JP2018085267A - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輝度均一性並びにコントラスト比を向上する面光源装置を提供する。【解決手段】対向配置される第１導光板及１０び第２導光板１１と、第１導光板側に配置されるプリズムシート１５と、第１導光板の一方側面及び他方側面へ個別に光を入射させる第１光源８ａ、８ｂと、第２導光板の一方側面及び他方側面へ個別に光を入射させる第２光源９ａ、９ｂと、第１光源と第２光源を駆動する光源駆動回路１８を有する。第１導光板は、一方側面と他方側面の間に第１光源からの光を特定方向へ偏向させる第１光学制御部１６ａ、１６ｂを有するとともに、第１光学制御部の配置領域を挟んだ一方側面側と他方側面側の各領域に第１平坦部２３を有する。第２導光板は、各第１平坦部の配置領域と重なる各領域に第２光源からの光を特定方向へ偏向させる第２光学制御部１７ａ、１７ｂを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、面状に光を射出する発光面を有する面光源装置に関する。

面光源装置の従来例は、例えば特許第４４８２２８６号公報（特許文献１）に記載されている。この特許文献１の図２に記載されるバックライトユニット（面光源装置）は、重ねて配置される２枚の導光板を有しており、各導光板の左右各端面近傍にはそれぞれ光源としての冷陰極管が配置されている。各導光板にはそれぞれ２箇所ずつ拡散反射層が設けられており、それぞれの拡散反射層に近い位置にある光源から入射した光が導光板の上面側へ出射するように構成されている。

また、特許文献１の図６に記載されるバックライトユニットは、同じ高さで左右方向に並べて両者の一方端面が接するようにして配置された２つの上側導光板と、これら２つの上側導光板の下側にそれぞれ配置された２つの下側導光板を有しており、各導光板の他方端面にはそれぞれ光源が配置されている。各下側導光板は、各上側導光板よりも左右方向の長さが短く、各上側導光板の他方端面側に寄せて配置されている。各上側導光板にはそれぞれ１箇所の拡散反射層が設けられ、各下側導光板にもそれぞれ１箇所の拡散反射層が設けられており、これら合計４つの拡散反射層が互いに上下方向において重ならないように配置されている。

ところで、特許文献１の図２に記載されるバックライトユニットでは、各導光板の拡散反射層へは最も近い位置の光源から出射した光を入射させることが想定されているが、実際にはその拡散反射層から遠い位置の光源から出射した光の一部も入射してしまうため、光漏れが発生して輝度の均一性が低下し得るという点で改良の余地がある。

他方で、特許文献１の図６に記載されるバックライトユニットでは、導光板の数が多くなるため、組み立て工数やコストが増えるという不都合がある。また、２つの上側導光板同士の継ぎ目において暗線が生じ得る。これについては継ぎ目に反射ミラーを設ける実施例も提案されているが、その場合には反射光によって継ぎ目に輝線が生じ得るという別の不都合が生じ得る。さらに、下側導光板の一方端面では境界部による輝度むらを防ぐために境界部をぼかす手段が施されているが、それにより、バックライトユニットを部分発光させる際の光の切れが悪くなり、コントラスト比が低下するという不都合が生じ得る。

