JP2008066209A - 平面照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出光平面全体にわたって均一な出光量が安定に確保でき、しかも光源からの主光束を最大限出光に寄与させることができる、液晶表示装置を含む平面表示装置に適した平面照明装置を提供する。
【解決手段】順次積層された反射板と導光層と拡散板と、前記導光層の周縁の一部に接して設けられた光源とからなり、前記拡散板の、前記導光層との接触面と反対側の面を出光面とする平面照明装置であって、前記導光層と前記反射板との接触面が、前記光源からの距離に応じて増加する勾配を備え、少なくとも前記光源から最も離隔した位置では、前記光源に最も近接した位置でよりも、前記導光層と前記拡散板との接触面に近接していることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は平面照明装置に係り、特に、液晶表示装置など受動型平面表示装置のバックライト用に好適な平面照明装置に関するものである。

受動型平面表示装置は液晶表示装置を含み、屋内・屋外を問わず、壁面あるいは独立面に架けられた広告板あるいは表示板として広く用いられている。
通常の平面表示装置は受動型、即ち、自力では発光せず外置きの光源からの照明を受けて選択的に透過又は反射することにより、発光する場合が多い。
受動型平面表示装置は当然、外置きの平面照明装置を必要とし、そのような平面照明装置には、（ａ）照明すべき平面全体にわたって照度が均一であり、同時に（ｂ）奥行き方向の寸法（厚み）が平面の寸法に比べてなるべく薄いことが要求される。
従って、光源の位置は、（ａ）からは照明すべき平面に対して奥行き方向（奥部）にあることが望ましいが、（ｂ）からは照明すべき平面を延伸した方向（周縁部）になければならない。

図１は、従来技術による、基本的な平面照明装置の断面図である。
図１及び以下の図における平面照明装置の断面図は全て（従来技術、本発明による技術を含めて）、図１の左端に示したように、照明すべき平面をＸ−Ｚ平面にとり（Ｚ軸は、紙面の奥行き方向）、平面照明装置の出光方向をＹ軸方向（紙面の上方向）にとって、示す。
図１の基本的な平面照明装置では、反射板２０、導光層３０、及び拡散板４０がこの順に積層され、導光層３０の周縁部には、光源１０が設けられている。
光源１０は、Ｚ軸方向に沿って、連続的又は断続的に並んでおり、実質的に線光源をなす。
光源１０からの主光束はＸ方向の光線ａ０を中心として、ｄ０〜ｅ０の範囲に広がっているものとする。

主光束は導光層中を進行するにつれて、連続的又は断続的に分散される。ここでは代表的拡散点としてＰ１〜Ｐ３の３点を例示してある。例えば、光線ａ０は点Ｐ１で分散され、Ｘ方向（図で水平方向）に直進する光線ａ１を中心とする主光束ｂ１〜ｃ１となり、光線ｂ１は点Ｒ１で拡散板４０に入射し、拡散されて出光する（図では代表的な出光線３本（符番無し）を示す）。
一方光線ｃ１は反射板２０の反射面２１の点Ｑ１で反射されて光線ｆ１となり、点Ｓ１で拡散板４０に入射、拡散、出光する。

点Ｐ２、Ｐ３においても同様の現象がおこり、導光層内の各点で図示していないが、同様の現象がおこる。
ここで、光線ｄ０に代表されるように、浅い角度で拡散板４０に入射する光線は、拡散層内に進行できず、ｄ１のように反射されてしまう場合がある。
また、光源１０の反対側（図で右端、以下遠端という）に到達した光線（例：ｄ２、ｅ２）は、第２反射板５０により反射して導光層内に戻り（ｄ３、ｅ３）、出光に寄与できる。
これらの出光の総計は、一般に光源の近端で大きく遠端で小さく、均一な照度を得るのは困難である。

主光束の内ａ０に近い部分の強度を上げ、又は導光層の分散率を近端側よりも遠端側で増加することにより、照度をより均一にすることができるが、全体としての照度低下を招く、又は、導光層の性能の変動に敏感になり、照度の再現性が不安定になる恐れがある。
そこで、従来様々な工夫がなされている。

特許文献１には、反射板の反射面を遠端側が近端側よりも拡散板に接近するよう直線的に傾斜させる技術が開示されている。
即ち、図２に示すように、反射板の反射面２１は近端側（図で左端）よりも遠端側（図で右端）が拡散板に直線的に接近するよう傾斜しており、主光束ｄ０〜ｅ０の一部が上記図１の場合よりも集光されて遠端側に到達し、遠端側の出光量を相対的に増加する。しかしながら、この方法でも、照度の均一化は不十分である。

