JP2009032664A - 面状照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】導光板が伸縮しても導光板による光源の破壊や光源から導光板への光入射効率の低下、および導光板の光射出面から出射される光の輝度ムラを引き起こさず、かつ大型化が可能な面状照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】固定手段によって光源と導光板の光入射面との間の距離を一定にして固定し、筐体と固定手段との間に設けられ、筐体に対して固定手段を摺動させるすべり機構を設けることにより、上記課題を解決する。
【選択図】図3

Description

本発明は、光源と、光源から射出された光が入射され光射出面から射出する導光板とを有する屋内外を照明する面状照明装置、もしくは液晶表示装置の液晶パネルを照明するバックライトや、広告パネルや広告塔や看板などのバックライトとして用いられる面状照明装置に関する。
液晶表示装置には、液晶表示パネルの裏面側から光を照射し、液晶表示パネルを照明するバックライトユニットが用いられている。バックライトユニットは、照明用の光源が発する光を拡散して液晶表示パネルを照射する導光板や、プリズムシートや拡散シートなどの光学部材を用いて構成される。
現在、大型の液晶テレビのバックライトユニットは、導光板を配置せず、照明用の光源の直上に拡散板等の光学部材を配置した、いわゆる直下型と呼ばれる方式が主流である。この方式では、光源である冷陰極管を液晶表示パネルの背面に複数本配置し、内部を白色の反射面として均一な光量分布と必要な輝度を確保している。
しかしながら、直下型のバックライトユニットでは、光量分布を均一にするために、液晶表示パネルに対して垂直方向の厚みが所定厚み、一例としては、30mm程度必要である。今後バックライトユニットは、さらに薄型のものが望まれるであろうが、直下型では光量むらの観点からさらに薄く、例えば10mm以下の厚みをもつバックライトユニットを実現することは困難である。
ここで、薄型化が可能なバックライトユニットとしては、照明用の光源から射出され、入射した光を、所定方向に導き、光が入射された面とは異なる面である光射出面から射出させる導光板を用いるバックライトユニットがある。
このような、導光板を用いたバックライトユニットとしては、透明樹脂に光を散乱させるための散乱粒子を混入させた導光板を用いる方式のバックライトユニットが提案されている(例えば、特許文献1〜4参照)。
例えば、特許文献1には、少なくとも1つの光入射領域および少なくとも1つの光取出面領域を有する光散乱導光体と前記光入射面領域から光入射を行う為の光源手段とを備え、前記光散乱導光体は前記光入射面から遠ざかるにつれて厚みを減ずる傾向を持った領域を有していることを特徴とする光散乱導光光源装置が記載されている。
また、特許文献2には、光散乱導光体と、光散乱導光体の光取出面側に配置されたプリズムシートと、光散乱導光体の裏面側に配置された反射体とを備えた面光源装置が記載されている。また、特許文献3には、プリズム列状の繰り返し起伏を有する光入射面と、光拡散性を与えられた光出射面を備えた板状の光学材料からなる光出射方向修正素子を備えた液晶ディスプレイが記載され、特許文献4には、内部に散乱能を与えられた光散乱導光体と、前記光散乱導光体の端面部から光供給を行う光供給手段を備えた光源装置が記載されている。
特許文献1〜4に記載の光散乱体を混入させた光散乱体導光板を備える面状照明装置では、光源から放射され、光入射面から光散乱導光体内に進入した光が、その内部を伝播する過程において、一定の割合で、1回または多重的な散乱作用を受ける。また、光散乱導光体の両面あるいは反射体の表面に到達した光の相当部分は反射作用を受けて、光散乱導光体内へ戻される。
このような複合的な過程を通して、光源の方向からみて前方斜め方向に向かう指向性をもって光取出面から高効率で出射される光束が生成される。つまり、光源から放射された光を光散乱導光体の光取出面から出射される。
このように、散乱粒子が混入された導光板を用いることで、高い出射効率で、均一な光を射出することができると記載されている。
また、導光板としては、光入射面から遠ざかるにつれて厚みを減ずる傾向を持った領域を有している形状の導光板以外にも、平板形状の導光板や、光入射面から遠ざかるにつれて厚みを減ずる傾向を持った領域を有している形状の導光板を着き合わせた形状の導光板を有する面状照明装置が記載されている。
特開平07−36037号公報 特開平08−248233号公報 特開平08−271739号公報 特開平11−153963号公報
しかしながら、このような導光板を用いた面状照明装置においては、温度や湿度の影響により、導光板が伸縮するという問題がある。この導光板の伸縮は、導光板のサイズが大きくなればなるほど大きくなるため、導光板を用いた面状照明装置を大型化しようとすると導光板の伸縮の影響がより顕著になる。
このため、導光板と、その光入射端面に隣接して配置される光源、例えばLED(発光ダイオード)とを別々に筐体などの支持体に固定すると、導光板の伸張時に、隣接するLED等の光源を膨らんだ導光板が圧迫して光源を破壊することがあるという問題がある。
また、導光板が収縮すると、導光板の光入射端面とLED等の光源の光出射端面との間の距離が遠くなり、光源から射出された光が導光板の光入射面に入射する光入射効率が低下し、光源射出光の利用効率の低下を引き起こすという問題がある。
これに対して、特許文献1〜4に記載の面状照明装置では、導光板の伸縮による問題点は全く考慮されておらず、これらの問題を解決することはできない。
本発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消し、導光板が伸縮しても、導光板の光入射端面とLED等の光源の光出射端面との距離を一定に保つことができ、光源の破壊、入射効率の低下および導光板の光射出面から出射される光の輝度ムラを引き起こすことなく、かつ、薄型軽量化や大型化が可能な面状照明装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明では光を射出する光源と、前記光源に隣接して配置され、前記光源から射出された光を入射させる光入射面および前記光入射面から入射した光を面状の光として射出する光射出面とを備える導光板と、前記光源と前記導光板とを、前記光源と前記導光板の前記光入射面との間の距離を一定にして固定して一体化する固定手段と、前記固定手段によって一体化された前記光源および前記導光板を収納する筐体と、前記筐体と前記固定手段との間に設けられ、前記導光板の前記光入射面から前記光源に向かう方向において、前記導光板の伸縮に応じて、前記光源と前記導光板とを一体化し、前記光源と前記導光板の前記光入射面との間の距離を一定にしたまま、前記筐体に対して前記固定手段を摺動させるすべり機構とを有することを特徴とする面状照明装置を提供する。
前記固定手段は、前記導光板の前記光入射面から前記光源に向かう方向と直交する方向において、前記導光板の伸縮に応じて、前記導光板を前記固定手段に対して摺動可能に一体化するものであることが好ましい。
前記すべり機構は、前記導光板の伸縮に応じて、前記すべり機構と前記固定手段との間の摩擦力を変化させることのできることが好ましい。
また、前記すべり機構は、前記筐体をネジ止めする応力によって前記固定手段を挟み込む摺動部材からなり、前記摺動部材と前記固定手段との静止摩擦係数をμとし、前記ネジ止め位置から距離xだけ離れた位置における前記ネジ止めによる応力分布をG(x)とすると、前記ネジ止め位置から距離xだけ離れた位置における前記摺動部材と前記固定手段との摩擦力T(x)は、下記式で表され、
T(x)=μ・G(x)
また、前記導光板のヤング率をYとし、前記導光板の平均断面積をAaveとし、前記導光板の長さをLとし、前記導光板の伸縮長さをΔLとすると、前記導光板の伸縮による力Fは、下記式で表されるとき、
F=Y・Aave・(ΔL/L)
前記摺動部材は、前記筐体をネジ止めした位置から下記式
T(x)=μ・G(x)<F=Y・Aave・(ΔL/L)
を満足する位置xに配置されることが好ましい。
前記導光板は、線膨張率が、1/1000<ΔL/L<5/1000を満たし、且つ、ヤング率は、1.5MN/m<Y<3MN/mを満たすことが好ましい。
また、前記導光板は、矩形状平坦な前記光射出面と、前記光射出面の1対の対向する端辺にそれぞれ形成され、前記光射出面と平行に進行する光を入射さえるための、互いに対向する1対の前記光入射面と、前記光射出面とは反対側の面に形成され、前記1対の光入射面からそれぞれ離れるに従って前記光射出面に垂直な方向の厚みが厚くなるように傾斜し、前記1対の光入射面の中央で接合する1対の傾斜面からなる背面とを備え、前記光源は、この導光板の前記1対の光入射面にそれぞれ対向して配置され、前記1対の光入射面にそれぞれ光を入射させる1対の光源からなり、各光源は、複数のLEDチップと、前記LEDチップを支持する支持体とを有し、前記複数のLEDチップは、前記支持体の前記光入射面に対向する面に、前記光入射面の長手方向に沿って列状に配置されることが好ましい。
さらに、前記導光板の前記光射出面の残りの1対の対抗する端辺に形成され、前記1対の光入射面に直交する残りの1対の光入射面と、前記残りの1対の光入射面にそれぞれ対向して配置され、前記残りの1対の光入射面にそれぞれ光を入射させる1対の前記光源とを有することが好ましい。
前記LEDチップは、前記導光板の厚み方向の長さをaとし、前記導光板の厚み方向に垂直な方向の長さをbとしたときに、不等式b<aを満足することが好ましい。
前記導光板は、内部に多数の散乱粒子を含み、前記散乱粒子の散乱断面積をΦ、前記散乱粒子の密度をN、補正係数をK、光の入射方向における前記導光板の前記光入射面から前記導光板の厚みが最も厚くなる位置までの長さをLとしたときに、不等式
1.1≦Φ・N・L・K≦8.2
0.005≦K≦0.1
を満足することが好ましい。
さらに、前記筐体と前記導光板の前記1対の光入射面に対向して配置された一方の光源との間に設けられ、光射出面に垂直な方向における、前記光射出面及び前記一方の光源と前記筐体との距離を一定にしたまま、前記導光板の伸縮に応じて、前記一方の光源を前記筐体に対して前記導光板の前記光入射面から前記光源に向かう方向に移動させるガイド手段を有することが好ましい。
また、前記一方の光源は、前記導光板の前記1対の光入射面に対向して配置された他方の光源に対して、鉛直方向下側に配置されることが好ましい。
また、前記固定手段は、前記導光板の前記1対の光入射面に対向して配置された光源に固定された突出部と、前記導光板の前記光射出面及び前記傾斜面の少なくとも一方の表面に固定された板状部材であり、前記突出部と係合し、前記導光板を前記突出部に係合させる補強部材とで構成されることが好ましい。
また、前記固定手段は、前記導光板の前記1対の光入射面に対向して配置された光源の発光面以外の面を被い前記光源を支持する固定部材を有し、前記ガイド手段は、前記固定部材を、前記筐体に対して前記導光板の前記光入射面から前記光源に向かう方向に移動可能に支持することで、前記光源を移動可能に支持することが好ましい。
また、前記ガイド手段は、前記光源の長手方向に直交する両面にそれぞれ配置されている2つのガイド部であることが好ましい。
また、前記光源と前記筐体との間に介在する部材同士の全てが、放熱グリスを介して接触していることが好ましい。
本発明によれば、上記構成、特に、LED等の光源と導光板とを一体化して固定することにより、導光板の光入射端面と光源の光出射端面との間の距離、すなわち、光源と導光板との光軸距離および光軸垂直距離を一定に保つことで、導光板の伸縮による光源の破壊や光源から導光板への光入射効率の低下を防ぐことができる。また、本発明によれば、導光板が筐体内で自由に伸縮できることから導光板に反りが生じないため、導光板の光射出面から射出される光の輝度ムラを防止でき、液晶表示装置のバックライトとして用いた場合にも、導光板が液晶パネルを押すことがなく、表示画面に表示ムラや輝度ムラを生じさせることがない。また、本発明によれば、大型の導光板を用いても導光板の伸縮の影響を防止することができるため、面状照明装置を大型化することができ、大型の液晶表示装置に適用することができる。
本発明に係る面状照明装置を添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。
なお、以下の説明においては、導光板の2辺に光源からの光を入射させる2辺入射方式の面状照明装置を代表例とするが、本発明はこれに限定されないのはいうまでもないことである。
図1は、本発明に係る面状照明装置を備える液晶表示装置の概略を示す斜視図であり、図2は、図1に示した液晶表示装置のII−II線断面図である。図3は、図2に示す面状照明装置(以下「バックライトユニット」ともいう)の光源部近傍の拡大図である。図4(A)は、図2に示す面状照明装置の導光板およびその2辺に配置される光源を示す部分省略平面図であり、図4(B)は、(A)のB−B線断面図である。
図1に示すように、液晶表示装置10は、バックライトユニット20と、そのバックライトユニット20の光射出面側に配置される液晶表示パネル12と、液晶表示パネル12を駆動する駆動ユニット14とを有する。なお、図1においては、面状照明装置の構成を示すため、液晶表示パネル12の一部の図示を省略している。
液晶表示パネル12は、予め特定の方向に配列してある液晶分子に、部分的に電界を印加してこの分子の配列を変え、液晶セル内に生じた屈折率の変化を利用して、液晶表示パネル12の表面上に文字、図形、画像などを表示する。
駆動ユニット14は、液晶表示パネル12内の透明電極に電圧をかけ、液晶分子の向きを変えて液晶表示パネル12を透過する光の透過率を制御する。
バックライトユニット20は、液晶表示パネル12の背面から、液晶表示パネル12の全面に光を照射する照明装置であり、液晶表示パネル12の画像表示面と略同一形状の光射出面24aを有する。
本発明に係るバックライトユニット20は、図1、図2、図3,図4(A)および図4(B)に示すように、2つの光源28、導光板30、固定手段31、光学部材ユニット32および反射板34とを有する照明装置本体24と、下部筐体42、上部筐体44、補強部材46およびすべり機構48を有する筐体40とで構成されている。なお、図示例においては、さらに、反射板34と下部筐体42の間には、ヒートシンク64とヒートパイプ66が設けられている。
また、図1に示すように、筐体40の下部筐体42(図2参照)の裏側には、光源28に電力を供給する複数の電源を収納する電源収納部49が取り付けられている。
以下、バックライトユニット20を構成する各構成部品について説明する。
照明装置本体24は、光を射出する光源28と、光源28から射出された光を面状の光として射出する導光板30と、導光板30と光源28との光軸距離および光軸垂直距離を一定に保って固定する固定手段31と、導光板30から射出された光を、散乱や拡散させてよりムラのない光とする光学部材ユニット32と、導光板30から漏出した光を反射させて導光板に再度入射させる反射板34を有する。
ここで、導光板30と光源28との光軸距離とは、図4(B)に示すように、光源28の光射出面と導光板30の光入射面(30d、30e)との間の距離cをいう。また、導光板30と光源28との光軸垂直距離とは、導光板30と光源28の導光板の厚さ方向に対するそれぞれの光軸間の距離をいう。
はじめに、本発明の特徴的構成である固定手段31とすべり機構48について、概要を説明しておく。固定手段31は、固定部材31aと複数のネジ31b、31cおよび複数の固定ピン31d、31eとによって、光源28、導光板30、光学部材ユニット32、反射板34を固定し、光源28および導光板30の間の光軸距離および光軸垂直距離を一定に保つものである。また、すべり機構48は、バネ材47、摺動部材固定部材48a、48d、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cを有し、光源28および導光板30を一体的に固定する固定部材31aを、導光板30の伸縮に対応して筐体40内で摺動させるものである。
