JP2009009841A

JP2009009841A - 面状照明装置

Info

Publication number: JP2009009841A
Application number: JP2007170696A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Fukushima; 和弘福嶋
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2009-01-15

Abstract

【課題】薄型で低価格であり、かつ正面輝度の高い面状照明装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る面状照明装置１は、光源５と、光源５を側端面２ｃに配置する導光板２と、導光板２の出射面２ａ側に配置される四角錐プリズムシート４とを備えている。四角錐プリズムシート４の、導光板２の出射面２ａと対向する側と反対側の面４ａには、四角錐状の単位プリズム１４が２次元状に整列配置されており、導光板２の反射面２ｂには、２つの傾斜面６ａ、６ｂを有する溝６が複数形成されている。
【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。

図４に、従来のサイドライト方式の面状照明装置の構成の一例を示す（例えば、特許文献１参照）。図４に示す面状照明装置１００は、枠状の樹脂フレーム１０２に導光板１０４が収容保持されており、導光板１０４の出射面１０４ａ側には、拡散板１０５、第１および第２のプリズムシート１０６ａ、１０６ｂが積層され、導光板１０４の反射面１０４ｂ側には反射板１０３が配置されている。また、導光板１０４の一側端面（例えば、側端面１０４ｃ）に沿って、ＬＥＤ等の光源（図示は省略する）が配置される。

ここで、第１および第２のプリズムシート１０６ａ、１０６ｂは、例えば住友スリーエム社製のＢＥＦからなり、典型的には、その表面に複数の三角プリズムが並列に設けられた三角プリズムアレーを有している（以下、「線形プリズムシート」ともいう）。そして、第１および第２の線形プリズムシート１０６ａ、１０６ｂは、それぞれの三角プリズムアレーの稜線が互いに直交するように積層されており、これによって、導光板１０４の出射面１０４ａからの出射光を出射面１０４ａの法線方向に集光し、面状照明装置１００の正面輝度の向上を図るものである。

このような２枚の線形プリズムシートを用いた構成に対して、従来、１枚の四角錐プリズムシートを用いた面状照明装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。例えば、図５（ａ）に示す面状照明装置２００は、液晶パネル２０６の背面に配置されるものであり、導光板２０１の出射面２０１ａ側に、拡散板２０４および四角錐プリズムシート２１０が積層され、導光板２０１の反射面２０１ｂ側に、反射板２３０が配置されている。また、導光板２０１の側端面２０１ｃに沿って光源（この例では、線状のランプ）２０２が配置されている。そして、図示は省略するが、導光板２０１の反射面２０１ｂには、反射面２０１ｂに入射した導光板２０１内部の伝播光を散乱させて出射面２０１ａから取り出すために、サンドブラスト加工等によりドットパターンが形成されている。

ここで、四角錐プリズムシート２１０は、図５（ｂ）に示すように、構造面２１２と平坦な裏面２１４とを有しており、構造面２１２には、４本の稜線２１７と４つの三角形の面２１８とで四角錐状に構成された単位プリズム２１６を、Ｘ方向およびＹ方向の２次元状に配列してなるプリズムアレーが設けられている。単位プリズム２１６は、その頂点を通って四角錐の底面に直交する断面の２辺２２０のなす角度が、ほぼ９０°となるように形成されている。面状照明装置２００は、２枚の線形プリズムシートを、１枚の四角錐プリズムシート２１０に置き換えたことにより、面状照明装置の薄型化および低コスト化を図る上で有利な構成となっている。

特開２００３−３１５７９３号公報特開平９−１０１５２０号公報

しかしながら、２枚の線形プリズムシートを、１枚の四角錐プリズムシートに単に置き換えた構成には、図６に示すように、その光学性能の点で次のような問題がある。図６は、図５（ａ）に示す面状照明装置板２０１と同様の導光板に対して、２枚の線形プリズムシートを適用した場合と、１枚の四角錐プリズムシートを適用した場合における、出射光の導光方向（図５（ａ）に示すＹ方向）の配光分布（但し、導光板の出射面の法線方向（図５（ａ）に示すＺ方向）を０°とする）を示したグラフである。図６から、四角錐プリズムシートを用いた場合の配光分布は、２枚の線形プリズムシートを用いた場合と比較して、半値幅が広く、また、強度が最大値を取る角度の正面方向（０°）からのずれも大きいことが分かる。このため、四角錐プリズムシートを用いた場合、２枚の線形プリズムシートを用いた場合と比較して、面状照明装置の正面輝度が低下するという問題があり、例えば、本発明者等による実験例では、約３６％の正面輝度の低下が観測された。