特許第４４８２２８６号公報

本発明に係る具体的態様は、面光源装置の輝度均一性並びにコントラスト比を向上させることを目的の１つとする。

［１］本発明に係る一態様の面光源装置は、（ａ）対向配置される第１導光板及び第２導光板と、（ｂ）前記第１導光板側に配置されるプリズムシートと、（ｃ）前記第１導光板の一方側面及び他方側面へ個別に光を入射させる第１光源と、（ｄ）前記第２導光板の一方側面及び他方側面へ個別に光を入射させる第２光源と、（ｅ）前記第１光源と前記第２光源を駆動する光源駆動回路を含み、（ｆ）前記第１導光板は、前記一方側面と前記他方側面の間に前記第１光源からの光を特定方向へ偏向させる第１光学制御部を有するとともに、前記第１光学制御部の配置領域を挟んだ前記一方側面側と前記他方側面側の各領域に第１平坦部を有し、（ｇ）前記第２導光板は、各前記第１平坦部の配置領域と重なる各領域に前記第２光源からの光を特定方向へ偏向させる第２光学制御部を有する、面光源装置である。
［２］本発明に係る他の態様の面光源装置は、（ａ）対向配置される第１導光板及び第２導光板と、（ｂ）前記第２導光板側に配置されるプリズムシートと、（ｃ）前記第１導光板の一方側面及び他方側面へ個別に光を入射させる第１光源と、（ｄ）前記第２導光板の一方側面及び他方側面へ個別に光を入射させる第２光源と、（ｅ）前記第１光源と前記第２光源を駆動する光源駆動回路を含み、（ｆ）前記第１導光板は、前記一方側面と前記他方側面の間に前記第１光源からの光を特定方向へ偏向させる第１光学制御部を有し、（ｇ）前記第２導光板は、前記第１光学制御部の配置領域と重なる領域に第２平坦部を有するとともに、前記第２平坦部の配置領域を挟んで前記一方側面側と前記他方側面側のそれぞれに位置する各領域に前記第２光源からの光を特定方向へ偏向させる第２光学制御部を有する、面光源装置である。

上記構成によれば、面光源装置の輝度均一性並びにコントラスト比を向上させることが可能となる。

図１は、一実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図２は、光学制御部の構成例を示す模式的な断面図である。 図３は、光源から出射する光の導光板内部での挙動（伝搬状態）について説明するための図である。 図４は、プリズムシートの構成例を示す模式的な断面図である。 図５は、本実施形態の構成を有する面光源装置を想定した光学シミュレーション結果の一例を示す図である。 図６は、本実施形態の構成を有する面光源装置を想定した光学シミュレーション結果の一例を示す図である。 図７は、多くの発光領域を有する面光源装置の構成例を示す模式的な斜視図である。 図８は、他の実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図９は、他の実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。

図１は、一実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。図１に示す面光源装置１００は、面状に光を射出する発光面を有するものであり、４つの光源８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ、２つの導光板１０、１１、３つの反射シート１２、１３、１４、プリズムシート１５、光源駆動回路１８を含んで構成されている。この面光源装置１００は、図中上側へ向けて光を射出するものであり、その発光面が４つの発光領域Ａ０１、Ａ０２、Ａ０３、Ａ０４に分割されており、各領域ごとに個別に光を射出可能に構成されている。

光源８ａは、導光板１０の図中左端側に配置されており、導光板１０の左端側の側面である光入射面へ光を入射させる。光源８ｂは、導光板１０の図中右端側に配置されており、導光板１０の右端部の側面である光入射面へ光を入射させる。光源９ａは、導光板１１の図中左端側に配置されており、導光板１１の左端側の側面である光入射面へ光を入射させる。光源９ｂは、導光板１１の図中右端側に配置されており、導光板１１の右端側の側面である光入射面へ光を入射させる。本実施形態ではこれらの光源８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂは、ＬＥＤなどの発光素子を１つ以上含んで構成された光源であり、光源駆動回路１８によって駆動される。なお、光源８ａ、８ｂが「第１光源」に対応し、光源９ａ、９ｂが「第２光源」に対応する。

導光板１０は、各光源８ａ、８ｂから入射する光を導光し、上面側へ出射させるものである。同様に、導光板１１は、各光源９ａ、９ｂから入射する光を導光し、上面側へ出射させるものである。本実施形態では、各導光板１０、１１は、フィルム状の導光板である。このような導光板の詳細な構造は、例えば特開２０１５−０６０７６５号公報などの公知文献に記載されているものを用いることができる。なお、導光板１０が「第１導光板」に対応し、導光板１１が「第２導光板」に対応する。

