JP2005243533A - 面状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点状光源からの出射光の利用効率を改善するサイドライト型の面状照明装置を提供すること。
【解決手段】ハウジングフレーム１４から延在する固定壁１６〜１９は、その先端部に、交互に上側および下側から突出する第１の突出部２１〜２４を有し、導光板１１の入光面１１ｃには、その各固定壁１６〜１９に対向する部分に、第１の突出部２１〜２４とそれぞれ上下互い違いに突出する第２の突出部２５〜２８を有し、固定壁１６〜１９は、第１の突出部２１〜２４と第２の突出部２５〜２８とを嵌合させて、入光面１１ｃに連結される。また、各点状光源は、固定壁１６〜１９の間の空間からなる区画１５ａ、１５ｂ、１５ｃにそれぞれ配置される。これによって、導光板１１の反りおよびうねりが矯正されて点状光源と導光板１１との結合効率が向上し、かつ点状光源から側方および後方へ出射する漏れ光を反射して入光面１１ｃに入射させることが可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶表示装置等の照明手段として用いられる面状照明装置に関し、特に点状光源を使用したサイドライト型の面状照明装置に関する。

従来、パーソナルコンピュータや携帯電話等の電子装置の表示デバイスとして液晶表示装置が広く使用されている。液晶は、ブラウン管等とは異なり自発光型の表示素子ではないため、たとえば透過型の液晶表示装置では、その液晶パネルに対して光を照射する照明手段が必須であり、外光を利用する反射型および半透過型の液晶表示装置でも、暗所での使用を可能にするために補助的な照明手段を備えている場合が多い。導光板と導光板の側方に配置された光源とを主要な構成要素とするサイドライト型の面状照明装置は、薄型化が容易であるという利点を有するため、このような液晶表示装置の照明手段として好適に使用されるものであり、その光源としては、線状光源である冷陰極管等が使用されてきた。しかし、近年、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）の高性能化に伴い、さらなる小型・薄型化および低消費電力化を図るために、点状光源である白色ＬＥＤを光源とする面状照明装置が増加している。

図７は、上述したサイドライト型の面状照明装置を、液晶表示装置のバックライトに応用する場合の構成を例として、概略的に示す分解斜視図である。図７において、面状照明装置１００は、導光板１０１、点状光源１０２、反射部材１０３、光学部材１０４、１０５を備えている。ここで、点状光源１０２は白色ＬＥＤであり、導光板１０１は、たとえばポリカーボネート樹脂等を射出成形してなる透明部材である。一般に、導光板１０１の裏面１０１ｂには、光を拡散反射するためのパターンが形成されている。反射部材１０３は、導光板の裏面１０１ｂから漏れる光を正反射または拡散反射するためのシート材であり、光学部材には、通常、光を拡散して均一化するための光拡散シート１０４、および光を集光して正面輝度を向上させるためのプリズムシート１０５などが含まれる。多くの場合、これらの構成要素を枠状のハウジングフレーム１０６を用いて固定し、一体のバックライトユニットを構成するか、あるいは光学部材１０４、１０５上に配置される液晶パネル（図示せず）も含めて一体化して、１つの液晶表示装置を構成するものである（たとえば、特許文献１参照）。

面状照明装置１００において、点状光源１０２からの出射光は、入光面１０１ｃから導光板１０１の内部へと進入し、裏面１０１ｂと出射面１０１ａとの間で反射を繰返して導光板１０１内を伝播する過程で、その一部が裏面１０１ｂに形成された拡散反射パターンにより拡散反射されて出射面１０１ａから出射し、液晶パネルを照射するものである。したがって、面状照明装置１００の十分な輝度を確保するためには、まず点状光源１０２からの出射光の利用効率を高めることが重要である。しかし、近年の導光板の薄型化に伴い、導光板の成形時に発生する反りやうねりによって、導光板１０１の入光面１０１ｃと点状光源１０２との位置ずれによる点状光源１０２と導光板１０１との結合効率の低下という問題があった。

