JP2009093939A - 面状照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】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、一体化する固定手段と、固定手段によって一体化された光源および導光板を収納する筐体と、筐体と固定手段との間に設けられ、光源と導光板とを一体化し、光源と導光板の光入射面との間の距離を一定にしたまま、筐体に対して固定手段を弾性的に保持するすべり機構と、筐体を補強する補強部材とを設けることにより、上記課題を解決する。
【選択図】図3
Description
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)。
また、特許文献2には、光散乱導光体と、前記光散乱導光体の少なくとも一つの側面方向から光を供給する光源手段と、前記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。更に、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。
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が伝播し、光射出面の全面からほぼ均一な輝度の光として高効率で出射される。つまり、光源から放射された光を光散乱導光体の光射出面からほぼ均一な輝度の光として取り出すことができる。
このように、光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。
このため、導光板が伸縮するときには、導光板と、その光入射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、導光板の光入射面とLED等の光源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。
更に、導光板に反りが発生すると、この面状照明装置で照明する液晶表示パネルとの距離が部分的に変化し、均一に照明できず輝度ムラが生じるばかりでなく、反りが大きくなると、液晶表示パネルに接触して、液晶表示パネルを破壊することがあるという問題がある。
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、下記の式で表され、
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、下記の式で表されるとき、
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の式
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。
また、前記導光板は、矩形状で平坦な前記光射出面と、前記光射出面の互いに対向する1対の端辺に形成され、前記光射出面と平行に進行する光を入射させるための、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。
また、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。
1.1≦Φ・Np・LG・KC≦8.2
0.005≦KC≦0.1
を満足することが好ましい。
また、前記補強部材が、前記筐体にリブを設けた構造であることが好ましく、さらに、前記筐体にリブを設けた構造におけるリブの幅W、高さH、筐体の厚みTが、W<H<Tの関係にあり、筐体の厚みTが、5mm<T<20mmの範囲にあることが好ましい。
また、前記補強部材が、前記筐体の縁に角材を配置した構造であることが好ましく、さらに、前記筐体の縁に角材を配置した構造における角材の長辺の寸法Aおよび短辺の寸法Bと筐体の厚みTが、0.2T<A<0.5Tおよび0.2T<B<0.5Tの範囲にあることが好ましい。
また、前記補強部材が、前記筐体の下部筐体に設けられたハニカム構造であることが好ましく、さらに、前記筐体の下部筐体に設けられたハニカム構造における板厚Thが、0.5mm<Th<1.5mmの範囲にあり、ハニカム構造の対角線Whの寸法が、5mm<Wh<20mmの範囲であることが好ましい。
また、前記補強部材が、前記筐体にリブを設けた構造であることが好ましく、さらに、前記筐体にリブを設けた構造におけるリブの幅W、高さH、筐体の厚みTが、W<H<Tの関係にあり、筐体の厚みTが、5mm<T<20mmの範囲にあることが好ましい。
また、前記補強部材が、前記筐体の縁に角材を配置した構造であることが好ましく、さらに、前記筐体の縁に角材を配置した構造における角材の長辺の寸法A、短辺の寸法B辺と筐体の厚みTが、0.2T<A<0.5T、0.2T<B<0.5Tの範囲にあることが好ましい。
また、前記補強部材が、前記筐体の下部筐体に設けられたハニカム構造であることが好ましく、さらに、前記筐体の下部筐体に設けられたハニカム構造における板厚Thが、0.5mm<Th<1.5mmの範囲にあり、ハニカム構造の対角線Whの寸法が、5mm<Wh<20mmの範囲であることが好ましい。
さらに、本発明によれば、導光板の伸縮に対応して、筐体を補強する補強部材を設けているので、導光板の伸縮や反りによって筐体が変形することも防止することができる。
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して説明するが、本発明はこれに限定されないことはいうまでもない。
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に示す液晶表示装置のA−A線断面図であって液晶表示装置の概略を示している。また、図3(A)および(B)は、図2に示す液晶表示装置の変形例である。図4は、図2に示す導光板の詳細を示す一部拡大断面図であり、図5(A)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、図5(B)は、(A)のB−B線断面図である。
駆動ユニット14は、液晶表示パネル12内の液晶セルの透明電極に選択的に電圧を印加し、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。
なお、図4に示す実施例においては、さらに、反射板34と下部筐体42との間には、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。
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光射出面30aから射出する導光板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の光射出面30a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30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5(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。
図6(A)は、図1〜図5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6(B)は、図6(A)に示す光源28の断面図であり、図6(C)は、図6(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6(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。
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、蛍光物質が刺激されて黄色に発光する。これにより、LEDチップ50から射出された青色光が蛍光物質を透過すると、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補色の関係にある黄色光とが混合して白色光を生成し、LEDチップ50から白色光として射出される。
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。
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。
光源支持体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、光源支持体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。
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。
