(57)【要約】【課題】  本発明は、点状光源を用いた面状光源装置において、点状光源間で発生する輝度ムラを防止することを目的とする。また、光の利用効率が高い面状光源装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の面状光源装置は、上部２ａおよび上部２ａと対向する下部２ｂ、上部２ａと下部２ｂを接続する接続部２ｃ、接続部２ｃの反対側に開口部２ｄを備えた断面形状が略コの字状のケース２内の上部２ａ側に点状光源１を保持し、点状光源１の発光面１ａをケース２の下部２ｂと対向して配置させている。また、ケース２内の点状光源１の発光面１ａに対向する位置には、光を反射する材料を含む部材により形成された、ケース２の内部に向かって突出する凸状の反射拡散部材２１が形成されている。【選択図】      図２
2013026200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発光する発光面を備える複数の点状光源と、
前記複数の点状光源を内部に保持し、上部、前記上部と対向する下部、前記上部と前記下部を接続する接続部および開口部、を有するケースと、
前記ケースの開口部を側面に配置し、前記側面より入射した光を伝播して出射面より出射する導光板と、を備え、
前記複数の点状光源は、発光面が前記ケースの前記上部または下部に配置され、
前記ケースは、前記発光面と対向する位置に前記ケースの内部に向かって突出する凸状の反射拡散部材を備え、
前記反射拡散部材は、前記導光板の側面および前記点状光源の前記発光面に対して傾斜する反射面を備えたことを特徴とする面状光源装置。
【請求項２】
前記反射拡散部材の反射面は、複数の平面または曲面で形成されていることを特徴とする請求項１記載の面状光源装置。
【請求項３】
前記反射拡散部材は、少なくとも２つの反射面を備え、前記それぞれの反射面は互いに異なる方向に傾斜して配置されたことを特徴とする請求項１記載の面状光源装置。
【請求項４】
前記ケースは、前記点状光源間および前記反射拡散部材間に、
前記導光板の前記側面および前記反射拡散部材に対して傾斜する反射面を備える反射部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の面状光源装置。
【請求項５】
前記ケースは、前記反射拡散部材および前記反射部を一体的に形成したことを特徴とする請求項４に記載の面状光源装置。
【請求項６】
請求項１乃至５記載のいずれか１項に記載の面状光源装置の前記出射面に対向して、表示素子を配置したことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を表示する表示素子等を背面から照射する面状光源装置および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄型軽量で画像表示が可能な表示装置として、液晶表示装置が多用されているが、近年は、パーソナルコンピュータのモニタやＴＶ用モニタだけではなく、カーナビゲーションやコンビニエンスストアのレジ端末などにも広く用いられるようになってきた。これらの液晶表示装置には、一般的に透過型表示装置が用いられている。透過型表示装置は、バックライトと呼ばれる面状光源装置を備え、面状光源装置から発せられる照明光を表示素子によって空間変調し、画像を形成して表示する。面状光源装置には、表示素子の直下に複数の光源を並べて照射する直下型方式と導光板を利用する導光板方式の２種類があり、直下型方式は液晶ＴＶなどの比較的大型の表示装置に用いられ、導光板方式は中小型モニタ用に多く採用されている。
【０００３】
従来、面状光源装置を構成する光源には、冷陰極管等の線状光源が使用されてきたが、近年では、表示装置の薄型化や低消費電力化に対応するため、発光ダイオード等の点状光源が用いられるようになっている。一般的な点状光源を用いた面状光源装置は、配線基板上に複数の点状光源を略一列に一直線上に実装し、導光板の入射面に対面して設置される。複数の点状光源を備える面状光源装置において、隣接して配置する点状光源のピッチを広くすると、点状光源間が未照射となってしまい輝度が低下することにより、入射面上でホットスポットと呼ばれる輝度ムラが視認されやすくなる。これを防止するため、点状光源の配置数を増やし、ピッチを狭くすることが一般的に行われているが、コストの増加や消費電力の増大が問題となる。よって、コストの増加や消費電力の増加を抑えつつ、ホットスポットの発生を防止することが求められている。
