JP2007335334A - 導光板、および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光面の均一化および発光面の大型化が可能で、かつ、特定の色の光を効率良く取り出して利用することができる導光板を提供する。
【解決手段】予め定められた方向から入射する所定光を、表面１１ａ・１２ａに沿って導光させながら、該表面１１ａ・１２ａから外部に射出する導光部１１・１２を備えた導光板２において、ＬＥＤ部３から射出される外部光を、上記予め定められた方向に屈曲させ、上記導光部１１・１２に入射させる屈曲部１３を備え、上記屈曲部１３は、上記外部光が入射される表面１３ａ・１３ｂに、該表面１３ａ・１３ｂに照射される光のうち、少なくとも一部の光の波長を他の波長の光に変換するように蛍光体１５が塗布されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、導光板、および該導光板を備える照明装置に関するものであり、詳細には、導光板に蛍光体を塗布したＬＥＤ照明装置に関する。

従来より、室内や屋外の照明装置として、蛍光体をＬＥＤで励起して光を生成し照明光源とする照明装置（例えば、蛍光灯など）が知られている。例えば、白色の光を生成し照明光源とする場合には、蛍光体とＬＥＤとの組合せとして、黄色の蛍光体と青色ＬＥＤ（青色の光）との組合せがある。

しかし、蛍光体中を光が透過するだけの構成では蛍光体の厚みによって、蛍光強度が大きく変化する。これについて、図７を参照しながら説明する。図７は、励起光の蛍光体による吸収係数を５００／ｃｍ、蛍光の蛍光体による吸収係数を５０／ｃｍとしたときの、蛍光体膜厚と蛍光強度との計算結果を示すグラフであり、縦軸は蛍光強度を示し、横軸は蛍光体膜厚を示している。また、曲線Ｘは、反射構造での蛍光強度の蛍光体膜厚依存性を示し、曲線Ｙは、励起光が蛍光体を透過した時の励起光の減衰の蛍光体膜厚依存性を示す。

図７に示すように、曲線Ｘでは、蛍光体の膜厚がある一定以上の膜厚になれば、蛍光強度はほぼ変わらないが、曲線Ｙでは、蛍光体の膜厚依存性が大きく、蛍光強度も低くなる。よって、励起光の透過が発生する構成の場合は、精密な蛍光体膜厚の制御が必要となるが、蛍光体膜厚の制御は困難であるという問題がある。

そこで、特許文献１には、ＬＥＤ照明装置において、紫外ＬＥＤモジュールの紫外線出射面と対向して配置された反射面に、蛍光体が塗布された反射鏡を備えることにより、蛍光強度の膜厚依存を小さくする技術が開示されている。

ところで、照明装置には、上記室内照明装置以外にも、液晶表示装置において、液晶パネルの背後から光を照射する照明装置としてバックライトがある。

バックライトでは、導光板に光を入射させて、導光させることにより、所定範囲から効率良く光を射出させて、液晶パネルに光を照射する構成が用いられている。よって、このバックライトであっても、光を照射することが目的であるので、一般的な蛍光灯のように室内を照射する照明装置として使用することが可能である。

ここで、従来のバックライトとして、エッジ式を説明する。

エッジ式のバックライトでは、液晶パネルの背後に設けられる透明のアクリル板を導光体とし、その一端に光源が設けられている。そして、この導光体内部での多重反射を利用し、アクリル板の液晶パネル側の面から、液晶パネルに光が照射される。

図８は、エッジ式のバックライトを備えた液晶表示装置１００の一断面を示した概略図である。同図に示すとおり、液晶表示装置１００は、照明装置１１０、反射シート１２０、および液晶パネル１３０を備えている。また、照明装置１１０は、エッジライト１１１、透明のアクリル板１１２、および光散乱部１１３を備えている。

なお、以下では、アクリル板１１２の面であって、エッジライト１１１からの光が入射する面を、表面１１２ａとする。また、アクリル板１１２の面であって、液晶パネル１３０の表示面と平行となる面を、液晶パネル側から順に、表面１１２ｂ、表面１１２ｃとする。さらに、アクリル板１１２における表面１１２ａと反対側の面を、表面１１２ｄとする。

エッジライト１１１から発せられた光が、表面１１２ａを介してアクリル板１１２に入射される。そして、アクリル板１１２に入射された光は、表面（１１２ｂ・１１２ｃ）（つまり境界面）において全反射が繰り返され、表面１１２ｄの方向に導光される。さらに、全反射した光の一部が、表面１１２ｃに設けられた光散乱部１１３により散乱される。そして、この散乱された光のうち、アクリル板１１２の表面１１２ｂにおいて全反射を起こさない光が、表面１１２ｂから液晶パネル１３０方向に射出される。

光散乱部１１３は、例えば図９に示すとおり、複数の円形状の図形からなるパターンにより構成される。図９は、アクリル板１１２上の拡散部のパターンの一部を拡大して示した図である。

また、上記円形状の図形は、各中心が一定間隔で並んでおり、かつ、表面１１２ａから遠い位置にあるものほど、円の半径が大きく設定されている。言い換えれば、エッジライト１１１から遠い位置にあるものほど、円の半径が大きく設定されている。これは、以下の理由による。