導光板１０は、図中左右方向における中央側に２つの光学制御部１６ａ、１６ｂを有しており、これら光学制御部１６ａ、１６ｂの配置された領域を挟んで左端側（左側面側）と右端側（右側面側）のそれぞれに平坦部（透光部）２３を有している。なお、２つの光学制御部１６ａ、１６ｂが「第１光学制御部」に対応し、平坦部２３が「第１平坦部」に対応する。

各光学制御部１６ａ、１６ｂは、導光板１０の図中下面に設けられている。光学制御部１６ａは、光源８ａから入射する光を反射して導光板１０の図中上面側へ出射させるものであり、複数の微小な凹凸によって形成される反射面を有している。同様に、光学制御部１６ｂは、光源８ｂから入射する光を反射して導光板１０の図中上面側へ出射させるものであり、複数の微小な凹凸によって形成される反射面を有している。

各平坦部２３は、導光板１０の各々平坦な上面と下面に挟まれた部分であり、透光性を有する。これらの平坦部２３は、導光板１０の下側に配置された導光板１１から出射する光を透過させてプリズムシート１５へ入射させるためのものである。また、各平坦部２３は、各光源８ａ、８ｂから入射する光を各光学制御部１６ａ、１６ｂへ到達させるための導波路としても機能する。

導光板１１は、図中左右方向における左端側および右端側に２つの光学制御部１７ａ、１７ｂを有しており、かつこれら光学制御部１７ａ、１７ｂの配置された領域に挟まれた領域であって上記した光学制御部１６ａ、１６ｂの配置された領域と重なる領域に平坦部２４を有している。なお、２つの光学制御部１７ａ、１７ｂが「第２光学制御部」に対応し、平坦部２４が「第２平坦部」に対応する。

各光学制御部１７ａ、１７ｂは、導光板１１の図中下面に設けられている。光学制御部１７ａは、光源９ａから入射する光を反射して導光板１１の図中上面側へ出射させるものであり、複数の微小な凹凸によって形成される反射面を有している。同様に、光学制御部１７ｂは、光源９ｂから入射する光を反射して導光板１１の図中上面側へ出射させるものであり、複数の微小な凹凸によって形成される反射面を有している。

平坦部（透光部）２４は、導光板１１の各々平坦な上面と下面に挟まれた部分であり、透光性を有する。

反射シート１２は、導光板１０の下面側において、この導光板１０に設けられた各光学制御部１６ａ、１６ｂと平面視で重なるようにして配置されている。反射シート１２と導光板１０の各光学制御部１６ａ、１６ｂとの間には空気層が存在する。

反射シート１３は、導光板１１の下面側において、この導光板１１に設けられた光学制御部１７ａと平面視で重なるようにして配置されている。同様に、反射シート１４は、導光板１１の下面側において、この導光板１１に設けられた光学制御部１７ｂと平面視で重なるようにして配置されている。各反射シート１３、１４と導光板１１の各光学制御部１７ａ、１７ｂとの間には空気層が存在する。

プリズムシート１５は、導光板１０と対向する一面側に多数のプリズム部を有しており、この一面側に斜め方向から入射する光を他面側の法線方向へ出射させる。

図２は、光学制御部の構成例を示す模式的な断面図である。図示のように、光学制御部１６ａと光学制御部１６ｂとは、ある基準位置ａ（例えば導光板１０の図中左右方向における中央）を挟んで左右対称な形状を有する。なお、ここでは導光板１０に設けられた各光学制御部１６ａ、１６ｂの構成例を示すが、導光板１１に設けられた各光学制御部１７ａ、１７ｂについても同様に、ある基準位置を挟んで左右対称な形状を有している。

