面状光源

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【発明の名称】	面状光源
【発明者】	【氏名】鬼切彰
【要約】	【課題】エッジライト方式の面状光源において発光源であるＬＥＤ等のスペクトルの不可避なばらつきを補正し、色バランスを改善し、所定の規格に入る白色等の照明を行うことを課題とする。【解決手段】発光光源２および導光板１を有し、発光光源からの光を導光板１により光路変換してその主面１ｂから照明対象物７対し面状の照明光５を出射する面状光源１０において、前記発光光源２は複数の波長成分よりなる発光色で発色し、導光板１は発光光源のスペクトルに対し補色関係にあるスペクトルに着色された半透明材よりなり、前記発光光源のスペクトルを導光板１により所望のスペクトルに補正して照明光５として出射させる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】発光光源および導光板を有し、発光光源からの光を導光板により光路変換してその主面から照明対象物に対し面状の照明光を出射する面状光源において、前記発光光源は複数の波長成分よりなる発光色で発光し、該面状光源は、光のスペクトルを補正する色補正部品を備え、該色補正部品により前記発光光源の発光のスペクトルを所望のスペクトルに補正して前記面状の照明光として出射することを特徴とする面状光源。
【請求項２】前記色補正部品の透光特性の色調は前記発光光源の発光色の色調に対し略補色関係にあることを特徴とする請求項１に記載の面状光源。
【請求項３】前記色補正部品は着色された半透明材よりなる前記導光板であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の面状光源。
【請求項４】前記色補正部品は前記発光光源と透明材よりなる前記導光板の間に配設されたカラーフィルタであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の面状光源。
【請求項５】前記色補正部品は透明材よりなる前記導光板と前記照明対象物の間に配設されたカラーフィルタであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の面状光源。
【請求項６】前記発光光源は白色光源又は白色に近い光源であ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。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、透過型又は半透過型パネルを背面より照射するバックライト機構を有する表示装置の面状光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ブック型のワードプロセッサやコンピュータ、又は携帯電話機、携帯TVのような小型、薄型の情報機器の表示装置として、薄型でしかも見易いバックライト機構を有する液晶表示装置が用いられている。このようなバックライト機構としては、液晶パネルを背後から全面にわたり照射する面状光源が用いられており、この面状光源としては蛍光ランプ又はＬＥＤ（発光ダイオード）よりなる発光源と、その光束を液晶パネルに照射する面状の光束に変換する導光板よりなるものが一般的である。この中で、特に近年は、更なる小型、薄型化と長寿命化を目的として発光源としてＬＥＤを用いた面状光源が多く使用されるようになってきている。
【０００３】かかる面状光源により白色の照明光を出射させ、パネル等に対し白色の照明をしようとするときは、発光源として白色の蛍光ランプを用いるか、ＬＥＤの場合にはＲ，Ｇ，Ｂの３種類のＬＥＤを同時点灯、又は時分割点灯して白色光を合成することが一般的であった。更に最近は、ＬＥＤの場合、単独で白色に近い光を発光する白色のＬＥＤが開発され、利用できるようになってきた。このような白色のＬＥＤを用いることにより、小型で簡単な構成で白色照明を目的とする面状光源を形成することが可能となった。図１１はこのようなうな単独のＬＥＤの発光源を持ち、パネルの白色照明を目的としたエッジライト方式の面状光源の主要部を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）におけるＡ－Ａ断面図である。
