材の寸法は、図５と同じであるとする）。
【００４３】
図９から明らかなように、入射面が平坦な形状である場合、発光素子１１０より発光された光は、交点２０３において入射された後、角度４８．２°より大きい角度範囲のみを照射し、角度４８．２°より小さい角度については、照射しない。このため、開口部底辺２０２の両端部の輝度が著しく低下してしまうこととなる。
【００４４】
また、図１０は、三角形状の入射面の一例を示す図であり、１００１を頂点とし、同一長さの辺１００２、１００３を有する直角二等辺三角形と辺１００４とから構成される。辺１００２と辺１００３とで構成される直角二等辺三角形は、高さが０．０５ｍｍで底辺が０．１ｍｍであり、辺１００４は長さが０．０５ｍｍである。
【００４５】
図１０において、辺１００２と辺１００３とで構成される直角二等辺三角形の頂点１００１において反射した光が、再入射して該直角二等辺三角形と隣接する直角二等辺三角形の交点１００６を通過するには、頂点１００１において反射した光の仰角が１３．６であることが必要である。この場合、辺１００２において屈折され、仰角が２４．７度になって交点１００６を通過することとなる。つまり、頂点１００１で反射した光が導光板内に再入射されるのは、仰角が２４．７°以上の光であることが必要である。
【００４６】
このため、図１１から明らかなように、入射面が図１０のような三角形状である場合、発光素子１１０より発光された光は、交点２０３において入射された後、角度２４．７°より大きい角度範囲のみを照射し、角度２４．７°より小さい角度については、照射しない。このため、開口部底辺２０２の両端部の輝度が著しく低下してしまうこととなる。
【００４７】
以上の説明から明らかなように、本実施形態にかかる面発光装置によれば、平坦面からなる従来の入射面あるいは三角形状を有する従来の入射面を有する面発光装置と比較して、導光板の隅部分の輝度を確保することができ、出射される光を均一にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係る面発光装置の分解斜視図である。
【図２】第１の遮光部材１０６の形状を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る面発光装置の導光板１０３および入射面１０３ａの一部を拡大して示した図である。
【図４】入射面１０３ａのプリズム形状を詳細に説明するための図である。
【図５】第１の遮光部材１０６の具体例を示す図である。
【図６】入射面１０３ａの具体例を示す図である。
【図７】発光素子１１０により発光された光が導光板１０３に入射された場合の光の分布を示す概念図である。
【図８】入射面が平坦な形状の場合に、発光素子１１０より発光された光が導光板内に入射された様子を示す図である。
【図９】入射面が平坦な形状の場合の、導光板内の光の分布を示す図である。
【図１０】三角形状の入射面の一例を示す図である。
【図１１】入射面が三角形状の場合の、導光板内の光の分布を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０１    ：メインパネル
１０２    ：サブパネル
１０３    ：導光板
１０３ａ  ：入射面
１０３Ａ  ：導光板の表面
１０３Ｂ  ：導光板の背面
１０３Ｃ  ：導光板の側面
１０３Ｄ  ：導光板の側面
１０４    ：第１の光学部材（拡散部材）
１０５    ：第１の光学部材（集光部材）
１０６    ：第１の遮光部材
１０６ａ  ：第１の遮光部材の開口部
１０７    ：第２の光学部材（拡散部材）
１０８    ：第２の光学部材（集光部材）
１０９    ：第２の遮光部材
１０９ａ  ：第２の遮光部材の開口部
１１０    ：発光素子
１１１    ：光源ユニット
１１２    ：反射フレーム
１１３ａ  ：基板
１１３ｂ  ：コネクタ
【図１】
2008251373.tif 000003
【図２】
2008251373.tif 000004
【図３】
2008251373.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2008251373.tif 000008
【図７】
2008251373.tif 000009
【図８】
2008251373.tif 000010
【図９】
2008251373.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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