JP2008123973A - 面状光源装置および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、明るさの均一性と面状光源装置の小型化（薄型化も含む）とを両立することができる面状光源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係わる面状光源装置は、導光体４、および水平点光源３を備えている。導光体４には、表示領域となる領域内に窪み（もしくは穴）４ａを有する。水平点光源３は、導光体４の光出射面４ｂに対して、略平行な方向に指向性を有する光を出射する。また水平点光源３は、窪み４ａ内（もしくは穴内）に複数個配置される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、面状光源装置および、当該面状光源装置をたとえばバックライトとして備える液晶表示装置に係る発明である。

導光体を使用した面状光源装置として、たとえば次のような構成の物が既に存在している。

導光体側面にＣＣＦＬ（冷陰極蛍光ランプ）等の線状光源、あるいはＬＥＤ（発光ダイオード）等の点状光源を配置し、導光体へ入射した光を当該導光体背面に設けられた光拡散板により、所望の輝度分布に調整された光を表示面より出射させる面状光源装置が存在する。

また、導光体に形成された窪みにあるいは穴に光源を配置し、当該導光体の背面側および／または表示面側に光調整用のパターンを設けることにより、所望の輝度分布に調整された光を表示面より出射させる面状光源装置が存在する（特許文献１，２）。

特開平１０−８２９１５号公報 実開昭６０−１６３１４１号公報（第１図）

しかし、上記のように、導光体側面に線状光源や点状光源を配置した構造の場合には、光源が表示領域外に配置される。したがって、面状光源装置の外形が大きくなるという問題が生じる。

また、導光体側面（つまり表示領域外）に点光源を配置した場合には、均一な明るさ（特に当該点光源近傍において均一な明るさ）を得ることが難しい。均一な明るさを得るためには、表示領域からより離れた位置に点光源を配置する必要が生じる。しかし、このように位置に点光源を配置した場合には、さらに面状光源装置が大きくなるという問題が生じる。

これに対して、特許文献１，２に開示されている技術では、表示領域内に光源が配置されている。したがって、上記のように表示領域外に光源が配置される場合よりも、面状光源装置の小型化は可能である。しかし、当該特許文献１，２の場合においても以下に示す問題点を有する。

特許文献１，２の場合には、点光源の光の出射方向は、表示面に対して垂直な方向を向いている。たとえば、特許文献１，２の場合には、点光源からの光が各方向に拡散出射される場合において最も強度の強い光は、表示面に対して垂直な方向を向くように、当該点光源は配置されている。このような構成で点光源が配置された上記特許文献１，２では、点光源の真上部分の輝度がその他の周辺部分よりも相対的に高くなり過ぎる。そして、導光体、光拡散手段等のみで、当該輝度の不均一さを解消することは困難である（つまり、明るさの不均一性という問題生じる）。

特許文献１，２に係わる構造の場合において上記明るさの不均一性を解消する方法として、導光体から表示面までの距離を大きくとる方法、または、光源の真上部分に遮光性を有するパターンを設ける方法などが考えられる。

しかし、当該解消方法の前者の場合には、面状光源装置の厚さが厚くなり、結果として面状光源装置が大きくなってしまう。また、後者の場合には、光源の光を有効に利用できず、光の利用効率が低下してしまう。したがって、いずれの方法も妥当では無い。

なお、光源にＬＥＤ等を使用した場合には、明るさの均一性の観点から、光源の配向特性を調整する必要がある。しかし、点光源の配向特性を調整するためには、レンズ等の光学素子が必要となり、結果として、面状光源装置が大きくなってまう。

そこで、本発明は、明るさの均一性と面状光源装置の小型化（薄型化も含む）とを両立することができる面状光源装置、および当該面状光源装置を備える表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の面状光源装置は、表示領域となる領域内に窪みもしくは穴を有する導光体と、前記導光体の光出射面に対して、略平行な方向に指向性を有する光を出射する水平点光源とを、備えており、前記水平点光源は、前記窪み内もしくは前記穴内に配置される。

