特許 7504590 面光源装置および表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-14

(45)【発行日】2024-06-24

(54)【発明の名称】面光源装置および表示装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20240617BHJP

   G02F 1/13357 20060101ALI20240617BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20240617BHJP

【ＦＩ】

F21S2/00 482

G02F1/13357

F21Y115:10

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019238713

(22)【出願日】2019-12-27

(65)【公開番号】P2021108248

(43)【公開日】2021-07-29

【審査請求日】2022-11-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000208765

【氏名又は名称】株式会社エンプラス

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】桃井 拓郎

【審査官】野木 新治

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０２２８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０５３１９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－０８６５６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｇ０２Ｆ １／１３３５７

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体と、前記筐体内に配置されている１または２以上の略矩形の基板と、
前記基板上に配置される複数の発光装置と、
前記複数の発光装置の上に配置され、表面に微細な凹凸が形成されているか、または内部に光拡散子が分散している光拡散板とを有し、
前記複数の発光装置は、それぞれ発光素子と、拡散レンズであり、平面視したときに円形である光束制御部材とを有し、前記基板の一辺に平行で、かつ互いに平行な２以上の第１仮想直線上に配置され、
前記発光素子の発光面は、平面視したときに略矩形であり、
前記発光素子の発光面の各辺と、前記第１仮想直線とがなす角度のうち、最も小さな角度が２５°以上４５°以下であり、
隣接する前記複数の発光装置のそれぞれの前記発光素子について、前記最も小さな角度は同じ角度である、
面光源装置。

【請求項2】

筐体と、前記筐体内に配置されている１または２以上の基板と、
前記基板上に配置される複数の発光装置と、
前記複数の発光装置の上に配置され、表面に微細な凹凸が形成されているか、または内部に光拡散子が分散している光拡散板とを有し、
前記複数の発光装置は、それぞれ発光素子と、拡散レンズであり、平面視したときに円形である光束制御部材とを有し、前記筐体内に設定される互いに平行な２以上の第１仮想直線と、前記第１仮想直線に交差する互いに平行な２以上の第２仮想直線とがなす四角形の交点上に位置するように前記基板上に配置され、
前記発光素子の発光面は、平面視したときに略矩形であり、
前記発光面の各辺と、前記四角形の対角線とがなす角度は７０°以上１１０°以下であるか、または、前記対角線の方向に向く、前記発光面の辺と、前記第１仮想直線とがなす角度は２５°以上６５°以下であり、
隣接する前記複数の発光装置のそれぞれの前記発光素子について、前記発光面の各辺と、前記四角形の前記対角線がなす角度は同じであるか、または、隣接する前記複数の発光装置のそれぞれの前記発光素子について、前記対角線の方向に向く、前記発光面の辺と、前記第１仮想直線とがなす角度は同じ角度である、
面光源装置。

【請求項3】

前記光束制御部材は、前記発光面の４つの辺に対向するようにそれぞれ配置されている４つの脚部を有する、請求項１または２に記載の面光源装置。

【請求項4】

前記発光面は略正方形である、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の面光源装置。

【請求項5】

請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の面光源装置と、
前記面光源装置から出射される光を照射される表示部材と、
を有する、表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、面光源装置、および前記面光源装置を有する表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、バックライトとして直下型の面光源装置を使用することがある。近年、光源として複数の発光装置を有する、直下型の面光源装置が使用されるようになってきている。

【0003】

図１Ａは、特許文献１に記載されている従来の面光源装置１０における発光装置２０の配置を示す。図１Ａに示されるように、複数の発光装置２０が取り付けられたストリップ状の複数の基板２１は、略矩形の支持体４０の上に互いに平行に配置されている。これにより、特許文献１に記載されている面光源装置１０では、複数の発光装置２０は格子状に配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－２７８４２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図１Ｂは、図１Ａに示されている発光装置２０における発光素子の発光面５０の配置を示す。図１Ｂに示されるように、発光素子の発光面５０は略矩形であり、発光素子の発光面５０の辺は、基板２１の長手方向または短手方向に平行になるように配置されている。

