JP2008047291A - 面状照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】点状光源からの漏れ光を導光板の入光面に効率良く入射させ、かつ、均一性を損なうことなく輝度を向上させることが可能な面状照明装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係る面状照明装置10は、側端部に入光面12a、12bを有する導光板11と、導光板11の入光面12a、12bに配置された点状光源16a、16bとを備える面状照明装置において、導光板11の少なくとも一方の主面側(例えば、表面13)から点状光源16a、16bを覆う反射手段21を備え、反射手段21は、入光面に対して傾斜する反射面を有している。これによって、点状光源16a、16bから導光板11の主面13方向に漏出する光の多くを入光面12a、12b方向に反射することができ、面状照明装置の輝度を均一に向上させることができる。
【選択図】図1

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。従来、このような照明手段として面状照明装置があり、その一形態として、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、導光板の側端部に配置された光源を基本要素として構成されており、近年、携帯電話等の小型の電子機器への応用のために、小型化および省電力化の容易な発光ダイオード(LED)等の点状光源がその光源として多用されている。
一般に、LEDは、その発光面から特定の指向性を有して光を出射するものである一方、発光面とは異なる側面からパッケージまたは封止材を通って漏出する光も存在する。したがって、上述したような面状照明装置は、LEDをその発光面が導光板の入光面に対向するように配置すると共に、漏れ光の面状照明装置外への漏出を防止し、また、この漏れ光を導光板に入光させて面状照明装置の輝度を向上させるために、通常、光反射性の部材によりLEDの周囲の少なくとも一部を覆うように構成されている(例えば、特許文献1参照)。
図6は、特許文献1に記載の面状照明装置を示す分解斜視図である。この面状照明装置には、導光板1400と、基板と基板上に実装された白色LEDからなる白色LED光源1100とが含まれる。図示された態様では、各白色LEDは基板への実装面とは反対側の頂面を発光面とするタイプのLEDであり、白色LED光源1100は、各白色LEDの発光面が導光板1400の入光面1403に対向するように配置されている。この面状照明装置は、入光面1403から導光板1400に入射した光を表面1401から均一に出射することにより、表面1401側に配置された液晶パネル等を照明するものである。ここで、白色LED光源1100の周囲には、コの字状のリフレクタ1600が配置され、これによって、各白色LEDからの漏れ光の有効利用が図られている。
特開2002−75038号公報(図1)
しかしながら、図6に示した面状照明装置では、リフレクタ1600がコの字状であり、導光板1400の表面1401側及び裏面1402側の反射面1601、1602は、導光板1400の入光面1403に対して略垂直に配置されることになる。図7には、白色LED光源1100付近を拡大して示す側面図として、この配置構成が示されている。このような面状照明装置では、例えば、白色LEDの側面Aから導光板1400の入光面1403に対して略平行な方向に漏出する漏れ光の多くは、リフレクタ1600の反射面1601によって再び白色LED光源1100方向に反射されて入光面1401に到達することなく減衰してしまうため、光量の損失となるという問題があった。また、反射面1601によって反射された後、入光面1403に到達する漏れ光は存在するものの、その入光面1401への入射角は非常に大きい(入光面1403に対して平行に近い)ため、入射した光は、図7に模式的に示すような光路Pを経て、入光面1403付近から出射されることになる。したがって、このような漏れ光が面状照明装置の全体的な輝度の向上に寄与することはなく、かえって、入光面付近においてLEDの前方のみが局所的に明るくなること(いわゆるホットスポット)により輝度の均一性を損なうことの要因となっていた。
