JP2005347122A - 面状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導光板の入光面近傍においてＶ字形状の異常発光（輝線）が、複数個あるＬＥＤのそれぞれに対応して生じることを防止した面状照明装置の提供を目的とする。
【解決手段】面状照明装置１０の透明樹脂材料からなる導光板１１には、その一側端面に、白色ＬＥＤからなる点状光源１２が設けられている。導光板１１の出射面１１ａには、入光面１１ｃから他側端面に向かって、入光面に対して略直交する方向に延びるプリズムの多条の凸部１１ｄが蛇行するように設けられる。各凸部が、入光面に対して直交する方向の仮想線となす最大傾斜角度は、１度以上２５度以下である。多条の凸部の形状は、いずれも同一の周期関数であって、ただし、少なくとも隣り合う凸部が非平行となるように相対的な位相をずらして形成される。
【選択図】図１

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。

近年、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。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放電管等が使用されてきた。

一方、近年、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）の高性能化に伴い、面状照明装置のさらなる小型・薄型化および低消費電力化を図るため、上記冷陰極放電管が点状光源である白色ＬＥＤに置き換えられた面状照明装置が増加している。
例えば、図５に示すような面状照明装置１００において、導光板１０１は、メタクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明樹脂材料からなる板状の導光体であり、その一方の主面である出射面１０１ａは、入光面１０１ｃに直交する方向に延在する同一形状の三角柱プリズムが同一間隔で形成され、対向する主面である反射面１０１ｂには、その面に入光した光を反射して、少なくともその一部を臨界角以下の入光角でもって出射面１０１ａに入光させるための拡散反射手段または正反射手段１０１ｂが設けられている。

プリズムシート１０３は、たとえばＰＥＴフィルム等の透明樹脂材料からなるシート状部材であり、その一主面１０３ａに、メタクリル樹脂やポリカーボネート樹脂からなる一方向に延在する多条の三角柱プリズムが形成されている。プリズムシート１０３は、導光板１０１の出射面１０１ａ上に、そのプリズム面１０３ａを導光板１０１の出射面１０１ａに対向させ、プリズムシート１０３のプリズムの延在方向が導光板１０１のプリズムの延在方向と直交するように配置される。なお、ここでは、ＬＥＤの反射板、導光板の下部に設けられる反射板、ハウジングフレームは省かれて描かれている。

しかし、複数の点状光源を導光板の入光面に平行に配列して一次光源とする場合、長手方向に比較的均一な輝度で発光する線状光源とは異なり、点状光源の配列からなる光源には、その配列方向に、各点状光源の正面をピークとする輝度分布の非均一性が伴うため、何らかの均一化手段を講じない限り、面状照明装置からの出射光にもその非均一性に由来する輝度ムラが発生する。

図５に示すプリズムシート１０３を１枚使用するタイプの面状照明装置において、導光板１０１を出射面１０１a側から観察した場合、全体的には均一に光が照射されるが、入光面１０１ｃ近傍において、図６に示すようなＶ字形状の異常発光（輝線）Ｈ（図面では誇張して描かれている）がＬＥＤ１０２のそれぞれに対応して生じ、照明品質を著しく損なう場合があった。このような異常発光は、導光板１０１の裏面または表面に光を正反射させるプリズム突起のような反射手段を設けた場合に生じ、反射手段が光を乱反射させるシボ状ドットの場合には発生しない。

上記異常発光は、光源が冷陰極放電管からＬＥＤに代ったために生じるものであるが、その発生メカニズムは完全には解明されていない。しかし、ＬＥＤ１０２が冷陰極放電管と異なって指向性を有している点、及び、導光板１０２の内部を伝播する光が、入光面近傍に位置するプリズム突起で反射されて出射面１０１aの特定方向に向かって出射しやすくなっているためと考えられている（このことは、特許文献１でも指摘されている）。
特開２００４−６１８７号公報[段落（０００６）、（００７０）〜（００７３）]