【0006】

図１Ｃは、上記のように配置された発光素子による光拡散板上における輝度分布のイメージを示す。図１Ｃに示されるように、発光素子からの光は発光面５０の各辺に対して垂直な方向に拡がりやすいが、発光面５０の対角線の方向には拡がりにくい。これにより、従来の面光源装置１０では、例えば、発光装置２０が格子状に配置されたとき、格子の対角線の方向に光が拡がらず、光拡散板上において暗部６０が発生してしまい、輝度ムラが発生することがある（図１Ａ参照）。

【0007】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の発光装置を有する面光源装置において、発光素子の発光面の向きによって輝度ムラが発生することを抑制できる面光源装置、および当該面光源装置を有する表示装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の面光源装置は、筐体と、前記筐体内に配置されている１または２以上の略矩形の基板と、前記基板上に配置される複数の発光装置と、前記複数の発光装置の上に配置された光拡散板とを有し、前記複数の発光装置は、それぞれ発光素子と光束制御部材とを有し、前記基板の一辺に平行で、かつ互いに平行な２以上の第１仮想直線上に配置され、前記発光素子の発光面は、平面視したときに略矩形であり、前記発光素子の発光面の各辺と、第１仮想直線とがなす角度のうち、最も小さな角度が２５°以上４５°以下である。

【0009】

本発明の面光源装置は、筐体と、前記筐体内に配置されている１または２以上の基板と、前記基板上に配置される複数の発光装置と、前記複数の発光装置の上に配置された光拡散板とを有し、前記複数の発光装置は、それぞれ発光素子と光束制御部材とを有し、前記筐体内に設定される互いに平行な２以上の第１仮想直線と、前記第１仮想直線に交差する互いに平行な２以上の第２仮想直線とがなす四角形の交点上に位置するように前記基板上に配置され、前記発光素子の発光面は、平面視したときに略矩形であり、前記発光面の各辺と、前記四角形の対角線とがなす角度は７０°以上１１０°以下であるか、または、前記対角線の方向に向く、前記発光面の辺と、第１仮想直線とがなす角度は２５°以上６５°以下である。

【0010】

本発明の表示装置は、本発明の面光源装置と、前記面光源装置から出射される光を照射される表示部材とを有する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、複数の発光装置を有する面光源装置において、発光素子の発光面の向きによって輝度ムラが発生することを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１Ａは従来の面光源装置における発光装置の配置を示し、図１Ｂは図１Ａに示されている発光装置における発光素子の発光面がどのように配置されているかを示し、図１Ｃは発光素子の発光面の輝度分布のイメージを示す。

【図2】図２Ａ、Ｂは、実施の形態に係る面光源装置の構成を示す図である。

【図3】図３Ａ、Ｂは、実施の形態に係る面光源装置の構成を示す断面図である。

【図4】図４は、図３Ｂの一部を拡大した部分拡大断面図である。

【図5】図５Ａは、実施の形態に係る面光源装置において、発光素子の発光面の配置を示し、図５Ｂ、Ｃは発光面の配置の詳細を示す。

【図6】図６Ａは、従来の面光源装置における光束制御部材を平面視したときの脚部の配置を示し、図６Ｂは、実施の形態に係る面光源装置における光束制御部材を平面視したときの脚部の配置を示す。

【図7】図７Ａは、従来の面光源装置における発光素子の発光面の輝度分布のイメージを示し、図７Ｂ、Ｃは、本発明の実施の形態に係る面光源装置における発光素子の発光面の輝度分布のイメージを示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明の面光源装置の代表例として、液晶表示装置のバックライトなどに適する面光源装置１００について説明する。これらの面光源装置１００は、面光源装置１００からの光を照射される表示部材（被照射部材）１０２（例えば液晶パネル）と組み合わせることで、表示装置１００’として使用されうる。

【0014】

（面光源装置および発光装置の構成）
図２Ａ～４は、本発明の実施の形態に係る面光源装置１００の構成を示す図である。図２Ａは、平面図であり、図２Ｂは、正面図である。図３Ａは、図２Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図であり、図３Ｂは、図２Ａに示されるＢ－Ｂ線の断面図である。図４は、図３Ｂの一部を拡大した部分拡大断面図である。

