JP2008198514A - 照明装置及びこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 輝度ムラのない照明装置、及び、表示装置を提供する。
【解決手段】 本発明の照明装置は、発光面５を有する光源１と、光源１からの光が入射する入光面３を有する導光体２とを備えており、発光面５と入光面３の間に所定の空間を設ける構成である。この空間は、入光面３に形成された窪み４であり、発光面５と略平行な面を第一の入光面６、発光面５と略垂直な面を第二の入光面７とする。このような構成によれば、導光体２の入光面側角付近に光が十分に行き届き、輝度ムラのない照明装置を実現する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、非自発光型の表示素子を照明する照明装置、及び、電子機器に用いられる表示装置に関する。特に、携帯情報機器、携帯電話、液晶テレビ等に用いられる液晶表示装置、及び表示素子を照明するフロントライトやバックライト等の照明装置に関する。

従来から、光源から出射された光を、導光体の側面から入射して、導光体の上面から出射させる照明装置が一般に知られている。

図８に従来の照明装置の斜視図を示す。図示するように、光を出射する光源１の側方には、光源１から出射された光を導光する導光体２が配置されている。導光体２の光を出射する面（以下、出射面２ａと称す）の反対側の面（以下、対向面２ｂと称す）には多数の溝部が形成されている。導光体２の光源１と対向する面（以下、入光面３と称す）には窪み４が形成されており、この窪み４内部に光源１が配置されている。また、窪み４の光源１と対向する面（以下、第一の入光面６と称す）には光を拡散させる効果をもつ拡散パターンが形成されている。この導光体２の材料には空気よりも屈折率の高いポリカーボネート（ＰＣ）やアクリル（ＰＭＭＡ）などの透明樹脂が使用される（例えば、特許文献１参照）。また、図示していないが導光体２の上部には拡散シートやプリズムシートが配置される。さらに、導光体２の下部には反射シートが配置される。
特開２００５−１５８３８７号公報（図１８）

特許文献１に開示された照明装置では、光源から出射した出射光が導光体の第一の入光面に入射する際に屈折率差の影響により、導光体幅方向に対して狭められて入射されてしまう。従って、導光体の入光面側の角付近に十分に光が行き届かず、導光体の輝度ムラ、強いてはこの導光体を使用した照明装置の輝度ムラが増大してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、輝度ムラのない照明装置、及び、表示装置を実現することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の照明装置は、光源の発光面と導光体の入光面との間に所定の空間を設ける構成とし、この空間を入光面に設けられた窪みである構成とした。この窪みが光源に対して１対１の関係である構成とした。光源と空間と入光面を含む入光部の上面及び裏面の少なくとも一方を反射部材で被覆する構成とした。

また、本発明の表示装置は、上述のいずれかの構成の照明装置を非自発光型の表示素子に用いることとした。

本発明によれば、導光体の入光面側の角付近に十分な光を行き届かせることが可能となり、輝度ムラのない照明装置、及び、表示装置が実現できる。また、入光面に形成された窪みが光源に対して１対１の関係であるため、一度、導光体内部に入射した光が、入光面に再度入射することがなく、照明装置の光学設計が容易になる。さらに、導光体を射出成形などにより形成する際に、窪みも同時に導光体に形成することが可能となり、安価な照明装置、及び、表示装置が実現できる。

本発明の照明装置は、発光面を有する光源と、光源からの光が入射する入射面を有する導光体とを備えており、発光面と入射面の間に所定の空間を設ける構成である。この空間は入光面に形成された窪みであり、発光面と略平行な面を第一の入射面、発光面と略垂直な面を第二の入射面でこの窪みは形成されている。このような構成によれば、導光体の入光面側の角付近に光が十分に行き届き、輝度ムラのない照明装置を実現する。また、本発明の表示装置は、上述の構成の照明装置の出射面側に、非自発光型の表示素子を備えることとした。このような構成によれば、輝度ムラのない表示装置が実現できる。

さらに、導光体に窪みを形成するのは、導光体を射出成形などにより形成する際に同時に行えるので、特に追加する加工を必要とせず、安価な照明装置、及び、表示装置が実現できる。

また、入光面に設けられた窪みは光源と１対１の関係になるように形成されている。すなわち、複数の光源が設けられている場合には、それぞれの光源に対向して窪みが形成されている。このような構成によれば、入射面で向きを変えられた光が入光面に形成された別の窪みに入射し、再度向きを変えられることが無く、光学設計が容易になる。