しかしながら、上記課題に対し、上記特許文献１に記載されたような面状照明装置では、導光板の反射面の形状として、導光板の裏面に設けられるプリズム突起の高さを、入光面側の一定距離の範囲を平面として、入光面から板厚が薄くなる方向に段階的に変化させた形状とした。しかし、上記のような反射面の作成は、手間がかかり、コストも増加する問題があった。

本発明では、導光板に設けられるプリズムの形状を工夫することによって、上記課題を解決した面状照明装置を得ることを目的とするものである。

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、該導光板の一側端面に配置される点状光源とを含み、前記導光板の少なくともいずれか一方の主面に、前記一側端面からから対向する他側端面に向けて延びる多条の凸部が形成された面状照明装置において、前記多条の凸部は、蛇行して形成されていることを特徴とする。

また、本発明の面状照明装置において、前記多条の凸部は、いずれも同一の周期関数にしたがって蛇行する形状であることを特徴とする。

また、本発明の面状照明装置において、前記同一の周期関数にしたがって蛇行する多条の凸部は、少なくとも隣り合う凸部同士では非平行となるように形成されていることを特徴とする。

さらに、本発明の面状照明装置において、前記蛇行する多条の凸部は、最大傾斜角度が１度以上２５度以下であ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、導光板の表面または裏面に形成される多条の凸部を構成する各凸部は、その凸部の稜線が蛇行しており、導光板上面から光が出射する際の出射方向が規則的に揃うことなく分散されるため、面状照明装置における輝度ムラを改善し、特に、従来の面状照明装置に見られた入光面近傍の輝線を消失させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、面状照明装置１０の導光板１１には、その一側端面である入光面１１ｃに、点状光源１２が設けられている。ここで、各点状光源１２は白色ＬＥＤであり、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る。導光板１１の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。

面状照明装置１０において、点状光源１２は、導光板１１の一側端面である入光面１１ｃに平行に配列されている。導光板１１の出射面１１ａには、入光面１１ｃから他側端面に向かって、入光面に対して略直交する方向に延びる多条の凸部１１ｄが設けられ、この多条の凸部は、図１では蛇行した曲線群として模式的に示されている。

一方、図２に示すように、導光板１１の他方の主面である反射面１１ｂには、入光面１１ｃに平行な方向に延在する一対の斜面１４ａ、１４ｂからなる正反射手段が、入光面に対して垂直な方向に複数配列されて設けられている。その際、これらの斜面１４ａ、１４ｂの傾斜角度、斜面のサイズ、およびその配列間隔等は、入光面１１ｃからの距離の遠近による輝度分布の均一性等を考慮して適宜設定されるものである。また、本実施形態における導光板１１は、入光面１１ｃから反対側の側端面に向けて薄くなる楔型を有するものであってもよい。

以下、図３を参照して、導光板１１の出射面１１ａに形成される多条の凸部１１ｄの詳細について説明する。
図３は、図１に示す多条の凸部１１ｄを構成する一つの凸部の稜線を示した図である。図３において、直線ｐは、入光面１１ｃから対向する他側面に向かって、入光面１１ｃに対して直交する方向に引かれる仮想線であり、曲線ｑは、出射面１１ａに形成される一つの凸部の稜線を示している。出射面１１ａに形成される各凸部は、その稜線が仮想線ｐに対して傾斜する部分を有して蛇行する曲線をなすように形成され、その際、この稜線が仮想線ｐとなす最大傾斜角度は、好ましくは１度以上２５度以下に設定される。また、各凸部の稜線は、特定の周期関数にしたがって蛇行する曲線であってもよく、図３には、この稜線を示す曲線ｑが、仮想線ｐ上で振幅がゼロとなるｓｉｎ曲線である場合が示されている。この場合、仮想線ｐとの交点における傾斜角度が曲線ｑの最大傾斜角度となる。

