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【発明の名称】 面状光源ユニット
【発明者】 【氏名】志村 崇

【要約】 【課題】輝度の均一なエッジライト方式の面状光源を得る。

【解決手段】透光性部材からなる板状部材であり、下面に乱反射部を光源から遠いほど密に形成した導光板11は、上面12aを出光面として持つ平面形状が略直角四辺形の出光部12と、LED20側の仮想側面mに連続して出光部12からLED20側に延在する光源部13とから成る。光源部13内には、導光板11の厚み方向断面が垂直であり平面方向断面がLED20に対して傾斜した反射屈折面16bを持つ貫通穴又は貫通しない穴からなる反射屈折部16をLED20と対向するように設け、光源部13のLED20側の両側面13dには、導光板11の厚み方向に略平行な断面略円弧状の複数の溝よりなる乱反射部15を設けた。乱反射部15は光源から遠ざかるほど面積比が大きくなるように設けてある。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 透光性部材からなる板状部材であり下面に乱反射部を形成して上面を出光面とした導光板と、該導光板の側面に近接配置したLEDとからなり、該LEDから前記導光板の側面に入射した光を前記出光面から出射させるようにしたエッジライト方式の面状光源ユニットにおいて、前記乱反射部を前記LEDから離れるに従い密になるように設け、前記導光板の前記LED側の一側面に前記出光面から前記光源側に延在する光源部を設け、前記光源部内に前記導光板の厚み方向断面が垂直であり平面方向断面が前記LEDの出光点に対して傾斜した反射屈折面を持つ貫通穴又は貫通しない穴からなる反射屈折部を前記LEDと対向するように設け、前記光源部の前記LED側の側面に乱反射部を設けたことを特徴とする面状光源ユニット。
【請求項2】 前記導光板の少なくとも入光面及び出光部上下面を除いた周面に乱反射部を形成したことを特徴とする請求項1記載の面状光源ユニット。
【請求項3】 前記乱反射部は半球状の窪みであることを特徴とする請求項1記載の面状光源ユニット。
【請求項4】 前記乱反射部は微細な凹凸面であることを特徴とする請求項1記載の面状光源ユニット。
【請求項5】 前記乱反射部は白色塗装又は印刷された面であることを特徴とする請求項1記載の面状光源ユニット。
【請求項6】 前記光源部の両側面の乱反射部は前記導光板の厚み方向に略平行な断面略円弧形状の溝であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の面状光源ユニット。
【請求項7】 前記乱反射部には金属めっき又は蒸着が施されていることを特徴とする請求項3乃至請求項6のいずれかに記載の面状光源ユニット。
【請求項8】 前記出光部の下面を前記LEDから離れるに従い前記出光面に対して近づくように傾斜させたことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の面状光源ユニット。
【請求項9】 前記光源部の上下面の少なくとも一方に乱反射部が形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の面状光源ユニット。
【請求項10】 前記導光板の少なくとも入光面及び前記出光面を除いた周面に反射部材を近接配置したことを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の面状光源ユニット。
【請求項11】 前記反射部材は反射シートであることを特徴とする請求項10記載の面状光源ユニット。
【請求項12】 前記面光源ユニットが収納される表示装置のケースが前記反射部材を兼ねていることを特徴とする請求項10記載の面状光源ユニット。
【請求項13】 前記LEDは白色LEDであることを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれかに記載の面状光源ユニット。
【請求項14】 前記LEDは前記導光板の厚み方向一列に配置したR、G、Bの3色のLEDであることを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれかに記載の面状光源ユニット。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置のバックライトに好適な面状光源ユニットに関する。
【0002】
【従来の技術】近年各種パソコン、ワープロ、ゲーム機器、携帯電話などの各種電子機器の表示装置として、薄型で見易いバックライト機構を備えた液晶表示装置が広く用いられている。従来のこのような液晶表示装置のバックライト機構の面状光源ユニットの一例を図面に基づいて説明する。図6、図7はそれぞれ従来の面状光源ユニットの斜視図、断面図である。