また、窪みが形成された導光体の部位には、導光体の上面（出射面）と裏面（対向面）の少なくとも一方を被覆するように反射部材を設ける構成とした。これにより、入光部付近で導光体に入射せず発散する光を入光面に導くことが可能となり、光源からの光の利用効率が向上し、照明装置の輝度が上昇する。また、発光面の位置がこの反射部材に覆われるように光源が配置されることとした。このとき、発光面が窪みの開口面の位置と一致するように光源が配置されているのであれば、反射部材は導光体の入光面からはみ出るような幅で形成されることになる。

あるいは、本発明の照明装置は、発光面を有する光源と、光源からの光を入光側の側面から入射して照射面から照射光として出射する導光体を備えており、入光側の側面には発光面と対向するように入光部が設けられ、入光部は導光体に形成された凹部であるとともに、入光部が複数の面で形成されている。このような構成により、導光体の入光面側の角付近に光が十分に行き届き、輝度ムラのない照明装置が実現できる。

さらに、発光面が凹部の開口面の位置と一致するように光源を配置することとした。また、凹部を光源一つに対して一つ形成することとした。

以下に、本発明に係る照明装置、及び、表示装置の実施例について図を参照して説明する。本実施例では、光源としてＬＥＤ素子を、非自発光型の表示素子として液晶パネルを用いた構成を例に説明する。

図１に本実施例の表示装置の断面構成を模式的に示す。図示するように、光を出射する光源１の側方に、光源１から出射された光を導光する導光体２が配置されている。導光体２には光を出射する面（この面を出射面２ａと称す）とこの出射面に対向する面（この面を対向面２ｂと称す）があり、この対向面２ｂには、光を屈折・反射させる多数の凹状の反射構造（図示しない）が形成されている。この反射構造は、光を屈折又は反射させる反射面を備えている。導光体２の入光面には光源１に対向した窪みが形成されている。導光体２の出射面２ａ上部には拡散シート９、プリズムシート１０が配置され、さらにその上部に表示素子として液晶パネル１１が配置されている。

次に、導光体と光源の位置関係について図２を用いて説明する。図２（ａ）は、本実施例における導光体２と光源１の位置関係を示す上面図である。光源１の発光面５と導光体２の間に空間が形成されている。空間は導光体２の入光面３に形成された窪み４である。図２（ｂ）は、従来の導光体と光源の位置関係を示す上面図の一例である。導光体２の入光面３に形成された窪み４の内部に光源１が配置されている。図２（ｃ）は、さらに別の従来例を示した上面図である。導光体２に窪みは形成されず、光源１と導光体２が隣接配置されただけの構成である。また、図２（ｂ）中に示したｘ方向を導光体２の長さ方向、ｙ方向を導光体２の幅方向と称することとする。

図３は光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用した場合の放射特性と発光面を説明する図である。図３（ａ）はＬＥＤの放射特性を示すグラフであり、縦軸に相対光度、横軸に放射角度を示している。放射角度が６０度になると相対光度が４０％になることがグラフから読み取れる。図３（ｂ）は光源１の斜視図である。光源１は発光面５以外の面を反射特性の良い白色樹脂などで被覆されており、発光面５からのみ光を出射する。図中に示した矢印は最も強い発光方向を示すものであり、図３（ａ）の０度が図３（ｂ）の矢印に相当する。光源１は発光面５を導光体の入光面に向けて配置される。

図４は本実施例における光線を説明する図である。図４には相対光度が４０％から１００％までの光線を放射角度１０度毎に示した。図４（ａ）は本実施例における光線を示した上面図である。導光体２の入光面には窪みが形成されており、発光面と入光面の間に空間が存在する。光源１の発光面から出射した光のうち、発光面と平行方向に形成された第一の入射面６に入射した光線（図中では７本）は、導光体幅方向に対して狭められて導光する。光源１の発光面から出射した光のうち、発光面と垂直方向に形成された第二の入射面７に入射した光線（図中では６本）は、導光体幅方向に対して広げられて導光する。図４（ｂ）は従来の光源と導光体による光線を示した上面図である。光源１の発光面から出射されるすべての光が導光体幅方向に対して狭まられて導光する。図４（ｂ）では、導光体２の入光面側の角付近に光が行き届いていないが、本実施例では、図４（ａ）にも示されているように導光体２の入光面側の角付近にも光が行き届いていることが確認できる。図４に示した光線は導光体２がポリカーボネート（屈折率１．５９）で作製されている状態を示したが、導光体２の材料には、ポリカーボネートのほか、アクリルやシクロオレフィンなどの透明樹脂が材料に使用されてもよい。

