(57)【要約】【課題】点状光源間の性能のばらつきによる影響を受けず、輝度、色度の均一性に優れた面状光源装置、あるいは該面状光源装置を用いた表示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１０は、複数の点状光源３ａ〜３ｃ、複数の点状光源３ａ〜３ｃから受けた光を伝播し出射面１ｄから出射する第１の導光体１、第１の導光体１の出射面１ｄから出射された光を入射面２ａに受けて伝播し、入射面２ａと略垂直をなす出射面２ｂより出射する第２の導光体２を備え、複数の点状光源３ａ〜３ｃの少なくとも一部は、第１の導光体の出射面１ｄに対して略垂直をなす方向に配列されていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の点状光源と、
前記複数の点状光源から受けた光を伝播し出射面から出射する第１の導光手段と、
前記第１の導光手段の前記出射面から出射された光を入射面に受けて伝播し、前記入射面と略垂直をなす出射面より出射する第２の導光手段とを備え、
前記複数の点状光源の少なくとも一部は、前記第１の導光手段の前記出射面に対して略垂直をなす方向に配列されていることを特徴とする、面状光源装置。
【請求項２】
前記第１の導光手段および/または前記第２の導光手段は、透明材料からなる導光体を含む、請求項１に記載の面状光源装置。
【請求項３】
前記第１の導光手段および/または前記第２の導光手段は、中空構造の筐体の内側の面に反射面を有する中空導光体を含む、請求項１に記載の面状光源装置。
【請求項４】
前記第１の導光手段の前記出射面と前記第２の導光手段の前記入射面との間に配置されたリフレクターをさらに備える、請求項１から請求項３のいずれかに記載の面状光源装置。
【請求項５】
前記第１の導光手段の前記出射面と前記第２の導光手段の前記入射面との間に配置された偏角素子をさらに備える、請求項１から請求項３のいずれかに記載の面状光源装置。
【請求項６】
前記第１の導光手段はくぼみあるいは穴が設けられ、
前記複数の点状光源の少なくとも一部は前記くぼみあるいは穴に収容される、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の面状光源装置。
【請求項７】
前記複数の点状光源は、白色または赤、緑、青のＬＥＤを含む、請求項１から請求項６のいずれかに記載の面状光源装置。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の面状光源装置と、
前記面状光源装置における前記第２の導光手段の出射面上に配置され、当該面状光源装置からの光により表示を行う表示パネルと、
を備える、表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面状光源装置および面状光源装置を備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の点状光源を用いた面状光源装置では、一般的に光を伝搬する導光体の入射面の近傍に、入射面に対して平行に複数の点状光源が配置される。あるいは点状光源からの光の均一性を向上させるための補助導光板の入射面に対して平行に複数の点状光源が配置され、補助導光板から出射された光はリフレクターにより折り返され、再度透明材料からなる導光体あるいは中空導光体へ入射されると言う手法が提案されている。
【０００３】
上記の点状光源を用いた面状光源装置には、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの点状光源が一般的に使用され、ＬＥＤとしては、白色光を出射する物、あるいは赤、緑、青などによる色の異なる複数の点状光源が配列される場合があり、点状光源から出射された光は導光体内において伝播され、導光体に設けられる拡散パターンで拡散されることによって、出射面から取り出されるという手法が一般的に用いられる。
【０００４】
上記のような点状光源としてＬＥＤを用いた面状光源装置においては、複数の点状光源が使用された場合、それぞれの点状光源間の輝度あるいは色度のばらつきにより、光の出射面あるいは表示装置の表示面における、輝度や色度の均一性が悪化するという問題があった。また、特に一つの面状光源装置に、赤、緑、青（以後ＲＧＢと表記）の様に異なる色のＬＥＤが使用された場合は、各ＬＥＤ間の特性が異なるため、使用時の温度条件によるＲＧＢ各色間の輝度変動の違い、寿命特性の違いによる長期使用における輝度低下率の違いにより、出射面内の色度均一性が悪化するという問題があった。
