JP2008027740A - 単位導光板、導光板ユニットおよび面状照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】矩形状の平坦な光射出面と、この光射出面の一辺に平行で前記光射出面の略中央部に位置する厚肉部と、前記厚肉部の両側に前記厚肉部と平行に形成される薄肉端部と、前記薄肉端部の少なくとも一方かつ前記光射出面の裏面側に形成され、線状に配置される光源を収納するための平行溝の半部と、前記厚肉部の両側に配置され、前記一辺と直交する方向に沿って前記厚肉部から前記薄肉端部に向って肉厚が薄くなる傾斜背面部と、前記平行溝に収納される前記光源から前記薄肉端部に入射して前記傾斜背面部の内部を前記厚肉部に向って伝播する光を散乱する散乱手段を有することにより、前記課題を解決する。
【選択図】図3
Description
この面状照明装置も同様であるが、近年の液晶表示装置は、薄型化や低消費電力化が要望されており、それを実現するために種々の形状の導光板が提案されている(特許文献1、特許文献2、および特許文献3参照)。
また、特許文献1〜3に記載されている、光源の入射位置から遠ざかるにつれて厚みを減する傾向を持つ形状、または、平板形状では光の到達距離に限界があるため、すなわち、これらに開示される導光板を用いた照明装置の大型化にも限界がある。
1.1≦Φ・Np・LG・KC≦8.2・・・(1)
0.005≦KC≦0.1・・・(2)
(ただし、式中、Φは、散乱粒子の散乱断面積、Npは、単位導光板に含まれる散乱粒子の密度、LGは、前記光射出面の平行溝と直交する方向の一辺の半分の長さ、KCは、補正係数を表す。)
Ra2<Ra1 かつ Ra2<100・・・(3)
0°<α<45°・・・(4)
(ただし、式中、前記光射出面に平行な面と前記傾斜背面部の傾斜面とが前記厚肉部または前記厚肉端部で交わる際に成す角度をαとする。)
10T<D1<1000T・・・・(5)
(ただし、式中、単位導光板の最大厚みをT、光源間の距離をD1とする。)
10mm<D2・・・(6)
(ただし、式中、前記線状に配置された光源同士の距離をD2とする。)
3mm<R<30mm・・・・・・(11)
図1および図2(a)〜(d)に示すように、面状照明装置10は、複数の線状光源12を含み、矩形状の光射出面11aから均一な光を出射する照明装置本体11と、内部に照明装置本体11を収納し、光射出面11aの側(表面側)に矩形状の開口部13aが形成された筐体13と、筐体13の、光射出面11aと逆側(裏面側)に取り付けられ、複数の線状光源12をそれぞれ点灯するのに用いられる複数のインバータユニット8を収納するインバータ収納部9と、インバータ収納部9に収納される複数のインバータユニット8に接続され、それぞれ複数の線状光源12を点灯するための電源(図示せず)とを有する。
照明装置本体11は、矩形状の光射出面11aから均一な光を出射するためのものであり、図3に示すように、基本的には、複数の線状光源12と、本発明の第1の態様である単位導光板19または20を複数並列に連結させて、光射出面11a側に矩形状の光射出面18aが形成されるように構成し、光射出面18aの裏側に線状光源12をそれぞれ収納する複数の平行溝18fが形成される導光板ユニット18と、導光板ユニット18の光射出面18a側に配置される2枚のプリズムシート16および17と、拡散シート14とを有する。
なお、図3に示すように、照明装置本体11は、本発明の第2の態様である導光板ユニット18によるものであり、導光板ユニット18の上部に配置される2枚のプリズムシート16および17も、拡散シート14も、導光板ユニット18の光射出面18aと略同一のサイズ(面積)を持つものであることは言うまでもない。
また、上述の導光板ユニット18を構成する本発明の第1の態様である単位導光板19および20、並びに、導光板ユニット18を構成するための単位導光板19または20の連結については、後に詳述する。
