JP2006004645A - 面状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 可能な限り単純な導光板の側端面形状によって、点状光源からの光を広範囲に拡散することを可能とする。
【解決手段】 導光板１２の側端面から突出して導光板１２の厚み方向に延びる筋状突起部２０が複数設けられ、かつ、筋状突起部２０の各々が、筋状突起部２０の幅方向に対称に傾斜する一対の平面２２、２４と、一対の平面２２、２４の先端側を滑らかに連結する曲面２６で構成されている。平面２２、２４で屈折する光線Ｌ３により、広角方向の明るさを確保する。また、平坦部２８に入光し直進する光線Ｌ４により、点状光源１４の正面方向の明るさを確保する。さらに、曲面２６に入光する光線Ｌ１、Ｌ２により、Ｌ３、Ｌ４の中間の方向の明るさを確保する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、サイドライト方式の面状照明装置に関し、特に、液晶表示装置の照明手段として用いられる面状照明装置に関するものである。

今日の電子機器の表示手段等には液晶表示装置が広く用いられているが、この液晶表示装置は自発光型ではないことから、夜間や暗所での視認性を確保するための照明手段が必要となる。かかる照明手段として、従来から、面状照明装置が用いられている。
さて、面状照明装置の一形態として、サイドライト方式の面状照明装置が広く用いられている。サイドライト方式の面状照明装置は、透光性を有する導光板と、該導光板の側端面に配置された棒状光源もしくは１つないし複数の点状光源を基本要素として構成されている。そして、近年の傾向では、ノート型パソコン等の小型の電子機器への応用例の増加から、駆動回路の簡略化を図ることが可能な点状光源を備える形式の面状照明装置が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。なお、図６には、サイドライト方式の面状照明装置１０の、導光板１２と、導光板１２の側端面に配置された複数の点状光源１４とを模式的に示している。

特開２００２−４２５３４号公報（〔請求項１〕、〔請求項２〕、図６参照）

さて、従来のサイドライト方式の面状照明装置は、次のような欠点が指摘されていた。すなわち、図６に示すように、点状光源１４を用いた面状照明装置１０は、点状光源１４から導光板１２へと照射される光が一定の指向性を持つために、点状光源１４によって照らされる導光板１２の点状光源１４の近傍は、明部Ａと暗部Ｂとに明確に分かれてしまう。この明部と暗部との差を解消して平均的な明るさを得るための対策として、上記従来技術では、図７に示すように、点状光源１４に対向する導光板１２の側端面に、複数の切欠き１６を設けている。しかも、各切欠き１６の形状を、点状光源１４を中心として少しずつ変えることによって、切欠き１６毎に光の屈折による進行方向を変え、切欠き１６の全体として可能な限り広範囲への光の拡散を図っている。そして、図６に符号Ｗで示す明暗むらの生じる範囲を、可能な限り狭め、面状照明装置１０の均一発光化を図っている。

しかしながら、各切欠き１６毎の形状を変える対策は、所望の光拡散効果を得るために、点状光源１４と切欠き１６との間に高い位置決め精度を要求されるものであることから、導光板１２と点状光源１４との位置決めを確実に行うための構造設計が必要不可欠となっていた。また、異なる形状の切欠き１６を形成するために、加工機の高精度化・高機能化が不可欠となり、面状照明装置を生産するための加工プロセスの複雑化、高コスト化を来す原因となっていた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、可能な限り単純な導光板の側端面形状によって、導光板と点状光源との位置決め精度に高度なレベルが要求されることなく、点状光源からの光を広範囲に拡散することを可能とし、面状照明装置の高輝度化および発光の均一化を同時に達成する点にある。

上記課題を解決するための、本発明に係る面状照明装置は、導光板と、該導光板の側端面に配置された点状光源とを備える面状照明装置において、前記導光板の側端面から突出して前記導光板の厚み方向に延びる筋状突起部が複数設けられ、かつ、該筋状突起部の各々が、当該筋状突起部の幅方向に対称に傾斜する一対の平面と、該一対の平面の先端側を連結する曲面とで構成されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、点状光源が配置された導光板の側端面に筋状突起部を設け、該筋状突起部に入光する点状光源の光を筋状突起部の構成面で屈折させることで、前記導光板の広範囲に光を拡散させることができる。しかも、筋状突起部が当該筋状突起部の幅方向に対称に傾斜する一対の平面と、該一対の平面の先端側を連結する曲面とで構成されていることから、点状光源から導光板へと入光する光の屈折角度を、前記一対の平面と曲面とで異なるものとし、光の拡散と高輝度化との最適バランスを得ることを可能としている。

