(57)【要約】【課題】  導光板の側面部に複数のＬＥＤ光源を単純に配置する従来の方法では、入射部近傍に明るさのムラを生じ、均一な面光源を得る為には入射部近傍が無効領域となり装置が大型化する。【解決手段】                                                            複数の点光源を備えた線状の補助導光部材を用いる。光源からの光は補助導光部材の出射面とそれと対向する反射面の間を反射しながら補助光源部材全体に伝播し、均一化されて出射する。この線状に均一化された光を導光板に導くことにより、明るく、均一な面状照明をコンパクトに実現することができる。【選択図】  図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面となる側面部、散乱反射パターンを持つ反射面、及び前記反射面と対向した出射面を有し、前記側面部から入射された光を互いに対向する前記反射面と前記出射面との間で反射させながら全面に伝播させるとともに前記散乱反射パターンで散乱された一部の光を前記出射面から出射させて面状の発光をする主導光板と、
前記主導光板の前記側面部に沿うように配列された複数の点状光源素子、及び前記複数の点状発光素子からの光を前記配列方向に線状に拡大して出射させる線状化部材を有し、前記主導光板の前記側面部に光を供給する線状照明手段とを備え、
前記線状化部材は、前記複数の点状発光素子を覆うように形成され、前記主導光板の前記側面部に対向する出射面、及びその出射面に対向するように設けられ、入射された光の少なくとも一部を拡散反射する反射面を有し、前記発光素子からの光を少なくともその一部を前記線状化部材の前記出射面における空気との界面で全反射させながら、前記線状化部材の前記出射面から出射させる、面状光源。
【請求項２】
前記線状化部材の前記出射面のうち前記点状発光素子からの直接光が全反射しない部分の全部または一部には、前記点状発光素子からの直接光の出射を抑制する出射抑制手段が設けられている、請求項１記載の面状光源。
【請求項３】
前記出射抑制手段は、入射した光の大半を反射して一部を透過する反射手段である、請求項２記載の面状光源。
【請求項４】
前記出射抑制手段は、所定の密度で形成された反射膜のパターンである、請求項３記載の面状光源。
【請求項５】
前記出射抑制手段は、前記点状発光素子からの直接光が前記線状化部材内部の長手方向に全反射されるように形成した傾斜面を有する、請求項２記載の面状光源。
【請求項６】
前記線状化部材の前記反射面は、前記線状化部材の前記出射面で全反射された光を更に前記線状化部材の前記出射面で全反射して前記線状化部材の長手方向に伝播するための平坦部と、前記線状化部材の前記出射面で全反射した光を拡散反射して前記線状化部材の前記出射面から出射可能にするための拡散反射層とを有し、
前記拡散反射層の大きさあるいは密度の分布は、出射光の強度分布が、前記線状化部材の長手方向にわたって実質上均一になるように形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の面状光源。
【請求項７】
前記線状化部材の前記反射面は、前記線状化部材の前記出射面で全反射された光を更に前記線状化部材の前記出射面で全反射して前記線状化部材の長手方向に伝播するための平坦部と、前記線状化部材の前記出射面で全反射した光を前記線状化部材の前記出射面から出射可能な角度で反射する溝部とを有し、
前記溝部の深さ、大きさ、密度の分布は、出射光の強度分布が、前記線状化部材の長手方向にわたって実質上均一になるようなパターンで形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の面状光源。
【請求項８】
前記線状化部材の前記反射面は、前記線状化部材の短手方向は前記線状化部材の前記出射面と並行で、前記線状化部材の長手方向は前記線状化部材の前記出射面に対して所定の傾き角を持ったセグメントをつないだプリズムアレイ状の反射面を有し、
前記プリズムアレイ状の前記反射面の前記傾き角は、前記線状化部材の前記出射面で全反射されて入射する光を前記線状化部材の前記出射面に対して実質上垂直に入射するように設定されている、請求項１〜５のいずれかに記載の面状光源。
【請求項９】
前記点状発光素子は、ＬＥＤである請求項１〜５のいずれかに記載の面状光源。
【請求項１０】