さらに、一般に、点状光源１０２として使用されるＬＥＤは、指向性を有する発光素子であり、面状照明装置１００では、その主たる光出射方向が入光面１０１ｃ方向となるように配置されるものであるが、ＬＥＤからの出射光には、パッケージまたは封止材を通じて入光面１０１ｃ方向とは異なる方向に漏出する光（以下、漏れ光と呼ぶ）も含まれており、この漏れ光を照明光として利用できないために出射光の利用効率が低下するという問題があった。このような光源からの漏れ光に対処する手段としては、ＬＥＤから側方に出射される光に対する反射面を導光板の一部に形成することが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
特開２００２−９８９４５号公報 特開２００２−２５８２８３号公報

しかしながら、特許文献２に記載されたような手段は、導光板が特定の形態を有することを前提にするものであると共に、漏れ光の反射効率についても十分なものであるとはいえない。さらに、特許文献１および特許文献２に記載されたような従来の面状照明装置では、導光板に反りやうねりが生じた場合の結合効率の低下は避けられない。

上記課題に鑑みて、本発明は、点状光源からの出射光の利用効率を改善するサイドライト型の面状照明装置を提供することを目的とする。なお、本発明は、光源が線状光源のように連続的に延在するのではなく、複数の光源が点状に散在していることに着目してなされたものである。

上記の目的を達成するために、本発明に係る面状照明装置は、導光板と、該導光板の側方に配置された点状光源と、前記導光板を保持する枠状のハウジングフレームとを備える面状照明装置において、前記導光板または前記ハウジングフレームのいずれか一方またはその両方は、前記導光板の入光面と該入光面に対向する前記ハウジングフレームの側面とを連結する複数の固定壁を有し、前記固定壁の先端部と該先端部に対向する部分は、相補的な凹凸構造を有して互いに嵌合し、前記点状光源は、隣合う前記固定壁の間の空間からなる区画に配置されていることを特徴とする。

また、別の態様では、本発明に係る面状照明装置は、前記固定壁が前記ハウジングフレームから延在し、前記凹凸構造は、前記固定壁の先端部に形成された第１の突出部と、前記導光板の入光面の前記先端部に対向する部分に形成された第２の突出部とを含み、前記第１の突出部の上面と前記第２の突出部の下面とが当接する組と、前記第１の突出部の下面と前記第２の突出部の上面とが当接する組とが交互に配列されていることを特徴とする。

また、別の態様では、本発明に係る面状照明装置は、前記点状光源が、フレキシブルプリント基板上に実装され、該フレキシブルプリント基板は、少なくともその一部が前記導光板に固着されていることを特徴とする。

また、別の態様では、本発明に係る面状照明装置は、前記区画の前記ハウジングフレーム側のコーナー部が、曲面状または平面状に形成されていることを特徴とする。

また、別の態様では、本発明に係る面状照明装置は、前記区画が、前記導光板の入光面に対向する前記ハウジングフレームの側面側から前記導光板の入光面側に向けて広がる形状を有していることを特徴とする。

本発明に係る面状照明装置によれば、導光板の入光面は、複数の固定壁によって対向するハウジングフレームの側面に連結されているため、導光板をハウジングフレームに組付ける際に導光板の反りやうねりがハウジングフレームに倣って矯正され、それによって点状光源と導光板との結合効率を高め、点状光源からの出射光の利用効率を向上させることができる。また、点状光源は、隣り合う固定壁の間の空間からなる区画に配置されるため、導光板の入光面方向とは異なる方向に出射された漏れ光は、点状光源を取り囲む壁により反射され、その進路を入光面方向に変更して導光板に入射することが可能となり、光源からの出射光の利用効率が改善される。

特に、ハウジングフレームから延在する固定壁の突出部と導光板の入光面側の突出部とが上下方向に組み合って嵌合する構造物を、各突出部の上下の方向を交互に配列することによって、点状光源からの漏れ光の反射効率を向上させかつ導光板の反りやうねりを効果的に矯正する構造を、容易に成形および組立てることができる。

