JP2009218175A - 導光板および面光源照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の単色点状光源からの光を入光させる場合にも、光の利用効率を落さずに、複数の単色点状光源からの光を混色することの可能な導光板を提供する。
【解決手段】 本発明の導光板３は、複数の色の光を、入光端面３ａの長さ方向ｘに所定の間隔Ｐを隔てて、入光端面３ａから入光させるときに、入光端面３ａから入光した複数の色の光を混色する機能を有する混色領域３ｆと、混色領域３ｆからの光を出射する光出射面を上面に有する有効領域３ｅとを備えている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、導光板および面光源照明装置に関する。

図１は、特許文献１に示されているタンデム型面光源装置（面光源照明装置）の斜視図である。図１において、符号ＢＬ１，ＢＬ２は、タンデム配列された第１段目，第２段目の導光ブロック（導光板）である。各導光ブロックＢＬ１，ＢＬ２の一方の端面は入射端面５１１，５１２とされ、光源（例えば、冷陰極管）５０１，５０２からの光が入光する。そして、各導光ブロックＢＬ１，ＢＬ２の入射端面５１１，５１２から入光した光は、各導光ブロックＢＬ１，ＢＬ２の上面の光出射面５２１，５２２から上方に出射される。

ところで、図１に示されている従来のタンデム型面光源装置では、光源５０１，５０２に線状光源（例えば、冷陰極管）が用いられており、この場合には、導光ブロックＢＬ１，ＢＬ２の入射端面５１１，５１２の近傍に光源５０１，５０２を配置しても、導光ブロックＢＬ１，ＢＬ２において、色むらが生じることはないが（色むらを生じた光が導光ブロックＢＬ１，ＢＬ２から光出射されることはないが）、線状光源（例えば、冷陰極管）５０１，５０２のかわりに、線状光源（例えば、冷陰極管）５０１，５０２の位置のところに（導光ブロックＢＬ１，ＢＬ２の入射端面５１１，５１２の近傍に）、複数の単色点状光源（例えば、赤色（Ｒ）点状光源、緑色（Ｇ）点状光源、青色（Ｂ）点状光源）を、入光端面（入射端面）の長さ方向ｘに所定の間隔を隔てて配置するときには、導光ブロックＢＬ１，ＢＬ２において色むらが生じ、色むらを生じた光が導光ブロックＢＬ１，ＢＬ２から光出射されてしまうという問題があった。特に、近年では、高品位かつ大型薄型ＴＶにおいて、表示画像に応じて液晶照明用面光源装置の輝度や色度を調整するエリアコントロール制御が要求されており、タンデム型面光源装置に単色点状光源を用いる要求が高くなっており、上記問題を解決することが望まれている。

このような問題を解決するため、本願の発明者は、当初、複数の単色点状光源を入光端面の長さ方向ｘに所定の間隔を隔てて配置する場合は、図２乃至図４に示すように、各点状光源から出射した光が広がり入光端面で混色されるに十分な距離Ｄを置いて点状光源列を配置すれば良いことを見出した。なお、図２は、各点状光源から出射した光が広がり入光端面で混色されるに十分な距離Ｄを置いて点状光源列を配置した面光源装置（面光源照明装置）の断面図であり、図３は、図２の面光源装置（面光源照明装置）に用いられる導光板を示す図であり、図４は、図３の符号２１２で示される部分（各点状光源から導光板の入光端面までの空間）における混色を説明するための図である。

図２において、１１〜１４はそれぞれ１段目から４段目の光源、２１〜２４はそれぞれ１段目から４段目の導光板、７は光学フィルム（拡散板、必要に応じて拡散フィルム、プリズムレンズ）、４１〜４４はそれぞれ１段目から４段目の導光板保持部材（Ｌ字アングル）、５は１段目混色領域を形成するシェード、６は筐体である。

また、図３を参照すると、導光板２（２１，２２，２３，２４）は、光源からの光が入光する入光端面２ａと、入光端面２ａに対向する反入光端面２ｂと、照明光を出射する為の出射面２ｇと、出射面２ｇに対向する底面２ｈと、出射面２ｇと底面２ｈに挟まれた側面２ｉとを備えている。図３の例では、導光板２は、入光端面２ａから反入光端面２ｂに向けて厚さが減少している。また、図示しないが、底面２ｈの反入光端面２ｂの近傍には、次段の導光板モジュールの光源を配置する為の凹所を形成しても良い。また、導光板２（２１，２２，２３，２４）の積層構造を保持する為に、導光板２の入光端面２ａには、前段導光板の反入光端面２ｂとの重畳部（切欠部）が設けられている。また、一般的には、導光板の積層構造を保持する為に、金属または樹脂製のＬ字アングル等の保持部材またはそれらを一体とした波型構造（例えば特許文献２）に各々の導光板を装着する構造が良く採られる。

また、図４において、図２の１段目から４段目の光源１１〜１４は、１（１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ，・・・）として示されている。また、図４において、符号Ａで示す範囲が混色の範囲である。