本発明は、上記課題に鑑み、薄型で低価格であり、かつ正面輝度の高い面状照明装置を提供することを目的とする。

以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。
つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施形態の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るものである。なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に、（３）項が請求項２に、（４）項が請求項３に、（５）項が請求項４に、各々相当する。

（１）光源と、該光源を側端面に配置する導光板と、該導光板の出射面側に配置されるプリズムシートとを備え、前記プリズムシートの、前記導光板の出射面と対向する側と反対側の面には、四角錐状の単位プリズムが２次元状に整列配置されており、前記導光板の反射面には、２つの傾斜面を有する溝が複数形成されていることを特徴とする面状照明装置。

本項の面状照明装置によれば、導光板の出射面側には、出射面と対向する側と反対側の面に四角錐状の単位プリズムが２次元状に整列配置されたプリズムシートが配置され、導光板の反射面に、２つの傾斜面を有する溝が複数形成されていることにより、良好な正面輝度を維持しつつ、２枚の線形プリズムシートを積層して使用する場合と比較して、面状照明装置を薄型化および低価格化することが可能となる。

（２）（１）項に記載の面状照明装置において、好ましくは、前記２つの傾斜面を有する溝は、前記導光板の前記光源が配置される側端面に略平行な方向に延在するものである。
本項の面状照明装置によれば、導光板からの出射光の、導光方向（すなわち、光源が配置される側端面に略直交する方向）の配光分布において、強度の最大値が出現する角度を効果的に調整することが可能となる。

（３）（１）または（２）項に記載の面状照明装置において、前記２つの傾斜面のそれぞれと前記導光板の反射面がなす角度は、いずれの角度とも４０°から７０°であることを特徴とする面状照明装置。
本項の面状照明装置によれば、導光板からの出射光の、導光方向（すなわち、光源が配置される側端面に略直交する方向）の配光分布において、強度の最大値が出現する角度を、ほぼ導光板の出射面の法線方向とすることができる。

（４）（１）または（２）項に記載の面状照明装置において、前記２つの傾斜面のそれぞれと前記導光板の反射面がなす角度は、いずれの角度とも約６０°であることを特徴とする面状照明装置。
本項の面状照明装置によれば、導光板からの出射光の、導光方向（すなわち、光源が配置される側端面に略直交する方向）の配光分布において、強度の最大値が出現する角度を、さらに確実に、ほぼ導光板の出射面の法線方向とすることができる。

（５）（１）〜（４）のいずれか１項に記載の面状照明装置において、前記プリズムシートは、前記単位プリズムの底面を構成する四辺形の一辺を共有して隣接する単位プリズム同士の頂点を結ぶ線と、前記導光板の前記光源が配置される側端面とが、９０°とは異なる交差角を有するように配置されていることを特徴とする面状照明装置。
本項の面状照明装置は、液晶パネルの照明装置として例えばその背面に配置したときに、液晶パネルのマトリックス構造とプリズムシートの配列構造との重ね合わせによるモアレ干渉縞の発生を防止し、液晶パネルの視認性を良好に維持する上で有利な構成である。

（６）（５）項に記載の面状照明装置において、好ましくは、前記交差角は、約４５°である。

本発明は、以上のように構成したため、薄型で低価格、かつ正面輝度の高い面状照明装置を提供することが可能となる。

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、本発明の一実施形態における面状照明装置１の要部を示す図であり、（ａ）は、側面図、（ｂ）は、面状照明装置１に用いる四角錐プリズムシートの一部を模式的に示す平面図である。
本実施形態における面状照明装置１は、略矩形の板状に形成された導光板２を有している。この導光板２は、互いに略平行に対向する両主面のうち、一方の主面を出射面２ａ、他方の主面を反射面２ｂとするものであり、導光板２の一側端面２ｃには、ＬＥＤ等の光源５が配置されている。また、導光板２の出射面２ａ側には、拡散板３および四角錐プリズムシート４が配置されており、導光板２の反射面２ｂには、第１および第２の傾斜面６ａ、６ｂから構成される溝６が複数形成されている。

