JPH1082916A

JPH1082916A - 面光源装置及び液晶表示装置

Info

Publication number: JPH1082916A
Application number: JP8257731A
Authority: JP
Inventors: Norisada Horie; 教禎堀江
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 1998-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】光源の前方において輝度が部分的に高くなる
のを防止することにより、面光源装置の輝度分布を均一
化する。【解決手段】導光板１２の後面に光源挿入部１３を凹
設し、光源挿入部１３にＬＥＤ等の光源１４Ａを圧入固
定する。この光源１４Ａの透明なモールド樹脂部２２の
前面には双曲面状をした光反射面２３を形成する。しか
して、光源１４Ａ内部の発光素子２０から前方へ出射さ
れた光Ｒは光反射面２３で反射され、光源挿入部１３の
側面から導光板１２の内部へ入射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源から出射する
光を導光板へ光学的に結合させ、導光板表面から外部に
光を照射する面光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は液晶表示パネル１の直下に配置さ
れた直下型面光源装置２の構造を示す概略断面図であ
る。この面光源装置２にあっては、導光板３の下面に断
面Ｕ字状の光源挿入溝４を形成し、光源挿入溝４内に熱
陰極管や冷陰極管等の直管型光源５を納めてある。導光
板３の下面には拡散ドット（図示せず）が形成されてお
り、拡散ドットが形成された導光板３下面は反射シート
６で覆われている。光源挿入溝４の開口部分において
は、光源５と反射シート６の間に後部散乱膜７が配設さ
れている。また、導光板３の上面側では光源５と対向さ
せて前部散乱膜８を配置し、前部散乱膜８の上から導光
板３の上面に拡散シート９を貼着している。

【０００３】しかして、光源５を発光させると、出射さ
れた光は光源挿入溝４の内壁面から導光板３内部へ導か
れる。光源５から下方へ向けて出射された光は、後部散
乱膜７で乱反射された後、光源挿入溝４の内壁面から導
光板３内部へ導かれるので、光の利用効率が向上する。
導光板３内部へ導かれた光は、導光板３上面における全
反射と導光板３下面における乱反射とを繰り返し、全反
射条件から外れた光が導光板３の上面（光出射面）から
出射される。導光板３の上面から出射された光は、拡散
シート９で拡散されて液晶表示パネル１を均一に照射す
る。また、光源５と対向させて設けた前部散乱膜８は、
光源５の上面で光が集中しないようにして輝度ムラを防
止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
面光源装置にあっては、輝度ムラを低減するために光源
に対向させて前部散乱膜を設けているが、それでも光源
の前面部分で導光板の輝度が高くなり、導光板の光出射
面に輝度バラツキを生じ易いという問題があった。

【０００５】また、光源として熱陰極管や冷陰極管のよ
うな直管型の光源を用いているので、面光源装置の厚み
が直管型光源の径に大きく依存し、面光源装置の薄形化
が困難であった。さらに、直管型の光源を用いているの
で、直管型光源の長さが導光板の大きさを制約し、面光
源装置の小型化が困難であった。こうして面光源装置の
厚みが大きく、寸法も大きくなるにつれて面光源装置の
重量も重くなっていた。

【０００６】また、光源として熱陰極管や冷陰極管のよ
うな直管型の光源を用いているので、導光板の形状が制
約され、円形平板状の導光板や曲面状に湾曲した導光板
などを用いることができず、用途が限られていた。

【０００７】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、光源の位置
における輝度が高いことによる導光板の光出射面におけ
る輝度バラツキを低減することにある。また、別な目的
は、面光源装置の小型化、薄型化、軽量化を図ることに
ある。さらに別な目的は、光源に基因する導光板の形状
に対する制約を緩和することにある。

【０００８】

【発明の開示】請求項１に記載の面光源装置は、導光板
の後面に光源挿入部を凹設し、当該光源挿入部に光源を
納入した面光源装置において、前記光源の前方に光反射
面を設け、光源から前方へ出射された光を前記光反射面
で反射させることにより前記光源挿入部の側壁面へ向か
わせるようにしたことを特徴としている。

