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【発明の名称】 面照明装置
【発明者】 【氏名】山下 博司

【氏名】山村 透

【要約】 【課題】蛍状のムラが発生するのを防止し、輝度ムラの低減を行う。

【解決手段】導光板1は、点光源から放出された光が入射される光入射面10と、光入射面10に入射された光を反射する光反射面11と、光反射面11で反射した光を出射する光出射面とを有する。光反射面11もしくは光出射面の光反射パターンを、点光源部分11Aとそれ以外11B,11Cとで変化させる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】複数の点光源と導光板とを有する面照明装置において、前記導光板は、前記点光源から放出された光が入射される光入射面と、前記光入射面に入射された光を反射する光反射面と、前記光反射面で反射した光を出射する光出射面とを有し、前記光反射面もしくは前記光出射面の光反射パターンを、前記点光源部分とそれ以外とで変化させることを特徴とする面照明装置。
【請求項2】前記光反射パターンを、前記点光源部分とそれ以外とで一部変化させることを特徴とする請求項1記載の面照明装置。
【請求項3】前記導光板の中に光を散乱させる散乱剤を含有していることを特徴とする請求項1または請求項2記載の面照明装置。
【請求項4】前記光反射パターンは、サンドブラスト加工もしくは、しぼ加工によることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の面照明装置。
【請求項5】前記光反射パターンは、サンドブラスト加工によりグラデーション処理が施されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の面照明装置。
【請求項6】点光源と前記点光源からの光を散乱させる散乱剤入りの導光板とを有する面照明装置であって、前記導光板は、前記点光源から放出された光が入射される光入射面と、前記光入射面に入射された光を反射する光反射面と、前記光反射面で反射した光を出射する光出射面とを有し、前記光反射面もしくは前記光出射面の光反射パターンを、サンドブラスト加工もしくは、しぼ加工により施し、前記加工面の表面粗さを、前記散乱剤の粒径の等倍から10倍の範囲にすることを特徴とする面照明装置。
【請求項7】点光源と導光板とを有する面照明装置において、前記導光板は、前記点光源から放出された光が入射される光入射面と、前記光入射面に入射された光を反射する光反射面と、前記光反射面で反射した光を出射する光出射面とを有し、前記光反射面もしくは前記光出射面の光反射パターンを、サンドブラスト加工もしくは、しぼ加工によりグラデーション処理を施すことを特徴とする面照明装置。
【請求項8】前記導光板は、光を散乱させる散乱剤入り導光板を用いることを特徴とする請求項7記載の面照明装置。
【請求項9】前記点光源は、前記光入射面に対峙するように複数個配列され、前記グラデーションは、前記点光源の配列方向に対して垂直方向に2〜12mm間隔に複数施したことを特徴とする請求項7または請求項8記載の面照明装置。
【発明の詳細な説明】【発明の属する技術分野】本発明は、点光源と導光板とを有する面照明装置に関し、特に光入射面と光反射面と光出射面とを有する導光板を用いた面照明装置に関する。本発明は、例えば、点光源としてLED素子のような発光素子の集合体からなり、液晶表示パネルのバックライトなどに好適に用いられる。
【従来の技術】液晶表示パネルの光源として用いられるエッジライト方式の導光板は、導光板の厚みを薄くできることや、構成を簡単にできるため広く利用されている。多くのエッジライト方式の導光板は、光源として、エッジ部に冷陰極管ランプが用いられている。冷陰極管でなる蛍光ランプを用いた面光源装置が、特開平10−153778号公報に開示されている。この公報では、出射光量の分布を均一化して高品位の照明光を出射することができるサイドライト型面光源装置を提案している。その提案する構成は、板状部材の端面から照明光を入射し、照明光を屈曲して板状部材の出射面より出射するサイドライト型面光源装置において、板状部材の出射面側に、端面に沿って帯状に、隣接する領域に比して照明光を散乱する程度の高い光拡散領域を形成したサイドライト型面光源装置というものである。また、近年携帯型装置が普及し、その省電力化が望まれている。そこで携帯型装置のバックライトユニットの光源として、従来の冷陰極管ランプに比べ、消費電力が少ないLED光源が注目され実用化されている。