前記ＬＥＤをマウントする構造体には、前記線状化部材の長手方向には反射壁が無く、前記線状化部材の短手方向に反射壁が設けられている、請求項９記載の面状光源。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の面状光源をそのバックライトとして備えた、液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置のバックライトなどに用いる面状光源、及び液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄型軽量で画像表示が可能な液晶ディスプレイは、製造技術の進展による価格低減や高画質化技術開発によって急速に普及し、パーソナルコンピュータのモニターやＴＶ受像機などに広く用いられている。
【０００３】
液晶表示装置としては透過型液晶表示装置が一般的に用いられている。透過型液晶表示装置は、バックライトと呼ばれる面状光源を備え、そこからの照明光を液晶パネルによって空間変調して画像を形成する。
【０００４】
バックライトとしては、略線状光源である冷陰極管を用いて、導光板の側面より入射する方式のものが良く用いられている。薄板状の導光板の側面から入射された光は、対向する主面間を全反射を繰り返しながら伝播する。このとき、出射面となる面とは逆の面に特定の密度分布、大きさの拡散反射層あるいは反射用凹凸を形成して伝播する光の一部を出射させる様に構成するのが一般的である。前記拡散反射層あるいは反射用凹凸を形成する密度分布、大きさ分布などを適度に設定することにより、液晶パネル全面にわたってほぼ一様な照明をすることが可能になる。
【０００５】
更に最近、発光効率の高い発光ダイオード（以下ＬＥＤ）が開発され、これを液晶バックライト用の光源に用いることが提案されている。
【０００６】
点光源であるＬＥＤからバックライトして使用可能な面状の発光を得る為の方法としては、棒状かつ楔状の補助導光体を用いてその端面にＬＥＤからの光を入射して線状光源化した後に導光板に入射する方法（例えば特許文献１参照）や、多数のＬＥＤを導光板の端面に配置して直接光を入力する方法（例えば特許文献２参照）がある。
【０００７】
この様にして、発光効率の高い発光ダイオードを用いることにより装置の消費電力をより小さくしたり、発熱を抑えて特別な放熱手段を省略するなどの効果が期待できる。
【特許文献１】特開２００１−９３３５号公報
【特許文献２】特開２００１−４７３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、棒状かつ楔状の補助導光体を用いてその端面からＬＥＤからの光を入射して線状光源化した後に導光板に入射する方法では、光源として１つのＬＥＤしか用いることが出来ず投入できる光量に限界があり明るい表示が出来ないという問題がある。
【０００９】
一方、多数のＬＥＤを導光板の端面に配置して直接光を入力する方法では、ＬＥＤの個数を増やすことにより明るくすることが可能だが、ＬＥＤの配置された光入力部近傍が明るくなるという傾向を生じる。
【００１０】
その模様を図１０に示す。図１０で１００は導光板であり、その入射面となる側面部に基板２００に配列された複数のＬＥＤ３００を配置している。この様な状態で光を入射するとＬＥＤとＬＥＤの間に対応する部分に光の行き渡らない領域となる暗部４００が生じる。この暗部が生じている部分を表示領域に用いると、画像の明るさにむらが出来表示品位を著しく損なうことになる。
【００１１】
この現象は、入射面となる導光板側面部の形状を工夫したり、拡散反射パターンを工夫することによってある程度低減することができるが、一様な表示を得る為には、有効出射面を導光板の光入射面となる側面部から一定の距離以上離れた部分に限定する必要があり装置の大型化を招くという課題があった。
【００１２】
本発明は、上記の問題を考慮し、点光源であるＬＥＤを用い十分な明るさをコンパクトな構造で実現する面状光源、及び液晶表示装置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】
【００１３】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、入射面となる側面部、散乱反射パターンを持つ反射面、及び前記反射面と対向した出射面を有し、前記側面部から入射された光を互いに対向する前記反射面と前記出射面との間で反射させながら全面に伝播させるとともに前記散乱反射パターンで散乱された一部の光を前記出射面から出射させて面状の発光をする主導光板と、
前記主導光板の前記側面部に沿うように配列された複数の点状光源素子、及び前記複数の点状発光素子からの光を前記配列方向に線状に拡大して出射させる線状化部材を有し、前記主導光板の前記側面部に光を供給する線状照明手段とを備え、
前記線状化部材は、前記複数の点状発光素子を覆うように形成され、前記主導光板の前記側面部に対向する出射面、及びその出射面に対向するように設けられ、入射された光の少なくとも一部を拡散反射する反射面を有し、前記発光素子からの光を少なくともその一部を前記線状化部材の前記出射面における空気との界面で全反射させながら、前記線状化部材の前記出射面から出射させる、面状光源である。
