(57)【要約】【課題】全体として高輝度な発光を実現し得る面発光装置を提供すること。【解決手段】光源１１と、光源１１からの光が入光する入光側端面２１ａ、入光側端面２１ａに対向する反射側端面２１ｂ、入光した光が出光する表面２２、及び、入光側端面２１ａ又は反射側端面２１ｂから入光する光を表面２２へ向けて反射する複数の凹部２４、２５が設けられた裏面２３を有する導光板２０と、を備えた面発光装置Ａにおいて、凹部２４、２５は、その断面形状が三角形となるように形成された、入光側端面２１ａ側の第１の面２４ａ、２５ａと、反射側端面２１ｂ側の第２の面２４ｂ、２５ｂと、を有し、第２の面２４ｂ、２５ｂの傾斜が異なるようにした。反射側端面２１ｂにおける再入光は、第２の面２５ｂにより表面２２へ向けて反射され、全体として輝度を向上できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光が入光する入光側端面、前記入光側端面に対向する反射側端面、入光した光が出光する表面、及び、前記入光側端面又は前記反射側端面から入光する光を前記表面へ向けて反射する複数の凹部が設けられた裏面を有する導光板と、
を備えた面発光装置において、
前記凹部は、その断面形状が三角形となるように形成された、前記入光側端面側の第１の面と、前記反射側端面側の第２の面と、を有し、
前記第２の面の傾斜が異なる複数種類の前記凹部を有することを特徴とする面発光装置。
【請求項２】
前記凹部が点状に設けられた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】
前記入光側端面からの距離に応じて、前記凹部の前記第２の面の傾斜が異な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４】
前記第２の面の傾斜は、前記入光側端面側の第１の領域に設けられた前記凹部よりも、前記反射側端面側の第２の領域に設けられた前記凹部の方が浅いことを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
【請求項５】
各種類の前記凹部は、前記第１の面の傾斜も異なることを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等に用いられる面発光装置に関連する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示板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提案されている。面発光装置は、導光板の端面に点状又は線状の光源を配置し、光源からの光を導光板の表面から出光するものである。係る出光を実現するため、導光板の裏面には光源からの光を反射するための、線状又は点状の凹部が設けられる。そして、この凹部の設け方については、高輝度或いは輝度むら低減を実現するために種々の方式が提案されている。
【０００３】
凹部の設け方としては、例えば、断面三角形のプリズム溝を線状に設けることが提案されている（特許文献１、２等）。この方式の場合、高い輝度を得られる傾向にあるが、凹部が線状であるため、線状の輝度むらが生じ易い傾向にある。
【０００４】
別の凹部の設け方としては、例えば、円柱、円錐、半球等の各種形状の点状の凹部（ドット）を設けることが提案されている（特許文献３、４等）。この方式の場合、光が拡散されるため輝度むらをより低減する傾向にあるが、十分な輝度が得られない傾向にある。更に別の凹部の設け方としては、例えば、プリズム形状で点状の凹部（ドット）を設けたものも提案されている（例えば、特許文献５、６等）。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２６５０９２号公報
【特許文献２】特開２００２−５６７１３号公報
【特許文献３】特開２００１−５１１２５号公報
【特許文献４】特開２０００−１３１６９０号公報
【特許文献５】特開平９−１５９８３１号公報
【特許文献６】特開平１０−１２３５１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光源から導光板に入光する光は、上述した各種凹部で反射されて出光するため、その残光量は光源からの距離に従って減少し、光源側の端部で最大となり、反対側の端部で最小となる。従って、光源近傍の輝度は高くなる一方で、光源から離れた部位の輝度が劣る傾向にある。この問題を解決するために、凹部の配置パターン等を工夫することで光源から離れた部位においても輝度を向上し、全体として高輝度な発光を実現することも提案されているが十分ではない。