【０００９】請求項１に記載の面光源装置にあっては、
光源の前方に光反射面を配置しているので、光源から前
方へ出射された光は光反射面で遮られて前方へ通過しに
くくなり、光源前方への出射光量が減少する。また、光
反射面で反射された光は光源挿入部の側壁部へ向かうの
で、光源挿入部から導光板内部へ効率良く入射する。さ
らに、光源挿入部の側壁部から導光板の内部へ入射した
光は導光板とほぼ平行な方向へ向いているので、光源か
ら遠く離れた箇所へも光が届きやすくなる。

【００１０】従って、この面光源装置によれば、光源前
方への輝度集中を緩和することができ、輝度バラツキを
軽減して光出射面内の輝度分布を均一化することができ
る。しかも、光源の光は、光源挿入部の側壁面から導光
板内部へ効率よく入射するので、光源と導光板との光結
合効率を高くできる。

【００１１】請求項２に記載の実施態様は、請求項１記
載の面光源装置において、前記光源が、金属ステムもし
くはリード端子上に実装された発光素子を樹脂モールド
したものであって、発光素子の前方に位置する前記樹脂
モールド部の前面に、曲面もしくは折曲面よりなる光反
射面を形成したことを特徴としている。

【００１２】請求項２の実施態様は、光反射面の形状に
言及するものであって、光反射面を双曲面や円錐面のよ
うな曲面や角錐面のような折曲面など最適な形状にする
ことにより、光反射面で反射されて導光板の側壁面へ向
かう光の分布を最適化することができ、導光板へ結合さ
せる光の角度成分の光量最適化が図られる。

【００１３】また、請求項２の実施態様では、発光素子
を金属ステムもしくはリード端子上に実装されたＬＥＤ
のような固体発光素子型の光源を用いているので、直管
型の光源を用いた場合と比較して、光源自体の小型軽量
化が図られるとともに駆動回路も簡単ですみ、面光源装
置の薄型化、小型化及び軽量化を図ることができる。

【００１４】また、光源による面光源装置の形状に対す
る制約が少なくなるので、導光板の形状の自由度も高く
なり、円板状の面光源装置や湾曲した面光源装置を製作
することも可能になる。

【００１５】請求項３に記載の実施態様は、請求項２に
記載の面光源装置において、前記発光素子が、金属ステ
ムもしくはリード端子の略台形状をした部分の上面に実
装されていることを特徴としている。

【００１６】請求項４に記載の実施態様は、請求項３記
載の面光源装置において、前記発光素子が実装されてい
る金属ステムもしくはリード端子の略台形状をした部分
の斜面が、光学的散乱面となっていることを特徴として
いる。

【００１７】請求項３に記載の実施態様にあっては、金
属ステムもしくはリード端子の発光素子実装部分を略台
形状にしているので、光反射面で後方へ向けて反射され
た光は金属ステムもしくはリード端子の略台形状をした
部分で反射されて光源挿入部の側壁面もしくは前方の光
反射面へ向かい、光源挿入部の側壁面から導光板へ導か
れる。従って、後方へ向かった光も導光板へ導入するこ
とができ、光利用効率が向上する。

【００１８】特に、請求項４のように略台形状をした部
分の斜面を光学的散乱面にしておけば、この光散乱面で
光を散乱させることにより、光の分布をより均一化する
ことができる。

