JP2005135760A - 面光源装置およびこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ライトパイプレス方式のバックライトでは、入光部の凸凹とＬＥＤの位置によっては、導光体内部の光線分布に偏りが生じる場合があり、これを防ぐために個々のＬＥＤの位置を微調整して固定する必要があった。
【解決手段】 本発明の面光源装置は、入光部にプリズムを形成した導光体と、光源を固定する筐体を備えており、筐体に入光部のプリズムアレイの凸凹にはまり込むような形状の位置決め部位を設ける構成とした。
【選択図】 図１

Description

この発明は、非自発光型の表示素子を照明するバックライトとして利用される面光源装置に関し、特に、導光板の一側面から光源光を入射するサイドライト型面光源装置に関する。

携帯電話やＰＤＡ（パーソナルデータアシスタント）用の表示装置として、透過型あるいは半透過型の液晶表示装置が多用されている。液晶表示装置の構成部材である液晶素子は、自ら発光しないため、画像を観察するための照明手段が必要である。このため、通常、液晶素子の背面に面状の照明装置（面光源装置）を配設され、液晶表示装置が構成されている。この面光源装置は、たとえば、放電管等の線光源やＬＥＤ等の点光源を面状の光に変換する機構とされている。携帯電話やＰＤＡの液晶表示装置においては、薄いことが重要な要件の一つであり、これを実現するために導光体を利用した面光源装置が多く使われている。具体的には、アクリルやＰＣ（ポリカーボネート）等の透明樹脂材料を導光体とし、その側面に1個ないし複数個のＬＥＤ光源を配置し、ＬＥＤの光を導光体の上面全体から出射する方式が代表的であり、こうした方式を用いた面光源装置はサイドライト（エッジライト）型バックライトと呼ばれている。

近年、画像の高微細化およびカラー化により、より高輝度、高コントラストの面光源装置が必要になるとともに、消費電力の増加は避けなければならないという二律背反した要求がなされるようになってきた。こうした中で、光源の光を、いかに効率良く、むら無く面状に発光させるかという点で、様々な工夫が成されてきた。

特に、ＬＥＤ等の点光源を光源として用いる場合は、点光源光を面光源光と同様な一様な発光分布を有する光に変換して導光体内に入射させるための工夫が必要であった。

点光源光を一様な発光分布を有する光に変換するための手段として、導光体とは別に導光手段を用意し、そこに点光源を備えるという方法がある。こうした用途の導光手段としてライトパイプが知られている。点光源光はライトパイプ内で拡散され、ライトパイプの出光面から均一な発光分布を持つ光として導光体に向けて出射される（例えば特許文献１参照）。このようなライトパイプ式バックライトの代表的な構造を図３に示す。図示するように、ライトパイプ２０３は直方体をしており、導光体２０１の入光面とライトパイプの出光面が対向するように設置される。ライトパイプの短辺の一方にＬＥＤ２０２が固定される。ライトパイプ２０３はＬＥＤ２０２から離れるに従い、長辺方向の厚みが減少していく。ライトパイプの出光面と対向する面には拡散プリズムアレイ２０４が形成される。導光体２０１の下面にはプリズムアレイ２０５が形成され、その下方には反射板２０６が設置される。ＬＥＤ２０２から放射される光は、ライトパイプ内を全反射しながら進み、拡散プリズムアレイ２０４により、拡散プリズムアレイの反対側の長辺側面方向、すなわちライトパイプ２０３の出光面方向へ反射される。拡散プリズムアレイの形状を最適化することにより、ライトパイプの出光面から均一な光線分布を持つ光の出光が可能となる。このようなライトパイプを利用する場合、部品点数が増え、コストアップにつながる。こうしたコストアップを避けるため、ライトパイプを使わないで点光源光を均一な光に変換する方式が知られている（例えば、特許文献２参照）。図４に、ライトパイプを用いないライトパイプレス式バックライトの例を示す。導光体３０１の入光面側にＬＥＤ３０２が設置され、導光体３０１の入光面に入光面プリズムアレイ３０４が形成される。導光体３０１の底面にはプリズムアレイ３０３が形成される。導光体３０１の下方には反射板３０５が設置される。

ＬＥＤ３０２が放射する光は、入光面プリズムアレイ３０４により拡散しつつ、導光体３０１に入射する。入光面プリズムアレイ３０４の形状を最適にすることにより、均一な光線分布が得られることとなる。ＬＥＤからの放射角度の大きい光線はフラットな入光面では反射されるが、この方式では入光面プリズムアレイにより導光体内に入射することになるため、入射効率も高いという利点がある。
特開２００１−２８３６２２号公報 特許第３３８４４８３号公報