ここで、四角錐プリズムシート４は、導光板２と対向する側の面４ｂを平坦面とし、面２ｂと反対側の面４ａを構造面とするものであり、構造面４ａには、単位プリズム１４を２次元状に整列配置したプリズムアレーが設けられている。四角錐プリズムシート４において、単位プリズム１４は、図１（ｂ）に模式的に示すように、４つの三角形状の面１５から、４本の辺１７とで構成される四辺形状の底面と４本の稜１６とを有する凸四角錐状に形成されている。

そして、四角錐プリズムシート４は、単位プリズム１４の底面を構成する四辺形の一辺１７を共有して隣接する単位プリズム１４同士の頂点を結ぶ線（例えば、図１（ｂ）に示すｌ、ｍ）と、導光板２の光源５が配置される側端面２ｃとが、９０°とは異なる交差角（例えば、図１（ｂ）に示すγ、δ）を有するように配置されており、本実施形態では、これらの交差角（γ、δ）は、約４５°に設定されている。

また、導光板２の反射面２ｂに形成された溝６は、導光板２の光源５が配置される側端面２ｃと略平行な方向（Ｘ方向）に延在するものである。また、溝６を構成する第１および第２の傾斜面６ａ、６ｂと導光板２の反射面２ｂのなす角度α、βは、いずれの角度とも４０°から７０°とすることが好ましく、本実施形態では、これらの傾斜角α、βは、いずれも約６０°に設定されている。

なお、面状照明装置１において、導光板２の反射面２ｂ側には、金属あるいは誘電体多層膜等による正反射手段が配置されるものであってもよい。

以上のように構成された面状照明装置１は、光源５から側端面２ｃを通じて導光板２内に入射した光を、全体として、側端面２ｃとは反対側の側端面（図示は省略する）側に向けて側端面２ｃに略直交する方向に（すなわち、図１に示すＹ方向に）導光しつつ、複数の溝６によりその光路を変換して出射面２ａから取り出すことによって、照明装置として機能するものであり、以下では、出射光の配光分布に関連して、本発明の作用効果を説明する。

図２および図３は、種々の構成を有する面状照明装置における出射光の、水平方向（図１に示すＸ方向）及び導光方向（図１に示すＹ方向）の配光分布を示すグラフである。これらの配光分布は、導光板の出射面の法線方向（図１に示すＺ方向）を０°として、面状照明装置の出射光の強度の角度分布を示すものである。この際、導光方向の配光分布は、Ｙ軸の正方向（図１に示す＋θ方向）への回転角が正、Ｙ軸の負方向（図１に示す−θ）への回転角が負として示されている。尚、本発明の特徴を分かり易くするために、図２および図３では、面状照明装置の構成から拡散板３を除いた場合の配光分布を示すものである。

図２（ａ）は、本実施形態における面状照明装置１の出射光の配光分布を示すグラフである。また、図２（ｂ）は、反射面に形成される光路変換手段として、サンドブラスト加工により形成されたドットパターン（以下、光散乱手段という）を用いた導光板に対して、四角錐プリズムシート４を配置した面状照明装置の配光分布を示すグラフである。
図２（a）に示す、本実施形態における面状照明装置１では、導光方向及び水平方向の配光分布は、共にほぼ正面方向（０°）で強度の最大値を取るとともに、一定の角度範囲内に強度が集中した良好な分布を示しており、これによって、高い正面輝度を実現するものである。それに対して、反射面に光散乱手段を形成した導光板では、図２（ｂ）に示すように、導光方向の配光分布において、強度が最大値を取る角度が正面方向（０°）から正方向に大きくずれていることが分かる。

この点について、さらに図３を参照して説明すれば、次の通りである。ここで、図３（ａ）は、反射面に光散乱手段を形成した導光板の出射光の、プリズムシートを適用しない状態での出射光の配光分布を示すグラフであり、図３（ｂ）は、本実施形態における導光板２の出射光の、プリズムシートを適用しない状態での配光分布を示すグラフである。
図３（ａ）と図２（ｂ）とを比較すると、四角錐プリズムシート４は、正方向に偏った導光方向の配光分布を、正面方向（０°）に集光することについて一定の効果を奏するものの、図２（ｂ）に示すように、四角錐プリズムシート４のみによるその効果は、十分なものではない。一方、図３（ａ）と図３（ｂ）とを比較すると、本実施形態における導光板２は、反射面２ｂに光路変換手段として複数の溝６を設けたことにより、導光方向の出射光の配光分布が正面方向（０°）に最大値を取る形状とはならないものの、出射光の相当の強度を負方向にも分配する効果を奏することが分かる。