【００１４】
また、第２の本発明は、前記線状化部材の前記出射面のうち前記点状発光素子からの直接光が全反射しない部分の全部または一部には、前記点状発光素子からの直接光の出射を抑制する出射抑制手段が設けられている、第１の本発明の面状光源である。
【００１５】
また、第３の本発明は、前記出射抑制手段は、入射した光の大半を反射して一部を透過する反射手段である、第２の本発明の面状光源である。
【００１６】
また、第４の本発明は、前記出射抑制手段は、所定の密度で形成された反射膜のパターンである、第３の本発明の面状光源である。
【００１７】
また、第５の本発明は、前記出射抑制手段は、前記点状発光素子からの直接光が前記線状化部材内部の長手方向に全反射されるように形成した傾斜面を有する、第２の本発明の面状光源である。
【００１８】
また、第６の本発明は、前記線状化部材の前記反射面は、前記線状化部材の前記出射面で全反射された光を更に前記線状化部材の前記出射面で全反射して前記線状化部材の長手方向に伝播するための平坦部と、前記線状化部材の前記出射面で全反射した光を拡散反射して前記線状化部材の前記出射面から出射可能にするための拡散反射層とを有し、
前記拡散反射層の大きさあるいは密度の分布は、出射光の強度分布が、前記線状化部材の長手方向にわたって実質上均一になるように形成されている、第１〜５の本発明のいずれかの面状光源である。
【００１９】
また、第７の本発明は、前記線状化部材の前記反射面は、前記線状化部材の前記出射面で全反射された光を更に前記線状化部材の前記出射面で全反射して前記線状化部材の長手方向に伝播するための平坦部と、前記線状化部材の前記出射面で全反射した光を前記線状化部材の前記出射面から出射可能な角度で反射する溝部とを有し、
前記溝部の深さ、大きさ、密度の分布は、出射光の強度分布が、前記線状化部材の長手方向にわたって実質上均一になるようなパターンで形成されている、第１〜５の本発明のいずれかの面状光源である。
【００２０】
また、第８の本発明は、前記線状化部材の前記反射面は、前記線状化部材の短手方向は前記線状化部材の前記出射面と並行で、前記線状化部材の長手方向は前記線状化部材の前記出射面に対して所定の傾き角を持ったセグメントをつないだプリズムアレイ状の反射面を有し、
前記プリズムアレイ状の前記反射面の前記傾き角は、前記線状化部材の前記出射面で全反射されて入射する光を前記線状化部材の前記出射面に対して実質上垂直に入射するように設定されている、第１〜５の本発明のいずれかの面状光源である。
【００２１】
また、第９の本発明は、前記点状発光素子は、ＬＥＤである第１〜５の本発明のいずれかの面状光源である。
【００２２】
また、第１０の本発明は、前記ＬＥＤをマウントする構造体には、前記線状化部材の長手方向には反射壁が無く、前記線状化部材の短手方向に反射壁が設けられている、第９の本発明の面状光源である。
【００２３】
また、第１１の本発明は、第１〜５の本発明のいずれかの面状光源をそのバックライトとして備えた、液晶表示装置である。
【００２４】
このように本発明の面光源は、複数の点状発光素子と、前記複数の点状発光素子からの光を前記配列方向に線状に拡大して出射する線状化部材を備えた線状照明手段を用い、その長手方向に光を伝播させた後に出射することにより略均一な線状光を形成した後に、この線状光を主導光板に入射することを最大の特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の面光源装置によれば、複数の点光源を用いることにより明るい照明が可能であり、かつ、線状照明手段で均一化した後に主導光板に光を入射しているので、入射面となる側面部直近から均一な発光が可能であり装置をコンパクトに構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は本発明の面状光源の実施の形態を示す上面図であり、図２は本発明の面状光源の実施の形態を示す断面図である。
【００２８】
透明材料からなる線状化部材２２には複数のＬＥＤ２１が埋設され、線状照明手段２を形成している。ＬＥＤ２１からの光は線状化部材２１の長手方向に伝播しながら均一化され、主導光板１に出射される。半透過部２３はＬＥＤ２１からの光が全反射しない領域に設けられ、一部の光を透過して他を反射することによって、部分的に明るい領域が発生するのを防止する。
【００２９】
反射部材３は主導光板１方向の面を開口として線状化部材２２を囲むように形成されており、線状化部材２２からの光を全て主導光板の入射面となる側面部に導く働きをする。
【００３０】