光学制御部１６ａは、導光板１０の図中下面に設けられた断面三角形状の凸部である複数のプリズム部２０ａを含んで構成されている。各プリズム部２０ａは、２つの斜面２１ａ、２２ａを有する。同様に、光学制御部１６ｂは、導光板１０の図中下面に設けられた断面三角形状の凸部である複数のプリズム部２０ｂを含んで構成されている。各プリズム部２０ｂは、２つの斜面２１ｂ、２２ｂを有する。なお、このような光学制御部１６ａ等の詳細な構造については、例えば特許第５０６６７４１号公報などの公知文献に記載されているものを用いることができる。

図３は、光源から出射する光の導光板内部での挙動（伝搬状態）について説明するための図である。ここでは、導光板１０と反射シート１２が部分的に示されており、導光板１０内部における光路が細線によって模式的に示されている。なお、ここでは光源８ａから導光板１０に入射する光について説明するが、光源８ｂから導光板１０に入射する光、光源９ａまたは９ｂから導光板１１に入射する光についてもその挙動は同様である。

光源８ａから導光板１０に入射した光は、プリズム部２０ａにおいて反射されることによって導光板１０の上面側へ出射する。また、プリズム部２０ａを透過した光は、その下側の反射シート１２によって反射されてプリズム部２０ａへ戻り、導光板１０の上面側へ出射する。これら導光板１０の上面へ出射する光は、乱反射光や拡散光ではなく直進性を持つ光として導光板１０の上面に一定角度で偏向されて出射する。また、各平坦部２３では光学制御部１６ａが存在しないため、これらの平坦部２３に入射した光は導光板１０の内部において全反射を繰り返して伝搬する。

図４は、プリズムシートの構成例を示す模式的な断面図である。図示のようにプリズムシート１５は、導光板１０と対向する一面側（図中下面）に、各々の断面が略三角形であって紙面と直交方向に厚さ方向を有する三角柱状の凸部であるプリズム部３０ａ、３０ｂを複数有している。各プリズム部３０ａ、３０ｂの形状は、図４に示すように∠ＯＡＢと∠ＯＡＣと弧ＡＣの半径によって決定される。弧ＡＣのほかに直線もしくはスプライン曲線、放物線等の任意曲線を用いてもよい。各プリズム部３０ａは、∠ＯＡＢに対応する斜面３１ａと、弧ＡＣに対応する斜面３２ａを有する。各プリズム部３０ｂは、∠ＯＡＢに対応する斜面３１ｂと、弧ＡＣに対応する斜面３２ｂを有する。

図示のように、各プリズム部３０ａと各プリズム部３０ｂとは、ある基準位置ｂ（例えばプリズムシート１５の図中左右方向における中央）を挟んで左右対称な形状を有する。プリズムシート１５の図中左側部分である各プリズム部３０ａの配置された部分は、上記した発光領域Ａ０１、Ａ０２に対応付けられている。導光板１０、１１から出射した光は、各プリズム部３０ａの斜面３１ａへ入射して屈折し、斜面３２ａにおいて全反射されて、プリズムシート１５の上面の法線方向へ出射する。同様に、プリズムシート１５の図中右側部分である各プリズム部３０ｂの配置された部分は、上記した発光領域Ａ０３、Ａ０４に対応付けられている。導光板１０、１１から出射した光は、各プリズム部３０ｂの斜面３１ｂへ入射して屈折し、斜面３２ｂにおいて全反射されて、プリズムシート１５の上面の法線方向へ出射する。なお、このようなプリズムシート１５の詳細な構造については、例えば特許第４０４４５１１号公報などの公知文献に記載されているものを用いることができる。

図５および図６は、本実施形態の構成を有する面光源装置を想定した光学シミュレーション結果の一例を示す図である。図５（Ａ）は４つの発光領域をすべて発光させた場合の輝度を表した図であり、図５（Ｂ）は２つの発光領域Ａ０２、Ａ０３を発光させた場合の輝度を表した図であり、図５（Ｃ）は２つの発光領域Ａ０１、Ａ０４を発光させた場合の輝度を表した図である。また、図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は、４つの発光領域Ａ０１、Ａ０２、Ａ０３、Ａ０４をそれぞれ個別に発光させた場合の輝度を表した図である。各図に示されるように、各発光領域ごとに分割して発光させた場合にも、漏れ光による影響を受けずに発光領域ごとのコントラスト比が良いことが分かる。また、発光領域ごとに導光板を分割する必要がなく、導光板同士の継ぎ目や反射ミラーの設置による境界部の輝度むらの問題が生じないため、全発光領域を発光させるとき、または隣り合う発光領域を発光させるときの輝度をより均一にできることが分かる。

