| 【発明の名称】 |
平面照明装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】藤原 翼
【氏名】野地 利仁
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| 【要約】 |
【課題】導光板の大きさよりも大きなサイズの見栄えの良い平面光を得る。
【解決手段】平面照明装置１は、導光板２、光源３、ケース４およびシート状部材５を備える。導光板２は、少なくとも１つの側面が光源３からの光線を取り込む入射面部９とされ、光線が出射される出射面（表面部８）を有する。シート状部材５は、導光板２の出射面上に設けられ、出射面側に出射光を拡散または集光する。ケース４は、導光板２と光源３およびシート状部材５を収納する凹部１３を有している。導光板２の入射面部９を除く側面１０，１１と対応したケース４の凹部１３の壁面は、凹部１３の底面１３ａから開口に向かって拡開した傾斜壁面１５とされている。導光板２の側面１０，１１からの漏れ光線を積極的に利用し、導光板２の側面１０，１１からの漏れ光線をケース４の傾斜壁面１５で反射し、漏れ光線の約８４％余りを導光板２とケース４間の空間から上方に出射させる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 光源と、少なくとも１つの側面が前記光源からの光線を取り込む入射面部とされ、表面部または／および裏面部から前記光線が出射される導光板と、前記導光板上に設けられ、前記導光板からの出射光を拡散または集光するシート状部材と、前記光源と前記導光板および前記シート状部材を収納する凹部を有し、前記導光板の前記入射面部を除く側面と対向する前記凹部の壁面が、該凹部の底面から開口に向かって拡開した傾斜壁面とされたケースとを具備することを特徴とする平面照明装置。
【請求項２】 前記凹部の傾斜壁面は、前記凹部の底面と開口とを成す角度が０°より大きく４５°以下に拡開していることを特徴とする請求項１記載の平面照明装置。
【請求項３】 前記導光板は、前記表面部または／および前記裏面部と前記側面とが接続する端が曲率の有る面で形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の平面照明装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、小型の液晶表示装置等に用いる平面照明装置に関するものであり、小さい導光板で大きな平面照明画面を提供し、軽量化、経済性および作業性に富む平面照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の小型の平面照明装置は、必要とする画面の大きさと導光板の大きさとが等しい。また、平面照明装置のサイズも光源部品と導光板とを加えた程度であり、両面サイズと導光板サイズとが比例関係にある。
【０００３】また、従来の小型の平面照明装置は、一般的に導光板の１側面側近傍に半導体発光素子等の点光源が設けられる。そして、導光板の他の３側面に反射効率の良い反射テープが貼り付けられ、導光板の裏面部下方に反射効率の良い反射シートが設けられる。これにより、光源から導光板内に導いた光を側面や裏面部から漏れない様に導光板内に閉じ込め、表面部のみを開放して光を出射し、導光板の表面部と大きさに等しい画面を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の小型の平面照明装置は、必要とする画面の大きさと導光板の大きさとが等しい。また、平面照明装置のサイズも光源部品と導光板とを加えた程度であり、両面サイズと導光板サイズとが比例関係にある。このため、画面のサイズを大きくしようとする場合、導光板のサイズを大きくしなければならない。従って、大きいサイズでの軽量化および平面照明装置を用いた液晶表示装置としての小型化ができないという課題がある。
