JP2001067915A - 面照明装置 - Google Patents

面照明装置

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JP2001067915A
JP2001067915A JP23851999A JP23851999A JP2001067915A JP 2001067915 A JP2001067915 A JP 2001067915A JP 23851999 A JP23851999 A JP 23851999A JP 23851999 A JP23851999 A JP 23851999A JP 2001067915 A JP2001067915 A JP 2001067915A
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light
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angle
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JP23851999A
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Yukitoshi Hattori
幸年 服部
Takeya Sakai
丈也 酒井
Hiroshi Nakayama
博司 中山
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Hayashi Telempu Corp
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Hayashi Telempu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】表示サイズが大型化しても、低コストで、かつ
高輝度および輝度の均一性を得ることができる面照明装
置を提供する。 【解決手段】導光体2が平板状であるので、2つの光源
4を設置することが可能となるから、従来の単一光源の
楔形導光体に比較して高輝度を得ることができる。これ
とともに、導光体2の出射面5と出射面5に対向する反
射面6のいずれか一方に、断面が三角形の凸条7を光源
4と平行に複数形成することにより、視認方向(垂直方
向)に対し、光源4と反対側に傾斜して出射するので、
平板状の導光体2であっても、従来のように導光体を濃
度の異なる材料を組み合わせて形成することなく、楔形
の導光体と同程度の輝度の均一性にすることが可能とな
るので、低コストで輝度の均一性を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶等の対象物の
バックライトのような面照明装置に関し、特にその輝度
および輝度の均一性の向上に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、例えば液晶表示用バックライ
トのような面照明装置として、楔形の導光体と、その端
面に配設された単一の光源とを備え、光源から導光体へ
入射した光を散乱させ、導光体の出射面から照明光を出
射するものが知られている。導光体内の光量は光源から
の距離の増大とともに減少するが、楔形の導光体は、出
射面または出射面と対向する反射面に角度を付けること
により、光源からの距離の増大に応じて、強制的に出射
される光量を増やして、上記光量の減少を補うので、輝
度の均一性に優れる。また、集光性を高めて、輝度を上
げるために、楔形の導光体の出射面または出射面と対向
する反射面に、入光面である端面に対してその稜線が直
角または傾斜し、かつその断面が三角形の凸条(例え
ば、頂角50°〜130°)を複数形成したものも知ら
れている(特開平9−5529号、特開平10−253
960号、特開平10−268138号)。楔形の導光
体は、主として表示サイズが小型(14インチまで)の
場合に適用される。
【0003】一方、平板状の導光体と、その複数の端面
にそれぞれ配設された複数の光源とを備え、その導光体
を濃度の異なる材料を組み合わせて形成する面照明装置
が知られている(特開平6−324330号、特開平7
−134298号)。この装置は高輝度が得られ、輝度
の均一性にも優れる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の楔形の
導光体を用いた装置では、輝度の均一性に優れるが、1
