JP2013045764A - 面照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サイドエッジ方式で下方に光源をもった面照明装置において、光源からの入射光の利用効率を高く、輝度を均一化できる構成を提供する。
【解決手段】導光板本体の一辺側において、導光板の表裏の平面を平行に面間距離を維持して同心円状に湾曲させて導光板本体の裏面方向に垂下した湾曲垂下部を形成し、湾曲垂下部の先端面に対向して配置される１つ以上の点状光源を、湾曲垂下部の表裏の平面間の中心線よりも導光板の表面側に偏移して配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、導光板の側縁に光源を配した面照明装置に関する。

従来、所定の面積をもった平板状の導光板に光源からの光を導入して、液品表示装置等の対象物を背後から面状に照明する面照明装置があり、この種の面照明装置のうち、光源を導光板の背後に配置する直下方式の面照明装置と、光源を導光板の側縁に配した、いわゆるサイドエッジ方式の面照明装置が知られている。
このうち、サイドエッジ方式の面照明装置は、光源を導光板の背後に配する直下方式の面照明装置に比較して、面照明装置全体としての厚さを薄く、省スペースに構成できることに有利性がある。
一方、サイドエッジ方式の面照明装置の課題としては、導光板の側縁に光源を配置するため、光源専用の基盤が必要になり、また、導光板の側部に光源および基盤を配置するためのスペースが必要なため、面幅方向の小型化の妨げになる問題があった。
上記のサイドエッジ方式の面照明装置の課題を解決するために、光源を導光板の下方に設け、導光板の一側縁近傍を下方の光源に向けて湾曲させ、光源に対向させる構成が特開２００１−２２２９０５号（特願２０００−３０５４０号）にて提案されている。
その構成は、図４（ａ）に示すように、面照明装置１１０の構成要素として、透明基板１１１と、電気配線基板（基盤）１１５上に配置された長板状の導光体１１４と、ＬＥＤからなる点状光源１１６と、反射板１１３の組み合わせにより、長手状の光源に形作り、また、この光源に向けて透明基板１１１の一側端面側１１２を折曲垂下させて、光源からの光を当面基板１１１内に導入するようにしている。
このように構成した面照明装置１１０では、断面図４（ｂ）に示すように、点状光源６の出射光は導光板１１４を介して、一側端面側１１２から透明基板１１１の内部に導入され、乱反射を繰り返しながら透明基板の内部を伝播することで、面状の照明をなすことができ、サイドエッジ方式の面照明装置の課題である導光板の側縁に光源および光源専用の基盤を設ける必要がなくなる。

特開２００１−２２２９０５号公報

本発明の発明者が上記の特開２００１−２２２９０５号に開示される従来技術構成の面照明装置をさらに薄型化することを検討した結果、特開２００１−２２２９０５号の構成のままでは薄型化するにつれて、光源からの入射光の漏出が多くなり、末端まで入射光を伝播させることに限界があることが判明した。特に導光体の折曲部近傍では、導光体の内部を伝播する光の成分に導光体の表面に鋭角に入射する成分を生じて、これが図４（ｂ）に矢印で示すように、導光体の外に漏出してロスを生じるため、導光体の末端まで光の伝播を担保することが難しくなってくる。
したがって、本発明の目的は、サイドエッジ方式の面照明装置において、従来技術の課題にかんがみ、薄型化しても、末端まで高い光の伝播性を維持した構成を提供することを目的とする。

課題を解決するための本発明の手段は、表裏の平面をもって平板状に形成された導光板本体と、導光板本体の一辺側において前記表裏の平面を平行に面間距離を維持して同心円弧状に湾曲させて導光板本体の裏面方向に垂下した導光板の湾曲垂下部と、湾曲垂下部の先端面に対向して配置される１つ以上の点状光源とからなり、前記点状光源は、前記導光板の湾曲垂下部の表裏の平面間の中心線よりも導光板の表面側に偏移して配置されていることを特徴とする面照明装置による。

