(57)【要約】【課題】  この発明においては、簡単な構成により、輝度斑低減を図る面光源装置を提供することを目的とする。【解決手段】  この発明は、面状の導光板１とこの導光板１の光入光面に配置される複数のＬＥＤ３１を備えたＬＥＤユニット３と、主として０次と±１次方向の回折光を発生させる回折パターン２１が少なくともＬＥＤと対峙する箇所に設けられた光学素子２とを備える。導光板１の入光面とＬＥＤユニット３との間に光学素子２を配設した。【選択図】  図１
2005078909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面状の導光板の入光面に、複数の点光源を近接配置した面光源装置において、主として０次と±１次方向の回折光を発生させる回折パターンが少なくとも前記点光源と対峙する箇所に設けられた光学素子を、前記導光板の入光面と点光源との間に配設したことを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記点光源として白色ダイオードを用い、前記回折パターンのピッチを４５０〜５００ｎｍに設定したことを特徴する請求項１に記載の面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、面光源装置に関し、例えば、携帯電話機等に設けられる液晶表示装置のバックライト又はフロントライトとして用いて好適な面光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の軽量化、小型化並びに低消費電力化を図る技術は著しく発展してきている。携帯電話機や携帯型情報端末装置（ＰＤＡ）においても、表示装置として液晶表示装置を用い、軽量化、小型化、低消費電力化が図られてきている。
【０００３】
液晶表示装置としては、透過型と反射型が有り、透過型の液晶表示装置には、液晶表示パネルを裏面側から照明する照明装置、いわゆるバックライトが設けられ、反射型の液晶表示装置には、液晶パネルを表面側から照明する照明装置、いわゆるフロントライトが設けられている。
【０００４】
これらの照明装置は、線状光源或いは点光源と、この線状光源或いは点光源の光を一端面より入射され、表裏のいずれか一面より平面的に分散させて出射させる面状の導光板と、を備えた面光源装置が知られている。このような面光源装置は、ほぼ均一な板厚により導光板を形成した方式のものと、線状光源より遠ざかるに従って導光板の板厚を徐々に薄く形成した方式のものとがある。
【０００５】
近年、低消費電力化の観点から上記した面光源装置において、冷陰極線ランプに代わり発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる点光源が注目され、実用化されている。
【０００６】
しかしながら、冷陰極線ランプに比べ、ＬＥＤを用いる場合、面状導光板の一端面に複数のＬＥＤを配置することになり、ＬＥＤ近傍では、ＬＥＤの前部が明るく、ＬＥＤとＬＥＤ間が暗くなり、発光輝度に明暗が生じるという問題があった。
【０００７】
この欠点を解決するために、ＬＥＤ前部の導光板入光面に凹部や微細な形状を設けることで、ＬＥＤの指向性を広げる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２６０４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した手法を用いても、発光輝度の明暗は十分に無くすことができず、輝度斑が発生するという問題があった。
【０００９】
そこで、この発明においては、簡単な構成により、輝度斑低減を図る面光源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】
【００１０】
この発明は、面状の導光板の入光面に、複数の点光源を近接配置した面光源装置において、主として０次と±１次方向の回折光を発生させる回折パターンが少なくとも前記点光源と対峙する箇所に設けられた光学素子を、前記導光板の入光面と点光源との間に配設したことを特徴とする。
【００１１】
前記点光源として白色ダイオードを用いた場合、前記回折パターンのピッチを４５０〜５００ｎｍに設定するとよい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明は、導光板と点光源との間に回折パターンを施した光学素子を配置することで、点光源と点光源との間にも光が導光されるので、点光源間の暗部を少なくでき、輝度斑を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。図１は、この発明の実施形態にかかる面光源装置を示す分解斜視図、図２は導光板の光出射面側から見た平面図である。