また、図２乃至図４の構成において、点状光源１から入光端面２ａまでの距離は、一般的に光源の指向特性に左右される。例えば点状光源としてランバーシアン（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）的な発光をする光源を用いた場合、図４に例示するように、点状光源１から入光端面２ａまでの距離Ｄは、点状光源の配置ピッチＰに略等しくなる。

図２乃至図４の構成によれば、複数の単色点状光源１を、入光端面２ａの長さ方向ｘに所定の間隔Ｐを隔てて配置するときにも、各点状光源１から出射した光（例えばランバーシアン（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）的な指向特性を有する光）は、図３の符号２１２で示される部分（各点状光源１から導光板２の入光端面２ａまでの空間）で混色されて、導光板２（２１，２２，２３，２４）の入光端面２ａに入光するので、導光板の出射面２ｇからは、色むらのない光を出射させることができる。
特許第３３７３４２７号公報 特開２００２−７２２０４号公報

しかしながら、図２乃至図４の構成では、複数の単色点状光源列１からの光を混色する為に、入光端面２ａと光源１との間に距離を置き混色用の空間（混色領域）２１２を設けると、光利用効率が悪化するという問題がある。

図５は、図２乃至図４の構成の問題を説明するための図である。図５では、簡略化のため単色点状光源１を点光源１００に置き換えている。点光源１００から±９０度の範囲に光線が出射されると、出射された光線は、導光板２に直接入射する光線（図５中、αの範囲に出射する光線）と混色用の空間（混色領域）２１２の壁面に干渉する光線（図５中、β及びβ’の範囲に出射する光線）とに分けられる。通常、混色領域２１２の壁面は反射率９０％以上の高反射率部材を用いるが、それでも１０〜数％の損失は免れない。混色領域２１２の壁面に干渉する光線は、壁面で反射された後導光板に到達する前に複数回壁面に干渉する事が予想され、光線が壁面により反射されるたびに光線は減衰する。

図５に示す単純化したモデルで考えると、α＝２ｔａｎ^−１（Ｔ／２Ｄ）となる。ここで、Ｄは光源１００から導光板２の入光端面２ａまでの距離、Ｔは混色領域２１２の高さである。上記の式から、混色領域２１２の高さＴが小さければ小さいほど、導光板２に直接入射する光線の割合は減少し、混色領域２１２の壁面に干渉する光線の割合が増える。また、光源１００から導光板２の入光端面２ａまでの距離Ｄが広がれば、導光板２に直接入射する光の割合は減り、壁面に干渉する光線の割合は増える。即ち、面光源装置の厚みを薄くした上で混色用の空間（混色領域）２１２の距離を十分に確保すると、混色領域２１２の壁面での反射損失が増え、光の利用効率が悪化するという問題がある。このため、輝度が低下したり、もしくは、それを補う為に消費電力が増大してしまう。

本発明は、複数の単色点状光源からの光を入光させる場合にも、光の利用効率を落さずに、複数の単色点状光源からの光を混色することの可能な導光板および面光源照明装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、複数の色の光を、入光端面の長さ方向に所定の間隔を隔てて、入光端面から入光させるときに、入光端面から入光した複数の色の光を混色する機能を有する混色領域と、混色領域からの光を出射する光出射面を上面に有する有効領域とを備えていることを特徴とする導光板である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の導光板において、前記有効領域は、混色領域側から混色領域とは反対の側（反入光端面）に向けて、厚さが変わらないか、または、一部分で厚さが減少していることを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の導光板において、該導光板は、前記混色領域の少なくとも一部の領域上に、全体の厚さを増加させることなく、他の導光板を重ね合わせることが可能な構造となっていることを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の導光板において、前記混色領域は、前記有効領域の上面としての光出射面に平行な上面および／または底面をもつ平行部と、前記混色領域の平行部と前記有効領域との間にあって、前記平行部の上面および／または底面に対して所定の傾斜角をもって前記平行部の上面と前記有効領域の上面とを結ぶ傾斜上面を有する傾斜部とを備えていることを特徴としている。

また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の導光板において、前記平行部は、入光端面から傾斜部に向かうに従って、厚さが、同じか、または、増加していることを特徴としている。

また、請求項６記載の発明は、請求項４記載の導光板において、前記傾斜部は、前記混色領域の平行部から前記有効領域に向かうに従って、厚さが、同じか、または、増加していることを特徴としている。

また、請求項７記載の発明は、請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の導光板において、前記混色領域の傾斜部の傾斜上面の前記所定の傾斜角は、３０°未満であって、前記混色領域の少なくとも一部の領域上に、全体の厚さを増加させることなく、他の導光板を重ね合わせることが可能な角度以上のものとなっていることを特徴としている。

また、請求項８記載の発明は、１つの導光板と該導光板に所定の光を入光させる光源とを１つの導光板モジュールとするとき、該導光板モジュールを複数個用いた面光源照明装置であって、前記導光板には、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の導光板が用いられ、各導光板は、混色領域の少なくとも一部の領域上に前段の導光板を重ね合わせるという仕方で、順次に重ね合わせられて構成されていることを特徴とする面光源照明装置である。