はじめに、本発明の特徴的構成である固定手段31とすべり機構48について、概要を説明しておく。固定手段31は、固定部材31aと複数のネジ31b、31cおよび複数の固定ピン31d、31eとによって、光源28、導光板30、光学部材ユニット32、反射板34を固定し、光源28および導光板30の間の光軸距離および光軸垂直距離を一定に保つものである。また、すべり機構48は、バネ材47、摺動部材固定部材48a、48d、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cを有し、光源28および導光板30を一体的に固定する固定部材31aを、導光板30の伸縮に対応して筐体40内で摺動させるものである。
まず、光源28について説明する。
図5(A)は、図1および図2に示す面状照明装置20の光源28の概略構成を示す概略斜視図であり、図5(B)は、図5(A)に示す光源28の断面図であり、図5(C)は、図5(A)に示す光源28を構成する1つのLED(発光ダイオード)チップ50のみを拡大して示す概略斜視図である。
図5(A)に示すように、光源28は、複数のLEDチップ50と、光源支持部52とを有する。
LEDチップ50は、青色光を射出する発光ダイオードの表面に蛍光物質を塗布したチップであり、所定面積の発光面58を有し、この発光面58から白色光を射出する。
つまり、LEDチップ50の発光ダイオードの表面から射出された青色光が蛍光物質を透過すると、蛍光物質が蛍光する。これにより、LEDチップ50から射出された青色光が透過すると、発光ダイオードから射出された青色光と蛍光物質が蛍光することで射出される光とで白色光を生成され、射出される。
ここで、LEDチップ50としては、GaN系発光ダイオード、InGaN系発光ダイオード等の表面にYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光物質を塗布したチップが例示される。
光源支持部52は、図5(B)に示すように、アレイ基板54と複数のフィン56とを有する。上述した複数のLEDチップ50は、所定間隔離間して一列でアレイ基板54上に配置されている。具体的には、光源28を構成する複数のLEDチップ50は、後述する導光板30の第1光入射面30dまたは第2光入射面30eの長手方向に沿って、言い換えれば、光射出面30aと第1光入射面30dとが交わる線と平行に、または、光射出面30aと第2光入射面30eとが交わる線と平行に、アレイ状に配列されアレイ基板54上に固定されている。
アレイ基板54は、一面が導光板30の最薄側端面である光入射面(30d、30e)に対向して配置される板状の部材である。アレイ基板54の導光板30の光入射面(30d、30e)に対向する面となる側面には、LEDチップ50が支持されている。
ここで、本実施形態のアレイ基板54は、銅やアルミニウム等の熱伝導性の良い金属で形成されており、LEDチップ50から発生する熱を吸収し、外部に放散させるヒートシンクとしての機能も有する。
複数のフィン56は、それぞれ銅やアルミニウム等の熱伝導性の良い金属で形成された板状部材であり、アレイ基板54のLEDチップ50が配置されている面とは反対側の面に、隣接するフィン56と所定間隔離間して連結されている。
光源支持部52に、複数のフィン56を設けることで表面積を広くすることができ、かつ、放熱効果を高くすることができる。これにより、LEDチップ50の冷却効率を高めることができる。
なお、本実施形態では、光源支持部52のアレイ基板54をヒートシンクとして用いたが、LEDチップの冷却が必要ない場合は、ヒートシンクに代えて放熱機能を備えない板状部材をアレイ基板として用いてもよい。
また、図5(A)に示すように、光源支持部52の上面52aの両端部には2箇所にネジ穴52cが設けられている。また、光源支持部52の下面52bには上面52aのネジ穴52cに対応した位置にネジ穴52dが設けられている。後述するように、ネジ穴52cおよび52dは、それぞれネジ31bおよび31cによって、図3に示すように、光源28を固定手段31に固定するのに用いられる。
ここで、図5(C)に示すように、本実施形態のLEDチップ50は、LEDチップ50の配列方向の長さよりも、配列方向に直交する方向の長さが短い長方形形状、つまり、後述する導光板30の厚み方向(光射出面30aに垂直な方向)が短辺となる長方形形状を有する。言い換えれば、LEDチップ50は、導光板30の光射出面30aに垂直な方向の長さをa、配列方向の長さをbとしたときに、b>aとなる形状である。また、LEDチップ50の配置間隔をqとするとq>bである。このように、LEDチップ50の導光板30の光射出面30aに垂直な方向の長さa、配列方向の長さb、LEDチップ50の配置間隔qの関係が、q>b>aを満たすことが好ましい。
LEDチップ50を長方形形状とすることにより、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により、面状照明装置を薄型にすることができる。また、LEDチップの配置個数を少なくすることができる。
なお、LEDチップ50は、光源をより薄型にできるため、導光板30の厚み方向を短辺とする長方形形状とすることが好ましいが、本発明はこれに限定されず、正方形形状、円形形状、多角形形状、楕円形形状等種々の形状のLEDチップを用いることができる。
また、本実施形態では、LEDチップを1列に並べ、単層構造としたが、本発明はこれに限定されず、アレイ支持体に複数のLEDチップ50を配置した構成のLEDアレイを複数個、積層させた構成の多層LEDアレイを光源として用いることもできる。このようにLEDアレイを積層させる場合でもLEDチップ50を長方形形状とし、LEDアレイを薄型にすることで、より多くのLEDアレイを積層させることができる。このように、多層のLEDアレイを積層させる、つまり、LEDアレイ(LEDチップ)の充填率を高くすることで、より大光量を出力することができる。また、LEDアレイのLEDチップと隣接する層のLEDアレイのLEDチップも上述と同様に配置間隔が上記式を満たすことが好ましい。つまり、LEDアレイは、LEDチップと隣接する層のLEDアレイのLEDチップとを所定距離離間させて積層させることが好ましい。
次に、導光板30について説明する。
図6は、導光板30の形状を示す概略斜視図である。
導光板30は、図2、図4および図6に示すように、略矩形形状の平坦な光射出面30aと、この光射出面30aの両端に、光射出面30aに対してほぼ垂直に形成された2つの光入射面(第1光入射面30dと第2光入射面30e)と、光射出面30aの反対側、つまり、導光板の背面側に位置し、第1光入射面30dおよび第2光入射面30eに平行で、光射出面30aを2等分する2等分線α(図1、図4参照)を中心軸として互いに対称で、光射出面30aに対して所定の角度で傾斜する2つの傾斜面(第1傾斜面30bと第2傾斜面30c)と、光射出面30aの光入射面が形成されていない側の両端(光射出面30aと光入射面との交線に直交する2つの辺)に、光射出面30aに対して略垂直に形成された2つの側面(第1側面30fと第2側面30g)とを有している。なお、2つの第1傾斜面30bと第2傾斜面30cとは交わり、光射出面30aの2等分線αに対応して稜線30hを形成している。
また、光射出面30aの第1光入射面30dと第1側面30fとが交わる角隅30i、および第2光入射面30eと第1側面30fとが交わる角隅30jのそれぞれの内側近傍には、それぞれ、導光板30を固定部材31aに固定するための第1丸穴60a、および第2丸穴60cが設けられている。また、導光板30の背面側における第1丸穴60a、および第2丸穴60cにそれぞれ対応する位置には、第1丸穴60b、および第2丸穴60dが設けられている。
また、光射出面30aの第1光入射面30dと第2側面30gとが交わる角隅30k、および第2光入射面30eと第2側面30fとが交わる角隅30lのそれぞれの内側近傍には、それぞれ、導光板30を固定部材31aに連結するための、光入射面30d、30eに平行な方向に長い第1長穴62a、および第2長穴62cが設けられている。また、導光板30の背面側における第1長穴62a、および第2長穴62cに対応する位置にそれぞれ第1長穴62b、および第2長穴62dが設けられている。
また、第1丸穴60aが設けられている角隅30iの内側近傍には、第1丸穴60aに近接して、導光板30を筐体40の上部筐体42および下部筐体44に連結するための第3丸穴61aが設けられている。
また、第1長穴62aおよび第2丸穴60cが設けられている各角隅30jおよび30kの内側近傍には、第1長穴62aおよび第2丸穴60cにそれぞれ近接して、導光板30を筐体40の上部筐体42および下部筐体44に連結するための、光入射面30dに平行な方向に長い第3長穴63aおよび光入射面30eに垂直な方向に長い第4長穴63bが設けられている。
第1傾斜面30bおよび第2傾斜面30cは、それぞれ第1光入射面30dおよび第2光入射面30eから遠ざかるに従って光射出面30aからの距離が遠ざかる(大きくなる)ように、つまり、それぞれ第1光入射面30dおよび第2光入射面30eから導光板の中心に向かうに従って、導光板30の光射出面30aに垂直な方向の厚みが大きくなるように傾斜している。
つまり、導光板30は、両端部、すなわち第1光入射面30dと第2光入射面30eで厚みが最も薄くなり、中央部、すなわち第1傾斜面30bと第2傾斜面30cが交差する2等分線αに対応する位置で厚さが最大となる。言い換えれば、導光板30は、第1光入射面30dまたは第2光入射面30eから離れるに従って導光板の光射出面30aに垂直な方向の厚みが厚くなる形状である。なお、光射出面30aに対する第1傾斜面30bおよび第2傾斜面30cの傾斜角度は特に限定されない。
ここで、上述した2つの光源28は、それぞれ導光板30の第1光入射面30dおよび第2光入射面30eに対向して配置されている。ここで、本実施形態では、光射出面30aに垂直な方向において、光源28のLEDチップ50の発光面58の長さと第1光入射面30dおよび第2光入射面30eの長さが略同じ長さである。
このように面状照明装置20は、2つの光源28が、導光板30をはさみこむように配置されている。つまり、所定間隔離間して、向い合って配置された2つの光源28の間に導光板30が配置されている。
図2に示す導光板30では、光源28から射出され第1光入射面30dおよび第2光入射面30eから入射した光は、導光板30の内部に含まれる散乱体(詳細は後述する)によって散乱されつつ、導光板30内部を通過し、直接、または第1傾斜面30bおよび第2傾斜面30cで反射した後、光射出面30aから射出する。このとき、第1傾斜面30bおよび第2傾斜面30cから一部の光が漏出する場合もあるが、漏出した光は導光板30の第1傾斜面30bおよび第2傾斜面30c側に配置された反射板34によって反射され再び導光板30の内部に入射する。反射板34については後ほど詳細に説明する。
このように、導光板30を、対向する位置に光源28が配置される第1光入射面30dまたは第2光入射面30eから離れるに従って、光射出面30aに垂直な方向の厚みが厚くなる形状とすることで、光入射面から入射する光を光入射面からより遠い位置まで届けることができ、光射出面を大きくすることができる。また、光入射面から入射した光を遠い位置まで好適に届けることができるため、導光板を薄型化することができる。
導光板30は、透明樹脂に、光を散乱させるための散乱粒子が混錬分散されて形成されている。導光板30に用いられる透明樹脂の材料としては、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PP(ポリプロピレン)、PC(ポリカーボネート)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、ベンジルメタクリレート、MS樹脂、あるいはCOP(シクロオレフィンポリマー)のような光学的に透明な樹脂が挙げられる。導光板30に混錬分散させる散乱粒子としては、アトシパール、シンコーン、シリカ、ジルコニア、誘電体ポリマなどを用いることができる。このような散乱粒子を導光板30の内部に含有させることによって、均一で輝度むらが少ない照明光を光射出面から射出することができる。このような導光板30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。
また、導光板30に含まれる散乱粒子の散乱断面積をΦ、光の入射する方向(導光板に入射した光の進行方向に平行な方向、光射出面に平行で、光射出面と光入射面(第1光入射面または第2光入射面)との接線に垂直な方向において、)における導光板30の第1光入射面30dまたは第2光入射面30eから光射出面30aに直交する方向の厚みが最大となる位置までの長さ、本実施形態では、導光板の光の入射する方向(本実施形態では、導光板30の第1光入射面30dに垂直な方向、以下「光軸方向」ともいう。)の半分の長さ(2等分線αの位置までの長さ)をL、導光板30に含まれる散乱粒子の密度(単位体積あたりの粒子数)をN、補正係数をKとした場合に、Φ・N・L・Kの値が1.1以上であり、かつ8.2以下であり、さらに、補正係数Kの値が0.005以上0.1以下であるという関係を満たしているのがよい。導光板30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射出面30aから射出することができる。
一般的に、平行光束を等方媒質に入射させた場合の透過率Tは、Lambert−Beer則により下記式(1)で表される。
T=I/I=exp(−ρ・x)・・・(1)
ここで、xは距離、Iは入射光強度、Iは射出光強度、ρは減衰定数である。
上記減衰定数ρは、粒子の散乱断面積Φと媒質に含まれる単位体積当たりの粒子数Npとを用いて下記式(2)で表される。
ρ=Φ・N・・・(2)
したがって、導光板に入射した光の進行方向に平行な方向における導光板の入射面から厚みが最も厚い位置までの長さ、本実施形態では、導光板の光軸方向の半分の長さをLとすると、光の取り出し効率Eoutは、下記式(3)で与えられる。ここで、導光板の光軸方向の半分の長さLは、導光板30の光入射面に垂直な方向における導光板30の一方の光入射面から導光板30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L離間した位置に到達する光の割合であり、例えば、図2に示す導光板30の場合は、端面に入射する光に対する導光板の中心(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。
out∝exp(−Φ・N・L)・・・(3)
ここで式(3)は有限の大きさの空間におけるものであり、式(1)との関係を補正するための補正係数Kを導入する。補正係数Kは、有限の空間の光学媒質中で光が伝搬する場合に経験的に求められる無次元の補正係数である。そうすると、光の取り出し効率Eoutは、下記式(4)で表される。
out=exp(−Φ・N・L・K)・・・(4)
式(4)に従えば、Φ・N・L・Kの値が3.5のときに、光の取り出し効率Eoutが3%であり、Φ・N・L・Kの値が4.7のときに、光の取り出し効率Eoutが1%である。
この結果より、Φ・N・L・K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。
したがって、Φ・N・L・Kの値は大きいほど導光板として好ましい性質であることが分かる。つまり、Φ・N・L・Kの値を大きくすることで、光の入射面と対向する面から射出される光を少なくし、光射出面から射出される光を多くすることができる。すなわち、Φ・N・L・Kの値を大きくすることで、入射面に入射する光に対する光射出面から射出される光の割合(以下「光利用効率」ともいう。)を高くすることができる。具体的には、Φ・N・L・Kの値を1.1以上とすることで、光利用効率を50%以上にすることができる。