本発明では、導光板本体の一辺側において、導光板の表裏の表面を平行に面間距離を維持して同心円弧状に湾曲垂下させる。これにより、垂下部から一般部の間で入射光が導光体の壁面に対して入射する入射角が平行に近くなり、光の漏出が可及的に少なくすることができる。
さらに、このような導光板の表裏の表面を平行に面間距離を維持して同心円状に湾曲垂下させる場合、点状光源の配置は、導光板の湾曲垂下部の表裏の平面間の中心線よりも導光板の表面側に偏移して配置されているほうが、導光板の光源から遠い側の末端までの伝播率が高くできることを実験により確認し、本発明にいたった。

本発明の面照明装置の主要構成材を示す斜視図 本発明の面照明装置の要部断面図 本発明の面照明装置の実施例、比較例の輝度の測定結果を示す 従来技術を示す

以下、図面をもとに、本発明の好適な実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態の面照明装置を、主要構成部材の分解斜視図として示している。
本発明の面照明装置１０の主要な構成部材は、導光板本体１１と、導光板本体の表面１１ａ側に積層されるレンズシート／拡散シートの積層シートと１２と、導光板本体の裏面１１ｂ側に積層される反射シート１３と、上記導光板本体１１とこれに積層されるシート１２、１３を容れて支持するフレーム１４を備え、さらにフレーム１４の下方に複数の点状光源１６を配置した基盤１５をもってなる。
導光板本体１１は、全体として所定の面積（１４×２０ｍｍ〜２２０×１６０ｍｍ）をもった平板状をなし、導光板本体１１の一辺側には、導光板本体の裏面方向に垂下した湾曲垂下部１１ｃを形成してなる。湾曲垂下部１１ｃの先端は、点状光源１６に相対している。本発明では、導光板本体の表面１１ａから湾曲垂下部１１ｃまでの距離は１５ｍｍ以内であり、これにより、面照明装置全体の厚さを薄くすることができる。
また、導光板本体１１の厚さは、３ｍｍ以下であり、出射光の均一性を確保するためには、図のように、点状光源１６から遠ざかる側の板厚を漸減させて、楔形の横断面に形成することが特に適する。
導光板本体１１は、透明性の材質からなり、入射光を伝播する性質の母材（ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリスチレン樹脂等）を射出成形機にて所要の形状に形成する。この際、導光板本体の裏面１１ｂ側には、所定の頂角をもっ多数の微小な円錐型凹形状を一様に施す、または、裏面１１ｂ側を形成する金型をレーザー光にて所定のピッチで微細穴形状を施す、または、エッチングにて微細穴形状を施す等（いずれも不図示）によって、機械的な光学形状を形成する。
この場合、導光板本体の内部を伝播する入射光は、一部成分が上記の導光板本体の裏面１１ｂ側に形成された円錐型凹形状や微細穴形状に反射することによって、伝播方向を鋭角に変えられる結果として、伝播につれて入射光を徐々に導光板本体の表面１１ａから導光板本体の外部に出射することにより、導光板本体の表面１１ａを面照明装置の面光源媒体とする。
また、導光板本体１１を形成する他の材料としては、入射光を伝播する性質の母材（ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリスチレン樹脂等）中に、光を散乱させる性質の微小粒子（直径２〜３μｍのシリコーン樹脂、ポリスチレン架橋粒子等）を０．０５〜０．１５ｗｔ％で分散させた散乱導光体でもよい。
このような散乱導光体からなる導光板本体１１に、光源１６から入射された入射光を導入することで、入射光は、導光板本体１１の内部を光源１６から遠ざかる所定の方向に伝播しつつ、入射光のうち微小粒子に入射した成分は伝播方向を変えて散乱し、一部が導光板本体１１の表面１１ａから、導光板本体１１の外部に出射する。このようにして、伝播につれて入射光を徐々に導光板本体の表面１１ａから導光板本体の外部に出射することにより、導光板本体の表面１１ａを面照明装置の面光源媒体とする。
導光板本体の裏面１１ｂには入射光の漏出をおさえるために、反射シート１３を配し、また、導光板本体の表面１１ａからの出射光の均一性や方向性を制御するために、表面１１ａ側にレンズシート／拡散シート等の光学補償用の積層シート１２を配することが適し、いずれも、この種の面照明装置や光学系部材で公知のものを目的に合わせて用いることができる。
フレーム１４は、上記導光板本体１１、光学補償用の積層シート１２、反射シート１３等を収容するように枠状に形成され、材質は樹脂成形材、金属板材等を用いることができる。
基盤１５はその上面に本面照明装置１０の制御に必要な電子回路（不図示）をもってなり、また、この電子回路と連絡された点状光源１６を支持している。点状光源１６はＬＥＤであることが好ましく、導光板本体１１の垂下部１１ｃの先端１１ｄに面する位置に直線状に複数を並べて均等間隔で配置することが適する。配置される数は、１０ｍｍあたり１〜４個が適する。
基盤１５の外形は、フレーム１４の外形と略一致し、基盤１５とフレーム１４を組み合わることで面照明装置の１０の輪郭を形作り、また、各構成要素の収容部を形成する。