エッジライト１１１からアクリル板１１２に入射した光の光量は、導光されるにしたがって少なくなる。したがって、上記のように、表面１１２ａから遠ざかるにつれて上記円の半径を大きくすることにより、光の散乱量の減少を防ぐことが可能となる。それゆえ、表面１１２ｂから均一な光を照射することが可能となる。このような理由により、上記のように円の半径を順に変化させている。

反射シート１２０は、光散乱部１１３に対応する箇所を除いた表面１１２ｃから漏れだした光を、アクリル板１１２に戻すための部材である。これにより、液晶パネル１３０に照射させる光の光量を上げている。

また、白色発光を得る導光板として、以下の特許文献２および３の技術が開示されている。

特許文献２には、導光板装置において白色光を取り出すために、光が導入される導光板の裏面に形成した凹部に蛍光体を塗布し、導光板の側面からＬＥＤ光を入射し、入射光を蛍光体に当てて反射させることによって、白色発光を可能とした技術が開示されている。

また、特許文献３には、発光装置において白色系発光を得るために、複数の蛍光体シートを用いる場合、多層張り合わせが容易で、色合わせが容易な蛍光体シート積層構造を光射出面に備える技術が開示されている。
特開２００６−５９６２５号公報（平成１８年３月２日公開） 特開２００３−３６７１４号公報（平成１５年２月７日公開） 特開２００４−１６４９７７号公報（平成１６年６月１０日公開） 特開２００６−１２８６８号公報（平成１８年１月１２日公開） 日立化成テクニカルレポート No.４２（2004-1）

しかしながら、上記特許文献１では、光源が紫外光であるので、蛍光体で変換されなかった光源からの直接光をカットするために、ＵＶカットフィルタを備えなければならないという問題点を有する。また、室内で利用する一般照明用として間接光を照射する構成としているため、できるだけ明るく、広い射出面積で光を照射する場合には、好適に用いることができないという問題点を有する。

また、従来のエッジ式のバックライトでは、導光方向においてアクリル板の大型化を図る場合（つまり、図９のＬの長さを長くする場合）、以下のような問題点を有する。

つまり、大型化を図る前のパターンと同じように円（同図では黒丸）の半径を大きくしていくと、ある位置より表面１１２ｄ寄りにおいて上記円の形が完全に潰れてしまい、表面１１２ｂからは均一に光を射出することができないという問題点を有する。

さらに、図８に示す照明装置１１０を、図１０に示すように一定方向に複数並べることにより、大型化を図ることも考えられる。しかしながら、この場合、２つのアクリル板の間に、エッジライト１１１が配されるため、各照明装置１１０の配置を所望の位置に精度よく揃えることは難しい。よって、発光面の大型化に適用させることは困難であるという問題点を有する。

また、上記特許文献２および３では、白色発光を得ることが目的であるので、励起光が蛍光体を透過した時の励起光の減衰における蛍光強度の変化について、対応策は何も開示されていない。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、発光面の均一化および発光面の大型化が可能で、かつ、特定の色の光を効率良く取り出して利用することができる導光板を提供することにある。

本発明の導光板は、上記課題を解決するために、予め定められた方向から入射する所定光を、光出射面に沿って導光させながら、該光出射面から外部に射出する導光部を備えた導光板において、上記光出射面の反対面側から入射した外部光を、上記予め定められた方向に屈曲させ、上記導光部に入射させる光入力部を備え、上記光入力部は、上記外部光が入射される反射面に、該反射面に照射される光のうち、少なくとも一部の光の波長を他の波長の光に変換するように蛍光体が塗布されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、光入力部が、光出射面の反対面側から入射した外部光を、予め定められた方向に屈曲させて導光部に入射させることにより、導光部に入射される光が、光出射面に沿って導光されながら、該光出射面から外部に射出される。それゆえ、導光板自体を薄型化することが可能となる。

また、導光部において、外部光を光出射面に沿って導光させるため、外部光を発する光源を、導光板の光出射面の反対面の近くに設置することが可能となる。さらに、光源を、導光板のエッジ部に設置する必要がないため、従来のエッジ式のバックライトの構成に比べ、容易に、光出射面をマトリクス状に組み合わせることが可能となる。このため、容易に発光面を大きくすることが可能となる
さらに、光入力部は、外部光が入射される反射面に、該反射面に照射される光のうち、少なくとも一部の光の波長を他の波長の光に変換するように蛍光体が塗布されていることにより、波長が変換された光と変換されない光とが、あらゆる方向に射出されるので、それぞれの光は混合され、混合された色の光が導光部に射出されることになる。

よって、光の混合によって所望する特定の色の光を取り出すことが可能となり、外部光を、ムラなく、より多く、すなわち効率良く導光部に送り利用することが可能となる。このため、均一な発光を得ることが可能となる。

以上により、本発明の導光板は、発光面の均一化および発光面の大型化が可能で、かつ、特定の色の光を効率良く取り出して利用することが可能となる。

また、本発明の導光板では、上記蛍光体の塗布膜厚は、上記反射面に照射される光のうち、少なくとも一部の光の波長を他の波長の光に変換する厚みに調整されていることが好ましい。