端面から光を入射するだけなので、表示サイズが大型化
(15インチ以上)した場合、輝度が不足する。また、
大型化に対応して輝度を向上するために、図6のよう
に、2つの楔形の導光体32を結合させて、両端面に配
置した2つの光源34を用いることも考えられるが、中
央の結合部33で輝度ムラが大きくなる。
【0005】一方、平板状の導光体を用いた装置では、
複数の光源を用いるので表示サイズの大型化に対応して
高輝度が得られ、また輝度の均一性にも優れるが、濃度
の異なる材料を組み合わせて導光体を形成するために射
出成形を2回行う必要があるので、製造工程が複雑とな
り、低コスト化が図れない。
【0006】本発明は、上記の問題点を解決して、表示
サイズが大型化しても、低コストで、かつ高輝度および
輝度の均一性を得ることができる面照明装置を提供する
ことを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するために鋭意研究を重ねた結果、平板状の導光体
と、その相対向する2つの端面に配設された平行な1対
の光源とを備え、前記光源から導光体へ入射した光を散
乱させ、導光体の出射面から照明光を出射する面照明装
置であって、平板状導光体の出射面と出射面に相対向す
る反射面のいずれか一方に、断面が三角形の凸条を前記
光源と平行に延びるように複数形成されたものが有用で
あることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】本発明によれば、導光体が平板状であるの
で、相対向する2つの端面に配設された平行な1対の光
源を設置することが可能となるから、従来の1つの端面
に配設された単一光源の楔形導光体に比較して高輝度を
得ることができる。これとともに、導光体の出射面と出
射面に対向する反射面のいずれか一方に、断面が三角形
の凸条を前記光源と平行に複数形成することにより、視
認方向(垂直方向)に対し、光源と反対側に傾斜して出
射するので、平板状の導光体であっても、従来のように
導光体を濃度の異なる材料を組み合わせて形成すること
なく、楔形の導光体と同程度の輝度の均一性にすること
が可能となるから、低コストで輝度の均一性を得ること
ができる。
【0009】好ましくは、本発明に係る平板状導光体に
形成された三角形の凸条の頂角は、出射面では179°
〜160°であり、出射面と対向する反射面では175
°〜150°である。上記のそれぞれの下限を下回る
と、三角形の凸条の斜辺に入射する光が多くなり、輝度
の均一性が低下する。また、上限を上回ると、光の出射
面からの出射角度が輝度の均一性を向上させるのに好ま
しい出射角度、つまり視認方向(垂直方向)に対し、光
源と反対側に傾斜して出射する角度を保つことができな
いので、輝度の均一性が低下する。輝度の均一性を高く
得るには、特に、出射面では175°〜165°の範囲
が好ましく、反射面では171°〜160°の範囲が好
ましい。
【0010】好ましくは、本発明において、前記平板状
導光体からの照明光の指向性を補正する光偏向シートを
備えている。したがって、照明光の出射方向を視認方向
(垂直方向)に向けて、光の利用効率を高めるので、さ
らに高輝度を得ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
したがって説明する。図1は本発明の一実施形態に係る
面照明装置を示す。本装置は、平板状の導光体2と、そ
の相対向する2つの端面に配設された平行な1対の光源
4とを備えており、光源4から導光体2へ入射した光を
散乱させ、導光体4の出射面5から照明光を出射するも
のである。光源4は細長い形状であり、いわゆる線光源
である。
【0012】この平板状導光体2の出射面5に、断面が
三角形の凸条7が光源4と平行に延びるように複数形成
されている。この凸条7の頂角θは179°〜160°
の範囲である。
【0013】以下、本発明に係る平板状の導光体2が、
その出射面5に断面が三角形の凸条7を光源4と平行に
延びるように複数形成することにより、光源4からの光
線が従来の楔形の導光体と同程度の屈折挙動を示すこと
を説明する。
【0014】まず、図2(b)に、従来の楔形の導光体
32における光線の屈折挙動を示す。図2(b)におい
て、入射光線L1 の反射面36での反射角(入射光線L
1 と反射面36の法線h4 のなす角度) をθ1 、反射光
線L2 の出射面35での入射角(反射光線L2 と出射面
35の法線h5 のなす角度) をθ2 、出射光線L3 の出