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷陰極管ランプに比べ、LEDの場合、数個のLEDチップを点光源として配置することになり、点光源の垂直方向の輝度が、点光源が配置されている部分と点光源間の部分で輝度ムラが発生し、特にLEDチップに近い部分で、そのムラが大きくなり、蛍状のムラが発生するという問題がある。本発明は前記蛍状のムラが発生するのを防止し、輝度ムラの低減を行うことを目的とする。また、散乱剤入りの導光板を使い、光反射面、もしくは光出射面にブラスト処理を行うことで輝度アップさせることを目的とする。また、導光板の光反射面もしくは光出射面にグラデーション処理を施すことで輝度ムラを改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】請求項1に係る本発明は、複数の点光源と導光板とを有する面照明装置において、前記導光板は、前記点光源から放出された光が入射される光入射面と、前記光入射面に入射された光を反射する光反射面と、前記光反射面で反射した光を出射する光出射面とを有し、前記光反射面もしくは前記光出射面の光反射パターンを、前記点光源部分とそれ以外とで変化させることを特徴とする。請求項1に係る本発明では、蛍状のムラが発生するのを防止し、輝度ムラの低減を行うことができる。請求項6に係る本発明は、点光源と前記点光源からの光を散乱させる散乱剤入りの導光板とを有する面照明装置であって、前記導光板は、前記点光源から放出された光が入射される光入射面と、前記光入射面に入射された光を反射する光反射面と、前記光反射面で反射した光を出射する光出射面とを有し、前記光反射面もしくは前記光出射面の光反射パターンを、サンドブラスト加工もしくは、しぼ加工により施し、前記加工面の表面粗さを、前記散乱剤の粒径の等倍から10倍の範囲にすることを特徴とする。請求項6に係る本発明では、より光の散乱効果を高め、輝度アップさせることができる。請求項7に係る本発明は、点光源と導光板とを有する面照明装置において、前記導光板は、前記点光源から放出された光が入射される光入射面と、前記光入射面に入射された光を反射する光反射面と、前記光反射面で反射した光を出射する光出射面とを有し、前記光反射面もしくは前記光出射面の光反射パターンを、サンドブラスト加工もしくは、しぼ加工によりグラデーション処理を施すことを特徴とする。請求項7に係る本発明では、導光板の光反射面もしくは光出射面にグラデーション処理を施し、光効率をコントロールすることで輝度ムラを改善することができる。
【発明の実施の形態】<基礎となる実施の形態>以下、本発明の基礎となる実施の形態につき図1および図2を参照して説明する。図1は、面照明装置の概略構成を示す断面図、図2は、導光板に反射シートを装着した状態を示す斜視図である。図1及び図2に示すように、この面照明装置は、サイドライト型の面光源装置であって、一方の主面を光反射面11とし、他の主面を光出射面12とする導光板1、複数の白色LEDからなる点光源2…及び各種制御回路(図示せず)などで構成されている。この制御回路には、例えば導光板1の光出射面12から出射される光の総量を検知して、出射光量が最適になるように点光源2に電力を調整して供給する回路も含まれている。導光板1のエッジ部に設けられた光入射面10には、点光源2…が対向配置されている。この基礎となる実施の形態では、基板21上に点光源2…として6つの白色LEDを実装している。この白色LEDは、例えば、R、G、Bの3つのLEDを1つのパッケージに収容して、白色光を出射させるように構成したものや、単色のLEDを蛍光物質を用いてLEDからの出射光を白色光に変換するように構成したものを用いればよい。