これにより、蛍光体の塗布膜厚を調節することによって、光入力部から発生する光の、波長が変換された光と変換されない光との混合比を制御することが可能となるので、所望する色の光を得ることが可能となる。例えば、室内や屋外の照明装置において所望される白色光であっても、容易に得ることが可能となる。

また、本発明の導光板では、上記蛍光体の塗布面積は、上記反射面に照射される光のうち、少なくとも一部の光の波長を他の波長の光に変換する面積に調整されていることが好ましい。

これにより、蛍光体の塗布面積を調節することによって、光入力部から発生する光の、波長が変換された光と変換されない光との混合比を制御することが可能となるので、所望する色の光を得ることが可能となる。例えば、室内や屋外の照明装置において所望される白色光であっても、容易に得ることが可能となる。

本発明の照明装置は、上記課題を解決するために、上記導光板と、外部光を発する発光素子とを備え、上記発光素子は、発光面が上記光入力部の反射面の光出射面ではない側の対向する位置に配置されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、上述した導光板で得られた効果を、照明装置でも奏することが可能となる。また、発光が均一な室内照明を得るだけに限らず、発光面の大型化が可能であるので、屋外の大型照明においても好適に用いることが可能となる。

また、本発明の照明装置では、上記外部光は、発光ダイオ−ド、または、半導体レ−ザが発する光であることが好ましい。これにより、外部光を発する光源として、特別な光源を必要とせず汎用の発光ダイオ−ド、または、半導体レ−ザを用いることが可能となるので、照明装置を安価に得ることが可能となる。

本発明の導光板は、以上のように、光出射面の反対面側から入射した外部光を、予め定められた方向に屈曲させ、導光部に入射させる光入力部を備え、上記光入力部は、上記外部光が入射される反射面に、該反射面に照射される光のうち、少なくとも一部の光の波長を他の波長の光に変換するように蛍光体が塗布されていることにより、光出射面の反対面側から入射した外部光を、波長が変換された光と変換されない光とが混合される特定の色の光として、導光部に入射させるので、導光部に入射される光が、光出射面に沿って導光されながら、該光出射面から外部に射出される。これにより、発光面の均一化および発光面の大型化が可能で、かつ、特定の色の光を効率良く取り出して利用することができる導光板を提供するという効果を奏する。

本発明の一実施形態について説明すれば、以下の通りである。

最初に、本実施の形態の照明装置１の構成について、図１〜４を参照しながら説明する。その次に、照明装置１における光の光路について説明する。なお、照明装置１は、通常使用される室内や屋外の照明装置、例えば、蛍光灯などである。

図１は、本実施の形態の照明装置１の概略構成を示した斜視図である。図２は、導光板２の屈曲部１３の表面１３ａ・１３ｂの構成を示す拡大断面図である。図３は、図１のＡＡ線矢視における導光板２の構成を示す断面図である。図４は、ＬＥＤ部３の配置を示した上面図である。

本実施の形態の照明装置１は、図１に示すように、導光板２とＬＥＤ部３とを備えており、ＬＥＤ部３から射出される光を導光板２によって所望の範囲に導光させ、光を照射するＬＥＤ照明装置である。

ここで、導光板２は、例えば、１枚の透明基板を加工し、加工後の基板に表面処理を行うことにより、一体形成することが可能な構成部品である。しかし、以下では、説明の便宜上、導光板２を複数の部に区分けして、導光板２の構成を説明することとする。

導光板２は、図１に示すように、導光部１１、導光部１２、および屈曲部１３（光入力部）を備えている。また、屈曲部１３は、導光部１１と導光部１２とに囲まれている。なお、以下の説明では、説明の便宜上、導光部１１と導光部１２とが、屈曲部１３に対し、互いに対称となる形状を有しているとして説明する。

導光部１１は、表面１１ａ〜１１ｈを有しており、略直方体の形状を有している。表面１１ａ（光出射面）は、照射する側の面であり、表面１１ｂは、ＬＥＤ部３側の面である。表面１１ｃ〜１１ｆは、屈曲部１３に隣接すると共に、外部に露出している面であり、図の手前の面から順に、表面１１ｄ，１１ｃ，１１ｅとしている。また、表面１１ｄと表面１１ｅとは、屈曲部１３を挟んだ状態で互いに対向している。表面１１ｆは、表面１１ｃの反対側の面である。表面１１ｇ・１１ｈは、残りの面であって、図の手前の面を表面１１ｇと、奥の面を１１ｈとしている。

なお、表面１１ｆ〜１１ｈは、表面１１ａに対して屈曲部１３側に傾斜している。つまり、各表面１１ｆ〜１１ｈが表面１１ａ・１１ｂとなす角度が、表面１１ａとなす角度よりも、表面１１ｂとなす角度の方が大きくなるように傾斜されて構成されている。これは、本実施の形態として好適な構成を挙げただけであり、これに限らず、直角の場合であってもよい。