図５は、導光体の入光面に形成された窪みの導光体長さ方向の影響を説明する上面図である。図５（ａ）は窪みの導光体長さ方向が比較的長い（Ｌ１）状態を示した上面図であり、図５（ｂ）は比較的短い（Ｌ２）状態を示した上面図である。図５（ａ）では導光体の入光面側角付近に６本の光線が到達していることが確認できる。これに対し、図５（ｂ）では導光体の入光面側角付近に到達する光線は２本である。これから、窪みの導光体長さ（Ｌ）方向を調整することにより、配光分布を制御することが可能であることが解る。光源の正面方向に多く光を集めたい場合には、窪みの導光体長さ方向を短くすることにより所望の特性を得ることが可能となる。本実施例では窪みの導光体長さ方向は５ｍｍ以下とすることが最適であり、所望とする特性に対して適時、調整されるものとする。

図６は、光源と窪みの例を示した部分拡大図である。これまで、導光体の入光面に形成される窪みは図６（ａ）のような四角形状として説明してきたが、窪みの形状はこれに限定されない。図６（ｂ）では台形形状、図６（ｃ）では逆台形形状、図６（ｄ）では多角形形状の窪みを示している。また、窪みの光源側の幅が光源の幅よりも狭い図６（ｅ）や、三角形状の図６（ｆ）を用いても良く、導光体の入光面側角付近に光を配光することができる。

図７は、本実施例の入光部を説明する斜視図である。窪み４を構成する第一の入射面６を含む入光部１２の上下面を反射部材８により被覆している。光源１から出射して導光体２に直接入射しない光は、この反射部材８により反射されて導光体２に入射する。図７では導光体２の入光面全域にわたって反射部材８を配置したが、入光部１２付近を十分に被覆できる形状であれば、全域にわたって配置しなくともよい。さらに、導光体の入光面からはみ出るように反射部材の幅を広げても良い。その場合、光源の発光面の位置は反射部材に覆われるようになるので、光源の光が外部に漏れることを確実に防ぐことが可能となる。

また、光源１として点光源を用い、反射構造の反射面が光源の発光面に向くように複数の反射構造を配置することとした。例えば、図示するように点光源１を中心とする同心円上に反射構造１３を配列することとした。このように配列することで、発光面における反射効率の均一化が可能になり、照明装置の輝度ムラが解消する。

本発明に係る照明装置、及び、表示装置は、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、カーナビゲーション、テレビ等の表示機器に適用できる。

本発明の表示装置の構成を模式的に示す断面図である。 光源と導光体の位置関係を示す上面図である。 本発明で用いる光源の放射特性と発光面を説明する図である。 光源からの光線を示す上面図である。 本発明の窪みの導光体長さ方向を説明する上面図である。 本発明の窪みを説明する部分拡大上面図である。 本発明の入光部を説明する斜視図である。 従来の照明装置の構成を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１ 光源
２ 導光体
２ａ 出射面
２ｂ 対向面
３ 入光面
４ 窪み
５ 発光面
６ 第一の入射面
７ 第二の入射面
８ 反射部材
９ 拡散シート
１０ プリズムシート
１１ 液晶パネル
１２ 入光部
１３ 反射構造

Claims (9)

1. 発光面を有する光源と、前記光源からの光が入射する入射面を有する導光体とを備え、前記発光面と前記入射面との間に所定の長さの空間を設けることを特徴とする照明装置。
2. 前記空間が前記導光体の前記光源と対向する位置に設けられた四角形状または台形形状の窪みであって、前記窪みは前記発光面と略並行に形成された第一の入射面と前記第一の入射面と略垂直に形成された第二の入射面で区画されたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光源と対向する位置に設けられた前記窪みが、前記光源に１対１で対応して形成されたことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記窪みが形成された部位の導光体には、その上面と裏面の少なくとも一方を被覆するように反射部材が設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記発光面の位置が前記反射部材に覆われるように前記光源が配置されたことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
6. 前記第二の入射面は前記第一の入射面を介して対向するように二つ存在し、二つの第二の入射面の前記光源側のそれぞれの端面を結んだ直線上に前記発光面が配置されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 発光面を有する光源と、前記光源からの光を入光側の側面から入射して照射面から照射光として出射する導光体を備え、
   前記入光側の側面には前記発光面と対向するように入光部が設けられ、
   前記入光部は前記導光体に形成された凹部であるとともに、前記入光部が複数の面で形成されたことを特徴とする照明装置。
8. 前記光源は、前記発光面が前記凹部の開口面の位置と一致するように配置されたことを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
9. 前記凹部は前記光源一つに対して一つ形成されたことを特徴とする請求項７または８に記載の照明装置。

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