JP2011108520A - 面状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度で均一性に優れ、発光領域の大きい薄型のサイドライト方式の面状照明装置を提供する。
【解決手段】
面状照明装置１０は、ＬＥＤ１１および導光板２１を備えている。導光板２１は、ＬＥＤ１１が配置される入光端面２１ａと、入光端面２１ａから入光したＬＥＤ１１からの光を面状に出射する出射部２３と、入光端面２１ａと出射部２３との間に形成され出射部２３側に向かうほど厚みが漸減する傾斜部２２と、を有している。傾斜部２２の傾斜面２２ａには、回折格子２４が形成されている。回折格子２４は、回折格子を構成する格子溝が導光板２１の入光端面２１ａの長手方向と略平行に形成されている。また、傾斜面２２ａには、回折格子２４を覆うように反射膜２５が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、導光板の入光端面に光源を配置してなるサイドライト方式の面状照明装置に関し、詳しくは、入光端面から離れるほど厚さが漸減する傾斜部が形成された導光板を備える面状照明装置に関する。

液晶表示パネルの照明手段として、小型で環境適合性に優れたＬＥＤを光源に使用したサイドライト方式の面状照明装置（バックライト）が、携帯電話等の携帯情報機器の分野を中心に広く採用されている。昨今では、携帯情報機器の更なる薄型化に対応するため、入光端面から離れるほど厚さが漸減する傾斜部が入光端面と面状の光を出射する出射部との間に形成された導光板が広く使用されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示されている面光源装置（面状照明装置）は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、矩形平板状の導光板５１と、導光板５１の図示下面である反射面に沿って配置される反射シート５２と、導光板５１の図示左端面である入光端面に沿って配置される複数の点状光源としてのＬＥＤ５３と、導光板５１の図示上面である出射面に沿って配置される集光板（プリズムシート）５４（同図（ａ）では省略）と、導光板５１，反射シート５２，およびＬＥＤ５３を収納するケース（ハウジングフレーム）５５と、で構成されている。そして、導光板５１の厚さを導光方向に沿って適宜変えることにより、出射面に傾斜面６１および平坦面６２が形成されている。

このように導光板の入光端面側に傾斜部（傾斜面６１に相当する部分）を形成することにより、ＬＥＤの厚さによらず導光板の出射部（平坦面６２に相当する部分）を薄くすることができる。しかし、導光板の入光端面寄りに傾斜部を形成した場合、入光端面から導光板内に入光した光のうち一部の光が傾斜部を形成する傾斜面から外部に漏れ易くなる。また、傾斜面で反射したときの光の方向変化量が大きくなり対向する面への入射角度が小さくなることから、出射部のうち傾斜部寄りの部分から相対的に多くの光が出射することになる。このため、ＬＥＤが発光した光の利用効率が低下するとともに、出射部から出射する照明光の均一性（均斉度）が低下するという問題が発生する。そこで、特許文献１では、傾斜面６１と平坦面６２とのなす角度θａを所定角度以下に設定することにより、上記問題の解決を図っている。

特開２００７−２８７５５０号公報

しかしながら、近時の面状照明装置には、薄型化とともに、液晶表示領域の拡大に対応して発光領域（照明領域）の周囲に形成される非発光領域を小さくすること（いわゆる狭額縁化）に対する要求も益々強くなってきている。これらの要求を満たすには、面状照明装置の発光領域として利用することができない傾斜部の導光方向長さを、漏れ光量を増大させることなく極力小さくしなければならい。すなわち、出射平面と傾斜面とのなす角度を極力大きくしなければならない。この要求は、前述した光の利用効率および照明光の均一性を向上させるために、傾斜面と平坦面とのなす角度を所定角度以下に設定することと相反するものである。

本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、照明光の輝度および均一性に優れ、かつ、非発光領域を極力小さくしたサイドライト方式の面状照明装置を提供することを目的とする。

