面発光装置

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【発明の名称】	面発光装置
【発明者】	【氏名】帖佐佳彦【氏名】勝田浩人【氏名】徳富真治
【要約】	【課題】面発光装置において、輝度を高め、輝度ムラおよび色度ばらつきをなくし、実装スペースの削減、工数の低減を図ることを目的とする。【解決手段】白色発光ダイオード２，３，４が発する光を導入する導光部９と、導光部９から入射した光を面方向へ導く反射部１０と、反射部１０で反射した光を放出する光放出部１１とを有する導光板５と、導光板５の角部に互いに近接して配置された複数の白色発光ダイオード２，３，４とを備えた面発光装置１において、導光部９に、白色発光ダイオード２，３，４が発する光を導入して反射部１０の一点に集光する凸レンズ部１２を設けた。

【特許請求の範囲】
【請求項１】発光素子が発する光を導入する導光部と、前記導光部から入射した光を導光板面方向へ導く反射部と、前記反射部で反射した光を放出する光放出部とを有する導光板と、前記導光板の角部に互いに近接して配置された複数の発光素子とを備えた面発光装置において、前記導光部に、複数の前記発光素子が発する光を導入して前記反射部の一点に集光する凸レンズ部を設けたことを特徴とする面発光装置。
【請求項２】発光素子が発する光を導入する導光部と、前記導光部から入射した光を導光板面方向へ導く反射部と、前記反射部で反射した光を放出する光放出部とを有する導光板と、前記導光板の角部に互いに近接して配置された複数の発光素子とを備えた面発光装置において、前記発光素子と前記導光部との間に、複数の前記発光素子が発する光を前記反射部の一点に集光する凸レンズ部を配置したことを特徴とする面発光装置。
【請求項３】前記反射部で反射された光の前記導光板面方向の拡散範囲の中心線と、前記導光板面方向の縦二等分線との交差角度が２５度～４５度である請求項１または２記載の面発光装置。
【請求項４】複数の前記発光素子が、赤色発光素子、緑色発光素子および青色発光素子である請求項１または２記載の面発光装置。
【請求項５】前記凸レンズ部を、前記発光素子の透明封止材で形成した請求項２記載の面発光装置。
【請求項６】前記反射部に、前記導光部から入射した光を散乱して導光板面方向へ導くための粗面化処理を施した請求項１～３のいずれかに記載の面発光装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話などの携帯機器類の表示部を照明するために用いられる面発光装置に関し、特に、発光ダイオードなどの発光面積が微小な発光素子を用いた面発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】携帯電話などの液晶表示装置のバックライトとして用いられる面発光装置においては、その光源として、小型で消費電力も小さいチップ型の発光ダイオードが使用されている。最近では、各種携帯情報端末機器や携帯音響機器、デジタルカメラ、ビデオカメラなどの携帯機器においても、小型化、電池寿命の延長、耐衝撃性の向上などを図るため、光源が冷陰極管から発光ダイオードへと移行している。
【０００３】ここで、図５を用いて、従来の面発光装置について説明する。図５（ａ）は従来の面発光装置を示す正面図、図５（ｂ）は同図（ａ）におけるＸ－Ｘ線断面図である。図５において、５０はホルダ、５１は導光板、５２は白色発光ダイオードである。図５に示すように、従来の面発光装置では、導光板５１の一方の端部に、３個の白色発光ダイオード５２が一定間隔をおいて配置され、これらの白色発光ダイオード５２を同時に発光させることによって、導光板５１全体を明るく照らす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図５に示すように、従来の面発光装置では、光源として、３個の白色発光ダイオード５２が間隔をおいて配列されているため、それぞれの白色発光ダイオード５２の特性（輝度、色度）が互いに揃っていないと、輝度ムラや色度のばらつきが生じる。また、従来の面発光装置は、複数個の白色発光ダイオード５２が使用されているため、比較的広い実装スペースを必要とし、実装数も多く、製造工程における工数増加の一因となっている。
【０００５】このような状況に対処するため、導光板の一つの角部に設けられた光導入部に複数の発光素子を近接して配置した面照明装置およびこれを用いた表示装置などが開発され、特許公開２０００－２６０２１７号公報（特願平１１－０６６４１８号）などにおいて開示されている。
【０００６】ところが、前記公報に開示されている面照明装置は、輝度ムラ改善のために、光反射部を光源近傍を中心に扇形状に広がった曲面としたり、あるいは、光源としての発光ダイオードの光出射部に略凹状のレンズを配置した構造としているので、２個以上の白色発光ダイオードの発する光は完全に混じり合うことがなく、各々光反射部で反射される。したがって、２個以上の発光ダイオードの色度が互いに揃っていない場合は、輝度ムラおよび色度ばらつきの原因となっている。