線状光源12aは、図3に示すように、一方向(図示例においては、奥手方向)に線状に延在するLEDアレイ24aと、LEDアレイ24aの延在方向の両側面に所定間隔離間して線状に配置される複数のLED素子(図4(a)参照)の各々に対して配置される複数のカップリングレンズ28とを備える。なお、LEDアレイ24aは、図4(a)に示すように、一方向に延在する板状のヒートシンク27aと、このヒートシンク27aの両側面にそれぞれ対向するように所定間隔離間して配置されている複数のLEDチップ(LED素子)25とを有する。
他方、線状光源12bは、図3および図4(b)に示すように、一方向(図3に示す例では、奥手方向)に延在する略半幅板状のヒートシンク27b、およびこのヒートシンク27bの片側面に所定間隔離間されて配置されている複数のLEDチップ25とを有するLEDアレイ24b(図4(b)参照)と、LEDアレイ24bの複数のLEDチップ25の各々に対して配置される複数のカップリングレンズ28(図3参照)とを備える。すなわち、図4(b)に示すLEDアレイ24bは、図4(a)に示すLEDアレイ24aを長手方向(延在方向)に沿って略半分にした形状を有し、線状光源12bは、図3に示すように、線状光源12aの奥手方向に沿って略半分にした形状を有する。
こうして、ヒートシンク27aおよび27bにそれぞれ支持された複数のLEDチップ25は、図3に示すように、導光板ユニット18の平行溝18fの対向壁面および導光板ユニット18の平行端面とそれぞれ対向するように線状に配置される。
なお、本実施形態では、LEDチップの支持部としてヒートシンクを用いたが、本発明はこれに限定されず、LEDチップの冷却が必要ない場合は、放熱機能を備えない板状部材を支持部として用いてもよい。
LEDチップ25を長方形形状とすることで、大光量の出力を維持しつつ、薄型な光源とすることができる。光源を薄型化することで、本発明の面状照明装置10を薄型にすることができる。
ここでは、カップリングレンズとしてボールレンズを用いたが、これに限らず、LEDが発する光を平行光にすることができれば特に限定されない。カップリングレンズには、例えば、シリンドリカルレンズ、レンチキュラ、かまぼこ型のレンズ、フレネルレンズなどを用いることもできる。
また、LD(レーザーダイオード)も好ましく用いることができる。
以下では、単位導光板19および単位導光板20の構造および形状について説明することにより、本発明の第2の態様である導光板ユニット18の構成を詳細に説明する。
さらに、単位導光板19は、光源12から入射して、単位導光板19の内部を伝播する光を散乱する散乱手段を有する。なお、散乱手段については、後に詳述する。
なお、図示例においては、平行溝18fの半部19dは、単位導光板19の薄肉端部19cの光射出面19aの裏面側両側に形成されているが、本発明においては、両側に限定されず、薄肉端部19cの光射出面19aの裏面側の一方でもよい。
さらに、単位導光板20も、光源12から入射して、単位導光板20の内部を伝播する光を散乱する散乱手段を有する。
なお、上述のように、図示例においては、連結した単位導光板20の両端の厚肉端部に、単位導光板20の半部20fの厚肉端部を連結して、導光板ユニット18を形成しているが、本発明においては、これに限定はされず、連結した単位導光板20の両端の厚肉端部に何も連結せず、後述する反射フィルム22を配置する構成としてもよい。
これと同様に、上述の導光板ユニット18の説明で述べた平行溝18fの深さや断面形状または拡散反射体については、単位導光板19および20にも適用されるのはいうまでもない。
1.1≦Φ・Np・LG・KC≦8.2・・・(1)
0.005≦KC≦0.1・・・(2)
(ただし、式中、Φは、散乱粒子の散乱断面積、Npは、単位導光板に含まれる散乱粒子の密度、LGは、前記光射出面の平行溝と直交する方向の一辺の半分の長さ、KCは、補正係数を表す。)
導光板18は、このような関係を満たす散乱粒子を含んでいるので、均一で輝度むらが少ない照明光を光出射面から出射することができる。