【0015】

図２Ａ～４に示されるように、本実施の形態に係る面光源装置１００は、筐体１１０、複数の発光装置２００および光拡散板１２０を有する。複数の発光装置２００は、筐体１１０の底板１１２上に、例えば、格子状に配置されている。底板１１２の内面は、拡散反射面として機能する。また、筐体１１０の天板１１４には、矩形の開口部が設けられている。光拡散板１２０は、この開口部を塞ぐように配置されており、発光面として機能する。発光面の大きさは、特に限定されないが、例えば約４００ｍｍ×約７００ｍｍである。

【0016】

本実施の形態に係る面光源装置１００において、複数の発光装置２００は、例えば図３Ａに示されるように格子状に並んでいるがこれに限定されない。複数の発光装置２００は、基板２１０の一辺に平行で、かつ互いに平行な２以上の第１仮想直線２０１上に配置さることが好ましい。

【0017】

より具体的には、複数の発光装置２００は、筐体１１０内に設定される互いに平行な２以上の第１仮想直線２０１と、前記第１仮想直線２０１に交差する互いに平行な２以上の第２仮想直線２０２とがなす四角形の交点上に位置するように基板２１０上に配置されることが好ましい。さらにより具体的には、複数の発光装置２００は、図３Ａに示されるように、筐体１１０内において互いに平行であり、基板２１０の長手方向に延びる複数の第１仮想直線２０１と、第１仮想直線２０１に直交し、互いに平行な複数の第２直線２０２とがなす四角形の交点上に位置するように配置されていることが好ましい。

【0018】

図４に示されるように、複数の発光装置２００は、それぞれ基板２１０上に固定されている。１または２以上の基板２１０は、それぞれ筐体１１０の底板１１２上の所定の位置に固定されている。１つの基板２１０を用いる場合、複数の発光装置２００を配置させるために、大きな基板２１０を用いることが好ましい。複数の発光装置２００は、それぞれ発光素子２２０および光束制御部材３００を有している。なお、基板２１０は平面視したときに略矩形である（図３Ａ）。

【0019】

発光素子２２０は、面光源装置１００の光源であり、基板２１０上に実装されている。発光素子２２０は、例えば白色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。

【0020】

光束制御部材３００は、発光素子２２０から出射された光の配光を制御するレンズであり、脚部３８０を有し、基板２１０上に固定されている。レンズとしては、特に限定されないが、例えば、拡散レンズ、全反射レンズ等が挙げられる。
光束制御部材３００は、その中心軸ＣＡが発光素子２２０の光軸ＬＡに一致するように、発光素子２２０の上に配置されている。「発光素子の光軸ＬＡ」とは、発光素子２２０からの立体的な出射光束の中心の光線を意味する。発光素子２２０が実装された基板２１０と光束制御部材３００の裏面３５０との間には、発光素子２２０から発せられる熱を外部に逃がすための隙間が形成されている。

【0021】

光束制御部材３００は、一体成形により形成されている。光束制御部材３００の材料は、所望の波長の光を通過させ得る材料であれば特に限定されない。たとえば、光束制御部材３００の材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、シリコーンなどの光透過性樹脂、またはガラスである。

【0022】

本実施の形態に係る面光源装置１００は、発光素子２２０の発光面の配置に主たる特徴を有する。そこで、発光素子２２０の発光面の配置については、別途詳細に説明する。

【0023】

光拡散板１２０は、光拡散性を有する板状の部材であり、発光装置２００からの出射光を拡散させつつ透過させる。通常、光拡散板１２０は、液晶パネルなどの被照射部材とほぼ同じ大きさである。たとえば、光拡散板１２０は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、スチレン・メチルメタクリレート共重合樹脂（ＭＳ）などの光透過性樹脂により形成される。光拡散性を付与するため、光拡散板１２０の表面に微細な凹凸が形成されているか、または光拡散板１２０の内部にビーズなどの光拡散子が分散している。

【0024】

本実施の形態に係る面光源装置１００では、各発光素子２２０から出射された光は、光束制御部材３００により光拡散板１２０の広範囲を照らすように拡げられる。各光束制御部材３００から出射された光は、さらに光拡散板１２０により拡散される。その結果、本実施の形態に係る面光源装置１００は、面状の被照射部材（例えば液晶パネル）を均一に照らすことができる。