射角(出射光線L3 と出射面35の法線h5 のなす角
度) をθ3 、楔形状の頂角度をδk (例えば、1°〜5
°)、導光体32の屈折率をr、空気の屈折率を1とす
ると、次式が成立する。 r・sinθ2 =1・sinθ3 例えば、導光体32の屈折率が1.492、出射角θ3
が輝度の均一性を高めるのに好ましい65°であると
き、上式に代入すると、 1.492sinθ2 =sin65 したがって、θ2 =37.4° θ1 =θ2 +δk であるから、例えば、楔形状の頂角δ
k が5°であるとき、反射面36での反射角θ1 は4
2.4°となる。
【0015】図2(a)に、本発明に係る平板状の導光
体2において、例えば出射面5に凸状7を形成した場合
における光線の屈折挙動を示す。図2(a)において、
凸状7の頂角をθ、(π−θ)/2をδ、入射光線L1
の反射面6の反射角(入射光線L1 と反射面6の法線h
1 のなす角度) をθi 、反射光線L2 の出射面5での入
射角(反射光線L2 と出射面5の法線h2 のなす角度)
をθi −δ、出射光線L3 の出射角(出射光線L3 と視
認方向である垂直線h3 のなす角度) をθo 、導光体の
屈折率をr、空気の屈折率を1とすると、次式が成立す
る。 r・sin(θi −δ)=1・sin(θo −δ) 例えば、θi =42.4°、θo =65°、r=1.4
92であるとき、上式に代入すると、 1.492sin(42.4−δ)=sin(65−
δ) これを展開すると、 1.492(sin42.4cosδ−cos42.4
sinδ)=sin65cosδ−cos65sinδ 1.492(0.67cosδ−0.74sinδ)=
0.91cosδ−0.42sinδ これを整理すると、 0.09cosδ=0.76sinδ したがって、tanδ=0.09/0.76 これにより、δ=6.8°、凸条7の頂角θは166.
4°になる。
【0016】すなわち、出射面5に凸状7を形成した場
合の平板状の導光体2における光線は、凸状7の頂角θ
の設定により、頂角δk を有する楔形の導光体32とほ
ぼ同程度の屈折挙動(θo =65°)を示す。したがっ
て、平板状の導光体2であっても、凸状7を形成するこ
とにより、楔形の導光体32と同程度の輝度−角度分布
にすることが可能となるので、低コストで輝度の均一性
を得ることができる。しかも、楔形の導光体32は単一
の光源であるのに対し、平板状の導光体2は2つの光源
4を配置しているので、高輝度が得られる。
【0017】図1の本装置は、さらに、出射面5上に配
置され、平板状導光体2からの出射光線(照明光)L3
の指向性を補正する例えばレンズシートのような光偏向
シート8を備えている。この光偏向シート8は、例えば
平板状導光体2と対向する面にレンズ面を形成したもの
で、このレンズ面は、一方向にほぼ平行に延長する断面
が三角形の凸条を複数形成したものである。したがっ
て、出射光線L3 の出射方向を視認方向(垂直方向)に
向けて、光の利用効率を高めるので、さらに高輝度を得
ることができる。なお、上記の光偏向シート8を設けな
くてもよい。
【0018】なお、平板状導光体2の出射面5ではな
く、図3のように、平板状導光体2の出射面5に相対向
する反射面6に、断面が三角形の凸条7を光源4と平行
に延びるように複数形成してもよい。この凸条7の頂角
は175°〜150°の範囲である。図1の出射面5に
凸条7を設けた場合、図3の反射面6に凸条7を設けた
のと比較して頂角θの範囲の上下限値が大きくなるの
は、図1の出射面5は角度δを有しているので、視認方
向(図2(a)では垂直線h3 方向)からみた出射光線
L3 の角度が両者ともに同等であるためには、図2
(a)の出射光線L3 を角度δ分だけ立ち上げるように
して頂角θを大きくする必要があることによる。
【0019】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるも
のではない。 〔実施例1〕ポリメチルメタクリレート等のようなアク
リル樹脂中に、シリコーン粒子(直径4.5μm)を
0.05wt%混入させた材料で射出成形を行って平板
状の導光体を形成し、図1のように、出射面5に、端面
と平行に、頂角172°の断面三角形状を50μmピッ
チで形成された平板状の導光体2を作製した。その導光
体4の端面の長手方向に沿って1対の平行な光源4を配
置し、導光体2の出射面5にレンズシート8(三菱レイ
ヨン株式会社製、商品名ダイアート、頂角65°)を載