T=I/I0=exp(−ρ・x)・・・(7)
ここで、xは距離、I0は入射光強度、Iは出射光強度、ρは減衰定数である。
ρ=Φ・Np・・・(8)
したがって、導光板の光軸方向の半分の長さをLGとすると、光の取り出し効率Eoutは、下記式(9)で与えられる。ここで、導光板の光軸方向の半分の長さLGは、導光板18の光入射面に垂直な方向における導光板18の一方の光入射面から導光板18の中心までの長さとなる。
また、光の取り出し効率とは、入射光に対する、導光板の光入射面から光軸方向に長さLG離間した位置に到達する光の割合であり、例えば、図5に示す単位導光板19の場合は、端面に入射する光に対する単位導光板19の中心(導光板の光軸方向の半分の長さとなる位置)に到達する光の割合である。
Eout∝exp(−Φ・Np・LG)・・・(9)
Eout=exp(−Φ・Np・LG・KC)・・・(10)
この結果より、Φ・Np・LG・KCの値が大きくなると、光の取り出し効率Eoutが低くなることが分かる。光は導光板の光軸方向へ進むにつれて散乱するため、光の取り出し効率Eoutが低くなると考えられる。
ここで、Φ・Np・LG・KCの値は大きくすると、導光板18の光射出面18aから出射する光の照度むらが顕著になるが、Φ・Np・LG・KCの値を8.2以下とすることで、照度むらを一定以下(許容範囲内)に抑えることができる。なお、照度と輝度は略同様に扱うことができる。従って、本発明においては、輝度と照度とは、同様の傾向があると推測される。
以上より、本発明の導光板のΦ・Np・LG・KCの値は、1.1以上かつ8.2以下であるという関係を満たすことが好ましく、2.0以上かつ7.0以下であることがより好ましい。また、Φ・Np・LG・KCの値は、3.0以上であればさらに好ましく、4.7以上であれば最も好ましい。
また、補正係数KCは、0.005以上0.1以下であることが好ましい。
このような単位導光板19は、押出成形法や射出成形法を用いて製造することができる。
このように、透明樹脂と可塑剤とを混合した材料で単位導光板19を作製することで、導光板ユニット18をフレキシブルにすること、つまり、柔軟性のある導光板ユニット18とすることができ、導光板ユニット18を種々の形状に変形させることが可能となる。従って、導光板の表面を種々の曲面に形成することができる。
これにより、例えば、導光板ユニット18、または、この導光板ユニット18を用いた面状照明装置を電飾(イルミネーション)関係の表示板として用いる場合に、曲率を持つ壁にも装着することが可能となり、導光板をより多くの種類、より広い使用範囲の電飾やPOP(POP広告)等に利用することができる。
Ra2<Ra1 かつ Ra2<100・・・(3)
0°<α<45°・・・(4)
前記単位導光板19の光射出面19aに平行な面と傾斜背面部19e(20d)の傾斜面と厚肉部19b(または、厚肉端部20c)の頂点で交わる際に成す角度αを、0°超にすることにより、導光板内に入射した光束を効率よく伝播させることができ、また、前記αを、45°未満とすることにより、出射効率を高く維持することができる。
10T<D1<1000T・・・・(5)
(ただし、式中、単位導光板の最大厚みをT、光源間の距離をD1とする。)
また、低屈折率部材148は、入射された光を平行光にし、かつミキシングする機能、つまり、カップリングレンズ及び混合部の機能を有する。本実施形態のバックライトユニットは、低屈折率部材を設けることで、カップリングレンズ及び混合部を設けることなく、光源12から射出された光をより遠い位置まで到達させることができ、かつ、均一な輝度のむらのない照明光を射出させることができる。
なお、図示例においては、低屈折率部材148を光入射面の反対側の面に対して凸のかまぼこ形状としたが、本発明はこれに限定されない。
導光板ユニット18ならびに単位導光板19および20は、基本的に以上のように構成される。
本発明において、拡散シート14としては、上記の素材を用い、かつ、光拡散性を付与した厚み500μm以下のフィルム状部材を用いることも好ましい。