また、特許文献２には、反射面に沿って、網点（乱反射用ドット）を、遠端側（ただし本件では、光源が左右両側に設けられているので、反射面の中央部になる）で近端側でよりも密になるように設ける技術が開示されている。
即ち、図３に示すように、複数個の乱反射用ドット６０が、反射面２１に沿って、遠端側でより密になるように設けられており、反射面２１の近傍を通る光線が遠端側でより多量に乱反射され、遠端部の出光量増加に寄与する。
この場合、導光層中での光の分散は専ら乱反射用ドットによって代替できるので、導光層として格別の材質のものを要せず、空気層３５であってもよいという利点があるが、この方法でも、照度の均一化は不十分である。

特開２００３−１９５７９２号公報 特開２００１−２２８４７７号公報

上記のような平面照明装置における諸問題を解決するためになされた本発明の目的は、出光平面全体にわたって均一な出光量が安定に確保でき、しかも光源からの主光束を最大限出光に寄与させることができる平面照明装置を提供することにある。

上記の課題を解決するためになされた本発明による平面照明装置は請求項１に示すように、 順次積層された反射板と導光層と拡散板と、前記導光層の周縁の一部に接して設けられた光源とからなり、前記拡散板の、前記導光層との接触面と反対側の面を出光面とする平面照明装置であって、前記導光層と前記反射板との接触面が、前記光源からの距離に応じて増加する勾配を備え、少なくとも前記光源から最も離隔した位置では、前記光源に最も近接した位置でよりも、前記導光層と前記拡散板との接触面に近接していることを特徴とする。

また請求項２に示すように、 前記導光層と前記反射板との接触面が、前記光源の近傍では、前記導光層と前記拡散板との接触面から前記光源からの距離に応じて離隔していることを特徴とする。

また請求項３に示すように、 前記導光層と前記反射板との接触面に沿って、複数個の乱反射用ドットを備え、前記乱反射用ドットの密度が前記光源からの距離に応じて増加することを特徴とする。

また請求項４に示すように、 前記拡散板と前記導光層との接触面、又は、前記拡散板の出光面のいずれかに沿って、複数個の集光用凸レンズを備えることを特徴とする。

また請求項５に示すように、 前記導光層と前記反射板との接触面に沿って、複数個の集光用凸レンズ、又は、複数個の集光用凹面鏡を備えることを特徴とする。

また請求項６に示すように、 前記導光層が、空気であることを特徴とする。

また請求項７に示すように、 前記拡散板と前記導光層と前記反射板の平面形状が実質的に同一形状の長方形であり、前記光源が前記長方形の一辺、又は対抗する２辺に沿って設けられた線状の光源であることを特徴とする。

また請求項８に示すように、 前記拡散板と前記導光層と前記反射板の平面形状が実質的に同一形状の多角形の複数個のブロックの集合からなり、前記光源が、前記ブロックの各々の導光層の周縁部に設けられた点状の光源であることを特徴とする。

本発明の請求項１に係る平面照明装置によれば、導光層と反射板との接触面（反射面）が、光源からの距離に応じて増加する勾配を備え、少なくとも光源から最も離隔した位置（遠端）では、光源に最も近接した位置（近端）でよりも、導光層と拡散板との接触面に近接しているので、近端での反射光を抑制し、近端から離隔するにつれて主光束と反射面のなす角度が漸増するので、反射光が増加して光源からの距離の増大に伴う光量の減少を相殺し、遠端に至ると、光源からの光線と反射面のなす角度が最大になり、光源から最遠であることによる光量が最小であることを相殺して、全平面にわたって出光量を均一にすることができる。

以下、本発明に係る実施の形態と効果を、図４ないし図１７に従って具体的に説明する。

これらの図において、上記従来技術の説明において使った図１ないし図３と共通する部材の名称・符番はなるべく同一にしてあり、各部材の作用効果のうち共通する部分の説明は省略する。

図４は本発明の第１の実施例に係る平面照明装置の断面図である。
図４において、反射面２１（導光層３０と反射板２０との接触面）は、光源１０からの距離に応じて増加する勾配を備え、勾配は光源に最も近接した位置（近端）ではゼロ（水平）であるが、少なくとも光源から最も離隔した位置（遠端）では、導光層３０と拡散板４０との接触面に近接しており、本実施例では、Ｘ方向（図で水平方向）の光線ａ０に沿った光線ａ３が遠端の第２反射面５０に到達する位置に一致している。