導光部１２は、導光部１１と同様な位置に、それぞれ、表面１２ａ〜１２ｈを備えている。つまり、各表面１２ａ〜１２ｈは、それぞれ、導光部１１の各表面１１ａ〜１１ｈと対応している。なお、表面１２ａが、表面１１ａと同様に、特許請求の範囲に記載の光出射面に該当する。

また、導光部１１・１２は同一の材質で構成されており、少なくとも、導光部１１・１２の内部は、光が導光可能な材質、例えば、透明なアクリル材またはガラス材で構成される。

また、導光部１１内において光が導光する際、光の均一性を向上させるために、散乱部が表面１１ｂ，および１１ｆ〜１１ｈに形成される。これについて、図３を参照しながら説明する。なお、図３には、導光部１１側が図示されているが、屈曲部１３に対し対称に、導光部１２にも同様に、散乱体が形成される。

導光部１１の表面１１ｂは、光を散乱させるための所定のパターンを有している。このパターンとしては、図９に示したパターンが挙げられる。但し、上記パターンは図９に示したパターンに限定されず、公知の様々なパターンを適用することが可能である。上記パターンとしては、表面１１ｃから遠ざかる程、パターンを構成する図形が大きくなるものであればよい。なお、以下では、上記図形を、光散乱部と称する。また、表面１１ｂのうち光散乱部を除いた領域を、非散乱領域と称する。

導光部１１の表面１１ｆ〜１１ｈには、光を反射する反射材または光を散乱する散乱材が塗布されている。例えば、各表面に白色の塗料を塗布すればよい。また、反射材または散乱材が塗布されている部分を光散乱部と称する。

屈曲部１３は、図１に示すように、表面１３ａ・１３ｂ、および内部面１３ｃを備えている。表面１３ａ（反射面）は、ＬＥＤ部３側の面であって、かつ、導光部１１の表面１１ｃ〜１１ｅに隣接する面である。表面１３ｂ（反射面）は、ＬＥＤ部３側の面であって、かつ、導光部１２の表面１２ｃ〜１２ｅに隣接する面である。内部面１３ｃは、照射する側の面である。表面１３ａと表面１３ｂとは隣接しており、その交線は、導光部１１の表面１１ｃおよび導光部１２の表面１２ｃに対し、平行となっている。また、導光部１１と導光部１２とが、屈曲部１３に対し、互いに対称となる形状を有しているとして説明すると上述したが、このように、屈曲部１３は、導光板２の中心に設けられることが好ましい。

また、表面１３ａ・１３ｂは、同じ形状を有している。さらに、図３に示すように、表面１１ａ・１２ａに垂直な面であって、上記交線を通る面を第１仮想面とした場合、表面１３ａと表面１３ｂとは、第１仮想面に対して、反対方向にそれぞれ所定の角度（θ）傾斜している。

また、屈曲部１３は、その内部と内部面１３ｃとが光が導光可能な材質で構成されている。また、表面１３ａ・１３ｂは、図２に示すように、光を反射する材料（例えば、アルミニウムなど）からなる反射層で構成されている。上記反射層としては、可視光の全スペクトルに対して反射率の高い膜が好ましく、アルミニウムの他に銀や白色樹脂などであってもよい。

なお、屈曲部１３による光の影が生じることを防ぐため、表面１３ａ・１３ｂを、光を少し透過する材料（例えば、白色の塗料）で構成するか、あるいは、光を完全に遮断する反射材（例えば、アルミニウム）の場合には、屈曲部１３の一部から光を漏らす構造を有する構成とすることが好ましい。

屈曲部１３の製造においては、例えばアクリル板を、図１に示す形状に形成し、その後、アルミニウムを形成する前の表面１３ａ’・１３ｂ’に、アルミニウムを蒸着し、表面１３ａ・１３ｂを形成すればよい。また、反射領域に相当する領域（つまり、表面１３ａ’・１３ｂ’）にアルミニウムを蒸着し、その後、透過領域に相当する領域のアルミニウムを除去してもよい。

また、屈曲部１３の表面１３ａ・１３ｂには、表面が光を反射する材料で形成された後、その上に蛍光体１５が塗布される。

蛍光体１５は、光を照射すると、照射された光の波長を変換する材質を有する。詳細には、蛍光体１５を通過している光を、蛍光として変換し、あらゆる方向に発生させる。蛍光体１５には、例えば、黄色蛍光体（ＹＡＧ，ＺｎＳｅなど）、緑色蛍光体（β-サイアロンなど）、赤色蛍光体（カルシウム・アルミニウム・シリコン三窒化物など）、および青色蛍光体などがある。本実施の形態では、所望の色の光を得るために、適宜選択される。

以上、導光部１１、導光部１２、および屈曲部１３は、例えば、一つの透明板（アクリル板など）を加工（切削）し、さらに表面処理などを行うことにより、これら３つの部材を一体的に製造すればよい。また、各導光部１１・１２、および屈曲部１３を、別々に形成し、各部を接合して導光板２を構成してもよい。

また、導光部１１および導光部１２の形状は、上述した形状に限定されるものではない。あくまでも、導光部１１および導光部１２は、少なくとも、屈曲部１３からの距離が遠い反射面ほど、反射面の面積が大きく設定されていればよい。