また、点状光源が実装されたフレキシブルプリント基板を直接導光板に固着させることによって、導光板の入光面に対して各点状光源を容易かつ正確に位置合わせすることが可能となり、点状光源と導光板との結合効率をさらに向上させることができる。

また、点状光源が配置される区画の形状を、ハウジングフレーム側のコーナー部を曲面状または平面状に形成するか、またはハウジングフレーム側から導光板側に向かって広がる形状に形成するか、またはその両方を実施することによって、点状光源の側方および後方に漏れた光の進路を効果的に前方に向けて、導光板に入射させることが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態における面状照明装置１０の要部を示す平面図、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。この面状照明装置１０は、導光板１１、複数（本実施形態では３個）の点状光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１３、およびハウジングフレーム１４を備えている。導光板１１は、透明樹脂材料を成形してなる板状の導光体であり、好適な透明樹脂材料には、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポレオレフィン樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、透明フッ素樹脂、エポキシ樹脂等が含まれる。また、ハウジングフレーム１４は、その中央に導光板１１を収容する領域を有する枠状部材であり、白色顔料を混入した樹脂材料により成形されて高い光反射性を有するものである。ハウジングフレーム１４の好適な材料には、白色顔料として酸化チタンを混入したポリカーボネート樹脂が含まれる。なお、導光板１１のハウジングフレーム１４への固定は、任意の接合または係止手段によって実施することができる。

点状光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、ＦＰＣ１３上に実装された白色ＬＥＤからなり、ＦＰＣ１３は、たとえば両面粘着テープ（図示せず）によって導光板１１の一方の主面１１ｂおよびハウジングフレーム１４に固定され（図１（ｂ）参照）、この際、点状光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、導光板１１の一端面である入光面１１ｃの側方に、その主たる光出射方向が入光面１１ｃ方向となるように配置されている。また、入光面１１ｃに対向するハウジングフレーム１４の側面１４ａには、後述する先端部の凹凸構造によって導光板の入光面１１ｃに連結する固定壁１６〜１９が一体に形成され、点状光源１２ａは、固定壁１６と固定壁１７との間の空間からなる区画１５ａに、点状光源１２ｂは、固定壁１７と固定壁１８との間の空間からなる区画１５ｂに、点状光源１２ｃは、固定壁１８と固定壁１９との間の空間からなる区画１５ｃに、それぞれ収容されている（以下、各区画１５ａ、１５ｂ、１５ｃを全体として参照する場合には光源収容部と呼び、符号１５を付す）。ここで、各区画１５ａ、１５ｂ、１５ｃのハウジングフレーム側のコーナー部２０は、図１（ａ）において円弧状の曲線をなす曲面として形成されている。なお、ＦＰＣ１３は、導光板１１の裏面１１ｂ側に固着されるものとしたが、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、ＦＰＣ１３は出射面１１ａ側に固着されるものとしてもよい。

図２は、図１に示す面状照明装置１０について、その光源収容部１５を形成する構造を示す分解斜視図である。なお、図２において点状光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃの図示は省略し、導光板１１の主面１１ａ方向を上方向、主面１１ｂ方向を下方向とする。本実施形態において、ハウジングフレーム１４の側面１４ａには、そこから延在する固定壁１６〜１９が一体に形成され、各固定壁１６〜１９の先端部には、水平に突出する板状の突出部（第１の突出部）２１〜２４がそれぞれ設けられている。また、導光板１１の入光面１１ｃには、各固定壁１６〜１９が対向する部分に、水平に突出する板状の突出部（第２の突出部）２５〜２８がそれぞれ設けられ、固定壁１６〜１９は、この第１の突出部２１〜２４と第２の突出部２５〜２８とが嵌合することによって、入光面１１ｃに連結される。

