JP2012174599A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導光板の側面に光源を配置した照明装置で、構成部品を増加させる事なく、ムラの無いエリアコントロールを実現する。
【解決手段】 導光板２は、複数の光源１ａ，１ｂ，１ｃのそれぞれに対向する入光部２ａが設けられており、入光部２ａから入射した光を導光して出射する発光エリアがそれぞれの入光部２ａに対応して設けられている。隣接する発光エリアの境界には、入光面に垂直な方向へ延びるように溝３ａ，３ｂが形成されている。また、入光部２ａは、光源の出光部に向かい合う入光面と、光源の出光部から出光方向に放物線状に形成された反射面を備えている。さらに、入光面には、光源１の出光部の中心に対応する位置に凹部が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表示装置に用いられる照明装置に関する。特に、カーナビゲーションシステム、液晶テレビ等に用いられる液晶表示装置、及び非自発光型の表示素子を照明するフロントライトやバックライト等の照明装置に関する。

液晶パネルを照明するバックライト（面状照明装置）は液晶パネルより消費電力が大きいため、液晶表示装置の省電力化を図るには、バックライトの消費電力を低減することが効果的である。バックライトの消費電力を低減する方法として、照明領域を複数の領域に区画し、その区画された領域ごとに照明輝度を調整する方法（以下、エリアコントロール法という）が知られている。

導光体の側面から光を入射させるサイドライト型のバックライトでエリアコントロールを実現する方法として、導光体を分割する方法（例えば、特許文献１を参照）や導光体に溝を作成して発光エリアを分割する方法（例えば、特許文献２を参照）が知られている。

特開２００７−１２２９７１号公報 特開２０１１−９２０８号公報

しかし、特許文献１のように導光体を分割すると画質の均一性が落ちるという問題や、部品点数が多くなるために組立て工数が増加し、コストが増加するという課題がある。

また、特許文献２のように導光体に溝を作成するだけでは、光源からの光の成分が約１８０度の方向に広がっているため、一部の光源を点灯した場合、表示領域全体において、点灯領域と非点灯領域との境界がぼやけてしまう。すなわち、非点灯領域にも光が漏れ、点灯領域は表示上ぼやけてしまい、表示ムラとして見えてしまうという課題があった。

そこで、本発明の目的は、導光板の側面に光源を配置した照明装置で、構成部品を増加させる事なく、ムラの無いエリアコントロールを実現することにある。

上記課題を解決するため、本発明の照明装置は、光源と、光源からの光を導光し上面から出射する導光体を備える照明装置において、光源からの光が入光する入光面に、凹部が前記光源に対向するように設けられ、光源の出光部から出光方向に、放射線状に延びた放物面が入光面に接続していることとした。さらに、前記導光板には、入射した光の進む方向を入光面に直交する方向に近づけるための一定の断面形状を有する溝が、入光面から該入光面に対向する面に向かって、前記出光面に形成されるようにした。

本発明によれば、光源から導光体へ入射する光の多くが、該導光体の入光部の働きによって該導光体の入光面に垂直な方向に均一に揃えられており、また一部の斜めの成分を持った入射光や、導光体内部で斜めの成分を持つに至った内部光も該導光体の出光面に備えられた溝の効果により入光面に垂直な方向にその成分を揃えられる。

このことにより、構成部品を増加させる事なく、非点灯領域への光漏れの無い、ムラの無いエリアコントロールが可能な照明装置および表示装置を実現できる。

本発明の照明装置を模式的に示す斜視図である。 導光板に備えた入光部を説明する拡大図である。 導光板の溝の機能を説明する模式図である。 導光板の溝形状を示す断面図である。 入光部の形状を説明する拡大図である。 溝形状の一例を説明する模式図である。 溝形状の一例を説明する模式図である。 溝形状の一例を説明する模式図である。 溝形状の一例を説明する模式図である。 溝形状の一例を説明する模式図である。 溝形状の一例を説明する模式図である。

本発明の照明装置は、複数の光源と導光板を備えている。複数の光源のそれぞれに対向して導光体が設けられている。導光体は、入光部から入射した光を導光して発光エリアから出射する。入光部のそれぞれに対応して発光エリアは設けられている。したがって、導光板は、複数の導光体が一体的に構成された形態とみなすことができる。点灯した光源に対応する発光エリアから光が出射することになり、エリアコントロールが実現する。

それぞれの導光体は入光部と発光部に大別できる。発光部の表面が発光エリアとなり、光源から導かれた光が発光エリアから出射される。入光部は、光源の出光部に向かい合う入光面と、入光面の両側に放物線状に形成された反射面を備えている。さらに、入光面には、光源の出光部の中心に対応する位置に凹部が形成されている。入光部をこのように構成することによって、広範囲に発光される光源の光を一定の方向に揃えて導光体の内部に導入させることが可能になる。

