JP2007227095A - 光混合部材、面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の発光源からの光を混合して均一な状態で出射し、また、大型の面光源装置であっても位置によらず均一な輝度を得られる光混合部材、面光源装置を提供する。
【解決手段】導光板３０とは別に、光混合部材２０を設け、この光混合部材２０に凹部２１と凸部２２とを設ける。凹部２１を設けることにより赤色ＬＥＤ１０Ｒ，青色ＬＥＤ１０Ｂ，緑色ＬＥＤ１０Ｇが発光する３色の光を混合できる。また、凸部２２を設けることにより、光混合部材２０から出射する光を適度に収束できる。さらに、光混合部材２０には、反射層Ｒ１，Ｒ２を設け、不要な方向へ出射使用とする光を反射して戻し、凸部２２から出射させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置等の照明に用いられる光混合部材、面光源装置に関するものである。

液晶表示装置等を背面から照明する面光源装置として、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたものが実用化されている。ＬＥＤは、略点光源状に形成されているので、面光源装置として使用するためには、多数のＬＥＤを並べて、それらが発光する光を均一に出射させる必要がある。また、例えば、赤，緑，青の３色のＬＥＤを使用して色再現性を向上させる場合には、各色を均一に混色して出射させる必要がある。
例えば、特許文献１には、導光板の側面に凹部を形成し、この凹部内にＬＥＤを配置する例が開示されている。
しかし、特許文献１に記載の導光板では、凹部により光が広がるが、大型の面光源装置では、凹部の反対側まで光が十分に届かないという問題があった。
特開２００４−３２５９５９号公報

本発明の課題は、複数の発光源からの光を混合して均一な状態で出射し、また、大型の面光源装置であっても位置によらず均一な輝度を得られる光混合部材、面光源装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、発光源（１０，１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）の少なくとも一部が挿入された状態で配置可能な窪みであって、多数並べて配置された凹部（２１）と、前記凹部に対向する側に突出して多数並べられた凸部（２２）と、を備える光混合部材（２０）である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の光混合部材において、前記凸部（２２）が並ぶ間隔は、前記凹部（２１）が並ぶ間隔よりも短いこと、を特徴とする光混合部材（２０）である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光混合部材において、前記凹部（２１）及び前記凸部（２２）を除く部分の少なくとも一部には、反射層（Ｒ１）が形成されていること、を特徴とする光混合部材（２０）である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光混合部材において、前記凸部（２２）の頂点部（２３）には、反射層（Ｒ２）が形成されていること、を特徴とする光混合部材（２０）である。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光混合部材において、前記凹部（２１）の形状は、楕円筒又は楕円球の一部を含むこと、を特徴とする光混合部材（２０）である。
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の光混合部材において、前記凸部（２２）の形状は、楕円筒又は楕円球の一部を含むこと、を特徴とする光混合部材（２０）である。
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の光混合部材（２０）と、前記光混合部材の前記凹部（２１）内に少なくとも一部が挿入された状態で配置された発光源（１０）と、前記光混合部材の前記凸部（２２）に対向する位置に配置された導光板（３０）と、を備える面光源装置（１）である。
請求項８の発明は、請求項７に記載の面光源装置において、前記光混合部材（２０）は、使用状態における前記導光板（３０）の上部及び／又は下部に配置されていること、を特徴とする面光源装置（１）である。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）発光源の少なくとも一部が挿入された状態で配置可能な窪みであって、多数並べて配置された凹部と、凹部に対向する側に突出して多数並べられた凸部とを備えるので、照明光を混合し、かつ、照明光を特定の出射角度範囲内で出射させることができる。

（２）凸部が並ぶ間隔は、凹部が並ぶ間隔よりも短いので、照明光を均一に混色できる。

（３）凹部及び凸部を除く部分の少なくとも一部には、反射層が形成されているので、凹部で進行方向が広げられた照明光のうちで、不要な方向へ進む光を反射して戻し、凸部から出射させることができる。