【０００４】図１１において、１１０は面状光源であり、導光板１０１と発光源としてＬＥＤ１０２を有している。導光板１０１は無色透明なプラスチック材等の透光部材よりなる板状で略直方体形状をしており、その一方の主面を光出射面１０１ｂとし、該光出射面１０１ｂと対向する面には、発光源からの光を前記光出射面１０１ｂに向けて反射させるための手段として、その表面に複数の微小なシボ又は複数個の半球状ドット等を有する光拡散面１０１ａが形成されている。ＬＥＤ１０２はＬＥＤ基板１０３に支持されて導光板１０１の側面に対向する位置に配設され、図示しない駆動回路より所定の電流が供給されて、後述するような白色を目的とした光を発光、射出する。ＬＥＤ１０２からの射出光は導光板１０１に入り、大部分の光は上面である光出射面１０１ｂで全反射、下面である光拡散面１０１ａでは全反射又は乱反射を１回又は複数回行った後に上面である光出射面１０１ｂより照明光１０５として外部に出射する。外部に出射した照明光１０５は（ｂ）に示すように液晶パネル１０７を背後から照明する。なお、前記照明する面内の輝度の均一性を確保するために上記下面１０１ａ内のシボの粗さを調整したり、半球状ドットの形状、密度を場所により変えたりする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このようにして、小型、薄型の面状光源により白色照明を目的とした液晶パネルの照明がなされる。しかしながら、上記の面状光源においては、以下に述べるような問題点がある。図１２はＬＥＤ１０２の発光のスペクトルを示す図であり、（ａ）は通常の白色光源と認められるもののスペクトルＨ１を示し、（ｂ）は青みがかった白色光源のスペクトルＨ２を示す。ここで、横軸は波長を示し、６２５ｎｍの前後がＲの領域、５６０ｎｍの前後がＧの領域、４５０ｎｍの近傍がＢの領域である。縦軸はスペクトルの相対強度を示す。
【０００６】図１３はＬＥＤ１０２のような白色を目的としたＬＥＤの発光の色度を示すＣＩＥ色度図である。ここで、ｘはＲの割合を、ｙはＧの割合を示す。そして、図には示していないが、ｚをＢの割合としたとき、常にｘ＋ｙ＋ｚ＝１・・・・（１）
の関係があるとしている。Ｃ０はＲ，Ｇ，Ｂの成分比が１：１：１である色度の点を示し、この場合，座標は略ｘ＝０．３３，ｙ＝０．３３，（ｚ＝０．３３）となっている。C０の近傍においてその周りを囲んだ破線の内側の領域Ｓの範囲は通常の白色と認められる色度を有し、図１１（ａ）のスペクトル分布Ｈ１の場合の色度はこの領域に含まれる。白色を目的としたＬＥＤはその発光の色度が前記の領域Ｒに入ることを目標に製造されるのであるが、実際の製品はその特性がばらつき、発光の色度が領域Ｓからかなり外れることが少なくない。
【０００７】図１２（ｂ）に示すスペクトルＨ２を生ずるＬＥＤの場合その一例であり、この場合は、Ｒ、Ｇに比較してＢの成分がかなり大きいので、（１）式からもわかるように、ｘ、ｙがともに減少し、色度を示す点は領域Ｓから図上で左下側にずれ、点Ｃ２の位置となっている。この位置の色度においては、通常の白色とは認められず、青みがかった白色として認識される。ところで、照明光１０５は図１０に示すように、ＬＥＤ１０２の発光が無色透明の導光板１０１を透過して生ずるので、照明光１０５のスペクトルはＬＥＤ１０２の発光のスペクトルと同じになる。従って、前記スペクトルＨ２を生ずるＬＥＤの場合は照明光のスペクトルもＨ２と同じとなり、照明光は通常の白色光とならず、青みがかった白色光となる。よって、この場合は通常の白色の照明を目的とする面状光源１１０の目的を達成することはできず、パネル１０７に関し期待された表示の品位を満足することができない。
【０００８】上記のように、ＬＥＤ等の発光源と導光板を有する簡単な構成のエッジライト方式の面状光源において、導光板から射出する照明光の波長成分のスペクトルが、発光源のスペクトルにより決められてしまう。発光源として白色を目的としたＬＥＤ等を使用した場合、その特性の不可避なばらつきにより、発光源の発光はＲ，Ｇ，Ｂの色バランスがくずれ、所望のとおりの通常の白色光からずれたスペクトルを有するものとなることが多く、そのスペクトルがそのまま照明光のスペクトルとなるため、照明光には白色以外の色が若干混じり、所望の白色光の照明を得ることができない場合が少なくない。そこで、本発明は、白色照明を目的とした上記面状光源の照明光におけるかかる色バランスのくずれを改善することを課題とするものである。