【０００４】
そこで、特許文献１に示す面状光源装置は、ＬＥＤ１の上面を覆うように反射シート１０が配置され、反射シート１０のＬＥＤ１に対応した複数箇所に光分散部１１が設けられている。このような構成により、ＬＥＤ１からの漏れ光を光分散部１１で周辺に分散させるとともに、反射シート１０で反射させ、導光板２への入射光とする。また、特許文献２に示す面状光源装置は、線状化部材２２に複数のＬＥＤ２１が埋設されており、ＬＥＤ２１の光を線状化部材２２で伝播しながら均一化させ、導光板に入光させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２４３５２２号公報（第４頁−第６頁、第１図、第３図）
【特許文献２】特開２００５−２４４０９５号公報（第５頁−第７頁、第３図、第５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示す面状光源装置は、ＬＥＤ１からの漏れ光を光分散部１１によって周辺に分散させるとともに、反射シート１０によって反射させ、導光板２の入射面から入射させているが、ＬＥＤ１近傍の光は輝度が高い光であるため、導光板２の入射面において、最終的にホットスポットが視認されてしまうことがある。特許文献２に示す面状光源装置は、線状化部材２２で光を伝播させてホットスポットを防止するものであるが、線状化部材における光の吸収により、光の利用効率が低下する。
【０００７】
本発明は上記の問題点を解決するためになされるものであり、点状光源を用いた面状光源装置において、点状光源間で発生する輝度ムラを防止することを目的とする。また、光の利用効率が高い面状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】
【０００８】
本発明の面状光源装置および表示装置は、光を発光する発光面を備える複数の点状光源と、複数の点状光源を内部に保持し、上部、上部と対向する下部、上部と下部を接続する接続部および開口部、を有するケースと、ケースの開口部を側面に配置し、側面より入射した光を伝播して出射面より出射する導光板と、を備え、複数の点状光源は、発光面がケースの上部または下部に配置され、ケースは、発光面と対向する位置にケースの内部に向かって突出する凸状の反射拡散部材を備え、反射拡散部材は、導光板の側面および点状光源の発光面に対して傾斜する反射面を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の面状光源装置および表示装置によれば、点状光源より出射する光を、導光板の入射面に対して広い範囲から入射させることにより、入射面における点状光源間の輝度ムラを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明における表示装置の分解斜視図である。
【図２】本発明における面状光源装置の要部拡大図である。
【図３】本発明における面状光源装置の要部拡大図である。
【図４】本発明における面状光源装置の正面図である。
【図５】本発明における面状光源装置の要部拡大図である。
【図６】本発明における面状光源装置の正面図である。
【図７】一般的な発光ダイオードの発光特性を示す図である。
【図８】一般的な面状光源装置の平面図である。
【図９】本発明の導光板の入射面における、入射角(θ)−反射率の特性を示す図である。
【図１０】本発明の面状光源装置の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明にかかる表示装置の構成を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を用いたものは、実質的に同様の構成を示す。図１は本発明における表示装置の分解斜視図、図２は本発明における面状光源装置の要部拡大図である。
【００１２】
実施の形態１．
＜表示装置の構成＞