ここで、Φ・N・L・Kの値は大きくすると、導光板30の光射出面30aから射出する光の照度むらが顕著になるが、Φ・N・L・K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30のΦ・N・L・K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8.0以下であることがより好ましい。また、Φ・N・L・K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Kは、0.005以上0.1以下(0.005≦K≦0.1)であることが好ましい。
以下、具体例とともに、導光板30についてより詳細に説明する。
まず、散乱断面積Φ、粒子密度N、導光板の光軸方向の半分の長さL、補正係数Kを種々の値とし、Φ・N・L・Kの値が異なる各導光板について、計算機シミュレーションにより光利用効率を求め、さらに照度むらの評価を行った。ここで、照度むら[%]は、導光板の光射出面から射出される光の最大照度をIMaxとし、最小照度をIMinとし、平均照度をIAveとしたときの[(IMax−IMin)/IAve]×100とした。
測定した結果を表1に示す。また、表1における判定は、光利用効率が50%以上かつ照度むらが150%以下の場合を○、光利用効率が50%より小さいまたは照度むらが150%より大きい場合を×として示す。
Figure 2009032664
また、図7に、Φ・N・L・Kの値と光利用効率(光入射面に入射する光に対して光射出面30aから射出される光の割合)との関係を測定した結果を示す。
表1および図7に示すように、Φ・N・L・Kを1.1以上とすることで、光利用効率を大きくすること、具体的には光利用効率を50%以上とすることができ、8.2以下とすることで、照度ムラを150%以下にすることができることがわかる。
また、Kcを0.005以上とすることで、光利用効率を高くすることができ、0.1以下とすることで、導光板からの射出される光の照度むらを小さくすることができることがわかる。
次に、導光板に混錬または分散させる微粒子の粒子密度Nが種々の値の導光板を作成し、それぞれの導光板の光射出面の各位置から射出される光の照度分布を測定した。ここで本実施形態では、粒子密度Nを除いて他の条件、具体的には、散乱断面積Φ、導光板の光軸方向の半分の長さL、補正係数K、導光板の形状等は、同じ値とした。従って、本実施形態では、Φ・N・L・Kは、粒子密度Nに比例して変化する。
このようにして種々の粒子密度の導光板について、それぞれ光射出面から射出される光の照度分布を測定した結果を図8に示す。図8は、縦軸を照度[lx]とし、横軸を導光板の一方の光入射面からの距離(導光長)[mm]とした。
さらに、測定した照度分布の導光板の側壁から射出される光の最大照度をIMaxとし、最小照度をIMinとし、平均照度をIAveとしたときの照度むら[(IMax−IMin)/IAve]×100[%]を算出した。
図9に、算出した照度むらと粒子密度との関係を示す。図9では、縦軸を照度むら[%]とし、横軸を粒子密度[個/m3]とした。また、図9には、横軸を同様に粒子密度とし、縦軸を光利用効率[%]とした、光利用効率と粒子密度との関係も併せて示す。
図8、図9に示すように、粒子密度を高くする、つまりΦ・N・L・Kを大きくすると、光利用効率は高くなるが、照度むらも大きくなる。また、粒子密度を低くする、つまり、Φ・N・L・Kを小さくすると、光利用効率は低くなるが、照度むらを小さくなることがわかる。
ここで、Φ・N・L・Kを1.1以上8.2以下とすることで、光利用効率を50%以上とし、かつ、照度むらを150%以下とすることができる。照度むらを150%以下とすることで、照度むらを目立たなくすることができる。
つまり、Φ・N・L・Kを1.1以上8.2以下とすることで、光利用効率を一定以上とし、かつ照度むらも低減することができることがわかる。
次に、光学部材ユニット32について説明する。
光学部材ユニット32は、導光板30の光射出面30aから射出された照明光をより輝度むらのない光にして、照明装置本体24の光射出面24aからより輝度むらのない照明光を射出するためのもので、図2に示すように、導光板30の光射出面30aから射出する照明光を拡散して輝度むらを低減する拡散シート32aと、光入射面と光射出面との接線と平行なマイクロプリズム列が形成されたプリズムシート32bと、プリズムシート32bから射出する照明光を拡散して輝度むらを低減する拡散シート32cとを有する。
また、光学部材ユニット32には、光源28と導光板30とを固定するための固定部材31aに固定するために、導光板30の光射出面30aに設けた第1丸穴60a、第2丸穴60c、第1長穴62a、第2長穴62cに対応した位置に、同様な丸穴および長穴が設けられているのが好ましい。なお、図示されていないが、光学部材ユニット32には、導光板30を筐体40の上部筐体42および下部筐体44に連結するために、導光板30の光射出面30aに設けられた第3丸穴61a、第3長穴63aおよび第4長穴63bに対応した位置に、同様な丸穴および長穴が設けられているのが好ましい。
拡散シート32aおよび32c、プリズムシート32bとしては、本出願人の出願に係る特開2005−234397号公報の[0028]〜[0033]に開示されているものを適用することができる。
なお、本実施形態では、光学部材ユニットを2枚の拡散シート32aおよび32cと、2枚の拡散シートの間に配置したプリズムシート32bとで構成したが、プリズムシートおよび拡散シートの配置順序や配置数は特に限定されず、また、プリズムシート、拡散シートとしても特に限定されず、導光板30の光射出面30aから射出された照明光の輝度むらをより低減することができるものであれば、種々の光学部材を用いることができる。
例えば、光学部材として、上述の拡散シートおよびプリズムシートに、加えてまたは代えて、拡散反射体からなる多数の透過率調整体を輝度むらに応じて配置した透過率調整部材も用いることもできる。
次に、照明装置本体の反射板34について説明する。
反射板34は、導光板30の第1傾斜面30bおよび第2傾斜面30cから漏洩する光を反射して、再び導光板30に入射させるために設けられており、光の利用効率を向上させることができる。反射板34は、導光板30の第1傾斜面30bおよび第2傾斜面30cに対応した形状で、第1傾斜面30bおよび第2傾斜面30cを覆うように形成される。本実施形態では、図2に示すように導光板30の第1傾斜面30bおよび第2傾斜面30cが断面三角形状に形成されているので、反射板34もこれに補形する形状に形成されている。
反射板34は、導光板30の傾斜面から漏洩する光を反射することができれば、どのような材料で形成されてもよく、例えば、PETやPP(ポリプロピレン)等にフィラーを混練後延伸することによりボイドを形成して反射率を高めた樹脂シート、透明もしくは白色の樹脂シート表面にアルミ蒸着などで鏡面を形成したシート、アルミ等の金属箔もしくは金属箔を担持した樹脂シート、あるいは表面に十分な反射性を有する金属薄板により形成することができる。
上部誘導反射板36は、導光板30と拡散シート32aとの間、つまり、導光板30の光射出面30a側に、光源28および導光板30の光射出面30aの端部(第1光入射面30d側の端部および第2光入射面30e側の端部)を覆うように固定部材31aの内側にそれぞれ配置されている。言い換えれば、上部誘導反射板36は、光軸方向に平行な方向において、導光板30の光射出面30aの一部から光源28のアレイ基板54の一部までを覆うように配置されている。つまり、2つの上部誘導反射板36が、導光板30の両端部にそれぞれ配置されている。
このように、上部誘導反射板36を配置することで、光源28から射出された光が導光板30に入射することなく、光射出面30側に漏れ出すことを防止できる。
これにより、光源28のLEDチップ50から射出された光を効率よく導光板30の第1光入射面30dおよび第2光入射面30eに入射させることができ、光利用効率を向上させることができる。
下部誘導反射板38は、導光板30の光射出面30a側とは反対側、つまり、第1傾斜面30bおよび第2傾斜面30c側に、光源28の一部を覆うように固定部材31aの内側に配置されている。また、下部誘導反射板38の導光板中心側の端部は、反射板34と連結されている。
下部誘導反射板38を設けることで、光源28から射出された光が導光板30に入射することなく、導光板30の第1傾斜面30bおよび第2傾斜面30c側に漏れ出すことを防止できる。
これにより、光源28のLEDチップ50から射出された光を効率よく導光板30の第1光入射面30dおよび第2光入射面30eに入射させることができ、光利用効率を向上させることができる。
ここで、上部誘導反射板36および下部誘導反射板38としては、上述した反射板34に用いる各種材料を用いることができる。
なお、本実施形態では、反射板34と下部誘導反射板38と連結させたが、これに限定されず、それぞれを別々の部材としてもよい。
なお、上部誘導反射板36および下部誘導反射板38には、それぞれ、光源28と導光板30とを一体化するための固定部材31aに固定するために、導光板30の光射出面30aに設けられた第1丸穴60a、60b、第2丸穴60c、60d、第1長穴62a、62b、第2長穴62c、62dに対応した位置に、同様な丸穴および長穴が設けられているのが良い。また、図示されていないが、上部誘導反射板36および下部誘導反射板38には、導光板30を筐体40の上部筐体42および下部筐体44に連結するために、導光板30の光射出面30aに設けられた第3丸穴61a、第3長穴63aおよび第4長穴63bに対応した位置に、同様な丸穴および長穴が設けられているのが好ましい。
ここで、上部誘導反射板36および下部誘導反射板38は、光源28から射出された光を第1光入射面30dまたは第2光入射面30e側に反射させ、光源28から射出された光を第1光入射面30dまた第2光入射面30eに入射させることができ、導光板30に入射した光を導光板30中心側に導くことができれば、その形状および幅は特に限定されない。
また、本実施形態では、上部誘導反射板36を導光板30と拡散シート32aとの間に配置したが、上部誘導反射板36の配置位置はこれに限定されず、光学部材ユニット32を構成するシート状部材の間に配置してもよく、光学部材ユニット32と固定部材31aとの間に配置してもよい。
次に、固定手段31について説明する。
固定手段31は、光源28と導光板30とを固定して一体化する固定部材31aと、光源28を固定部材31aに固定する複数のネジ31b、31cと、導光板30を固定部材31aに固定する複数の固定ピン31d、31eとを有する。
固定部材31aは、光源28と導光板30との光軸距離および光軸垂直距離を一定に保って光源28と導光板30とを固定して一体化し、導光板30の伸縮に対応して、すべり機構48によって、摺動部材固定部材48aによって筐体40に固定された上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48c上を摺動させるためのものである。固定部材31aは、断面形状がU字型をした柱状部材である。
固定部材31aは、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cに摺接することで、導光板30が導光板30の光入射面30d、30eに垂直な方向に伸縮しても、導光板30に反りが生じることを防止する。
ここで、固定部材31aと上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cとの接触面積が大きければ、摺動する部分の摩擦力は大きくなり、両者の接触面積が小さければ、摺動する部分摩擦力は小さくなる。したがって、固定部材31aの形状は、導光板30が伸張する場合には、固定部材31aと、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cとの接触面積が大きくなり、摺動する部分の摩擦力が大きくなって固定部材31aの摺動を抑制し、導光板30が縮む場合には、固定部材31aと、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cとの接触面積が小さくなり、摺動する部分の摩擦力が小さくなって固定部材31aの摺動を容易にする形状とするのが望ましい。
図2に示すように、光源28は、複数のネジ31b、31cによって、導光板30、光学部材ユニット32および反射板34は、固定ピン31d、31eによって固定手段31に一体的に固定される。
すなわち、光源28は、そのネジ穴52c、52dおよび固定部材31aのネジ穴にそれぞれネジ31b、31cを螺合させることによって固定部材31aに位置決めされて固定される。
導光板30の第1側面30f側の両側において、導光板30の光射出面30aおよび背面にそれぞれ設けられた第1丸穴60aおよび60bと、第2丸穴60cおよび60dとには、固定部材31aに設けられた嵌合穴に嵌めこまれた固定ピン31d、31eが嵌め込まれることにより、導光板30は固定部材31aに位置決めされて固定される。なお、第1丸穴60a、60bおよび第2丸穴60c、60dの穴径は、固定ピン31d、31eの外径と略同一である。そのため、導光板30は、その第1側面30f側において、その第1および第2光入射面30dおよび30eに垂直な方向に対しても、平行な方向に対しても、固定部材31aによって位置決めされる。その結果、固定部材31aによって、光源28と導光板30は一体化されて固定され、光源28の光出射面と導光板30の第1および第2光入射面30dおよび30eとの間の距離が一定に保たれる。
一方、導光板30の第2側面30g側の両側において、導光板30の光射出面30aおよび背面にそれぞれ設けられた第1長穴62aおよび62bと、第2長穴62cおよび62dとには、固定部材31aに設けられた嵌合穴に嵌めこまれた固定ピン31dおよび31eが挿入される。なお、第1長穴62aおよび62b、ならびに第2長穴62cおよび62dは、導光板30の第1および第2光入射面30dおよび30eに平行な方向に長い長穴であり、その垂直な方向の穴径は、固定ピン31d、31eの外径と略同一である。そのため、固定ピン31dおよび31eは、それぞれ第1長穴62aおよび62b、ならびに第2長穴62cおよび62dに対し、導光板30の第1および第2光入射面30dおよび30eに垂直な方向に対しては移動せず固定され(嵌り)、平行な方向に対しては移動移動可能に挿入される。
したがって、導光板30は、その第2側面30g側の両側において、その第1および第2光入射面30dおよび30eに垂直な方向に対しては固定部材31aに位置決めされて固定されるが、平行な方向に対しては、固定部材31aに対して位置決めされず、移動可能である。
その結果、導光板30の第1および第2光入射面30dおよび30eに垂直な方向に対しては、固定部材31aによって光源28と導光板30は一体化されて固定され、光源28の光出射面と導光板30の第1および第2光入射面30dおよび30eとの間の距離が一定に保たれる。
一方、導光板30の第1および第2光入射面30dおよび30eに平行な方向に対しては、導光板30の伸縮に応じて、固定ピン31dおよび31eが、それぞれ第1長穴62aおよび62b、ならびに第2長穴62cおよび62d内を移動(摺動)して、導光板30の伸縮による反りを防ぐことができる。
以上から、導光板30の第1側面30f側においても、その第2側面30g側においても、固定部材31aによって、光源28と導光板30は一体化されて固定され、光源28の光出射面と導光板30の第1および第2光入射面30dおよび30eとの間の距離が一定に保たれる。このようにすることにより、第1および第2光入射面30dおよび30eの側に配置された光源28が、導光板30の伸縮によって破壊されることはない。また、光源28から導光板30の第1および第2光入射面30dおよび30eにそれぞれ入射する光の光入射効率の低下を引き起こすことがない。