ＬＥＤ部３（発光素子）は、青色（Ｂ）を発光する発光ダイオード（以下、青色ＬＥＤ）で構成されている。また、青色ＬＥＤは、図１に示すように、青色ＬＥＤの発光面が、屈曲部１３の表面１３ａ・１３ｂの表面１１ａ・１２ａではない側の対向する位置であって、図４に示すように、前記第１仮想面上となり、かつ、前記交線の中心点上に配されている。

ここで、青色ＬＥＤから白色光を得る場合、黄色蛍光体を用いる方法や、緑色蛍光体と赤色蛍光体とを用いる方法などがある。上記を組み合わせると、光が混合されて白色光を得ることが可能である。

また、ＬＥＤ部３は、紫外線を発光する発光ダイオード（以下、紫外光ＬＥＤ）を用いてもよく、この場合、青色蛍光体と緑色蛍光体と赤色蛍光体とを用いれば、白色光を得ることが可能である。なお、上記ＬＥＤと蛍光体との組合せは、白色光を得る場合であり、上記以外の組み合わせによって、所望の色を得ることも可能であり、適宜選択される。

さらに、ＬＥＤ部３に用いられる発光ダイオードは、１つに限らず複数設けてもよい。複数の発光ダイオードを設ける場合は、その発光面が、屈曲部１３の表面１３ａ・１３ｂの表面１１ａ・１２ａではない側の対向する位置であって、前記第１仮想面上となり、かつ、前記交線の中心点上付近に集めて配されることが好ましい。

ところで、蛍光体を光源に近づけるという意味では、ＬＥＤチップを保護している樹脂に蛍光体を混ぜるのが一般的に考えられる構成であるが、それではＬＥＤ部３から屈曲部１３の表面１３ａ・１３ｂまでの光路にばらつきが生じ、実際には、見る方向によって光の色が変化してしまう。そこで、本実施の形態の導光板２では、反射面すなわち屈曲部１３の表面１３ａ・１３ｂの上に、蛍光体１５を一定の厚さで塗布することにより、発生した蛍光を効率良く取り出して利用することを可能とすると同時に、見る方向が代わっても色が変わらないようになっている。

次に、ＬＥＤ部３を発光させた場合における、該光の光路について、図２・３に基づいて説明する。なお、導光板２は、上記第１仮想面に対して対称な形状であるため、以下では、導光部１１側に送られる光の光路について説明する。但し、以下に示す光路は、一例であって、これに限定されるものではない。また、導光部１１の表面１１ａと、導光部１２の表面１２ａとにより形成される１つの平面を、照射側平面と称する。

まず、ＬＥＤ部３から射出した光が、照射側平面から照射される光となるまでの全体の流れについて説明する。

図３に示すように、第１仮想面に対して所定の角度（φ）でＬＥＤ部３から射出した光（以下、励起光）は、屈曲部１３の表面１３ａで反射するとともに、蛍光体１５で波長が変換され、あらゆる方向に蛍光となって発生する。そして、蛍光は、発生方向によってそのまま外部へ出射される場合や、屈曲部１３の表面１３ａにて反射され、蛍光体１５を介して、外部へ射出される場合がある。この屈曲部１３における反射は、詳細に後述する。なお、蛍光に変換されずに、屈曲部１３の表面１３ａにて反射され、励起光のまま外部へ射出される光も存在する。よって、導光部１１へは、蛍光と励起光とが混合された白色の光が射出される。

上記によって、屈曲部１３の表面１３ａから導光部１１の表面１１ｃ〜１１ｅの方向（予め定められた方向）に放射された光（所定光）は、導光部１１の表面１１ｃ〜１１ｅを介して、導光部１１内に入射される。この際、入射された光は、表面１１ｃ〜１１ｅにより屈折する。

そして、導光部１１の内部において、表面１１ａに沿って全反射を繰返しながら導光される。詳細には、導光部１１に入射された光は、表面１１ａおよび表面１１ｂの非散乱領域（つまり境界面）において全反射して、導光部１１内を進む。さらに、上記入射した光のうち、表面１１ｂの散乱部に照射された光は、この散乱部により散乱される。そして、この散乱した光のうち、表面１１ａにおいて全反射をしない光が、表面１１ａから射出される。これが、照射側平面から照射される光となり、白色光として照射する側に照射される。

また、反射を繰返し、導光部１１の終端部（つまり、表面１１ｆ）まで導光された光においても、表面１１ｆには散乱部が形成されているため、光は外部に射出されることなく、少なくとも導光部１１側に反射または散乱される。それゆえ、外部から入射される光を効率良く利用することが可能となる。

なお、ＬＥＤ部３から射出した光のうち、屈曲部１３の表面１３ａで反射することなく、直接、表面１１ｃから導光部１１に入射する光もある。

次に、屈曲部１３における反射について、図２を参照しながら、詳細に説明する。

屈曲部１３の表面１３ａでは、図２に示すように、ＬＥＤ部３から射出された励起光は、蛍光体１５表面で反射される光と、蛍光体１５内部で吸収されて蛍光になる光と、蛍光体１５を透過して、表面１３ａで反射される光とのうちのどちらかとなる。蛍光体１５表面で反射される光は、励起光のままの反射光が導光部１１に入射される。