【００１９】請求項５に記載の液晶表示装置は、液晶表
示パネルの背面に、請求項１、２、３又は４のいずれか
に記載の面光源装置を配置したことを特徴としている。

【００２０】本発明の面光源装置を液晶表示装置に用い
れば、光源の輝度バラツキを低減できるので、液晶表示
パネルの画像品質を向上させることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）図２及び図３は本発明の一実施形態
による面光源装置１１を示す斜視図及び断面図である。
ポリカーボネイト樹脂やメタクリル樹脂等の透明樹脂に
より形成された導光板１２の後面には円錐台形状をした
光源挿入部１３が凹設されており、複数の光源挿入部１
３が適当なパターンで配列されている。各光源挿入部１
３には、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザー
（ＬＤ）等の光源１４Ａが圧入されており、光源１４Ａ
で発光した光を光源挿入部１３から導光板１２内部へ導
入できるようにしている。また、導光板１２の背面に
は、導光板１２内部に閉じ込められた光を散乱させて導
光板１２の光出射面から出射させるための拡散ドット１
５が、印刷や一体成形等によって形成されている。拡散
ドット１５は、各光源１４Ａの近傍では疎に、各光源１
４Ａから離れた箇所では密に形成されており、特に導光
板１２の周辺部では密度を高くしてあり、導光板１２の
光出射面から出射される光の輝度が均一化されるように
している。また、導光板１２の背面には反射シート１６
が配設され、さらに必要に応じて、導光板１２の前面に
拡散シート４２を配設したり、導光板１２の外周面に対
向させて反射板（図示せず）を配置したりしてもよい。
反射シート１６には、光源位置に対応させて、光源のリ
ード端子を通すための孔が開口されている。

【００２２】上記光源１４Ａの構造を図４に示す。２本
の平板状をしたリード端子１７，１８のうち、一方のリ
ード端子１７の先端部は斜面１９ａが湾曲した略台形状
に形成されており、略台形状をした部分１９の上にＬＥ
ＤチップやＬＤチップ等の発光素子（チップ）２０がダ
イボンドされ、発光素子２０と他方のリード端子１８と
がボンディングワイヤー２１によって結線されている。
リード端子１７，１８の上部及び発光素子２０は、トラ
ンスファー成形または注型法によりモールド樹脂で封止
されており、モールド樹脂部２２は略円錐台状に形成さ
れており、その上面は双曲面状に形成されており、双曲
面状に形成された面にはＡｌやＡｕ、Ａｇ等の金属蒸着
や真空メッキによって双曲面状をした光反射面２３が形
成されている。この光源１４Ａは、導光板１２の光源挿
入部１３に圧入されており、光源１４Ａを光源挿入部１
３に圧入する際には、光源１４Ａの先端が基部よりも細
くなっているので、光源１４Ａの圧入固定を容易に行な
える。

【００２３】しかして、上記面光源装置１１にあって
は、光源１４Ａが発光すると、図４に示すように、光源
１４Ａから出射して前方へ向かった光Ｒは光反射面２３
で反射され、側面方向へ向かい、樹脂モールド部２２の
側面から出射して光源挿入部１３の側壁面から導光板１
２に入射する。また、光源１４Ａから側面方向へ出射さ
れた光は、直接に樹脂モールド部２２の側面から出射
し、光源挿入部１３の側壁面から導光板１２に入射す
る。また、光反射面２３により後方へ反射された光Ｒは
略台形状をした部分１９の斜面１９ａもしくは反射シー
ト１６で反射された後、直接に、あるいは光反射面２３
で反射されて、樹脂モールド部２２の側面から出射して
導光板１２へ入射する。従って、この面光源装置１１の
構造によれば、光源１４Ａと導光板１２との間の光結合
効率を向上させることができる。また、光源１４Ａから
の光は、導光板１２の光源挿入部１３の側壁面から導光
板１２の内部へ導入されるので、ほぼ導光板１２の方向
と平行に導入され、光源１４Ａから遠い部分へも光が届
きやすくなる。

【００２４】また、光反射面２３で遮られて光源１４Ａ
から前方へ直接に光が出射しないので、光源位置で光の
輝度が部分的に高くなって輝度ムラが生じるのを防止
し、光出射面における輝度分布を均一にすることができ
る。

【００２５】さらに、この面光源装置１１は、光源１４
ＡとしてＬＥＤやＬＤ等の固体発光素子型の光源を用い
ているので、小さな光源１４Ａを分散配置することがで
き、また各光源１４Ａからは光が同心状ないし放射状に
出射されるので、面光源装置１１を薄型化したり、小型
化したりでき、それによって軽量化を図ることができ
る。

【００２６】（第２の実施形態）光反射面２３の形状は
上記のような曲面状に限るものでなく、図５に示す光源
１４Ｂのように、モールド樹脂部の前面を三角錐状や四
角錐状などの角錐状もしくはＶ溝状などの折曲面によっ
て構成し、ここに三角錐状や四角錐状などの角錐状もし
くはＶ溝状などの光反射面２３を形成してもよい。