例えば、この蛍光物質としては、GaN系青色LEDを用いた場合には、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光物質を用いればよい。光反射面11は、光が漏洩するのを防ぎ反射効率を高める為に、ドット印刷を行ったりコーン状の窪みまたは光反射パターンがサンドブラスト加工により形成されている。光反射パターンは、サンドブラスト以外のしぼパターンまたはローレット溝でも良い。導光板1の光反射面11と対向する側には光出射面12が設けられている。そして、点光源2の各LEDからの光が、光反射面11や導光板1の3つの側面13で反射して、入射光の殆どが最終的に光出射面12から均一な指向性を有する合成光として出射される。前述した導光板1の材料としては、透光性材料の中から選択され、通常はアクリルまたはポリカーボネートの樹脂が用いられる。後述する第3の実施の形態のように散乱剤入りの導光板1を使うことが好ましい。導光板1の形状は平行平板や断面楔形平板で、その厚みは、通常1〜5mm程度のものが用いられるが、LEDを用いることで冷陰極管ランプを用いる場合に比較して更に薄型化が可能となる。また、その他の透光性材料としては、ポリメタアクリル酸メチル、ポリアクリル酸メチル等のアクリル酸エステル又はメタアクリル酸エステルの単独若しくは共重合体、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメチルペンテン等熱可塑性樹脂、或いは紫外線又は電子線で架橋した、多官能のウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート等のアクリレート、不飽和ポリエステル等透明な樹脂、透明な硝子、透明なセラミック等が用いられる。この実施の形態では、導光板1の光出射面12を除いて導光板1を包み込むように反射シート5が設けられている。すなわち、導光板1の反射面11及び3つの側面13を含み導光板1を包み込むように反射シート5が配置されている。そして、その反射シート5と導光板1の光入射面10側との間には、反射シート5で囲まれた空間6が設けられている。この反射シート5と導光板1とは両面テープ、接着剤等の接着層8により固定されている。反射シート5で囲まれた空間6の導光板1に対峙する場所に点光源2を差し込む挿入口7が設けられている。また、導光板1の光出射面12の上面には、拡散シート3、レンズシート4が配置された構成となっている。シート構成は、1枚でも2枚でも良く、また、重ねる順序を逆にしても良い。そして、基板21に実装された点光源2…は、導光板1に固定された反射シート5に設けられた各挿入口7…にそれぞれ対峙し、その挿入口7から空間6内に挿入されている。そして、導光板1の外側に位置する図示しない外枠に各LEDが実装された基板21を嵌め込み、もしくは、ネジ止め又は接着剤などで固定され、導光板1の所定位置に点光源2…が配置される。点光源2からの各LED光は、導光板1の内部に入り、光反射面11に設けられた光反射パターンや3つの側端面13で反射され集束を繰り返し、臨界角を超えると導光板1の光出射面12から拡散シート3に出射され、レンズシート4によって所望の角度範囲内に均一等方的に拡散されて合成光として出射される。このレンズシート4に近接して液晶表示パネルが配置される。また、点光源2からの各LED光は、光反射面11や3つの側端面13でも、光出射面12と同じように臨界角を超えると導光板1の外部に出射するが、光反射面11や3つの側端面13では、反射シート5で包み込まれているため、再び導光板1の内部に入射する。上記したように、導光板1を反射シート5で包み込み、光入射面側10に点光源2を差し込む空間6が設けられる。そして、その挿入口7に点光源2…が差し込まれて取り付けられるので、点光源2…の間は反射シート5が存在することになる。この結果、点光源2…の間の基板21表面は反射シート5で覆われることになり、基板21の色目や装着部品の影響で光効率が低下することを防止できる。また、反射シート5で導光板1を囲い込む構造であるので、点光源2の両サイドから光が漏れるのを防止できる。この実施の形態の面照明装置は、複数の点光源2と導光板1とを有する。導光板1は、点光源2から放出された光が入射される光入射面10と、光入射面10に入射された光を反射する光反射面11と、光反射面11で反射した光を出射する光出射面12とを有する。光入射面10に対峙するように複数個の点光源2が配列されている。