また、請求項９記載の発明は、請求項８記載の面光源照明装置において、前記複数個の導光板モジュールの各光源は、１枚の基板上に実装されていることを特徴としている。

請求項１乃至請求項７記載の発明によれば、導光板は、複数の色の光を、入光端面の長さ方向に所定の間隔を隔てて、入光端面から入光させるときに、入光端面から入光した複数の色の光を混色する機能を有する混色領域を備えているので、複数の単色点状光源からの光を入光させる場合にも、光の利用効率を落さずに、複数の単色点状光源からの光を混色することができる。

特に、請求項４乃至請求項６記載の発明によれば、導光板は、混色領域が、有効領域の上面としての光出射面に平行な上面および／または底面をもつ平行部を備えていることにより、タンデム型面光源装置の光利用効率を損なわず、かつ、いたずらにタンデム型面光源装置の厚さを増すことなく、複数の単色点状光源列を混色するタンデム型面光源装置を得ることができる。また、入光端面近傍に設けられた平面を利用して（特に、平行部の底面を、有効領域の上面（光出射面）と平行にすることで）、平らな筐体状に導光板構造体を配置する事ができ、Ｌ字アングル若しくは波型構造が不要となる。

また、請求項７記載の発明によれば、混色領域の傾斜部の傾斜上面の前記所定の傾斜角は、３０°未満であって、前記混色領域の少なくとも一部の領域上に、全体の厚さを増加させることなく、他の導光板を重ね合わせることが可能な角度以上のものとなっているので、傾斜部の傾斜上面および底面による損失を１割減未満に抑えながら、面光源装置の厚みの増加を抑える事ができる。

また、請求項８，請求項９記載の発明によれば、１つの導光板と該導光板に所定の光を入光させる光源とを１つの導光板モジュールとするとき、該導光板モジュールを複数個用いた面光源照明装置であって、前記導光板には、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の導光板が用いられ、各導光板は、混色領域の少なくとも一部の領域上に前段の導光板を重ね合わせるという仕方で、順次に重ね合わせられて構成されているので、複数の単色点状光源からの光を入光させる場合にも、光の利用効率の良い照明が可能となる。

特に、請求項９記載の発明によれば、請求項８記載の面光源照明装置において、前記複数個の導光板モジュールの各光源は、１枚の基板上に実装されているので、部材点数を著しく低減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図６は本発明に係る導光板の構成例を示す図（平面図）である。なお、図６において、１は複数の単色点状光源（１ａは赤色（Ｒ）点状光源（例えば赤色ＬＥＤ）、１ｂは緑色（Ｇ）点状光源（例えば緑色ＬＥＤ）、１ｃは青色（Ｂ）点状光源（例えば青色ＬＥＤ））であり、例えば、ランバーシアン（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）的な指向特性を有する光を出射するものとする。図６を参照すると、この導光板３は、複数の色の光を、入光端面３ａの長さ方向ｘに所定の間隔Ｐを隔てて、入光端面３ａから入光させるときに、入光端面３ａから入光した複数の色の光を混色する機能を有する混色領域３ｆと、混色領域３ｆからの光を出射する光出射面を上面に有する有効領域３ｅとを備えていることを特徴としている。

ここで、混色領域３ｆの長さｙは、複数の単色点状光源１（１ａは赤色（Ｒ）点状光源、１ｂは緑色（Ｇ）点状光源、１ｃは青色（Ｂ）点状光源）の間隔Ｐなどに応じて、色むらが生じなくなるのに必要な最適な長さに設定されている。

なお、図６の例では、複数の単色点状光源１として、赤色（Ｒ）点状光源１ａと緑色（Ｇ）点状光源１ｂと青色（Ｂ）点状光源１ｃとが１：１：１の割合で繰り返し配置されているが、複数の単色点状光源１が、図７、図８、あるいは、図９などのように構成されている場合にも、複数の単色点状光源１の構成に応じて、色むらが生じなくなるのに必要な最適な長さに、混色領域３ｆの長さｙを設定すれば、本発明の導光板３を同様に用いることができる。ここで、図７の例では、複数の単色点状光源１は、赤色（Ｒ）点状光源（例えば赤色ＬＥＤ）１ａと緑色（Ｇ）点状光源（例えば緑色ＬＥＤ）１ｂと青色（Ｂ）点状光源（例えば青色ＬＥＤ）１ｃとが１：２：１の割合で繰り返し配置されたものとなっている。また、図８の例では、複数の単色点状光源１は、赤色（Ｒ）点状光源（例えば赤色ＬＥＤ）１ａと緑色（Ｇ）点状光源（例えば緑色ＬＥＤ）１ｂと青色（Ｂ）点状光源（例えば青色ＬＥＤ）１ｃとが１：１：１の割合で配置された３ｉｎ１パッケージ８が一定の間隔Ｗ１を隔てて配置されたものとなっている。また、図９の例では、複数の単色点状光源１は、赤色（Ｒ）点状光源（例えば赤色ＬＥＤ）１ａと緑色（Ｇ）点状光源（例えば緑色ＬＥＤ）１ｂと青色（Ｂ）点状光源（例えば青色ＬＥＤ）１ｃとが１：２：１の割合で配置された４ｉｎ１パッケージ９が一定の間隔Ｗ２を隔てて配置されたものとなっている。