【０００５】また、従来の小型の平面照明装置は、一般的に導光板の１側面側近傍に半導体発光素子等の点光源が設けられる。そして、導光板の他の３側面に反射効率の良い反射テープが貼り付けられ、導光板の裏面部下方に反射効率の良い反射シートが設けられる。これにより、光源から導光板内に導いた光を側面や裏面部から漏れない様に導光板内に閉じ込め、表面部のみを開放して光を出射し、導光板の表面部と大きさに等しい画面を得ている。このため、導光板の大きさ以上の画面を得ることができなかった。しかも、反射テープや反射シートを用いるため、材料等に対する経済性およびこれら材料等の取り付けに対する作業性等に課題がある。
【０００６】この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、斑のない均一な輝度分布の平面光を導光板よりも大きいサイズで得ることができる平面照明装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため請求項１に係る平面照明装置は、光源と、少なくとも１つの側面が光源からの光線を取り込む入射面部とされ、表面部または／および裏面部から光線が出射される導光板と、導光板上に設けられ、導光板からの出射光を拡散または集光するシート状部材と、光源と導光板およびシート状部材を収納する凹部を有し、導光板の入射面部を除く側面と対向する凹部の壁面が、凹部の底面から開口に向かって拡開した傾斜壁面とされたケースとを具備することを特徴とする。
【０００８】請求項１に係る平面照明装置は、光源と、少なくとも１つの側面が光源からの光線を取り込む入射面部とされ、表面部または／および裏面部から光線が出射される導光板と、導光板上に設けられ、導光板からの出射光を拡散または集光するシート状部材と、光源と導光板およびシート状部材を収納する凹部を有し、導光板の入射面部を除く側面と対向する凹部の壁面が、凹部の底面から開口に向かって拡開した傾斜壁面とされたケースとを具備するので、導光板内に存在する光線のうち、入射面部を除く側面から漏れた光線がケースの凹部の傾斜壁面で反射される。そして、この反射光は、導光板の入射面部を除く外周の略表面部方向に出射される。これにより、実際の導光板の大きさよりも大きな出射光を得ることができる。
【０００９】また、請求項２に係る平面照明装置は、凹部の傾斜壁面が、凹部の底面と開口とを成す角度が０°より大きく４５°以下に拡開していることを特徴とする。
【００１０】請求項２に係る平面照明装置は、凹部の傾斜壁面が、凹部の底面と開口とを成す角度が０°より大きく４５°以下に拡開しているので、導光板内に存在する光線のうち、入射面部を除く側面から漏れた光線の中で最もエネルギの強い光線がケースの凹部の傾斜壁面により垂直方向に反射される。そして、この反射光は、導光板の入射面部を除く外周の表面部方向に明るい光線として出射される。これにより、実際の導光板の大きさよりも大きな出射光を得ることができる。
【００１１】さらに、請求項３に係る平面照明装置は、導光板の表面部または／および裏面部と側面とが接続する端が曲率の有る面で形成されることを特徴とする。
【００１２】請求項３に係る平面照明装置は、導光板の表面部または／および裏面部と側面とが接続する端が曲率の有る面で形成されるので、導光板の側面の境界面部で導光板の表面部や裏面部と側面とが交わる縁が鋭い場合、縁に対応した位置に発生する輝線を抑えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、本発明に係る平面照明装置は、ケース凹部の底面の開口面積を導光板の出射面（表面部）の大きさよりも大きいサイズとし、導光板の入射面部を除く側面と対向するケース凹部の壁面を凹部の底面から開口に向かって拡開した傾斜壁面としている。そして、導光板の側面からの漏れ光線を積極的に利用し、導光板の側面からの漏れ光線をケース凹部の傾斜壁面で反射させ、漏れ光線の約８４％余りを導光板とケース凹部の空間から上方に出射させている。また、導光板の上面からケース凹部に略ケースサイズのシート状部材（拡散シートやプリズムシート等）を設けている。これにより、導光板からの出射光と、ケース凹部の空間からの出射光とが視覚的に認識できないようにしている。その結果、平面照明装置全体として斑のない均一な輝度分布による見栄えの良い平面光を得ている。