そこで、上記課題を解決するために、本発明に係る面状照明装置は、光源と、
前記光源が配置される入光端面、および前記入光端面から入光した前記光源からの光を面状に出射する出射部を有する導光板と、を備え、
前記導光板には、前記入光端面と前記出射部との間に前記出射部側に向かうほど厚さが漸減する傾斜部が形成されており、
前記傾斜部の傾斜面の少なくとも一部に、回折格子が形成され、
前記回折格子を構成する格子溝の延びる方向が前記入光端面の長手方向と略平行であることを特徴とする。

また、本発明の好ましい実施形態では、前記回折格子に反射膜が形成されている。

本発明に係る面状照明装置は、導光板の傾斜面の少なくとも一部に、格子溝の延びる方向が導光板の入光端面の長手方向と略平行になるように反射型の回折格子が形成されている。これにより、導光板の入光端面側から傾斜面に向かって入射した光は、正反射の場合（回折格子が形成されていない場合）と比較して、反射角が大きくなるように回折される。すなわち、傾斜面で反射して反射平面に入射する角度が臨界角よりも大きくなるように光が反射される。また、反射平面に入射する光の位置を入光端面からより遠くなるように、光が先送りされる。これらにより、光の損失（照明光として利用されない漏れ光）を低減できるとともに、照明領域の全域において均一性に優れた照明光を得ることができる。
また、回折格子を反射膜で覆うことにより、回折格子からの漏れ光を確実に防止することができる。これにより、照明光の輝度をより一層大きくすることができる。

本発明の実施形態に係る面状照明装置の要部構成を模式的に示す部分拡大断面図である。 同面状照明装置の導光板の傾斜部における光の挙動を説明するための図であり、(ａ)は比較のために示す従来の構成であり、（ｂ）は本発明の構成である。 同傾斜部に形成される回折格子の形状を説明するための図である。 同回折格子により回折された光の回折角度を解析した結果を示すグラフである。 同回折格子により回折された光のうち全反射角以上の角度に回折される光の割合（回折効率）を計算した結果の一例である。 従来の面状照明装置の構成を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。

以下、本発明の実施形態に係る面状照明装置１０を図面を参照して説明する。なお、以下に示す各図においては、本発明の理解を容易にするため、各構成要素の形状等は、適宜誇張して示してある。

面状照明装置１０は、図１に示すように、光源としてのＬＥＤ１１、およびＬＥＤ１１が発光した点状の光を面状に出射（発光）させるための導光板２１を備えている。なお、図示は省略するが、面状照明装置１０は、前述した従来技術と同様に、反射シートやプリズムシートなどのシート類、およびハウジングフレームを適宜備えている。

ＬＥＤ１１は、本実施形態では、青色ＬＥＤと黄色蛍光体とからなる擬似白色ＬＥＤであり、全体として直方体状に形成され、一側面に発光面１１ａを有する所謂サイドビュー型ＬＥＤである。具体的に説明すれば、ＬＥＤ１１は、中央部に凹部が形成されるように断面コ字状をなすランプハウス１２と、ランプ１２の凹部の底面に実装され青色光を発光する青色ＬＥＤチップ１３と、黄色蛍光体が分散され青色ＬＥＤチップ１３を覆うようにランプハウス１２の凹部に充填される封止樹脂１４と、から構成されている。凹部の開口が発光面１１ａであり、青色ＬＥＤチップ１３が発光する青色光と、黄色蛍光体が発光する黄色光と、を混色することによって生成される白色光が発光面１１ａから発光（出射）される。

次に、導光板２１は、透明材料（本実施形態では、ポリメチルメタクリレート樹脂）を用いて上面視矩形状に形成されている。導光板２１は、その外表面に、ＬＥＤ１１がその発光面１１ａを対向させて配置される端面である入光端面２１ａと、入光端面２１ａと対向する端面である対向端面２１ｂと、入光端面２１ａと直交する一方の主平面である反射平面２１ｃと、反射平面２１ｃと平行に対向する他方の主平面である出射平面２１ｄと、を有している。なお、本発明において、入光端面２１ａが対向端面２１ｂを向く方向を「前方」と定義する。