主導光板１の側面部に入射された光は、出射面となる１ａ面とそれと対向する反射面１ｂの間で全反射を繰り返りながら全面に伝播する。このとき、反射面１ｂには部分的に拡散反射層が設けられており（図示せず）、その部分で反射した光は出射面１ａに出射可能な角度で入射して出射面１ａから出射する。その拡散層の形成形状、密度、大きさを適切に設定することにより主導光板１の出射面から一様に光が出射するように調整する。
【００３１】
このように主導光板１の側面部に入射された光を、出射面１ａと反射面１ｂとの間で反射させながら導光板１の全面に伝播させるとともに、反射面１ｂに部分的に設けられた拡散反射層で散乱された一部の光を出射面１ａから出射することにより、主導光板１は面状に発光する。
【００３２】
前記拡散反射層は白色インクを用いてスクリーン印刷などの手法で任意のパターンで形成することができる。
【００３３】
図３および図４は線状照明手段の１つのＬＥＤ単位部分を示したものであり、図３は長手方向の断面図、図４は短手方向の断面図である。
【００３４】
ＬＥＤ２１をマウントするマウント部材４は、長手方向が開放され短手方向には光を反射する反射壁が設けられている。
【００３５】
この構造により、光は導光板の長手方向に効率よく伝播されて主導光板１の幅方向に均一化され、主導光板１の厚方向となる短手方向には拡散が抑制されて効率よく主導光板１に入射する。
【００３６】
また前述したように、半透過部２３が線状化部材２２の出射面から全反射せずに直接出射する光を抑制して均一化に寄与している。すなわち、半透過部２３は、線状化部材２２の出射面１ａのうちＬＥＤ２１からの直接光が全反射しない部分に設けられている。そして、半透過部２３は、入射した光の大半を反射して一部を透過するものであり、例えば所定の密度で形成された反射膜のパターン形成する。
【００３７】
なお、本実施の形態では、半透過部２３が線状化部材２２の出射面１ａのうちＬＥＤ２１からの直接光が全反射しない部分に設けられているとして説明したが、これに限らない。半透過部２３が線状化部材２２の出射面１ａのうちＬＥＤ２１からの直接光が全反射しない部分の全部に設けられていても構わないし、半透過部２３が線状化部材２２の出射面１ａのうちＬＥＤ２１からの直接光が全反射しない部分の一部に設けられていても構わない。
【００３８】
図５、図６は別の実施の形態における線状照明手段５の１つのＬＥＤ単位部分を示したものであり、図５は長手方向の断面図、図６は短手方向の断面図である。線状照明手段５は、図１の線状照明手段２の代わりに用いられるものである。
【００３９】
図５に示すように、線状化部材５２の出射面には、傾斜部５３が設けられている。図５で傾斜部５３は、線状化部材５２の出射面に傾斜部５３が存在せず平坦だった場合にＬＥＤ５１からの直接光が全反射せずに透過する領域に設けられており、この部分に入射した光の大部分を全反射して長手方向に伝播させる。これが、出射面から全反射せずに直接出射する光を抑制して均一化に寄与する。
【００４０】
上記傾斜部５３の作用は、図３、図４の半透過部２３の作用に類似しており、他の部分は同様である。
【００４１】
なお、本実施の形態では、傾斜部５３が線状化部材５２の出射面に傾斜部５３が存在せず平坦だった場合にＬＥＤ５１からの直接光が全反射せずに透過する領域に設けられているとして説明したがこれに限らない。傾斜部５３が線状化部材５２の出射面に傾斜部５３が存在せず平坦だった場合にＬＥＤ５１からの直接光が全反射せず透過する領域の全部に設けられているとしても構わないし、傾斜部５３が線状化部材５２の出射面に傾斜部５３が存在せず平坦だった場合にＬＥＤ５１のからの直接光が全反射せず透過する領域の一部に設けられているとしても構わない。
【００４２】
上記実施の形態では、線状化部材２２の反射面は全反射条件を満たす平坦面と、部分的に設けた拡散反射層によって光取出しを行っている。図７に線状化部材２２の反射面の構成を示す。すなわち、線状化部材２２の反射面は、線状化部材２２の出射面で全反射された光をさらに線状化部材２２の出射面で全反射して線状化部材２２の長手方向に伝播させるための平坦面と、線状化部材２２の出射面で全反射した光を拡散反射して線状化部材２２の出射面から出射可能にするための拡散反射層２４とを有している。そして、その拡散反射層２４の大きさあるいは密度の分布は、出射光の強度分布が、線状化部材２２の長手方向にわたって実質上均一になるように形成されている。なお、線状化部材５２の反射面についても線状化部材２２の反射面と同様である。
【００４３】
なお、線状化部材２２は、別の形態も可能である。
【００４４】
図８（ａ）は別の実施の形態の線状化部材を示すものである。
【００４５】