この漏れ光の問題は、近年、LEDの小型化のためにそのパッケージが薄肉化する傾向にあることから、面状照明装置の高輝度化のために無視し得ない問題となってきている。特に、発光素子を透明または半透明の樹脂で封止するのみで周囲にパッケージを備えていないタイプのLEDを使用する場合には、漏れ光の光量自体が増大すること、及び、漏れ光がパッケージによって散乱されることがないため、より多くの光が入光面に対して略平行な方向に漏出することなどにより、入光面付近の輝度の均一性が著しく損なわれるという問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、点状光源からの漏れ光を導光板の入光面に効率良く入射させ、かつ、均一性を損なうことなく輝度を向上させることが可能な面状照明装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る面状照明装置は、側端部に入光面を有する導光板と、該導光板の前記入光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、前記導光板の少なくとも一方の主面側から前記点状光源を覆う反射手段を備え、該反射手段は、前記入光面に対して傾斜する反射面を有していることを特徴とする。
また、前記導光板の入光面の厚みは前記点状光源の厚みよりも大きく、前記反射面は、前記導光板と前記点状光源との段差に従って傾斜することを特徴とする。
また、前記導光板の前記点状光源が配置される側端部は、傾斜面と該傾斜面に形成されて前記点状光源が収容される貫通孔とを備え、前記反射手段は、当該傾斜面に沿って配置されることを特徴とする。
また、本発明の一態様として、本発明に係る面状照明装置は、前記導光板と前記点状光源とを保持するハウジングフレームをさらに備え、前記ハウジングフレームの前記点状光源が配置される側端部は傾斜面をなし、前記反射手段は、当該傾斜面に沿って配置されることを特徴とする。
また、本発明の一態様として、前記反射手段は、前記入光面に対して傾斜する反射面を備えたプリズムであることを特徴とする。さらに、前記プリズムの前記反射面には、反射膜が形成され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、導光板の少なくとも一方の主面側から点状光源を覆う反射手段が、入光面に対して傾斜する反射面を有しているため、点状光源から導光板の主面方向に漏出する光の多くを入光面方向に反射することができ、それによって、導光板に入射する漏れ光の光量を増大させて面状照明装置の輝度を向上させることが可能となる。また、この反射面からの反射光は、比較的小さな入射角で入光面に入射するため、導光板からの出射位置が入光面付近のみに集中することなく、面状照明装置の輝度を均一に向上させることが可能となる。このような輝度の向上及び輝度ムラの改善の効果は、パッケージを有しないタイプのLEDを光源として使用する場合に特に顕著であり、本発明に係る面状装置では、量産性及び小型化の観点から有利なこのタイプのLEDを好適に使用することができるため、面状照明装置の更なる小型・薄型化及びコストの低減が可能となる。
また、本発明に係る面状照明装置によれば、反射面の傾斜は、入光面と点状光源との厚みの段差に従って形成されるため、面状照明装置の薄さを維持しながら漏れ光の効率的な反射を実施することが可能となる。
また、本発明に係る面状照明装置によれば、導光板またはハウジングフレームに設けられた傾斜面に沿って反射手段を配置するため、従来の面状照明装置に対して追加的な構成要素及び組立て手順等を要することなく、漏れ光の効率的な反射を実施することが可能となる。
さらに、反射手段をプリズムとすることによって、プリズムの内部全反射によって、高効率に漏れ光を反射することが可能となる。その際、反射面に反射膜を形成することによって、反射面に対する入射角が内部全反射の臨界角よりも小さな入射光の反射効率を向上させることができる。
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。図1は、本発明の第1の実施形態における面状照明装置10の要部を示す図であり、図1(a)は、分解斜視図、図1(b)は、その光源部分を拡大して示す側断面図である。図1に示す面状照明装置10は、導光板11と、点状光源16a、16bと、反射手段21とを含んで構成されている。導光板11は、例えばアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明樹脂を成形してなる板状の導光体であり、一方の主面(以下、表面と称する)13を光出射面とし、もう一方の主面(以下、裏面と称する)14を反射面として、後述する側端部の入光面から入射した光を、対向する側端部へと導きつつ表面13から均一に出射するものである。