（４）凸部の頂点部には、反射層が形成されているので、凸部の内でレンズ効果の低い頂点部付近に到達する光を反射して戻し、再利用できる。

（５）凹部の形状は、楕円筒又は楕円球の一部を含むので、光混合部材内で照明光を効率よく広げることができ、照明光を十分に混合させることができる。

（６）凸部の形状は、楕円筒又は楕円球の一部を含むので、光混合部材から出射する照明光を収束させることができる。

（７）光混合部材は、使用状態における導光板の上部及び／又は下部に配置されているので、混色と同時に、左右方向の集光を行える。

複数の発光源からの光を混合して均一な状態で出射し、また、大型の面光源装置であっても位置によらず均一な輝度を得るという目的を、導光板とは別に、光混合部材を設け、この光混合部材に凹部と凸部とを設けることにより実現した。

図１は、本発明による面光源装置の実施例を示す斜視図である。図１は、使用状態と同様な配置で示しており、面光源装置の背面側斜め上方から見た状態を示している。
なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
本実施例の面光源装置１は、ＬＥＤ１０，光混合部材２０，導光板３０を有している。
ＬＥＤ１０は、略点光源の発光ダイオードを用いた発光源であって、発光波長分布の異なる複数種類のＬＥＤを用いている。具体的には、主に赤色の波長の光を発光する赤色ＬＥＤ１０Ｒ，主に緑色の波長の光を発光する緑色ＬＥＤ１０Ｇ，主に青色の波長の光を発光する青色ＬＥＤ１０Ｂの３種類のＬＥＤが規則正しく一列に配列されている。その配列順序は、緑色ＬＥＤ１０Ｇ，青色ＬＥＤ１０Ｂ，赤色ＬＥＤ１０Ｒ，緑色ＬＥＤ１０Ｇ，緑色ＬＥＤ１０Ｇ，青色ＬＥＤ１０Ｂ，赤色ＬＥＤ１０Ｒ，緑色ＬＥＤ１０Ｇ・・・と並んでいる。なお、ＬＥＤ１０が並んでいる間隔は、２０ｍｍ間隔である。

光混合部材２０は、導光板３０の下端に近接して配置されており、ＬＥＤ１０が発光する光を混色した後に導光板３０へ入射させる光学部材である。光混合部材２０の一端には、楕円筒形状に窪んだ凹部２１が多数並べて配置されており、この凹部２１内にＬＥＤ１０が１つずつ配置されている。また、光混合部材２０の凹部２１と対向する側の面には、突出した凸部２２が多数並べて配置されている。光混合部材２０は、凸部２２が設けられた側が導光板３０の下端部に対向するように配置されている。本実施例の光混合部材２０は、シクロポリオレフィン系の樹脂を素材としている。

導光板３０は、光混合部材２０から出射される照明光を下端部から入射し、照明光を面光源光として表面３０ａから出射する略板状の部材である。
導光板３０の裏面３０ｂには、水平方向に延在する略三角柱形状のプリズム突起３１が垂直方向に多数並べて形成されている。本実施例の導光板３０は、透明なアクリルを素材としている。
照明光は、光混合部材２０が設けられた下端部から導光板３０に入射し、光混合部材２０に近い側から徐々にプリズム突起３１により表面３０ａ側（観察側）へ向けられることにより、全体としては、均一な面状の光として出射することができる。