図１に示すように、本発明の面状光源装置１０は、光を発光する発光面を備える複数の点状光源１を略一列に配置し、点状光源１から出射した光を一面に伝播する導光板３を備えている。点状光源１は反射材料で形成された断面形状が略コの字状のケース２に収納され、開口部２ｄに導光板３の側面である入射面３ａが配置されている。入射面３ａから入射した点状光源１の光は、導光板３の出射面３ｂ（図１の導光板３における紙面上方の面）から出射される。導光板３の出射面３ｂ側には光学シート類４が設けられており、導光板３の反出射面３ｃ（図１の導光板３における紙面下方の面）側には反射シート５が配置されている。そして、点状光源１、ケース２、導光板３、光学シート類４および反射シート５を上フレーム６、下フレーム７とで挟持し、面状光源装置１０を構成している。なお、上フレーム６には導光板３の出射面３ｂと対応する位置に、開口部６ａが形成され、開口部６ａより面状の光を出射する。また、該開口部６ａの大きさは導光板３の外周より内側になるように設計されている。さらに、この面状光源装置１０上に表示素子９が配置され、表示装置１００を構成している。
【００１３】
＜点状光源＞
本発明の点状光源１は一例として、発光ダイオードを使用する。図７は一般的な発光ダイオードの発光特性を示す図である。図７に示すように、発光ダイオードは指向性が強いという特徴があるが、チップサイズが小さいため、発光強度を保った光の照射範囲はかなり狭く、一般的に発光強度が半分となる角度である半値角は６０°程度となる。
【００１４】
＜導光板＞
図８は一般的な面状光源装置の平面図を示しており、導光板３の入射面３ａに点状光源１の発光面１ａを対向させて配置している。図８（ａ）に点状光源１を配置した場合の点状光源１の出射光の光路、図８（ｂ）に点状光源１からの入射光が導光板３内で伝播する様子を示す。図８（ａ）に示すとおり、点状光源１の発光面１ａが導光板３の入射面３ａに対向して配置される場合、入射面３ａに対する垂線Ｐに対し点状光源１より出射し、導光板３に入射する光の入射角をθとする。空気と導光板３の材料とは、それぞれ屈折率が異なるため、入射面３ａで入射される光は進行方向が曲げられてしまう。アクリルで形成された導光板３を用いる場合、空気と導光板３の相対屈折率は、一般的に１．４９(空気の屈折率：１．０００３、アクリルの屈折率：１．４９)であり、フレネルの公式を用いて計算すると、入射面３ａにおける入射角θは最大で約４２°となる。よって、点状光源１より出射された光のうち入射角θが４２°以下の光Ｌ１は、図８（ｂ）における点状光源１近傍の照射範囲内で入射面３ａより入射され、導光板３内部へ広がり、図８（ｂ）における照射領域を形成する。一方、入射光のうち、入射角θが４２°より大きい光Ｌ２は、入射面３ａで反射される。このような光が存在するため導光板３に未照射領域が形成される。
【００１５】
点状光源１近傍の入射面３ａから照射範囲内で入射する光により形成された照射領域は、前述したとおり、指向性が強く、発光強度が保たれた光であるため、光が入射されない未照射領域との輝度の差が顕著である。このように、導光板３における輝度ムラ発生の原因は、点状光源１の指向性により発光強度が保たれた光が点状光源１を配置した入射面３ａ近傍より入射されることおよび点状光源１の入射光が入射面３ａで反射してしまい、導光板３へ入射せずに、導光板３の入射面３ａに未照射領域が存在することによる。
【００１６】
＜反射拡散部材＞
本発明の面状光源装置１０は、図１に示すように点状光源１を導光板３の入射面３ａに沿って配置させているが、発光面１ａを導光板３の入射面３ａと対向するように配置させない。図２に示すように、上部２ａおよび上部２ａと対向する下部２ｂ、上部２ａと下部２ｂを接続する接続部２ｃ、接続部２ｃの反対側に開口部２ｄを備えた断面形状が略コの字状のケース２内の上部２ａ側に点状光源１を保持し、点状光源１の発光面１ａをケース２の下部２ｂと対向して配置させている。また、ケース２は開口部２ｄを入射面３ａに沿って配置される。また、ケース２内の点状光源１の発光面１ａに対向する位置には、光を反射する材料を含む部材により形成された、ケース２の内部に向かって突出する凸状の反射拡散部材２１が形成されている。反射拡散部材２１は、入射面３ａおよび発光面１ａに対し傾斜する複数の反射面２１ａを備えている。図２に示すように、本実施の形態における反射面２１ａは２つの傾斜面を備えており、導光板３の入射面３ａに対し、互いに異なる方向に傾斜されている。なお、点状光源１は、上部２ａに配置したが、下部２ｂに配置してもよく、下部２ｂに配置した場合は、反射拡散部材２１は点状光源１の発光面１ａに対向して上部２ａに配置される。また、反射拡散部材２１には高反射材を用いることで光の減衰を抑えることができる。また、白色ＰＥＴ（Ｐｏｌｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ポリエチレンテレフタレート）などの光拡散率の高い素材を使用して、光を反射させるとともに拡散させることも可能である。なお、ケース２についても光を反射する材料で形成する。また、ケース２の断面形状は、曲面を備えていてもよく、たとえばＵの字形状であってもよい。また上部２ａ、下部２ｂは入射面３ａに対し傾斜させてもよい。