また、本発明の一態様として、前記筋状突起部を構成する一対の平面同士のなす角度が、２０度以上６０度以下とすることで、前記光の拡散と高輝度化との最適バランスを得ることを可能としている。
さらに、本発明の一態様として、前記筋状突起部は、いずれも同一形状であることが望ましい。この構成により、前記筋状突起部と点状光源との位置決め精度を高度に管理することなしに、所望の光の拡散効果を発揮させることができる。また、前記筋状突起部を形成するための加工プロセスの単純化、低コスト化を図ることが可能となる。

さらに、本発明の一態様として、前記筋状突起部は、隣接する筋状突起部との間に所定幅の平坦部を介して同一ピッチで配置されていることとする。
この構成によって、前記筋状突起部で得られる入射光の屈折に伴う光の拡散と、隣接する筋状突起部との間に設けられた所定幅の平坦部に入射する光の直進とによって、点状光源からの光の拡散と、点状光源の正面方向の光量増加との最適バランスを得ることを可能としている。

また、本発明の別の一態様として、前記導光板の側端面における、前記筋状突起部のピッチに対する前記平坦部の幅の比率が、７０％以下に構成されていることとしてもよい。
この構成によって、前記筋状突起部で得られる入射光の屈折に伴う光の拡散作用と、隣接する筋状突起部との間に設けられた所定幅の平坦部に入射する光の直進作用とによって、点状光源からの光の拡散と、点状光源の正面方向の光量増加との最適バランスを得ることを可能としている。

また、本発明の別の態様では、前記筋状突起部のピッチが、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とされる。この構成によって、光の回析の影響に起因する色分離と、光のむらの発生とを何れも押さえ込むことが可能となる。
本発明の更なる態様として、前記筋状突起部の断面形状は、前記導光板の厚み方向に一定であることとして、前記筋状突起部の形状の複雑化を防ぎつつ、前記筋状突起部に前記諸機能を発揮させて、点状光源からの光の拡散と、点状光源の正面方向の光量との最適バランスを得ることを可能としている。

本発明はこのように構成したので、可能な限り単純な導光板の側端面形状によって、導光板と点状光源との位置決め精度に高度なレベルが要求されることなく、点状光源からの光を広範囲に拡散することを可能とし、高輝度化および発光の均一化を同時に達成する面状照明装置を提供することが可能となる。

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。ここで、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については、同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本発明の実施の形態に係る面状照明装置１８は、全体構成については従来技術（図６）と同様であり、図１、図２に示すように、導光板１２と、導光板１２の側端面に配置された点状光源１４とを備えている。また、従来技術との相違点としては、導光板１２には、導光板１２の側端面から突出して、導光板１２の厚み方向に延びる筋状突起部２０が複数設けられている。これらの筋状突起部２０は、図３に拡大して示すように、各々が、筋状突起部２０の幅方向（図３の左右方向）に対称に傾斜する一対の平面２２、２４と、一対の平面２２、２４の先端側を滑らかに連結する曲面２６とで構成されている。また、図示の例では、筋状突起部２０は、いずれも同一形状であり、隣接する筋状突起部との間に所定幅の傾斜しない平坦部２８を介して、同一ピッチで配置されている。なお、筋状突起部２０の断面形状は、導光板１２の厚み方向（図３の紙面に直行する方向）に一定である。

さらに具体的には、筋状突起部２０を構成する一対の平面２２、２４同士のなす角度θは、２０度以上６０度以下であることが好ましく、図示の例ではθ＝４０度となっている。また、図３の例では、平坦部２８から筋状突起部２０の先端部までの高さＨ＝０．１ｍｍ、曲面２６の半径Ｒ＝０．０７ｍｍとなっている。さらに、導光板１２の側端面における、筋状突起部２０のピッチＰに対する平坦部の幅Ｘの比率が、７０％以下に構成されている。さらに、筋状突起部２０のピッチＰが、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下となっている。

