(57)【要約】【課題】  導光空間を形成した面光源装置において、従来のチップ型白色ＬＥＤを配置した場合、出射面が平面であるために、ＬＥＤだけでは光が十分に拡がらず、樹脂で形成された導光板を備えた面光源装置に比べ、輝度が均一にならないといった問題があった。【解決手段】  光源と、拡散板１０５と、拡散板と対向する内側の底面に微細反射構造が形成されたホルダー１０７を備え、光源は凹面形状の出射面を有するとともに、拡散板とホルダーの内側の底面間で形成される導光空間にその光が入射するように光源を配置した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、ホルダーと、拡散板と、を備える面光源装置において、前記ホルダーの、前記拡散板と対向する内側の底面には微細反射構造が形成されており、前記光源は凹面形状の出射面を有するとともに、前記拡散板と前記ホルダーの内側の底面間で形成される導光空間にその光が入射するように配置されたことを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記微細反射構造は、所定形状の拡散反射パターンであり、その面積密度が、ＬＥＤから近いところでは小さく、ＬＥＤから遠いところでは大きくなるように、連続的に変化して配置されたことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
前記微細反射構造は、所定形状に形成した微細プリズムパターンであり、前記微細プリズムパターンの頂稜の間隔が、ＬＥＤから近いところでは大きく、遠くになるにしたがって小さくなるように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
【請求項４】
前記光源の出射面は、前記ホルダーの内側底面と対向する前記拡散板の入射面に対して垂直であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面光源装置。
【請求項５】
前記光源の出射面は、円弧状に形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の面光源装置。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の面光源装置と、前記面光源装置の拡散板の照射面に対向するように設けられた液晶パネルを備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
前記ホルダーにはその内側に受けが形成されており、前記液晶パネルを前記受けに収まるように配置することで、前記拡散板の入射面と前記ホルダーの底面との距離を所定の間隔に保持することを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話、携帯用小型ゲーム機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ−Ｄｉｇｉｔａｌ−Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などに用いられる液晶表示装置、及び液晶表示装置に用いられる面光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の面光源装置は、ポリカーボネート、アクリルなどの透明性、耐熱性、成形性の優れた透明樹脂で成形された導光板を備えたものがよく知られている。一方、導光板の替わりに導光空間を形成した面光源装置が提案されている。導光板を備えないことで、薄型化、軽量化が達成できる。
【０００３】
砲弾型ＬＥＤと、このＬＥＤを収納する矩形、もしくは楔形のケースを備え、ケースの前面を透光性の光拡散板で形成し、ＬＥＤを少なくとも一つのケースの内壁面に配設することにより、導光空間が形成された面光源装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、一側方に射光部をもった線状光源と、この射光部の光射出方向前方に位置し、上面が開放していて、底面に光拡散反射パターンをもち、かつ、光拡散反射パターンを上面に向かって導く空気層を備えた導光ケースと、この導光ケースの上面に設ける光拡散板とを備えた面光源装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、後面反射板と前面透過板とをその面同士が一定の距離で向かい合いように平行に配置し、これらの間で形成される空間の周辺に線状光源を設け、かつ前面透過板に所定の開口率分布を有する反射層を形成することにより、空間を導光空間とした面光源装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】実開平６−１５００６号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】特開平７−９４００８号公報（第５頁、第１図）