一方、蛍光体１５を透過した励起光は、表面１３ａで反射され、再度蛍光体１５を透過して外部に射出されるのであるが、蛍光体１５を透過中に、蛍光体１５に吸収されたり、光の波長が変換されることによって、蛍光となる光が発生する。

しかも、蛍光体１５内部に入った励起光、および変換された蛍光も散乱により、あらゆる方向の光となる。そして、表面１３ａ方向に射出される光は反射されるので、励起光も蛍光も表面１３ａで反射され、混合された光が可視的に白色となって蛍光体１５から射出される。

これは、一般的に、励起光よりも蛍光の方が蛍光体１５での吸収係数が小さいため、蛍光体１５下の表面１３ａを光が反射できる材料にすることで、蛍光体１５の下部方向へ向かった蛍光が表面１３ａで反射され蛍光体１５表面に出てくることが可能となっている。よって、蛍光体１５から発する光を増加させることが可能となる。

また、上記においては、屈曲部１３の表面１３ａ・１３ｂを、光を反射する材料で構成した。しかしながら、表面１３ａ・１３ｂの一部を光を透過する材質とし、かつ、屈曲部１３の内部および内部面１３ｃを導光部１１などと同じような光を透過する部材で構成しておけば、ＬＥＤ部３からの光を、直接、屈曲部１３の表面１３ａ・１３ｂから射出することも可能となる。この場合には、導光板２から、さらに均一な光を照射側に照射することが可能となる。

以上のように、導光板２は、屈曲部１３が、ＬＥＤ部３から射出された光を、導光部１１の表面１１ｃ〜１１ｅに向けて屈曲させて、導光部１１に入射させることにより、導光部１１に入射される光が、表面１１ａに沿って導光されながら、表面１１ａから照射側に射出される。それゆえ、導光板２自体を薄型化することが可能となる。

また、導光部１１において、ＬＥＤ部３から射出された光を表面１１ａに沿って導光させるため、外部光を発するＬＥＤ部３を、導光板２の表面１３ａ・１３ｂの反対面の近くに設置することが可能となる。さらに、ＬＥＤ部３を、導光板２のエッジ部に設置する必要がないため、従来のエッジ式のバックライトの構成に比べ、容易に、表面１１ａ・１２ａ（つまり照射側平面）をマトリクス状に組み合わせることが可能となる。このため、容易に発光面を大きくすることが可能となる。

また、屈曲部１３が導光部１１・１２に囲まれており、蛍光体１５によって、反射光はあらゆる方向に射出されるので、ＬＥＤ部３からの光を、ムラなく、より多く、すなわち効率良く導光部１１・１２に送ることが可能となる。このため、均一な発光を得ることが可能となる。

また、屈曲部１３は、外部光が入射される表面１３ａ・１３ｂに、表面１３ａ・１３ｂに照射される光のうち、少なくとも一部の光の波長を他の波長の光に変換するように蛍光体１５が塗布されていることにより、波長が変換された光である蛍光と変換されないである励起光とが、あらゆる方向に射出されるので、光が混合され、白色の光となって射出されることになる。

よって、光の混合によって白色光を取り出すことが可能となり、また、屈曲部１３は導光部１１・１２に囲まれているので、外部光を、ムラなく、より多く、すなわち効率良く導光部１１に送り利用することが可能となる。このため、均一な発光を得ることが可能となり、照射側に均一な白色光を照射することが可能となる。

以上により、本実施の形態の導光板２は、発光面の均一化および発光面の大型化が可能で、かつ、白色光を効率良く取り出して利用することが可能となる。

また、上記導光板２を備える照明装置１においても、発光が均一な室内照明装置として用いることが可能となり、さらに、屋外の大型照明装置としても好適に用いることが可能となる。

ここで、蛍光体１５の塗布膜厚を変化させることによって、屈曲部１３から反射される蛍光と励起光との混合による光の強さ、すなわち光強度が変化することについて図５を参照しながら説明する。図５は、蛍光体１５の塗布膜厚と、光強度との計算結果を示すグラフであり、縦軸は光強度を示し、横軸は塗布膜厚（ｔとする）を示している。また、曲線Ａ〜Ｃは、反射構造での蛍光光強度の塗布膜厚依存性を示し、曲線Ｄ・Ｅは、励起光が蛍光体１５を透過した時の励起光の減衰の塗布膜厚依存性を示す。

曲線Ａは、外部入射光の蛍光体１５による吸収係数（以下、励起光吸収係数）が５００／ｃｍ、蛍光の蛍光体１５による吸収係数（以下、蛍光吸収係数）が１００／ｃｍである場合を示しており、曲線Ｂは、励起光吸収係数が５００／ｃｍ、蛍光吸収係数が５０／ｃｍである場合を示しており、曲線Ｃは、励起光吸収係数が１００／ｃｍ、蛍光吸収係数が５０／ｃｍである場合を示している。また、曲線Ｄ，Ｅは、それぞれ、励起光吸収係数が５００／ｃｍ，１００／ｃｍである場合を示している。