【００１４】図１は本発明に係る平面照明装置の略斜視構成図、図２および図３は同平面照明装置の光線軌跡図である。
【００１５】図１に示すように、平面照明装置１は、導光板２、光源３、ケース４およびシート状部材５を備えて構成される。
【００１６】導光板２は、屈折率が１．４〜１．７程度からなるアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリオレフィンやスチレンとアクリロニトリルとの共重合体、スチレンとブタジエンとの共重合体、スチレンとメチルメタクルレートとの共重合体等の透明な樹脂からなる。
【００１７】導光板２は、光源３からの光を出射する表面部７と、この表面部７の反対に位置する裏面部８と、これら表面部７および裏面部８と直角に交じり合う側面とから成る。側面は、光源３からの光線を導光板２に導く入射面部９と、入射面部９の反対に位置する反入射面部１０と、これら入射面部９および反入射面部１０に続く側面１１とから成る。
【００１８】また、図示しないが、導光板２の表面部７または／および裏面部８には、凸状や凹状や溝等の加工が施されている。これにより、光源３から導光板２内に導いた光を凸状や凹状や溝等で反射や屈折等を行い、光を表面部７に出射させている。なお、導光板２の裏面部８にシボ加工（梨地加工）等を施す場合もある。これにより、裏面部８で光を散乱させて表面部７に出射させることができる。
【００１９】さらに、導光板２において、光源３から光線を導く１側面の入射面部９、この入射面部９の反対側に位置する１側面の反入射面部１０、入射面部９および反入射面部１０に続く２つの側面１１等は、表面部７や裏面部８と異なって鏡面形状をしている。
【００２０】また、導光板２には、光源３側の１側面の光源３に対向した鏡面状の入射面部９から取り入れた光が屈折率ｎに応じた屈折角αで入射される。この入射光は、は、入射面部９の法線と成る屈折角αが０≦｜α｜≦ｓｉｎ-1（１／ｎ）を満たす範囲で導光板２内を進行する。
【００２１】ここで、導光板２の屈折率ｎがｎ＝１．４９の場合、屈折角αは約４２°となる。従って、導光板２に入射した光は、この範囲で導光板２内を進行するとともに、導光板２と空気層の屈折率（ｎ＝１）との境界面で全反射を生じ、この臨界角も約β＝４２°となる。
【００２２】また、導光板２の表面部７または／および裏面部８の端部、すなわち各反入射面部１０および側面１１と、表面部７および裏面部８とが接続する端の線状部分には、所定の曲率を有する面取り１２が施されている。これにより、面取り１２の部分に達した光線が全て導光板２の外部に出射したり、一度外部に出射した光線がケース４の後述する傾斜側面部１４の傾斜壁面１５で反射する。そして、再度導光板２に入射する時、側面１１（反入射面部１０）に対する入射角が９０°の場合、大部分の光線が導光板２の内部に屈折角α＝０〜±４２°の範囲で入射する。
【００２３】また、一部の光線が側面１１（反入射面部１０）と表面部７や裏面部８との交差する端に導かれた時、導光板２の側面１１（反入射面部１０）の境界面部で導光板２の表面部７や裏面部８と側面１１（反入射面部１０）とが交わる縁が鋭いと、この縁に対応した位置に輝線が発生する。しかし、本例では、前記端が面取り１２を形成し、鋭いエッジ状になっていないため、輝線の発生を抑えて見やすく均一な光を得ることができる。
【００２４】光源３は、例えば青、緑、赤等の単色や白色のＬＥＤ、レーザ等の半導体発光素子からなる。この光源３は、ケース４の端に実装され、導光板２の入射面部９に光を出射する。また、光源３は、単波長発光の単体のＬＥＤ、異波長発光を混合したＬＥＤ、レーザ等の半導体発光素子を、単数あるいは複数個列べても良い。さらに、光源３の形状としては、平面やレンズ付きのものであっても良く、導光板２とは空隙を持たせたり、接触させても良い。