【0003】まず、面状光源ユニットの構成について説明する。図6、図7において、90は面状光源ユニットの上面に近接して配設された液晶表示パネルであり、60はエッジライト方式の面状光源ユニットである。以下に面状光源ユニット10の細部を説明する。61は透明なプラスチックス等の透光性部材から形成された平面が略四辺形の平板状の導光板であり、導光板の上面61bは出光面であり、下面61aには多数の微細な凹凸面からなる乱反射部61eが形成されている。80は導光板61の下面61aに近接して配設された白色シート等の反射板である。70は光源としてのLEDであり、複数(例えば3個)のLED70が導光板61の側面61cに近接して離散的に配置されている。各LED70と対向する導光板61の側面61cには各々の光源の出光点を中心とした断面半円状の溝61dである入光面が厚み方向に平行に形成されている。導光板61の溝61d形成部を除いた部分が液晶表示パネル90と垂直方向にほぼ重なっている。
【0004】次に面状光源ユニットの作用について説明する。各LED70を出射した光は導光板61の溝61d部から入射し、導光板61内部を進行するが、直接上面61bに向かう光線は上面61bにおいて全反射して下面61a方向に向かう。LED70から直接きた光線と上面61bに反射してきた光線とが下面61aに当たった場合に、乱反射部61eのために導光板61内のあらゆる方向に反射する。乱反射部61eにおいて反射した光はその方向により導光板61の周面の内側で反射したり、透過したりすることになる。下面61aを外側に出た光はすぐに反射シート80により反射するので再び導光板61内に戻る。このようにして光はおおむね導光板61の出光面から出て液晶表示パネル90を背面から照射し、表示面が明るく見易くなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述した面状光源ユニットでは、LEDが離散的に配置されている上に、LEDの光には指向性があって、光源から一定の距離では放射方向の中心付近が明るく、その周辺へ向かうに従って暗くなる。また、光の一般的な性質として、光源近傍では強いが、遠方では弱くなる傾向があるために、表示面を均一に照射するLEDの数には限界があり、満足する品質に至らなかった。従って導光板の側面に沿って線状光源を構成するためにはLEDを多数配列しなければならず、コスト上、消費電力上も不利であった。
【0006】上記発明はこのような従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、LED光源からの光を効率よく出光面から均一に出させることができ、かつ、LEDの数を減らすことができ、コスト上も消費電力上も有利な面状光源ユニットを提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、透光性部材からなる板状部材であり下面に乱反射部を形成して上面を出光面とした導光板と、該導光板の側面に近接配置したLEDとからなり、該LEDから前記導光板の側面に入射した光を前記出光面から出射させるようにしたエッジライト方式の面状光源ユニットにおいて、前記乱反射部を前記LEDから離れるに従い密になるように設け、前記導光板の前記LED側の一側面に前記出光面から前記光源側に延在する光源部を設け、前記光源部内に前記導光板の厚み方向断面が垂直であり平面方向断面が前記LEDの出光点に対して傾斜した反射屈折面を持つ貫通穴又は貫通しない穴からなる反射屈折部を前記LEDと対向するように設け、前記光源部の前記LED側の側面に乱反射部を設けたことを特徴とする。
【0008】本発明の請求項2の発明は、請求項1記載の発明において、前記乱反射部は半球状の窪みであることを特徴とする。
【0009】本発明の請求項3の発明は、請求項1記載の発明において、前記乱反射部は微細な凹凸面であることを特徴とする。
【0010】本発明の請求項4の発明は、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の発明において、前記導光板の下面を前記LEDから離れるに従い前記出光面に対して近づくように傾斜させたことを特徴とする。
【0011】本発明の請求項5の発明は、請求項1記載の発明において、前記乱反射部は白色塗装又は印刷された面であることを特徴とする。
【0012】本発明の請求項6の発明は、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の発明において、前記光源部の両側面の乱反射部は前記導光板の厚み方向に略平行な断面略円弧形状の溝であることを特徴とする。
【0013】本発明の請求項7の発明は、請求項3乃至請求項6のいずれかに記載の記載の発明において、前記乱反射部は更に金属めっき又は蒸着した面であることを特徴とする前記反射部材は反射シートであることを特徴とする。
【0014】本発明の請求項8の発明は、請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の発明において、前記出光部の下面を前記LEDから離れるに従い前記出光面に対して近づくように傾斜させたことを特徴とする。