詳述すると、第１の突出部２１〜２４は、固定壁１６、１８の下側に形成された突出部２１、２３と固定壁１７、１９の上側に形成された突出部２２、２４とが交互に配列され、同様に、第２の突出部２５〜２８も、導光板１１の上側に形成された突出部２５、２７と導光板１１の下側に形成された突出部２６、２８とが交互に配列されて、その際、第１の突出部２１〜２４と対向するそれぞれの第２の突出部２５〜２８は、上下互い違いに突出する相補的な形状をなすものである。導光板１１をハウジングフレーム１４へ組付ける際に、第２の突出部２５、２７は、その下面２５ｂ、２７ｂを第１の突出部２１、２３の上面２１ａ、２３ａに当接させて、第１の突出部２１、２３の上方に形成される凹部に収容され、固定壁１６、１８の先端部に嵌合する。同様に、第２の突出部２６、２８は、その上面２６ａ、２８ａを第１の突出部２２、２４の下面２２ｂ、２４ｂに当接させて、第１の突出部２２、２４の下方に形成される凹部に収用され、固定壁１７、１９の先端部に嵌合する。これによって、導光板１１は、一般に導光板１１よりも肉厚に形成されて高い寸法精度および安定性を有するハウジングフレーム１４によって、その上下方向の反りおよびうねりが矯正されて、ハウジングフレーム１４に固定されることになる。

次に、図１を参照して、面状照明装置１０の動作を、液晶パネルの裏面側から光を照射するバックライトとして使用する場合を例として説明する。その際、光出射面を主面１１ａとし、対向する主面（裏面）１１ｂには、微細凹凸加工または白色インキのドット印刷等によって光を拡散反射する反射パターンが形成されているものとする。点状光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃから出射された光は、入光面１１ｃから導光板１１の内部へ進入し、出射面１１ａと裏面１１ｂとの間で反射を繰返して導光板１１内を伝播する過程で、その一部が裏面１１ｂに形成された反射パターンによって拡散反射され、出射面１１ａから出射して液晶パネルを照射する。このとき、本実施形態における面状照明装置１０では、図２に基づいて上述したように、固定壁１６〜１９を入光面１１ｃに連結させることによって、導光板１１、特にその入光面１１ｃ付近の反りおよびうねりが矯正され、さらに、点状光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃが実装されたＦＰＣ１３が直接導光板１１に固着されているため、点状光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃと導光板１１の入光面１１ｃとの間に位置ずれが生じることなく、光源から前方に出射された光を効率良く取り込むことができる。また、ＦＰＣ１３は、光源収容部１５を覆ってハウジングフレーム１４にも固着され、その際、ＦＰＣ１３を固定壁１６〜１９にも固着させることができることから、固定壁を有さない構成に比べて固着面積が大きくなり、位置決めの安定性が向上する。

さらに、点状光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、ハウジングフレームを形成する光反射性の壁に三方を囲まれた各区画１５ａ、１５ｂ、１５ｃに収容されているため、光源から前方すなわち入光面１１ｃ方向に出射された光のみではなく、点状光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃのパッケージまたは封止材を通じて側方または後方に出射された漏れ光を、光源収容部１５を形成する壁により反射してその進路を変更し、入光面１１ｃに入射させて照明光として利用することができる。本発明者等は、面状照明装置を図１に示す構成にすることによって、平均して１０％〜２０％程度の輝度の向上が見られることを確認した。

ここで、図１に示す面状照明装置１０では、各区画１５ａ、１５ｂ、１５ｃのハウジングフレーム１４側のコーナー部２０は、図１（ａ）において円弧状の曲線をなす曲面を有するものとしたが、このコーナー部２０の形状およびサイズは、使用するＬＥＤの発光特性等の条件を勘案の上、適宜設定されるものであり、たとえば、図３（ａ）に示すコーナー部３２のように、平面による面取り部として形成される場合を含み、あるいは、図３（ｂ）に示すコーナー部３４のように、特に曲面化または平面化の処理が施されていないコーナー部としてもよい。さらに、光源収容部の各区画は、点状光源１２ａ、１２ｂ、１２ｃからの漏れ光の入光面１１ｃ方向への反射効率の向上を図るため、図３（ｃ）に示す区画３５ａのように、ハウジングフレーム１４の側面１４ａ側から導光板１１の入光面１１ｃ側に向けて広がる形状に形成してもよく、その際、コーナー部３６は、図１、図３（ａ）、図３（ｂ）に基づいて上述したコーナー部と同様に形成することができる。