また、本発明の導光板３（混色領域３ｆおよび有効領域３ｅ）は、在来の導光板と同様の材料（例えば、ＰＭＭＡ，ＰＣ（ポリカーボネート）等の樹脂やガラスなど）で形成されている。

このように、本発明では、導光板３自体が混色領域３ｆを備えているので（換言すれば、導光板３の入光端面３ａを光源１の直前まで延長し、混色領域を樹脂内に設けるようにしているので（例えば図５における入光端面２ａを点光源１００に向けて延長し、混色領域を樹脂などで満たすようにしているので））、複数の単色点状光源１からの光を入光させる場合にも、光の利用効率を落さずに、複数の単色点状光源１からの光を混色することが可能となる。

すなわち、例えば図５における入光端面２ａを点光源１００にむけて延長し、混色領域を樹脂などで満たすようにする場合、点光源１００から導光板に向けて放射された光のうち、導光板の入光端面における入射角が浅い光線は導光板に入射し、混色領域の樹脂／空気境界で臨界角以上の角で入射した光線は全反射し、理論上反射損失なしで有効領域に達する。他方、混色領域の樹脂／空気境界に臨界角未満の角度で入射した光は漏れてしまうために、導光板内に光を戻すために、混色領域の外側には反射部材を設けておく。この結果、シミュレーションによれば、空気中で混色させる場合に比べ、樹脂内で混色させる場合の出射効率は２１％から７３％に増加する。これにより、本発明の構成では、複数の単色点状光源１からの光を入光させる場合にも、光の利用効率を落さずに、複数の単色点状光源１からの光を混色することが可能となることがわかる。

図１０は本発明の第１の形態の導光板３の断面図（例えば図６のＣ−Ｃ線における断面図）である。

図１０を参照すると、第１の形態の導光板３では、有効領域３ｅは、混色領域３ｆ側から混色領域３ｆとは反対の側（反入光端面３ｂ）に向けて、厚さが減少している。すなわち、第１の形態の導光板３では、有効領域３ｅの底面３ｈは、有効領域３ｅの上面（光出射面）３ｇに対して傾斜した面となっている。

また、第１の形態の導光板３では、混色領域３ｆは、有効領域３ｅの上面（光出射面）３ｇに対して傾斜した上面３ｃおよび底面３ｄを有している。すなわち、第１の形態の導光板３では、混色領域３ｆは、有効領域３ｅの底面３ｈをそのまま延長させた板状のものとなっている。なお、混色領域３ｆの上面３ｃおよび底面３ｄの有効領域３ｅの上面（光出射面）３ｇに対する傾斜角は、後述の他の形態のものと同様に、３０°未満であって、混色領域３ｆの少なくとも一部の領域上に、全体の厚さを増加させることなく、他の導光板３を重ね合わせることが可能な角度以上のものとなっている。

また、図１１は図１０の第１の形態の導光板３を複数枚用いてタンデム式に重ね合わせた面光源照明装置（タンデム型面光源装置）の断面図である。なお、図１１において、図２と対応する箇所には、同じ符号を付している。すなわち、図１１において、導光板３は、２１、２２、２３、２４として示されている。

この第１の形態の導光板３およびこれを用いた面光源照明装置（タンデム型面光源装置）では、導光板３を光源１側に延長し混色領域３ｆを導光板３内に設けているので、光源１と導光板３との間の距離を最短にとることができ、これにより、光源１から導光板３に直接入射する光を最大にする事ができる。また、導光板３内では多くの光線が反射損失のない全反射により導光することが期待できる為、反射部材で反射させるよりも光の利用効率を増加させることができる。

ところで、一般的に光線は空気中から導光板内に入射する際、空気／導光板境界への入射角に比べて空気／導光板境界からの出射角は小さくなる（図１２を参照）。従って、導光板内では光源の指向特性が空気中における指向特性よりも狭くなる。このため、導光板内の混色領域３ｆの長さは、空気中に配置された混色領域２１２（図３，図４を参照）の長さよりも長くなる。

そして、第１の形態の導光板３では、混色領域３ｆの上面３ｃおよび底面３ｄは、有効領域３ｅの上面（光出射面）３ｇに対して傾斜しているので、混色領域３ｆの長さが空気中に配置された混色領域２１２の長さよりも長くなる分、タンデム型面光源装置の厚さが厚くなってしまう。

そして、画面サイズが大きくなると、導光板枚数が増え、それに伴いＬ字アングルの数が増え、部材数が増す。部材数を減じるためにＬ字アングルを一体化した波型構造部材上に構造体を配置することも考えられる。特に、一般にＬＥＤを光源とする場合には、排熱の関係から筐体を金属にする事が考えられるが、大型波型構造を板金加工で作成することは容易ではない。