【００１４】
図１、図２に示すように、この実施形態の面光源装置は、面状の導光板１の光入光面側に、基板に複数の点光源としての白色ＬＥＤ３１を実装したＬＥＤユニット３が配置される。また、導光板１とＬＥＤユニット３を取り囲むように光を導光板１の入光面に反射させるためのリフレクター４が配置される。そして、導光板１とＬＥＤユニット３との間には後述する回折パターンを施した光学素子２が配置されている。
【００１５】
導光板１、光学素子２、ＬＥＤユニット３及びリフレクタ４がホルダ５に組み込まれる。ホルダ５の内面には、必要に応じて光利用効率を上げるために反射シート部材が設けられている。
【００１６】
この面光源装置の出光面側に液晶表示パネル(図示せず)が設置される。
【００１７】
導光板１は、例えば、アクリル(ＰＭＭＡ)、ポリカーボネート(ＰＣ)のような透光性樹脂を射出成形法により楔状に形成された部材である。必要に応じて、導光板１には、光散乱パターンとしてシボ（微小な凹凸）が、出光面側或いは反射面若しくは両面に設けられる。
【００１８】
光学素子２は、ＬＥＤ３１と対峙する近傍の面に使用する光源波長に応じたピッチ形状の回折パターン２１が形成された平板またはシート状の部材である。この回折パターン２１は、主として０次と±１次方向の回折光を発生させる。このため、回折パターン２１により、ＬＥＤ３１から出射された光を０次方向に透過すると共に、５〜１０％程度１次方向に分散させる。そして、分散させた光が光学素子３からＬＥＤ３１、３１間に導光される。このように、光を分散させることで、光が導光しない領域、ＬＥＤ３１，３１間に光を導光させ、輝度斑を低減させるものである。
【００１９】
図３は、この発明に用いられる光学素子とＬＥＤユニット部分を示し、（ａ）は、配置関係を示す模式図、（ｂ）は、ＬＥＤ３１から光学素子２に垂直に入射した１本の光を追跡した例を示す模式図である。この図３に示す光学素子２は、ＬＥＤ３１と対峙する近傍の面に使用する光源波長応じたピッチ形状の回折パターン２１が形成され、光出射側のＬＥＤ、ＬＥＤ間に位置するところにもパターン２２が設けられている。このパターン２２は、回折パターン２１と同じでも良いし、パターンピッチを大きくしても良い。
【００２０】
図３（ｂ）に示すように、０次光は光学素子２を真っ直ぐ通過するが、１次光は大きく回折し、光学素子２の中を全反射し、導光する。そして、パターン２２の部分で外部に放射される。回折パターン２１と回折パターン２２が同じピッチなら図３（ｂ）に示すように、１次光も０次光と平行に放射されることになる。
【００２１】
パターン２２のパターンに関しては、導光される光を外に取り出すものなので、回折パターン２１と同じにする必要はない。パターンに関しては回折パターンに限らず、光を取り出す梨地パターンでも良い。
【００２２】
図４は、パターン部分の拡大した模式図であり、（ａ）は、回折パターンとして凹凸状のパターン、（ｂ）は反射防止用の錐状のパターンである。図４（ａ）に示すパターン形状において、パターンはピッチｐ＝４５０ｎｍ、高さｈ＝７００ｎｍ、格子幅ｗ＝２２５ｎｍの格子パターン２１を形成し、光の回折光をシミュレーションした。そのシミュレーション結果を図６に示す。図６において、黒三角は０次方向の透過率、黒四角は１次方向の透過率、黒菱形は２次方向の透過率を示している。図６に示すように、２次方向の光の透過はなく、波長４５０ｎｍから５５０ｎｍに対しては、１次方向に対しては、１次方向に５〜１０％光パワーを分散できることが分かる。
【００２３】
図４（ａ）に示すパターン形状において、パターンはピッチｐ＝５５０ｎｍ、高さｈ＝７００ｎｍ、格子幅ｗ＝２２５ｎｍの格子パターン２１を形成し、光の回折光をシミュレーションした。そのシミュレーション結果を図７に示す。図７において、黒三角は０次方向の透過率、黒四角は１次方向の透過率、黒菱形は２次方向の透過率を示している。図７に示すように、２次方向の光の透過はなく、波長４００ｎｍから６８０ｎｍに対しては、１次方向に対しては、１次方向に５〜１０％光パワーを分散できることが分かる。ただし、この場合、波長５５０ｎｍ以下の光は全反射されない。
【００２４】
図４（ａ）に示すパターン形状において、パターンはピッチｐ＝３５０ｎｍ、高さｈ＝７００ｎｍ、格子幅ｗ＝２２５ｎｍの格子パターン２１を形成し、光の回折光をシミュレーションした。そのシミュレーション結果を図８に示す。図８において、黒三角は０次方向の透過率、黒四角は１次方向の透過率を示している。図８に示すように、このパターンピッチでは、上手く光を分散させることができない。図６〜図８において１次方向というのは、＋１次方向のことであり、同様に−１次方向にも光は分散される。