図7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3(A)、図5および図7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30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5参照)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2側面30gとが交わる角隅30j、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が設けられており、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にそれぞれ対応する位置に、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長穴62aおよび第2丸孔60cが設けられている各角隅30i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30e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。
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で厚さが最も薄くなり、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に垂直な方向の厚さ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、所定間隔だけ離間して、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。
T=I/I0=exp(−ρ・x)・・・(1)
ここで、xは距離、I0は入射光強度、Iは射出光強度、ρは減衰定数である。
ρ=Φ・Np・・・(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30の光軸方向の半分の長さをLG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30の光軸方向の半分の長さLG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。
Eout∝exp(−Φ・Np・LG)・・・(3)
Eout=exp(−Φ・Np・LG・KC)・・・(4)
この結果より、Φ・Np・LG・KC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。
また、補正係数KCは、0.005以上0.1以下(0.005≦KC≦0.1)であることが好ましい。
まず、散乱断面積Φ、粒子密度Np、導光板の光軸方向の半分の長さLG、補正係数KCを種々の値とし、Φ・Np・LG・KC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。
表1および図8に示すように、Φ・Np・LG・KC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。
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9に示す。図9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。
図10に、算出した照度むらと粒子密度との関係を示す。図10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10には、横軸を同様に粒子密度とし、縦軸を光利用効率[%]として、光利用効率と粒子密度との関係も併せて示している。
ここで、Φ・Np・LG・KC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・Np・LG・KC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。
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4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ことが好ましい。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44および下部筐体42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ことが好ましい。
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。
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。
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。
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(図5参照)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の全面を覆うように形成される。本実施形態では、図5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もこれに倣った形状に形成されている。
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。
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。
固定手段31は、図4に示すように、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で筐体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。この実施態様における固定部材31aは、断面形状がU字型をした柱状部材である。
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。
すなわち、光源28は、そのネジ穴52c、52d(図7参照)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。
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。
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。
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。
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。
図4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24a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。
上部筐体44は、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、下部筐体42の4方の側面部42bも覆うように被せられて配置されている。
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。
本発明では、詳細は後述するように、この補強部材46の形状を、図3(A)、(B)および図13(A)〜図16に示すように、種々改良することによって筐体40の剛性をより高くすることができる。
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。
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4に示したように板状の部材である。
なお、図3(A)および(B)では、図面を簡略化して描いているので、すべり機構48の図示が省略されているが、図3(A)および(B)でも、図4に示すように構成することによって、同様にすべり機構48を採用することができることはいうまでもない。
ここで、図12(A)は、折り返し曲げ回数と曲げ剛性との関係を示す3種の曲げ高さについての棒グラフであり、図12(B)は、折り返し曲げ回数と曲げ剛性との関係を示す3種の曲げ高さについての線グラフである。なお、図12(A)および(B)に示す曲げ剛性の値は、図11(A)に示す折り返し曲げなし構造を1に規格化して示す。
図12(A)および(B)のグラフから明らかなように、1回折り返し曲げ構造とすることにより、曲げ剛性の値を、折り返し曲げなし構造に比べ、約1.6〜1.7倍に向上させることができ、2回折り返し曲げ構造とすることにより、曲げ剛性の値を、折り返し曲げなし構造に比べ、約2.2〜2.3倍に向上させることができる。
このように、折返曲構造を適用する本発明に用いられる補強部材構造45aおよび45bは、筐体40の強度を向上させることができることがわかる。
ここで、下部筐体42の縁に配置された角材42cまたは上部筐体44の縁に配置された角材44bの長辺および短辺の寸法をそれぞれAおよびBとし、筐体の厚みをTとしたときに、角材42cまたは44bの長辺の寸法Aおよび短辺の寸法Bが、0.2T<A<0.5Tおよび0.2T<B<0.5Tの範囲にあることが好ましい。このような範囲とするのが好ましいのは、後述するリブと同様に、角材が筐体内部に納まるような条件だからである。
