JP2002245827A - 面照明装置 - Google Patents

面照明装置

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JP2002245827A
JP2002245827A JP2001044750A JP2001044750A JP2002245827A JP 2002245827 A JP2002245827 A JP 2002245827A JP 2001044750 A JP2001044750 A JP 2001044750A JP 2001044750 A JP2001044750 A JP 2001044750A JP 2002245827 A JP2002245827 A JP 2002245827A
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reflection
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Kozo Fujino
耕三 藤野
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源としての光の利用効率を高め、最終的に
面光源の輝度を向上させる面照明装置を提供する。 【解決手段】 導光体方式の面照明装置において、導光
体12の底面または底面および側面に、一般に使用され
ている拡散反射材の代わりに、極めて高い反射率(90
%以上)の材料からなる反射板10を配置し、導光体1
2の裏面側から出射した光の大部分を導光体12に再入
射させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、導光体方式の面照
明装置に関し、特に発光面の輝度分布が均一である面照
明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶ディスプレイ等に使用されるバック
ライトは平面形状の光源であり、現在、導光体方式が主
流である。代表的なバックライトの光源には、EL,L
ED,CCFL(Cold Cathode Fluo
rescent Lamp)等が使われている。導光体
方式のバックライトは、前述の光源からの光が発光面に
均一に照射するように、導光体の裏面に光散乱体(印刷
ドットパターン、凹凸散乱体)が調整、形成されてい
る。
【0003】図9は、導光体の裏面に印刷ドットパター
ンが形成されたバックライト光源の一部断面図であり、
光源からの光が導光体32の内部を進み、印刷ドットパ
ターン34で散乱され、散乱された光が光拡散シート3
8から出射する状態を示している。光源からの光は、印
刷ドットパターン34により散乱され、散乱された光の
一部は導光体32の表面から出射し、さらに、その一部
は導光体32の裏面および側面に漏れる。漏れ光を導光
体32に取り戻すために導光体32の側面と底面(発光
面の反対側)にシート状の白色反射板36を取り付け、
漏れ光を導光体32に再入射させ、戻すような設計がな
されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】導光体の底面を覆うの
は、通常、白色反射基材であり、この白色反射基材で正
反射以外に拡散反射することで発光面の輝度分布の均一
性を高める効果がある。しかし、反面、白色反射基材の
反射係数は1より低い0.80程度であり、入射光量が
全て反射されるわけではなく、光の一部(残りの0.
2)が失われ、その分、輝度は低下する。
【0005】反射基材として一般に使用されている拡散
反射板は表面が鏡面ではなく、表面に細かい凹凸面が存
在し、この凹凸面で光の散乱反射をもたらす。この散乱
反射を起こすが故に、凹凸部分での光の多重反射が繰り
返され、その結果、反射成分以外に、反射板への光の吸
収、透過割合が増えて光量損失となり、光源(導光体前
面)自体の輝度低下を招く。
【0006】本発明の目的は、上記光量損失を防ぐた
め、反射基材での吸収や透過成分を極力抑えて、反射基
材表面に入射した光の大部分が導光体に戻る、すなわち
再入射させることにより、光源としての光の利用効率を
高め、最終的に面光源の輝度を向上させる面照明装置を
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記光量損失を防ぐた
め、本発明は、一般に使用されている拡散反射材の代わ
りに極めて反射率の高い材料、例えば鏡あるいはアルミ
ニウム薄膜のような材料を導光体周辺に配置させてお
り、本発明は、面状の導光体と、前記導光体の周側面に
少なくとも1つ配置された光源と、前記導光体の底面お
よび光源取り付け面以外の側面に配置される高反射率の
反射板と、前記反射板の裏面に配置される底板と、前記
反射板を間に介して前記導光体の側面に配置されるケー
ス枠と、前記導光体の上面に配置される光拡散シートと
よりなり、前記導光体の裏面は、光を散乱するように構
成されていることを特徴とする。
【0008】また、本発明は、前記光源取り付け面に、
光源部分を除いて前記反射板が配置されることを特徴と
する。
【0009】また、本発明は、面状の導光体と、前記導
光体の周側面に少なくとも1つ配置された光源と、前記
導光体の底面に配置される高反射率の反射板と、前記反
射板の裏面に配置される底板と、前記導光体の側面に配
置されるケース枠と、前記導光体の上面に配置される光
拡散シートとよりなり、前記導光体の裏面は、光を散乱