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規の特徴は本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するためにその第１の手段として本発明は、発光光源および導光板を有し、発光光源からの光を導光板により光路変換してその主面から照明対象物に対し面状の照明光を出射する面状光源において、前記発光光源は複数の波長成分よりなる発光色で発光し、該面状光源は、光のスペクトルを補正する色補正部品を備え、該色補正部品により前記発光光源の発光のスペクトルを所望のスペクトルに補正して前記面状の照明光として出射することを特徴とする。
【００１０】上記の課題を解決するためにその第２の手段として本発明は、前記第１の手段において、前記色補正部品の透光特性の色調は前記発光光源の発光色の色調に対し略補色関係にあることを特徴とする。
【００１１】上記の課題を解決するためにその第３の手段として本発明は、前記第１の手段又は第２の手段において、前記色補正部品は着色された半透明材よりなる前記導光板であることを特徴とする。
【００１２】上記の課題を解決するためにその第４の手段として本発明は、前記第１の手段又は第２の手段において、前記色補正部品は着色された半透明材よりなる前記導光板であることを特徴とする。
【００１３】上記の課題を解決するためにその第５の手段として本発明は、前記第１の手段又は第２の手段において、前記色補正部品は透明材よりなる前記導光板と前記照明対象物の間に配設されたカラーフィルタであることを特徴とする。
【００１４】上記の課題を解決するためにその第６の手段として本発明は、前記第１の手段乃至第５の手段のいずれかにおいて、前記発光光源は白色光源又は白色に近い光源であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、図面に基づいて本発明の第１の実施の形態に係る面状光源について説明する。図１は本実施の形態に係るエッジライト方式の面状光源の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図１において、１０は面状光源であり、導光板１と発光源としてＬＥＤ２を有している。導光板１は後述する色に着色された半透明なプラスチック材等よりなり、板状で略直方体形状をしており、その一方の主面を光出射面１ｂとし、該光出射面１ｂと対向する面には、発光源からの光を前記光出射面１ｂに向けて光を反射させるための手段として、その表面に複数の微小なシボ又は複数個の半球状ドット等を有する光拡散面１ａが形成されている。
【００１６】ＬＥＤ２はＬＥＤ基板３に支持されて導光板１の側面に対向する位置に配設され、図示しない駆動回路より所定の電流が供給されて、後述するような白色を目的とした光を発光、射出する。ＬＥＤ２からの射出光は導光板１に入り、大部分の光は上面である光出射面１ｂで全反射、下面である光拡散面１ａでは全反射又は乱反射を１回又は複数回行った後に上面である光出射面１ｂより外部に出射する。外部に出射した光は照明光５として液晶パネル７を背後より照明する。なお、前記照明する面内の輝度の均一性を確保するために上記下面内のシボの粗さを調整したり、半球状ドットの形状、密度を場所により変えたりする。
【００１７】次に図２は前記導光板１の着色のスペクトルＨ１１を示す図であり、図３は前記ＬＥＤ２の発光のスペクトルＨ２および前記照明光５のスペクトルＨ２１を示す図であり、図４は前記ＬＥＤ２の発光および照明光５等の色度を示すＣＩＥ色度である。図３の実線に示すように本実施の形態のＬＥＤ２の発光のスペクトル分布はＨ２は従来例においてすでに説明した図１１（ｂ）のＨ２に示すＬＥＤ１０２の発光のスペクトルと同一のスペクトルとなっている。そして、ＬＥＤ２の発光の図４のＣＩＥ色度図における座標の位置Ｃ２は従来例においてすでに説明した図１２に示すＣ２の位置と同じであり、目標領域Ｓから左下方にずれている。図３のＨ２および図４のＣ２に示すように、本実施の形態におけるＬＥＤ２の発光のＲ、Ｇ、Ｂのバランスは十分ではなく青みがかった白色の発光をする。しかし、本実施の形態においては、図１０に示す従来例のような無色透明の導光板（１０１）ではなく、導光板１として図２のＨ１１に示すような白っぽい黄色に着色された半透明な部材（プラスチック等）を用いている。