次に図２を参照して、導光板の湾曲垂下部１１ｃ近傍の構成を説明する。
図２は、本発明の面照明装置１０の組み立て状態での要部断面図であり、導光板の湾曲垂下部１１ｃの先端面１１ｄが、点状光源１６に面している状態を示す。
本発明において、湾曲垂下部１１ｃは、導光板１１の表面１１ａおよび裏面１１ｂを平行に面間距離Ｄ（０．４〜５．０ｍｍ）を維持した上で、同じ中心点Ｐを中心とする同心円弧状に湾曲している。
この同心円弧の表裏の平面１１ａ、１１ｂの中間位置での半径ｒは２．０〜１３．５ｍｍが適する。半径ｒが、上記の範囲より大きいと製品が必要以上に厚くなる等の外形形状の課題があり、上記の範囲より小さいと入射光のロスが極端に大きくなるという課題がある。
導光板本体の湾曲垂下部１１ｃの先端面１１ｄは、点状光源１６に対向するが、その距離は１ｍｍ以下にできるだけ小さくすることが、入射光の利用効率を高める上で好ましい。発明者が鋭意検討した結果、上記のような本発明の湾曲垂下部１１ｃの形状を採った場合、各点状光源１６の湾曲垂下部１１ｃに対する相対位置は、図２に符号ｄで示すように、湾曲垂下部１１ｃの表裏の平面間の中心線よりも導光板の表面側に所定量（０．１〜０．６ｍｍ）だけ偏移して配置されていることが好ましい（輝度の均一化がはかれる）ことがわかり発明にいたった。
また、上記の作用は、湾曲垂下部１１ｃの半径ｒが小さい場合ほど顕著であり、面照明装置の薄型化に貢献する。