このように光源28と導光板30とが固定され一体化されていたとしても、導光板30の光入射面(30d、30e)に平行な方向に対して導光板30の伸縮が生じると、導光板30の伸縮に応じて固定ピン31dおよび31eの位置が長穴内で、その長軸方向に移動するので、導光板30は自由に伸縮することができ、導光板30に反りが生じることを抑えることができ、導光板30から出射される光の輝度ムラを抑えることができる。
また、導光板30を大型化しても導光板30が導光板の光入射面(30d、30e)に平行な方向に自由に伸縮することにより、導光板30に反りが生じることを抑えることができる。
導光板30に設けられた丸穴60a〜60dおよび長穴62a〜62dに対応して、光学部材ユニット32および反射板34(上部誘導反射板38および下部誘導反射板36)に設けられた丸穴および長穴は、固定部材31aと導光板30、光学部材ユニット32および反射板34とをそれぞれ固定するためのピン31および31eを通すために設けられたものである。
丸穴60a、60bおよび60c、60dは、導光板30の角隅30iおよび角隅30kの内側近傍に設ける。このようにすることにより、液晶表示装置10、従って、バックライトユニット20を光入射面30d、30eに平行な方向を上下方向にして設置したときにも、導光板30の位置が上下方向にずれて導光板30が損傷することを防止することができる。
丸穴の配置構成はこれに限定されず、液晶表示装置10、従って、バックライトユニット20の配置やその方向に応じて、導光板30の位置がずれない位置に丸穴を配置することにより、導光板30が損傷することを防止することができる。
なお、本実施形態では、光源28の光源支持部52の上面52aおよび下面52bのそれぞれ2箇所にネジ穴52c、52dを設けて光源28と固定部材31aとを固定しているが、光源28と固定部材31aとを固定できればネジ穴の配置および個数はこれに限定されない。
また、本実施形態では、光源28と固定部材31aとを固定するためにネジを利用しているが、光源28と固定部材31aとを固定具はこれに限定されず、公知の種々の固定具を用いることができる。例えば、光源28と固定部材31aとを接着剤を用いて固定しても良い。このようにすることで、光源支持部52にネジ穴を設ける必要がないので、より簡略な構造とすることができる。
また、導光板30と固定部材31aを固定する方法も丸穴およびピンに限定されない。例えば、丸穴およびピンの代わりに、導光板30の光射出面30aおよび導光板30の背面側の角の内側に接着剤を付け、導光板30と固定部材31aとを固定しても良い。
次に、筐体40について説明する。
図2に示すように、筐体40は、照明装置本体24を収納して支持し、かつその光射出面30a側と導光板30の第1傾斜面30bおよび第2傾斜面30c側とから挟み込み、固定するものであり、下部筐体42、上部筐体44、補強部材46およびすべり機構48とを有する。
下部筐体42は、上面が開放されており、底面部と、底面部の4辺に設けられ、底面部に垂直な側面部とで構成された形状である。つまり、1面が開放された略直方体の箱型形状である。下部筐体42は、図2に示すように、上方から収納された照明装置本体24を底面部および側面部で支持すると共に、照明装置本体24の光射出面24a以外の面、つまり、照明装置本体24の光射出面24aとは反対側の面(背面)および側面を覆っている。
上部筐体44は、上面に、照明装置本体24の矩形状の光射出面24aとなる、導光板30の矩形状の光射出面30aより小さい矩形状の開口が形成され、かつ下面が開放された直方体の箱型形状である。
上部筐体44は、図2に示すように、面状照明装置本体24および下部筐体42の上方(光射出面側)から、照明装置本体24およびこれが収納された下部筐体42をその4方の側面部22bも覆うように被せられて配置されている。
補強部材46は上部筐体44と下部筐体42の間に設けられている断面形状がロの字型の棒状部材である。
補強部材は、図2に示すように、上部筐体44および下部筐体42に対してネジ46aおよび46bによって連結されている。
このように、下部筐体42と上部筐体44との間に補強部材46を配置することで、筐体40の剛性を高くすることができ、導光板30が反ることを防止できる。これにより、例えば、輝度むらがないまたは少なく光を効率よく射出させることができる反面、反りが生じ易い導光板を用いる場合であっても、反りをより確実に矯正でき、または、導光板に反りが生じることをより確実に防止でき、輝度むら等のない、または低減された光を光射出面から射出させることができる。
また、下部筐体42および上部筐体44と補強部材46をネジ46a、46bによって締め付けて固定することで、すべり機構48に固定手段31、特に、固定部材31aを締め付ける応力を生じさせることができる。
なお、筐体40の下部筐体42、上部筐体44および補強部材46には、金属、樹脂等の種々の材料を用いることができる。なお、材料としては、軽量で高強度の材料を用いることが好ましい。
すべり機構48は、固定手段31の固定部材31aを導光板30の光入射面30d,30eに垂直な方向の伸縮に応じて摺動可能にするためのものであり、バネ材47、摺動部材固定部材48a、48d、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cで構成されている。
バネ材47は、摺動部材固定部材48aと固定部材31aの間に設けられ、第1および第2光入射面30dおよび30e側にそれぞれ設けられた固定部材31aを、それぞれ第1および第2光入射面30dおよび30e側からそれぞれ導光板30の中心方向に付勢するものであり、導光板30の光入射面30dおよび30eに垂直な方向における筐体40に対する固定部材31aの位置決めをするものである。
また、バネ材47は、導光板30の第1側面30gおよび第2側面30fと筐体40との間にも同様に設けられ、導光板30の光入射面30dおよび30eに平行な方向における筐体40に対する位置決めを行う。
摺動部材固定部材48a、48dは、固定手段31(固定部材31a)を摺動させる上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cを保持するためのものである。摺動部材固定部材48a、48dは、下部筐体42と上部筐体44との間に設けられ、摺動部材固定部材48dの裏側に上部摺動部材48bが配置され、摺動部材固定部材48aの上面に下部摺動部材48cが配置される。
上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cは、固定手段31(固定部材31a)を挟み込み、固定手段31(固定部材31a)を、導光板30の光入射面に垂直な方向の伸縮に対応して摺動させるものである。上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cは、それぞれ図2に示したように板状の部材である。
ところで、図2および図3には示されていないが、本発明の好ましい態様として、上述した図4(A)および図6に示すように、導光板30の3つの角隅30i、30jおよび30kには、導光板30を筐体40の上部筐体42および下部筐体44に連結するための第3丸穴61a、第3長穴63aおよび第4長穴63bが設けられており、また、上述したように、導光板30の第3丸穴61a、第3長穴63aおよび第4長穴63bに対応して、拡散シート32a、プリズムシート32bおよび拡散シート32cなどからなる光学部材ユニット32、ならびに上部誘導反射板36および下部誘導反射板38にも、同様の丸穴および長穴(図示せず)が設けられている。一方、筐体40の上部筐体42および下部筐体44には、これに収納される導光板30の第3丸穴61a、第3長穴63aおよび第4長穴63bに対応する位置に、ピンを固定するための丸穴(図示せず)が穿孔されている。これらの導光板30の第3丸穴61a、第3長穴63aおよび第4長穴63b、ならびに光学部材ユニット32および上部誘導反射板36および下部誘導反射板38の対応する丸穴および長穴には、穴径(長穴の場合は短径)に略等しいピン(図示せず)が嵌め込まれ、これらのピンが筐体40の上部筐体42および下部筐体44に穿孔された丸穴にも嵌め込まれて固定される。
このとき、図4(A)および図6に示すように、導光板30の角隅30iには、丸穴61aが設けられているので、導光板30は、角隅30iにおいては、筐体40に固定された図示しないピンによって筐体40に対し移動不能に固定される。
しかし、導光板30の角隅30jには光入射面30d、30eに平行な方向に長い長穴63aが設けられ、角隅30lには筐体40と連結する穴が設けられていないので、筐体40に固定された、図示しないピンは、長穴63aに嵌め込まれていても、長穴63a内を光入射面30d、30eに平行な方向に移動可能であるので、導光板30は、筐体40に対し光入射面30d、30eに平行な方向には移動でき、伸縮可能である。その結果、導光板30の伸縮による反りを防ぐことができる。
また、導光板30の角隅30kには光入射面30d、30eに垂直な方向に長い長穴63bが設けられ、角隅30lには筐体40と連結する穴が設けられていないので、筐体40に固定された、図示しないピンが長穴63bに嵌め込まれていても、長穴63b内を光入射面30d、30eに垂直な方向に移動可能であるので、導光板30は、筐体40に対し、光入射面30d、30eに垂直な方向には移動でき、伸縮可能である。その結果、導光板30の伸縮による反りを防ぐことができる。
こうして、導光板30を筐体40に伸縮自在に保持することができる。
また、上述したように、導光板30の第3丸穴61a、第3長穴63aおよび第4長穴63bに対応して、拡散シート32a、プリズムシート32bおよび拡散シート32cなどからなる光学部材ユニット32、ならびに上部誘導反射板36および下部誘導反射板38にも、同様の丸穴および長穴(図示せず)が設けられているので、導光板30や拡散シート32a、プリズムシート32bおよび拡散シート32cなどの光学部材ユニット32の伸縮率が異なっていても、これらにたわみや反りが発生しない保持機構を実現することができる。
上述したように、導光板30は筐体40に伸縮自在に保持されており、筐体40と、導光板30および光源28を一体化した固定部材31aとの間にすべり機構48が設けられているので、導光板30に導光板30の光入射面30dおよび30eに垂直な方向に伸縮が生じた場合、固定部材31aは,導光板30の伸縮に応じてすべり機構48によって摺動することができる。このようにすることにより、導光板30がその光入射面に垂直な方向に伸縮したことによる導光板30の反りを抑えることができ、導光板30の光射出面30aから出射される光の輝度ムラを抑えることができる。さらに、大型の導光板においても導光板30は導光板30の光入射面に垂直な方向に自由に伸縮できるため、導光板30の光射出面30aから出射される光の輝度ムラを抑えることができる。
また、固定部材31aには導光板30と光源28が光軸距離および光軸垂直距離を一定に保つように固定されているため、固定部材31aが摺動しても導光板30と光源28の光軸距離は一定に保たれる。このようにすることにより、導光板30がその光入射面に垂直な方向に伸縮して、導光板30の光入射面30dおよび30eが光源28を圧迫して破壊することや、光源28から導光板30に入射する光の光入射効率が低下することを防ぐことができる。
本実施形態において、すべり機構48は図2の形状の上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cを有することで、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cと固定部材31aとの間には導光板30の伸縮する力に応じた摩擦力を生じさせることができる。
導光板30とすべり機構48の上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cとの接触面積は導光板の伸縮が小さい場合には接触面積が少なく、導光板30の伸縮が大きい場合には接触面積が大きくなる。上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cと固定部材31aとの間に働く摩擦力は接触面積が小さいときには小さく、接触面積が大きいときには大きくなる。よって、導光板30とすべり機構48の上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cとの間に働く摩擦力は、導光板30の伸縮が小さい場合には小さく、導光板30の伸縮が大きい場合には大きくなる。
こうして、すべり機構48の上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cの形状を図2のようにすることで、導光板30の伸縮する力に対応した摩擦力をすべり機構48の上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cと固定部材31aとの間に生じさせ、導光板30の伸張に対して抵抗として働くことができる。
本実施形態においては、導光板30の伸縮する力に対応した摩擦力を図2のような板状の上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cを用いて生じさせたが、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cの形状はこれに限定されない。例えば、図10のように上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cの形状は、断面が三角形状であってもよい。
図10のように上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cの断面が三角形状である場合、導光板30の伸縮が小さい場合には、上部摺動部材48bと下部摺動部材48cとの幅が広いので、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cと固定部材31aとの間に働く摩擦力は小さい。導光板30の伸縮が大きくなると、固定部材31aは、上部摺動部材48bと下部摺動部材48cとの幅が狭いところをすべらなければならないので、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cと固定手段31との間に働く摩擦力は大きくなる。つまり、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cの断面を三角形状とすることでも、導光板30の伸縮する力に対応した摩擦力を上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cと固定部材31aの間に生じさせることができる。なお、図10に示す実施形態では、すべり機構48は、三角形状の上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cによって固定部材31aへの付勢力が働くので、図3に示すすべり機構48のようにバネ材47を有していなくても良い。
なお、図示例においては、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cにテフロン、金属等種々の材料を用いることができる。また、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cを別に設けずに、下部筐体42および上部筐体44に油を塗布することによって上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cとしても良い。