また、隣接する導光体の境界、すなわち、発光エリアとこれに隣接する発光エリアとの境界に、溝を形成する。光源から発せられて入光部によって揃えられた光束を、その光源に対応する導光体内のみに導光させることとなる。したがって、隣の導光体に漏れ入る光が防止でき、非点灯領域への光漏れの無いエリアコントロールが実現できる。

光源に点光源、特にＬＥＤを用いる場合に効果がある。点光源は、特定方向に平行な光を発光するものでなく、放射状に発光する特性があるためである。

以下、図面を基に照明装置を説明する。図１は照明装置を模式的に示す斜視図である。図示するように、複数の光源１ａ，１ｂ，１ｃと導光板２を備えている。複数の光源のそれぞれに対向して入光部２ａが設けられており、入光部２ａから入射した光を導光して出射する発光エリアがそれぞれの入光部２ａに対応して設けられている。それぞれの導光体は入光部２ａと発光部に大別できる。入光部は、光源の出光部に向かい合う入光面と、光源の出光部から出光方向に放物線状に形成された反射面を備えている。さらに、入光面には、光源１の出光部の中心に対応する位置に凹部が形成されている。図示するように、各光源に対して入光部２ａが一つ設けられ、この入光部２ａに放物面が形成される。このように、入光部を凹部が形成された入光面と放物面で構成することによって、広範囲に発光される光源の光を一定の方向に揃えて導光体の内部に導入させることが可能になる。

図１では、導光板２の境界領域の発光エリアには２つの溝３ａ，３ｂが、入光面に垂直な方向へ延びるように発光部に形成されている。このように、光源の中間位置、すなわち隣接する方物面の境界位置に溝を配置することによって、ある点光源から発せられ入光部によって揃えられた光を、その点光源の正面、すなわち方物面と溝とに挟まれた領域にのみ導入させることが可能になる。

さらに、導光板２の出光面の対向面に、反射構造体としてプリズムやドットを形成してもよい。このとき、反射構造体のピッチを等間隔にして、高さを変化させる。例えば、反射構造体の高さを光源から遠くなるほど高くする。逆に、反射構造体の高さを一定とし、ピッチを可変としてもよい。例えば、反射構造体のピッチを光源から遠くなるにつれて狭くする。さらに、導光板２の出光面の対向面に、反射構造体の反射面の総面積を抑えるための構造物を形成してもよい。この構造物の形状は、光源の出光方向と平行に長手をもつ凸形状または凹形状であり、対向面に複数配置されている。複数の構造物は一定のピッチで配置するとよい。また、この構造物の断面面積は光源から遠ざかるほど小さくなるようにした。

（実施例１）
本実施例を図１〜図４を用いて具体的に説明する。本実施例の照明装置の構成を図１に模式的に示す。図２は、導光体の入光部２ａの形状を拡大して示す。図示するように、光源１と対向する入光面に台形状の凹部２ｂが設けられている。台形の短辺は０．２〜０．６ｍｍ、長辺は１．０〜１．２ｍｍ、高さは０．５〜１．０ｍｍ程度であり、最適値は光源１の配光特性等によって異なる。また、光源１の出光部から出光方向に沿って放物線状に放物面２ｃが伸びている。放物面２ｃの曲線は放物面２ｃを形成する放物線の焦点位置によって決められ、焦点位置は光源１から出光面に沿って水平におおよそ０．５〜０．７ｍｍの範囲内である。凹部の形状、放物線およびその焦点位置は光源１の配光特性に合せて最適化される。本実施例では凹部形状を台形としたが、半円や、三角形、もしくは多角形等の形状であっても台形に近い効果を得ることができる。また、各構成面が曲面であってもかまわない。本実施例の入光部２ａは、導光体内部に光が導入されるときに、入光面に垂直な光の成分をより多く導光体内に入射させることができる。入光部２ａは光源１の光を三方向に分けつつ、一部の成分の方向を変換する機能を有している。光源１から出た光は、台形状の凹部２ｂにぶつかり、台形の短辺から導光体２に入光してそのままほぼ直線状に進む直進成分４ａと、台形の２つの斜辺から屈折して入光する成分にわかれる。この成分は放物面２ｃにあたり、多くの成分が全反射して反射成分４ｂとなり、直進成分４ａとほぼ同じ方向に進む。すなわち、入光部の入光面に台形状の凹部２ｂと放物面２ｃを設けることにより、光源１からの光の方向をそろえることができる。放物面２ｃの焦点距離は光源１から０．５〜０．７ｍｍ程度である。