【特許文献３】特開平９−５７３７号公報（第４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した導光空間が形成された面光源装置は、光源として砲弾型ＬＥＤもしくは線状光源を備えたものであり、面光源装置及び液晶表示装置の薄型化、軽量化が十分達成できない。従来のチップ型白色ＬＥＤを配置した場合、出射面が平面であるために、ＬＥＤだけでは光が十分に拡がらず、樹脂で成形された導光板を備えた面光源装置及び液晶表示装置に比べ、輝度が均一にならないといった問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の面光源装置は、ＬＥＤと、ホルダーと、拡散板とを備えており、ホルダーの内側底面には微細反射構造が形成されており、拡散板の入射面とホルダーの内側底面の間で形成される導光空間の周辺の少なくとも１辺に、曲面が凹レンズ形状の出射面を有するＬＥＤを備えることとした。このような構成によって、導光板を備えることなく、輝度が均一な面光源装置を実現し、薄型化、軽量化を可能にし、上記課題を解決することができた。
【０００８】
微細反射構造は、所定の領域に、所定の形状に形成した拡散反射パターンとした。このような構成によって、導光板を備えることなく、輝度が均一な面光源装置を実現し、上記課題を解決することができた。
【０００９】
また、拡散反射パターンの面積密度の割合が、ＬＥＤから近いところでは小さく、ＬＥＤから遠いところでは大きくなるように配置されることとした。このような構成によって、導光板を使用することなく、輝度が均一な面光源装置を実現した。
【００１０】
また、微細反射構造は、所定の領域に、所定の形状に形成した微細プリズムパターンであることとした。このような構成にすることによって、導光板を備えることなく、輝度が均一な面光源装置を実現した。さらに、微細プリズムパターンの頂稜の間隔が、ＬＥＤから近いところでは大きく、遠くになるにしたがって小さくなるように配置した。さらに、ホルダーを反射性の樹脂で形成した。
【００１１】
また、ホルダーの内側側面には階段状の受けが形成されており、ＬＣＤをホルダーの受けに収まるように配置することで、拡散板とホルダーとの所定の距離を保持することとした。このような構成によって、拡散板とホルダーとに一様な導光空間を容易に保持することができ、薄型化、軽量化を可能にした。
【発明の効果】
【００１２】
導光板を必要としない構成の面光源装置でも、導光板を備える面光源装置と同様の光学特性を得ることが可能となり、導光板の省略により、薄型化、軽量化が達成できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明による面光源装置は、光源と、拡散板と、拡散板と対向する内側の底面に微細反射構造が形成されたホルダーを備えており、光源は凹面形状の出射面を有するとともに、拡散板とホルダーの内側の底面間で形成される導光空間にその光が入射するように配置されている。
【００１４】
微細反射構造としては、所定形状の拡散反射パターン、あるいは、所定形状に形成した微細プリズムパターンが例示できる。所定形状の拡散反射パターンは、面積密度がＬＥＤから近いところでは小さくＬＥＤから遠いところでは大きくなるように連続的に変化して配置されている。また、微細プリズムパターンは、そのプリズムの頂稜の間隔が、ＬＥＤから近いところでは大きく、遠くになるにしたがって小さくなるように配置されている。
【００１５】
さらに、光源からの光の出射面は、ホルダーの内側底面と対向する拡散板入射面に対して垂直である。また、光源の出射面は、円弧状や凹レンズ形状に形成されている。
【００１６】
さらに、本発明の液晶表示装置は上述した構成の面光源装置と、面光源装置の拡散板の照射面に対向するように設けられた液晶パネルを備えている。さらに、液晶パネルの上下方向位置を固定する受けがホルダーに形成されており、液晶パネルを受けに収まるように配置することで、拡散板入射面とホルダー底面との距離を所定の間隔に保持することとした。
【実施例】
【００１７】