【０００５】
そこで、点状光源からの光を一旦導光体へ入射、伝播させて均一とし、再度別に設けた導光体へ入射させ、表示面へ出射させる構造や、ＲＧＢの点状光源における各色ごとの輝度を検出し、出力を調整する事により各色の素子の輝度を一定に保つ等の手法が提案されている。
【０００６】
また、面状光源に関する先行文献として、以下に示すものがある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１７１９４７号公報
【特許文献２】特開２００６−３５１５２２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、上述したいずれの場合においても、特に複数の点状光源を使用し、かつ高い均一性が要求される面状光源装置においては、点状光源間のバラツキの影響を完全に排除する事は難しく、十分な性能を確保する事ができないという課題があった。
【０００９】
本発明は、前述のような課題を解決するためになされたもので、点状光源間の性能のばらつきによる影響を受けず、輝度、色度の均一性に優れた面状光源装置、あるいは該面状光源装置を用いた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】
【００１０】
本発明の面状光源装置は、複数の点状光源、複数の点状光源から受けた光を伝播し出射面から出射する第１の導光手段、第１の導光手段の出射面から出射された光を入射面に受けて伝播し、入射面と略垂直をなす出射面より出射する第２の導光手段を備え、複数の点状光源の少なくとも一部は、第１の導光手段の出射面に対して略垂直をなす方向に配列されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の面状光源装置においては、ＲＧＢの様に特性の異なる発光色を出射する点状光源を使用した場合においても、第２の導光手段への入射面において偏りのない各点状光源からの入射光を得る事ができるため、第２の導光手段における光の出射について、良好な輝度、色度の均一性を得る事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００１３】
＜実施の形態１＞
（構成）
図１は、本実施の形態に係る面状光源装置の分解斜視図、図２は組み立て後の断面図を示す。
【００１４】
図１に示すように、本実施の形態に係る面状光源装置１０は、複数の点状光源３ａ〜３ｃが収容されるくぼみあるいは穴１ａ〜１ｃと、光が出射される出射面１ｄを備える第１の導光体（第１の導光手段）１を有する。また、第１の導光体から出射された光を入射面２ａに受けて伝播し、入射面２ａと略垂直をなす出射面２ｂより出射する第２の導光体（第２の導光手段）２を有する。また、第１の導光体および第２の導光体の間を遮光するための反射シート５、複数の点状光源３ａ〜３ｃが基板３ｇ上に実装された光源装置３、および第１の導光体から出射された光を偏角し、第２の導光体２に入射させるリフレクター４を有する。
【００１５】
第１の導光体１は複数の点状光源３ａ〜３ｃから受けた光を伝播し出射面１ｄから出射する。くぼみあるいは穴１ａ〜１ｃは、図１に示すように第１の導光体１のｘ方向に関し概ね中心付近に設けられ、出射面１ｄに対して略垂直をなす方向に配列して形成される。第１の導光体１はＰＭＭＡ、ポリカネートの透明樹脂材料あるいはガラス等の透明材料からなり、各構成面は光の拡散の生じない平滑な光学面となっている。
【００１６】
本実施の形態においては、第２の導光体２についても、第１の導光体１と同様に透明材料からなる。第２の導光体２の出射面２ｂあるいは背面２ｃには、図示していないが、微細パターン形状あるいは印刷等による拡散手段が設けられる。また、図２に示すように、第１の導光体１と第２の導光体２は、第１の導光体１の上面１ｅおよび第２の導光体２の背面２ｃ間を遮光する反射シート５を挟んで、上下に重ね合わされる。
【００１７】