図５のグラフを参照すると、蛍光を励起光の入射側から取り出す場合は、励起光が表面１３ａおよび１３ｂまで到達しなくなる蛍光体の膜厚になれば、表面１３ａおよび１３ｂから射出される蛍光の光強度は一定になるため、光強度は蛍光体の塗布膜厚に依存しなくなる。よって、上記の場合は蛍光体の塗布膜厚がある一定以上あれば、蛍光体の塗布膜厚の制御が不要となる。

逆に、蛍光体の塗布膜厚を制御して、励起光が表面１３ａおよび１３ｂで反射して、蛍光体１５表面まで出てくるような蛍光体の塗布膜厚にする場合は、励起光と蛍光との混合割合によって蛍光体１５の塗布膜厚を決定する。蛍光の色を強くする場合は、蛍光体１５の塗布膜厚を厚くすれば良く、励起光の色を強くする場合は、蛍光体１５の塗布膜厚を薄くすれば良い。

例えば、青色ＬＥＤの励起光と黄色の蛍光体１５との組合せで疑似白色を生成するように、励起光を使用して色を制御する場合、蛍光体１５から出てくる励起光量を制御する必要がある。そこで、蛍光体膜厚を、表面１３ａ・１３ｂに照射される光のうち、所望する光量を蛍光に変換する厚みに調整することにより、蛍光と励起光との混合比を制御して、白色光を生成することが可能となる。なお、蛍光の光強度は変換効率などの影響により個々の材料によって決める必要がある。

以上により、蛍光体１５の塗布膜厚を調整することによって、屈曲部１３から発生する光強度を制御することが可能となる。また、所望する光強度および色を得ることが可能となる。

また、蛍光体１５の塗布面積を変化させれば、屈曲部１３から反射される光強度が変化する。これにより、蛍光体１５の塗布面積の増減によって、励起光の割合が増減される。

例えば、青色ＬＥＤの励起光と黄色の蛍光体１５との組合せで疑似白色を生成するように、励起光を使用して色を制御する場合、蛍光体１５から出てくる励起光量を制御する必要がある。そこで、蛍光体面積を、表面１３ａ・１３ｂに照射される光のうち、所望する光量を蛍光に変換する面積に調整することにより、蛍光と励起光との混合比を制御して、白色光を生成することが可能となる。

但し、両方の光を混ぜて特定の色の光（例えば白色）にするためには、励起光の蛍光体表面の反射率、蛍光体での変換効率、両波長のスペクトルなどによって決定される。

以上により、蛍光体１５の塗布面積を制御することによって、屈曲部１３から発生する光強度を制御することが可能となる。また、所望する光強度および色を得ることが可能となる。

また、上記導光板２においては、図６に示すように、導光部１１内部に反射板２１ａを、および、導光部１２内部に反射板２２ａを備えてもよい。図６は、反射板２１ａおよび反射板２２ａを備える導光板２０の構成を示す斜視図である。以下では、導光部１１において説明するが、導光部１２も同様の構成を有する。

反射板２１ａは、表面１１ａに対して垂直に配されている。また、反射板２１ａは、一辺の長さがｄの長方形を該一辺に平行な線であって、該長方形の中心を通る線（中心線）に関して、折り曲げた形状と同一の形状を有している。さらに、反射板２１ａは、表面１１ｇと表面１１ｈとの交線を通り、表面１１ａと垂直な面、すなわち、導光部１１を２等分する面に関して、対称となっている。

上記の構成によれば、導光部１１に入射された光が、反射板２１ａにおいても反射される。よって、反射された方向での光量を増加させることにより面内の光量を制御し、面内の光量を均一に制御することが可能となる。なお、反射板２１ａの数は、１つに限定されるものではなく、必要に応じて、増減することが可能である。

また、上記導光板２においては、屈曲部１３の表面１３ａ・１３ｂは、第１仮想面に対して、同じ角度（θ）で、互いに異なる方向に傾斜していてもよい。これにより、第１仮想面上のある位置から上記照射側平面の方向に外部光を照射することにより、表面１３ａと表面１３ｂとで反射する光の量を同一にすることが可能である。したがって、導光部１１と導光部１２とに対して、同一量の光を入射させることが可能となる。

また、上記導光板２においては、導光部１１の表面１１ｃと導光部１２の表面１２ｃとが、表面１１ａおよび表面１２ａに対して垂直となる構成とした。しかしながら、これに限定されず、例えば、表面１１ｃを、表面１３ａで屈曲（反射）させた光を表面１１ａの方向に屈折させる向きに、上記第１仮想面に対して傾斜させ、かつ、表面１２ｃを、表面１３ｂで屈曲（反射）させた光を表面１２ａの方向に屈折させる向きに、上記第１仮想面に対して傾斜させてもよい。

さらに、上記導光板２においては、屈曲部１３の２つの表面１３ａ・１３ｂを用いて、ＬＥＤ部３部からの光を反射（屈曲）させたが、これに限定されるものではない。例えば、ＬＥＤ部３部からの光を反射させる構成であれば、円錐の底面を除いた面のような曲面であってもよいし、四角錐の底面を除いたような４つの面であってもよい。