また、本実施形態においては上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cを上部筐体44の裏面と下部筐体42の上面に設けたが、これに限定されない。例えば、上部摺動部材48bのみ、もしくは下部摺動部材48cのみに設けた構造としてもよい。このようにすることにより、筐体40の構造をより簡素な構造とすることができる。
下部筐体42、上部筐体44および補強部材46とはネジ46a、46bによって連結されている。ネジ46a、46bのネジ止めによる応力によって、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cによって固定手段31(固定部材31a)を挟み込む応力を決定する。また、このようにネジの締め付け応力によって固定部材31aと上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cとの間に生じる摩擦力をコントロールすることができる。
ここで、固定部材31aと上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cとの摩擦力の方が、導光板30が伸縮する力よりも大きいと、固定部材31aは、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cを摺動することができず、導光板30が伸縮した際に導光板30に生じる反りを抑えることができない。
また、ネジ46a、46bによって上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cにかかる応力は、ネジ46a、46bによって押さえる力が一定であったとしても、応力分布があるため場所によって異なる。
よって、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cを配置する位置はネジ46a、46bによる応力の大きさと応力分布に応じて決めるのが望ましい。以下、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cの位置を決める方法について詳細に記述する。
導光板30のヤング率をYとし、長さをL、伸びをΔL、平均断面積をAaveとすると、導光板30の伸縮による押し出す力Fは
F=Y・Aave・(ΔL/L)
となる。
導光板30を押さえる力を上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cの端部に集中する形で代表させ、Gとし、接触面の静止摩擦係数をμとすると、
F>μ・G
が導光板30を固定する固定部材31aが上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cに対して滑り始める条件となる。
ここで、実際の形状において導光板30の伸縮による力Fの例を挙げる。導光板30の材質にはアクリルを用い、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cとしてテフロンを用いた場合、導光板30のヤング率が1.5〜3MPa=1.5〜3MN/m、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cの静止摩擦係数が0.01となる。ここで、この静止摩擦係数の値は固定部材31aの上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cが設けられたときの値である。24時間での導光板30の体積膨張率を0.3%とする。また、導光板30の入光部の光射出面30aに垂直な方向の幅が2mm、導光板30の2等分線αにおける光射出面30aに垂直な方向の幅が3.6mmの導光板を用いた場合、導光板のサイズと平均断面積Aaveおよび導光板30の伸縮による力Fは表2のようになる。
Figure 2009032664
次に、応力分布を考慮にいれた場合での、固定部材31aが上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cに対して滑り始める条件を述べる。
ネジ46a、46bをM3のネジとし、固定部材31aを締め付けるとその締め付け力は60kg程度となる。これは、ネジ山に直接加わる力であり、ネジ近傍には、ワッシャーなどで力が配分される。実際には、ネジ46a、46bの締め付け力が直接被圧着物に加わるのではなく、分布を伴う圧力が、微小領域加わり、これが、垂直抗力になると考えられる。応力分布は、一次元でG(x)と考えると、x=0の位置が、近似的にネジの締め付け力と考えられる。ネジ46a、46bからある距離x離れた位置での摩擦力T(x)は、
T(x)=μ・G(x)
であり、
T(x)=μ・G(x)<F=Y・Aave・(ΔL/L)・・・(5)
が、導光板30と光源28を固定した固定部材31aが上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cに対して摺動できる条件となる。
図11はx=0、x=25の位置にそれぞれネジ止め固定した場合の応力分布を測定した結果を示す。縦軸は応力の大きさ、横軸はネジ止めした位置からの距離を示している。2つの実線は、固定部材31aと上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cの素材が両方ともアルミニウムである場合と片方の部材の素材がアルミニウムでもう一方の部材の素材が樹脂である場合を示している。図11に示すように応力分布G(x)はネジ止めした位置から応力が下がっていき、中心部で停留部を有し、もう一方のネジ止めの位置に向かって応力が再度上がっていく。この応力が停留値となる部分にすべり機構48を配置する。このようにすることで、応力の小さい箇所に上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cを配置するため、導光板30の伸縮する力と固定部材31aとすべり機構48との間に働く摩擦力が上記5式を満たしやすくなる。また、停留部において応力は一定になっているので、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cの位置決めが容易になり、より確実に固定部材31aがすべり機構48によって摺動するようにできる。
以上のように導光板の伸縮による力、ネジ46a、46bの締め付け応力および応力分布を考慮したうえで、すべり機構48の上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cの位置を決定する。このようにすることで導光板30の伸縮による力に応じて確実に固定部材31aが上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48c上をすべり機構48によって摺動することができる。
本実施形態の面状照明装置10は、さらに、摺動部材固定部材48aの下部に連結して光源28の熱を吸収するヒートシンク64と、反射板34と下部筐体42との間にヒートシンク64と連結して設けられた放熱を行うヒートパイプ66が配置されている。
ヒートシンク64は、光源28から放熱された熱を、摺動部材固定部材48aを通して吸収し、放熱またはヒートパイプ66へと熱を伝える。
ヒートパイプ66は、ヒートパイプ66の一端に連結されたヒートシンク64から伝えられた熱をヒートパイプ66の他端から放熱する。
このようなヒートシンク64とヒートパイプ66を設けることによって光源28から生じる熱を効率よくヒートパイプ66に移動させ、ヒートパイプ66から放熱することができる。そのため、光源の発光効率が低い場合でも光源を冷却するため、光源の発光光量を大きく出来、大型のバックライトユニットを実現できる。また、逆に光源を冷却することにより、更に光源の発光光量を増大し、大型のバックライトユニットを実現できる。
また、ヒートシンクは、空冷方式に限定されず、水冷方式も用いることができる。
また、下部筐体42の裏側には、光源の電源(図示せず)を収納する電源収納部49(図1参照)が取り付けられている。
面状照明装置20は、基本的に以上のような構成である。
面状照明装置20は、導光板30の両端にそれぞれ配置された光源28から射出された光が導光板30の光入射面(第1光入射面30dおよび第2光入射面30e)に入射し、さらに、導光板30の他方の両端にそれぞれ配置された副光源29から射出された光が、側面(第1側面30fおよび第2側面30g)に入射する。それぞれの面から入射した光は、導光板30の内部に含まれる散乱体によって散乱されつつ、導光板30内部を通過し、直接、または第1傾斜面30bおよび第2傾斜面30cで反射した後、光射出面30aから射出する。このとき、第1傾斜面30bおよび第2傾斜面30cから漏出した一部の光は、反射板34によって反射され再び導光板30の内部に入射する。
このようにして、導光板30の光射出面30aから射出された光は、光学部材32を透過し、照明装置本体24の光出面24aから射出され、液晶表示パネル12を照明する。
液晶表示パネル12は、駆動ユニット14により、位置に応じて光の透過率を制御することで、液晶表示パネル12の表面上に文字、図形、画像などを表示する。
なお、導光板は、上記形状に限定されず、光入射面から離れるに従って、導光板の厚みが厚くなる形状であれば、種々の形状とすることができる。
例えば、第1傾斜面30bおよび第2傾斜面30cには、第1光入射面30dおよび第2光入射面30eと平行な方向にプリズム列を形成してもよい。また、このようなプリズム列の代わりに、プリズムに類する光学素子を規則的に形成することもできる。例えば、レンチキュラーレンズ、凹レンズ、凸レンズ、ピラミッド型など、レンズ効果を有する光学素子を導光板の傾斜面に形成することもできる。
また、本実施形態は、光射出面からより輝度の高い光を効率よく射出することができるため、導光板30の光入射面30aを光入射面と交わる辺が長辺となり、側面と交わる辺が短辺となる形状としたが、本発明はこれに限定されず、光射出面を正方形形状としてもよく、光入射面側を短辺とし側面側を長辺としてもよい。
ここで、導光板30は、第1傾斜面と第2傾斜面との接続部をR形状とすることが好ましい。第1傾斜面と第2傾斜面との接続部をR形状とし、2つの面を滑らかに接続することで、第1傾斜面と第2傾斜面との交線で輝線等の輝度むらが生じることを防止することができる。
ここで、本実施例は、導光板の傾斜面を断面が直線となる形状としたが、第1傾斜面および第2傾斜面(つまり、背面)の形状は特に限定されず、曲面としてもよく、第1傾斜面および第2傾斜面をそれぞれ複数の傾斜部で構成してもよい。つまり、傾斜面を位置に応じて傾斜角が異なる形状としてもよい。また、傾斜面を光射出面側に凸形状としても、凹形状としてもよく、凹凸を組み合わせた形状としてもよい。
ここで、傾斜面は、光入射面から導光板の中心(もしくは、導光板の厚みの最も厚い位置)に向かうに従って、光射出面に対する傾斜面の傾斜角が緩やかになる形状とすることが好ましい。傾斜面の傾斜角を徐々に緩やかにすることで、光射出面からより輝度むらのない光を射出させることができる。
さらに、傾斜面は、断面の形状を10次多項式で表すことができる非球面形状とすることがより好ましい。傾斜面を上記形状とすることで、導光板の厚みによらず、より輝度むらのない光を射出させることができる。
また、導光板の形状は、本実施形態の形状に限定されず、例えば、第1傾斜面と第2傾斜面とが異なる傾斜となる形状としてもよい。また、第1光入射面から導光板の厚みが最大となる位置までの距離と、第2光入射面から導光板の厚みが最大となる位置までの距離とが異なる形状としてもよい。つまり、第1傾斜面の光軸方向の長さと第2傾斜面の光軸方向の長さが異なる形状としてもよい。
導光板をこのような形状とすることでも、薄型を維持しつつ、光入射面から遠い位置まで光を到達させることができる。これにより導光板を薄型化でかつ光射出面を大型化することができる。
導光板を上記のような形状とした場合も、光の入射する方向において導光板の光入射面から光射出面に直交する方向の厚みが最大となる位置までの長さをLとし、上述のΦ・N・L・Kが1.1以上8.2以下を満たし、かつ、0.005≦K≦0.1を満たすことが好ましい。上記範囲を満たすことで照度むらが低減され、かつ光利用効率を高い光を光射出面から射出させることができる。
また、上記の透明樹脂に可塑剤を混入して導光板を作製してもよい。
このように、透明材料と可塑剤とを混合した材料で導光板を作製することで、導光板をフレキシブルにすること、つまり、柔軟性のある導光板とすることができ、導光板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。
このように導光板をフレキシブルにすることにより、例えば、導光板、または、この導光板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。
ここで、可塑剤としては、フタル酸エステル、具体的には、フタル酸ジメチル(DMP)、フタル酸ジエチル(DEP)、フタル酸ジブチル(DBP)、フタル酸ジ−2−エチルヘキシル(DOP(DEHP))、フタル酸ジノルマルオクチル(DnOP)、フタル酸ジイソノニル(DINP)、フタル酸ジノニル(DNP)、フタル酸ジイソデジル(DIDP)、フタル酸混基エステル(C〜C11)(610P、711P等)、フタル酸ブチルベンジル(BBP)が例示される。また、フタル酸エステル以外にも、アジピン酸ジオクチル(DOA)、アジピン酸ジイソノニル(DINA)、アジピン酸ジノルマルアルキル(C6、8、10)(610A)、アジピン酸ジアルキル(C7、9)(79A)、アゼライン酸ジオクチル(DOZ)、セバシン酸ジブチル(DBS)、セバシン酸ジオクチル(DOS)、リン酸トリクレシル(TCP)、アセチルクエン酸トリブチル(ATBC)、エポキシ化大豆油(ESBO)、トリメリット酸トリオクチル(TOTM)、ポリエステル系、塩素化パラフィン等が例示される。
以上、本発明に係る面状照明装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。
例えば、上述した本実施形態では、導光板30の第1入射面および第2入射面側にそれぞれ設けられた2つの固定手段31(固定部材31a)が、筐体40に設けられたすべり機構48によって摺動することができるようにしたが、図12のように片側の固定手段31とすべり機構48とを一体化して固定端74とし、筐体40に固定してもよい。このようにすることで、導光板30の筐体40に対する位置決めを容易にすることができる。
ここで、面状照明装置10は、第1光入射面30dが第2光入射面30eよりも鉛直方向上側となるように導光板30を設置することが好ましく、光射出面30aが鉛直方向と平行になり、かつ、第1光入射面30dが第2光入射面30eよりも鉛直方向上側となるように導光板30を設置することがさらに好ましい。
このように、第1光入射面30dが第2光入射面30eよりも鉛直方向上側となるように導光板30を設置することで、筐体40に固定されている端部を鉛直方向上側とし、筐体に対して摺動する固定部材により支持されている端部を鉛直方向下側とすることができる。このように筐体に対して移動する部分を鉛直方向下側に配置することで、各部材の移動をよりスムーズにすることができる。また、導光板30が熱または自重等で伸びた場合にも、鉛直方向に下側に力が作用するため、導光板に反り、撓みが生じる事をより確実に防止することができ、輝度むら等の発生をより確実に防止することができる。
また、本実施形態では、光入射面30d、30eのみに光源28を配置したが、本発明はこれに限定されず、図13のように、光入射面30d、30eに対向して配置された光源28を主光源とし、第1側面30gおよび第2側面30fに対向して副光源29を設けて、第1側面30gおよび第2側面30fをそれぞれ第3光入射面および第4光入射面としもよい。このようにすることで、光射出面から射出される光の輝度をより高くすることができる。