【００１７】
図３は面状光源装置の要部拡大図、図４に平面図を示す。図を用いて本発明の面状光源装置における光の経路を示す。図３に示すように、点状光源１の発光面１ａから出射された光は指向性が強いため、ほとんどが拡散せずに発光面１ａと対向配置された反射拡散部材２１に到達する。そして、反射拡散部材２１に到達した発光強度が保たれた光は、反射拡散部材２１を構成する反射面２１ａで反射し、反射面２１ａの形状に依存して進行方向が変えられる。
【００１８】
図３、図４に示すとおり、反射拡散部材２１は入射面３ａおよび発光面１ａに対し、傾斜を持つ反射面２１ａを備えているため、反射面２１ａに到達した光は進行方向が変えられる。このとき、反射面２１ａに到達した光の一部は、導光板３の入射面３ａに向かう光であって、入射面３ａに対して広範囲に広がる光Ｌ２１に進行方向が変えられる。このように、反射面２１ａにより、入射面３ａに向かう光であって、入射面３ａに対して広範囲に拡散する光Ｌ２１に進行方向を変更させことにより、導光板３の入射面３ａに入射される照射範囲を広げることができる。よって、発光強度が保たれた光が点状光源１を配置した入射面３ａ近傍より狭い範囲で入射することを防止できるため、照射領域を広くし、点状光源１間の未照射領域を狭くすることができる。なお、本実施の形態における反射面２１ａは互いに異なる方向へ傾斜されているため、入射面３ａに対して、より広範囲に広がる光を形成することができる。
【００１９】
なお、反射面２１ａにより、入射面３ａに進行方向が変更された光のうち、入射面３ａで反射された光および導光板３の入射面３ａに向かわずケース２の内部に向かう光Ｌ２２は、ケース２内で反射・拡散を繰り返して混在され、均一された光となり、最終的に進行方向が変更されて、入射面３ａより入射する。
【００２０】
上記説明したとおり、本発明の面状光源装置１０によれば、導光板３の入射面３ａに沿って配置したケース２の内部に、点状光源１の発光面１ａと対向して形成させ、ケース２の内部に向かって突出する凸状の反射拡散部材２１を備えている。反射拡散部材２１は、入射面３ａに対し傾斜する反射面２１ａを備えているため、点状光源１より出射する光のうち、発光強度が保たれた光を拡散し、入射面３ａに対して広い範囲から入射させることができることにより、入射面３ａにおける点状光源１間の輝度ムラを防止することができる。
【００２１】
また、反射面２１ａにより、入射面３ａで反射された光および導光板３の入射面３ａに向かわずケース２の内部に向かう光Ｌ２２をケース２内で反射・拡散を繰り返して混在させ、均一化された光として導光板３の入射面３ａより入射させることができる。
【００２２】
なお、本実施の形態１においては、反射拡散部材２１は入射面３ａおよび発光面１ａに対し傾斜した反射面２１ａを備える例について説明したが、点状光源１から出射した光を導光板３の入射面３ａ対して広範囲に広がる光に進行方向を変えることができる形状であれば、適宜変更可能であり、半円形や多角形または湾曲面としてもよい。湾曲面や多角形とすることで、より広範囲に拡散する光に進行方向を変えることが可能である。反射拡散部材２１は出来るだけ３次元的な曲線、または傾斜を有するもので形成されるとより光を広範囲に広げることができる。また、反射拡散部材２１の材料を適宜変更して、反射率や光拡散率を調整することで、上記効果を得ることも可能である。
【００２３】
実施の形態２．
図５に実施の形態２における面状光源装置１０の要部拡大図、図６に正面図を示す。実施の形態１における面状光源装置は、ケース２内に発光面１ａと対向して形成させた反射拡散部材２１を備えていたが、本実施の形態２においては、図５、図６に示すとおり、ケース２内であって、隣接する点状光源１間、または反射拡散部材２１間に反射部２２、２３をそれぞれ設ける構造とする。なお、本構成以外は、実施の形態１と同様であり、以下で説明する本実施の形態２に係る面状光源装置の特有の作用効果以外は、実施の形態１に係る面状光源装置と同様の作用効果を奏するため、説明を省略する。