また、本発明に係る請求項１２に記載の液晶表示装置は、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の面状光源装置と、表示部となる液晶パネルと、前記面状光源装置および前記液晶パネルを保持する筐体とを、備えている。

本発明の請求項１に記載の面状光源装置は、表示領域となる領域内に窪みもしくは穴を有する導光体と、前記導光体の光出射面に対して、略平行な方向に指向性を有する光を出射する水平点光源とを、備えており、前記水平点光源は、前記窪み内もしくは前記穴内に配置される。

したがって、水平点光源から出射された光は、導光体内のより隅々まで伝播する。よって、当該面状光源装置は、表示領域全体に渡り、明るさの均一性を保持することができる。また、水平点光源は、導光体に形成された窪み（または穴）の内部に配設されており、かつ、当該水平点光源は、表示領域内に配置される。したがって、面状光源装置の小型化（薄型化も含む）を可能とすることができる。

また、本発明の請求項１２に記載の液晶表示装置は、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の面状光源装置と、表示部となる液晶パネルと、前記面状光源装置および前記液晶パネルを保持する筐体とを、備えている。

したがって、表示面における明るさの均一性が可能な液晶表示装置の提供することができ、さらに、当該液晶表示装置の小型化（薄型化）も可能となる。

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態に係わる面状光源装置を含む液晶表示装置の概略構成を示す、分解斜視図である。図２は、図１に示した面状光源装置を組み立てた際に、矢視Ｉ−Ｉ方向から見た断面図である。図３は、指向性を有する水平点光源の光強度分布を示す図である。なお、図１に示すように、表示領域面をｘ−ｙ平面と定義し、当該表示領域面に垂直な方向は、ｚ方向と定義する。

図１に示すように、液晶表示装置１００は、筐体１、基板２、水平点光源３、導光体４、光拡散部材５、および液晶パネル６により構成されている。なお、前述に列記した各構成において、液晶パネル６以外の構成により、面状光源装置が構成されている。

基板２の第一の主面２ａ上には、第１乃至第４の４つの水平点光源３（３ａ〜３ｄ）が各々配設されている。ここで、基板２の第一の主面２ａは、表示装置１００の組み立て状態において、表示領域面側（液晶パネル配置側）に配置される。また、各水平点光源３（３ａ〜３ｄ）から出射される光の方向は、各々表示領域面に対して略平行な方向（つまり、ｘ−ｙ平面に略平行な方向）を向いており、各々異なる方向を向いている。図１では、各水平点光源３（３ａ〜３ｄ）から出射される光の方向は、水平点光源３ｂ，３ｄが±ｘ方向、水平点光源３ａ，３ｃが±ｙ方向となり、各々が略反対方向を向いている。

図１に示すように水平点光源３は表示領域の略中央部に各々配設されている。第１乃至第４の水平点光源３ａ〜３ｄの各々から出射される光は、第１の水平点光源３ａから出射される光を基準として、他の水平点光源３から出射される光は、当該基準とした光の方向（０°とした場合）に対して平面視において略垂直な方向（９０°および２７０°）、および、当該基準とした光の方向に対して平面視において略反対方向（１８０°）である。

また、水平点光源３としては、指向性のある光源（たとえば発光ダイオード等）を採用することができる。水平点光源３が指向性を有する場合には、図３に示すように、ｘ−ｙ平面方向に光の方向が向いているときは、当該水平点光源３の配置位置（図３では、「０」点）の光強度が最も強く、ｘ−ｙ方向に進む光に強度のピークを持つ。

ｘ−ｙ平面に平行な方向の光のほか、当該ｘ−ｙ平面に対して角度を有する方向に対しても、その強度は弱いが、光を出射している。また、この光が±ｚ方向に進むにつれて、光の強度は減衰する。

なお、指向性のある水平点光源３は、ｘ−ｙ平面において、広がりをもつ光分布であることが望ましい。このような光分布を持つ光源を用いることで、導光体４に入射した光がｘ−ｙ平面において、広がりをもつため、導光体４の光出射面４ｂから出射する光が光出射面４ｂ全体において均一となる。