【００２７】（第３の実施形態）図６は本発明のさらに
別な実施形態による面光源装置に用いられている光源１
４Ｃの構造を示す断面図である。この光源１４Ｃにあっ
ては、モールド樹脂部２２の上面に形成されている光反
射面２３の略中央部に開口２４を設け、この開口２４に
対向してモールド樹脂部２２に凹曲面をしたレンズ部２
５を形成している。しかして、この光源１４Ｃにあって
は、光Ｒが開口２４から前面側へも出射されるので、全
ての光Ｒが側面方向へ出射されて光源１４の前面が暗く
なるのを防止できる。さらに、光反射面２３の開口２４
から出た光は、レンズ部２５によって拡散させられるの
で、一点だけが明るくなるのを避けることができる。

【００２８】（第４の実施形態）図７は本発明のさらに
別な実施形態による面光源装置に用いられている光源１
４Ｄの構造を示す斜視図である。この光源１４Ｄにあっ
ては、金属ステム２６の上に設けられた略台形状をした
部分、例えばヒートシンク２７の上面に発光素子２０が
ダイボンディングされている。２本のリードのうち、一
方のリード２９はヒートシンク２７と導通しており、他
方のリード２８はヒートシンク２７と絶縁されており、
絶縁されている側のリード２８と発光素子２０とはボン
ディングワイヤー３０によって結線されている。金属ス
テム２６の上面は透明プラスチック製のカバー３１もし
くは透明なモールド樹脂部によって覆われており、その
上面には双曲面状をした光反射面２３が形成されてい
る。また、ヒートシンクの斜面（外周面）には光学的散
乱面３２が形成されており、光反射面２３で後方へ反射
された光は光学的散乱面３２によって散乱させられるよ
うにしている。このような光源１４Ｄによれば、光源１
４Ｄの外周方向（側方向）へ均等に光を放射することが
できる。

【００２９】（第５の実施形態）本発明の面光源装置で
は、小さな複数の光源を分散配置することができるの
で、面光源装置ないし導光板の形状に対するフレキシビ
リティが高い。例えば、図８に示す面光源装置３３のよ
うに、円板状をした導光板１２に適宜複数の光源１４Ｅ
を配設することができる。あるいは、例えば球殻状に湾
曲した導光板に光源を設けることもできる。特に、光源
としてＬＥＤ等の固体発光素子を用いた場合には、導光
板内へ同心状ないし放射に光を導入することができるの
で、円形平板の導光板はもちろん、湾曲した導光板や、
湾曲部や平板部を組合せた種々の形状の導光板に対し
て、適当な位置に光源を配置することにより導光板の各
部の輝度を均一にできる。

【００３０】（第６の実施形態）図９は本発明のさらに
別な実施形態による面光源装置３４を示す断面図であ
る。この実施形態にあっては、導光板３５を中空構造と
している。内部に空洞３６を有する導光板３５は凹状を
した導光板本体３５ａと、導光板３５の光出射面を構成
するカバー部３５ｂとから構成されており、導光板本体
３５ａの内面には、凹凸状の拡散ドット３７を成形され
ており、輝度の均一化のため拡散ドット３７は光源１４
Ｆから離れた箇所ほど密度が高くなるように配置されて
いる。導光板本体３５ａの内面には、光源挿入部１３の
外周面を除き、拡散ドット３６の上から硫酸バリウムの
ような白色散乱体からなる散乱膜３８を形成し、導光板
１２中において光を反射もしくは拡散させて輝度を均一
化している。あるいは、散乱膜の代りに、拡散ドットを
形成された導光板本体３５ａの内面にＡｌ、Ａｕ、Ａｇ
等の金属蒸着や金属メッキによって反射膜を形成しても
よい。

【００３１】このような中空構造の導光板３５を用いれ
ば、面光源装置３４を軽量化することができ、特に大型
の面光源装置の場合にも導光板３５を軽量化することが
できる。