【００２４】
ここで、図９を用いて、導光板３の入射面３ａにおける、入射角（θ）−反射率の特性について説明する。フレネルの公式より導出すると、平均反射率（ｐ波とｓ波の平均）の角度依存性は図９のグラフに示される通り、入射角（θ）が大きくなるに従い、反射率は増加傾向を示すことがわかる。
【００２５】
また、図８（ａ）を用いて説明したとおり、本発明で用いる導光板３の入射面３ａに対し、入射面３ａの入射角θが４２°より大きい光は、入射面３ａで反射して、ケース２を拡散して均一化した光となるが、ケース２や反射拡散部材２１に到達して、反射・拡散を繰り返すことにより、ケース２や反射拡散部材２１により、一部の光が吸収されてしまい、光の利用効率が低下してしまうことがある。また、ケース２や反射拡散部材２１に到達して、反射・拡散を繰り返す光は、点状光源１より出射して反射拡散部材２１より導光板３ａに入射した発光強度が強い光と比較すると、発光強度が低下した光となってしまう。
【００２６】
本実施の形態２の面状光源装置１０によれば、図５、６に示すとおり、隣接する点状光源１間に反射部２２を、隣接する反射拡散部材２１間に反射部２３をそれぞれ設けている。反射部２２、２３は導光板３の入射面３ａおよび反射拡散部材２１に対し傾斜する傾斜面を備える。このような構成により、反射拡散部材２１で反射・拡散し、導光板３の入射面３ａで反射していた光を入射面３ａで入射する角度の光Ｌ２３に変更させることができる。このため、入射面３ａで反射されていた光を入射面３ａで入射することができるため、図６の正面図に示すように導光板３への光入射範囲を広げることができ、輝度ムラを抑制することができる。
【００２７】
また、ケース２内で反射・拡散を繰り返していた光についても、同様に入射面３ａで入射する角度の光Ｌ２３に変更させることができるため、光の利用効率を向上させることができる。なお、反射部２２、２３の傾斜角度等を適宜調整することにより、ケース２内で反射・拡散を繰り返して入射面３ａで入射する光と、ケース２内で拡散されず導光板３の入射面３ａで入射する光とを調整することができる。
【００２８】
なお、本実施の形態２では、反射部２２、２３の両方を設ける例を示して説明をしたが、点状光源１間のみに反射部２２を設ける、または、反射拡散部材２１間のみに反射部２３を設ける構造であってもよい。上記と同様の効果を得られる範囲内であれば、適宜変更可能である。また、反射部２２、２３の形状は、傾斜を有する平面である例を図示して説明したが、前記反射拡散部材２１と同様に、適宜３次元的な半円形などの曲面または湾曲面、または多角形などで形成してもよい。
【００２９】
図１０に本発明の面状光源装置における変形例を示す。図１０に示すように、変形例におけるケース２は、反射拡散部材２１と反射部２２、２３が形成され、点状光源１を配置する位置に対応して孔２５が形成されている。孔２５を備えるケース２点状光源１をケース２の孔２５に嵌め込む方式にすることで、反射拡散部材２１と点状光源１の位置を精度良く合わせることができる。ケース２に点状光源１嵌め込む方式とすることにより、反射拡散部材２１、反射部２２、２３等を一体成型することができるため、点状光源１間に反射部２２、反射拡散部材２１間に反射部２３を設けることが容易となる。
【符号の説明】
【００３０】
１  点状光源、  １ａ  発光面、  ２  ケース、  ２ａ  上部、  ２ｂ  下部、
２ｃ  接続部、２ｄ  開口部、２１  反射拡散部材、  ２１ａ  反射面、
２２  、２３  反射部、  ３  導光板、３ａ  入射面、  ４  光学シート類、
５  反射シート、６  上ケース、  ６ａ  開口部、  ７  下ケース、
９  表示素子、  １０  面状光源装置、１００  表示装置。
【図１】
2013026200.tif 000003
【図２】
2013026200.tif 000004
【図３】
2013026200.tif 000005
【図４】
2013026200.tif 000006
【図５】
2013026200.tif 000007
【図６】
2013026200.tif 000008
【図７】
2013026200.tif 000009
【図８】
2013026200.tif 000010
【図９】
2013026200.tif 000011
【図１０】
2013026200.tif 000012