本実施形態において、導光板11は、その一側端部に表面13に対して鈍角に傾斜する傾斜面15が設けられ、傾斜面15には点状光源16a、16bを収容するための貫通孔20a、20bが形成されている。貫通孔20a、20bは、表面13と傾斜面15の交差位置から表面13に対して略垂直に形成された内壁12a、12bを有しており、本実施形態では、この内壁12a、12bを入光面として使用するものである。このような構成によって、傾斜面15は、入光面12a、12bに対して鋭角に傾斜することになる。なお、いずれの図面においても入光面12a、12bが平面として示されているが、入光面12a、12bにプリズムまたは凹部等からなる公知の入光手段が形成されていてもよい。
また、点状光源16a、16bは、その前面17a、17bを発光面とする白色LEDからなり、好ましくはフレキシブルプリント基板(FPC)である基板19上に実装されて、発光面17a、17bが入光面12a、12bに対向するように導光板11の貫通孔20a、20bに収容される。この際、図1(b)に示すように、導光板11の厚みh1は、点状光源16a、16bの厚み(本実施形態では、基板19上の実装高さ)h2よりも大きく、導光板11の傾斜面15は、点状光源16a、16bが貫通孔20a、20bに収容されて所定の位置に配置されたときに、傾斜面15から突出する部分がないように形成されている。
本実施形態において、シート状の正反射部材である反射手段21は、導光板11の表面13側から、少なくとも貫通孔20a、20bの開口部分を覆うように傾斜面15に沿って配置されて、例えば接着または粘着等の手段によって傾斜面15上に固定される。シート状の反射手段21をこのように配置することによって、点状光源16a、16bは、導光板11の表面13側から入光面12a、12bに対して鋭角に傾斜する反射面によって覆われることになる。
本実施形態における面状照明装置10では、反射手段21は、入光面12a、12bに対して鋭角に傾斜しているため、点状光源16a、16bからその頂面18a、18bを通じて導光板の表面13方向に漏出し、反射手段21によって反射されて入光面12a、12bに到達する漏れ光の光量を増大させることができる。特に、頂面18a、18bから入光面12a、12bに対して略平行に漏出した漏れ光でも、図1(b)に模式的に示す光路P1、P2のように、比較的小さな入射角で入光面12a、12bに入射して導光板11の内部へと伝播することになり、漏れ光によるホットスポットの発生が抑制または解消される。
ここで、本実施形態の構成及び作用を具体例に基づいて説明する。
入光面12a、12bと傾斜面15とのなす角度(すなわち、入光面12a、12bと反射手段21とのなす角度)αは、導光板11の厚みh1と点状光源の厚みh2との差Δh=h1−h2と、点状光源16a、16bの前後方向の幅wに応じて決定され、上述したように、傾斜面15から点状光源16a、16bを突出させないためには、傾斜面15と入光面との間の角度αを、α≧tan-1(w/Δh)とすればよい。ただし、望ましくは、α=tan-1(w/Δh)として、図1(b)に示すように、傾斜面15を、導光板11と導光板11の入光面12a、12bに配置された点状光源16a、16bとで形成される段差に従って傾斜させるものである。
例えば、h1=0.8mm、h2=0.6mm、w=0.45mmの条件では、αを約66度とすることができ、この場合、入光面12a、12bに対して平行な方向に漏出した漏れ光を、反射により約42度の入射角でもって入光面12a、12bに入射させることができる。また、点状光源16a、16bの厚みh2は0.4mm程度にまで低背化することが可能であり、この場合には、h1及びwは上記の場合と同一として、αを約48度とすることができる。このとき、上記入射角は約6度であり、入光面12a、12bに対して平行な方向に漏出した漏れ光を、反射により入光面12a、12bに対してほぼ垂直に入射させることができる。