また、図２において、各固定壁１６〜１９は、ハウジングフレーム１４と一体に設けられるものとした。この態様は、導光板１１の反りやうねりの矯正効果の高さ、および各固定壁１６〜１９の高い光反射性等の点で有利なものである。ただし、光源収容部として利用可能なスペース等の条件によっては、本発明に係る面状光源装置の光源収容部は、図４（ａ）に示すように、導光板１１側に固定壁４２〜４５を形成し、それらの固定壁の間の空間からなる区画４１ａ、４１ｂ、４１ｃを有するものであっても、または図４（ｂ）に示すように、ハウジングフレーム１４側に固定壁４６〜４９を、導光板側１１側にそれぞれ対向する固定壁５０〜５３を形成し、それらの固定壁の間の空間からなる区画４２ａ、４２ｂ、４２ｃを有するものであってもよい。なお、この場合でも、図４（ａ）に示す固定壁４２〜４５の先端部とハウジングフレーム１４の各先端部に対向する部分の嵌合構造、図４（ｂ）に示す固定壁４６〜４９の先端部と対向する固定壁５０〜５３の先端部の嵌合構造は、図２に基づいて上述した構造と同様のものとすることができる。さらに、各区画４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４２ａ、４２ｂ、４２ｃの形状およびハウジングフレーム側のコーナー部４３の形状は、図１および図３に基づいて上述した光源収容部の場合と同様に形成することができる。

さらにまた、図２に基づいて上述した固定壁１６〜１９の先端部と入光面１１ｃとの嵌合構造は、ハウジングフレーム１４および導光板１１の成形および導光板１１のハウジングフレーム１４への組付けの容易性等の点で有利であるが、本発明に係る面状照明装置における固定壁と固定壁に対向する部分の嵌合構造は、この態様に限定されるものではない。図５は、ハウジングフレーム側に固定壁を形成する場合を使用して、嵌合構造の他の態様の例を示した分解斜視図である。図５（ａ）に示す例では、固定壁１６〜１９の先端部に対向する導光板６１の部分には、突出部２１〜２４に対してそれぞれ相補的な形状を有する凹部として切り欠き部６２〜６５が形成され、固定壁１６〜１９は、突出部２１〜２４が対応する切り欠き部６２〜６５に収容されることによって、入光面１１ｃに連結される。図５（ｂ）に示す例では、固定壁７３〜７６は、その先端部に、上下に離間して水平に突出する２つの突出部によりほぼ中央に形成される凹部７７〜８０（ただし、凹部７７の図示は省略する）を有し、導光板７１には、凹部７７〜８０が対向する部分に、それらの凹部と相補的な形状を有する突出部８１〜８４が形成され、固定壁７３〜７６は、凹部７７〜７６に、対応する突出部８１〜８４を収容することによって、入光面７１ｃに連結される。

ここで、本発明に係る面状照明装置では、光源収容部の上側および下側を光反射部材で覆うことによって、光源からの出射光の利用効率をさらに向上させることもできる。適切な光反射部材には、ハウジングフレームを形成する光反射性の樹脂材料の他、銀等の金属を蒸着したフィルム、または、白色フィルムまたは白色の塗料を印刷したフィルムなどのシート材、あるいは、鏡面加工を施したアルミ板等の金属板などが含まれる。本発明は、この手段の具体的な実施の態様に限定されるものではないが、たとえば、面状照明装置をバックライトとして使用する場合の好ましい態様は、次のようなものである。