<第1の実施の形態>以下、本発明の第1の実施の形態につき図3を参照して説明する。図3は、6灯の点光源を用いた場合の導光板の光反射パターンを示す図である。この実施の形態の面照明装置は、導光板1、LEDで構成された6つの点光源としての第1点光源261、第2点光源262、第3点光源263、第4点光源264、第5点光源265、第6点光源266、これらの点光源を等間隔で実装する基板21などで構成されている。光反射面11は、光反射面のA部11Aと、光反射面のB部11Bとしての光反射面の左側B部11BLおよび光反射面の右側B部11BRとを有している。光反射面のB部11Bは、光反射面11における光入射面10側両端部であり、略1/4楕円形状をしている。光反射面のA部(以下、A部とする)11Aは、光反射面のB部(以下、B部とする)11B以外の部分である。光反射パターンは、A部11A、B部11B共にブラストによりパターンを作成しているが、A部11AとB部11Bとは光反射パターンが違っている。A部11Aでは、点光源261、262、263、264、265、266側の表面粗さが小さく、先端に向かい表面粗さが大きくなるようにグラデーション処理を施している。B部11Bでは、A部11Aの点光源261、262、263、264、265、266近傍の表面粗さより大きくしている。即ち、点光源261、262、263、264、265、266部分とそれ以外とで、光反射パターンを変化させている。この実施の形態では、光反射パターンを光反射面11に施しているが、光出射面12(図示せず)に施しても良い。また、光反射パターンを光反射面11と光出射面12(図示せず)の両方に施しても良い。その理由は、光出射面12に光反射パターンを施した場合でも、臨界角以内の光は反射するが、光が臨界角を超えると光出射面12の光反射パターンから出射するからである。光反射面11側には反射シート5が設けられているが、光出射面12側には反射シート5が設けられていないため、光は、光出射面12から拡散シート3に出射され、レンズシート4によって所望の角度範囲内に均一等方的に拡散されて合成光として出射されるのである。
<第2の実施の形態>以下、本発明の第2の実施の形態につき図4を参照して説明する。図4は、4灯の点光源を用いた場合の導光板の光反射パターンを示す図である。この実施の形態の面照明装置は、導光板1、LEDで構成された4つの点光源としての第1点光源241、第2点光源242、第3点光源243、第4点光源244、これらの点光源を実装する基板21などで構成されている。第1点光源241と第2点光源242間の距離と、第3点光源243と第4点光源244間の距離は等しく、基板21に実装されている。第1点光源241と第2点光源242間の距離は、第2点光源242と第3点光源243間の距離より長い。光反射面11は、A部11Aと、B部11Bとしての左側B部11BLおよび右側B部11BRと、光反射面のC部11Cとしての光反射面の左側C部(以下、左側C部とする)11C12および光反射面の右側C部(以下、右側C部とする)11C34とを有している。光反射面のC部11Cは略二等辺三角形形状をしている。尚、光反射面のC部11Cは半円形状、半楕円形状でも良い。左側C部11C12は、光反射面11における第1点光源241と第2点光源242間部であり、右側C部11C34は、光反射面11における第3点光源243と第4点光源244間部である。第1点光源241と第2点光源242間の距離または、第3点光源243と第4点光源244間の距離が、第2点光源242と第3点光源243間の距離より長いため、夫々、左側C部11C12または右側C部11C34を設けている。尚、第2点光源242と第3点光源243間に、図示しないC部11Cを設けても良い。A部11Aは、左側B部11BL、右側B部11BR、左側C部11C12および右側C部11C34以外の部分である。