図１に示す導光板２の上面に形成された溝３ａ，３ｂは、導光板２の入光面に平行な断面において半円形となっており、Ｙ軸のプラス側に向かって導光板２が凹状に窪んだ曲面を有している。溝３ａは、各光源１ａ，１ｂの間の入光面から、Ｙ軸のプラス側に向かって入光面に対向する面まで垂直に伸びている。同様に、溝３ｂは、各光源１ｂ，１ｃの間の入光面から、Ｙ軸のプラス側に向かって入光面に対向する面まで垂直に伸びている。このとき、溝３ａ，３ｂの深さは、導光体の厚さの０．２〜０．８倍である。

図３は、導光板２の溝３ａ，３ｂに反射して進む光の向きを説明する導光板２の上面図である。図４は、導光板２の溝３ａ，３ｂの入光面と平行な方向に対する光の反射を説明する導光板２の部分断面図である。図３に示すように、導光体の入光面から入射したＸＹ平面内の光は、溝３ａ，３ｂの曲面に反射することにより、入光面に直交する方向（Ｙ軸のプラス方向）に対して浅い角度（θ１＞θ２）になるように向きを変える。そして、このような反射を繰り返すことにより、光の進む方向は、入光面に直交する方向、すなわちＹ軸のプラス方向に揃うことになる。これは、図４に示すように、溝３ａ，３ｂの曲面に入射した光は、導光板２の下面方向に分散して反射されるためである。図３を用いて説明すれば、入射角θ１で入射したＸＹ平面内の光の反射角θ２は、角度＋θ１と−θ１の間に分散する。すなわち、溝３ａ，３ｂの曲面で反射する反射光は、反射を繰り返すと次第にＹ軸のプラス方向に揃うようになる。

（実施例２）
次に、入光部の形状ついて図５を用いて説明する。図２に示した入光部は、放物面２ｃが曲面により形成されていたが、ここでは、曲面ではなく、角度をつけて組み合わされた複数の平面によって形成し、多角面２ｄとした。多角面２ｄを配置する場合、方物面に比べて各面の角度の自由度が高いため、多角面２ｄに反射し、導光体内へ導入される光４ｄの配光を自在に制御でき、より高輝度かつ高均一な照明装置が実現できる。また、各面のＸ方向投影幅５ａ，５ｂは、ほぼ同じ幅である事が望ましい。これによって、多角面２ｄに反射し、導光体内へ導入される光４ｄの強さが均一化され、入光部付近でのムラを抑えることが可能となる。

（実施例３）
次に、導光板２の出光面に形成した溝の形状について図面を用いて説明する。
図６、図７に、幅が均一でない溝が形成された照明装置を模式的に示す。図６に示す導光板２の溝３ａ，３ｂは、導光板２ａの入光面に平行な断面において、入光面に近いほど半径の大きい半円形をなしており、入光面に対向する面に向かって凹状に窪んだ曲面を有している。すなわち、入光面から対向する面までの間の半径は、最大径から徐々に小さくなり、入光面に対向する面で最小径になる。図６の導光板２によれば、入光面に近いほど溝３ａ，３ｂの半径が大きいから、光の反射回数が多くなり、入光面に直交する方向の指向性が一層高い光となる。そして、導光板２の出光面から出射する光の輝度が一層高くなる。また、この導光板２は、溝３ａ，３ｂの入光面側の半径が最大径であるから、導光板２の側面の一辺に設ける点光源１ａ，１ｂ，１ｃ間の距離が長い場合に有効になる。

図７に示す導光板２の溝３ａ，３ｂは、導光板２の入光面に平行な断面において、入光面に近いほど半径の小さい半円形をなしており、入光面に対向する面に向かって凹状に窪んだ曲面を有している。すなわち、入光面から対向する面までの間の半径は、最小径から徐々に大きくなり、入光面に対向する面で最大径になる。図７の導光板２によれば、その上面に形成された溝３ａ，３ｂの曲面に光が反射し、その反射を繰り返すことにより、入光面に直交する方向の指向性が高い光となる。そして、導光板２の出光面から出射する光の輝度が高くなる。また、この導光板２は、入光面の溝３ａ，３ｂの半径が最小径であるから、導光板２の側面の一辺に設ける点光源１ａ，１ｂ，１ｃ間の距離が狭い場合に有効になる。