なお、本実施形態における反射手段21は、上述したように、好ましくは正反射手段であり、具体的には、銀等の金属を蒸着したフィルム、鏡面加工を施したアルミ板等の金属板、あるいは、ポリマー薄膜の多層構造からなる反射層を備えたフィルムなどを使用することができるが、例えば発泡または白色顔料の分散等によって樹脂基材を白色化した白色フィルムなどの拡散反射手段を使用するものであってもよい。また、反射手段21の、点状光源21に対向する面と反対側の面には、必要に応じて遮光処理が施されていてもよい。
以下、図2〜図4を参照して、本発明に係る面状照明装置の他の実施形態を説明するが、各実施形態の説明を通じて、同一の部分には同一の符号を付し、共通する部分についての説明は適宜省略して各実施形態における相違点について詳述する。
図2は、本発明の第2の実施形態における面状照明装置30の要部を示す図であり、図2(a)は分解斜視図、図2(b)はその光源部を拡大して示す側面図である。図2に示す面状照明装置30は、導光板31と、点状光源16a、16bと、反射手段21と、ハウジングフレーム35とを含んで構成される。ハウジングフレーム35は、導光板31、点状光源16a、16b、反射手段21等の面状照明装置を構成する各構成要素を一体に保持する枠状部材であり、例えば酸化チタン等の白色顔料を混入したポリカーボネート樹脂等により成形されてなるものである。
本実施形態において、導光板31は、少なくともその一側端部に表面33に対して略垂直な側端面32を有し、ハウジングフレーム35の所定の位置に収容されて、この側端面32が入光面として使用される。また、点状光源16a、16bは、上述した第1の実施形態と同様に、基板19上に実装されて、その前面である発光面17a、17bが導光板31の入光面32に対向するように、ハウジングフレーム35の一側端部に収容される。ハウジングフレーム35の点状光源16a、16bが収容される側の側端部には、所定の位置に配置固定された導光板31の表面33側から、その入光面32に対して上記第1の実施形態と同様の条件を満たす傾斜角αをもって傾斜する傾斜面36が形成されている。本実施形態では、反射手段21は、この傾斜面36に沿って配置されて、図2(b)の光路P1、P2に示すように、上述した第1の実施形態と同様の作用・効果を得るものである。
なお、本発明において、反射手段21を配置する傾斜面を設ける部材は、導光板またはハウジングフレームのいずれか一方に限定されるものではなく、上述した第1の実施形態において導光板11の形状に応じたハウジングフレームを備え、そのハウジングフレームは、本実施形態におけるハウジングフレーム35と同様な傾斜面を備えていてもよい。
図3は、本発明の第3の実施形態における面状照明装置40の要部を示す図であり、図3(a)は、分解斜視図、図3(b)はその光源部分のみを拡大して示す側断面図である。本実施形態における面状照明装置40は、導光板31と、点状光源16a、16bと、反射手段41a、41bとを含んで構成される。
ここで、導光板31は、上述した第2の実施形態と同様に、少なくともその一側端部に表面33に対して略垂直な側端面32を有し、この側端面32を入光面として使用するものであり、点状光源16a、16bは、基板19上に実装されて、その前面である発光面17a、17bが導光板31の入光面32に対向するように配置されている。
一方、本実施形態における反射手段41a、41bは、前面42a、42bと、前面42a、42bに対して鋭角に傾斜する側面(以下、背面と称する)43a、43bと、前面42a、42bに対して略垂直な側面44a、44b(以下、底面と称する)からなる三角プリズムとして構成されている。これらの三角プリズム41a、41bは、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、あるいはホウ珪酸ガラス等の任意の適切な光学材料を成形してなるものであり、その背面43a、43bには、例えば銀等の金属蒸着膜や誘電体多層膜からなる反射膜が形成されている。
反射手段41a、41bは、その長さL2が少なくとも点状光源の長さL1以上となるように形成されており、前面42a、42bを導光板31の入光面32に対して平行に対向させ、底面44a、44bを点状光源16a、16bの頂面18a、18bにそれぞれ対向させて配置されている。これによって、反射手段41a、41bは、その背面43a、43bが入光面32に対して鋭角に傾斜する反射面となり、導光板31の表面33側から点状光源16a、16bを覆う反射手段として機能する。その際、反射面である背面43a、43bと前面42a、42bとの傾斜角αは、上記第1の実施形態と同様の条件を満たすように形成されており、点状光源16a、16bの頂面18a、18bからの漏れ光を高効率に反射して、入光面32に入射させることができる。