以下に図面を参照しながら本発明の面光源装置及び液晶表示装置の実施例を説明する。図１は、本発明による液晶表示装置の断面図である。ホルダー１０７が形成する導光空間１０６の内面に光源として少なくとも一つのチップ型白色ＬＥＤ１０１が配置される。ここで、チップ型白色ＬＥＤ１０１は凹レンズ形状の出射面を有している。さらに、ホルダー１０７の内側底面に対向するように、第一のプリズムシート１０３、第二のプリズムシート１０４、及び拡散板１０５が、この順番に貼り付けられる。ホルダー１０７の周辺には階段状の受け１０７ａが形成されており、ＬＣＤ１０２はホルダーの受け１０７ａに収まるように配置されている。このような構成により拡散板１０５とホルダー１０７との間に一様な導光空間１０６を容易に形成することができる。すなわち、導光板を備えることなく、輝度が均一な面光源装置を実現し、薄型化、軽量化を可能にすることができる。導光空間１０６は、図１のように矩形形状でも、ＬＥＤから遠ざかるに従って間隔が狭くなるような楔形形状でもよい。本実施例では、２枚のプリズムシートを用いる場合を示したが、このプリズムシートは１枚でもかまわない。
【００１８】
図２は、底面に拡散反射パターンが形成されたホルダーを俯瞰した模式図である。ホルダーは、ポリカーボネートなどのポリマーに白色顔料などを混合した反射性の優れた白色樹脂で形成される。Ａｇ、Ａｌなどの金属コーティング、ガラスなどを被覆してもよい。図示するように、３個のチップ型白色ＬＥＤ２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃが導光空間の少なくとも一つの側面に配置される。ホルダーの拡散板と対向する面、すなわち、ホルダーの内側底面には、少なくとも面光源装置における有効発光領域に、拡散反射パターンが形成されている。拡散反射パターンは凹形状、もしくは凸形状で略円形状、略楕円形状などのドット形状で構成されている。本実施例では、図２に示すように、ホルダーの内側底面には拡散反射パターン２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃが設けられている。拡散反射パターンは、直径１０μｍ〜３００μｍ、高さ１０μｍ〜１００μｍに形成され、その面積密度の割合がＬＥＤから近いところでは小さく、遠くになるに従って大きくなるように配置される。ホルダー周辺には、階段状の受け２０３が形成される。受け２０３の上段側でＬＣＤ、プリズムシート、拡散板が保持され、導光空間を形成する受け２０３の下段側の側面は、導光空間外部に漏れる光が反射できるように鏡面に形成される。ホルダーを上述のような構成にすることによって、導光板を備えることなく、輝度が均一な面光源装置を実現し、薄型化、軽量化を可能にすることができる。
【００１９】
図３は、底面に微細プリズムパターンを形成したホルダーを模式的に示す俯瞰図である。ホルダーは、ポリカーボネートなどのポリマーに白色顔料などを混合した反射性の優れた白色樹脂で形成される。Ａｇ、Ａｌなどの金属コーティング、ガラスなどを被覆してもよい。３個のチップ型白色ＬＥＤ３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃが導光空間の少なくとも一つの側面に配置される。ホルダーの内側底面の、面光源装置における有効発光領域に、凸形状楔形である微細プリズムパターン３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃを形成する。微細プリズムパターンは頂角１００°〜１５０°、高さ１μｍ〜１００μｍに形成され、ＬＥＤとの距離によらず一定である。微細プリズムパターンは、その頂稜の間隔がＬＥＤから近いところでは大きく、遠くになるにしたがって小さくなるように配置される。ホルダー周辺には、階段状の受け３０３が形成される。受け３０３の上段側でＬＣＤ、プリズムシート、拡散板が保持され、導光空間を形成する受け３０３の下段側の側面は、導光空間外部に漏れる光が反射できるように鏡面に形成される。ホルダーを前記のような構成にすることによって、導光板を備えることなく、輝度が均一な面光源装置を実現し、薄型化、軽量化を可能にすることができる。
【００２０】
図４は、本発明に用いる凹面形状の出射面を有するチップ型白色ＬＥＤの斜視図である。青色ＬＥＤ素子４０１と、ポリフタルアミドなどの耐熱性ポリマーに白色顔料を混合した反射性の優れた白色樹脂によるパッケージ４０２と、曲面がホルダー及び拡散板に対して垂直に形成された出射面４０３を含んだ構成である。凹面形状の出射面は、白色パッケージ内に充填されたシリコンもしくは、エポキシなどの透明樹脂で形成されている。出射面を凹面形状にすることによって、光出射角を大きくすることができ、導光板を備えることなく、輝度が均一な面光源装置を実現することができる。