光源装置３は、図１に示すように光源基板３ｇに複数の点状光源３ａ〜３ｃが実装されて形成され、図２に示すように複数の点状光源３ａ〜３ｃが、第１の導光体１に形成されたくぼみあるいは穴１ａ〜１ｃに収容されるように設置される。すなわち、複数の点状光源３ａ〜３ｃは第１の導光体１の出射面１ｄに対して略垂直をなす方向に配列される。このように、複数の点状光源３ａ〜３ｃの少なくとも一部は、出射面１ｄに対して略垂直をなす方向に配置される事が望ましい。点状光源としてはＬＥＤなどがあり、白色光を出射するもの、あるいはＲＧＢなどによる色の異なる素子が配列される。また、複数の点状光源３ａ〜３ｃは、全てがくぼみあるいは１ａ〜１ｃ穴に収容される必要はなく、少なくとも一部が収容され、他の部分は導光体１の外部に設置されてもよい。また、第１の導光板１の下面には反射シート５１を配置してもよい。
【００１８】
リフレクター４は、図２に示すように、第１の導光体１の出射面１ｄおよび第２の導光体２の入射面２ａとの間に配置される。リフレクター４の第１および第２の導光体に近接する面は、鏡面による正反射、あるいは白色の材料による拡散反射面となっており、反射率９０％以上であることが望ましい。リフレクター４の材質としては、金属、樹脂、あるいは金属ベースの樹脂製の反射材料を組み合わせて構成しても良い。
【００１９】
上述した面状光源装置１０における第２の導光体２の出射面２ｂ上に、面状光源装置１０からの光により表示を行う表示パネルが配置され、表示装置が形成される。
【００２０】
なお、第２の導光体２の出射面２ｂ上には、図示していないが、表示パネルおよび該表示パネルを駆動、制御する回路基板が配置され、面状光源からの照射光により背面から照射される。また、前述の表示パネルの代わりに樹脂製のプレート等が配置されても良い。また、ここでは図示していないが、面状光源装置１０および表示装置の各部材を保持、位置決めするために、金属あるいは樹脂からなる筐体部品が組み合わされても良く、さらに複数の筐体部品を互いに嵌合させて使用されても良い。さらに、輝度や視野角特性等の表示性能を向上させ、所望の光学特性を得るため、第２の導光体２上に１乃至複数の光学シートが組み合わされても良い。
【００２１】
（動作）
次に、本実施の形態に係る面状光源装置１０の動作について、図面を用いて説明を行う。
【００２２】
前述した通り、図１および図２において、複数の点状光源３ａ〜３ｃから照射された光は、点状光源３ａ〜３ｃを収容するくぼみあるいは穴１ａ〜１ｃの側面、すなわち点状光源３ａ〜３ｃの周囲の面より第１の導光体１に入射される。入射された点状光源からの光は、第１の導光体１内で全反射を繰り返しながら、拡散、伝播されていき、図示したｘ方向に対し均等な広がりとなり、出射面１ｄより出射される。
【００２３】
図３は、第１の導光体１の上面図であり、第１の導光体１内における複数の点状光源３ａ〜３ｃの位置と、点状光源から出射された光の、平面的な広がりを示す図である。前述したように各点状光源は、図に示したｙ方向、すなわち出射面１ｄに対して略垂直をなす方向に対し直線状、かつｘ方向に対して第１の導光体の概ね中心に配列されており、図に示したｘ方向について、光は対称な広がりで第１の導光体１内を伝播されていく。
【００２４】
第１の導光体１より出射された光は、図２に示すようにリフレクター４により偏角され、第２の導光体２の入射面２ａより入射される。第２の導光体２に入射された光は、第２の導光体２内を伝播しながら、第２の導光体２の出射面２ｂあるいは背面２ｃに設けられた微細パターン形状あるいは印刷等による拡散手段により散乱され、出射面２ｂから出射される。ここで前記拡散手段を調整する事により、出射面２ｂから出射される光を、所望の強度分布とすることができる。
【００２５】
（効果）
図３に示すように、複数の点状光源３ａ〜３ｃがｙ方向、すなわち第１の導光体１の出射面１ｄに対して略垂直をなす方向に配列されることにより、従来のように複数の点状光源をｘ方向に配列した場合と異なり、ｘ方向での各位置において、各点状光源間の輝度、あるいは色度のばらつきによる影響をなくす事ができる。
【００２６】
よって、ＲＧＢからなるＬＥＤの様に発光色、特性の異なる複数の点状光源を使用した場合も、各点状光源がｘ方向に同一位置に配列されるため、第１の導光体の出射面１ｄからは、ｘ方向においてそれぞれの光源から偏りのない分布の光が照射され、第２の導光体へ入射される。よって、第２の導光体の入射面においては、各点状光源間の性能ばらつきの影響を受けない照射強度を得ることができる。これにより、複数の点状光源として発光色、特性の異なる複数の素子を使用した場合においても、使用条件や寿命特性等の影響を受けない、安定した均一な照射面を得ることができる。