反射面２１のなす曲線は、様々な態様をとることができる。
本実施例の場合、光源１０は線光源であるので光量密度は光源からの距離Ｘに反比例し、導光層中での分散により、さらに例えば距離Ｘ^２に反比例して減少する、即ち、光源からの距離Ｘの３乗に反比例すると考えられる。
その場合、この光量密度の減少を反射面の勾配の増加によって相殺しようとすると、反射面２１のなす曲線は距離Ｘの３次曲線、ｋＸ^３となる。

実際には、導光層中で分散されて直接拡散板に届く光線（ｂ１、ｂ２、ｂ３など）による効果などを考慮に入れなければならないが、いずれにしても、このような反射面の導入によって初めて、光源からの主光束をロスすることなく、実質的に均一な平面出光が可能になる。

図５は本発明の第２の実施例に係る平面照明装置の断面図である。
図５において、反射面２１は、上記実施例１の場合と同じく光源からの距離に応じて増加する勾配を備えているが、近端での勾配がゼロではなく負である。
即ち、反射面２１（導光層３０と反射板２０との接触面）が、光源１０の近傍では、導光層３０と拡散板４０との接触面から前記光源からの距離に応じて一旦離隔しており、その後で勾配の漸増に伴い、導光層３０と拡散板４０との接触面に近接して行く。

本実施例によれば、例えば、光源１０の主光束の方向の変動に対して上記実施例１の場合よりも安定な出光均一性を得ることができる。

図６は本発明の第３の実施例に係る平面照明装置の断面図である。
図６においては、上記実施例１（図４）の場合と同じく光源からの距離に応じて増加する勾配を備えた反射面２１に沿って複数個の乱反射用ドット６０が遠端側でより密になるように設けられている。
この場合、導光層中での光の分散は専ら乱反射用ドットによって代替できるので、導光層として格別の材質のものを要せず、空気層３５であってもよい。

本実施例では、勾配と反射用ドット密度という２種類の調整可能なパラメータがあるので、より均一で安定な出光量を得ることができる。

図７は本発明の第４の実施例に係る平面照明装置の断面図である。
図７においては、上記実施例２（図５）の場合と同じく、近端側では負勾配で、かつ光源からの距離に応じて増加する勾配を備えた反射面２１に沿って、複数個の乱反射用ドット６０が遠端側でより密になるように設けられている。
この場合も、導光層中での光の分散は専ら乱反射用ドットによって代替できるので、導光層として格別の材質のものを要せず、空気層３５であってもよい。

本実施例でも、勾配と反射用ドット密度という２種類の調整可能なパラメータがあるので、より均一で安定な出光量を得ることができる。

図８は本発明の第５の実施例に係る平面照明装置の断面図である。
図８においても、上記実施例２（図５）の場合と同じく、近端側では負勾配で、かつ光源からの距離に応じて増加する勾配を備えた反射面２１に沿って、複数個の乱反射用ドット６０が遠端側でより密になるように設けられている。

本実施例では、光源からの主光束の中心軸（光線ａ）がＹ軸の負方向（図で下方）に傾けてあるので、主光束の大部分（図で光線ｄ〜ｃ〜ｂ〜ａ〜ｅ〜ｆの範囲、光線ｆ〜ｇの範囲を除く。）が反射面に直接到達するので、光量のロスが最小限に抑えられる。
この場合も、導光層中での光の分散は専ら乱反射用ドットによって代替できるので、導光層として格別の材質のものを要せず、空気層３５であってもよい。
本実施例でも、勾配と反射用ドット密度という２種類の調整可能なパラメータがあるので、より均一で安定な出光量を得ることができる。

図９は本発明の第６の実施例に係る平面照明装置の断面図である。
図９においては、光源１０が平面照明装置の周縁の両側（図で左右側）に設けられている。
反射面２１は、上記実施例３（図６）の場合と同じく光源からの距離に応じて増加する勾配を備え、その遠端は中央で合わさって反射面の頂点２１ａをなし、反射面２１に沿って複数個の乱反射用ドット６０が遠端側でより密になるように設けられている。
この場合も、導光層中での光の分散は専ら乱反射用ドットによって代替できるので、導光層として格別の材質のものを要せず、空気層３５であってもよい。
ただし、反射面の形態はこの場合に限定されない。

本実施例では、上記実施例３の場合と比較して、光源１０から遠端までの距離が半減するので、出光量の均一安定性を一層向上できる。

図１０は本発明の第７の実施例に係る平面照明装置の断面図である。
図１０においては、上記実施例６（図９）の平面照明装置に対して、さらに、導光層（空気層）３５と拡散板４０の間に透明な支持層７０に支持された複数個の凸レンズ７５が介在している。
ただし、反射面の形態はこの場合に限定されない。