【００２５】
光パワーの分散の割合は、格子のピッチ、高さ、格子幅により調整することができる。ただし、ピッチに関しては、±１次回折光を光学素子２の内部で全反射を起こさせ、光学素子２の内部を導波させるために、使用するＬＥＤ３１の種類に応じて設定する必要がある。白色ＬＥＤの場合、４５０〜５００ｎｍのピッチにするとよい。
【００２６】
このように、この発明の光学素子２を設けることで、導光板１にはＬＥＤ３１，３１からも光が入射することになり、従来の暗部になるところにも光が導光され、輝度斑が改善される。
【００２７】
図５は、この発明に用いられる他の例の光学素子とＬＥＤユニット部分を示を示す模式図である。図５（ａ）は、回折パターン２１と２１との間に、回折パターン２３を設けたものである。光学素子２の出射面側から反射した１次光を回折パターン２３で０次方向に回折し出射させるように構成したものである。尚、図５（ａ）に示すものは、光学素子２の光出射側には、パターン面は設けていないので、この分、図３に示すものよりは少し光学素子２の厚みは厚くしている。
【００２８】
図５（ｂ）は、回折パターン２１と２１との間に、回折パターン２３を設け、更に、この回折パターン２３の光出射側に光回折パターン２４を設けたものであり、光の出射方向を変化させる構造になっている。
【００２９】
図５（ｃ）は、光学素子２の全面に回折パターン２５を設けたものであり、図５（ｄ）は、光学素子２の端面に反射コート２６を施したものである。
【００３０】
なお、ＬＥＤユニット３の基板面に反射コートを施し、光学素子２から反射した光を光学素子２側へ戻すように構成し、光の利用率を向上させるように構成することもできる。
【００３１】
図９は、この発明の他の実施形態にかかる面光源装置を示す分解斜視図であり、この実施形態は、光の利用効率低下を防止するために、導光板１の光入光面に反射防止構造１１を形成したものである。反射防止構造１１は、図４（ｂ）に示すような断面３角形状にしている。ピッチは使用する光の波長より小さくするのが良く、２５０〜３５０ｎｍぐらいがよい。高さに関しては、ピッチと同程度にすればよい。構造は１次元的なものでも２次元的なものもよい。
【００３２】
また、光学素子２の回折パターンやパターン部以外にも同様の反射防止構造を設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施形態にかかる面光源装置を示す分解斜視図である。
【図２】この発明の実施形態にかかる面光源装置の導光板の光出射面側から見た平面図である。
【図３】この発明に用いられる光学素子とＬＥＤユニット部分を示し、（ａ）は、配置関係を示す模式図、（ｂ）は、ＬＥＤから光学素子に垂直に入射した１本の光を追跡した例を示す模式図である。
【図４】パターン部分の拡大した模式図であり、（ａ）は、回折パターンの凹凸状のパターン、（ｂ）は、反射防止用の錐状のパターンである。
【図５】この発明に用いられる他の例の光学素子とＬＥＤユニット部分を示を示す模式図である。
【図６】図４（ａ）に示すパターン形状において、パターンはピッチｐ＝４５０ｎｍ、高さｈ＝７００ｎｍ、格子幅ｗ＝２２５ｎｍの格子パターンを形成し、光の回折光のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】図４（ａ）に示すパターン形状において、パターンはピッチｐ＝５５０ｎｍ、高さｈ＝７００ｎｍ、格子幅ｗ＝２２５ｎｍの格子パターンを形成し、光の回折光のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】図４（ａ）に示すパターン形状において、パターンはピッチｐ＝３５０ｎｍ、高さｈ＝７００ｎｍ、格子幅ｗ＝２２５ｎｍの格子パターンを形成し、光の回折光のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】この発明の他の実施形態にかかる面光源装置を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  導光板
２  光学素子
３  ＬＥＤユニット
２１  回折パターン
３１  ＬＥＤ
【図１】
2005078909.tif 000003
【図２】
2005078909.tif 000004
【図３】
2005078909.tif 000005
【図４】
2005078909.tif 000006
【図５】
2005078909.tif 000007
【図６】
2005078909.tif 000008
【図７】
2005078909.tif 000009
【図８】
2005078909.tif 000010
【図９】
2005078909.tif 000011