図２は、光混合部材２０を拡大して示した斜視図である。図２（ａ）は、凸部２２側から見た図であり、図２（ｂ）は、凹部２１側から見た図である。
光混合部材２０の外周面には、反射層Ｒ１が形成されている。ただし、凸部２２が設けられた側と、凹部２１とには、反射層Ｒ１は、形成されていない。
また、凸部２２の頂点部２３は、平面となっており、この頂点部２３上には、反射層Ｒ２が形成されている。なお、図１及び図２では、反射層Ｒ１，Ｒ２が設けられている領域にハッチングを付している。
反射層Ｒ１，Ｒ２は、銀、アルミニウム、クロムのような高い反射率をもつ金属膜を蒸着したり、スパッタリング、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）などにより形成したり、あるいはメッキによって形成することができる。又は、市販の液晶導光板用の高反射率フィルム、例えば、株式会社ツジデン製高反射フィルムＲＦシリーズ、株式会社きもと製レフホワイト、住友スリーエム株式会社製（ビキュイティ）ＥＳＲ（Enhanced Specular Reflector）反射フィルム、三井化学株式会社製シルバーリフレクター、東レ株式社製Ｅ６０Ｖなどを適宜貼付してもよい。

図３は、光混合部材２０を図１中に示した矢印Ａ方向から見た図である。
凹部２１の形状は、長半径＝５ｍｍ，短半径＝３ｍｍの楕円筒形状の一部であり、深さ５ｍｍとなるように形成されている。なお、図３では、凹部２１の長半径と深さとを分けて示すために同じ５ｍｍの寸法となる部分を、敢えてずらして示している。また、凹部２１は、ピッチ２０ｍｍで並んでいる。
凸部２２の形状は、長半径＝０．３ｍｍ，短半径＝０．１ｍｍの楕円筒形状の一部であり、ピッチ０．１ｍｍで並んでいる。隣接する凸部２２の間には、幅０．０１ｍｍの微小突起部２４が形成されている。なお、この微小突起部２４は、半径０．００８ｍｍの円筒面となっている。凸部２２の頂点部２３は、幅０．０５ｍｍの平面となっている。
なお、光混合部材２０の高さ（図３の上下方向）は、３０ｍｍである。
このように、凸部２２が並ぶピッチを、凹部２１が並ぶピッチよりも短くすることにより、ＬＥＤ１０が発光する照明光を均一に混色できる。

図４は、ＬＥＤ１０が発光する照明光の光混合部材２０内での進み方を説明する図である。
ＬＥＤ１０が発光した照明光は、凹部２１から光混合部材２０に入射すると、凹部２１を通過するときに進行する方向の範囲が広がり、様々な方向へ進む。したがって、緑色ＬＥＤ１０Ｇ，青色ＬＥＤ１０Ｂ，赤色ＬＥＤ１０Ｒそれぞれからの発光波長の異なる光が光混合部材２０内で略均一に混合される。
ただし、そのまま照明光が進行する方向が広がったままであると、導光板３０に入射できる照明光が少なくなり、また、導光板３０に入射したとしても、導光板３０光混合部材２０が設けられている下端部から遠い上端部まで光が十分に届かず、場所によっては十分な輝度を得られず、輝度ムラのある面光源装置となってしまう。

そこで、本実施例では、凸部２２から照明光を出射させることとして、この凸部２２によるレンズ効果（光偏向作用）により、光混合部材２０から出射する照明光を適度に収束させている。この適度に収束した照明光を導光板３０へ入射させることにより、導光板３０内の全ての位置に照明光を到達させることができる。
また、反射層Ｒ１によって、不要な方向へ進む照明光を反射して戻し、凸部２２から出射させることにより、光を有効に利用できる。
また、凸部２２の頂点部２３は、平面となっており、この頂点部２３上には、反射層Ｒ２を形成した。凸部２２の頂点を楕円筒のままとしても、その形状はレンズ効果が小さく、照明光を収束する効果が低い。そこで、本実施例では、頂点部２３に反射層Ｒ２を設け、収束されないような照明光を反射して戻し再利用している。なお、頂点部２３を平面としたのは、反射層Ｒ２の形成を容易に行うためである。このように、頂点部２３に反射層Ｒ２を形成したので、この部分に到達する光は、反射して戻して、他の部分に形成された反射層Ｒ１により反射させた後、凸部２２から出射させることにより、光の収束性を高めている。
なお、凸部２２の楕円筒形状、及び、頂点部２３の幅を適宜設定することにより、照明光が光混合部材２０から出射するときの収束状態（拡散状態）を変更できる。