複数個の凸レンズ７５は、反射板２０及び乱反射用ドット６０によって散乱された出光の方向をＹ軸方向（図で直上方向）にある程度揃えることができ、平面照明装置としての主方向（Ｙ軸方向）の光量を増加できる。

図１１は本発明の第８の実施例に係る平面照明装置の断面図である。
図１１においては、上記実施例７（図１０）の平面照明装置に対して、さらに、反射板２０と導光層（空気層）３５との間に、複数個の乱反射用ドット６０を支持する反射面２１を有する透明な支持層８０と、支持層８０の反対側の面（図で下側の面）に付着された複数個の凸レンズ８５と、複数個の凸レンズ８５を支持する反射性の支持層８７が介在している。
なお本実施例では、透明な支持層７０に支持された複数個の凸レンズ７５は、上記実施例７（図８）と異なり、拡散板４０の出光面（図で上面）上に設けられているが、その効果は類似している。
ただし、反射面の形態はこの場合に限定されない。

複数個の乱反射用ドット６０を支持する反射面（本実施例では、実際には反射面ではなく透過面である。）２１を有する支持層８０は透明であって、直接及び乱反射用ドット６０を介して入射した光は支持層８０を透過し、複数個の凸レンズ８５で集光された後、これに密着する反射性の支持層８７により反射され、再び凸レンズ８５を介して集光され再び乱反射用ドット６０を介して乱反射された後、拡散板に到達する。
本実施例では、上記実施例７（図１０）などにおいて反射板２０の反射面２１で反射されず、反射板内に進入し消滅していた光線を出光に寄与させることができる。

なお、本実施例において、複数個の凸レンズ８５を省いて、その代わりに同形の空洞を残す、即ち、反射性の支持層８７を同数個の該同形の空洞からなる凹面鏡を備えた凹面鏡アレー８７として機能させてもよい。

図１２〜図１４は本発明の第９の実施例に係る平面照明装置の単位反射板と光源を示す図であり、各々（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
本実施例においては、光源１０は、上記実施例４〜８の場合と異なり、点光源である。
図１２〜図１４において各々、正方形が４個、直角二等辺三角形が４個、正三角形が６個、図示したように組み合わされて、単位反射板２０をなし、点光源１０は各々、正方形の隅部、直角二等辺三角形の長辺中央部、正三角形の一辺の中央部に位置する。
点光源を載せた、単位反射板２０は平面上に複数個隙間無く並べられて、後述（実施例１０）するように最終的な平面照明装置の反射板となる。

単位反射板２０は、各図（Ａ）に破線２５で示した等高線を備える。即ち、単位反射板２０はいずれも点光源の載置位置を最低点とし、反射面の頂点２２ａを最高点とし、点光源の位置を通るいずれの断面に沿っても、断面線の勾配が、点光源からの距離に応じて増加している。
本実施例では、光源１０からの主光束１２が反射面の頂点２２ａに当たらないようにしてある。頂点２２ａ付近に過剰の照度が生じる場合があるのを防ぐためである。

図１５は、本発明の第１０の実施例に係る平面照明装置の単位反射板と光源を示す図であり、各々（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
本実施例では、上記実施例９に対して、さらに複数個の乱反射用ドット６０を備えており、反射板２０の形状は上記実施例９の図１２に対応する。
図１６を参照すると、本実施例における平面照明装置の単位反射板と光源を示す（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図であり、図１５に示した単位反射板が、最終的な平面表示装置の照明すべきサイズ全面にわたって平面上に繰り返して隙間無く並べられている。（図１６（Ａ）では４個分が例示されている。）

図１７を参照すると、図１５に示した単位反射板を用いた平面照明装置の一例であって、（Ａ）は図１６（Ａ）と同じく反射板部分の平面図、（Ｂ）は、（Ａ）でＸ−Ｘに沿った断面図である。
即ち、本実施例では上記実施例８の場合と同じく、乱反射用ドット６０に加えて、拡散板４０の上部に凸レンズ支持層７０に支持された複数個の凸レンズ７５と、乱反射用ドットの支持層（透明性）８０及び凹面鏡（凸レンズ）の支持層（反射性）８７の間に複数個の凹面鏡（凸レンズ）とを備えており、導光層は、この場合空気層である。