また、導光板２１は、入光端面２１ａの前方に形成され前方に向かうにしたがって厚さが漸減する傾斜部２２と、傾斜部２２の前方に形成され傾斜部２２を導光したＬＥＤ１１からの白色光を出射平面２１ｄから出射させる出射部２３と、を有している。

傾斜部２２は、前方ほど反射平面２１ｃ側に近づくように一定の勾配で傾斜する傾斜面２２ａを、入光端面２１ａの長手方向（図１の紙面と直交する方向）に沿って出射平面２１ｄ側に設けることにより構成されている。傾斜面２２ａの全体的な傾斜角度は、本実施形態では、５°である。

傾斜面２２ａには、傾斜面２２ａに入射した光を先送りさせるための回折格子２４が形成されている。回折格子２４は、回折格子を構成する複数の格子溝の延びる方向が導光板２１の入光端面２１ａの長手方向に略平行となるように形成されている。

また、傾斜面２２ａには、回折格子２４を覆うように光を反射する反射膜２５が形成されている。反射膜２５は、回折格子２４から外部に光が漏れるのを防止するためのものであり、本実施形態では、アルミ金属膜が用いられている。

出射部２３は、本実施形態では、厚さが一定の矩形平板状に形成され、反射平面２１ｃ側に、例えば複数のドットからなる光路変更パターンが形成されている。光路変更パターンを形成することにより、出射部２３を導光する光の進行方向を変更させて、出射平面２１ｄから出射させることができる。

以上のように面状照明装置１０を構成することにより、ＬＥＤ１１が発光した光を、導光板２１の入光端面２１ａおよび傾斜部２２を介して出射部２３に導き、出射部２３の出射平面２１ｃ側から面状の光として出射させることができる。

次に、本発明の特徴部分である、導光板２１の傾斜部２２に形成された回折格子２４の作用について図２ないし図５を参照して説明する。

はじめに、比較対象として、導光板の傾斜部の傾斜面に回折格子が形成されていない従来技術における光の挙動について図２（ａ）を参照して説明する。図示下面の水平面（基準面）である反射平面に対する傾斜角度がφの傾斜面に、入射角度θ１で入射する光を想定する。なお、入射角度θ１は、反射平面の垂線Ｈと傾斜面に入射する光線のなす角度として定義する。傾斜面に入射角度θ１で入射した光は、反射角度θ２で正反射する。反射角度θ２は、θ２＝θ１−２φで表される。したがって、光が傾斜面で反射することにより、水平な面（傾斜角度φ＝０°）で反射する場合と比較して、２φだけ角度が小さくなって反射平面に入射する。すなわち、傾斜面で反射することにより、反射平面に入射する角度が、光が外部へ漏れ易い方向
(臨界角に近づく方向)に変化する。

これに対して、導光板の傾斜部の傾斜面（傾斜角度φ）に回折格子（反射型回折格子）が形成されている場合には、図２（ｂ）に示すように、入射角度θ１で回折格子に入射した光は、回折格子により回折され１次以上の回折光に変換される。なお、回折格子により回折されない光（０次光）、すなわち反射角度がθ２であり、正反射する場合と同様の挙動をする光も発生する。１次以上の回折光は、いずれも回折角度（反射角度）がθ２よりも大きくなり、次数が大きいほど回折角度が大きくなる。すなわち、回折された光は、０次光と比較して、外部に漏れ難い角度で反射平面に入射し、かつ、より前方の位置に入射するように角度が変換される。

ここで、上述した回折格子の作用を、具体的な実施例に基づいて検証する。本実施例の回折格子は、図３に示すように、断面鋸歯状をなしており、各歯部は、内面が入射端面側を向く長辺および内面が対向端面側を向く短辺から構成されている。長辺と短辺とがなす谷角が直角、頂点を結ぶ仮想線分（図中、破線で示す）と長辺とがなす角度ωが２５．９°、ピッチＰが１．３４μｍ、溝深さＤが０．６５μｍである。このような形状をした回折格子が、傾斜角度５°の傾斜面に沿って形成されている。