また、指向性を有さない光源を使用する場合、この光源からの光が各方向に拡散出射されたとしても、最も強度の強い光がｘ−ｙ平面に対して略平行な方向を向くように光源を配置することで、ｘ−ｙ平面に光を拡散させることができる。

図１に示すように、導光体４の表示領域となる領域内である中央部付近には、窪み４ａが形成されている。また、当該窪み４ａは、導光体４の光出射面４ｂと対向する面である背面４ｃ側の主面上に形成されている。

なお、窪み４ａの代わりに、導光体４にｚ方向に貫通する穴を形成しても良い。なお、液晶表示装置１００の組み立て状態において、基板２に配設された各水平点光源３は、窪み（または穴）４ａ内に収納（配置）される。また、窪み（または穴）４ａは、平面視した導光体４において、表示領域の略中央部に設けられている。

したがって、図１に示すように、組み立て状態において、各水平点光源３は、表示領域となる領域の略中央に配置される。

また、図２に示すように、導光体４の背面４ｃ側には、光を拡散することができる光拡散部７が形成されている。光拡散部７は、導光体４に直接印刷あるいは成形等によるパターンによって形成される。導光体４に形成された光拡散部７によって、導光体４の光出射面４ｂから光を拡散させて出射させることができ、液晶表示パネル６の明るさの均一性を向上させることができる。なお、この光拡散部７は背面４ｃ側でなく、光出射面４ｂ側に形成させても良い（図示せず）し、背面４ｃおよび光出射面４ｂの両方に設けても良い。また、図１および図２において、導光体４の光出射面４ｂに対向する位置に、導光体４とは別部材で形成された光拡散部材５を配置させている。光拡散部材５は、プレート状、シート状または板状のもので、入射した光を拡散する機能を有している。このような構成とすることによって、水平点光源３から出射され、導光体４より出射した光をさらに拡散させることができ、均一な輝度を得ることができる。

図１から分かるように、液晶表示装置１００の組み立て状態において、筐体１と液晶パネル６との間に、光拡散部材５、導光体４、および水平点光源３が配設された基板２が収納されている。

以上のように、本実施の形態に係わる面状光源装置（または液晶表示装置１００）では、導光体４に窪み（または穴）４ａが形成されている。さらに、当該窪み（または穴）４ａ内には上述した水平点光源３が配置されている。さらに、当該水平点光源３から出射される光を拡散させることが可能な光拡散部材５を備えている。

図４に本実施の形態の面状光源装置における光の経路図を示す。図４において、導光体４の窪み４ａに配置された水平点光源３から出射される光は、水平点光源３と対面する導光体４の窪み４ａを形成している入射面から入射する。導光体４の背面４ｃ側に形成したした光拡散部７側に向かう光は、光拡散部材５により各方向に散乱され、導光体４の光出射面４ｂから出射される（Ｌ１）。また、導光体４の光出射面４ｂに向かう光は、光出射面４ｂで全反射して、導光体４内を伝播し、光拡散部材５で各方向に散乱され、導光体４の光出射面４ｂから出射される（Ｌ２）。よって、水平点光源３から出射された光は局所的に明るさが集中することなく、導光体４内の隅々まで十分に伝播することができ、かつ光拡散部材５により各方向に散乱される。

ここで、本実施の形態において、水平点光源３は指向性を有する光を出射しており、導光体４の光出射面４ｂに対して略平行な方向の光強度が強くなる。このため、水平点光源３から出射される光は導光体４の光出射面４ｂに対して略平行に近い光の強度が最も強くなる。このため水平点光源３から出射され、導光体４に入射した光は、光源から出射直後に導光体４の光出射面４ｂから出射される光（導光体４内を十分伝播する前に出射する光）および、導光体４に入射しない光の量を少なくすることができる。よって、光の利用効率が高く、明るさの均一性を達成することができる。

上記説明したとおり、本実施の形態は導光体４に形成した窪み４ａにｘ−ｙ平面に指向性を持つ水平点光源３を配置したので、水平点光源３から光出射方向が導光体４の光出射面４ｂに対して垂直方向である場合に発生していた、点光源の真上部分の輝度がその他の周辺部分よりも相対的に高くなりすぎるという問題を解決することができ、表示領域全体に渡り、明るさの均一性を保持することができる。