するように構成されていることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0011】図1は、本発明の面照明装置の実施の形態
を示す分解斜視図である。図1に示す面照明装置は、平
板状の導光体12を備えており、この導光体12には、
対向する短辺側の側面中央部にそれぞれ光源14a,1
4bが設けられている。
【0012】導光体12の裏面には、光散乱体が形成さ
れている。図2に光散乱体となる印刷ドットパターンの
一例を示す。ここで黒色で示されているのがドットパタ
ーンで、この部分の反射率が高い。反射率は面内の2箇
所で極小となる特徴をもっている。光散乱体のパターン
は、通常、円形ドットであるが、円形に限る必要はな
く、正方形、菱形等多くの変形が可能である。
【0013】さらに、導光体12の底面に、または導光
体12の底面と光源取り付け面以外の側面に高反射率の
反射板が配置される。なお、図1は、導光体12の底面
と光源取り付け面以外の側面に反射板10を配置する場
合の分解斜視図を示している。図3に、導光体12の底
面のみに反射板22を配置する場合の面照明装置の分解
斜視図を示す。
【0014】図1において、反射板10には、反射率の
高い材料、例えば鏡あるいはアルミニウム薄膜のような
材料が用いられる。反射板10の反射率(反射光/入射
光)は90%以上が望ましく、当然光の正反射成分の多
い、いわゆる鏡面状態の表面を有する反射基材が優先的
に利用される。
【0015】反射板10の底面側には底板16が設けら
れる。導光体12の4つの側面は、ケース枠18で覆わ
れ、ケース枠18の上面、すなわち発光面側には光拡散
シート20が張り付けられる。
【0016】実際に面照明装置を試作し、高反射率の反
射板を導光体の底面と光源取り付け面以外の側面に配置
させた場合と、高反射率の反射板を導光体の底面にだけ
配置させた場合と、高反射率の反射板を用いずにケース
枠および底板を白色高反射材とした場合とに分けて比較
実験を行った。
【0017】導光体12は、透明アクリル製で鏡面仕上
げの直方体形状とし、高反射率の反射板10には、高反
射率フィルムを用い、(株)ツジデン製反射率98%の
リフレクタフィルムを採用した。導光体サイズは、1
5.5×8.0×2.0mmとし、光源は対向2灯式で
試作実験した。
【0018】光源14a,14bには日亜化学工業
(株)製で520nmピーク波長のLEDチップを用
い、発光面の光拡散シート20には(株)ツジデン製の
品名D101のものを用い、ケース枠18および底板1
6は、塩化ビニル製の白色高反射材とした。
【0019】導光体12の裏面に形成される印刷ドット
パターンは、帝国インキ製造(株)製の高反射白インキ
により特定のパターンを描くようにスクリーン印刷法で
形成した。
【0020】なお、ここでは、光散乱体の形成方法とし
てスクリーン印刷法を用いたが、オフセット印刷法,イ
ンクジェット印刷法等により、有機,無機のさまざまな
光拡散材料(主に白色塗料)を導光体裏面に塗布し散乱
パターンを形成してもよい。
【0021】また、印刷ドットパターンは、高反射率フ
ィルムを導光体の底面と側面に配置させた場合と、高反
射率フィルムを導光体の底面にだけ配置させた場合と、
白色高反射材だけの場合とで、同じドットパターンを用
いた。
【0022】このような面照明装置において、光源14
a,14bを点灯し、輝度分布を測定した。
【0023】輝度測定システムは、被測定スポット径が
0.2mmΦの(株)トプコン製輝度計BM7を用い、
(株)大野技研製XY移動ステージを組み合わせた構造
である。パソコン制御により、測定対象物を乗せたXY
移動ステージが移動し、固定してある輝度計のスポット
がスキャンされ、面光源の発光面を特定の細かいXYピ
ッチでサンプリングして輝度測定を行う。XYピッチの
移動ステップは最小0.1mm、ストローク範囲はX方
向350mm、Y方向250mmである。
【0024】この試作実験では、輝度測定ピッチをXY
いずれも0.5mmとし、発光表示面15.5×8.0
mmのうち30×15点をスポット測定した。図4〜図
6において、X軸の測定点は、1,2,3,・・・,3
0の30点であり、Y軸の測定点は、1.0,1.5,
2.0,・・・,8.0の15点である。
【0025】図4は、高反射率フィルムを導光体の底面
と光源取り付け面以外の側面に配置させた場合の測定輝
度の分布を立体的に示すヒストグラムである。発光面を
xy座標で示しており、座標は発光面の一角を原点にと
り、X軸を30等分、Y軸を15等分した。縦軸を測定
輝度(単位cd/m2 )とした。測定輝度の平均は38
75cd/m2 であった。
【0026】図5は、高反射率フィルムを導光体の底面
にだけ配置させた場合の測定輝度の分布を立体的に示す
ヒストグラムである。測定輝度の平均は3689cd/
2であった。
【0027】図6は、高反射率フィルムを用いずにケー
ス枠および底板を白色高反射材とした場合の測定輝度の
分布を立体的に示すヒストグラムである。測定輝度の平
均は2933cd/m2 であった。
【0028】高反射率フィルムを底面と側面に配置させ
た結果、平均輝度が白色高反射材だけの場合に比べ、2
933cd/m2 から3875cd/m2 へと1.32
倍上昇し、大きな輝度の向上が認められた。また、底面
のみ高反射率フィルムを配置させた場合、平均輝度は3
689cd/m2 となり、底面配置が大きな効果を与え
ていることが理解できる。
【0029】さらに、発光面内の輝度分布の均一性も高
反射率フィルムの設置にかかわらず同様である。導光体
外での拡散散乱効果が発光面内の輝度の均一性にとっ