図４に示したようなライトパイプレス式バックライトでは、ライトパイプ式に比べ、製作コストが安いといった利点がある。しかしながら、入光面のプリズムとＬＥＤの位置によっては、導光体内部の光線分布に偏りが生じる場合があり、これを防ぐために個々のＬＥＤの位置を微調整して固定する必要があった。こうした調整は、コストアップを招き、ライトパイプが不要という利点を相殺してしまう場合があった。

上述の課題を解決するため、本願発明の面光源装置は、導光体の入光面にプリズムアレイが形成されたライトパイプレス式バックライトであって、ＬＥＤ等の光源を収容する筐体に、入光面のプリズムアレイの凸凹にはまり込むように、凸部や凹部等の形状からなる位置決め手段を設けた構成とした。このような構成により、光源の最適な位置決めが非常に簡便にできることとなり、低コストで輝度の高い面光源装置が実現できる。

本発明の面光源装置は、光学的に透明な材質の導光体と、導光体の入光面に光を出射する光源と、光源を保持する筐体と、を備え、導光体の入光面には光源からの光を拡散するための凹凸形状のプリズムアレイが形成され、筐体には入光面のプリズムアレイの凸凹にはまり込むような形状の位置決め部位が形成された構成である。さらに、筐体には、位置決め部位がプリズムアレイの凸凹に係合された状態でこのプリズムアレイとは接触しないように第二の位置決め部位が設けられている。さらに、位置決め部位と第二の位置決め部位は、光源を挟むような位置に形成されている。

また、位置決め部位により光源が位置決めされた状態で、光源の中心がプリズムアレイのうち、特定のプリズムの山部頂角もしくは谷部頂角に一致するようにした。また、位置決め部位により前記光源が位置決めされた状態で、光源の出光面が導光体の入光面と略並行になるようにした。

さらに、位置決め部位を光学的に透明な材質で形成した。さらに、導光体の発光面、または、発光面と対向する面のいずれか一方の面には、プリズムが連続して形成された第二のプリズムアレイが形成されており、導光体の入光面から導光体の第二のプリズムアレイまでの間に、入射した光が十分拡散できるだけの光拡散帯が設けられている。

また、本発明の表示装置は、このような面光源装置と、面光源装置が発光する光を照明光とする非自発光型の表示素子を備えた構成である。

本実施例の面光源装置の概要を図１に模式的に示す。図示するように、透明基板からなる導光体１０１の側面には複数のＬＥＤ１０２が配置され、導光体１０１の底面にはプリズムアレイ１０３が形成されている。本実施例では３個のＬＥＤを使用している。プリズムアレイ１０３は、下に凸の断面三角形状を成しており、ＬＥＤ１０２からの距離が大きくなるにつれて、プリズムアレイ１０３のプリズム間ピッチが漸減するように形成されている。プリズムアレイ１０３の下方には反射板１０９が設置される。

導光体１０１のＬＥＤ１０２に相対する面、すなわち、入光面の全面には、入光面プリズムアレイ１０４が形成される。また、導光体１０１の入光面とは反対側の終端面にも、終端面プリズムアレイ１０５が形成される。入光面プリズムアレイ１０４から、プリズムアレイ１０３の最初のプリズムまでの間は、一定の間隔を空けてあり、この部分が光拡散帯１０８となる。

複数あるＬＥＤ１０２は、すべてＬＥＤ筐体１０６に収められており、ＬＥＤ筐体１０６の両端には入光面プリズムアレイ１０４の谷部頂角に合致可能な先端形状を有するナイフエッジ１０７が形成されている。ＬＥＤ光源１０２はＬＥＤ筐体１０６に形成された凹み部に精度良く位置決めされるようになっており、３個のＬＥＤ１０２の位置関係は、振動や温度変化で容易に変動することはない。

図２に、ＬＥＤ筐体１０６を導光体１０１に組み合わせて固定し、ＬＥＤ１０２を発光させた状態を示す。本構成では、ナイフエッジ１０７の一方の先端を、入光面プリズムアレイ１０４の最も外側のプリズムの谷部頂角に合致させると、他方のナイフエッジ１０７の先端は入光面プリズムアレイ１０４の外側の平坦部に接触する。このようにしてＬＥＤ筐体１０６を入光面プリズムアレイ１０４に組み合わせたときに、ＬＥＤ筐体１０６に固定されているそれぞれのＬＥＤの中心位置が、特定のプリズムの山部頂角に一致するように設計されている。さらに、すべてのＬＥＤの出光面が、入光面と平行になるように設定されている。なお、ナイフエッジ１０７の他方を入光面プリズムアレイ１０４の外側の平坦部に接触させるのは、温度変化によりＬＥＤ筐体１０６が伸縮した場合に、ナイフエッジ１０７が入光面プリズムアレイ１０４に干渉してＬＥＤ筐体１０６が曲がり、ＬＥＤ１０２の光軸が傾くことを防止するためである。