【0015】本発明の請求項9の発明は、請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の発明において、前記光源部の上下面の少なくとも一方に乱反射部が形成されていることを特徴とすることを特徴とする。
【0016】本発明の請求項10の発明は、請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の発明において、前記導光板の少なくとも入光面及び前記出光面を除いた周面に反射部材を近接配置したことを特徴とする。
【0017】本発明の請求項11の発明は、請求項10記載の発明において、前記反射部材は反射シートであることを特徴とする。
【0018】本発明の請求項12の発明は、請求項10記載の発明において、前記面光源ユニットが収納される表示装置のケースが前記反射部材を兼ねていることを特徴とする。
【0019】本発明の請求項13の発明は、請求項1乃至請求項12のいずれかに記載の発明において、前記LEDは白色LEDであることを特徴とする。
【0020】本発明の請求項14の発明は、請求項1乃至請求項12のいずれかに記載の発明において、前記LEDは前記導光板の厚み方向一列に配置したR、G、Bの3色のLEDであることを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明のの第一の実施形態である面状光源ユニットの斜視図、図2は図1の中央縦断面図、図3は図1の中央縦部分断面図、図4は図1の要部平面図である。
【0022】まず、本発明の本実施形態の構成を説明する。図1、図2において、10はバックライト付きの液晶表示装置のバックライトを構成する面状光源ユニットであり、40は、後述する導光板の出光部と垂直方向に重なる位置に配設される前記液晶表示装置の表示パネルである。
【0023】面状光源ユニット10の詳細を説明する。11はプラスチック等の投光性部材からなる平板状の導光板であり、20は導光板11の後述する光源部の山形の頂上の側面近傍に導光板11の厚み方向に一列に配設された光源としてのLEDである。30は導光板11から外側に出た光を反射させる機能を表面に持つ反射部材であり、少なくとも後述する入光面と出光面とを除いた周面に近接して配設されている。
【0024】導光板11の細部について更に説明する。12は導光板11の平面形状が略直角四辺形の部分である出光部であり、13は出光部12の光源側の仮装側面mに連続して、仮装側面m部分を外側に延在するように山形に膨出させた光源部である。導光板11は周面全体を鏡面に仕上げた上に、部分的に14の全反射部と15の乱反射部を形成してあり、内部の光線を反射させるようになっている。従って周面が透明な部分では、内部の周面に対する臨界入射角を越えた光線は全反射し、臨界入射角未満の光は材料に応じた屈折率で屈折しながら外部へ透過する。
【0025】ここで全反射部14は透明な鏡面に白色の印刷又は塗装を施した面、Al、Cr、Agなどの金属めっき又は蒸着した面、又は背後に近接して反射部材が配設された面であってもよい。乱反射部15とは、微細な半球状の窪みや微細な凹凸面、あるいはこれらの凹凸面に更に、白色の印刷又は塗装、金属めっき又は蒸着などの良好な反射機能を持つ表面処理を施したものであってもよく、また、平面に白色の印刷又は塗装を施した面であってもよい。
【0026】出光部12の上面12aは出光面となる透明な鏡面である。出光部12の仮想側面mに対向する側面12c及び両側面12dは、乱反射部のみの面としてあるが、これを全反射部14のみ、または乱反射部15、又は両者の混在した反射面としてもよい。図3に示すように、出光部12下面12bは全反射部14と乱反射部15とが混在した面であり、光源から遠ざかるに従い乱反射部15の面積比が増大するように形成されている。
【0027】光源部13の上、下面13b、13cは全反射部14と乱反射部15とが混在した面であってもよい。光源部13のLED20に対向する側面である入光面13fはLED20からの光が略垂直に当たるように略半円筒面を成している透明な鏡面である。光源部13の両側面13dには、平面方向断面が略円弧形状の、導光板11の厚み方向に略平行な溝である乱反射部15が光源から遠くなるに従って面積密度が大きく密になるように形成されており、光源から直接間接にきた光を光源部13内の全方向に反射させる機能を持つ。なお、この乱反射部15は必ずしもこのような溝に限らず、上述したものでもよい。また、両側面13dは平面でも適宜に湾曲した面でもよい。
【0028】光源部13の内部には断面略二等辺三角形状の垂直な貫通穴である16の反射屈折部が前記三角形状の頂点16aをLED20に向けるように形成されている。反射屈折部16の二等辺に当たる境界面16bは透明な鏡面に仕上げられていて、図4に示すように、その平面方向断面が出光点20aからの光の進行方向に対して臨界入射角を越えるように傾斜しており、LED20からきた光は光源部13の両側面13d方向に全反射させるが、他の方向からきた光は屈折通過させる機能を持つ反射屈折面となっている。なお、この境界面16bは平面でも適宜に湾曲した面であってもよい。例えば、境界面16bを放物面となるように形成し、放物面の焦点にあたる位置に光源をおくようにしてもよい。前記三角形状の底辺に当たる境界面16cは透明な鏡面、又は透明な乱反射面15、又はこれらが混在した面であってもよい。