本発明の第２の形態の導光板３は、第１の形態の導光板３における上記のような問題を解決することが可能な構造となっている。

図１３は本発明の第２の形態の導光板３の断面図（例えば図６のＣ−Ｃ線における断面図）である。

図１３を参照すると、第２の形態の導光板３では、有効領域３ｅは、混色領域３ｆ側から混色領域３ｆとは反対の側（反入光端面３ｂ）に向けて、厚さが変わらないか、または、一部分で厚さが減少している。図１３の例では、有効領域３ｅは、混色領域３ｆ側から混色領域３ｆとは反対の側（反入光端面３ｂ）に向けて、一部分で厚さが減少しているが、有効領域３ｅは、混色領域３ｆ側から混色領域３ｆとは反対の側（反入光端面３ｂ）に向けて、厚さが変わらない（同じ）ものであっても良い。

また、図１３の例では、導光板３の混色領域３ｆは、有効領域３ｅの上面（光出射面）３ｇに平行な上面３ｊおよび底面３ｋをもつ平行部３ｍと、混色領域３ｆの平行部３ｍと有効領域３ｅとの間にあって、平行部３ｍの上面３ｊおよび底面３ｋに対して所定の傾斜角をもって平行部３ｍの上面３ｊと有効領域３ｅの上面３ｇとを結ぶ傾斜上面３ｒを有する傾斜部３ｔとを備えている。また、図１３の例では、傾斜部３ｔの底面３ｓは、傾斜上面３ｒと平行となっている。すなわち、図１３の例では、平行部３ｍの上面３ｊおよび底面３ｋは、有効領域３ｅの上面（光出射面）３ｇに平行となっており（従って、平行部３ｍの上面３ｊと底面３ｋとは、平行となっており）、また、傾斜部３ｔの傾斜上面３ｒと底面３ｓは、平行となっている。これにより、図１３の例では、導光板の混色領域３ｆにおいて導光板３の厚みは変化しない（同じ）ものとなっている。

なお、傾斜部３ｔの傾斜上面３ｒおよび底面３ｓの平行部３ｍの上面３ｊおよび底面３ｋ（あるいは、有効領域３ｅの上面（光出射面）３ｇ）に対する傾斜角は、後述のように、３０°未満であって、混色領域３ｆの少なくとも一部の領域上に、全体の厚さを増加させることなく、他の導光板３を重ね合わせることが可能な角度以上のものであるのが良い。

また、図１４は図１３の導光板３を複数枚重ね合わせた状態を示す図である。

また、図１５は図１３の導光板３を複数枚用いてタンデム式に重ね合わせた面光源照明装置（タンデム型面光源装置）の断面図である。なお、図１５において、図２と対応する箇所には、同じ符号を付している。すなわち、図１５において、導光板３は、２１、２２、２３、２４として示されている。

この第２の形態の導光板３およびこれを用いた面光源照明装置（タンデム型面光源装置）では、第１の形態と同様に、混色領域３ｆを導光板３内に設けているので、光源１と導光板３との間の距離を最短にとることができ、これにより、光源１から導光板３に直接入射する光を最大にする事ができる。また、導光板３内では多くの光線が反射損失のない全反射により導光することが期待できる為、反射部材で反射させるよりも光の利用効率を増加させることができる。

さらに、第２の形態の導光板３では、混色領域３ｆに平行部３ｍを設けたことにより、図１６に示すように、単純に混色領域３ｆを樹脂内に設けた場合（第１の形態の導光板３）と比べて、平行部３ｍを設けた分、面光源装置の厚み増加を抑えることができる（第１の形態の導光板３と比べて、平行部３ｍの分だけ、厚さを減じることができる）。

さらに、第２の形態の導光板３では、入光端面３ａ側に出射面に平行な部分を設けることで（特に、平行部３ｍの底面３ｋを、有効領域３ｅの上面（光出射面）３ｇと平行にすることで）、図１４に示すように導光板構造を平らな筐体３００上に配置できるようになり、Ｌ字アングル若しくは波型構造が不要になるという利点がある。

このように、図１３の導光板３では、混色領域を樹脂内に設けるものの、単純に導光板を延長していたずらに面光源装置の厚みを増大させる事の無い様に、かつ導光板の出射効率を低下させることの無い様に、混色領域３ｆの形状が定められている。これによって、タンデム型面光源装置の光利用効率を損なわず、かつ、いたずらにタンデム型面光源装置の厚さを増すことなく、複数の単色点状光源列を混色するタンデム型面光源装置を得ることができる。また、入光端面近傍に設けられた平面を利用して（平行部３ｍの底面３ｋを、有効領域３ｅの上面（光出射面）３ｇと平行にすることで）、平らな筐体上に導光板構造体を配置する事ができ、Ｌ字アングル若しくは波型構造が不要となる。

すなわち、図１３の導光板３は、その反入光端面３ｂを、隣接する導光板の出射面と混色領域の傾斜上面との境界に設けた段部上に装着するようにして、タンデム構造を構成することができる。そして、図１３の導光板３は、タンデム構造を構成した際に、図１４に示すように、それぞれの出射面３ｇが平坦に接続されるような形状を備えている。また、図１３の導光板３の有効領域底面と混色領域上面と混色領域底面は、図１４に示すように、タンデム構造を構成した際に、隣り合う導光板３の有効領域底面と混色領域上面とが厚さを増加させずに重なり合い、また、それぞれの導光板３の混色領域底面が一平面上に載るような形状を備えている。これによって、上記の優れた効果を得ることができる。