【００２７】
＜実施の形態２＞
（構成）
次に本実施の形態に係る面状光源装置の構成について、図４および図５を用いて説明を行う。図４および図５は、本実施の形態に係る面状光源装置に設置される、第１の導光体１の上面図を示す。第１の導光体１は透明材料からなる。
【００２８】
図４について、第１の導光体１は、実施の形態１と同様に光が出射される出射面１ｄを備える。また、点状光源７ａ〜７ｃが第１の導光体１に形成されたくぼみあるいは穴６ａ〜６ｃに収容され、ｙ方向すなわち出射面１ｄに対して略垂直をなす方向に配列される。同様に、点状光源７ｄ〜７ｆは第１の導光体１に形成された穴６ｄ〜６ｆに収容され、点状光源７ａ〜７ｃの列に対して並列状に、また出射面１ｄに対して点状光源７ａ〜７ｃと等しい距離で配列される。
【００２９】
図５について、第１の導光体１は、実施の形態１と同様に光が出射される出射面１ｄを備える。また、点状光源９ａ〜９ｃが第１の導光体１に形成された穴８ａ〜８ｃに収容され、ｙ方向すなわち出射面１ｄに対して略垂直をなす方向に配列される。同様に、点状光源８ｄ〜８ｆは第１の導光体１に形成された穴９ｄ〜９ｆに収容され、点状光源９ａ〜９ｃの列に対して並列状に、また出射面１ｄに対して点状光源９ａ〜９ｃより近い距離に配列される。
【００３０】
図４、図５に示す第１の導光体１を備える面状光源装置について、第１の導光体１を除く他の構成については実施の形態１と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
【００３１】
（動作）
図４に示す第１の導光体１について、複数の点状光源７ａ〜７ｆより照射された光は、点状光源７ａ〜７ｆを収容するくぼみあるいは穴６ａ〜６ｃの側面、すなわち点状光源７ａ〜７ｆの周囲の面より導光体１に入射される。図５に示す第１の導光体１についても同様に、複数の点状光源９ａ〜９ｆ照射された光は、点状光源９ａ〜９ｆを収容するくぼみあるいは穴８ａ〜８ｃの側面、すなわち点状光源９ａ〜９ｆの周囲の面より導光体１に入射される。
【００３２】
図４に示す第１の導光体１、図５に示す第１の導光体１共に、入射された点状光源からの光は、第１の導光体１内で全反射を繰り返しながら、拡散、伝播されていき、図示したｘ方向に対し均等な広がりとなり、出射面１ｄより出射される。面状光源装置における、出射面１ｄから出射された後の光の動作は実施の形態１と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００３３】
（効果）
図４および図５に示す様に、ｙ方向すなわち出射面１ｄに対して略垂直をなす方向に、複数の点状光源を複数列配置することで、出射面１ｄよりｘ方向に均一な出射光を得ると共に、点状光源を一列のみ配置する場合に比べて、より輝度の高い出射光を得る事が可能である。
【００３４】
ここで配置する複数の点状光源は、必要に応じてｘ、ｙ方向ともに、任意に複数の配列として数量を設定しても良い。また各点状光源の列は、出射面１ｄに対して略垂直をなす方向に配置される事が望ましいが、構造上の制約がある場合は、出射面１ｄに対して傾けた配置としても良い。
【００３５】
＜実施の形態３＞
（構成）
次に本実施の形態に係る面状光源装置の構成を、図１、図６を用いて説明を行う。
【００３６】
本実施の形態においては、実施の形態１で示した図１の面状光源装置１０について、第１の導光体１、第２の導光体２は、透明材料ではなく中空構造の筐体の内側の面に反射面を有する第１の中空導光体１２（第１の導光手段）、第２の中空導光体２２（第２の導光手段）により構成される。図６はその組み立て後の断面図を示す。
【００３７】
第１の中空導光体１２について、図１における第１の導光体１の出射面１ｄは図６に示す出射面１２ｄに相当し、出射面１２ｄは筐体に設けられた開口面となる。また、図１におけるくぼみあるいは穴１ａ〜１ｃと、ｘ方向およびｙ方向について同様の位置に、図６に示すような点状光源３ａ〜３ｃを収納するための穴１２ａ〜１２ｃが形成される。第１の中空導光体１２の内側の面は、鏡面あるいは白色の高反射率の反射面を有している。
【００３８】