すなわち、本実施形態における面状照明装置１は、導光板２の出射面２ａ側に配置される四角錐プリズムシート４と、導光板２の反射面２ｂに形成される光路変換手段としての複数の溝６とを合わせ持ち、図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すそれらの作用を協働させることによって、図２（ａ）に示すような良好な配光分布を実現するものである。そして、面状照明装置１は、溝６を構成する第１および第２の傾斜面６ａ、６ｂと導光板２の反射面２ｂのなす角度α、βを、４０°から７０°、好ましくは、約６０°に設定することによって、このような配光分布を実現したものである。
このように、面状照明装置１は、高い正面輝度を維持しつつ、従来、２枚の線形プリズムシートを要した構成を、１枚の四角錐プリズムシートに代替することを可能にし、それによって、面状照明装置を薄型化および低価格化することができる。

さらに、面状照明装置１は、液晶パネル用の照明装置（例えば、バックライト）として好適に使用されるものであり、その際、単位プリズム１４の底面を構成する四辺形の一辺１７を共有して隣接する単位プリズム１４同士の頂点を結ぶ線（例えば、図１（ｂ）に示すｌ、ｍ）と、導光板２の側端面２ｃとが、４５°の交差角γ、δを有するように配置されていることによって、通常は導光板２の水平方向（Ｘ方向）および導光方向（Ｙ方向）に沿ったマトリックス構造を有する液晶パネルと、四角錐プリズムシート４の配列構造との重ね合わせによるモアレ干渉縞の発生を防止し、液晶パネルの視認性を良好に維持する効果を奏するものである。

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）は側面図、（ｂ）は四角錐プリズムシートの一部を模式的に示す平面図である。（ａ）は、本実施形態における面状照明装置の出射光の配光分布を示すグラフであり、（ｂ）は、反射面に光散乱手段が形成された導光板に対して、四角錐プリズムシートを配置した面状照明装置の配光分布を示すグラフである。（ａ）は、反射面に光散乱手段が形成された導光板の出射光の、プリズムシートを適用しない状態での出射光の配光分布を示すグラフであり、（ｂ）は、本実施形態における導光板の出射光の、プリズムシートを適用しない状態での配光分布を示すグラフである。従来のサイドライト方式の面状照明装置の構成の一例を示す分解斜視図である。四角錐プリズムシートを用いた従来の面状照明装置の構成の一例を示す図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は四角錐プリズムシートの一部を示す斜視図である。従来の面状照明装置において、２枚の線形プリズムシートを適用した場合と、１枚の四角錐プリズムシートを適用した場合における、出射光の導光方向の配光分布を示すグラフである。

符号の説明

１：面状照明装置、２：導光板、２ａ：出射面、２ｂ：反射面、２ｃ：側端面、４：四角錐プリズムシート、１４：単位プリズム、６：溝、６ａ：第１の傾斜面、６ｂ：第２の傾斜面

Claims

光源と、該光源を側端面に配置する導光板と、該導光板の出射面側に配置されるプリズムシートとを備え、前記プリズムシートの、前記導光板の出射面と対向する側と反対側の面には、四角錐状の単位プリズムが２次元状に整列配置されており、前記導光板の反射面には、２つの傾斜面を有する溝が複数形成されていることを特徴とする面状照明装置。
前記２つの傾斜面のそれぞれと前記導光板の反射面がなす角度は、いずれの角度とも４０°から７０°であることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
前記２つの傾斜面のそれぞれと前記導光板の反射面がなす角度は、いずれの角度とも約６０°であることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
前記プリズムシートは、前記単位プリズムの底面を構成する四辺形の一辺を共有して隣接する単位プリズム同士の頂点を結ぶ線と、前記導光板の前記光源が配置される側端面とが、９０°とは異なる交差角を有するように配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の面状照明装置。