なお、図１３の例では、平行部３ｍの上面３ｊおよび底面３ｋは、有効領域３ｅの上面（光出射面）３ｇに平行となっており（従って、平行部３ｍの上面３ｊと底面３ｋとは、平行となっており）、また、傾斜部３ｔの傾斜上面３ｒと底面３ｓは、平行となっている。これにより、図１３の例では、導光板３の混色領域３ｆにおいて、導光板３の厚みは変化しない（同じ）ものとなっているが、必要ならば、導光板３の混色領域３ｆにおいて、入光端面３ａから有効領域３ｅに向かう方向で厚みを増すこともできる。

実際、本願の発明者は、図１７（ａ）に示すように、長さ３０ｍｍの先太り（入光端面の厚さが１．５ｍｍ、反入光端面側の厚さが２．０ｍｍ）、平板（入光端面の厚さが２．０ｍｍ、反入光端面側の厚さが２．０ｍｍ）、先細り（入光端面の厚さが２．０ｍｍ、反入光端面側の厚さが１．５ｍｍ）の三種類の導光板を混色領域に見立てて、入光端面から０．３３ｍｍ角のＬａｍｂｅｒｔｉａｎ光源を配置し、反入光端面側への到達光量を伝達効率として、シミュレーションした。その結果は、図１７（ｂ）に示すように、先太りの伝達効率は９３．１４％、平板の伝達効率は９３．１１％であるのに対し、先細りの伝達効率は８６．４４％となった。従って、混色領域３ｆの形状は、平板状か、あえて先太りにする必要がある場合には先太りが望ましく、先細り形状は避けるべきである。

また、例えば図１３の例において、傾斜部３ｔの傾斜上面３ｒおよび底面３ｓの平行部３ｍの上面３ｊおよび底面３ｋ（あるいは、有効領域３ｅの上面（光出射面）３ｇ）に対する傾斜角が大きくなるほど、混色領域における伝達効率が低下、即ち導光板から漏れ混色領域を覆う反射面での反射損失が増す。

実際、本願の発明者は、傾斜部３ｔの傾斜上面３ｒおよび底面３ｓの平行部３ｍの上面３ｊおよび底面３ｋ（あるいは、有効領域３ｅの上面（光出射面）３ｇ）に対する傾斜角と導光板出射効率のシミュレーションを行なった。図１８には、そのシミュレーション結果を示す。

図１８から、例えば図１３の例において、傾斜角を３０度未満にすれば、傾斜部３ｔの傾斜上面３ｒおよび底面３ｓで生じる損失を、傾斜角０度のときと比較して１割減程度に抑えることができ、導光板出射端面における出射効率を８０％から７０％程度に抑えながら、面光源装置の厚みの増加を抑える事ができる。

上述したように、本発明の導光板３は、複数の色の光を、入光端面の長さ方向に所定の間隔を隔てて、入光端面から入光させるときに、入光端面から入光した複数の色の光を混色する機能を有する混色領域と、混色領域からの光を出射する光出射面を上面に有する有効領域とを備えていることを特徴としている。

ここで、前記有効領域は、混色領域側から混色領域とは反対の側（反入光端面）に向けて、厚さが変わらないか、または、一部分で厚さが減少している。

また、本発明の導光板は、混色領域の少なくとも一部の領域上に、全体の厚さを増加させることなく、他の導光板を重ね合わせることが可能な構造となっている。

このように、本発明の導光板３は、複数の色の光を、入光端面の長さ方向に所定の間隔を隔てて、入光端面から入光させるときに、入光端面から入光した複数の色の光を混色する機能を有する混色領域を備えているので、複数の単色点状光源からの光を入光させる場合にも、光の利用効率を落さずに、複数の単色点状光源からの光を混色することが可能となる。

また、本発明の導光板３は、前記混色領域が、前記有効領域の上面としての光出射面に平行な上面および／または底面をもつ平行部と、前記混色領域の平行部と前記有効領域との間にあって、前記平行部の上面および／または底面に対して所定の傾斜角をもって前記平行部の上面と前記有効領域の上面とを結ぶ傾斜上面を有する傾斜部とを備えていることを特徴としている。

ここで、前記平行部は、入光端面から傾斜部に向かうに従って、厚さが、同じか、または、増加している。また、前記傾斜部も、前記混色領域の平行部から前記有効領域に向かうに従って、厚さが、同じか、または、増加している。

このように、本発明の導光板３は、前記混色領域が、前記有効領域の上面としての光出射面に平行な上面および／または底面をもつ平行部を備えていることにより、タンデム型面光源装置の光利用効率を損なわず、かつ、いたずらにタンデム型面光源装置の厚さを増すことなく、複数の単色点状光源列を混色するタンデム型面光源装置を得ることができる。また、入光端面近傍に設けられた平面を利用して（特に、平行部の底面を、有効領域の上面（光出射面）と平行にすることで）、平らな筐体状に導光板構造体を配置する事ができ、Ｌ字アングル若しくは波型構造が不要となる。