拡散シート14の製造方法は特に限定されないが、例えば、フィルム状部材の表面に微細凹凸加工や研磨による表面粗化を施して拡散性を付与したり、シリカ、酸化チタンもしくは酸化亜鉛等の顔料、または、樹脂、ガラスもしくはジルコニア等のビーズ類などの光を散乱させるための材料をバインダとともに表面に塗工したり、上記の透明樹脂中に光を散乱させる前述の顔料またはビーズ類を混練することで形成される。他には、反射率が高く光の吸収が低い材料で、例えば、Ag、Alのような金属を用いて形成することもできる。
本発明において、拡散シート14としては、マットタイプやコーティングタイプの拡散フィルムを用いることができる。
特に、照明装置本体11の厚みを少し厚くしてもよい場合には、導光板ユニット18の平行溝18fの断面形状によって、平行溝18fに相当する導光板ユニット18の光射出面18aにおける照度のピーク値を十分に低減する必要はなく、部分的に低減するとともに拡散シート14と導光板ユニット18の光射出面18aとの間に間隙を設けて、拡散シート14から射出される照明光の照度分布を均一にしても良い。また、導光板ユニット18の平行溝18fの断面形状の改良(平行溝の先端部分の先細化)に限界があり、平行溝18fに相当する導光板ユニット18の光射出面18aにおける照度のピーク値を完全に低減できない場合や十分に低減できない場合にも、拡散シート14と導光板ユニット18の光射出面18aとの間に間隙を設けて、拡散シート14から射出される照明光の照度分布を均一にしても良い。
なお、図示例においては、プリズムシート16及び17、さらに好ましくは反射フィルム22と、導光板ユニット18の傾斜面18dとの間にもプリズムシートを用いているが、導光板ユニット18の平行溝18fによる光射出面18aにおける照度がより均一化されている場合には、プリズムシートはもちろん不要であるし、プリズムシート16及び17のどちらか一方、または両方を用いなくても良い。高価なプリズムシートの使用枚数を減らし、あるいは、プリズムシートの使用をやめることにより、装置コストを低減させることができる。
透過率調整部材は、上述のように、導光板ユニット18から出射させる光の輝度むらを低減させるために用いられるものであり、通常、透明フィルムと、透明フィルムの表面に配置される多数の透過率調整体とを有する。この透過率調整部材は、本実施形態においては、特に限定はない。
透過率調整体は、拡散反射体であればよく、例えば、光を散乱させるシリカ、酸化チタン、酸化亜鉛等の顔料もしくは樹脂やガラス、ジルコニア等のビーズ類をバインダとともに塗工した物や、表面に微細凹凸加工や研磨による表面粗化パターンでもよい。他には反射率が高く光の吸収が低い材料で、例えば、Ag、Alのような金属を用いることもできる。
また、透過率調整体として、スクリーン印刷、オフセット印刷等で用いられる、一般的な白インクを用いることができる。一例としては、酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸亜鉛、硫酸バリウム等を、アクリル系バインダや、ポリエステル系バインダ、塩化ビニル系バインダ等に分散したインク、酸化チタンにシリカを混合し拡散性を付与したインクを用いることができる。
10mm<D2・・・(6)
また、光源12は、蛍光管、冷陰極管、熱陰極管、外部電極管等の線状の光源を用いてもよい。
図9(a)は、本発明の第2の態様の導光板ユニット18とは別の態様の概略断面図を示すものであり、図9(b)は、図9(a)に示す導光板ユニットを構成する単位導光板の概略断面図を示す。
単位導光板ト152は、図9(b)に示すように、略矩形形状の光射出面154aおよび154bと、この光射出面154bの反対側に位置し、光源154を挟んで、光射出面154bに対して所定の角度で傾斜する傾斜面156bと、光源154から略光射出面分離間した光入射面158bと、光入射面158bと平行で、かつ、上部が光源154と接触している入射面158aと、光入射面154aの反対側に位置し、光源160を挟んで、光射出面154aに対して所定の角度で傾斜する傾斜面156aとで構成される。
