| 【発明の名称】 |
面状光源ユニット |
| 【発明者】 |
【氏名】志村 崇
【氏名】天野 昭
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| 【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複数の半球状の窪みよりなる乱反射部15を形成した導光板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、出光部12のLED20側の仮想側面mをLED20側に延在した複数の光源部13とからなる。各々の光源部に対応してLED20が配設されている。光源部13内には、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てある。反射屈折部16のLED20側境界面16b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である。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。 |
【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光源の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、前記導光板の前記LED側の一側面が前記出光面から前記LED側に延在する複数の光源部を設け、各々の該光源部に対応して前記LEDを配設し、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側の両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前記出光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又は請求項2記載の面状光源ユニット。 【請求項4】 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又は請求項2記載の面状光源ユニット。 【請求項5】 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又は請求項2記載の面状光源ユニット。 【請求項6】 前記乱反射部は白色塗装または印刷を施した面であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の面状光源ユニット。 【請求項7】 前記導光板の少なくとも前記入光面及び前記出光面を除いた周面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1乃至請求項5のいずれかに記載の面状光源ユニット。 【請求項8】 前記導光板の少なくとも前記入光面及び前記出光面を除いた周面には白色塗装または印刷が施されていることを特徴とする請求項1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9】 前記導光板の前記入光面及び前記出光面を除いた周面の、乱反射部以外の部分を全反射部とした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前記入光面及び前記出光面を除いた周面に近接して反射部材を配設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】 前記面状光源ユニットを収納する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。
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【発明の詳細な説明】【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、面状光源ユニット及びこの面状光源ユニットを液晶表示パネルを背面から照射するバックライト機構に用いた液晶表示装置に関する。 【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60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指向性があり、また、光は一般的に光源の近傍では強いが遠方では弱くなる傾向があるために、LEDの数を減らしかつ表示面を均一に照射することには限界があり満足する品質に至らなかった。LEDの発光方向に対して直角方向の辺の長さが比較的長い出光面を持つ面状光源ユニットを得るためには、LEDをその辺に沿って多数配設する必要があり、その分製造コストが高くなり、消費電力的も増大することになる。 【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に導いて均一に出射させることができ、コスト的にも消費電力上も有利な、比較的広い出光面を持つ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、本発明の請求項1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光源の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、前記導光板の前記LED側の一側面が前記出光面から前記LED側に延在する複数の光源部を設け、各々の該光源部に対応して前記LEDを配設し、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側の両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乱反射部を形成したことを特徴とする。 【0009】本発明の請求項3の発明は、請求項1又は請求項2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。 【0010】本発明の請求項4の発明は、請求項1又は請求項2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。 【0011】本発明の請求項5の発明は、請求項1又は請求項2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。 【0012】本発明の請求項6の発明は、請求項1又は請求項2記載の発明において、前記乱反射部は白色塗装または印刷を施した面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1乃至請求項5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前記入光面及び前記出光面を除いた周面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。 【0014】本発明の請求項8の発明は、請求項1乃至請求項6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前記入光面及び前記出光面を除いた周面には白色塗装または印刷が施されていることを特徴とする。 【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、前記導光板の前記入光面及び前記出光面を除いた周面の、乱反射部以外の部分を全反射部としたことを特徴とする。 【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前記入光面及び前記出光面を除いた周面に近接して反射部材を配設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、前記面状光源ユニットを収納する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、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態である面状光源ユニットの斜視図、図2は図1の部分斜視図、図3は図2の中央縦断面図、図4はその部分断面図である。図5はその要部平面図である。 【0022】まず、本発明の実施形態の構成を説明する。図1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、後述する導光板の光源部と垂直方向に重ならない位置に配設した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を一つの光源部を持つ1ユニットの図面により説明する。図2、図3において、11は透明プラスチック等の透光性部材からなる平板状の導光板であり、20は導光板11の側面の平面方向に2カ所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全反射させる機能を表面に持つ反射部材であり、後述の入光面と出光面とを除いた導光板11の周面に近接して配設されている。 【0024】導光板11の細部を更に説明する。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の光源側の仮想側面mに連続して、仮想側面m部分を外側へ行くに従い幅寸法を減ずるようにして山形に膨出延在させた光源部13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、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、内部の光線の周面に対する臨界入射角を越えた光は全反射し、臨界入射角未満の光は材料に応じた屈折率で屈折して外部へ透過する。 【0025】ここで全反射部14とは、白色の印刷又は塗装を施した面、金属メッキ又は蒸着を施した面、又は背後に近接して反射部材30が配設された面である。