【0025】

（発光素子の発光面の配置）
図５Ａは、本実施の形態に係る面光源装置１００における、発光素子の発光面２２１の配置を示す。図５Ｂ、Ｃは、発光素子の発光面２２１が配置される角度を示す。

【0026】

上記したように、本実施の形態に係る面光源装置１００において、発光装置２００は、例えば、基板２１０の一辺に平行で、かつ互いに平行な２以上の第１仮想直線２０１上に配置される。または、発光装置２００は、筐体１１０内に設定される互いに平行な２以上の第１仮想直線２０１と、第１仮想直線２０１に交差する互いに平行な２以上の第２仮想直線２０２とがなす四角形の交点上に位置するように基板２１０上に配置される。図３Ａでは、発光装置２００は、筐体１１０内において互いに平行であり、基板２１０の長手方向に延びる第１仮想直線２０１と、第１仮想直線２０１に直交し、互いに平行な複数の第２仮想直線２０２とがなす四角形の交点上に位置するように配置されている。これに伴い、図５Ａに示されるように発光素子の発光面２２１も四角形の交点上に位置するように配置される。

【0027】

発光装置２００が配置される四角形は、略矩形であれば特に限定されない。本実施の形態では、発光装置２００が配置される四角形は、図５Ａに示されるように略正方形である。四角形の形状は、第１仮想直線２０１の方向の長さと、第２仮想直線２０２の方向の長さとの比が１：０．５～１．５であることが好ましく、１：０．８～１．２であることがさらに好ましく、１：１であること（略正方形であること）がさらに好ましい。

【0028】

発光素子の発光面２２１の形状は、平面視したときに略矩形であればよい。本実施の形態では、図５Ａ、Ｂ、Ｃに示されるように、平面視したときに発光素子の発光面２２１は略正方形である。略矩形である発光面２２１の形状は、例えば、２つの辺の長さの比が１：０．５～１．５であることが好ましく、１：０．８～１．２であることがさらに好ましく、１：１であること（略正方形であること）がさらに好ましい。

【0029】

２以上の基板を用いる場合、発光装置２００の配列ピッチの縦横比は、１：２～２：１であることが好ましい。また、３：４～４：３であることがより好ましく、４：５～５：４であることが特に好ましい。

【0030】

図５Ｂは、発光素子の発光面２２１の各辺と、第１仮想直線２０１とがなす角度を示す。図５Ｂにおいては、２つの角度θ１、θ２が示されているが、θ１が、発光素子の発光面２２１の各辺と、第１仮想直線２０１とがなす角度のうち、最も小さな角度である。なお、θ１が４５°を超えると、今度はθ２が最も小さな角度となる。ここで、最も小さな角度は、輝度ムラを抑制するという観点から、２５°以上４５°以下であることが好ましく、３５°以上４５°以下であることがさらに好ましく、４０°以上４５°以下であることがさらに好ましく、４５°であることが特に好ましい。

【0031】

図５Ｃは、発光素子の発光面２２１の各辺と、互いに平行な２以上の第１仮想直線２０１と、第１仮想直線２０１に交差する互いに平行な２以上の第２仮想直線２０２とがなす四角形の対角線とがなす角度、および四角形の対角線の方向に向く、発光素子の発光面２２１の辺と、第１仮想直線とがなす角度を示す。

【0032】

発光素子の発光面２２１の各辺と、四角形の対角線とがなす角度は、輝度ムラを抑制するという観点から、７０°以上１１０°以下が好ましく、８０°以上１００°以下がさらに好ましく、８５°以上９５°以下であることがさらに好ましい。本実施の形態では、図５Ｃに示されるように、発光素子の発光面２２１の各辺と四角形の対角線とが成す角度は９０°である。

【0033】

また、四角形の対角線の方向に向く、発光素子の発光面２２１の辺と、第１仮想直線２０１とがなす角度は、輝度ムラを抑制するという観点から、２５°以上６５°以下であることが好ましく、３５°以上５５°以下であることがさらに好ましく、４０°以上５０°以下であることがさらに好ましい。本実施の形態では、図５Ｃに示されるように、四角形の対角線の方向に向く、発光素子の発光面２２１の辺と、第１仮想直線２０１とがなす角度は４５°である。