【００２１】
図５は、本発明による凹面形状の出射面を有するチップ型白色ＬＥＤの断面図である。青色ＬＥＤ素子５０１の下側Ｐ型半導体層５０１ａがダイボンディングされ、リードフレーム５０４ａに接続される。もう一方、上側Ｎ型半導体層５０１ｂがＡｕワイヤー５０５でリードフレーム５０４ｂに接続される。青色ＬＥＤ素子の光は、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ−Ａｌｍｉｎｉｕｍ−Ｇａｒｎｅｔ）蛍光体５０２によって、白色光へと変換される。青色ＬＥＤ素子、ＹＡＧ蛍光体は、シリコンもしくは、エポキシなどの透明樹脂５０３で封止され、ポリフタルアミドなどの耐熱性ポリマーに白色顔料を混合した反射性の優れた白色樹脂でパッケージされ、パッケージ外形面５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃを形成する。
【００２２】
図６は、一般的なＬＣＤの断面図である。上偏光板６０１、カラーフィルタ６０３、透明電極６０４を備えた上ガラス基板６０２と、透明電極６０５、ＴＦＴ素子６０６を備えた下ガラス基板６０７と、下偏光板６０８と、液晶層６１２と、液晶層ギャップを保持するスペーサ６０９と、液晶層６１２を封止する封止剤６１１と、液晶分子を配向する配向膜６１０、６１３とからなる構成である。ガラスセル内で液晶を狭持したマトリックス状の画素電極間に駆動電圧を印加することによって液晶分子の配勾を制御し、その配勾を制御された液晶分子によって各画素を通過した光の偏光状態を制御する。そして、ガラスセルを直交または平行配置した偏光板で挟んでおくことによって、制御された偏光状態に応じた光強度の透過光または反射光を得て、結果的に画像を表示する。各画素１つ１つにＴＦＴを形成して駆動電圧を制御するアクティブマトリックス型ＬＣＤと、各画素を形成する透明電極に外部から直接駆動電圧を印加するパッシブマトリックス型ＬＣＤがある。本発明の液晶照明装置はどちらの方式のＬＣＤにも用いることができる。
【００２３】
図７は、２枚で使用されるプリズムシートの断面図である。ポリエステルフィルム層７０２上にアクリル系樹脂で形成された断面が略三角形状のプリズム７０１が形成される。プリズムの頂角は約９０°である。このプリズムシートの光入射面側は、平面となっている。プリズムシートは、１枚でも使用できるが、２枚重ねて使用する場合、プリズムの稜線が直交するように使用する。
【００２４】
図８は、１枚で使用されるプリズムシートの断面図である。ポリエステルフィルム層８０１下にフォトポリマーで形成された断面が略三角形状のプリズム８０２が光入射面側の面に形成される。プリズム頂角は６０°〜７０°である。光出射側の面は平面となっている。
【００２５】
図９は、拡散板の断面図である。ポリエステル樹脂層９０２の上下にアクリル系樹脂で形成されたビーズが配置される。上面に配置したにビーズ９０１よって光が拡散される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図２】底面に拡散反射パターンを有するホルダーを上方から見た模式図である。
【図３】底面に微細プリズムパターンが形成されたホルダーを上方から見た模式図である。
【図４】凹面形状の出射面を有するチップ型白色ＬＥＤの外観を表す斜視図である。
【図５】凹面形状の出射面を有するチップ型白色ＬＥＤの断面図である。
【図６】一般的な液晶パネルの断面図である。
【図７】２枚使用されるプリズムシートの断面図である。
【図８】１枚使用されるプリズムシートの断面図である。
【図９】拡散板の断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０１  チップ型白色ＬＥＤ
１０２  表示パネル
１０３  プリズムシート
１０４  プリズムシート
１０５  拡散板
１０６  導光空間
１０７  ホルダー
１０７ａ  受け
４０１  青色ＬＥＤ素子
４０２  パッケージ
４０３  凹レンズ形状出射面
【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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