【００１８】導光板１の前記スペクトルＨ１１は４５０ｎｍ付近のＢ成分よりも６００ｎｍ前後のＹ（イエロー）成分（又は６２５ｎｍ付近のＲ成分および５６０ｎｍ付近のＧ成分）が高くなっている。このため、光のＢ成分の透過率がＹ成分は透過率を下回ることになり、図３のＨ２に示すＬＥＤ２の発光のスペクトルは、導光板１を透過することにより、そのフィルター作用により、Ｂ成分が低減されてＨ２１に示すスペクトルに補正された照明光５として出射する。かかるフィルター作用を一般的に述べるならば、Ｒ、Ｇ、Ｂの比率がｒ１：ｇ１：ｂ１である入射光が着色のＲ、Ｇ、Ｂの比率がｒ２：ｇ２：ｂ２ｂであるフィルターを透過した場合、出射光におけるＲ、Ｇ、Ｂの比率は減法混色の原理によりＲ：Ｇ：Ｂ＝ｒ１×ｒ２：ｇ１×ｇ２：ｂ１×ｂ２・・・・（２）
となる。本例の場合はフィルターのｒ２：ｇ２：ｂ２は図２のＨ１１に示すように略１：１：０．８となっているので出射光（図３のＨ２１に対応）おけるＲ、Ｇ、Ｂの比率は（２）式よりＲ：Ｂ：Ｇ＝ｒ１：ｇ１：０．８×ｂ１となり、Ｈ２１に示すように入射光（Ｈ２に対応）と比較してＲ、Ｇの成分は変わらず、Ｂの成分のみが減少している。
【００１９】このようにして照明光５のスペクトルＨ２１においてはＲ、Ｇ、Ｂのバランスが改善されその色度図上の位置は前記のＣ２から、通常の白色と認められる領域Ｓ内の点Ｃ２１に移動する。C２１は図上ではC２から見て右上の方向にあるが、これはＢ成分の減少により、右上方向に移動したものである。一方、導光板１の着色のＲ、Ｇ、Ｂの上記した成分比（１：１：０．８）から、式（１）により求めた色度図上の位置は、図４のＣ１１となる。この点は色バランスの良好な点Ｃ２１から更に右上の方向に移動した位置となる。すなわち、ＬＥＤ２の発光の色の成分比とフィルターとしての導光板１の着色の色の成分比は略反対となっており、互いに補色関係にあると言える。特にＢの成分比については完全に反対となっている。このように、本実施の形態においては、青みがかった白色のＬＥＤ２の発光に対し、フィルターの作用をなす半透明の導光板１の着色を前記発光の色と補色関係にある白みがっかた黄色とすることにより、色バランスが補正改善され、通常の白色光と認められる照明光５を発することができる。
【００２０】以下に図面を参照して本発明の第２の実施の形態に係る面状光源につき説明する。本実施の形態は図１に示す第１の実施の形態と形状的な構成およびＬＥＤ２の発光のスペクトルは同様であり、導光板１の着色のスペクトルのみが異なる。ここで、図５は本実施の形態に係る導光板１の着色のスペクトルＨ１２を示す図であり、図６はＬＥＤ２の発光のスペクトル特性Ｈ２および照明光５のスペクトルＨ２２を示す図である。図６に示すようにＬＥＤ２の発光のスペクトルＨ２は図３に示すＬＥＤ２の発光のスペクトルＨ２同じであるが、図５に示す導光板の着色のスペクトルＨ１２は図２に示す第１の実施例における導光板の着色のスペクトル特性Ｈ１１と比較するとＧの成分よりもＲの成分が大となっており、赤みがかった黄色となっている。
【００２１】すなわち、本実施の形態においては、導光板１におけるＲ、Ｇ、Ｂの比率ｒ２、ｇ２、ｂ２については、ｒ２＞ｇ２＞ｂ２の関係がある。そして、ＬＥＤ２の発光の成分比ｒ１、ｇ１、ｂ１については図６のＨ２に示すようにｒ１＜ｇ１＜ｂ１の関係がある。すなわち、色バランスのずれの性質がＲ、Ｇ、Ｂのすべてについて導光板のスペクトルＨ１２とＬＥＤのスペクトルＨ２とでは逆となっており、略完全な補色関係にある。ＬＥＤ２の発光は導光板１を透過することにより、（２）式に示す減法混色の原理により補正され、Ｒ、Ｇ、Ｂの比率が略１：１：１である照明光５となる。ここで照明光５は略完全な白色でありその色度は、図４の色度図においてはC０に略一致する。このように本実施の形態においては、ＬＥＤの発光と略完全な補色関係にあるスペクトル特性を有する導光板を用いることにより、略完全な白色の照明光を得ることができる。