また、図16には、このリブ42d、42e、42fとして採用するに適したリブの各種の断面形状が示されている。ここで、図16(A)は角形のリブであり、図16(B)は半円形のリブ、図16(C)は山形のリブを示している。ここに示されているリブの形状は、代表的なものを例示したものであって、リブの形状はこれらの形状に限定されるものでなく、これ以外にも任意の形状のリブを採用できることはもちろんである。
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。
更に、筐体40には、補強部材46が設けられているので、導光板30の伸縮や反りによって筐体が変形することも防止することができる。
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4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。
図15に示すように、上部摺動部材48bおよび下部摺動部材48cの断面が奥になるに従って狭くなる形状である場合には、導光板30の伸びが小さい場合には、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の伸びが大きくなると、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の断面を奥になるに従って狭くなる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17に示す実施形態では、すべり機構48は、奥になるに従って狭くなる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4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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
ここで、傾斜面は、光入射面30d、30eから導光板30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30a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30a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、導光板の厚さによらず、より輝度むらのない光を射出させることができる。
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LGとし、上述のΦ・Np・LG・KCが1.1以上8.2以下を満たし、かつ、0.005≦KC≦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。
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、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19に示すように光源支持部52にネジ穴52c、52dを設け、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丸穴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。
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に固定して光源28および副光源29と一体化し、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の側面30f、30gから変えられた光入射面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、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。
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。
12 液晶表示パネル
14 駆動ユニット
20 バックライトユニット
24 照明装置本体
24a 光射出面
28 光源
29 副光源
30 導光板
30a 光射出面
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
30h 稜線
30i、30j、30k、30l 角隅
31 固定手段
31a 固定部材
31b、31c ネジ
31d、31e 固定ピン
32 光学部材ユニット
32a、32c 拡散シート
32b プリズムシート
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
42a 底面部
42b 側面部
42c 角材
42d、42f 外側リブ
42e 内側リブ
42g ハニカム構造
44 上部筐体
44a 側面部
44b 角材
45a,45b 補強部材構造
46 補強部材
46a、46b ネジ
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 光源支持体
52a 光源支持体上面
52b 光源支持体下面
52c、52d ネジ穴
53 ネジ穴
54 アレイ基板
56 フィン
58 発光面
60a、60b 第1丸穴
60c、60d 第2丸穴
61a 第3丸穴
62a、62b 第1長穴
62c、62d 第2長穴
62e 第5長穴
63a 第3長穴
63b 第4長穴
64 ヒートシンク
66 ヒートパイプ
70a 第6長穴
71a 第7長穴
72a 第8長穴
α 2等分線
a LEDチップの光射出面に垂直な方向の長さ(短辺)
b LEDチップの配列方向の長さ(長辺)
c 光源と導光板の光軸距離
q LEDチップの配置間隔
Claims (14)
- 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、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弾性的に保持するすべり機構と、
前記導光板の伸縮に対応して、前記筐体を補強する補強部材とを有することを特徴とする面状照明装置。 - 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。
- 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。
- 前記導光板は、矩形状で平坦な前記光射出面と、前記光射出面の互いに対向する1対の端辺に形成され、前記光射出面と平行に進行する光を入射させるための、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1〜3のいずれかに記載の面状照明装置。 - 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4に記載の面状照明装置。 - 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Np、補正係数をKC、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LGとしたときに、不等式
1.1≦Φ・Np・LG・KC≦8.2
0.005≦KC≦0.1
を満足する請求項1〜5のいずれかに記載の面状照明装置。 - 前記補強部材が、前記筐体の縁を折り返すように曲げた構造であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の面状照明装置。
- 前記筐体の縁を折り返すように曲げた構造における折り曲げ部の曲率半径Rが、0.3mm<R<1mmの範囲にあり、前記筐体の板厚Tが、0.5mm<T<1.5mmの範囲にあることを特徴とする請求項7に記載の面状照明装置。
- 前記補強部材が、前記筐体にリブを設けた構造であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の面状照明装置。
- 前記筐体にリブを設けた構造におけるリブの幅W、高さH、筐体の厚みTが、W<H<Tの関係にあり、筐体の厚みTが、5mm<T<20mmの範囲にあることを特徴とする請求項9に記載の面状照明装置。
- 前記補強部材が、前記筐体の縁に角材を配置した構造であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の面状照明装置。
- 前記筐体の縁に角材を配置した構造における角材の長辺の寸法Aおよび短辺の寸法Bと筐体の厚みTが、0.2T<A<0.5Tおよび0.2T<B<0.5Tの範囲にあることを特徴とする請求項11に記載の面状照明装置。
- 前記補強部材が、前記筐体の下部筐体に設けられたハニカム構造であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の面状照明装置。
- 前記筐体の下部筐体に設けられたハニカム構造における板厚Thが、0.5mm<Th<1.5mmの範囲にあり、ハニカム構造の対角線Whの寸法がが、5mm<Wh<20mmの範囲にあることを特徴とする請求項13に記載の面状照明装置。
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