ここで、副光源29を設ける場合にも、図2に示した光源28のときと同様に固定手段31およびすべり機構48を設け、さらに、図13に示すように光源支持部52にネジ穴52c、52dを設け、主光源28と導光板30の光入射面30d、30eとの距離、および副光源29と導光板30の光入射面30f、30gとの距離を一定に保つために、導光板30の光射出面30aの角隅30i,30jおよび30lに、それぞれ、第1丸穴60a、第1長穴62aおよび第2長穴62cを設けると共に、導光板30の角隅30kに設けられた第2円穴60cの代わりに、第1長穴62aおよび第2長穴62cと略同形状の第5長穴62eを設け、さらに、これらに加えて、導光板30の角隅30k,30jおよび30lに、それぞれ、第1長穴62a、第2長穴62cおよび第5長穴62eの長径方向と直交する方向に長径を持つ第6長穴70a、第7長穴71aおよび第8長穴72aを設けることで、導光板30の伸縮による主光源28および副光源29の破壊、主光源28および副光源29による側面への光入射効率の低下、および光射出面30aから出射される光の輝度ムラの発生を同時に防止することができる。なお、導光板30の背面の傾斜面30bおよび30cにも、図示は省略されているが、導光板30の光射出面30aの丸穴および長穴に対応する位置に同様に丸穴および長穴が形成されているのはいうまでもない。
なお、図13に示す例では、図示されていないが、導光板30を筐体40の上部筐体42および下部筐体44に連結するために、図4(A)および図6に示す例と同様に、導光板30には、第3丸穴61a、第3長穴63aおよび第4長穴63bが設けられていても良いのはもちろんである。ここで、図4(A)および図6に示す導光板30の第3丸穴61a、第3長穴63aおよび第4長穴63bは、貫通穴であるが、導光板30の光射出面30a側および背面側で分離されていても良い。
また、上述の1つの丸穴60a、6つの長穴62a、62c、62e、70a、71aおよび72a、ならびにこれらの1つの丸穴および6つの長穴に対応する背面側の1つの丸穴および6つの長穴は、導光板30を固定部材31aに固定して主光源28および副光源29と一体化し、主光源28と導光板30の光入射面30d、30eとの距離、および副光源29と導光板30の光入射面30f、30gとの距離を一定に保つための丸穴および長穴であるので、その機能があれば、光射出面30a側の丸穴および長穴と背面側の丸穴および長穴は、貫通されていても良い。
また、上記実施形態では、導光板が変形した場合も、光射出面に垂直な方向における、光源28の位置及び光射出面30aの位置が同一位置となるように、すべり機構48と固定手段31とを摺動させ、固定ピン31dにより導光板30を支持したが、本発明はこれに限定されない。すべり機構及び固定ピンに替えて、または、加えて光出射面30aに垂直な方向にずれないように一方の光源を支持するガイド手段を設けてもよい。
以下、図14を用いて、本発明の他の実施形態を詳細に説明する。
図14(A)は、本発明の他の実施形態の面状照明装置130の光源、導光板、各補強部材及びガイド手段を模式的に示す部分省略平面図であり、図14(B)は、図14(A)のB−B線断面図である。ここで、本実施形態の面状照明装置130は、図14(A)中左側が鉛直方向上となり、右側が鉛直方向下となる。
図14に示す面状照明装置130は、上主光源210および下主光源212と、導光板30と、第1固定手段(上部固定手段)214と、第2固定手段(下部固定手段)216と、ガイド手段218とを有している。また、図示は省略したが、面状照明装置130は、面状照明装置10と同様に、光学部材ユニット、反射板、下部筐体、上部筐体、補強部材(筐体補強部材)も有する。なお、導光板30は、基本的に上述したバックライトユニット20の導光板30と同様の構成、形状であるので、その詳細な説明は省略する。また、導光板30は、図14(A)に示すように、第1光入射面30dが第2光入射面30eよりも鉛直方向上側となる向きに配置されている。
上主光源210は、導光板30の第1光入射面30dに対向して配置され、下主光源212は、導光板30の第2光入射面30eに対向して配置されている。ここで、導光板30は、第1光入射面30dが第2光入射面30eよりも鉛直方向上側となる向きに配置されているため、上主光源210は、下主光源214よりも鉛直方向上方に配置される。
上主光源210は、複数のLEDチップ50と、光源支持部220とを有し、光源支持部220の第1光入射面30dに対向する面上に複数のLEDチップ50が列状に配置されている。
下主光源214は、複数のLEDチップ50と、光源支持部222とを有し、光源支持部222の第2光入射面30eに対向する面上に複数のLEDチップ50が列状に配置されている。また、本実施形態の光源支持部220、222は、板状の部材である。なお、上主光源210、下主光源212は、光源支持部220、222の端部から端部(後述する補強部材に対応する領域)までLEDが配置されている。
光源支持部220は、また、光源支持部220には、後述する筐体に固定された3つの固定ピンと係合する丸穴220aおよび2つの長穴220b、220cを有している。この丸穴220aは、光射出面30aに平行な面の中心に形成されている。また、2つの長穴220b、220cは、それぞれ丸穴210aに対して所定距離離間した位置に、光源支持部220の長手方向が長軸方向となる向きで形成されている。また、長穴220bと長穴220cとは、丸穴220aを通り、導光板の二等分線αに直交する面を軸として対称に形成されている。
また、光源支持部220には、長手方向の一方の端部に後述する固定ピン236と係合する丸穴220dと、長手方向の他方の端部に後述する固定ピン238と係合する丸穴220eが形成されている。
また、光源支持部222には、長手方向の一方の端部に後述する固定ピン246と係合する丸穴220dと、長手方向の他方の端部に後述する固定ピン238と係合する丸穴220eが形成されている。
第1固定手段214は、固定端224と、第1補強部材226、228と、固定ピン230、232、234、236、238とを有する。
固定端224は、上述した固定端74と同様に、断面形状がU字型をした柱状部材であり、下部筐体と上部筐体とに押さえつけられて筐体に固定されている。また、固定端224は、長手方向には摺動可能な状態で下部筐体と上部筐体とに固定されている。
固定端224は、U字型の内部に上主光源210が配置されており、上主光源210の光源支持部220の丸孔220a、220d、220e、長穴220b、220cのそれぞれに対応して、丸穴224a、224d、224e、長穴224b、224cが形成されている。
第1補強部材226は、板状部材であり、第1光入射面30d側の一部が光射出面30aよりも外側に突出した状態で、導光板30の角隅30i近傍の光射出面30a上に固定されている。また、第1補強部材226は、光射出面30aよりも外側に突出した部分が、光源支持部220に対向する位置まで延びており、丸穴220dに対向する位置に丸穴226aが形成されている。
また、第1補強部材228は、板状部材であり、第1光入射面30d側の一部が光射出面30aよりも外側に突出した状態で、導光板30の角隅30j近傍の光射出面30a上に固定されている。また、第1補強部材228は、光射出面30aよりも外側に突出した部分が、光源支持部220に対向する位置まで延びており、丸穴220eに対向する位置に光源支持部220の長手方向が長軸方向となる向きで長穴228aが形成されている。
なお、第1補強部材226及び第1補強部材228は、本実施形態では、接着剤により接着させせることで導光板に固定されている。第1補強部材は、スーパーエンジニアプラスチックまたは金属で形成することが好ましい。ここで、金属としては、アルミ合金、ステンレス等が例示される。補強部材を、スーパーエンジニアプラスチックまたは金属で形成することで、剛性を高くすることができ、変形しにくくすることができ、また、湿度や熱による変形も少なくすることができる。
ここで、本実施形態では、補強部材を導光板の光射出面上に設けたが本発明はこれに限定されず、導光板の背面上(つまり、第1傾斜面上及び第2傾斜面上)に補強部材を設けてもよい。また、補強部材を光射出面上と背面上の両面に設けてもよい。補強部材を光射出面上と背面上の両面に設けることで、より確実に補強部材により導光板を支持することができ、導光板が変形すること、破損することをより確実に防止することができる。
固定ピン230は、筐体に固定されており、光源支持部220の丸穴220a、固定端224の丸穴224aに挿通されている。
また、固定ピン232は、筐体に固定されており、光源支持部220の長穴220b、固定端224の長穴224bを挿通されている。さらに、固定ピン234、筐体に固定されており、光源支持部220の長穴220c、固定端224の長穴224cに挿通されている。
固定ピン236は、光源支持部220の丸穴220d、固定端224の丸穴224dに挿通されて固定されており、さらに、光源支持部220と固定端224との間に挿入されている第1補強部材226の丸穴226aに挿通されている。
固定ピン238は、光源支持部220の丸穴220e、固定端224の丸穴224eに挿通されて固定されており、さらに、光源支持部220と固定端224との間に挿入されている第1補強部材226の長穴226aに挿通されている。
第1固定手段214は、以上のような構成であり、第1補強部材226の丸穴226aに固定ピン236を挿通して、導光板30に接合している第1補強部材226を第1光入射面30dと光射出面30aとの接線に平行な方向の位置を固定し、導光板30に接合している第1補強部材228の長穴226aに固定ピン238を挿通して、第1補強部材228を第1光入射面30dと光射出面30aとの接線に平行な方向に移動可能とすることで、導光板30を、上主光源210及び固定端224に対して第1光入射面30dと光射出面30aとの接線に平行な方向に伸縮可能な状態で、支持することができる。また、第1補強部材226と第1補強部材228により、光入射面30dに垂直な方向の距離を一定とすることで、上主光源210と光入射面30dとの距離を一定にすることができる。
また、光源支持部220と固定端224の、固定ピン230が挿通される穴を丸穴とし、固定ピン232、234が挿通される穴を長穴とすることで、光源支持部220と固定端224を、筐体に対して第1光入射面30dと光射出面30aとの接線に平行な方向に伸縮可能な状態で、筐体に固定することができる。光源支持部220と固定端224を伸縮可能な状態で筐体に固定することで、伸縮が抑制されて、光源支持部220と固定端224に反りが生じることを防止できる。
なお、本実施形態では、固定端として筐体に固定したが、固定ピンを介して固定することができるため、固定端を固定ピン以外では筐体に対して固定されていない構成としてもよい。
また、固定ピンは、光源支持体、第1補強部材、固体端が固定ピンに対して位置ずれしないように、位置によって太さを変えたり、テーパ形状としたり、ストッパを設けてもよい。また、固定ピンは、長穴とは、摺動可能に係合させ、丸穴とは、ずれないように嵌合させるようにしてもよい。
次に、第2固定手段216は、固定部材240と、第2補強部材242、244と、固定ピン246、248とを有する。
固定部材240は、筐体に対して移動可能な状態で配置されている。固定部材240は、断面形状がU字型をした柱状部材であり、内部に下主光源212が配置されている。また、固定部材240は、後述する固定ピン246、248を介して、下主光源212を固定部材240内の所定位置に固定している。
また、固定部材240には、下主光源212の光源支持部222の丸孔220a、220bのそれぞれに対応して、丸穴240a、240bが形成されている。
第2補強部材242は、板状部材であり、第2光入射面30e側の一部が光射出面30aよりも外側に突出した状態で、導光板30の角隅30k近傍の光射出面30a上に固定されている。また、第2補強部材242は、光射出面30aよりも外側に突出した部分が、光源支持部222に対向する位置まで延びており、丸穴222aに対向する位置に丸穴242aが形成されている。
また、第2補強部材244は、板状部材であり、第1光入射面30e側の一部が光射出面30aよりも外側に突出した状態で、導光板30の角隅30l近傍の光射出面30a上に固定されている。また、第2補強部材244は、光射出面30aよりも外側に突出した部分が、光源支持部222に対向する位置まで延びており、丸穴222bに対向する位置に光源支持部222の長手方向が長軸方向となる向きで長穴244aが形成されている。
なお、第2補強部材242及び第2補強部材244は、上述した第補強部材と同様の構成であり、本実施形態では、接着剤により接着させせることで導光板に固定されている。
固定ピン246は、光源支持部222の丸穴222a、固定部材240の丸穴240aに挿通されて固定されており、さらに、光源支持部222と固定部材240との間に挿入されている第2補強部材242の丸穴242aに挿通されている。
固定ピン248は、光源支持部222の丸穴222b、固定部材240の丸穴240bに挿通されて固定されており、さらに、光源支持部222と固定端240との間に挿入されている第2補強部材242の長穴242aに挿通されている。
第2固定手段216は、以上のような構成であり、第2補強部材242の丸穴242aに固定ピン246を挿通して、導光板30に接合している第2補強部材242の第2光入射面30eと光射出面30aとの接線に平行な方向の位置を固定し、第2補強部材244の長穴244aに固定ピン248を挿通して、導光板30に接合している第2補強部材244を第2光入射面30eと光射出面30aとの接線に平行な方向に移動可能とすることで、導光板30を、下主光源212及び固定部材240に対して第2光入射面30eと光射出面30aとの接線に平行な方向に伸縮可能な状態で、支持することができる。また、第2補強部材242と第2補強部材244により、第2光入射面30eに垂直な方向の距離を一定とすることで、下主光源212と第2光入射面30eとの距離を一定にすることができる。
また、下主光源212を支持する第2固定手段218を筐体に対して移動可能とすることで、下主光源212と第2固定手段218は、導光板30の第2光入射面30eに垂直な方向(本実施形態では、吊り下げ方向)の伸縮した場合でも、第2光入射面30eと下主光源212との距離を一定に維持したまま導光板の伸縮にあわせて移動させることができる。これにより、導光板の伸縮が抑制されれ、導光板に応力がかかり、導光板が反ることを防止しつつ、光源と光入射面の距離を一定に維持することができる。
これにより自重、熱等により導光板が、鉛直方向下側に延びた場合はも第2固定手段218が伸縮にあわせて移動することができるため、伸びが抑制されて撓み、反りが発生することを防止できる。
ガイド手段218は、4つのガイド部250を有する。4つのガイド部250は、光源支持部220の長手方向の端部となる2つ面、及び、光源支持部222の長手方向の端部となる2つ面のそれぞれに対向して配置されている。
ガイド部250は、対向する位置の光源支持部の面と接触しており、対向する位置の光源支持部を光射出面に平行な方向には、摺動可能、かつ、光射出面に垂直な方向には、移動不可能な状態で光源支持部を支持している。
また、ガイド部材250は、それぞれ筐体の所定位置に固定されている。
以下、ガイド部材250について説明する。ここで、4つのガイド部材は、同一の形状であり、同一の機能を有するため、以下、代表して、光源支持部222の長手方向の端部となる一方の面に対向して配置されているガイド部材250について説明する。
図15(A)は、下主光源214を長手方向から見た側面図であり、図15(B)は、図15(A)に示す下主光源214をa方向から見た部分背面図である。また、図16(A)は、ガイド部材250の正面図であり、図16(B)は、図16(A)に示すガイド部材250の側面図である。