このように複数の単位導光板152を連結させることで、大型の導光板を構成することができる。
以上、本発明の単位導光板、導光板ユニットおよび面状照明装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
なお、拡散反射体は、導光板ユニット18の傾斜面18bに配置するに限定されず、必要に応じて、光入射面以外の任意の面に配置してよい。例えば、光射出面18aに配置してもよく、また、傾斜面18bと光入射面の反対側の面とに配置してもよい。
9 インバータ収納部
10 面状照明装置
11 照明装置本体
11a 光射出面
12 光源
13 筐体
13a 開口部
14 拡散シート
16,17 プリズムシート
18 部導光板ユニット
18a 光射出面
18b 傾斜面
18f 平行溝
19,20 単位導光板
19a 光射出面
19b 厚肉部
19c 薄肉端部
19d 半部
19e 傾斜背面部
20a 光射出面
20b 薄肉部
20c 厚肉端部
20d 傾斜背面部
20f 単位導光板の半部
24 LEDアレイ
25 LEDチップ
27 ヒートシンク
28 カップリングレンズ
148 低屈折率部材
152 単位導光板
150 導光板ユニット
154,160 光源
154a,154b 光射出面と、
156a,156b 傾斜面
158a, 158b 光入射面
Claims (20)
- 矩形状の平坦な光射出面と、
この光射出面の一辺に平行で前記光射出面の略中央部に位置する厚肉部と、
前記厚肉部の両側に前記厚肉部と平行に形成される薄肉端部と、
前記薄肉端部の少なくとも一方かつ前記光射出面の裏面側に形成され、線状に配置される光源を収納するための平行溝の半部と、
前記厚肉部の両側に配置され、前記一辺と直交する方向に沿って前記厚肉部から前記薄肉端部に向って肉厚が薄くなる傾斜背面部と、
前記平行溝に収納される前記光源から前記薄肉端部に入射して前記傾斜背面部の内部を前記厚肉部に向って伝播する光を散乱する散乱手段を有することを特徴とする単位導光板。 - 矩形状の平坦な光射出面と、
この光射出面の一辺に平行で前記光射出面の略中央部に位置する薄肉部と、
前記薄肉部の両側に前記薄肉部と平行に形成される厚肉端部と、
前記薄肉部の前記光射出面の裏面側に前記一辺に平行に形成され、線状に配置される光源を収納するための平行溝と、
前記薄肉部の両側に配置され、前記一辺と直交する方向に沿って前記薄肉部から前記厚肉部に向って肉厚が厚くなる傾斜背面部と、
前記平行溝に収納される前記光源から前記薄肉部に入射して前記傾斜背面部の内部を前記厚肉端部に向って伝播する光を散乱する散乱手段を有することを特徴とする単位導光板。 - 前記散乱手段は、下記式(1)および下記式(2)を満たす散乱粒子である請求項1または2に記載の単位導光板。
1.1≦Φ・Np・LG・KC≦8.2・・・(1)
0.005≦KC≦0.1・・・(2)
(ただし、式中、Φは、散乱粒子の散乱断面積、Npは、単位導光板に含まれる散乱粒子の密度、LGは、前記光射出面の平行溝と直交する方向の一辺の半分の長さ、KCは、補正係数を表す。) - 前記光射出面の表面粗さは、前記平行溝に平行な表面粗さをRa1、前記平行溝に垂直な方向の表面粗さをRa2としたとき、下記式(3)を満たす請求項1〜3のいずれかに記載の単位導光板。
Ra2<Ra1 かつ Ra2<100・・・(3) - 前記光射出面に平行な面と前記傾斜背面部の傾斜面とが前記厚肉部または前記厚肉端部の頂点で交わる際に成す角度が、下記式(4)を満たす請求項1〜4のいずれかに記載の単位導光板。
0°<α<45°・・・(4)
(ただし、式中、前記光射出面に平行な面と前記傾斜背面部の傾斜面とが前記厚肉部または前記厚肉端部で交わる際に成す角度をαとする。) - 請求項1および3〜6のいずれかに記載の単位導光板を2つ以上連結し、各光射出面が同一平面状に配置された導光板ユニットであって、