また、水平点光源３は、導光体４に形成された窪み（または穴）４ａの内部に配設されており、かつ、当該水平点光源３は、表示領域内に配置されている。したがって、面状光源装置の小型化（薄型化も含む）を可能とすることができる。

また、本実施の形態に係わる面状光源装置（または液晶表示装置１００）では、各水平点光源３は、平面視において各々異なる方向を向いている。したがって、導光体４内をより十分に光を伝播させることができる。

基板２に配設される水平点光源３の数は、４つに限らず、１つでも又２以上であっても良い。なお、水平点光源３の数が少なくとも２以上の場合でも、各水平点光源３から出射される光の方向は、各々表示領域面に対して略平行な方向（つまり、ｘ−ｙ平面に略平行な方向）を向いている。なお、当該場合において、各水平点光源３から出射される光は、各々異なる方向を向いていることが望ましい。また、いくつかの水平点光源３は同じ方向に光を出射しても良い。

なお、図１では、複数の水平点光源３が配設されている基板２は一つである。したがって、導光体４に形成される窪み（穴であっても良い）４ａの数も、同数の一つである。しかし、当該基板２が複数存在する場合には、導光体４に形成される窪み（穴であっても良い）４ａの数は、当該基板２の数と同じだけの複数形成される。ここで、１つの窪み４ａ内には、対応して１つの基板２に配設される（当該１つの基板２には、複数の水平点光源３が配設される）。また、導光体４において複数の窪み（または穴）４ａが形成される場合、各窪み（または穴）４ａは、導光体４の表示領域となる領域内に形成される。また、一つの基板２に複数の水平点光源３が配設されている場合であっても、複数の窪み（または穴）４ａを設けて水平点光源３を配設させても良い。この場合、各水平点光源３間に存在する導光体４により光が伝播されるため、光出射面４ｂにおいて、より均一な輝度を得ることができる。

なお、上述した導光体４の材料は、良好な光学特性を有しており、加工性（成形性）に優れている透明樹脂が適している。たとえば、導光体４として、ＰＭＭＡやポリカーボネート等を採用することができる。

また、導光体４に形成される窪み（または穴）４ａの形状は、導光体４の光出射面４ｂ上で要求される輝度分布に得るための、水平点光源３の個数、配置に依存して、任意に決定される。

たとえば、図１に示したように、平面視における当該窪み（または穴）４ａの形状は、円形でも良く、これに対して楕円形でも良い。また図５に示すように、平面視における当該窪み（または穴）４ａの形状は、略正方形でも良い。また、図６に示すように、水平点光源３の数を複数とし、平面視における当該窪み（または穴）４ａの形状は、長方形でも良い。

ここで、図６に示すように、水平点光源３の少なくともいくつかは各々、異なる方向に光を出射し、長辺方向に配置されている水平点光源３は、略同一方向に光を出射している。なお、図６に示す場合においても、短辺方向に配置されている水平点光源３ｅから出射される光を基準として、他の水平点光源から出射される光は、水平点光源３ｅの光の方向に対して平面視において、略垂直な方向および略反対方向であるよう、水平点光源３ｆを配置させる。

また、図７に示すように、水平点光源３に面する部分の窪み（または穴）４ａの側面部が、凹凸形状を有していても良い。これにより、水平点光源３から出射される光は、当該側面部で散乱され、導光体４のより隅々まで出射光を伝播させることができる（つまり、表示部における明るさの均一性をより増すことができる）。

また、図８，９に示すように、水平点光源３に面する部分の窪み（または穴）４ａの側面部が、レンズ形状を有していても良い。

これにより、導光体４の光出射面４ｂに対して水平な平面内において、たとえば図８に示すように、入射した光が広がって出射されるレンズ形状を採用した場合（つまり、レンズの拡散効果を利用する場合）には、導光体４のより隅々まで出射光を伝播させることができる（つまり、表示部における明るさの均一性をより増すことができる）。