まず、図15(A)及び(B)に示すように、下主光源214の光源支持部222の側面のガイド部材250に対応する領域には、光軸方向(光入射面に直交する方向)が溝の延在方向となるガイド溝222cが形成されている。
次に、図16(A)および(B)に示すように、ガイド部材250は、板状の基部252と、基部252の光源支持部222に対向する面に配置されたバネ部材254を有する。
バネ部材254は、光射出面30aと第2光入射面30eとの接線方向(図16(B)中左右方向)のみに伸縮可能な弾性体あり、摺動可能にガイド溝222cと係合している。
このように、筐体に固定されたガイド部材250のバネ部材254を光射出面30aと第2光入射面30eとの接線方向のみに伸縮可能な構成とし、このバネ部材254を光軸方向が溝の延在方向となるガイド溝222cに係合させることで、光源支持部222を光軸方向に移動可能かつ、光射出面30aと第2光入射面30eとの接線方向に伸縮可能にした状態で、光源支持部222が射出面に直交する方向に移動することを防止することができる。
また、ガイド部材250の光源支持部と係合する部分を光射出面30aと第2光入射面30eとの接線方向に伸縮可能にすることで、光源支持部が伸縮した場合も光源支持部に形成された溝とガイド部材250との係合を維持することができ、また、光源支持部に必要以上の応力が負荷されることも防止できる。
以上のように、面状照明装置130は、ガイド手段218として、光源支持部を光軸方向に移動可能かつ、光射出面30aと第2光入射面30eとの接線方向に伸縮可能にした状態で、光源支持部222が射出面に直交する方向に移動することを防止するガイド部材250を、光源支持部220の側面、光源支持部222の側面の4箇所に設けることで、光源支持部220、222が光射出面に直交する方向に移動すること防止することができる。
これにより、光源支持部220を支持している第1固定手段214、光源支持部222を支持している第2固定手段216が光射出面に直交する方向に移動すること防止し、第1固定手段214及び第2固定手段216に係合されている導光板の光射出面が光射出面に直交する方向に移動することを防止できる。
これにより、光射出面に直交する方向における、筐体内の光射出面の位置を固定することができる。光射出面と液晶表示パネルとの距離を一定にすることができ、輝度むらのない好適な画像を表示させることができる。また、光射出面30aの反り、および、光射出面30aの光出射面30aに垂直な方向へのとび出しを防ぐことができ、面状照明装置130を薄くすることができる。これにより液晶表示装置を薄くすることができる。
ここで、面状照明装置130では、ガイド部材を4箇所に設けたが、本実施形態のように、固定端により上主光源が筐体に固定されている場合は、少なくとも下主光源の光源支持部に対応する2箇所にガイド部材を設ければよい。
上主光源側では、光射出面の位置ずれがほとんど発生しないため、下主光源の光源支持部に対応する2箇所にガイド部材を設けることで、光出射面30aに垂直な方向へのとび出しを防止することができる。
また、ガイド部材の構成は、図16に示すガイド部材には限定されない。
ここで、図17(A)は、ガイド部材の他の一例の概略構成を示す正面図であり、図17(B)は、図17(A)に示すガイド部材の側面図であり、図18(A)は、ガイド部材の他の一例の概略構成を示す正面図であり、図18(B)は、図18(A)に示すガイド部材の側面図である。
例えば、図17に示すガイド部材260は、板状の基部262と、基部262の光源支持部222に対向する面に配置された複数のプランジャ264を有する。
プランジャ264は、光射出面30aと第2光入射面30eとの接線方向(図17(B)中左右方向)のみに伸縮可能な部材であり、ガイド溝222cの延在方向と平行な方向に直線状に配置されている。また、各プランジャ264は、ガイド溝222cに係合している。このようにバネ板に替えてプランジャを設けた場合も上記と同様の効果を得ることができる。
次に、図18に示すガイド部材270は、板状の基部272と、基部272の光源支持部222に対向する面に配置されたバネ274と、バネ274の光源支持部222側の端部に支持されたリニアガイド276とを有する。
リニアガイド276は、バネ274により光射出面30aと第2光入射面30eとの接線方向(図18(B)中左右方向)に付勢されている。また、リニアガイド276は、ガイド溝222cに係合している。このようにリニアガイドとバネとの組み合わせを用いた場合も上記と同様の効果を得ることができる。
また、上記実施形態では、いずれもガイド部材が凸部で、光源支持部の溝部に係合させる構成としたが、本発明はこれに限定されず、光源支持部の凸部を設け、ガイド部材に溝部を設ける構成としてもよい。この場合は、光源支持部の凸部を一定以上(光源支持部の伸縮幅以上の)高さとし、光源支持部の伸縮によって光源支持部の凸部がガイド部材の溝部を光射出面30aと第2光入射面30eとの接線方向に移動させるようにすればよい。
また、上記実施形態では、光源支持部とガイド部材とを係合させたが、本発明はこれに限定されず、固定部材の長手方向の端部や、固定端の長手方向の端部に溝を設け、固定部材とガイド部材とを係合させても、固定部材とガイド部材とを係合させてもよい。
また、筐体に対して光源または、固定手段、導光板を光射出面に垂直な方向に移動することが防止でき、かつ、その他の方向へは移動可能な状態で支持することができれば、ガイドの配置位置は、特に限定されず、例えば、固定部材の導光板側とは反対側の面から、固定部材を支持するようにしてもよい。
また、面状照明装置130では、固定ピンを介して固定端、固定部材に光源を固定したが、これに限定されず、光源を固定端または、固定部材に直接連結し、固定してもよい。また、固定ピンにより上主光源を筐体に固定し、ガイドにより、光射出面に垂直な方向における位置を所定位置とすることができるため、固定端、固定部材を設けなくてもよい。このように固定端、固定部材を設けない場合は、補強部材と固定ピンが各固定手段となる。
また、固定ピンは、光源支持部に貫通されていなくてもよく、筐体と固定端と光源支持部、または、固定端(固定部材)と補強部材と光源支持部を係止できれば、光源支持部の一方のみに係合去れているようにしてもよく、また光射出面側と傾斜面側とで別々の固定ピンを設けてもよい。
また、さらに上述したすべり機構を設けることで、より確実に光射出面に垂直な方向に光射出面、光源等が移動することを防止できる。
また、面状照明装置130では、上主光源と下主光源の2つの光源を設けた場合として説明したが、本発明はこれに限定されず、導光板の側面30f、30gに対向する面に副光原を設け、4辺から光を入射させるようにしてもよい。
図19(A)は、他の一例の面状照明装置の光源、導光板、各補強部材及びガイド手段を模式的に示す部分省略平面図であり、(B)は、(A)のB−B線断面図である。
図19に示す面状照明装置300は、光入射面30d、30eに対向して配置された上主光源210、下主光源214を主光源とし、第1側面30fおよび第2側面30gに対向して副光源310、312を設けて、第1側面30fおよび第2側面30gをそれぞれ第3光入射面および第4光入射面している。このようにすることで、本願発明は、光射出面から射出される光の輝度をより高くすることができる。
図19に示す面状照明装置300は、2つの副光源310、312と導光板30とを一定距離となるようにする2つの第3固定手段314、316を有することを及びガイド手段318を除いて他の構成は、面状照明装置130と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略し、以下、面状照明装置300に特有の点を説明する。
面状照明装置300は、上主光源210および下主光源212と、副光源310、312と、導光板30と、第1固定手段214と、第2固定手段216と、第3固定手段314、316と、ガイド手段318とを有している。また、図示は省略したが、面状照明装置300も、面状照明装置130と同様に、光学部材ユニット、反射板、下部筐体、上部筐体、補強部材(筐体補強部材)を有する。
副光源310及び第3固定手段314は、導光板30の側面30fに対向して配置され、副光源312及び第3固定手段316は、導光板30の側面30gに対向して配置されている。ここで、副光源210及び第3固定手段314と、副光源312及び第3固定手段316とは、導光板30に対して配置されている面が異なるのみで、基本的な構成は同一であるので、以下代表して副光源310及び第3固定手段314について説明する。
副光源310は、主光源と同様に複数のLEDチップ50と光源支持部320とを有する。光源支持部320は、板状の部材であり、側面30fに対向する面に複数のLEDチップ50が列状に配置されている。
光源支持部320には、長手方向の鉛直方向上側(第1光入射面30d側)の端部に後述する固定ピン328と係合する丸穴320aと、長手方向の鉛直方向下側(第2光入射面30e側)の端部に後述する固定ピン330と係合する丸穴320bが形成されている。
第3固定手段314は、固定部材322と、第4補強部材324、326と、固定ピン328、330とを有する。
固定部材322は、筐体に対して移動可能な状態で配置されている。固定部材322は、断面形状がU字型をした柱状部材であり、内部に副光源310が配置されている。また、固定部材322は、後述する固定ピン328、330を介して、副光源310を固定部材322内の所定位置に固定している。
また、固定部材322には、副光源310の光源支持部320の丸孔320a、320bのそれぞれに対応して、丸穴322a、322bが形成されている。
第4補強部材324は、板状部材であり、側面30f側の一部が光射出面30aよりも外側に突出した状態で、導光板30の角隅30i近傍の光射出面30a上に固定されている。また、第4補強部材324は、光射出面30aよりも外側に突出した部分が、光源支持部320に対向する位置まで延びており、丸穴320aに対向する位置に光源支持部320の長手方向が長軸方向となる向きで丸穴324aが形成されている。
第4補強部材326は、板状部材であり、側面30f側の一部が光射出面30aよりも外側に突出した状態で、導光板30の角隅30k近傍の光射出面30a上に固定されている。また、第4補強部材326は、光射出面30aよりも外側に突出した部分が、光源支持部320に対向する位置まで延びており、丸穴322bに対向する位置に光源支持部320の長手方向が長軸方向となる向きで長穴326aが形成されている。
なお、第4補強部材324、326は、上述した第1補強部材及び第2補強部材と同様の構成であり、本実施形態では、接着剤により接着させせることで導光板に固定されている。
固定ピン328は、光源支持部320の丸穴320a、固定部材322の丸穴322aに挿通されて固定されており、さらに、光源支持部320と固定部材322との間に挿入されている第4補強部材324の丸穴324aに挿通されている。
固定ピン330は、光源支持部320の丸穴320b、固定部材322の丸穴322bに挿通されて固定されており、さらに、光源支持部320と固定部材322との間に挿入されている第2補強部材326の長穴326aに挿通されている。
第3固定手段314は、以上のような構成であり、第4補強部材324の丸穴324aに固定ピン328を挿通して、導光板30に接合している第4補強部材324の側面30fと光射出面30aとの接線に平行な方向の位置を固定し、第4補強部材324の長穴324aに固定ピン330を挿通して、導光板30に接合している第4補強部材324を側面30fと光射出面30aとの接線に平行な方向に移動可能とすることで、導光板30を、側面30fと光射出面30aとの接線に平行な方向(吊り下げ方向)に伸縮可能な状態で、支持することができる。また、第4補強部材324と第4補強部材326により、側面30fに垂直な方向の距離を一定とすることで、下主光源212と第2光入射面30eとの距離を一定にすることができる。
また、鉛直方向上側の第4補強部材324に丸穴324aを形成して光源と導光板との相対位置を固定し、鉛直方向下側の第4補強部材326に長穴326aを形成し、導光板と接合した第4補強部材326を吊り下げ方向に移動可能とすることで、鉛直方向の下側の面を延び易くすることができる。これにより、導光板に係る負荷をより小さくすることができる。
また、第3固定手段314は、筐体に対して移動可能であるため、導光板が幅方向(光入射面と光射出面との接線方向)に延びた場合も、第3固定手段は、導光板の伸縮に応じて、側面と副光源との距離を一定に保ったまま、導光板とともに幅方向に移動する。
このように、第3固定手段を設けることで、副光源も、導光板の反りを抑制することなく、側面と副光源との距離を一定に維持することができる。
ガイド手段318は、6つのガイド部材250を有し、導光板の30の角隅30i側の第1固定手段214の光源支持部220の側面、導光板の30の角隅30j側の第3固定手段316の固定部材322の導光板側のとは反対側の面、導光板30の角隅30k側の第2固定手段の光源支持部222の側面及び第2固定手段の固定部材240の導光板側のとは反対側の面、導光板30の角隅30l側の第3固定手段316の固定部材2322の導光板側のとは反対側の面にそれぞれ配置されている。
ガイド部材250は、上述した面状照明装置130のガイド部材250と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
また、ガイド部材250の対向する部材には、ガイド部材250に対応して溝が形成されており、ガイド部材250の凸部と溝が係合している。
ガイド部材250は、それぞれ、光軸方向及び光射出面30aと第2光入射面30eとの接線方向には移動可能な状態で、光源支持部222が射出面に直交する方向には移動できないように係合している部材を支持している。
このように導光板の4つの角隅に対応する位置にガイド部材を設けることで、導光板の光射出面が光射出面に直交する方向に移動することを防止できる。
なお、本実施形態の場合も、ガイド手段318は、ガイド部材250を少なくとも導光板の角隅30k及び角隅30lの2箇所に配置すればよい。
ここで、面状照明装置は、光源から筐体までの間に介在する部材同士を放熱グリスを介して接触させることが好ましい。つまり、光源から筐体までの間に介在する部材同士の接触面に放熱グリスを塗布すること(放熱グリス層を形成すること)が好ましい。
具体的には、光源(の光源支持部)と固定手段との接触面、固定手段を構成する各部材同士の接触面、固定手段と筐体(上部筐体、下部筐体)との接触面に放熱グリスを塗布し、各部材を放熱グリスを介して接触させることが好ましい。
ここで、放熱グリスとしては、シリコングリス、金属フィラー入りシリコングリスを用いることができる。
このようにして、各部材を放熱グリスを介して接触させることで、固定部材を摺動可能な状態を維持しつつ、光源から筐体への熱を伝え易くすることができ、装置全体の放熱効率を向上させ、光源の温度上昇を防止することができる。このように光源の温度上昇を防止できることで、光源の発光効率を高くすることができる。
また、光源の温度上昇を抑制し、LEDの発光効率の低下を防ぐことができることで、同じ消費電力で射出される輝度を上昇させることができるので、面状照明装置の消費電力を下げることができる。
また、光源の熱により光源の周囲の部材特に導光板が変形することを防止でき、装置が変形することを防止でき、変形により液晶パネルに不必要な力が作用し、パネルが変形し、白抜け等が発生することを防止できる。また、反りを抑制できることで、反りを想定した空間や、クッション材を設ける必要がなくなるまたは少なくため、装置構成を簡単にし、装置を薄型化することができる。
また、効率よく放熱できることで、ヒートパイプ等、高価な放熱手段を設ける必要がなくなり、または少なくすることができ、装置を安価にすることができる。
また、放熱グリスを塗布することにより、可動部をスムーズに摺動させることもできる。