従って、本発明の目的は、全体として高輝度な発光を実現し得る面発光装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、光源と、前記光源からの光が入光する入光側端面、前記入光側端面に対向する反射側端面、入光した光が出光する表面、及び、前記入光側端面又は前記反射側端面から入光する光を前記表面へ向けて反射する複数の凹部が設けられた裏面を有する導光板と、を備えた面発光装置において、前記凹部は、その断面形状が三角形となるように形成された、前記入光側端面側の第１の面と、前記反射側端面側の第２の面と、を有し、前記第２の面の傾斜が異なる複数種類の前記凹部を有することを特徴とする面発光装置が提供される。
【０００８】
本発明において、前記凹部は、例えば、前記導光板を横断するような線状に設けてもよいが、点状に設けることが望ましい。
【０００９】
また、本発明においては、前記入光側端面からの距離に応じて、前記凹部の前記第２の面の傾斜が異なるようにすることが望ましい。
【００１０】
また、本発明において、前記第２の面の傾斜は、前記入光側端面側の第１の領域に設けられた前記凹部よりも、前記反射側端面側の第２の領域に設けられた前記凹部の方が浅いことが望ましい。
【００１１】
また、本発明において、各種類の前記凹部は、前記第１の面の傾斜も異なるようにすることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る面発光装置Ａを液晶表示装置に適用した例を示す分解斜視図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）の液晶表示装置の構成を示す断面図である。この液晶表示装置は、面発光装置Ａの上面側に液晶セルＢが設けられており、面発光装置Ａが上方へ発光することにより液晶セルＢを照明するバックライト形式の装置である。本実施形態では、このバックライト形式の液晶表示装置を例に挙げて説明するが、本発明はフロントライト形式の液晶表示装置にも適用可能である。
【００１３】
面発光装置Ａは、光源部１０と、導光板２０と、枠体３０と、を有する。光源部１０は、例えば、冷陰極管等の線状の光源１１と、反射体１２と、からなり、その長手方向が導光板２０の一端面に沿うように配置されている。反射体１２は、光源１１の周囲を覆うようにして設けられており、光源１１からの光が導光板２０へ効率よく入射するように内面が鏡面で形成されている。なお、本実施形態では、光源１１として線状光源を用いているが、ＬＥＤ等による点光源も採用可能である。
【００１４】
導光板２０は、液晶セルＢと同様の大きさを有し、例えば、光学ガラス、合成樹脂等からなる板状の部材であって、好ましくは、透明な基板からなる。本実施形態の場合、導光板２０は、直方体形状をなしており、４つの端面２１ａ乃至２１ｄと、導光板２０内へ入光した光が液晶セルＢへ向けて出光する表面２２と、裏面２３と、を有する。
【００１５】
４つの端面２１ａ乃至２１ｄのうち、端面２１ａが光源１０からの光が入光する入光側端面を構成し、端面２１ｂが、入光側の端面２１ａに対向すると共に枠体３０により反射した反射光が再入光する反射側端面を構成している。裏面２３には、端面２１ａから入光する光又は端面２１ｂから入光する光を表面２２へ向けて反射する複数の点状の凹部２４及び２５が設けられている。この凹部２４及び２５については後述するが、本願の各図における各凹部２４及び２５の大きさは発明の内容を理解し易いように誇張して図示している。
【００１６】
枠体３０は、端面２１ａ及び表面２２を除いて導光板２０を取り囲むように構成されており、その内面は導光板２０から出光される光を反射して導光板２０へ再入光させるように構成されている。
【００１７】
次に、図２を参照して凹部２４及び２５の構成について説明する。図２（ａ）は導光板２０の裏面２３の平面図、（ｂ）は凹部２４の斜視図、（ｃ）は図２（ｂ）の線Ｘ１Ｘ１に沿う端面図、（ｄ）は図２（ｂ）の線Ｙ１Ｙ１に沿う端面図、（ｅ）は凹部２５の斜視図、（ｆ）は図２（ｅ）の線Ｘ２Ｘ２に沿う端面図、（ｇ）は図２（ｅ）の線Ｙ２Ｙ２に沿う端面図である。
【００１８】
本実施形態では、裏面２３に設けられる凹部として、２種類の凹部２４及び２５を採用している。そして、端面２１ａ側、すなわち光源１１に近い第１の領域Ｐには凹部２４を、端面２１ｂ側、すなわち光源１１から遠い第２の領域Ｑには凹部２５を、それぞれ配設している。領域Ｐは、端面２１ａから導光板２０の全長（端面２１ａ−２１ｂ方向の長さ）の１／２乃至４／５の範囲で定めることが好ましく、領域Ｑはその残りの部分となる。なお、本実施形態では領域Ｐ及びＱの各領域内においては、それぞれ同じ形状の凹部２４及び２５を採用しているが、そうではなく、例えば、光源１１からの距離に応じて順次、又は、３以上の領域単位で異なる凹部を採用してもよい。
【００１９】