なお、本実施形態では、各点状光源16a、16bに対応してそれぞれ個別の反射手段41a、41bを設けるものとしたが、反射手段41a、41bを一体の三角プリズムとして形成してもよい。また、反射手段41a、41bは、導光板31の入光面32と一体に形成してなるものであってもよく、さらに、背面43a、43bに形成される反射面は、上述した第1及び第2の実施形態と同様に、シート状の反射部材を接着または粘着することによって形成するものであってもよい。
以上の実施形態では、本発明に係る反射手段はすべて導光板の表面側から点状光源を覆うものとしたが、本発明は、導光板の裏面側から点状光源を覆うものであってもよく、特に、導光板の表裏両側から点状光源を覆う場合を含むものである。次に、上記第3の実施形態で説明した三角プリズムを反射手段として使用する場合を例として、導光板の両方の主面側から点状光源を覆う場合の態様を説明する。
図4(a)及び図4(b)は、本発明の第4の実施形態における面状照明装置を示す側面図である。図4(a)に示す面状照明装置50は、導光板31と、点状光源51と、反射手段55、58とを含んで構成されている。導光板31は、上述した第3の実施形態と同様に、少なくともその一側端部に表面33に対して略垂直な側端面32を有し、この側端面32を入光面として使用するものである。一方、点状光源51は、その頂面52を発光面とする白色LEDからなり、好ましくはフレキシブルプリント基板(FPC)である基板19上に実装され、発光面52を入光面32に対向させて、導光板31の厚み方向に対してほぼ中央に位置するように配置されている。
ここで、導光板31の厚みh1は点状光源51の厚みh2よりも大きく、上述した第3の実施形態と同様の三角プリズムにより構成される各反射手段55、58は、それぞれ導光板31の表面33側及び裏面34側から点状光源51を覆うように配置されている。この際、反射手段55は、背面57が導光板31の表面33側から入光面32に対して鋭角に傾斜して反射面をなし、反射手段58は、同様に、その背面60が裏面34側から入光面32に対して鋭角に傾斜して反射面をなしている。
面状照明装置50は、このような構成によって、点状光源51の表面33側の側面53から漏出する漏れ光と、裏面34側の側面54から漏出する漏れ光の両方を高効率に反射して入光面32に入射させるものである。
また、図4(b)に示す面状照明装置70は、導光板31と、点状光源51と、反射手段71、76とを含んで構成されており、導光板31及び点状光源51についての構成は、図4(a)に示す面状照明装置50と同様のものである。反射手段71、76には、それぞれ背面72、77を反射面とする三角プリズム73、78が含まれており、面状照明装置50と同様に、入光面32に対して鋭角に傾斜する反射面72、76によって、点状光源51を導光板31の表面33側及び裏面側34からそれぞれ覆うものである。ただし、面状照明装置70の反射手段71、76は、三角プリズム73、78をそれぞれ相補的な形状を有する部材74、79と固着することによって、断面四角形状の角柱として形成されており、これによって、例えば、反射手段71、76を底面75、80により基板19上に実装することができる。
以上、すべての実施形態を通じて、本発明に係る反射手段が有する反射面は入光面に対して一定の傾斜角を有する平面として説明してきたが、この反射面を、傾斜角が連続的に変化する曲面、あるいは、段階的に角度が変わる断面多角形状の反射面としてもよい。また、すべての実施形態を通じて、導光板の入光面に配置される点状光源の個数を2個として説明してきたが、点状光源の個数は1個または3個以上であってもよいことは言うまでもない。
以下、本発明の実施例について説明する。図5(a)は、本発明の実施例における測定配置を概略的に示す側面図、図5(b)は、比較例における同様の側面図である。測定は、導光板101を用い、その側端面にLED102を配置して、その出射面S側を反射手段103によって覆い、図5(c)の平面図に示すA1〜C3の9領域において出射面Sの輝度を測定することによって実施した。使用した導光板の外形は、横32mm×縦37mm×厚み0.8mmである。また、LEDは、外形が高さ(導光板の厚み方向)0.6mm×幅(前後方向)0.45mmの前面を発光面とするパッケージのないタイプを使用し、反射手段としては、住友スリーエム社製ESR反射フィルムを使用した。入光面と反射フィルムとの傾斜角αは、図5(a)に示す実施例の場合には66度、図5(b)に示す比較例の場合には90度とした。