【0029】なお、反射屈折部16は必ずしも貫通穴である必要はなく、上、下面13b、13cのいずれか又は両方から明けられた貫通しない穴であってもよい。また、境界面16b、16cには、その上から更に金属めっき又は蒸着してもよく、その時には、境界面16bは全反射部14に、境界面16cは全反射部14又は乱反射部15、又は両者の混在した面とする。
【0030】上記反射部材30としては、導光板11の周面(12b、12c、12d、13b、13c、13d)から外に漏れた光を全反射させて導光板11内に戻す機能を持つ部材であり、表面を金属めっき又は蒸着で処理したり、金属箔をラミネートした紙、金属板やプラスチック板などである。また、面状光源ユニット10を収納する図示しない反射機能を表面に持つケースが反射部材30を兼ねていてもよい。そして、このケースは前記液晶表示装置の収納部、又は前記液晶表示装置を持つ電子機器の筐体であってもよい。なお、導光板11の周面(12b、12c、12d、13b、13c、13d)の金属メッキ又は蒸着が施された部分に対しては、必ずしも反射部材30は必要ではない。
【0031】光源は前述したものに限らず、例えば、厚み方向に一列に配置した任意の複数のLEDであってもよいし、色は白など適宜なものでよい。従って赤(R)、緑(G)、青(B)の3色のLEDを配設してもよい。なお、LED20から出光部12までの距離は、大きいと出光部12へ入る光の強さが弱まるので必要以上大きくとらないこととする。
【0032】次に、本実施の形態の作用について説明する。LED20を出た光は導光板11の入光面13fから内部に進入し、図4に示すように、LED20の前方に向かった光は反射屈折部16の境界面16bに当たって反射し、両側面13d方向に向かう。なお、ここで境界面16bが放物面でありその焦点の位置に光源がある場合には、光源から出て反射屈折部16を反射した光は平行光線となる。
【0033】また、反射屈折部16が貫通穴である場合には、LED20から出て直接反射屈折部16方向に向かった光が、反射屈折部16の背後の出光部12では全て遮られる一方、境界面16bの両端部16dの外側では直接出光部12に進入することになるため、LED20の出光点20aと反射屈折部16の両端部16dとを結ぶ仮想線L上の出光面12aに輝度の境目が生じやすい。これを補償するために、光源部13の上、下面上13b、13cのいずれかに乱反射部15を形成し、乱反射部15の形成密度を部分的に調整した場合には輝度の境目を目立たなくする作用がある。又異なる方向から反射屈折面16bに向かった光がこの部分を屈折通過することで前記境目が緩和される。更に又、出光部12側から境界面16cに当たる光が反射することで同じく前記境目を目立たなくするように作用する。
【0034】反射屈折部16が貫通しない穴である場合には、LED20の前方に向かった光の一部は反射屈折部16の上又は下の光源部13内を通過して直接出光部12へと向かうので、前記輝度の境界線は生じにくくなる。
【0035】両側面13dの乱反射部15又は全反射部14に当たって反射した光はほぼ出光部12方向である各方向に向かう。その一部は再び反射屈折部16に向かうが、光の進入方向によっては、境界面16b、16cで反射せず、屈折して通過し出光部12方向へ向かう。両側面13dの乱反射部15を光源から遠ざかるにつれて面積比が大きくなるように設けてあるので、光源から離れたところでの光量の減少を補う。また、光源部13が山形となっていることで、光源から離れてるに従って光源部13が狭くなり、暗くなる部分の光密度を上げることになって、やはり暗くなること補償している。
【0036】LED20から直接間接に上、下面13b、13cに向かった光は入射角の関係で一部は屈折して外側に通過するが、外側にある反射部材30で反射して光源部13内に戻るので結局大部分は上、下面13b、13cで反射して仮想側面mから出光部12方向へ向かう。このように、光源部13は、点状光源であるLED20から出た光を仮想側面mの長手方向に展開させるように光の進行方向を変換させる光反射部を含んだ線状光源部とも言える。
【0037】出光部12へ進入し、上、下面12b、12cに平行に進んだ光pは、図3に示すように、側面12c、12dの乱反射面15に当たった場合には、乱反射して出光部内の全方向へ向かう。全反射面14aに当たった場合には、導光板11内を反射しやがて各所に存在する乱反射部15に当たって全方向に反射する。光源部13から直接間接に下面12b方向へ進んだ光qは、下面の乱反射部15により乱反射してほぼ出光面である上面12a方向へ向かう。乱反射部14が形成されていない部分ではほぼ全反射して光源より更に遠方に向かう。出光面12aに向かった光も入射角によっては全反射するものもあり、屈折透過するものもある。