次に、凹部２４及び２５は、いずれも端面２１ａ−２１ｂ方向に沿う断面形状が三角形となるように形成された、端面２１ａ側の第１の面２４ａ、２５ａと、端面２１ｂ側の第２の面２４ｂ、２５ｂと、を有する。第１の面２４ａ、２５ａと、第２の面２４ｂ、２５ｂとは、それぞれ、端面２１ａ−２１ｂ方向に直交する方向（端面２１ｃ−２１ｄ方向）を向いており、表面２２側で閉じている（接している）一方、裏面２３側で開放している。
【００２０】
このように凹部２４及び２５の断面形状を三角形（いわゆるプリズム形）にする利点について図３を参照して説明する。図３（ａ）は、断面形状が半円形の点状の凹部を採用した場合の出光角度分布図、図３（ｂ）は、断面形状が三角形の点状の凹部を採用した場合の出光角度分布図である。図３（ａ）の場合、出光角度が広い範囲に渡って出光しており、光が拡散されていることがわかる。一方、図３（ｂ）の場合、出光角度が宝仙方向（０度付近）に強く出光しており、法線方向への出光量が多く、高輝度が得られることがわかる。また、本実施形態では、凹部２４及び２５を線状ではなく、点状に設けていることから、輝度むらも低減される。
【００２１】
次に、図２（ｂ）乃至（ｄ）を参照して凹部２４の寸法関係について説明する。凹部２４の寸法関係は、本実施形態の面発光装置Ａの用途によって異なるが、本実施形態の場合、例えば、ＰＤＡや携帯型電話機といった比較的小型の液晶セルを搭載した携帯端末に用いる場合を想定している。
【００２２】
本実施形態の凹部２４は、略三角柱形状にくり抜かれており、好ましくは、第１の面２４ａの裏面２３に対する傾斜角度θ１が４０度乃至６０度、第２の面２４ｂの裏面２３に対する傾斜角度θ２が８０度乃至９０度（より好ましくは９０度）、深さＬ２が導光板２０の厚みに対して５０％以下に設定され、これらの条件を満たす長さＬ１（端面２１ａ−２１ｂ方向の長さ）が設定される。また、好ましくは、第１の面２４ａ及び第２の面２４ｂの端部に接続された２つの面の裏面２３に対する傾斜角度θ３及びθ４が６０度乃至９０度に、幅Ｌ３が１０μｍ以上５００μｍ以下（より好ましくは３０μｍ以上３００μｍ以下）にそれぞれ設定され、これらの条件を満たす幅Ｌ４が設定される。
【００２３】
次に、図２（ｅ）乃至（ｇ）を参照して、本実施形態の凹部２５は、略三角柱形状にくり抜かれており、端面２１ａ−２１ｂ方向に沿う断面形状が両端を除いて二等辺三角形となるように形成されている。凹部２５は、好ましくは、第１の面２５ａと第２の面２５ｂとの内角（頂角）θ５が８２度乃至１１０度に設定され、深さＬ６が導光板２０の厚みに対して５０％以下に設定され、これらの条件を満たす長さＬ５（端面２１ａ−２１ｂ方向の長さ）が設定される。この場合、第１の面２５ａ及び第２の面２５ｂの裏面２３に対する傾斜角度は、３５度乃至４９度となる。また、好ましくは、第１の面２５ａ及び第２の面２５ｂの端部に接続された２つの面の裏面２３に対する傾斜角度θ６及びθ７が６０度乃至９０度に、幅Ｌ７が１０μｍ以上５００μｍ以下（より好ましくは３０μｍ以上３００μｍ以下）にそれぞれ設定され、これらの条件を満たす幅Ｌ８が設定される。次に、係る構成からなる面発光装置Ａの発光原理について説明する。上述したように本実施形態では、異なる種類の凹部２４及び２５を採用しているが、その理由について説明する。本実施形態では、凹部２４と２５とで、第１の面２４ａ、２５ａ及び第２の面２４ｂ、２５ｂの傾斜をそれぞれ異なるものとしている。特に重要なのは第２の面２４ｂ、２５ｂの傾斜を異なるものとしている点にある。ここで、第１の面２４ａ、２５ａは、光源１１から端面２１ａを通って導光板２０内に入光する光を表面２２へ向けて反射するように作用する。
【００２４】
一方、光源１１から端面２１ａを通って導光板２０内に入光する光は、端面２１ｂにおいて枠体３０に反射されて導光板２０に再入光するが、この再入光した光を表面２２へ向けて反射するようにできれば、光源１１から離れた位置でも輝度を向上し、面発光装置Ａの輝度を全体として向上することができる。このため、本実施形態では、凹部２４の第２の面２４ｂよりも凹部２５の第２の面２５ｂの傾斜をより浅くすることにより、光源１１から離れた領域Ｑでは、再入光した光を表面２２へ向けて効率よく反射するようにし、輝度の向上を実現している。
【００２５】
図４（ａ）及び（ｂ）は、面発光装置Ａの凹部２４及び２５による光の反射態様を示した模式図である。図４（ａ）は、光源１１から端面２１ａを通って導光板２０内へ入光した光が凹部２４及び２５によって反射され、表面２２から出光する態様を示している。この場合、各凹部２４及び２５の第１の面２４ａ、２５ａによって光が反射されることになる。一方、図４（ｂ）は、光源１１から端面２１ａが導光板２０内へ入光した光が端面２１ｂにおいて枠体３０によって反射され、導光板２０内へ再入光し、凹部２５によって反射されて表面２２から出光する態様を示している。この場合、凹部２５の第２の面２５ｂによって光が反射されることになる。図４（ｂ）に示すように、端面２１ｂから再入光した光は凹部２４に届かないか、或いは、届いたとしても第２の面２４ｂの傾斜角度が立っているため、表面２２へ向けて光をほとんど反射しない。