ＬＥＤ１０２から放射される光は、入光面プリズムアレイ１０４により拡散しつつ、導光体１０１に入射する。入光面プリズムアレイ１０４の形状と光拡散帯１０８の長さを最適にすることにより、光拡散帯１０８の終端部近傍では、均一な光線分布が得られることとなる。

このように、ＬＥＤ１０２を固定しているＬＥＤ筐体１０６に設けられたナイフエッジ１０７の一個を、入光面プリズムアレイ１０４の一個の谷部頂角に合致させることで、複数のＬＥＤ１０２と入光面プリズムアレイ１０４との相対位置と、ＬＥＤ１０２と導光体１０１の入光面との距離を、正確にかつ一義的に決定することができ、従来のようなＬＥＤ位置の微調整が不要となる。したがって、コストをかけずに最適なセッティングが可能となり、低コストかつ高輝度な面光源装置を実現することができる。

本実施例では、ＬＥＤ筐体１０６を入光面プリズムアレイ１０４に組み合わせると、個々のＬＥＤ１０２の中心が入光面プリズムアレイのうちの、あるプリズムの山部頂角と一致する例を示したが、ＬＥＤ１０２の中心が入光面プリズムアレイ１０４のうちの、あるプリズムの谷部頂角と一致するように設定することも可能である。また、導光体には、アクリル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）などの透明樹脂材料が利用できる。ＬＥＤ筐体１０６は、熱膨張による影響を考慮すると、導光体１０１と同じ材質であることが望ましいが、樹脂以外の材料も使用可能である。

本発明の面光源装置により、ＬＥＤの最適な位置決めが非常に簡便にできることとなり、低コストで輝度の高い面光源装置を提供することが可能となる。また、この面光源装置を表示素子の照明に用いることができる。

本発明の面光源装置の概要を示す模式図である。 本発明の面光源装置の光源近傍を模式的に示す部分拡大図である。 従来のライトパイプ式バックライトの一例を示す模式図である。 従来のライトパイプレス式バックライトの一例を示す模式図である。

符号の説明

１０１ 導光体
１０２ ＬＥＤ
１０３ 第二のプリズムアレイ
１０４ プリズムアレイ
１０５ 終端面プリズムアレイ
１０６ ＬＥＤ筐体
１０７ ナイフエッジ
１０８ 光拡散帯
１０９ 反射板

Claims (9)

1. 光学的に透明な材質の導光体と、前記導光体の入光面に光を出射する光源と、前記光源を保持する筐体と、を備えるとともに、
   前記導光体の入光面には前記光源からの光を拡散するための凹凸形状のプリズムアレイが形成され、前記筐体には前記入光面のプリズムアレイの凸凹にはまり込むような形状の位置決め部位が形成されたことを特徴とする面光源装置。
2. 前記位置決め部位が前記プリズムアレイの凸凹に係合された状態で、前記プリズムアレイとは接触しないような第二の位置決め部位が前記筐体に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記位置決め部位と前記第二の位置決め部位が、前記光源を挟むような位置に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の面光源装置。
4. 前記位置決め部位により前記光源が位置決めされた状態で、前記光源の中心が、前記プリズムアレイのうち、特定のプリズムの山部頂角もしくは谷部頂角に一致することを特徴とする請求項２または３に記載の面光源装置。
5. 前記位置決め部位により前記光源が位置決めされた状態で、前記光源の出光面が、前記導光体の入光面と略並行になることを特徴とする請求項２または３に記載の面光源装置。
6. 前記位置決め部位が、光学的に透明な材質で形成されたことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の面光源装置。
7. 前記筐体には複数の光源が保持されたことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の面光源装置。
8. 前記導光体の発光面、または、前記発光面と対向する面のいずれか一方の面は、プリズムが連続して形成された第二のプリズムアレイを備えており、前記導光体の入光面から前記第二のプリズムアレイの位置までの間に、前記光源からの光が十分拡散するような光拡散帯が設けられていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の面光源装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の面光源装置と、前記面光源装置が発光する光を照明光とする非自発光型の表示素子を備えることを特徴とする表示装置。

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