乱反射部15とは、微細な半球状の窪みや微細な凹凸、あるいはこれらの凹凸面に、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、また、平面に白色の塗装又は印刷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】各々の光源部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の各々の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円筒面の一部を成しており、透明な鏡面に形成されている。 【0028】各々のLED20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が乱反射部15として光源から遠くなるに従って面積比が増大す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あってもよい。 【0029】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を各々の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おり、その平面方向断面は出光点からの光に対して臨界入射角より大きな角度をもって傾斜しており、LED20からきた光を光源部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、放物面の焦点の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部15、又はこれらが混在した面であってもよい。 【0030】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、11c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。そのときには、境界面イbは全反射部14に、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。 【0031】上記反射部材30は、少なくとも入光面13f及び出光面12aを除いた導光板11の周面(12b、12c、12d、13b、13c、13d)の外部に光が漏れる部分に配設すると有効な部材であり、表面を白色塗装又は印刷、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の反射シートである。また、面状光源ユニット10を収納する表面に反射機能を持つ図示しな15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)の金属めっき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。 【0032】光源は前述したものに限らず、例えば1個又は導光板11の厚み方向に一列に配列した任意の複数のLEDであってもよいし、色は白など適宜な色でもよい。なお、光源LED20から出光部12までの距離が大きいと出光部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。なお、以上の説明では光源部13は2個としたが、光源部は本実施形態に限らず出光面の面積に応じて任意の数でもよい。 【0033】次に、本実施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、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。 【0034】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方向に向かった光は、反射屈折部16の背後の出光部12では全て遮られる一方、反射屈折部16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、図5に示すように、LED20の出光点20aと両端部16dとを結ぶ仮想線L上の出光面に輝度の境目が生じやすい。しかし、境界面16b、16cを透明にしてあるため、光源部13内の光は一部反射屈折部16を屈折通過しこれを補償する。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て更に輝度の境目を目立たなくすることができる。又異なる方向から境界面16bに向かった光は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。 【0035】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。 【0036】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方向である全方向に向かう。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、屈折し通過して出光部12方向へ向かう。その後の動向はLED20から前方に向かった光と同様である。光源部13が山形になっていることで、山裾の光源から離れて暗くなる部分の光密度を上げることになり、暗くなることを補償している。 【0037】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変換部を含んだ線状光源部とも言える。 【0038】図4に示すように、出光部12へ進入し、上、下面12a、12bに平行に進んだ光pは、側面12c、12dの乱反射部15に当たった場合には乱反射して出光部12内の全方向へ向かう。全反射部ク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。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が近接して配設されている場合には、再び下面12bから内部へ入り上面12aへ向かう。以上のようにして、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。 【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。また、両側面13dの乱反射部15を光源から遠ざかるほど面積比が大きくなるように形成したので、LED20に近い部分の光を抑制して遠い部分の光量の減少を補う。従って、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るので、光源部13において輝度ムラの少ない線状光源が形成される。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面積比が大きくなるように設けてあるので、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。 【0040】更に、導光板の側面に沿って複数の光源部を配設することにより、より広範囲の均一な照明の面状光源ユニットが実現できる。なお、比較的狭い面積の面状光源ユニットの場合には、光源部が1個であっても成立することは勿論である。 【0041】少ないLEDの数で輝度ムラのない長範囲の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。各々の光源のLEDを垂直一列に複数配設する場合には、より明るい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。白色LEDを用いることにより、明るく見易い液晶表示装置が得られる。また、垂直一列にR、G、Bの3色のLEDを配設することにより、発光色を自由に変えられる。 【0042】導光板11の下面12bばかりでなく、少なくとも入光面13f及び出光面12aを除いた周面(12b、12c、12d、13b、13c、13d)に乱反射部15を形成した、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。 【0043】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、導光板の出光部の光源側の一側面に出光部から光源側に山形に延在させそれぞれにLEDを近接配置した複数の光源部を設け、更に各々の光源部内に反射屈折面を持つ反射屈折部を設け、更に各々の光源部のLEDの両側面に乱反射部を設けたので、コスト上も、消費電力上も有利で出光面の明るさが均一な比較的広範囲の面状光源ユニットを提供することができるようになった。 【0044】導光板の少なくとも入光面及び出光面を除いた周面に、乱反射部又は全反射部を形成し、また、更に乱反射部には白色塗装又は印刷し、一方、全反射部は金属めっき又は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。 【0045】更に、導光板の少なくとも入光面と出光面とを除いた周面に近接して反射部材を配設したので、導光面外に漏出する光をなくして、光源の光を有効に活用して明るい面状光源ユニットが得られた。 【0046】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、輝度の均一な発光色を自由に変えられる面状光源ユニットが得られた。
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| 【出願人】 |
【識別番号】000131430 【氏名又は名称】株式会社シチズン電子
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| 【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
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| 【公開番号】 |
特開2001−43719(P2001−43719A) |
| 【公開日】 |
平成13年2月16日(2001.2.16) |
| 【出願番号】 |
特願平11−214357 |
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