このように、照明すべき平面を多数の単位反射板に分割して、個別に光源を設置すると、個々の光源のサイズは小さいので、反射板上の導光層の厚さの範囲に収容することができる。
さらに反射面（本実施例では、実際には反射面ではなく透過面である。）２１の形状は、光源からの距離に応じて増加する勾配を備えており、光源１０の光束分布に合わせて最適化することにより、凸レンズ（凹面鏡）８５及び凸レンズ７５と合わせて、光源からの光束をロスすることなく、均一な照度を提供できる。

本願による平面照明装置を用いると、光源からの光束のロスが極めて少なく、照度の均一性が高く安定な平面照明が得られるので、液晶表示装置や、屋内・屋外を問わず、壁面あるいは独立面に架けられた広告板あるいは表示板などの平面表示装置に好適である。

従来技術による、第１の平面照明装置の断面図である。 従来技術による、第２の平面照明装置の断面図である。 従来技術による、第３の平面照明装置の断面図である。 実施例１に係る平面照明装置の断面図である。 実施例２に係る平面照明装置の断面図である。 実施例３に係る平面照明装置の断面図である。 実施例４に係る平面照明装置の断面図である。 実施例５に係る平面照明装置の断面図である。 実施例６に係る平面照明装置の断面図である。 実施例７に係る平面照明装置の断面図である。 実施例８に係る平面照明装置の断面図である。 実施例９に係る平面照明装置の単位反射板と光源を示す、（Ａ）平面図、（Ｂ）側面図である。 実施例９に係る平面照明装置の単位反射板と光源を示す、（Ａ）平面図、（Ｂ）側面図である。 実施例９に係る平面照明装置の単位反射板と光源を示す、（Ａ）平面図、（Ｂ）側面図である。 実施例１０に係る平面照明装置の単位反射板と光源を示す、（Ａ）平面図、（Ｂ）側面図である。 実施例１０に係る平面照明装置の反射板と光源を示す、（Ａ）平面図、（Ｂ）側面図である。 実施例１０に係る平面照明装置の、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘに沿った断面図である。

符号の説明

１０ 光源
１２ 主光束
２０ 反射板
２１ 反射面
２１ａ 反射面の頂点
２２、２３ 反射面の稜線
２２ａ 反射面の頂点
２４ 反射面の外周線
２５ 反射面の等高線
３０ 導光層
３５ 空気層
４０ 拡散板
５０ 第２反射板
６０ 乱反射用ドット
７０ 凸レンズの支持層（透明）
７５ 凸レンズ
８０ 乱反射用ドットの支持層（透明性）
８５ 凹面鏡又は凸レンズ
８７ 凹面鏡又は凸レンズの支持層（反射性）

Claims (8)

1. 順次積層された反射板と導光層と拡散板と、前記導光層の周縁の一部に接して設けられた光源とからなり、前記拡散板の、前記導光層との接触面と反対側の面を出光面とする平面照明装置であって、
   前記導光層と前記反射板との接触面が、前記光源からの距離に応じて増加する勾配を備え、少なくとも前記光源から最も離隔した位置では、前記光源に最も近接した位置でよりも、前記導光層と前記拡散板との接触面に近接していることを特徴とする平面照明装置。
2. 前記導光層と前記反射板との接触面が、前記光源の近傍では、前記導光層と前記拡散板との接触面から前記光源からの距離に応じて離隔していることを特徴とする請求項１記載の平面照明装置。
3. 前記導光層と前記反射板との接触面に沿って、複数個の乱反射用ドットを備え、前記乱反射用ドットの密度が前記光源からの距離に応じて増加することを特徴とする請求項１記載の平面照明装置。
4. 前記拡散板と前記導光層との接触面、又は、前記拡散板の出光面のいずれかに沿って、複数個の集光用凸レンズを備えることを特徴とする請求項１記載の平面照明装置。
5. 前記導光層と前記反射板との接触面に沿って、複数個の集光用凸レンズ、又は、複数個の集光用凹面鏡を備えることを特徴とする請求項１記載の平面照明装置。
6. 前記導光層が、空気であることを特徴とする請求項１記載の平面照明装置。
7. 前記拡散板と前記導光層と前記反射板の平面形状が実質的に同一形状の長方形であり、前記光源が前記長方形の一辺、又は対抗する２辺に沿って設けられた線状の光源であることを特徴とする請求項１記載の平面照明装置。
8. 前記拡散板と前記導光層と前記反射板の平面形状が実質的に同一形状の多角形の複数個のブロックの集合からなり、前記光源が、前記ブロックの各々の導光層の周縁部に設けられた点状の光源であることを特徴とする請求項１記載の平面照明装置。

Images