【００２２】以下に本発明の第３の実施の形態に係る面状光源につき図面を参照して説明する。本実施の形態は図１に示す第１の実施の形態と形状的な構成は同様であるが、ＬＥＤ２の発光のスペクトルおよび導光板１の着色のスペクトルが異なる。ここで、図７は本実施の形態に係る導光板１の着色のスペクトル特性Ｈ１３を示す図であり、図８はＬＥＤ２の発光のスペクトル特性Ｈ３および照明光５のスペクトル特性Ｈ２３を示す図である。図８のＨ３に示すように本実施の形態の発光源であるＬＥＤ２の発光はGの成分とBの成分を有し、C（シヤン）の色調となっている。ここで、本実施の形態は、かかる発光源２の発光からＧの色の照明光５を得ることを目的とする。そこで、図７に示すように本実施の形態の導光板１の着色のスペクトルＨ１３はＲとGの範囲で高くなっており、導光板１はY（イエロー）に着色された状態となっている。これにより、Cの色調の発光はこれと補色関係にあるYの色調の導光板を透過することにより、すでに説明した減法混色の原理により、色の補正がなされ、図８のＨ２３のスペクトルに示すように所望の色であるGの色の照明光５を得ることができる。このように、本発明によれば、着色された導光板を用いることにより、複数の波長成分を有する発光源から白色に限らず発光源の成分に含まれる所望の色の照明光を得ることができる。
【００２３】以下に図面に基づいて本発明の第４の実施の形態および第５の実施の形態に係る面状光源につき説明する。図９は本発明の第４の実施の形態を示す断面図である。図９において、４は薄板状又は膜状のカラーフィルターであり、発光源であるＬＥＤ２のスペクトルと略補色関係にあるスペクトルの色に着色された半透明な材料よりなる。導光板１は図１に示したものと形状的には同様であるが、着色はされておらず、無色透明な材料よりなる。前記カラーフィルター４は導光板１と照明対象物である液晶パネル７の間に配置される。本例では便宜上カラーフィルター４を導光板１に密着させているが、かならずしも密着させる必要はない。本実施の形態においては、導光板１に入射したＬＥＤ２の発光はここで、すでに説明した原理により光路変換されるが、この間に色補正は行われない。光路変換された光はカラーフィルター４に入射しここで、第１、第２、第３の実施の形態においてすでに説明したのと同様の原理により色補正が行われ、フィルター板４から白色をはじめ所望の色の照明光５が出射する。
【００２４】図１０は本発明の第５の実施の形態を示す断面図である。図１０において、４は薄板状又は膜状のカラーフィルターあり、発光源であるＬＥＤ２のスペクトルと略補色関係にあるスペクトルの色に着色された半透明な材料よりなる。導光板１は図１に示したものと形状的には同様であるが、着色はされておらず、無色透明な材料よりなる。前記カラーフィルター４は導光板１とＬＥＤ２の間に配置される。本例では便宜上カラーフィルター４を導光板１に密着させているが、かならずしも密着させる必要はない。本実施の形態においてはＬＥＤ２の発光はまずカラーフィルター４に入射し、ここで、第１、第２、第３の実施の形態においてすでに説明したのと同様の原理により色補正が行われ所望の色の光となって導光板１に入射し、光路変換されて、導光板１から所望の色の照明光が出射する。このように、上記の第４の実施の形態および第５の実施の形態においては、色のフィルター部材として導光板とは別個のカラーフィルターを用いているが、発光源であるＬＥＤの発光のスペクトルが種種ばらつく場合には、これを補正するフィルタ部材の着色も様々なものを準備しておく必要があるので、専用のカラーフィルターを用いることにより、部品点数は増えるが、対応が容易になるという利点がある。
【００２５】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によればＬＥＤ等の発光源と導光板を有する簡単な構成のエッジライト方式の面状光源において、着色した導光板等のフィルター手段を用いることにより、発光源のスペクトルを補正して白色等の所望の色の照明光を出射させることができる。これにより、ＬＥＤ等の製品のスペクトル特性の不可避なばらつきにより、所望とする白色等の発光が得られない場合でも、フィルター手段により発光源の色バランスを補正して所望の色の照明光を得ることが可能となった。

【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１２年１１月６日（２０００．１１．６）
【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２００２－１５０８２１（Ｐ２００２－１５０８２１Ａ）
【公開日】	平成１４年５月２４日（２００２．５．２４）
【出願番号】	特願２０００－３３８２４５（Ｐ２０００－３３８２４５）