【００２５】ケース４は、変成ポリアミド、ポリブチレンテレフタレートや芳香族系ポリエステル等からなる液晶ポリマなどの絶縁性の有る熱可塑性樹脂材料に、チタン酸バリウム等の白色粉体を混入させてモールド成形される。また、ケース４は、導光板２が載置される内側にアルミニウム等の金属蒸着を施したり、金属箔を積層してもよい。さらに、ケース７は、金属蒸着や金属箔を積層した内側にアルムニウム等の金属蒸着を施したり、金属箔を積層したフィルム形状物やシート状金属を貼っても良い。これにより、光の反射性を良くするとともに、遮光性を得ている。
【００２６】ケース４には、導光板２と光源３およびシート状部材５が収納されるように開口した凹部１３が設けられている。この凹部１３の平坦な底面１３ａは、導光板２の表面積と略同等の面積を有している。また、凹部１３の周壁面には、底面１３ａの輪郭部分から開口に向かって拡開した傾斜壁面１５を備えた傾斜側面部１４が導光板２を囲む様に形成されている。これにより、ケース４は、凹部１３の開口から見たときに、導光板２の表面部７よりも大きな空間表面積を持っている。
【００２７】なお、凹部１３は、底面１３ａに導光板２を載置し、壁面と入射面部９との間の空間部分に導光板２の入射面部９と対向して光源３を実装できるスペースを有していればよい。従って、導光板２の入射面部９と対向する凹部１３の壁面は、特に傾斜壁面１５としなくてもよい。
【００２８】また、ケース４の傾斜壁面１５は、導光板２の裏面部８の輪郭位置から裏面部８の仮想延線（図２の一点鎖線で示すＬ−Ｌ線）と成す角度が４５°程度とされている。すなわち、ケース４の傾斜壁面１５は、凹部１３の底面１３ａから開口に向かって傾斜しており、底面１３ａとなす傾斜角度が４５°程度となっている。これにより、導光板２の側面１１（反入射面部１０）からの出射光は、導光板２の側面１１（反入射面部１０）と傾斜壁面１５との空間の上方に反射偏向される。
【００２９】さらに、ケース４は、傾斜側面部１４の傾斜壁面１５側の上部部分に、導光板２の表面部７の高さ位置から上部を帯状に欠切したシート受部１６を備えている。このシート受部１６には、導光板２の表面部７の上部に乗せる拡散シートやプリズムシートからなるシート状部材５が位置固定され、シート状部材５の輪郭周辺を収納する。
【００３０】以上のように構成される平面照明装置は、図３に示すように、熱可塑性合成樹脂等の外筐フレームやガラスエポキシ樹脂等の基板からなる基材２１上に実装され、この基材２１上でケース４の傾斜側面部１４の下部に空間部分Ｓを有している。これにより、本発明の平面照明装置を液晶表示装置等に実装する場合、ケース４の空間部分Ｓに電子部品を収納する実装スペースとして有効利用することができる。その結果、平面照明装置を用いた液晶表示装置等の小型化が図れる。
【００３１】ここで、導光板２とケース４との光線の軌跡について説明する。入射面部９から入射した光線は、０〜±４２°以内の光が導光板２内に存在する。表面部７方向に進んだ０〜＋４２°光線は、表面部７で全反射して裏面部８方向に進む。そして、再度裏面部８で全反射を行いながら入射面部９から離れるように側面１１（反入射面部１０）方向に進む。そして、これらの光線の中のうち、例えば表面部７で全反射した光線が側面１１（反入射面部１０）に達する中で、図２に示すように表面部７で全反射した４２°の光線Ｌ０が側面１１（反入射面部１０）から出射すると、８５．６°の屈折を行って傾斜側面部１４の傾斜壁面１５により反射する。そして、この反射光が再度側面１１（反入射面部１０）から導光板２内に入射し、表面部７から出射される。