【００２６】
このように本実施形態では、光源１１から遠方の領域であっても、端面２１ｂから再入光した光を凹部２５によって効率よく表面２２へ反射するため、該遠方の領域の輝度を維持することができ、しかも、凹部を点状に設けているので全体として、高輝度及び輝度むら低減の双方をより向上できることになる。
【００２７】
図５（ａ）は、光源１１から端面２１ａを通って導光板２０内へ入光した光（以下、正方向光という。）及び端面２１ｂから導光板２０内へ再入光した光（以下、逆方向光という。）の残光量と、光源１１からの距離との関係を示す図である。同図に示すように、正方向光は各凹部２４及び２５で反射されて出光するため、光源１１からの距離に従って残光量が小さくなる。一方、逆方向光も、端面２１ａからの距離に従って残光量が小さくなる。
【００２８】
図５（ｂ）は、正方向光のみによる輝度（第１の面２４ａ、２５ａの反射光による輝度）、正方向光と逆方向光による輝度（第１の面２４ａ、２５ａの反射光及び第２の面２５ｂの反射光による輝度）、正方向光の残光量及び正方向光と逆方向光の残光量と、光源１１からの距離との関係を示す図である。同図に示すように、正方向光と逆方向光とにより、凹部２５が設けられた領域Ｑにおける輝度が増加し、全体として輝度が平均化されて向上している。
【００２９】
＜他の実施形態＞
また、上記実施形態では、２種類の凹部２４及び２５を採用したが、第２の面（２４ｂ、２５ｂ）の傾斜が異なる３種類以上の凹部を採用してもよい。この場合においても、光源１１からの距離に応じて、各種の凹部を採用することができる。また、第１の面（２４ａ、２４ｂ）の傾斜も併せて異なるようにしてもよい。尤も、種類が多くなればそれだけ加工が複雑化するので、このような点を踏まえれば上記実施形態のように領域Ｐ及びＱとで２種類の凹部２４及び２５を設けることは好適である。
【００３０】
また、上記実施形態では、凹部２４及び２５の密度を裏面２３全体に渡って略均一としているが、光源１１に近いほど低密度で、離れるほど高密度で設けるようにしてもよい。更に、上記実施形態では、点状の各凹部２４及び２５を、一定の間隔を置いて線状に複数段整列して配置するようにしているが、配置の仕方はこれに限られず、例えば、ランダムに、或いは、同心円状に配置してもよい。
【００３１】
また、上記実施形態では、凹部２４及び２５のみを採用しているが、他の形状の凹部、例えば、円柱形、円錐形、角柱系、半球形等の他の凹部を併用してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の面発光装置によれば、全体として高輝度な発光を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る面発光装置Ａを液晶表示装置に適用した例を示す分解斜視図、（ｂ）は、図１（ａ）の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）は導光板２０の裏面２３の平面図、（ｂ）は凹部２４の斜視図、（ｃ）は図２（ｂ）の線Ｘ１Ｘ１に沿う端面図、（ｄ）は図２（ｂ）の線Ｙ１Ｙ１に沿う端面図、（ｅ）は凹部２５の斜視図、（ｆ）は図２（ｅ）の線Ｘ２Ｘ２に沿う端面図、（ｇ）は図２（ｅ）の線Ｙ２Ｙ２に沿う端面図である。
【図３】（ａ）は、断面形状が半円形の点状の凹部を採用した場合の出光角度分布図、（ｂ）は、断面形状が三角形の点状の凹部を採用した場合の出光角度分布図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、面発光装置Ａの凹部２４及び２５による光の反射態様を示した模式図である。
【図５】（ａ）は、光源１１から端面２１ａを通って導光板２０内へ入光した光及び端面２１ｂから導光板２０内へ再入光した光の残光量と、光源１１からの距離との関係を示す図、（ｂ）は、正方向光のみによる輝度、正方向光と逆方向光による輝度、及び、正方向光の残光量及び正方向光と逆方向光の残光量と、光源１１からの距離との関係を示す図である。
【符号の説明】
Ａ  面発光装置
Ｂ  液晶セル
Ｐ  第１の領域
Ｑ  第２の領域
１１  光源
２０  導光板
２１ａ乃至ｄ  端面
２２  表面
２３  裏面
２４、２５  凹部
２４ａ、２５ａ  第１の面
２４ｂ、２５ｂ  第２の面
３０  枠体
【図１】
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【図２】
2004281071.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004281071.tif 000006
【図５】
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