ここで、放熱グリスは、熱伝導率を0.6W/m・k以上とすることが好ましい。
熱伝導率を0.6W/m・k以上ととすることで、熱を効率よく伝えることができ、更に金属粒子混入・分散型グリス放熱では、グリスを厚く塗布した場合も効率よく光源で発生した熱を放熱することができる。
また、ちょう度を300以上、400以下とすることが好ましい。
ちょう度を300以上とすることで、放熱グリスを薄く塗ることが可能となり、400以下とすることで、摺動する部分の稼働性を低下させることを防止でき、例えば、固定部材を低い抵抗で移動させることができる。
また、放熱グリスは、接触面の全面に塗布することが好ましい。
接触面の全面に放熱グリスを塗布することでより効率よく光源の熱を筐体に伝熱することができる。
また、各接触面で熱を伝達させるため、それぞれの接触面の少なくとも一部には、放熱グリスを塗布する必要があるが、全面に塗布せず一部としてもある程度の効果を得ることはできる。
以下、具体的実施例とともに詳細に説明する。
本測定例では、図2に示す構成の面状照明装置をい、光源28と固定部材31aとの接触部全面、固定部材31aと下部摺動部材48cとの接触面、下部摺動部材48cと摺動部材固定部材48aとの接触面、摺動部材固定部材48aと下部筐体42との接触面、固定部材31aとヒートシンク64との接触面、ヒートシンク64と下部筐体42との接触面、ヒートシンク64とヒートパイプ66との接触面、および、ヒートパイプ66と下部筐体42との接触部全面に、厚みが50〜100μmとなるように放熱グリスを塗布した。この放熱グリスの塗布は、導光板30の2つの光入射面のそれぞれの側で行った。ここで、測定に用いた放熱グリスは放熱用シリコーンオイルコンパウンド(商品名)であり、このグリスの熱伝導率は0.84W/(m/k)、ちょう度は300である。また、光源支持部としては、板状の部材を用いた。また、導光板としては52インチの面状照明装置に用いる導光板を用いた。また、面状照明装置は、一方の固定部材31aが上方、他方の固定部材31aが下方となるように、面状照明装置を吊り下げた向きで配置した。
以上のような構成の面状照明装置を用い、光源28の温度と、面状照明装置の平面性と輝度とを測定した。また、比較のために、放熱グリスを塗布していない以外は同一の構成の面状照明装置についても、光源28の温度と、導光板の平面性と光射出面から射出される光の輝度とを測定した。
ここで、光源の温度は、上側の光源28の光源支持部50の光源28の長手方向中央部、LEDチップ50取付部直下5mmの位置の温度を熱電対により測定した。
また、導光板の平面性は、面状照明装置の上下額縁部分について、基準ゲージに対する(スコヤ)変形量をステレオ画像法により測定した。
また、射出面から射出される光の輝度は、光射出面の中央の位置の輝度を輝度計(商品名:分光放射計SR−3)により測定した。
測定した結果を図20、21に示す。
ここで、図20は、液晶パネルモジュールの平面性を表す測定結果を示すグラフであり、図21は、照射時間と光源の温度及び光射出面から射出される光の輝度との関係の測定結果を示すグラフである。ここで、図20では、縦軸を変形量とし、横軸を各上下の額縁の長手方向とした。また、図21では、縦軸を、光源の温度[℃]及び輝度[cd]とし、横軸を照射時間[min]とした。
図20に示すように、放熱グリスを塗布しない場合、面状照明装置の上額縁部分(図20において上側(グリス無し)と記す)の変位量は最大3.7mm、下額縁部分(図20において下側(グリス無し)と記す)の変位量は最大3.1mmであった。これに対して、放熱グリスを塗布した場合、面状照明装置の上額縁部分(図20において上側(グリス有り)と記す)の変位量は最大1.2mm、下額縁部分(図20において下側(グリス有り)と記す)の変位量は最大1.0mmであった。これより、放熱グリスを塗布することにより、面状照明装置の額縁部分の変位量を、放熱グリスを塗布しない場合の変位量の約1/3とできることがわかる。
以上より、接触面に放熱グリスを塗布することで、導光板の変形を防止することができ、平面性を高くできることが分かる。
また、図21に示すように、放熱グリスを塗布した場合、55分後において、放熱グリスを全く塗布しない場合に比べ、光源28の温度は8℃低くすることができ、輝度は15%向上できることがわかる。
以上より、本発明の効果は、明らかである。
また、例えば、光源のLEDチップとして、青色LEDの発光面にYAG蛍光物質を塗布した構成としたが、これに限定されず、赤色LEDや緑色LED等の他の単色LEDの発光面に蛍光物質を配置した構成のLEDチップを用いてもよい。
また、光源として、赤色LED、緑色LED、青色LEDの3種類のLEDを組み合わせた構成のLEDユニットを用いることもできる。この場合は、3種類のLEDから射出された光を混色することで白色光とすることができる。
さらにLEDの代わりに半導体レーザー(LD)を用いることもできる。
また、導光板30と光源(光源28および/または副光源29)との間に導光板30に近い屈折率の材料で形成された混同部を配置してもよい。また、導光板の光入射面および/または側面の一部を他の部分よりも屈折率の小さい材料で形成してもよい。
光源から射出された光が入射する部分を他の部分よりも屈折率を小さくすることで、光源から射出された光をより効率よく入射させることができ、光利用効率をより高くすることができる。
また、例えば、導光板の側面同士が向い合う位置で導光板を複数並列に配置し、複数の導光板により1つの光射出面を形成してもよい。この場合は、両端の導光板の側面のみに副光源を配置する構成としてもよい。
本発明に係る面状照明装置を用いる液晶表示装置の一実施形態を示す概略斜視図である。 図1に示す液晶表示装置のII−II線断面図である。 図2に示す液晶表示装置の面状照明装置の光源および導光板の光入射面付近の部分拡大断面図である。 (A)は、図2に示した面状照明装置の光源および導光板の部分省略平面図であり、(B)は、(A)のB−B線断面図である。 (A)は、図2に示す面状照明装置の光源の概略構成を示す斜視図であり、(B)は、(A)に示す光源の断面図であり、(C)は、(A)に示す光源を構成する1つのLEDを拡大して示す概略斜視図である。 図4に示す導光板の形状を示す概略斜視図である。 Φ・N・L・Kと光利用効率との関係を測定した結果を示す図である。 粒子密度が異なるそれぞれの導光体から射出される光の照度をそれぞれ測定した結果を示す図である。 光利用効率および照度むらと粒子密度との関係を示す図である。 本発明に係わる面状照明装置の他の実施形態の光源および導光板の光入射面付近の部分拡大断面図である。 ネジ止め位置からの応力分布を測定した結果を示す図である。 本発明に係わる面状照明装置の他の実施形態の概略構成を示す断面図である。 本発明に係わる面状照明装置に用いられる導光板と光源の形状の他の実施形態を示す概略平面図である。 (A)は、他の一例の面状照明装置の光源、導光板、各補強部材及びガイド手段を模式的に示す部分省略平面図であり、(B)は、(A)のB−B線断面図である。 (A)は、下主光源を長手方向から見た側面図であり、(B)は、(A)に示す下主光源をa方向から見た部分背面図である。 (A)は、ガイド部材の一例の概略構成を示す正面図であり、(B)は、(A)に示すガイド部材の側面図である。 (A)は、ガイド部材の他の一例の概略構成を示す正面図であり、(B)は、(A)に示すガイド部材の側面図である。 (A)は、ガイド部材の他の一例の概略構成を示す正面図であり、(B)は、(A)に示すガイド部材の側面図である。 (A)は、他の一例の面状照明装置の光源、導光板、各補強部材及びガイド部材を模式的に示す部分省略平面図であり、(B)は、(A)のB−B線断面図である。 液晶パネルモジュールの平面性を表す測定結果を示す図である。 面状照明装置の中央の位置の輝度および光源の温度と、光源の発光時間との関係を示す図である。
符号の説明
10 液晶表示装置
12 液晶表示パネル
14 駆動ユニット
20、130、300 バックライトユニット(面状照明装置)22b 側面部
24 照明装置本体
24a,30a 光射出面
28 主光源
210 上主光源
212 下主光源
220、222 光源支持部
222c ガイド溝
29、310、312 副光源
30 導光板
30b 第1傾斜面
30c 第2傾斜面
30d 第1光入射面
30e 第2光入射面
30f 第1側面
30g 第2側面
31 固定手段(第2固定手段)
31a、240 固定部材
214 第1固定手段
74、224 固定端
216 第2固定手段
31b、31c、46a、46b ネジ
31d、31e、230、232、234、236、238 固定ピン
32 光学部材ユニット
32a 拡散シート
32b プリズムシート
32c 拡散シート
34 反射板
36 上部誘導反射板
38 下部誘導反射板
40 筐体
42 下部筐体
44 上部筐体
46 補強部材
47 バネ材
48 すべり機構
48a、48d 摺動部材固定部材
48b 上部摺動部材
48c 下部摺動部材
49 電源収納部
50 LEDチップ
52 光源支持部
52a 光源支持部上面
52b 光源支持部下面
52c、52d、53 ネジ穴
53 ネジ穴
54 アレイ基板
56 フィン
58 発光面
60a、60b、61a 丸穴
62a、62b、62c、62d、62e、62f、70a、71a、72a 長穴
63a、63b 長穴
64 ヒートシンク
66 ヒートパイプ
226、228 第1補強部材
242、244 第2補強部材
250、260、270 ガイド部材
252、262、272 基部
264 プランジャ
254 バネ部材
274 バネ
276 リニアガイド
α 2等分線
c 光源と導光板の光軸距離

Claims (15)

  1. 光を射出する光源と、
    前記光源に隣接して配置され、前記光源から射出された光を入射させる光入射面および前記光入射面から入射した光を面状の光として射出する光射出面とを備える導光板と、
    前記光源と前記導光板とを、前記光源と前記導光板の前記光入射面との間の距離を一定にして固定して一体化する固定手段と、
    前記固定手段によって一体化された前記光源および前記導光板を収納する筐体と、
    前記筐体と前記固定手段との間に設けられ、前記導光板の前記光入射面から前記光源に向かう方向において、前記導光板の伸縮に応じて、前記光源と前記導光板とを一体化し、前記光源と前記導光板の前記光入射面との間の距離を一定にしたまま、前記筐体に対して前記固定手段を摺動させるすべり機構とを有することを特徴とする面状照明装置。
  2. 前記固定手段は、前記導光板の前記光入射面から前記光源に向かう方向と直交する方向において、前記導光板の伸縮に応じて、前記導光板を前記固定手段に対して摺動可能に一体化するものである請求項1に記載の面状照明装置。
  3. 前記すべり機構は、前記導光板の伸縮に応じて、前記すべり機構と前記固定手段との間の摩擦力を変化させることのできる請求項1または2に記載の面状照明装置。
  4. 前記すべり機構は、前記筐体をネジ止めする応力によって前記固定手段を挟み込む摺動部材からなり、
    前記摺動部材と前記固定手段との静止摩擦係数をμとし、前記ネジ止め位置から距離xだけ離れた位置における前記ネジ止めによる応力分布をG(x)とすると、前記ネジ止め位置から距離xだけ離れた位置における前記摺動部材と前記固定手段との摩擦力T(x)は、下記式で表され、
    T(x)=μ・G(x)
    また、前記導光板のヤング率をYとし、前記導光板の平均断面積をAaveとし、前記導光板の長さをLとし、前記導光板の伸縮長さをΔLとすると、前記導光板の伸縮による力Fは、下記式で表されるとき、
    F=Y・Aave・(ΔL/L)
    前記摺動部材は、前記筐体をネジ止めした位置から下記式
    T(x)=μ・G(x)<F=Y・Aave・(ΔL/L)
    を満足する位置xに配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の面状照明装置。
  5. 前記導光板は、線膨張率が、1/1000<ΔL/L<5/1000を満たし、且つ、ヤング率は、1.5MN/m<Y<3MN/mを満たすことを特徴とする請求項4に記載の面状照明装置。
  6. 前記導光板は、矩形状平坦な前記光射出面と、前記光射出面の1対の対向する端辺にそれぞれ形成され、前記光射出面と平行に進行する光を入射さえるための、互いに対向する1対の前記光入射面と、前記光射出面とは反対側の面に形成され、前記1対の光入射面からそれぞれ離れるに従って前記光射出面に垂直な方向の厚みが厚くなるように傾斜し、前記1対の光入射面の中央で接合する1対の傾斜面からなる背面とを備え、
    前記光源は、この導光板の前記1対の光入射面にそれぞれ対向して配置され、前記1対の光入射面にそれぞれ光を入射させる1対の光源からなり、
    各光源は、複数のLEDチップと、前記LEDチップを支持する支持体とを有し、
    前記複数のLEDチップは、前記支持体の前記光入射面に対向する面に、前記光入射面の長手方向に沿って列状に配置される請求項1〜5のいずれかに記載の面状照明装置。
  7. さらに、前記導光板の前記光射出面の残りの1対の対向する端辺に形成され、前記1対の光入射面に直交する残りの1対の光入射面と、
    前記残りの1対の光入射面にそれぞれ対向して配置され、前記残りの1対の光入射面にそれぞれ光を入射させる1対の前記光源とを有する請求項6に記載の面状照明装置。
  8. 前記LEDチップは、前記導光板の厚み方向の長さをaとし、前記導光板の厚み方向に垂直な方向の長さをbとしたときに、不等式b<aを満足する請求項6または7に記載の面状照明装置。
  9. 前記導光板は、内部に多数の散乱粒子を含み、前記散乱粒子の散乱断面積をΦ、前記散乱粒子の密度をN、補正係数をK、光の入射方向における前記導光板の前記光入射面から前記導光板の厚みが最も厚くなる位置までの長さをLとしたときに、不等式
    1.1≦Φ・N・L・K≦8.2
    0.005≦K≦0.1
    を満足する請求項1〜8のいずれかに記載の面状照明装置。
  10. さらに、前記筐体と前記導光板の前記1対の光入射面に対向して配置された一方の光源との間に設けられ、光射出面に垂直な方向における、前記光射出面及び前記一方の光源と前記筐体との距離を一定にしたまま、前記導光板の伸縮に応じて、前記一方の光源を前記筐体に対して前記導光板の前記光入射面から前記光源に向かう方向に移動させるガイド手段を有する請求項1〜8のいずれかに記載の面状照明装置。
  11. 前記一方の光源は、前記導光板の前記1対の光入射面に対向して配置された他方の光源に対して、鉛直方向下側に配置される請求項9に記載の面状照明装置。
  12. 前記固定手段は、前記導光板の前記1対の光入射面に対向して配置された光源に固定された突出部と、
    前記導光板の前記光射出面及び前記傾斜面の少なくとも一方の表面に固定された板状部材であり、前記突出部と係合し、前記導光板を前記突出部に係合させる補強部材とで構成される請求項9または10のいずれかに記載の面状照明装置。
  13. 前記固定手段は、前記導光板の前記1対の光入射面に対向して配置された光源の発光面以外の面を被い前記光源を支持する固定部材を有し、
    前記ガイド手段は、前記固定部材を、前記筐体に対して前記導光板の前記光入射面から前記光源に向かう方向に移動可能に支持することで、前記光源を移動可能に支持する請求項9〜11のいずれかに記載の面状照明装置。
  14. 前記ガイド手段は、前記光源の長手方向に直交する両面にそれぞれ配置されている2つのガイド部である請求項9〜12のいずれかに記載の面状照明装置。
  15. 前記光源と前記筐体との間に介在する部材同士の全てが、放熱グリスを介して接触している請求項1〜13に記載の面状照明装置。
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