【００３２】このように、導光板２内にある０〜±４２°範囲の光の内、側面１１（反入射面部１０）への入射角αが略２８．２２°の光線は、導光板２外部の空気層で屈折されて略４５°の出射角βとなる。そして、傾斜側面部１４の傾斜壁面１５を導光板２の裏面部８の輪郭位置から裏面部８の仮想延線と成す角度γを４５°すると、光源３と傾斜壁面１５とが直角に交差し、光線は再び導光板２内に戻される。このように、側面１１（反入射面部１０）に対しての入射角αが略４２°〜２８．３３°までの光線は、再び導光板２に戻される。これに対し、略２８．２２°以下の光線および裏面部８からの全反射された全光線は、側面１１（反入射面部１０）から出射する。さらに、略２８．３３°以下の光線は、傾斜側面部１４の傾斜壁面１５で反射されて上方向に進む。図３に示すように、特に、側面１１（反入射面部１０）に対し直角に進む光線Ｌ１は、屈折せずに４５°の傾きを持つ傾斜壁面１５で４５°に反射される。そして、この反射された光線Ｌ１１は、垂直方向（表面部７と平行な仮想面に対して直角）に進む。
【００３３】また、例えば導光板２内にある２０°程度の光線の場合でも、表面部７や裏面部８で全反射を繰り返し、表面部７で全反射して裏面部８方向に進む。そして、側面１１（反入射面部１０）に向かった光線Ｌ２は、側面１１（反入射面部１０）に対し入射角α１が２０°程度の時、空気層で屈折角β１＝３０．６３８程度に屈折する。この屈折した光線Ｌ２２は、４５°の傾きを持つ傾斜壁面１５で反射し、この反射した光線Ｌ２３はやや導光板２寄りの上方に出射する。
【００３４】同様に、裏面部８で全反射して表面部７方向に進み、側面１１（反入射面部１０）に向かった光線Ｌ３は、側面１１（反入射面部１０）に対し入射角α１が２０°程度の時、空気層で屈折角β１＝３０．６３８程度に屈折する。この屈折した光線Ｌ３２は、４５°の傾きを持つ傾斜壁面１５で反射し、この反射した光線Ｌ３３はやや導光板２の外向きの上方に出射する。
【００３５】よって、導光板２内にある光線のうち、略２８．３３°以上の光線で側面１１（反入射面部１０）から下方に進む光線以外の全ての光線は上方に出射する。この上方に出射した光線の光量は、側面１１（反入射面部１０）から出射する光量の約８４％に当たる。このため、導光板２の表面部７からの出射光と、側面１１（反入射面部１０）からの漏れ光線を利用した出射光とはあまり大差が無く、導光板２の表面部７の上方に出射される。そして、導光板２の表面部７および傾斜壁面１５を覆うように拡散シートやプリズムシート等のシート状部材５を備えることにより、輝度の斑の発生が無く、見栄もよい出射光を得ることができる。
【００３６】このように、入射面部９を除く側面１１（反入射面部１０）に対応したケース４の凹部１３の壁面は、導光板２の裏面部８の輪郭位置から裏面部８の仮想延線と成す角度が０°より大きく４５°以下で凹部１３の開口に向かって外側に広げた傾斜壁面１５としたので、導光板２内に存在する光線のうち入射面部９を除く側面１１（反入射面部１０）から漏れた光線の中で最もエネルギが強い光線が傾斜側面部１４の傾斜壁面１５により垂直方向に反射される。そして、この反射光は、導光板２の入射面部９を除く外周の表面部８方向に明るい光線として出射されるので、実際の導光板２の大きさよりも大きな出射光を得ることができる。
【００３７】シート状部材５は、例えば拡散シートやプリズムシートからなり、導光板２の表面部７の上部に設けられる。シート状部材５として拡散シートを用いれば、導光板２の表面部７からの出射光や導光板２とケース４の傾斜側面部１３の壁面１５との空間からの出射光等を拡散することができる。また、シート状部材５としてプリズムシートを用いれば、導光板２の表面部７からの出射光や導光板２とケース４の傾斜側面部１４の傾斜壁面１５との空間からの出射光等を集光することができる。これにより、本発明の平面照明装置の出射表面からの輝度分布等を調整して、斑のない均一な出射光を得ることができる。
【００３８】また、ケース４自体を光の反射性を良くする白色粉体を混入させて成形するが、より反射性を良くし、導光板２の裏面部８から漏れた光線を再び導光板２に戻すために、ここでは図示しないが、導光板２とケース４との間に反射体を設けても良い。この反射体は、熱可塑性樹脂のシートにアルミニウム等の金属錠宅を施したり金属箔を積層した物や、シート状金属およびこれらのフィルム形状にしたものからなる。この反射体は、光源３からの光が導光板２からの漏れ光や裏面部８から出射した光を反射または乱反射し、再度導光板２に入射させるようにする。