上記のように本実施形態の面光源装置１００は、発光領域Ａ０１、Ａ０２、Ａ０３、Ａ０４のそれぞれ個別に光を放出することができる。すなわち、発光面を各発光領域ごとに分割して発光させることができる。また、各導光板１０、１１における光の直進性が高いので、光源から出射する光の主たる進行方向に対して略直交する方向に複数の発光領域を設け、複数の光源を用いてそれらの駆動をブロックごとに行うことで、より多くの発光領域を個別に発光させることができる。これを実現する面光源装置の構成例を以下に説明する。

図７は、多くの発光領域を有する面光源装置の構成例を示す模式的な斜視図である。図示の面光源装置１００ａは、図中上下方向であるｙ方向に重ねて配置された導光板１０、１１の両端部に、図中の奥行き方向であるｚ方向（左右両側面の長手方向）に沿って多数配列された発光素子からなる光源８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂを用いる。各導光板１０、１１の構成は上記と同様であり、また各導光板１０、１１の下面側にはそれぞれ反射シート１２、１３、１４が設けられている。また、プリズムシート１５については図示を省略しているが実際には導光板１０の上面側に配置される。

図示の例では、各光源８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂについて、それぞれ４つずつの発光素子を１ブロックとして各ブロックごとに発光素子を点消灯制御する。また、上記の通りｘ方向（図中左右方向である）については、各ブロックごとに４つの発光領域を個別に発光させることができる。従って、例えば、図中手前のブロックの各光源８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂにおける各々４つずつの発光素子を個別に発光させることで、発光領域Ａ０１、Ａ０２、Ａ０３、Ａ０４を個別に発光させることができる。このようなブロックを奥行き方向（ｚ方向）にｍ列設けているので、発光領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４、発光領域Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ２４、・・・発光領域Ａｍ１、Ａｍ２、Ａｍ３、Ａｍ４を個別に発光させることができる。すなわち、図示の例では４×ｍ個の発光領域を個別に発光させることができる。なお、各ブロックに割り当てる発光素子の数は４つに限られない。例えば、１つとしてもよく、その場合にはさらに細かく分かれた発光領域を設けることができる。

図８は、他の実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。ここで示す面光源装置１００ｂは、上記した図１に示した面光源装置１００と比べ、導光板１０と導光板１１の上下関係を入れ替えた点が主に異なっている。導光板１０、１１の入れ替えに伴い、各光源８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂの位置も入れ替わり、各反射シート１２、１３、１４の位置も入れ替わっている。この面光源装置１００ｂでは、平坦部２４を介して導光板１０から出射する光が導光板１１の平坦部２４を透過してプリズムシート１５へ入射する。このような構成によっても上記図１に示した構成の面光源装置１００と同様の効果を得られる。なお、この実施形態の面光源装置１００ｂについて、図９に示すように、下側の導光板１０ｃの左右方向の幅を各光学制御部１６ａ、１６ｃの配置範囲に対応して短くしてもよい。この実施形態の面光源装置１００ｃでは、平坦部が省略されて各光源８ａ、８ｂと各光学制御部１６ａ、１６ｂとの間がより近づくので、発光面の中心輝度を高める効果が得られる。

以上のような各実施形態によれば、輝度均一性並びにコントラスト比を向上させた面光源装置が得られる。

なお、本発明は上記した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、各光源を構成する発光素子は上記したＬＥＤに限られない。