【０００７】そこで、本発明は、このような面発光装置において、輝度を高め、輝度ムラおよび色度ばらつきをなくし、実装スペースの削減、工数の低減を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の面発光装置は、発光素子が発する光を導入する導光部と、導光部から入射した光を導光板面方向へ導く反射部と、反射部で反射した光を放出する光放出部とを有する導光板と、導光板の角部に互いに近接して配置された複数の発光素子とを備えた面発光装置において、導光部に、複数の前記発光素子が発する光を導入して反射部の一点に集光する凸レンズ部を設けたものである。
【０００９】本発明によれば、面発光装置の輝度を高め、輝度ムラおよび色度ばらつきをなくし、実装スペースの削減、工数の低減を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、発光素子が発する光を導入する導光部と、前記導光部から入射した光を導光板面方向へ導く反射部と、前記反射部で反射した光を放出する光放出部とを有する導光板と、前記導光板の角部に互いに近接して配置された複数の発光素子とを備えた面発光装置において、前記導光部に、複数の前記発光素子が発する光を導入して前記反射部の一点に集光する凸レンズ部を設けたものであり、複数の発光素子が発した複数の光は、導光部に導入され凸レンズ部で屈折して反射部の一点に集光され、ここで混合、反射された混合光が導光板の面方向へ導かれて光放出部から外部へ放出される。
【００１１】請求項２に記載の発明は、発光素子が発する光を導入する導光部と、前記導光部から入射した光を導光板面方向へ導く反射部と、前記反射部で反射した光を放出する光放出部とを有する導光板と、前記導光板の角部に互いに近接して配置された複数の発光素子とを備えた面発光装置において、前記発光素子と前記導光部との間に、複数の前記発光素子が発する光を前記反射部の一点に集光する凸レンズ部を配置したものであり、複数の発光素子が発した複数の光は、前記凸レンズ部によって、反射部の一点に向かうように屈折して導光部に導入され、反射部の一点に集光され、ここで混合、反射された混合光が導光板の面方向へ導かれて光放出部から外部へ放出される。
【００１２】請求項３に記載の発明は、前記反射部で反射された光の前記導光板面方向の拡散範囲の中心線と、導光板面方向の縦二等分線との交差角度を２５度～４５度としたものであり、光源の発する光を光放出部全体に均一に導くことができるいう作用を有する。
【００１３】請求項４に記載の発明は、複数の前記発光素子を、赤色発光素子、緑色発光素子および青色発光素子としたものであり、これらの発光素子が発する赤色光、緑色光および青色光が導光部で互いに混合されることで導光板の光放出部から白色光を放出する。また、これらの発光素子を１つまたは２つ組み合わせて発光させることで、その他の色の光を放出することもできる。
【００１４】請求項５に記載の発明は、前記凸レンズ部を、前記発光素子の透明封止材で形成したものであり、複数の発光素子が発した光が凸レンズにより集光されることで互いに混合されるという作用を有する。
【００１５】請求項６に記載の発明は、前記反射部に、前記導光部から入射した光を散乱して導光板面方向へ導くための粗面化処理を施したものであり、反射部で集光、混合された光を光放出部全体に均一に導くという作用を有する。
【００１６】以下、本発明の実施の形態について図１から図４を用いて説明する。
【００１７】（実施の形態１）図１は実施の形態１に係る面発光装置１を示す水平断面図であり、図２は図１におけるＡ－Ａ線断面図である。図１，２において、２，３，４はそれぞれ白色発光ダイオード、５は導光板、６は反射シート、７は液晶パネル、８はホルダであり、９は白色発光ダイオード２，３，４が発する光を導入する導光部、１０は導光部９から入射した光を面方向へ導く反射部、１１は反射部１０で反射した光を放出する光放出部である。
【００１８】また、導光部９の白色発光ダイオード２，３，４側には、これら白色発光ダイオード２，３，４側へ球面状に突出した凸レンズ部１２が設けられている。導光板５の材質は、メタクリル樹脂やポリカーボネイト樹脂などの光透過率の高い有機合成樹脂やガラスが好適であるが、本実施形態では、金型による射出成型が可能で、形状の自由度や量産性に優れ、光透過率の高いメタクリル樹脂を用いている。なお、反射シート６は表面に酸化チタンなどが混入された白色のＰＥＴで形成されている。
【００１９】白色発光ダイオード２，３，４は、導光板５の角部に互いに近接して配置されており、エポキシ樹脂である透明封止材１４によって基板１３上に封止されている。これらの白色発光ダイオード２，３，４が発するそれぞれの光は、凸レンズ部１２を経由して導光部９に導入されるが、凸レンズ部１２を通過する際に屈折して反射部１０の一点に集光し、ここで３つの光が混合、反射され、導光板５の面方向へ導かれていき、光放出部１１から導光板５の表面側、すなわち液晶パネル７側へ放出される。また、導光板５の裏面側へ放出された光は反射シート６で反射され、液晶パネル７側へ放出される。