光反射パターンは、A部11A、B部11BおよびC部11C全てブラストによりパターンを作成しているが、A部11AとB部11BとC部11Cとは光反射パターンが違っている。A部11Aでは、点光源241、242、243、244側の表面粗さが小さく、先端に向かい表面粗さが大きくなるようにグラデーション処理を施している。B部11BおよびC部11Cでは、A部11Aの点光源241、242、243、244近傍の表面粗さより大きくしている。B部11Bに関しては、より端側の表面粗さを大きくしたグラデーションを施すことも有効である。光反射面11のパターンを、点光源部分と点光源間部分とで変化させることで、点光源間部分の輝度をアップさせ、点光源部分の輝度に近づけ、全体として均一にすることができる。
<第3の実施の形態>以下、本発明の第3の実施の形態につき図5を参照して説明する。図5は、散乱導光板を用いた面照明装置を示す概略断面図である。この実施の形態の面照明装置は、導光板1内に散乱剤としての散乱粒子14が含有されており、光の散乱効果をアップさせている。散乱粒子14の大きさは約0.5μmから10μm程度の大きさである。好ましくは、散乱粒子14の大きさは約0.5μmから5μm程度の大きさである。光反射面11にはブラスト加工が施されている。ブラストパターンは図3および図4に示したようなパターンを使うことができる。点光源2であるLEDの個数によってパターンは変更することができる。グラデーション処理をする場合は、光反射面11の表面粗さRz(十点平均粗さ)で0.5μmから10μmの範囲で粗さを調整すると光効率アップに効果がある。好ましくは、Rzは0.5μmから5μmの範囲が良い。光反射面11の表面粗さRzは散乱効果をよりアップさせるため散乱粒子14の大きさの等倍から10倍程度の範囲で調整するのが良い。散乱粒子14の大きさが約0.5μmの場合は、光反射面11の表面粗さRzが約0.5μmから5μmの範囲が良い。光反射面11もしくは光出射面側の光反射パターンを、サンドブラスト加工もしくは、しぼ加工により施すので、より光の散乱効果を高め、光効率をアップさせ、高輝度化を実現できる。この実施の形態の面照明装置は、点光源2と点光源2からの光を散乱させる散乱剤14入りの導光板1とを有する。光反射面11もしくは光出射面12の光反射パターンを、サンドブラスト加工もしくは、しぼ加工により施す。その加工面の表面粗さを、散乱剤14の粒径の等倍から10倍の範囲にする。
<第4の実施の形態>以下、本発明の第4の実施の形態につき図6を参照して説明する。図6は、2灯の点光源を用いた場合の小型導光板のグラデーションパターンを示す図である。この実施の形態の面照明装置は、導光板1、LEDで構成された2つの点光源としての第1点光源221、第2点光源222、これらの点光源を実装する基板21などで構成されている。光反射面11は、A部11Aと、B部11Bとしての左側B部11BLおよび右側B部11BRと、光反射面の鏡面部(以下、鏡面部とする)11Kとを有している。鏡面部11Kは、長方形形状をしており、光反射面11における点光源221、222側から1mmから2mmの領域である。この実施の形態では、鏡面部11Kは、点光源221、222側の1mmから2mm幅が有効発光領域ではないため、ブラスト加工を行っていないが、ブラスト加工を光反射面11の全面に行っても良い。A部11Aは、左側B部11BL、右側B部11BR、鏡面部11K以外の部分である。光反射パターンは、A部11A、B部11B共にブラストによりパターンを作成しているが、A部11AとB部11Bとは光反射パターンが違っている。A部11Aでは、点光源221、222側の表面粗さが小さく、先端に向かい表面粗さが大きくなるように1段のグラデーション処理を施している。B部11Bでは、A部11Aの点光源221、222近傍の表面粗さより大きくしている。A部11Aの点光源221、222に対して垂直方向の距離L1が、10mm程度であるので、グラデーション処理を1段としている。光反射面11もしくは光出射面の光反射パターンを、サンドブラスト加工もしくは、しぼ加工によりグラデーション処理を施すので、光効率をコントロールすることで輝度ムラを改善することができる。