図８に、隣接する導光体の境界領域の一部に溝が形成された照明装置を模式的に示す。図８に示すように、導光板２の溝３ａ，３ｂは、導光板２の入光面に平行な断面において半円形をなしており、入光面から対向する面までの間の途中まで凹状に窪んだ曲面を有している。すなわち、図１に示した導光板２の溝３ａ，３ｂとは、入光面に平行な断面が同一である。しかしながら、図１で示した溝３ａ，３ｂは入光面の反対側の面まで形成されているのに対し、図８で示した溝３ａ，３ｂは、入光面に対向する面の途中までしか形成されていない点で相違する。図８に示した導光板２によれば、入光面に対向する面の途中まで形成された溝３ａ，３ｂの曲面に光が反射し、その反射を繰り返すことにより、入光面に直交する方向の指向性が高い光となる。

図９に、境界領域のそれぞれの導光体に溝が形成された照明装置を模式的に示す。図９に示すように、導光板２の溝３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆは、導光体の入光面に平行な断面において半円形をなしており、入光面に対向する面に向かって凹状に窪んだ曲面を有している。２つの溝３ｃ，溝３ｄは、点光源１ａ，１ｂ間に、入光面に直交して並行に隣接して設けられている。同様に、２つの溝３ｅ，３ｆも、点光源１ｂ，１ｃ間に、入光面に直交して並行に隣接して設けられている。図１に示した導光板２の溝３ａ，３ｂと、図９に示す導光板２の溝３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを比較すると、断面形状が半円形である点で同一であるが、図９の溝は、分割して並行に形成されている点で相違する。図９で示した導光板２によれば、溝３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを点光源１ａ，１ｂに近づけることができる。すなわち、溝３ｃを点光源１ａに、溝３ｄを点光源１ｂに、溝３ｅを点光源１ｂに、溝３ｅを点光源４ｃにそれぞれ近づけることができる。また、溝３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆの曲面に光が反射し、その反射を繰り返すことにより、入光面に直交する方向の指向性が高い光となる。

図１０に、導光体にＶ字状の溝が形成された照明装置を模式的に示す。図１０に示すように、導光板２の溝３ａ，３ｂは、導光板２の入光面に平行な断面において２つの平面からなる溝が形成されている、すなわち、導光板２の入光面に平行な断面が三角形の窪みとなっており、Ｙ軸のプラス側に向かった２つの平面により三角形の凹部を有する溝が形成されている。この場合、入光部から導入された光は、溝の平面に反射しても入射角と同じ角度で出射するから、反射を繰り返してもこの角度が維持される。そのために、光の進む方向が入光面に直交する方向、すなわちＹ軸方向に次第に揃ってくることはないが、溝の間の範囲から光を漏らさない機能は維持される。

図１１に、導光体の裏面に溝が形成された照明装置を模式的に示す。図１１に示すように、導光板２の溝３ａ，３ｂは、導光板２の出光面に対向する面（裏面）に形成されている。すなわち、裏面から出光面側に向かって溝が形成されている。これによって出光面を一つの平面とすることが可能となり、出光面から出光する配光の制御が容易となる。

本発明に係る照明装置は、携帯電話、ＰＤＡ、カーナビゲーション、テレビ等の表示機器に適用できる。また、住居やオフィス等の設備照明にも適用できる。

１ 光源
２ 導光板
２ａ 入光部
２ｂ 凹部
２ｃ 方物面
２ｄ 多角面
３ 溝
４ａ 直進成分
４ｂ 反射成分

Claims (8)

1. 複数の光源と、
   前記光源のそれぞれに対向して配置された入光部と、前記入光部から入射した光を導光して出射する発光エリアが前記入光部のそれぞれに対応して設けられた導光体と、を備える照明装置において、
   前記入光部は、前記光源からの光が入射する入光面と、前記光源の出光部から出光方向に放物線状にのびた反射面を有し、
   前記入光面には、前記光源の出光部に対向する凹部が設けられ、
   前記発光エリアとこれに隣接する発光エリアとの境界に、溝が形成されたことを特徴とする照明装置。
2. 前記反射面が、角度をつけて組み合わされた複数の平面から形成された多角形状反射面であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記多角形状反射面の各面を入光面と平行な面に投影した際の幅が等しいことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記溝は、前記入光部側の断面形状と前記入光部と反対側の側面における断面形状が半円形の一部を含み、前記入光部に近いほど前記半円形の径が大きくなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記溝は、前記入光部側の断面形状と前記入光部と反対側の側面における断面形状が半円形の一部を含み、前記入光部に近いほど前記半円形の径が小さくなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記溝は、前記入光部の前記入光面から、該入光面に対向する面に到る途中まで形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
7. 前記溝は、前記発光エリアにそれぞれ一つ設けられており、前記発光エリアの境界では前記溝が複数並んで形成されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記溝が、前記出光面の対向面に形成されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置。

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