また、上記導光板２は、導光部１１と導光部１２とが、互いに対称となる形状を有している構成である。これにより、導光部１１と導光部１２とが非対称な形状である場合に比べ、導光板２の構成を簡素化することが可能となる。

一方、上記導光板２においては、導光部１１と導光部１２とが互いに対称となる形状、すなわち同じ形状であるとして説明したが、これに限定されるものでない。導光部１１の表面１１ａと導光部１２の表面１２ａとの面積が異なっていても、表面１１ｂと表面１２ｂとのパターンを変えることにより、表面１１ａと表面１２ａとから射出される単位面積あたりの光量を同じにすることも可能である。

したがって、上記の場合、すなわち非対称の場合にも、均一な光を、室内側に照射することが可能となる。また、導光部１１と導光部１２との大きさの比率を変えることにより、ＬＥＤ部３の位置が制限される場合であっても、表面１１ａ・１２ａから均一な光を射出することが可能である。

また、上記導光板２においては、表面１１ｂおよび表面１２ｂに対向するように、反射シートを載置する構成とすれば、表面１１ａおよび表面１２ａから射出される光量をより多くすることが可能となる。

また、上記実施の形態では点光源としてＬＥＤを用いたが、これに限定されるものではなく、ＬＥＤ以外の光源、例えば、半導体レーザなどを利用してもよい。また、点光源の代わりに、上記交線に沿って線光源を配置していもよい。これにより、外部光を発する光源として、特別な光源を必要とせず汎用の光源を用いることが可能となるので、照明装置を安価に得ることが可能となる。

さらに、できるだけ明るい照明を実現するためには発光素子の輝度を高くする必要がある。そこで、ＬＥＤ部３では、ワット級（例えば２Ｗ）の大電力ＬＥＤチップを使用する必要が生じるため、放熱の良いパッケージの発光素子が必要となる。この発光素子の例としては、例えば、特許文献４に記載の構造などが挙げられる。上記構造において、ＬＥＤチップが直接搭載される放熱体は、金属でもＡｌＮなどのセラミックでもよく好適に用いられる。

また、本実施の形態の照明装置１は、通常使用される室内や屋外の照明装置、例えば、蛍光灯などであるとして説明したが、これに限らず、液晶表示装置の液晶パネルを背面から照射するバックライトとしても好適に用いることが可能である。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、室内や屋外の照明装置、例えば、蛍光灯などに好適に適用することができる。また、液晶表示装置の液晶パネルを背面から照射するバックライトとしても好適に用いることができる。

本実施の形態の照明装置の実施の一形態を示す斜視図である。 上記照明装置における導光板の屈曲部の構成を示す拡大断面図である。 図１に示す照明装置における導光板のＡＡ線矢視断面図である。 上記照明装置におけるＬＥＤの配置を示した図である。 蛍光体塗布膜厚と光強度との計算結果を示すグラフである。 上記照明装置における導光板の他の構成を示す斜視図である。 蛍光体膜厚と蛍光強度との計算結果を示すグラフである。 従来のエッジ式のバックライトを備えた液晶表示装置の構成を示す断面図である。 上記液晶表示装置におけるアクリル板上の拡散部のパターンの一部を拡大して示した斜視図である。 従来のエッジ式のバックライトを並列に配した場合の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 照明装置
２ 導光板
３ ＬＥＤ部（発光素子）
１１ 導光部
１１ａ 表面（光出射面）
１２ 導光部
１２ａ 表面（光出射面）
１３ 屈曲部（光入力部）
１３ａ 表面（反射面）
１３ｂ 表面（反射面）
１５ 蛍光体
２０ 導光板
２１ａ 反射板
２２ａ 反射板

Claims (6)

1. 予め定められた方向から入射する所定光を、光出射面に沿って導光させながら、該光出射面から外部に射出する導光部を備えた導光板において、
   上記光出射面の反対面側から入射した外部光を、上記予め定められた方向に屈曲させ、上記導光部に入射させる光入力部を備え、
   上記光入力部は、上記外部光が入射される反射面に、該反射面に照射される光のうち、少なくとも一部の光の波長を他の波長の光に変換するように蛍光体が塗布されていることを特徴とする導光板。
2. 上記蛍光体の塗布膜厚は、上記反射面に照射される光のうち、少なくとも一部の光の波長を他の波長の光に変換する厚みに調整されていること特徴とする請求項１に記載の導光板。
3. 上記蛍光体の塗布面積は、上記反射面に照射される光のうち、少なくとも一部の光の波長を他の波長の光に変換する面積に調整されていること特徴とする請求項１に記載の導光板。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の導光板と、
   外部光を発する発光素子とを備え、
   上記発光素子は、発光面が上記光入力部の反射面の光出射面ではない側の対向する位置に配置されていることを特徴とする照明装置。
5. 上記外部光は、発光ダイオ−ドが発する光であることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 上記外部光は、半導体レ−ザが発する光であることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。

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