【００３９】このように、本発明の平面照明装置では、導光板よりも大きく開口した凹部がケースに設けられ、この凹部の導光板の入射端面を除く側面と対向する壁面を傾斜壁面とし、導光板の側面からの漏れ光線を傾斜壁面によって凹部の開口方向に出射させている。また、導光板の表面部および傾斜壁面を覆うように拡散シートやプリズムシートからなるシート状部材が載置される。これにより、導光板の側面からの漏れ光線の約８４％余りを導光板とケース間の空間から上方に出射させて、導光板の大きさよりも大きなサイズの平面光を出射する平面照明装置を得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】以上のように、請求項１に係る平面照明装置は、光源と、少なくとも１つの側面が光源からの光線を取り込む入射面部とされ、表面部または／および裏面部から光線が出射される導光板と、導光板上に設けられ、導光板からの出射光を拡散または集光するシート状部材と、光源と導光板およびシート状部材を収納する凹部を有し、導光板の入射面部を除く側面と対向する凹部の壁面が、凹部の底面から開口に向かって拡開した傾斜壁面とされたケースとを具備するので、導光板内に存在する光線のうち、入射面部を除く側面から漏れた光線がケースの凹部の傾斜壁面で反射される。そして、この反射光は、導光板の入射面部を除く外周の略表面部方向に出射される。これにより、実際の導光板の大きさよりも大きな出射光を得ることができる。また、拡散シートやプリズムシート等のシート状部材を兼用することにより、斑のない軽量で大きな平面照明装置を得ることができる。
【００４１】また、請求項２に係る平面照明装置は、凹部の底面と開口とを成す角度が０°より大きく４５°以下に拡開しているので、導光板内に存在する光線のうち、入射面部を除く側面から漏れた光線の中で最もエネルギの強い光線がケースの凹部の傾斜壁面で垂直方向に反射される。そして、この反射光は、導光板の入射面部を除く外周の表面部方向に明るい光線として出射される。これにより、実際の導光板の大きさよりも大きな出射光を得ることができる。また、拡散シートやプリズムシート等のシート状部材を兼用することにより、斑のない軽量で大きな平面照明装置を得ることができる。しかも、平面照明装置を基板等に実装した時、傾斜壁面の下方の空間部分を電子部品の実装スペースとして有効利用でき、この平面照明装置を用いた液晶表示装置等の小型化を図ることができる。
【００４２】さらに、請求項３に係る平面照明装置は、導光板の表面部または／および裏面部と側面とが接続する端が曲率の有る面で形成されるので、導光板の側面の境界面部で導光板の表面部や裏面部と側面とが交わる縁が鋭い場合、縁に対応した位置に発生する輝線を抑えることができる。これにより、見やすく均一な光が得られる平面照明装置を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９１０１３９５５
【氏名又は名称】日本ライツ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年２月２１日（２００１．２．２１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６７３２３
【弁理士】
【氏名又は名称】西村 教光 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２４５８２８（Ｐ２００２−２４５８２８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年８月３０日（２００２．８．３０） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−４５２３３（Ｐ２００１−４５２３３） |
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