図６は、図１に示す面状照明装置１０の構成に加えて、光学部材９１および光反射部材９３をそれぞれ導光板１１の光出射面１１ａ側および裏面１１ｂ側に配置した面状照明装置の構成を、図１（ｂ）と同様の断面図で示した図である。ここで、光学部材９１は、光を拡散して均一化するための光拡散シートや光を集光して正面輝度を向上させるためのプリズムシートであり、光反射部材９３は、導光板の裏面１１ｂから漏れる光を反射して導光板１１に再入射させるための光反射シートである。この場合、光反射部材９３は、上述したシート材または金属板からなるものであり、光源収容部１５（図１（ａ）参照）の下側を光反射部材で覆うことは、この光反射部材９３を光源収容部１５の下側にまで延長して配置することによって達成される。また、光学部材９１をハウジングフレーム１４に固定するには、通常、遮光性の両面粘着テープ９２が使用されるが、光源収容部１５の上側を光反射部材で覆うことは、この両面粘着テープとして、光反射層９２ａと遮光層９２ｂの二層を有するものを使用し、光源収容部１５側に光反射層９２ａが対向するように配置することによって達成される。

以上、本発明に係る面状照明装置を、主としてバックライトとして使用する場合を例として説明してきた。バックライトは、液晶パネルを視認する側から光を照射するために導光板表面に光拡散性がないことが要求されるフロントライトとは異なり、光拡散シート等の手段によって輝度の均一化を図ることがきるため、本発明の応用例として好ましいものであるが、本発明は、導光板の構成や導光板からの光の照射方法によって限定されるものではないため、フロントライトを含む任意のサイドライド型面状照明装置に適用可能である。また、以上の説明では、点状光源は、四辺形の導光板の一端面に配置されるものとしたが、本発明は、任意の形状の導光板の複数の端面に対して点状光源を配置する場合を含むものである。

本発明の一実施形態における面状照明装置の要部を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の一実施形態において、光源収容部を形成する構造を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態において、光源収容部をなす区画の各種の態様を示す平面図である。 本発明の一実施形態において、導光板側から延在する固定壁を有する光源収容部を示す平面図である。 本発明の一実施形態において、光源収容部を形成する構造の他の態様を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態において、光源収容部の上下を光反射部材で覆う場合の例を示す、図１（ｂ）と同様の断面図である。 従来の面状照明装置の典型的な構成を概略的に示す分解斜視図である。

符号の説明

１０ 面状照明装置
１１ 導光板
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 点状光源
１３ フレキシブルプリント基板
１４ ハウジングフレーム
１５ 光源収容部
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 区画
１６，１７，１８，１９ 固定壁
２１，２２，２３，２４ 第１の突出部
２５，２６，２７，２８ 第２の突出部

Claims (5)

1. 導光板と、該導光板の側方に配置された点状光源と、前記導光板を保持する枠状のハウジングフレームとを備える面状照明装置において、
   前記導光板または前記ハウジングフレームのいずれか一方またはその両方は、前記導光板の入光面と該入光面に対向する前記ハウジングフレームの側面とを連結する複数の固定壁を有し、
   前記固定壁の先端部と該先端部に対向する部分は、相補的な凹凸構造を有して互いに嵌合し、
   前記点状光源は、隣合う前記固定壁の間の空間からなる区画に配置されていることを特徴とする面状照明装置。
2. 前記固定壁は、前記ハウジングフレームから延在し、
   前記凹凸構造は、前記固定壁の先端部に形成された第１の突出部と、前記導光板の入光面の前記先端部に対向する部分に形成された第２の突出部とを含み、
   前記第１の突出部の上面と前記第２の突出部の下面とが当接する組と、前記第１の突出部の下面と前記第２の突出部の上面とが当接する組とが交互に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記点状光源は、フレキシブルプリント基板上に実装され、該フレキシブルプリント基板は、少なくともその一部が前記導光板に固着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の面状照明装置。
4. 前記区画の前記ハウジングフレーム側のコーナー部は、曲面状または平面状に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の面状照明装置。
5. 前記区画は、前記導光板の入光面に対向する前記ハウジングフレームの側面側から前記導光板の入光面側に向けて広がる形状を有していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の面状照明装置。
   
   

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