隣接する2つの前記単位導光板を少なくとも前記一辺と直交する方向に互いの前記薄肉端部の前記平行溝の半部同士を連結して、線状に配置された前記光源を収納する前記平行溝を形成したことを特徴とする導光板ユニット。 - さらに、前記一辺と直交する方向に連結された前記2つ以上の単位導光板の連結体を、2組以上、互いの前記平行溝が同一線状に並ぶように、前記平行溝と平行な方向に連結したものである請求項6に記載の導光板ユニット。
- 請求項2〜6のいずれかに記載の単位導光板を2つ以上連結し、各光射出面が同一平面状に配置された導光板ユニットであって、
隣接する2つの前記単位導光板が、互いの前記厚肉端部同士が連結されることにより、前記平行溝と直交する方向に連結されているか、または、互いの前記平行溝が同一線上に並ぶように、前記平行溝と平行な方向に連結されているか、もしくは、前記平行溝と平行な方向および直交する方向の両方に連結されているか、のいずれかであることを特徴とする導光板ユニット。 - さらに、矩形状の平坦な光射出面と、この光射出面の一端側の薄肉端部と、他端側の厚肉端部と、前記薄肉端部から前記厚肉部に向って肉厚が厚くなる傾斜背面部と、
前記光源から前記薄肉端部に入射して前記傾斜背面部の内部を前記厚肉端部に向って伝播する光を錯乱する錯乱手段を有する単位導光板の半部を2つ有し、
請求項2〜6のいずれかに記載の単位導光板の両端の前記厚肉端部、または、請求項8に記載の導光板ユニットの前記一辺と直交する方向の両端に配置される前記単位導光板の連結されていない前記厚肉端部のそれぞれに、前記単位導光板半部の前記厚肉端部を連結し、各光射出面が同一平面状に配置されたことを特徴とする導光板ユニット。 - 請求項6または7に記載の導光板ユニットと、
前記導光板ユニットの隣接する前記単位導光板の前記薄肉端部の連結部に形成される前記平行溝内に線状に配置された前記光源とを有することを特徴とする面状照明装置。 - 前記導光板ユニットの前記一辺と直交する方向の両端に配置される前記導光板ユニットの連結されていない前記薄肉端部にも、前記光源が線状に配置される請求項10に記載の面状照明装置。
- 請求項8または9に記載の導光板ユニットと、
前記導光板ユニットの各単位導光板の前記平行溝内に線状に配置された前記光源とを有することを特徴とする面状照明装置。 - 前記導光板ユニットが、前記一辺と直交する方向の両端にそれぞれ前記単位導光板半部が連結されている場合には、前記単位導光板の半部の連結されていない前記薄肉端部にも、前記光源が線状に配置される請求項12に記載の面状照明装置。
- 前記光源は、線状光源または線状に所定の間隔で配置された点光源である請求項10〜13のいずれかに記載の面状照明装置。
- 前記平行溝に配置された前記光源の光出射分布は、前記平行溝の天井方向より、両側の壁方向に大きい請求項10〜14のいずれかに記載の面状照明装置。
- 前記光射出面に垂直方向の前記単位導光板の最大厚みと前記光源間の距離との関係が、下記式(4)を満たす請求項10〜15に記載の面状照明装置。
10T<D1<1000T・・・(5)
(ただし、式中、単位導光板の最大厚みをT、光源間の距離をD1とする。) - 前記線状に配置された光源同士の距離は、下記式(6)を満たす請求項10〜16に記載の面状照明装置。
10mm<D2・・・(6)
(ただし、式中、前記線状に配置された光源同士の距離をD2とする。) - さらに、前記導光板ユニットの前記傾斜背面部の傾斜面の背面に配置された反射フィルムを有する請求項10〜17に記載の面状照明装置。
- さらに、前記導光板ユニットの前記光射出面の上に配置された拡散シートを有する請求項10〜18に記載の面状照明装置。
- さらに、前記導光板ユニットの前記光射出面と前記拡散シートとの間に配置されるプリズムシートを有する請求項10〜19に記載の面状照明装置。
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