<第5の実施の形態>以下、本発明の第5の実施の形態につき図7を参照して説明する。図7は、4灯の点光源を用いた場合の中型導光板における5段階のグラデーションパターンを示す図である。上記第2の実施の形態と同じ部分は、同一符号を付け、説明を省略する。光反射面11は、A部11AとB部11BとC部11Cと鏡面部11Kとを有している。鏡面部11Kは、四角形形状をしており、光反射面11における点光源241、242、243、244側から1mmから2mmの領域である。鏡面部11Kは、第1点光源241近傍の第1鏡面部11K1と、第2点光源242および第3点光源243近傍の鏡面部11K23と、第4点光源244近傍の鏡面部11K4とを有している。鏡面部11Kは、点光源241、242、243、244側の1mmから2mm幅が有効発光領域ではないため、ブラスト加工を行っていない。A部11Aは、点光源241、242、243、244側から順に、第1A部11A1、第2A部11A2、第3A部11A3、第4A部11A4からなる。A部11Aでは、点光源241、242、243、244側の表面粗さが小さく、先端に向かい表面粗さが大きくなるように5段階のグラデーション処理を施している。A部11Aの点光源241、242、243、244に対して垂直方向の距離L1からL5は約7mm程度に設定している。この距離であるグラデーション幅は、均一にする必要はない。A部11Aは、LED近傍の輝度ムラ対策のブラストパターンである。グラデーションに関しては、第2の実施の形態のように無段階に行えれば良いが、加工コストが高くなり、再現性が難しい。そこで2mmから12mm間隔にグラデーションを設定すると良い。この間隔に設定することで、グラデーションの境界が目視ではわかりにくくなり、輝度ムラを改善できる。この実施の形態では、グラデーションの境界線は点光源241、242、243、244の配列方向に対して平行で直線状になっているが、円弧状にしても良い。第5A部11A5の表面粗さは、B部11BおよびC部11Cに等しくしている。尚、等しくなくても良い。第1A部11A1の表面粗さは、B部11BおよびC部11Cより小さくしている。B部11Bに関しては、より端側の表面粗さを大きくしたグラデーションを施すことも有効である。この実施の形態のグラデーションは、複数の点光源241、242、243、244の配列方向に対して垂直方向に2〜12mm間隔に複数施している。
【発明の効果】請求項1に係る本発明では、光反射面もしくは光出射面の光反射パターンを、点光源部分とそれ以外とで変化させるので、点光源が配置されている部分と点光源間の部分で輝度ムラが発生しない。特に点光源に近い部分で、そのムラが大きくなることで発生する蛍状のムラの発生を防止することができると共に、導光板の光出射面での輝度ムラの度合いを小さくすることができる結果、見た目にも均一な面照明装置を提供することができる。請求項6に係る本発明では、点光源と点光源からの光を散乱させる散乱剤入りの導光板とを有する面照明装置であって、光反射面もしくは光出射面の光反射パターンを、サンドブラスト加工もしくは、しぼ加工により施し、その加工面の表面粗さを、散乱剤の粒径の等倍から10倍の範囲にするので、より光の散乱効果を高め、光効率をアップさせ、高輝度化を実現できる。請求項7に係る本発明では、光反射面もしくは光出射面の光反射パターンを、サンドブラスト加工もしくは、しぼ加工によりグラデーション処理を施すので、光効率をコントロールすることで輝度ムラを改善することができる。
【出願人】 【識別番号】000001889
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
【出願日】 平成12年7月24日(2000.7.24)
【代理人】 【識別番号】100111383
【弁理士】
【氏名又は名称】芝野 正雅
【公開番号】 特開2002−42529(P2002−42529A)
【公開日】 平成14年2月8日(2002.2.8)
【出願番号】 特願2000−221600(P2000−221600)