ところで、導光板１２は、透明樹脂を射出成形して製造されるものであることが好ましい。その材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等が、成形性、光学特性のバランスに優れているが、これに代えて、ポリスチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、フッ素系透明ポリマー、エポキシ樹脂等を用いることも可能である。すなわち、透明樹脂であれば、導光板１２の材料に採用することが可能である。また、導光板１２の製造方法についても、射出成形が生産性、製品精度の点で優れているが、これに限定されるものではなく、熱加圧成形、押し出し成形、注型法等、各種樹脂成形方法が適用可能である。

なお、導光板１２の製造に用いられる金型の、筋状突起部の成形面の加工には、図４に示すいわゆる総形バイト３０を用いることが望ましい。総形バイト３０は、筋状突起部２０と同一形状に形成されており、幅方向（図４の左右方向）に対称に傾斜する一対の平面３２、３４と、これら一対の平面３２、３４の先端側を滑らかに連結する曲面３６とで構成されたバイト部３８を、シャンク部４０に固定したものである。図４の総形バイト３０の例では、バイト部３８の一対の平面３２、３４の成す角度θは４０度、曲面３６の半径Ｒは０．０７ｍｍとなっている。なお、バイトの材質はダイヤモンドが適しているが、必要な工具硬度が得られるのであれば、他の材料を用いることも可能である。
本発明の実施の形態では、前述のごとく筋状突起部２０はいずれも同一形状であり、筋状突起部２０の断面形状も、導光板１２の厚み方向に一定であることから、総形バイト３０を用いて、金型の筋状突起部の成形面の加工を容易に行うことができる。

さて、上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。まず、導光板１２の側端面から突出して導光板１２の厚み方向に延びる筋状突起部２０が複数設けられ、かつ、筋状突起部２０の各々が、筋状突起部２０の幅方向に対称に傾斜する一対の平面２２、２４と、一対の平面２２、２４の先端側を滑らかに連結する曲面２６で構成され、これらの各面から筋状突起部２０へと入光する点状光源１４の光を屈折させることで、導光板内の広範囲に光を拡散させることが可能となる。

ここで、図５に、点状光源１４（概略図示）からの光の進行方向を例示する。まず、筋状突起部２０の曲面２６から導光板１２に入光する光線Ｌ１は、曲面２６に対しほぼ直交する入射角度となることから、入射の前後で光の進行方向に変化はなく直進する。また、筋状突起部２０の曲面２６から導光板１２に入光する光線Ｌ２は、曲面２６に対し若干の傾斜角度をもって入射することから、Ｌ１よりも点状光源１４の若干外側方向へと屈折する。さらに、筋状突起部２０の平面２２から導光板１２に入光する光線Ｌ３は、平面２２に対し大きな傾斜角度をもって入射することから、平面２２において大きく屈折し、光線Ｌ２に比して更に点状光源１４の外側へと屈折し、光の拡散効果が最大限に発揮されることとなる。なお、平坦部２８から導光板１２に入光する光線Ｌ４は、平坦部２８に対し直交する入射角度となることから、入射の前後で光の進行方向に変化はなく、点状光源１４の正面方向へと直進する。

さて、仮に、筋状突起部２０に曲面２６を設けずに一対の平面２２、２４のみによって筋状突起部２０を構成した場合を検討する。かかる場合には、平面２２の延長部分２２’ （点線で示す）から導光板１２に入光する光線Ｌ１は、平面２２’で大きく屈折し、平面２４で全反射されて、最終的には符号Ｌ１’で示すように、点状光源１４の正面方向へと進行してしまう。したがって、筋状突起部２０が曲面２６を持たない場合には、大きな光の拡散効果は得られない。
すなわち、本発明の実施の形態は、筋状突起部２０の一対の平面２２、２４と、これらを滑らかにつなぐ曲面２６と、平坦部２８とは、各々、入射光の角度を変更する機能を異にする光の方向変換素子であり、これらを組合わせることによって、導光板１２の側端面を構成したものである。そして、筋状突起部２０の幅方向に対称に傾斜する一対の平面２２、２４には、広角方向（点状光源１４の正面方向を基準として±４０度〜±８０度の方向）の明るさを確保する機能を与え、平坦部２８には、点状光源１４の正面方向（点状光源１４の正面方向を基準として０度〜±４０度の方向）の明るさを確保する機能を与え、曲面２６には、平面２２、２４と平坦部２８との中間の機能を与えることで、点状光源１４の正面方向から広角方向までの広範囲にわたって、導光板１２における光の分布の均等化と高輝度化とのバランスを図ることを可能としたものである。