【0038】従って導光板11内ではあらゆる方向の光が飛び交うことになり、一部は下面12bから外側へ出てゆくが、反射シートなどの反射部材30が配設されている場合には、再び下面12bから内部へ入り出光面12aへ向かう。以上のようにして、LED光源から出た光は、大部分が出光面である導光板11の上面12aから上方へ出て、表示パネル40を背面から照射することになる。なお、下面12bの乱反射部15を光源から遠ざかるに従い面積比が大きくなるように設けてあるので、光源部13の近くでは出光面12aに向かう光量を抑制し、遠くでは光量の減少を補うように作用する。
【0039】次に本実施形態の効果について説明する。導光板11に光源部13を形成し、これに反射屈折部16を設けたので、LED20を出た中心近傍の輝度の強い光の一部を直接出光部12へ入らせず両側面13d方向へ向けることができるので、出光部12の仮想側面mにおける光の均一化が計ることができ、輝度ムラのない線状光源が形成され、更に出光部12下面12bの乱反射部15がLED20から遠いところほど密度高く設けてあるので、光源からの距離に応じて生じるはずの輝度の低下を補って出光面から出射される光も均一にできる。従って輝度ムラのない面状照明ができ表示パネルが見易くなる。
【0040】少ないLEDの数で輝度ムラのない線状光源部が形成できるので、面状光源ユニットのLED数を従来より削減できる。従って消費電力、コストの面で有利である。複数のLEDを垂直一列に配設する場合には、LED間に輝度のばらつきがあっても、均一な輝度の線状光源部を構成でき、惹いては出光面から放射される光も均一にできる。また、白色LEDを用いれば、明るく見易い液晶表示装置が得られる。R、G、BのLEDを組み合わせることにより、発光色を自由に変えられる。
【0041】導光板11の下面12bばかりでなく、少なくとも入光面13f、出光面12aを除いた周面(12b、12c、12d、13b、13c、13d)の一部に乱反射部15を形成し、あるいは反射部材30を近接配置したので、外に漏れてロスとなる光を極めて少なくすることができ、LED20の光を有効活用できる。
【0042】次に、本発明の他の実施形態について説明する。図5は本発明の第二の実施形態である面状光源ユニットの断面図である。図5において、第一の実施の形態とは導光板のみが異なるだけである。従って、第一の実施の形態と同じ構成要素には同じ名称と符号を付して説明を省略し、第一の実施の形態と異なる部分について説明する。
【0043】導光板11の出光部12下面12bは、LED20から遠ざかるにつれて出光面12aとの距離が近づく斜面になっている。このことにより、光源部13から離れるに従って出光面12aの輝度が減少するのを補い、出光面12aから出る光の輝度の均一化を更に容易に計ることができる。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、導光板の出光部下面の乱反射部を光源から遠ざかるほど密に形成し、出光部のLED側の一側面に出光部からLED側に山形に延在させた光源部を設け、更にこの光源部内に反射屈折面を持つ反射屈折部を設け、更に光源部のLED側の両側面に反射部を設けたので、コスト面も、消費電力面でも有利で出光面の明るさが均一な面状光源ユニットを提供することができた。
【0045】導光板の少なくとも入光面及び出光面を除いた周面に乱反射部を形成し、更に乱反射部は白色の塗装又は印刷した面、金属めっき又は金属蒸着した面としたので、出光面以外の導光板周面からの光の漏出を制限し、LED光量の有効活用が計れるようになった。
【0046】出光面に対向する下面がLEDから遠ざかるにつれて出光面との距離が近づく斜面にしたのでLEDから遠い場所の輝度の減少を補い、出光面の明るさが均一な面状光源ユニットを更に容易に提供できるようになった。
【0047】光源部の上下面の少なくとも一方に乱反射部を形成したので、輝度ムラの発生を防止できた。
【0048】導光板の少なくとも入光面及び出光面を除いた周面に近接して反射部材を配設し、反射部材が前記面光源ユニットが収納される表示装置のケースを兼ねるようにしたので、LEDの光が有効に出光面に導かれ、更に機器の薄型化にも寄与することができた。
【0049】白色のLEDを配設したので、輝度が均一で明るい面状光源ユニットが得られた。
【0050】R、G、Bの3色のLEDを導光板の厚み方向一列に配置したので、輝度の均一な多色発光型の面状光源ユニットが得られた。
【出願人】 【識別番号】000131430
【氏名又は名称】株式会社シチズン電子
【出願日】 平成11年7月28日(1999.7.28)
【代理人】 【識別番号】100085280
【弁理士】
【氏名又は名称】高宗 寛暁
【公開番号】 特開2001−43716(P2001−43716A)
【公開日】 平成13年2月16日(2001.2.16)
【出願番号】 特願平11−214354