せ、導光体2の測定位置ごとに視認方向(図2(a)の
垂直線h3 方向)の輝度を測定した。その結果を図4
(a)に示す。横軸は導光体2の測定位置(mm)、縦
軸は出射光線の輝度(cd/m2 )を示す。同図のよう
に、高輝度で輝度の均一性も高く、良好な面照明装置が
得られた。
【0020】〔実施例2〕実施例1と同一の導光体2お
よび光源4を用い、レンズシート8を載せない状態で、
図2(a)の出射角度θo ごとの輝度を測定した。その
結果を図4(b)に示す。横軸は垂直線h3 に対する出
射角度(°)、縦軸は出射光線の輝度(cd/m2 )を
示す。輝度補正値は、単位面積当たりの輝度を示すもの
で、輝度実測値にcosψ(ψは輝度計の角度)を掛け
たものである。頂角172°の場合、輝度のピークは6
4°付近になり、輝度の均一化のために好ましい60°
〜70°程度の範囲内に入っている。
【0021】〔比較例〕実施例1と同一材質の楔形の導
光体を用い、レンズシート8を載せない状態で、図2
(b)の出射角度θ3 ごとの輝度を測定した。その結果
を図5に示す。同図のように、輝度のピークは64°付
近であり、図4(b)と同様の分布を示す。したがっ
て、楔形の導光体と平板状の導光体2とがほぼ同程度の
輝度−角度分布になっているので、平板状の導光体2で
あっても、楔形の導光体とほぼ同程度の輝度の均一性が
得られる。
【0022】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、導光体
が平板状であるので、2つの光源を設置することが可能
となるから、従来の単一光源の楔形導光体に比較して高
輝度を得ることができる。これとともに、導光体の出射
面と出射面に対向する反射面のいずれか一方に、断面が
三角形の凸条を前記光源と平行に複数形成することによ
り、視認方向(垂直方向)に対し、光源と反対側に傾斜
して出射するので、平板状の導光体であっても、従来の
ように導光体を濃度の異なる材料を組み合わせて形成す
ることなく、楔形の導光体と同程度の輝度の均一性にす
ることが可能となるので、低コストで輝度の均一性を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る面照明装置を示す斜
視図である。
【図2】(a)は本発明に係る平板状の導光体における
光線の屈折挙動を、(b)は従来の楔形の導光体におけ
る光線の屈折挙動を示す図である。
【図3】本発明の他の実施形態に係る面照明装置を示す
斜視図である。
【図4】(a)は本発明に係る平板状の導光体の輝度−
測定位置分布を、(b)は輝度−角度分布を示す特性図
である。
【図5】従来の楔形の導光体の輝度−角度分布を示す特
性図である。
【図6】2つの楔形の導光体を結合させた導光体の側面
図である。
【符号の説明】
2…平板状の導光体、4…光源、5…出射面、6…反射
面、7…凸条、8…光偏向シート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 博司 愛知県名古屋市中区上前津1丁目4番5号 林テレンプ株式会社内 Fターム(参考) 2H038 AA55 BA01 BA06 2H091 FA21Z FA23Z FA31Z FB02 FC17 FD06 LA18

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平板状の導光体と、その相対向する2
    つの端面に配設された平行な1対の光源とを備え、前記
    光源から導光体へ入射した光を散乱させ、導光体の出射
    面から照明光を出射する面照明装置であって、 前記平板状導光体の出射面と出射面に相対向する反射面
    のいずれか一方に、断面が三角形の凸条を前記光源と平
    行に延びるように複数形成されている面照明装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 前記平板状導光体に形成された凸条の頂角は、出射面で
    は179°〜160°であり、出射面と対向する反射面
    では175°〜150°である面照明装置。
  3. 【請求項3】 請求項2において、さらに、 前記平板状導光体からの照明光の指向性を補正する光偏
    向シートを備えた面照明装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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