また、本発明の導光板３は、前記混色領域の傾斜部の傾斜上面の前記所定の傾斜角は、３０°未満であって、前記混色領域の少なくとも一部の領域上に、全体の厚さを増加させることなく、他の導光板を重ね合わせることが可能な角度以上のものとなっていることを特徴としている。これにより、傾斜部の傾斜上面および底面による損失を１割減未満に抑えながら、面光源装置の厚みの増加を抑える事ができる。

また、本発明の面光源照明装置は、１つの導光板と該導光板に所定の光を入光させる光源とを１つの導光板モジュールとするとき、該導光板モジュールを複数個用いた面光源照明装置であって、前記導光板には、上述した本発明の導光板が用いられ、各導光板は、混色領域の少なくとも一部の領域上に前段の導光板を重ね合わせるという仕方で、順次に重ね合わせられて構成されていることを特徴としている。これにより、複数の単色点状光源からの光を入光させる場合にも、光の利用効率の良い照明が可能となる。

また、本発明の面光源照明装置は、前記複数個の導光板モジュールの各光源が、１枚の基板上に実装されていることを特徴としている。

すなわち、図１に示したような従来の導光板を用いて図２に示したような面光源照明装置を構成する場合、図１９に拡大図（図２の拡大図）で示すように、導光板（２１〜２４）を１枚ごとに、それぞれに対応したＬ字アングル（４１〜４４）で保持する必要があり、光源（ＬＥＤ）１１〜１４を実装したプリント基板は、９１〜９４のようにＬ字アングル４１〜４４上に１枚ごとに配置される必要があるため、導光板（２１〜２４）１枚ごとに、光源（ＬＥＤ）１１〜１４を実装したプリント基板９１〜９４が必要となる。このように、図２に示したような面光源照明装置では、光源（ＬＥＤ）１１〜１４を実装した基板９１〜９４は、導光板２１〜２４とＬ字アングル４１〜４４で囲まれた空隙に格納せざるを得ないため、薄さに制約のある場合は、高価なフレキシブルプリント基板を使用せざるを得ない。導光板２１〜２４とＬ字アングル４１〜４４との間にプリント基板を配置しても良いが、その場合も導光板毎に光源（ＬＥＤ）実装基板（光源駆動基板）が必要となる。

また、筐体底とＬ字アングルとの間にプリント基板を１枚配置しようとすると、光源（ＬＥＤ）１１〜１４はＬ字アングルに開けた切り欠き（図示せず）などからＬ字アングル上で導光板入光端面に対面するように、高さ及び傾斜を満足するような実装をせねばならず、困難である。

このように、図２に示したような面光源照明装置では、光源（ＬＥＤ）が実装される（光源（ＬＥＤ）を駆動する）光源（ＬＥＤ）実装基板（光源駆動基板）が導光板毎に必要であるため、部材点数が増すという問題があり、特に、比較的高価なフレキシブルプリント基板を用いる場合は高コストになるという問題がある。

これに対して、本発明の面光源照明装置では、複数個の導光板モジュールの各光源が、１枚の基板上に実装されているので、図２および図１９の構成と比べて、部材点数を著しく低減することができる。換言すれば、複数個の導光板モジュールおよび複数個の光源（ＬＥＤ）に対して１枚の光源（ＬＥＤ）実装基板（光源駆動基板）だけで良いので、従来構成と比べて、部材点数を低減することができる。

具体的に、本発明の面光源照明装置では、図２０に示すように、筐体底に、所定位置に光源（ＬＥＤ）１１〜１４が実装された１枚のプリント基板９を配置し、該１枚のプリント基板９上に複数の導光板２１〜２４を配置することができる。なお、光源（ＬＥＤ）以外の回路構成素子は、導光板構造体に設けられた凹部に実装しても良いし、または筐体底面への切り欠き（図示せず）を利用してプリント基板裏側に実装しても良い。また、電源その他必要な外部回路との接続は、筐体底面の切り欠き（図示せず）から引き出した配線などにより行う事ができる。

上述した本発明の導光板は、一般的な導光板と同様に、ＰＭＭＡやＰＣといった光学用途に使用される樹脂を用いて射出成形等の一般的な成形方法を用いて製造することができる。また特に生産性を問わない場合は、樹脂板やガラス板から切削などの機械加工を施して作成しても良い。

また、上述した本発明の導光板は、在来の導光板と同様に、導光板の底面，側面が反射部材などで覆われていてもよい。また、上述した本発明の導光板の有効領域には、在来の導光板と同様に、有効領域の底面および／または出射面に、微小凹凸，円錐や略半球や台形ドット，ローレット加工，印刷ドット、別のシート部材に拡散反射材を塗布したものを貼り付けるなどした所謂光取り出し手段である輝度分布制御用の加工が施されるものである。一方、混色領域には、このような光取り出し手段としての拡散反射加工は不要である。また、上述した本発明の導光板は、在来の導光板と同様に、必要に応じて、導光板の光出射面上に、拡散板，拡散シート，プリズムシートなどの面光源用光学部材が重ねられてもよい。更に、各々の導光板は一体化されていても良く、必要ならば分割されていても良い。