すなわち、線状化部材の反射面は全反射条件を満たす平坦面と、部分的に設けた溝部２５によって光取出しを行っている。すなわち、線状化部材の反射面は、線状化部材の出射面で全反射された光をさらに線状化部材の出射面で全反射して線状化部材の長手方向に伝播させるための平坦面と、線状化部材の出射面で全反射した光を線状化部材の出射面から出射可能な角度で反射する溝部２５とを有している。そして、その溝部２５の深さ、大きさ、密度の分布は、出射光の強度分布が、線状化部材２２の長手方向にわたって実質上均一になるようなパターンで形成されている。なお、線状化部材５２の反射面についても線状化部材２２の反射面と同様である。
【００４６】
図８（ｂ）は上記溝部２５を形成した線状化部材２２の要部を示す断面図であり、全反射角を維持し出射面で再度全反射して伝播光となる光線を破線で、溝部２５で反射して出射光となる光線を実線で示している。
【００４７】
また、図９にさらに別の形態の線状化部材を示す。図９は別の実施の形態における線状照明手段６の１つのＬＥＤ単位部分を示した長手方向の断面図である。なお、図９の線状照明手段６は、図１の線状照明手段２の代わりに用いられるものである。
【００４８】
線状化部材６２の反射面には、入射した光を出射面にほぼ垂直な方向に反射する傾斜反射層６５がプリズムアレイ状に設けられている。すなわち、傾斜反射層６５は、線状化部材６２の短手方向は線状化部材６２の出射面と平行で、線状化部材６２の長手方向は線状化部材６２の出射面に対して所定の傾き角を持ったセグメントをつないだプリズムアレイ状の反射面を有している。傾斜反射層６５の傾き角は、線状化部材６５の出射面で全反射する光を線状化部材６５の出射面に対して実質上垂直に入射するように設定されている。傾斜反射層６５は銀やアルミニウムなどの金属を蒸着することによって形成できる。また、これら金属を材料としてその表面に上記プリズムアレイ状の傾斜を形成してその上に透明材料を充填して線状化部材６２を形成することもできる。
【００４９】
なお、本実施の形態の反射面１ｂに部分的に設けられた拡散反射層は本発明の散乱反射パターンの例であり、本実施の形態のＬＥＤ２１は本発明の点状光源素子の例であり、本実施の形態の半透過部２３は本発明の出射抑制手段の例であり、本実施の形態の半透過部２３は本発明の反射手段の例であり、本実施の形態の傾斜部５３は本発明の傾斜面の例であり、本実施の形態の傾斜反射層６５は本発明のプリズムアレイ状の反射面の例である。
【００５０】
さらに、本発明の面状光源をそのバックライトとして備えた、液晶表示装置も本発明に属する。
【００５１】
この様に、本発明の面状光源によれば、複数のＬＥＤを用いて大きな空間を占有することなく均一な光を主導光板に導くことが出来、明るく、発光が均一でコンパクトな面状光源装置を実現することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の面状光源、及び液晶表示装置は、複数の点光源を用いることにより明るい照明が可能であり、かつ、線状照明手段で均一化した後に主導光板に光を入射しているので、入射面となる側面部直近から均一な発光が可能である装置をコンパクトに構成することができるという効果を有し、液晶表示装置のバックライトなどに用いる面状光源、及び液晶表示装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の面状光源の実施の形態を示す上面図
【図２】本発明の面状光源の実施の形態を示す断面図
【図３】本発明の面状光源の実施の形態における線状化部材の１つのＬＥＤ単位部分を示した長手方向の断面図
【図４】本発明の面状光源の実施の形態における線状化部材の１つのＬＥＤ単位部分を示した短手方向の断面図
【図５】本発明の面状光源の別の実施の形態における線状化部材の１つのＬＥＤ単位部分を示した長手方向の断面図
【図６】本発明の面状光源の別の実施の形態における線状化部材の１つのＬＥＤ単位部分を示した短手方向の断面図
【図７】本発明の面状光源の実施の形態における線状化部材の反射面の構成を示す図
【図８】（ａ）本発明の面状光源の実施の形態における線状化部材の反射面の構成を示す図  （ｂ）は図８（ａ）の溝部を形成した線状化部材の要部を示す断面図
【図９】本発明の面状光源の更に別の実施の形態における線状化部材の１つのＬＥＤ単位部分を示した長手方向の断面図
【図１０】従来の面状光源を示す上面図
【符号の説明】
【００５４】
１  主導光板
１ａ  出射面
１ｂ  反射面
２、５、６  線状照明手段
３  反射部材
４  マウント
２１、５１、６１  ＬＥＤ
２２、５２、６２  線状化部材
２３、６３  半透過部
５３  傾斜部
６５  傾斜反射部
【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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