【0034】

（脚部の配置）
図６Ａは、従来の面光源装置１０における光束制御部材３０を平面視したときの脚部３８の配置を示し、図６Ｂは、本発明の実施の形態に係る面光源装置１００における光束制御部材３００を平面視したときの脚部３８０の配置を示す。

【0035】

図６Ａに示されるように、従来の面光源装置１０における発光素子の発光面５０の各辺は、基板２１の長手方向または短手方向に平行に配置される。そして、光束制御部材３０の脚部３８の１つが、基板２１の長手方向に平行である、発光素子の発光面５０の辺と対向するように配置されており、光束制御部材３０の脚部３８の２つが、発光面５０の２つの角と対向する様に配置されている。これにより、従来の面光源装置１０では、光束制御部材３０を基板２１に接着するときに発光素子の発光面５０に脚部３８が接触する懸念がある。また、このような発光素子と脚部３８との接触を避けるために脚部３８が光束制御部材３０の比較的外側に配置されるため、脚部３８が配置される領域の基板２１の短軸方向の長さＬ１が比較的長くなる。このように脚部３８が光束制御部材３０の外側に配置されると、光束制御部材３０の直上へ向かう光が増大してしまう。また、光束制御部材３０の厚みが小さい箇所に脚部３８が配置されるため、力を加えられたときに光束制御部材３０が壊れやすくなってしまう。

【0036】

これに対して、図６Ｂに示されるように、本実施の形態に係る面光源装置１００における発光素子の発光面２２１の各辺は、基板２１０の長手方向に対して斜めに配置される。そして、光束制御部材３００の４つの脚部３８０が、発光素子の発光面２２１の４つの辺にそれぞれ対向するように配置される。これにより、本実施の形態によれば、光束制御部材３００を基板２１０に接着するときに発光素子の発光面２２１に脚部３８０が接触する懸念が少なくなる。また、脚部３８０を光束制御部材３００のより中心側に配置することができるため、脚部３８０が配置される領域の基板２１０の短軸方向の長さＬ２は比較的短くなる。これにより、光束制御部材３００が配置される基板２１０の幅も小さくすることができる。また、光束制御部材３００の厚みが大きい箇所に脚部３８０が配置されるため、力を加えられても光束制御部材３００が壊れにくい。

【0037】

（配向特性）
図７Ａは、従来の面光源装置１０における光拡散板上の輝度分布のイメージを示し、図７Ｂは、本実施の形態に係る面光源装置１００における光拡散板上の輝度分布のイメージを示す。図７Ｃは、本発明の他の実施の形態に係る面光源装置における光拡散板状の輝度分布のイメージを示す。図７Ａに示されるように、従来の面光源装置１０では、四角形の対角方向に光が届きにくく、４つの発光装置に囲まれた領域に暗部が発生して輝度ムラ発生しやすい。これに対して、図７Ｂ、Ｃに示されるように、本実施の形態に係る面光源装置１００では四角形の対角方向に光が届きやすく、４つの発光装置２００に囲まれた領域に暗部が発生することが抑制され、輝度ムラが発生することが抑制される。

【0038】

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る面光源装置１００では、発光素子の発光面２２１の各辺は、基板２１０の長手方向に対して斜めに配置することで、従来の面光源装置１０よりも輝度ムラの発生を抑制することができる。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明の面光源装置は、例えば、液晶表示装置のバックライトや一般照明などに適用することができる。

【符号の説明】

【0040】

１０、１００ 面光源装置
２０、２００ 発光装置
２１、２１０ 基板
３０、３００ 光束制御部材
３８、３８０ 脚部
４０ 支持体
５０、２２１ 発光素子の発光面
６０ 暗部
１００’ 表示装置
１０２ 表示部材
１１０ 筐体
１１２ 底板
１１４ 天板
１２０ 光拡散板
２０１ 第１仮想直線
２０２ 第２仮想直線
２２０ 発光素子
３５０ 裏面
ＣＡ 中心軸
ＬＡ 光軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】