他方、たとえば図９に示すように、入射した光が、導光体４の光出射面４ｂに対して水平な方向に揃うように出射されるレンズ形状を採用した場合（つまり、レンズの集光効果を利用する場合）には、出射直後に光出斜面から出射される光を無くすことができ、水平点光源３から出射された光の光量の全部を導光体４のより隅々まで伝播させることができる（つまり、表示部における明るさの均一性をより増すことができる）。

なお、導光体４に形成されるのが穴４ａでは無く、窪み４ａである場合には、当該窪み４ａの上部の当該導光体４においても、所定のパターン形状から成る光拡散部７を形成することができる。

なお、表示面内における所望の輝度分布を達成するために、当該別部材の光拡散部７に輝度調整機能を付加させても良い。

なお、グラデーション印刷あるいは面粗さの調整の製造方法や、微細な幾何学的形状等の構成を採用することにより、導光体４の面上に形成された所定のパターン形状から成る光拡散部７、および導光体４と別部材として設けられた光拡散部７に対して、光拡散機能および輝度調整機能を持たされることができる。

＜実施の形態２＞
本実施の形態に係わる面状光源装置（もしくは液晶表示装置１００）は、垂直点光源をさらに備えている。つまり、図１０に示すように、基板２上には、実施の形態１で説明した複数の水平点光源３に加えて、一つの略垂直方向に光を出射する光源１５が配設されている。なお、略垂直方向に光を出射する光源１５を配置したこと以外の作用効果は実施の形態１と同様である。

ここで、図１０において併記されている座標系は、図１のものと同一である。したがって、表示領域面方向（当該基板２に対して液晶パネル６が配置される方向）が、＋ｚ方向であり、表示領域面に平行な平面がｘ−ｙ平面である。また、本実施の形態においても、組み立て状態において図１０に示す基板２は、導光体４の略中央部に形成された窪み（または穴）４ａ内に配置される。したがって、組み立て状態において、当該基板２は、表示領域となる領域の略中央部に位置される。

略垂直方向に光を出射する光源１５から出射される光の方向は、表示領域面（ｘ−ｙ平面）に対して略垂直な方向を向いている。なお、基板２に配設される略垂直方向に光を出射する光源１５の数は１つに限らない。たとえば、導光体４に形成される窪み（または穴）４ａの形状、水平点光源３の配置等に依存して、略垂直方向に光を出射する光源１５の数を変更することができ、２以上であってもかまわない。

本実施の形態２において、略垂直方向に光を出射する光源１５を配置することにより、導光板４に形成される窪み４ａの中心付近の輝度が低くなることを防止することができる。光源１５としては、補助的な光量が得ることが出来れば特に限定されるものではないが、指向性が弱い光源を配置することにより、表示面内において、均一な明るさを得ることができる。

以上のように、本実施の形態に係わる面状光源装置（または液晶表示装置）では、水平点光源３に加えて略垂直方向に光を出射する光源１５も備えているので、図１等で示した、導光体４に形成される窪み４ａの中心付近においても、必要な光量を確保することができる。よって、表示面内において、より均一な明るさを提供することができる。

特に、図１１に示したように、水平点光源３の配列数が増加し、窪み（または穴)４ａの平面視における面積が拡大した場合において、略垂直方向に光を出射する光源１５を複数配設した場合には、本実施の形態はより有効である。

なお、上述した各実施の形態に係わる面状点光源装置は、主に、パーソナルコンピュータ用モニターや液晶表示装置、ＦＡ（ファクトリー オートメーション）装置等の電子機器の表示部において、バックライトとして使用することができる。

また、図１２に示すように、導光体４に形成する窪みまたは穴は１つでなく、複数であってもよい。たとえば、図１２に示すように、円形の窪み（または穴）４ａを４つ形成し、それぞれの窪み（または穴）４ａに水平点光源３を配置する。また、図１３に示すように、短辺および長辺を備える矩形状の窪み（または穴）４ａを複数個形成してもよい。さらに、図１４，１５に示すように、短辺および長辺を備える窪み（または穴）４ａを複数個形成し、導光体４の側面（光出射面４ｂおよび背面４ｃ以外）を貫通させる形状であってもよい。なお、図１４，１５の両方が備わっている形状であってもよい。窪み（または穴）４ａの形状や数は、適宜変更可能である。なお、窪み（または穴）４ａに平面視において、それいぞれ異なる方向に光が出射するように適宜水平点光源を配置することによって、表示領域全体の明るさの均一性を保持することができるとともに、輝度の高い面状光源装置を提供することができる。