【００２０】このように、３個の白色発光ダイオード２，３，４を導光板５の角部に互いに近接させて配置するとともに、３つの光を反射部１０に集光する凸レンズ部１２を設けているため、輝度ムラや色度ばらつきが発生せず、面発光装置１の輝度も高まる。また、３個の白色発光ダイオード２，３，４を互いに近接させて配置することで、実装数が減少するので、実装スペースの削減および工数の低減を図ることができる。本実施形態では、導光部９に凸レンズ部１２を設けているため、複数の白色発光ダイオード２，３，４が発した複数の光は凸レンズ部１２によって反射部１０の一点に向かうように屈折して導光部９に導入され、反射部１０の一点に集光され、ここで混合、反射された混合光が導光板５の面方向へ導かれて、光放出部１１から外部へ放出される。
【００２１】また、反射部１０で反射された光の導光板５の面方向の拡散範囲Ｂの中心線Ｃと、導光板５の面方向の縦二等分線Ｄとの交差角度Ｒを３７度としているため、光源の発する光を光放出部１１全体に均一に導くことができる。
【００２２】（実施の形態２）図３は実施の形態２に係る面発光装置１５を示す部分断面図である。なお、図３において、実施の形態１に係る面発光装置１の構成部材と同じ機能、効果を発揮する部材については図１，２と同じ符号を付して説明を省略する。
【００２３】面発光装置１５は、導光板５の角部に互いに近接して３個の白色発光ダイオード２，３，４が配置され、導光板５には、これらの白色発光ダイオード２，３，４が発する白色の光を導入する導光部９と、導光部９から入射した光を面方向へ導く反射部１０と、反射部１０で反射した光を放出する光放出部１１などが設けられている。また、白色発光ダイオード２，３，４と導光部９との間には、３個の白色発光ダイオード２，３，４が発する白色の光を反射部１０の一点に集光する凸レンズ部１６が設けられている。凸レンズ部１６は、白色発光ダイオード２，３，４を基板１３上に封止する透明封止材１４の表面を導光部９側へ球面状に突出させることによって形成されている。なお、透明封止材１４は、エポキシ樹脂である。
【００２４】複数の白色発光ダイオード２，３，４が発した複数の白色光は、凸レンズ部１６を通過する際に反射部１０の一点に向かうように屈折して導光部９に導入され、反射部１０の一点に集光され、ここで混合、反射された白色光が導光板５の面方向へ導かれて光放出部１１から液晶パネル７側へ放出される。
【００２５】このような構成とすることにより、前述した面発光装置１と同様の機能、効果を発揮するが、特に、本実施形態では、透明封止材１４に凸レンズ部１６を設けているため、白色発光ダイオード２，３，４が発した光の利用効率が高く、集光効果が大きくなり、面発光装置１５の輝度が高まり、輝度ムラおよび色度ばらつきが少なくなるという効果がある。
【００２６】（実施の形態３）図４は実施の形態３に係る面発光装置２０を示す部分断面図である。なお、図４において、実施の形態１に係る面発光装置１の構成部材と同じ機能、効果を発揮する部材については図１，２と同じ符号を付して説明を省略する。
【００２７】本実施形態の面発光装置２０では、導光部９から入射した光を散乱して導光板５の面方向へ導くための粗面化処理を反射部１０に施して、微細な凹凸を有する粗面１０ａを形成している。このような構成とすることにより、反射部１０の一点に集光した光が粗面１０ａでさらに乱反射、混合され、光放出部１１全体に均一な光が導かれることとなるため、面発光装置２０は、発光面内での輝度ムラや色度ばらつきが極めて少ないものとなる。
【００２８】
【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によれば、面発光装置の輝度を高め、輝度ムラおよび色度ばらつきをなくし、実装スペースの削減、工数の低減を図ることができるという有利な効果が得られる。
【００２９】請求項２に記載の発明によれば、面発光装置の輝度を高め、輝度ムラおよび色度ばらつきをなくし、実装スペースの削減、工数の低減を図ることができるという有利な効果が得られる。
【００３０】請求項３に記載の発明によれば、輝度ムラおよび色度ばらつきがさらに少なくなるという有利な効果が得られる。
【００３１】請求項４に記載の発明によれば、輝度ムラおよび色度ばらつきのない白色光あるいは有色光を放出することができるという有利な効果が得られる。
【００３２】請求項５に記載の発明によれば、面発光装置の輝度が高まり、輝度ムラおよび色度ばらつきが少なくなるという有利な効果が得られる。
【００３３】請求項６に記載の発明によれば、輝度のばらつきをさらに小さくすることができるという有利な効果が得られる。

【出願人】	【識別番号】０００００５８２１【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【出願日】	平成１３年３月１４日（２００１．３．１４）
【代理人】	【識別番号】１０００９７４４５【弁理士】【氏名又は名称】岩橋文雄（外２名）
【公開番号】	特開２００２－２７００２３（Ｐ２００２－２７００２３Ａ）
【公開日】	平成１４年９月２０日（２００２．９．２０）
【出願番号】	特願２００１－７２２２３（Ｐ２００１－７２２２３）