第２の中空導光体２２について、図１における第２の導光体２の入射面２ａは図６に示す入射面２２ａに相当し、図１における第２の導光体２の出射面２ｂは図６に示す出射面２２ｂに相当する。入射面２２ａ，出射面２２ｂは共に、筐体に設けられた開口面となる。第２の中空導光体２２の内側の面は、鏡面あるいは白色の高反射率の反射面を有している。図６に示すように、第１の中空導光体１２と第２の中空導光体２２は上下に重ね合わされる。
【００３９】
光源装置３は、図６に示すように複数の点状光源３ａ〜３ｃが第１の中空導光体１２に形成された穴１２ａ〜１２ｃに収容されるように設置される。すなわち、複数の点状光源３ａ〜３ｃは第１の中空導光体１２の出射面１２ｄに対して略垂直をなす方向に配列される。リフレクター４は、図２に示すように、第１の中空導光体１２の出射面１２ｄおよび第２の中空導光体２２の入射面２２ａとの間に配置される。光源装置３およびリフレクター４の構成については、実施の形態１と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００４０】
上述した面状光源装置１０における第２の中空導光体２２の出射面２２ｂ上に、面状光源装置１０からの光により表示を行う表示パネルが配置され、表示装置が形成される。
【００４１】
なお、第１の中空導光体１２内に配置される点状光源は、実施の形態２と同様に複数列配置されてもよく、また、第１あるいは第２の中空導光体のいずれかを、実施の形態１に示した透明材料による導光体と組み合わせた構成としても良い。またリフレクター４の代わりに断面がプリズム形状の透明材料の偏角素子が使用されてもよい。
【００４２】
（動作）
次に、本実施の形態に係る面状光源装置１０の動作について、図６を用いて説明を行う。図６に示す矢印は、点状光源３ａ〜３ｃから発せられた光が伝播する様子を示す。
【００４３】
複数の点状光源３ａ〜３ｃから照射された光は、第１の中空導光体１２に入射される。入射された点状光源からの光は、第１の中空導光体１２の筐体内を広がりながら伝播され、出射面１２ｄより出射される。
【００４４】
第１の中空導光体より出射された光は、図２に示すようにリフレクター４により偏角され、第２の中空導光体の入射面２２ａより入射され、出射面２２ｂから出射される。ここでリフレクター反射面を鏡面とし、形状を調整する事で、第２の中空導光体から照射される光の面分布を調整することができる。
【００４５】
（効果）
第１の導光体および第２の導光体として中空構造の導光体を使用することにより、図１に示すｘ方向に対してばらつきのない均一な照射強度を得ながら、面状光源装置１０を軽量化することが可能となる。
【００４６】
なお、実施の形態１〜３において、各点状光源は出射面１ｄ，１２ｄと反対の面に近接させ、並べて配置した。このような構成とすることで各点状光源から出射する光を十分に混色させて、出射面１ｄ，１２ｄより出射させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１における面状光源装置の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における面状光原装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における点状光源の配置を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２における点状光源の配置を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２における点状光源の配置を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３における面状光源装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  第１の導光体、１ａ〜１ｃ，６ａ〜６ｆ，８ａ〜８ｆ  くぼみあるいは穴、１ｄ，２ｂ，１２ｄ，２２ｂ  出射面、１ｅ  上面、２  第２の導光体、２ａ，２２ａ  入射面、２ｃ  背面、３  光源装置、３ａ〜３ｆ，７ａ〜７ｆ，９ａ〜９ｆ  点状光源、３ｇ  光源基板、４  リフレクター、５，５１  反射シート、１０  面状光源装置、１２  第１の中空導光体、１２ａ〜１２ｃ  穴、２２  第２の中空導光体。
【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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