実施の形態１に係わる液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。 導光体４に形成された光拡散部の構成を示す図である。 指向性を有する水平点光源の光強度分布を示す図である。 水平点光源から出射された光の導光体内の伝播および、光拡散部による拡散の様子を示す断面図である。 導光体に形成される窪み（または穴）の形状の一例を示す平面図である。 導光体に形成される窪み（または穴）の形状の他の例を示す平面図である。 導光体に形成される窪み（または穴）の形状の他の例を示す平面図である。 導光体に形成される窪み（または穴）の形状の他の例を示す平面図である。 導光体に形成される窪み（または穴）の形状の他の例を示す断面図である。 実施の形態２に係わる液晶表示装置（または面状光源装置）が備える垂直点光源を含む複数の光源の配置の様子を示す斜視図である。 垂直点光源を複数配設されている様子を示す平面図である。 窪み（または穴）の形成のバリエーションを説明するための図である。 窪み（または穴）の形成のバリエーションを説明するための図である。 窪み（または穴）の形成のバリエーションを説明するための図である。 窪み（または穴）の形成のバリエーションを説明するための図である。

符号の説明

１ 筐体、２ 基板、３ 水平点光源、４ 導光体、４ａ 窪み（または穴）、４ｂ 光出射面、５ 光拡散部材、６ 液晶パネル、７ 光拡散部、１５ 垂直点光源、１００ 液晶表示装置。

Claims (12)

1. 表示領域となる領域内に窪みもしくは穴を有する導光体と、
   前記導光体の光出射面に対して、略平行な方向に指向性を有する光を出射する水平点光源とを、備えており、
   前記水平点光源は、
   前記窪み内もしくは前記穴内に配置される、
   ことを特徴とする面状光源装置。
2. 前記水平点光源は、
   前記略平行な方向に出射光の強度のピークを持つ光を出射する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の面状光源装置。
3. 前記水平点光源は、
   複数個配置される、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面状光源装置。
4. 前記水平点光源の少なくともいくつかは、
   各々、異なる方向に光を出射する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の面状光源装置。
5. 前記窪みもしくは穴は、
   前記表示領域の略中央部に設けられ、
   前記水平点光源は、
   少なくとも第一ないし第四の水平点光源を含んでおり、
   前記第一ないし第四の水平点光源の各々から出射される光の方向は、
   一の前記水平点光源から出射される光を基準として、当該基準とした光の方向に対して平面視において、略垂直な２方向と略反対方向である、
   ことを特徴とする請求項４に記載の面状光源装置。
6. 前記導光体の前記光出射面に対して、略垂直な方向に光を出射する光源を、さらに備えている、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の面状光源装置。
7. 前記光出射面から出射される光を、拡散光として導出することが可能な光拡散部を、さらに備え、
   前記光拡散部は、
   前記導光体の前記光出射面および／または前記光出射面と対向する背面を加工することにより、設けられる、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の面状光源装置。
8. 前記導光体と別部材で形成され、前記光出射面から出射される光を拡散させる光拡散図材を、さらに備えている、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の面状光源装置。
9. 前記導光体は、
   ＰＭＭＡまたはポリカーボネートである、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の面状光源装置。
10. 前記水平点光源に面する部分の前記窪みの側面部または前記穴の側面部は、
    凹凸形状を有している、
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の面状光源装置。
11. 前記水平点光源に面する部分の前記窪みの側面部または前記穴の側面部は、
    レンズ形状を有している、
    ことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の面状光源装置。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の面状光源装置と、
    表示部となる液晶パネルと、
    前記面状光源装置および前記液晶パネルを保持する筐体とを、備えている、
    ことを特徴とする液晶表示装置。

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