１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ：面光源装置
８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ：光源
１０、１０ｃ、１１：導光板
１２、１３、１４：反射シート
１５：プリズムシート
１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ：光学制御部
１８：光源駆動回路
２０ａ、２０ｂ：プリズム部
２１ａ、２２ａ、２１ｂ、２２ｂ：斜面
２３、２４：平坦部
３０ａ、３０ｂ：プリズム部
３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ：斜面

Claims (8)

1. 対向配置される第１導光板及び第２導光板と、
   前記第１導光板側に配置されるプリズムシートと、
   前記第１導光板の一方側面及び他方側面へ個別に光を入射させる第１光源と、
   前記第２導光板の一方側面及び他方側面へ個別に光を入射させる第２光源と、
   前記第１光源と前記第２光源を駆動する光源駆動回路と、
   を含み、
   前記第１導光板は、前記一方側面と前記他方側面の間に前記第１光源からの光を特定方向へ偏向させる第１光学制御部を有するとともに、前記第１光学制御部の配置領域を挟んだ前記一方側面側と前記他方側面側の各領域に第１平坦部を有し、
   前記第２導光板は、各前記第１平坦部の配置領域と重なる各領域に前記第２光源からの光を特定方向へ偏向させる第２光学制御部を有する、
   面光源装置。
2. 前記第２導光板は、前記第１光学制御部の配置領域と重なる領域に第２平坦部を有する、
   請求項１に記載の面光源装置。
3. 対向配置される第１導光板及び第２導光板と、
   前記第２導光板側に配置されるプリズムシートと、
   前記第１導光板の一方側面及び他方側面へ個別に光を入射させる第１光源と、
   前記第２導光板の一方側面及び他方側面へ個別に光を入射させる第２光源と、
   前記第１光源と前記第２光源を駆動する光源駆動回路と、
   を含み、
   前記第１導光板は、前記一方側面と前記他方側面の間に前記第１光源からの光を特定方向へ偏向させる第１光学制御部を有し、
   前記第２導光板は、前記第１光学制御部の配置領域と重なる領域に第２平坦部を有するとともに、前記第２平坦部の配置領域を挟んで前記一方側面側と前記他方側面側のそれぞれに位置する各領域に前記第２光源からの光を特定方向へ偏向させる第２光学制御部を有する、
   面光源装置。
4. 前記第１導光板は、前記第１光学制御部の配置領域を挟んだ前記一方側面側と前記他方側面側の各領域に第１平坦部を有する、
   請求項３に記載の面光源装置。
5. 前記第１光学制御部は、前記一方側面と前記他方側面の間の基準位置を挟んで対称な形状を有しており、当該基準位置を挟んだ各領域において互いに異なる特定方向へ光を偏向させる、
   請求項１〜４の何れか１項に記載の面光源装置。
6. 前記第２光学制御部は、前記一方側面と前記他方側面の間の基準位置を挟んで対称な形状を有しており、当該基準位置を挟んだ各領域において互いに異なる方向へ光を偏向させる、
   請求項１〜４の何れか１項に記載の面光源装置。
7. 前記プリズムシートは、一面側に斜め方向から入射する光を他面側の法線方向へ出射させる、
   請求項１〜６の何れか１項に記載の面光源装置。
8. 前記第１光源は、前記第１導光板の前記一方側面及び他方側面の各長手方向に沿って配列される複数の第１発光素子を有し、
   前記第２光源は、前記第２導光板の前記一方側面及び他方側面の各長手方向に沿って配列される複数の第２発光素子を有し、
   前記光源駆動装置は、前記複数の第１発光素子について前記第１導光板の前記一方側面及び他方側面の各々において１つ以上の前記第１発光素子を含むブロックを設定して当該ブロック毎に点消灯制御するとともに、前記複数の第２発光素子について前記第２導光板の前記一方側面及び他方側面の各々において１つ以上の前記第２発光素子を含むブロックを設定して当該ブロック毎に点消灯制御する、
   請求項１〜７の何れか１項に記載の面光源装置。