（変形例）
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）本実施例において、導光板３０の表面側（観察側）に、例えば、微細凹凸形状を有した光拡散シートやレンチキュラーレンズシート等の光学シートを適宜配置してもよい。

（２）本実施例において、ＬＥＤ１０は、赤色，緑色，青色の３色に分かれている例を示したが、これに限らず、例えば、４色以上の発光色に分けられていてもよいし、白色等、単色の発光を行うＬＥＤを１種類のみ設けていてもよい。

（３）本実施例において、発光源にＬＥＤを用いる例を示したが、これに限らず、例えば、冷陰極管を用いてもよいし、ハロゲンランプ、高圧水銀灯、キセノンランプ、レーザ等、他の種類の発光源としてもよい。

（４）本実施例において、ＬＥＤ１０及び光混合部材２０を導光板３０の下端側のみに配置した例を示したが、これに限らず、例えば、ＬＥＤ１０及び光混合部材２０を導光板３０の上端側にさらに配置してもよいし、導光板３０の４つの端部全てに配置してもよい。

（５）本実施例において、導光板３０には、プリズム突起３１が垂直方向に多数並べて形成されている例を示したが、これに限らず、例えば、微小な溝を多数形成するなど、導光板に用いられている公知の技術を適宜使用してもよい。

（６）本実施例において、凹部２１及び凸部２２の形状は、楕円筒の一部形状を含む形状である例を示したが、これに限らず、例えば、楕円球の一部形状を含む形状であってもよいし、円筒面等、その他の曲面であってもよい。

本発明による面光源装置の実施例を示す斜視図である。 光混合部材２０を拡大して示した斜視図である。 光混合部材２０を図１中に示した矢印Ａ方向から見た図である。 ＬＥＤ１０が発光する照明光の光混合部材２０内での進み方を説明する図である。

符号の説明

１０ ＬＥＤ
１０Ｒ 赤色ＬＥＤ
１０Ｇ 緑色ＬＥＤ
１０Ｂ 青色ＬＥＤ
２０ 光混合部材
２１ 凹部
２２ 凸部
２３ 頂点部
２４ 微小突起部
Ｒ１，Ｒ２ 反射層
３０ 導光板
３０ａ 表面
３０ｂ 裏面
３１ プリズム突起

Claims (8)

1. 発光源の少なくとも一部が挿入された状態で配置可能な窪みであって、多数並べて配置された凹部と、
   前記凹部に対向する側に突出して多数並べられた凸部と、
   を備える光混合部材。
2. 請求項１に記載の光混合部材において、
   前記凸部が並ぶ間隔は、前記凹部が並ぶ間隔よりも短いこと、
   を特徴とする光混合部材。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光混合部材において、
   前記凹部及び前記凸部を除く部分の少なくとも一部には、反射層が形成されていること、
   を特徴とする光混合部材。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光混合部材において、
   前記凸部の頂点部には、反射層が形成されていること、
   を特徴とする光混合部材。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光混合部材において、
   前記凹部の形状は、楕円筒又は楕円球の一部を含むこと、
   を特徴とする光混合部材。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の光混合部材において、
   前記凸部の形状は、楕円筒又は楕円球の一部を含むこと、
   を特徴とする光混合部材。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の光混合部材と、
   前記光混合部材の前記凹部内に少なくとも一部が挿入された状態で配置された発光源と、
   前記光混合部材の前記凸部に対向する位置に配置された導光板と、
   を備える面光源装置。
8. 請求項７に記載の面光源装置において、
   前記光混合部材は、使用状態における前記導光板の上部及び／又は下部に配置されていること、
   を特徴とする面光源装置。
   

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