図5(a)に示す本発明の実施例の測定結果を表1に、図5(b)に示す比較例の測定結果を表2に示す。
Figure 2008047291
Figure 2008047291
表2から、比較例においては、LEDの前部付近である領域B1における輝度(3183cd/m2)が最大値を示しており、ホットスポットによる輝度ムラが発生していることが分かる。これに対して、表1に示す本発明の実施例の輝度分布では、領域B1における輝度(2265cd/m2)のみが著しく減少して、他の領域の輝度はすべて増大しており、「最小値/最大値」で定義される輝度の均一性は、表2に示す比較例の50%から77%に向上している。すなわち、発明の実施例では、ホットスポットによる輝度ムラが顕著に改善されていることが分かる。さらに、表1に示す本発明の実施例の輝度分布では、輝度の平均値が、表2に示す比較例の1933cd/m2から2008cd/m2に増大しており、全体の輝度が向上していることが分かる。
この結果によって、本発明によれば、面状照明装置の全体の輝度が向上すると共に、輝度の均一性が顕著に改善されることが確認された。
本発明の第1の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)は分解斜視図、(b)は側断面図である。 本発明の第2の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)は分解斜視図、(b)は側断面である。 本発明の第3の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)は分解斜視図、(b)は側面図である。 本発明の第4の実施形態における面状照明装置の要部を示す側断面図であり、(a)はその一態様、(b)は別の一態様を示す図である。 本発明の実施例における測定配置を概略的に示す図であり、(a)は本発明の実施例を示す側面図、(b)は比較例を示す側面図、(c)は、輝度の測定領域を示す平面図である。 従来の面状照明装置の要部を示す分解斜視図である。 図6に示す面状照明装置の光源部分を拡大して示す側断面図である。
符号の説明
11,31:導光板、35:ハウジングフレーム、16a,16b,51:点状光源、21,41a,41b,55,58,71,76:反射手段

Claims (6)

  1. 側端部に入光面を有する導光板と、該導光板の前記入光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、
    前記導光板の少なくとも一方の主面側から前記点状光源を覆う反射手段を備え、該反射手段は、前記入光面に対して傾斜する反射面を有していることを特徴とする面状照明装置。
  2. 前記導光板の入光面の厚みは前記点状光源の厚みよりも大きく、前記反射面は、前記導光板と前記点状光源との段差に従って傾斜することを特徴とする請求項1に記載の面状照明装置。
  3. 前記導光板の前記点状光源が配置される側端部は、傾斜面と該傾斜面に形成されて前記点状光源が収容される貫通孔とを備え、前記反射手段は、当該傾斜面に沿って配置され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. 前記導光板と前記点状光源とを保持するハウジングフレームをさらに備え、
    前記ハウジングフレームの前記点状光源が配置される側端部は傾斜面をなし、前記反射手段は、当該傾斜面に沿って配置され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. 前記反射手段は、前記入光面に対して傾斜する反射面を備えたプリズムであ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。
  6. 前記プリズムの前記反射面には、反射膜が形成されていることを特徴とする請求項5に記載の面状照明装置。
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