なお、上記バランスを確保する上で、筋状突起部２０と平坦部２８との設置比率が重要であり、かかる比率を略１：１とすることが望ましい。しかしながら、前述のごとく、筋状突起部２０のピッチＰに対する平坦部の幅Ｘの比率が、７０％以下に構成されていれば、良好な光の分布バランスを得ることが可能である。かかる比率は、点状光源１４の正面方向の輝度の向上と光の拡散効果とのいずれを優先するかによって決定されるものである。
また、点状光源１４の正面方向を基準とした光の拡散範囲として、±７０度以上の広角化を実現するためには、筋状突起部２０の一対の平面２２、２４の成す角度θは２０度以上６０度以下であることが望ましい。本発明の実施の形態によれば、θ＝４０度とすることで、導光板１２において、明暗むらの生じる範囲（図６に符号Ｗで示す）を、２ｍｍ以下に抑え込むことが可能となる。さらに、前述のごとく、筋状突起部２０のピッチを、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることで、光の回析の影響に起因する色分離と、光のむらの発生とを、何れも効果的に押さえ込むことが可能となる。

さらに、本発明の実施の形態では、個々の筋状突起部２０の形状の対称性、各筋状突起部２０の形状の同一性により、筋状突起部２０と点状光源１４との位置関係を高度に管理することを前提とせずに、所望の光の拡散効果を発揮させることが可能となり、導光板１２と点状光源１４との位置決めを確実に行うための構造設計が不用となる。しかも、総形バイト３０を用いた金型加工が可能となり、筋状突起部２０を備える導光板１２を生産するための、加工プロセスの単純化、低コスト化を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る面状照明装置の要部平面図である。 本発明の実施の形態に係る面状照明装置の要部斜視図である。 図１、図２に示す導光板の筋状突起部の具体的形状例を示す平面図である。 図３に示す導光板の筋状突起部を成形するための金型を加工する、総形バイトの模式図である。 図１、図２に示す面状照明装置において、点状光源から発した光の進行方向を示す概略図である。 従来の点状光源を用いた面状照明装置の基本構成を示す平面図である。 従来の点状光源を用いた面状照明装置において、明部と暗部との差を解消して平均的な明るさを得るための対策例を示す模式図である。

符号の説明

１２：導光板、１４：点状光源、１８：面状照明装置、２０：筋状突起部、 ２２、２４：一対の平面、２６：曲面、２８：平坦部

Claims (7)

1. 導光板と、該導光板の側端面に配置された点状光源とを備える面状照明装置において、
   前記導光板の側端面から突出して前記導光板の厚み方向に延びる筋状突起部が複数設けられ、かつ、該筋状突起部の各々が、当該筋状突起部の幅方向に対称に傾斜する一対の平面と、該一対の平面の先端側を連結する曲面とで構成されていることを特徴とする面状照明装置。
2. 前記筋状突起部を構成する一対の平面同士のなす角度が、２０度以上６０度以下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. 前記筋状突起部は、いずれも同一形状であることを特徴とする請求項１または２記載の面状照明装置。
4. 前記筋状突起部は、隣接する筋状突起部との間に所定幅の平坦部を介して同一ピッチで配置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項記載の面状照明装置。
5. 前記導光板の側端面における、前記筋状突起部のピッチに対する前記平坦部の幅の比率が、７０％以下に構成されていることを特徴とする請求項４に記載の面状照明装置。
6. 前記筋状突起部のピッチが、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の面状照明装置。
7. 前記筋状突起部の断面形状は、前記導光板の厚み方向に一定であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の面状照明装置。
   

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