入射角度が０から５２°の範囲で回折格子に入射した光の回折角度を解析した結果を図４に示す。同図から明らかなように、０次光は、正反射（回折格子が形成されていない平坦面での反射）の際の反射角度θ２と一致するが、１次ないし３次の回折光の回折角度は、いずれもθ２よりも大きく、かつ、次数が大きいほど回折角度が大きくなっている。

次に、入射角度が０から５２°の範囲で回折格子に入射した光の回折効率を解析した結果を図５に示す。ここで、回折効率とは、導光板の代表的な材料であるポリメチルメタクリレート樹脂の空気に対する臨界角である４２°よりも回折角度が大きい回折光の全光に対する割合である。同図から、上記構成の回折格子により、正反射では発生しない４２°以上の反射角度の反射光（回折光）がいずれの入射角度に対しても生成されていることが分かる。この場合の入射角度が０から５２°の範囲での回折効率の平均値は１０％であるが、本発明者は、回折格子の形状最適化により、回折効率がさらに向上することを確認している。

次に、本発明の実施形態に係る面状照明装置１０特有の作用・効果について説明する。

前述の回折格子の作用説明からも明らかなように、面状照明装置１０は、導光板の２１の傾斜部２２の傾斜面２２ａに入光端面２１ａの長手方向に略平行に延びる回折格子２４が形成されていることから、傾斜面２２ａに入射した光を回折させ、反射平面２１ｃに入射する光の入射角度を、平坦面で反射させる場合と比較して大きくすることができる。これにより、傾斜部２２の長さを短くして狭額縁化を図った場合であっても、反射平面２１ｃからの漏れ光を抑制することができ、照明光の輝度を向上させることができる。また、回折格子２４により光を回折させることにより、反射平面２１ｃに入射する光の位置を入光端面２１ａからより遠くにする、すなわち、光を先送りすることができる。これにより、傾斜部２２の長さを短くして狭額縁化を図った場合であっても、導光板２１の傾斜部２２近傍において局部的に光が出射する現象を抑制することができ、照明光の輝度の均一性を向上させることができる。

また、面状照明装置１０は、傾斜面２２ａに形成された回折格子２４を覆うように反射膜２５が形成されている。これにより、傾斜面２２ａからの漏れ光を確実に防止することができ、照明光の輝度をより一層向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、実施の形態については上記に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更および組み合わせが可能である。

例えば、上記実施形態では、回折格子２４の断面形状を鋸歯状としたが、これに限定されない。これに代えて、例えば、断面矩形状または断面正弦波状としてもよい。また、本実施形態では、傾斜面２２ａの全領域に回折格子２４が形成されているが、傾斜面２２ａの一部に形成するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、反射膜２５として、アルミ金属膜が形成されているが、これに限定されない。これに代えて、例えば、誘電体多層膜からなる反射膜を形成してもよい。また、生産性やコストを優先する場合には、反射膜は必ずしも形成しなくてもよい。

１０ 面状照明装置
１１ ＬＥＤ
２１ａ 発光面
２１ 導光板
２１ａ 入光端面
２１ｂ 対向端面
２１ｃ 反射平面
２１ｄ 出射平面
２２ 傾斜部
２３ 出射部
２４ 回折格子
２５ 反射膜

Claims (2)

1. 光源と、
   前記光源が配置される入光端面、および前記入光端面から入光した前記光源からの光を面状に出射する出射部を有する導光板と、を備え、
   前記導光板には、前記入光端面と前記出射部との間に前記出射部側に向かうほど厚さが漸減する傾斜部が形成されており、
   前記傾斜部の傾斜面の少なくとも一部に回折格子が形成され、
   前記回折格子を構成する格子溝の延びる方向が前記入光端面の長手方向と略平行である面状照明装置。
2. 前記回折格子が反射膜で覆われている請求項１に記載の面状照明装置。

Images