以下の条件で、本発明の実施例としての面照明装置を作成し、評価に供した。

導光板本体：
導光板の材質としては、三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製、ユーピロンＨＬ−４０００を用い、射出成形機に供給し、シリンダ温度２４０℃、金型温度８０℃、型締圧１８０ｔの条件で所定の形状を形成した。
導光板本体の形状としては、幅が５５．０ｍｍ、奥行きが８５．０ｍｍ、幅方向断面で見て、厚さが３．０ｍｍ〜１．０ｍｍに変化する断面楔型の形状とし、厚さの厚い側の一辺側を裏面側へ湾曲させてなる湾曲垂下部を形成した。
湾曲垂下部の曲率半径は、３．０ｍｍ〜１１．０ｍｍまで、１．０ｍｍ毎の各形状を作成した。この際、湾曲垂下部の曲率半径によらず、導光板本体の表面から湾曲垂下部の先端面までの距離は１４．０ｍｍに統一した。
また、「基準サンプル」として、湾曲垂下部を設けない導光板を作成した。
なお、成形された各導光板本体の裏面１１ｂ側には、頂角８０度の微小円錐型凹形状を一様に施し、その際の円錐の直径を０．３〜１．０ｍｍ、高さを０．３５〜１．２ｍｍの範囲とした。
フレーム：
白色ポリカーボネート樹脂を、導光板本体の輪郭に合わせて枠状に成形した。
点状光源：
日亜化学株式会社製、白色ＬＥＤ、ＮＳ２Ｗ０６４、６灯を８．０ｍｍの等間隔に一列に並べ配した。
この際、各ＬＥＤと、導光板の湾曲垂下部の先端面との距離は０．５ｍｍにし、また、各ＬＥＤの中心は、導光板の湾曲垂下部の表裏の平面間の中心線よりも導光板の表面側に０．３ｍｍ偏移して配置させた。
積層シート（レンズシート／拡散シート）：
住友スリーエム株式会社製、光学レンズシート、ＢＥＦ−２−Ｔをプリズムの方向が直交する配置で２枚と、株式会社きもと製、拡散フィルム、ＬＳＥ１００、全光線透過率９７．０％、ＨＡＺＥ値８４．０％、厚さ１００μｍを重ねて用いた。
反射シート：
株式会社ツジデン製、発泡ポリエステル系反射シート、厚さ１００μｍ、反射率９６．５％を用いた。
（比較例）
比較例では、面照明装置の各構成要素としては、実施例と同じものを用い、点状光源と導光板の湾曲垂下部との位置関係のみ実施例と変えて、各ＬＥＤの中心を、導光板の湾曲垂下部の表裏の平面間の中心線上に揃え置いた。（偏移量＝０ｍｍ）
（評価方法）
上記実施例および比較例の各面照明装置を組み立て、面照明装置の出射面からの出射光の輝度測定をおこなった。
輝度の測定には、コニカミノルタ株式会社製、分光輝度計ＣＳ−２０００装置を用い、面照明装置の出射面から３５０ｍｍの距離で奥行方向中央線上で、導光板の表面中央での平均輝度（「基準サンプル」に対する相対値）を測定した。
（評価結果）
図３に実施例および比較例の評価結果を示す。
図より明らかに、実施例、比較例ともに、湾曲垂下部の同心円弧の半径ｒが小さくなるにつれて「基準サンプル」に対する輝度の相対値の低下が生じるが、点状光源を湾曲垂下部の表裏の平面間の中心線よりも導光板の表面側に偏移量（ｄ＝０．３ｍｍ）だけ偏移させた実施例は、同偏移量が無い（ｄ＝０ｍｍ）比較例に対して、輝度の低下が少ないことが示された。
実験の結果、この偏移量の効果は、ｄ＝０．１ｍｍから有意に確認されはじめ、ｄ＝０．３ｍｍ近傍で最大になり、ただし、ｄ＝０．６ｍｍを超えると、点状光源からの湾曲垂下部の先端面への入光率が極端に低下するため、有意の効果を確認できなかった。

「実施形態の効果」
この実施形態によれば、サイドエッジ方式の面照明装置において、従来技術の課題にかんがみ、薄型化しても、末端まで高い光の伝播性を維持した構成が可能となる。

液晶表示装置等の対象物を背後から面状に照明する面照明装置のうち、光源を導光板の側縁に配した、いわゆるサイドエッジ方式の面照明装置として好適に適用される。

１０ 面照明装置
１１ 導光板本体
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１１ｃ 湾曲垂下部
１１ｄ 先端面
１２ 積層シート（レンズシート／拡散シート）
１３ 反射シート
１４ フレーム
１５ 基盤
１６ 点状光源
Ｄ 湾曲垂下部の表裏面の面間距離
Ｐ 中心点
ｒ 湾曲垂下部の同心円弧の半径
ｄ 偏移量

Claims (2)

1. 表裏の平面をもって平板状に形成された導光板本体と、導光板本体の一辺側において前記表裏の平面を平行に面間距離を維持して同心円弧状に湾曲させて導光板本体の裏面方向に垂下した導光板の湾曲垂下部と、湾曲垂下部の先端面に対向して配置される１つ以上の点状光源とからなり、
   前記点状光源は、前記導光板の湾曲垂下部の表裏の平面間の中心線よりも導光板の表面側に偏移して配置されていることを特徴とする面照明装置。
2. 請求項１において、湾曲垂下部の表裏面の面間距離Ｄが３．０ｍｍ以下、湾曲率垂下部の同心円弧の半径ｒが２．０ｍｍ以上、点状光源の湾曲垂下部の表裏の平面間の中心線から表面側への偏移量ｄが０．１ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下であることを特徴とする面光源装置。

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