【００３２】（第７の実施形態）また、光反射面は光源
に設ける必要はなく、導光板側に設けてもよい。例え
ば、図１０の面光源装置３９に示すように、導光板３５
の光源挿入部１３の奥に光反射面２３を設け、光反射面
を有しない光源１４Ｇを用いてもよい。

【００３３】（第８の実施形態）図１１は本発明のさら
に別な実施形態による液晶表示装置４０を示す断面図で
ある。この液晶表示装置４０は、本発明の構成を備えた
面光源装置４１の上面に拡散シート４２を配設し、その
上に９０度回して重ねた２枚のプリズムシート４３ａ，
４３ｂを置き、その上に微小レンズを多数形成したレン
ズパネル４４を配置し、その上方に液晶表示パネル４５
を配置したものである。液晶表示パネル４５は、ＴＦＴ
や配線を形成されたガラス板４６と透明電極やカラーフ
ィルタ等を形成されたガラス板４７の間に液晶材料を封
止し、その両面に偏光板４８を配置したものである。

【００３４】しかして、光源１４から出射された光は光
源挿入孔１３の側面から導光板１２内部に入り、導光板
１２上面の光出射面から均一に出射される。ついで、光
出射面から出射された光は、拡散シート４２を通過する
ことによって均一化され、プリズムシート４３ａ，４３
ｂで前面方向へ光の方向を揃えられた後、レンズパネル
４４で液晶表示パネル４５の画素開口へ集光される。

【００３５】（その他）なお、本発明においても、光源
としては、熱陰極管や冷陰極管等の直管状をした光源を
用いても差し支えない。また、光源挿入部も穴状のもの
に限らず、溝状をしていてもよい。また、光源は回路基
板の上に直接発光素子（チップ）を実装したタイプのも
のであってもよい。また、本発明の面光源装置は、液晶
表示装置のバックライト以外にも照明装置や表示装置と
しも用いることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例の面光源装置を備えた液晶表示装置を示
す一部破断した側面図である。

【図２】本発明の一実施形態による面光源装置を示す斜
視図である。

【図３】同上の面光源装置の断面図である。

【図４】同上の面光源装置の作用説明図である。

【図５】本発明の別な実施形態における光源の構造を示
す断面図である。

【図６】本発明のさらに別な実施形態における光源の構
造を示す断面図である。

【図７】本発明のさらに別な実施形態における光源の構
造を示す斜視図である。

【図８】本発明のさらに別な実施形態による面光源装置
を示す斜視図である。

【図９】本発明のさらに別な実施形態による面光源装置
を示す断面図である。

【図１０】本発明のさらに別な実施形態による面光源装
置を示す断面図である。

【図１１】本発明のさらに別な実施形態による液晶表示
装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

（第１の実施形態）１２導光板１３光源挿入部１４Ａ〜１４Ｇ光源１７，１８リード端子１９リード端子の略台形状をした部分２０発光素子２２モールド樹脂部２３光反射面２４光反射面の開口２６金属ステム３５中空構造の導光板３７拡散ドット３８散乱膜４５液晶表示パネル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導光板の後面に光源挿入部を凹設し、当
該光源挿入部に光源を挿入した面光源装置において、前記光源の前方に光反射面を設け、光源から前方へ出射
された光を前記光反射面で反射させることにより前記光
源挿入部の側壁面へ向かわせるようにしたことを特徴と
する面光源装置。
【請求項２】前記光源は、金属ステムもしくはリード
端子上に実装された発光素子を樹脂モールドしたもので
あって、発光素子の前方に位置する前記樹脂モールド部の前面
に、曲面もしくは折曲面よりなる光反射面を形成したこ
とを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】前記発光素子は、金属ステムもしくはリ
ード端子の略台形状をした部分の上面に実装されている
ことを特徴とする、請求項２に記載の面光源装置。
【請求項４】前記発光素子が実装されている金属ステ
ムもしくはリード端子の略台形状をした部分の斜面が、
光学的散乱面となっていることを特徴とする、請求項３
に記載の面光源装置。
【請求項５】液晶表示パネルの背面に、請求項１、
２、３又は４に記載の面光源装置を配置したことを特徴
とする液晶表示装置。