また、上述した本発明の面光源照明装置の光源は、ＣＣＦＬやＨＣＦＬと言った線状光源でもよく、近年多用されるようになったＬＥＤなどの点状光源でもよい。それぞれの光源は導光板の入光端面に近接して配置される。混色が必要な場合は、導光板に設けられた混色領域で混色する。

本発明は、薄型の大型面光源装置、特に液晶ディスプレイバックライト，透過型看板バックライト，トレース台の照明装置，シャウカステン（レントゲンライトボックス）照明装置や、シーリングランプなどの平面照明装置などに利用可能である。

従来のタンデム型面光源装置（面光源照明装置）の斜視図である。 各点状光源から出射した光が広がり入光端面で混色されるに十分な距離を置いて点状光源列を配置した面光源装置（面光源照明装置）の断面図である。 図２の面光源装置（面光源照明装置）に用いられる導光板を示す図である。 図２の面光源装置（面光源照明装置）において、各点状光源から導光板の入光端面までの空間における混色を説明するための図である。 図２乃至図４の構成の問題を説明するための図である。 本発明に係る導光板の構成例を示す図（平面図）である。 複数の単色点状光源の他の構成例を示す図（平面図）である。 複数の単色点状光源の他の構成例を示す図（平面図）である。 複数の単色点状光源の他の構成例を示す図（平面図）である。 本発明の第１の形態の導光板の断面図である。 図１０の導光板を複数枚用いてタンデム式に重ね合わせた面光源照明装置（タンデム型面光源装置）の断面図である。 一般的に光線は空気中から導光板内に入射する際、空気／導光板境界への入射角に比べて空気／導光板境界からの出射角は小さくなることを説明するための図である。 本発明の第２の形態の導光板の断面図である。 図１３の導光板を複数枚重ね合わせた状態を示す図である。 図１３の導光板を複数枚用いてタンデム式に重ね合わせた面光源照明装置（タンデム型面光源装置）の断面図である。 第２の形態の導光板が、第１の形態の導光板と比べて、平行部を設けた分、面光源装置の厚み増加を抑えることができることを説明するための図である。 先太り、平板、先細りの三種類の導光板を混色領域に見立てて、入光端面から反入光端面側への到達光量を伝達効率としてシミュレーションした結果を示す図である。 傾斜部の傾斜角と導光板出射効率のシミュレーションを行なった結果を示す図である。 図２の拡大図である。 本発明の面光源照明装置におけるプリント基板の配置例を示す図である。

符号の説明

１ 光源
３ 導光板
３ａ 入光端面
３ｅ 有効領域
３ｆ 混色領域
３ｇ 有効領域の上面（光出射面）
３ｍ 平行部
３ｊ 平行部の上面
３ｋ 平行部の底面
３ｔ 傾斜部
３ｒ 傾斜部の上面
３ｓ 傾斜部の底面
９ 光源実装基板（光源駆動基板）

Claims (9)

1. 複数の色の光を、入光端面の長さ方向に所定の間隔を隔てて、入光端面から入光させるときに、入光端面から入光した複数の色の光を混色する機能を有する混色領域と、混色領域からの光を出射する光出射面を上面に有する有効領域とを備えていることを特徴とする導光板。
2. 請求項１記載の導光板において、前記有効領域は、混色領域側から混色領域とは反対の側（反入光端面）に向けて、厚さが変わらないか、または、一部分で厚さが減少していることを特徴とする導光板。
3. 請求項１または請求項２記載の導光板において、該導光板は、前記混色領域の少なくとも一部の領域上に、全体の厚さを増加させることなく、他の導光板を重ね合わせることが可能な構造となっていることを特徴とする導光板。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の導光板において、前記混色領域は、前記有効領域の上面としての光出射面に平行な上面および／または底面をもつ平行部と、前記混色領域の平行部と前記有効領域との間にあって、前記平行部の上面および／または底面に対して所定の傾斜角をもって前記平行部の上面と前記有効領域の上面とを結ぶ傾斜上面を有する傾斜部とを備えていることを特徴とする導光板。
5. 請求項４記載の導光板において、前記平行部は、入光端面から傾斜部に向かうに従って、厚さが、同じか、または、増加していることを特徴とする導光板。
6. 請求項４記載の導光板において、前記傾斜部は、前記混色領域の平行部から前記有効領域に向かうに従って、厚さが、同じか、または、増加していることを特徴とする導光板。
7. 請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の導光板において、前記混色領域の傾斜部の傾斜上面の前記所定の傾斜角は、３０°未満であって、前記混色領域の少なくとも一部の領域上に、全体の厚さを増加させることなく、他の導光板を重ね合わせることが可能な角度以上のものとなっていることを特徴とする導光板。
8. １つの導光板と該導光板に所定の光を入光させる光源とを１つの導光板モジュールとするとき、該導光板モジュールを複数個用いた面光源照明装置であって、前記導光板には、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の導光板が用いられ、各導光板は、混色領域の少なくとも一部の領域上に前段の導光板を重ね合わせるという仕方で、順次に重ね合わせられて構成されていることを特徴とする面光源照明装置。
9. 請求項８記載の面光源照明装置において、前記複数個の導光板モジュールの各光源は、１枚の基板上に実装されていることを特徴とする面光源照明装置。

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