て、必ずしも重要でなかったことも判明した。
【0030】上述した実施の形態では、高反射率の反射
板を導光体とケースの間に挟み込む構成としたが、導光
体を取り囲むケース内面が高反射率となるような表面処
理、例えば表面をバフ研磨した金属材あるいは基材に高
反射率フィルムを貼り付けることも同様に有効である。
また、反射板の設置場所は特に底面だけでも十分大きい
効果がある。
【0031】また、反射板の取り付け場所(部位)は、
導光体の導光部分(底面および側面)であったが、LE
Dの対向面については一旦到達した光が大部分導光体外
部(空気層)に素通りするため現象が異なるものの対向
面に反射板を設けるならば、やはり外部に出射していた
光は導光体に再入射され、有効に活用され、輝度アップ
につながることは明らかである。なぜなら、LED光の
空間強度分布は強い指向性を持つので、ほとんどの光
が、直接、あるいは全反射により間接にLEDの対向面
にほぼ垂直に近い角度で入射するからである。
【0032】この場合、導光体に空気層を介して反射板
を設置する前記構成方法と同様であっても、空気層を介
さずに直接導光体に反射板を貼り付ける方法であって
も、光学的現象つまり漏れ光90%以上もの光が再利用
されることに違いはない。したがって、変形例としてL
EDの対向面に、LEDがあればその部分を避けて反射
板を配置することも発明の範囲に加えられる。図7は、
導光体の底面および光源部分を除く側面に反射板24を
配置した場合の面照明装置の分解斜視図である。
【0033】さらに、上述した実施の形態では、直方体
形状の導光体を取り上げたが、導光体が、図8に示すよ
うな多面体あるいは曲面を有するものである場合にも同
様に有効である。図8は、導光体の形状の一例を示す図
である。
【0034】また、上述した実施の形態では、導光体の
対向する2辺に光源を配置する構成としたが、本発明
は、光散乱体の形状によって、ほぼ均一な輝度分布を実
現できるので、導光体の1辺のみに光源を配置してもよ
いし、さらに3辺もしくは4辺に光源を配置してもよ
い。また、光源の取り付け場所は、側面中央部に限るも
のではなく、導光体の周側面であれば、いずれの場所で
も良い。すなわち、本発明は、光源を導光体の周側面に
少なくとも1つ配置する場合に適用できるものである。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、導光体
の底面および側面に高反射率の反射板を配置させて、導
光体の裏面側から出射した光の大部分を導光体に戻す、
すなわち導光体に再入射させることができるため、光源
としての光の利用効率を高め、最終的に面光源の輝度を
向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の面照明装置の実施の形態を示す分解斜
視図である。
【図2】光散乱体となる印刷ドットパターンの一例を示
す図である。
【図3】導光体の底面のみに反射板を配置した場合の面
照明装置の分解斜視図である。
【図4】高反射率フィルムを底面と側面に配置させた場
合の測定輝度の分布を立体的に示す図である。
【図5】高反射率フィルムを底面にだけ配置させた場合
の測定輝度の分布を立体的に示す図である。
【図6】白色高反射材だけの場合の測定輝度の分布を立
体的に示す図である。
【図7】導光体の底面およびLED部分を除く側面に反
射板を配置した場合の面照明装置の分解斜視図である。
【図8】導光体の形状の一例を示す図である。
【図9】導光体の裏面に印刷ドットパターンが形成され
たバックライト光源の断面図である。
【符号の説明】
10,22,24 反射板 12,32 導光体 14a,14b 光源 16 底板 18 ケース枠 20,38 光拡散シート 34 印刷ドットパターン 36 白色反射板

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】面状の導光体と、 前記導光体の周側面に少なくとも1つ配置された光源
    と、 前記導光体の底面および光源取り付け面以外の側面に配
    置される高反射率の反射板と、 前記反射板の裏面に配置される底板と、 前記反射板を間に介して前記導光体の側面に配置される
    ケース枠と、 前記導光体の上面に配置される光拡散シートとよりな
    り、前記導光体の裏面は、光を散乱するように構成され
    ていることを特徴とする面照明装置。
  2. 【請求項2】前記光源取り付け面に、光源部分を除いて
    前記反射板が配置されることを特徴とする請求項1に記
    載の面照明装置。
  3. 【請求項3】面状の導光体と、 前記導光体の周側面に少なくとも1つ配置された光源
    と、 前記導光体の底面に配置される高反射率の反射板と、 前記反射板の裏面に配置される底板と、 前記導光体の側面に配置されるケース枠と、 前記導光体の上面に配置される光拡散シートとよりな
    り、前記導光体の裏面は、光を散乱するように構成され
    ていることを特徴とする面照明装置。
  4. 【請求項4】前記反射板は、反射率が90%以上である
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の面照
    明装置。
  5. 【請求項5】前記反射板は、鏡、アルミニウム薄膜また
    は高反射率フィルムであることを特徴とする請求項1〜
    3のいずれかに記載の面照明装置。
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