出射面１１ａにおいて、多数（多条）の凸部１１ｄは、特に周期を有することなく蛇行する凸部や、振幅、周期、または形状が異なる複数の周期関数にしたがって蛇行する複数種類の凸部を含んで構成されるものであってもよいが、好ましくは、振幅、周期、及び形状が同一の周期関数にしたがって蛇行する凸部により構成され、ただし、それぞれの凸部の稜線をなす曲線の相対的な位相をずらすことによって、少なくとも隣合う凸部同士が非平行となるように形成されるものである。その際、各稜線をなす曲線間の位相差は、規則的に変動するものであっても、ランダムに変動するものであってもよい。

さらに、多条の凸部１１ｄを構成する各凸部の断面形状は、例えば円弧状、三角形状、および任意の多角形状等の任意の形状とすることができる。図４は、断面の輪郭が円弧である場合を例として、図１に示す導光板１１のＡ−Ａ断面を示す図であり、この際、Ａ−Ａ断面線は、各凸部をそれぞれの稜線に直交する方向に切るものとして示したものである。本発明において、多条の凸部１１ｄを構成する各凸部の断面形状は、図４（ａ）に示すようにすべて同一であってもよく、または、図４（ｂ）に示すように、断面形状が異なる複数種類の凸部を含むものであってもよい。いずれの場合においても、各凸部の間の間隔は、一定であっても、所定の規則にしたがって変動するものであっても、または不規則に変動するものであってもよい。ただし、各凸部の高さｈは一定にすることが望ましい。

なお、以上の説明では、稜線の形状を曲線としたが、出射面１１ａ上に形成される各凸部の稜線は、仮想線ｐ（図３参照）に対して傾斜する部分を有して蛇行する形状であれば、その全体が滑らかな曲線である必要はなく、特に、蛇行する仮想的な曲線上の複数の地点を線分によって順次連結してなる折れ線形状であってもよい。また、以上の説明では、前記各凸部を導光板の出射面上に形成する場合を例として説明したが、本発明に係る各凸部は、出射面に対向する面あるいは出射面とそれに対向する面の両面に形成することができる。

導光板を成形するための金型加工の際に、曲率半径が３５μｍの刃先を有するバイトを用い、基準面からの加工深さを２０μｍに維持したまま、一定の加工送り幅で溝加工を繰返し、多条の溝を形成した。その際、すべての溝の形状は、振幅６μｍ、周期５００μｍのｓｉｎ曲線とし（この場合、曲線の最大傾斜角度は約４度となる）、ただし、溝毎にバイトの始点をずらすことによって各ｓｉｎ曲線の相対的な位相をずらし、少なくとも隣り合う溝が非平行となるように形成した。この金型を用いて成形した導光板を用いて面状照明装置を構成した結果、導光板の入光面近傍に輝線は発生しなかった。

本発明に係る面状照明装置の導光板に形成される多条の凸部の要部を示す図である。 図１の左方向側面図である。 本発明に係る面状照明装置において、導光板に形成される凸部の１形態の蛇行する様子を示した図である。 図４は図１の断面図であり、（ａ）は各凸部の断面形状が同一の場合、（ｂ）は各凸部の断面形状が相違する場合を、それぞれ示す。 従来の面状照明装置の要部を示す分解斜視図である。 従来の面状照明装置における導光板の出射面と、点状光源の関係を説明する図面である。

符号の説明

１１ 導光板
１１ｄ 多条の凸部
１２ 点状光源

Claims (4)

1. 導光板と、該導光板の一側端面に配置される点状光源とを含み、前記導光板の少なくともいずれか一方の主面に、前記一側端面から対向する他側端面に向けて延びる多条の凸部が形成された面状照明装置において、
   前記多条の凸部は、蛇行して形成されていることを特徴とする面状照明装置。
2. 前記多条の凸部は、いずれも同一の周期関数にしたがって蛇行する形状であることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記同一の周期関数にしたがって蛇行する多条の凸部は、少なくとも隣り合う凸部同士では非平行となるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の面状照明装置。
4. 前記蛇行する多条の凸部は、最大傾斜角度が１度以上２５度以下であることを特徴とする請求項１から３に記載の面状照明装置。
   

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