JP2015210983A - 面状照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】導光板12の入光面12cから入射した光は、導光板12内部を進む過程で、正面前方に向かう光L0のみならず、光学素子34によって光路変更され、出射面12aからの無駄な出射が抑制される。そして、光学素子34の長手方向へと光L1、L2が導かれる。光L1、L2が導かれる過程及び導かれた先の領域において、光が拡散される。光学素子34の各々が、光L1、L2を光学素子34の長手方向に導くことで、光の指向性を制御しつつ、光学素子34が設けられた領域において、適度の光の拡散性も発揮する。
【選択図】図7
Description
面状照明装置10は、導光板12と、導光板12の入光面12cに対向して配置されるLED14とが、ハウジングフレーム16に収納された基本構成を有している。LED14は点状光源であることから、LED14から出射された光が、入光面12cから導光板12へと入光すると、輝度班、ホットスポット等と呼ばれる輝度むらが生じる場合がある。この輝度むらが生じることで、導光板12の一方の主面である、光の出射面12aにおける、輝度の均一性が損なわれることになることから、かかる輝度むらの発生を抑えることは、液晶表示装置等の被照明体の、高品質な視認性を確保するうえで、常に要求されるものである。そこで、このような輝度むらの発生を防止するための技術が開発されている(例えば、特許文献1参照)。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、面状照明装置を斜視する場合における、輝度むらの低減を図ることにある。
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
しかも、各光学素子が、複数の光源の各々の正面から、隣接する光源の正面前方に向かって延びるように配置されていることにより、1つの光源から出射された光が、隣接する光源の正面方向へと適度に拡散されながら導かれることとなる。又、光学素子を構成する、凹凸形状部の窪み量及び/又は突出量が一定ではなく、導光板内部を進む光の光路はランダムに変更されることから、隣接する光源の正面方向へと拡散される光の拡散作用が効率的に発揮されるものとなる。又、光学素子を複数備えることで、複数の光学素子の各々により、上記作用が得られるものである。
又、本項に係る光学素子は、凹凸形状部のみによって形成されたものに限らず、線状に形成された光学素子の、幅方向(短手方向)の一部(例えば、幅方向中央部)に、凹凸形状部が形成されているようなものも含むものである。
更に、複数の光学素子が形成された、導光板の主面の、入光面に隣接する所定領域は、導光板の主面の平面視で、帯状(矩形)の領域であっても良く、光源からの出射光の配光分布や、導光板の出射面から出射する光の配光分布等を考慮して、光源の正面前方の一定範囲(例えば、平面視で雫状、扇状、台形状等の任意の形状範囲)の領域であっても良い。
本項に記載の面状照明装置によれば、導光板の入光面から入射した光は、導光板内部を進む過程で、直線状に形成されている光学素子によって、出射面からの無駄な出射が抑制され、かつ、直線状に延びる光学素子の長手方向へと光が導かれ、上述の作用が得られるものとなる。
本項に記載の面状照明装置によれば、直線状に形成された前記複数の光学素子が、互いに平行であることにより、光学素子の各々によって導かれる光の指向性が一方向に揃い、光の指向性の制御が、効果的になされるものとなる。
本項に記載の面状照明装置は、複数の光学素子の、導光板の入光面に対して垂直な方向、すなわち光源の光軸となす角度の平均値が30°以上60°以下となるように配置されることで、上述の作用を適切に発揮するものとなる。
本項に記載の面状照明装置は、複数の光学素子に、光源の光軸上に一方の端点が配置されている光学素子が含まれることで、上述の作用を適切に発揮するものとなる。
本項に記載の面状照明装置は、主面の平面視において、互いに反対方向に延びる光学素子を備えることで、1つの光源から出射された光が、1つの光源の両側に隣接する各光源の正面方向へと拡散され、上述の作用を発揮するものとなる。
本項に記載の面状照明装置は、主面の平面視において、光源の光軸上に、互いに反対方向に延びる光学素子の端点が、光源の光軸に沿って交互に配置されていることで、1つの光源の両側に隣接する各光源の正面方向へと拡散される際に、1つの光源から出射された光が、効率的に、かつ、両側に隣接する光源の正面方向へと均等に拡散されるものとなる。
又、光学素子の端点が、光源の光軸上で一致する場合と比較して、光学素子を構成する凹部及び/又は凸部が重なることがなく、光学素子の形状制御が容易となる。
本項に記載の面状照明装置は、凹凸形状部が、主面の平面視において、隣接する凹部及び/又は凸部同士が互いに一部重複するように配置されていることで、隣接する凹部又は凸部同士が離散して配置されて形成される凹凸形状部との比較において、凹凸形状部を構成する三次元形状の傾斜角度の適正化が図られるものである。すなわち、各凹部又は凸部が、ドーム状のごとく規則的に傾斜角度を変化させる三次元曲面により構成されているような場合には、この三次元曲面は、外縁部へ近づくに従い、面の傾斜角度が増加する。一方、隣接する凹部又は凸部同士が互いに一部重複するように配置されると、各凹部又は凸部を構成する三次元曲面の外縁部が、隣接する凹部又は凸部によって、互いに削り取られるようにして線状に並ぶこととなる。そして、傾斜角度の大きな外縁部が削り取られることによって、導光板内部を進む光の光路の変更作用が緩やかとなり、入光面からより遠方へと進行する光が増加することとなる。従って、導光板の主面の、入光面からより遠方の領域から出射する光の量を増加させ、光の拡散作用が効率的に発揮されるとともに、デッドエリアから出射される光の量が抑制されて光の利用効率が向上する。
本項に記載の面状照明装置は、凹部及び/又は凸部の外径(光学素子の短手方向の幅)対ピッチ(光学素子の長手方向に隣接する凹部及び/又は凸部のピッチ)の比が、2以上50以下であることにより、光学素子による光の指向性の制御作用と、適度の拡散作用とを適切に発揮するものとなる。
本項に記載の面状照明装置は、凹凸形状部を構成する凹部及び/又は凸部がドーム状をなし、複数連続して、全体として線状に形成されていることにより、上述の作用を適切に発揮するものとなる。
本項に記載の面状照明装置は、複数の光学素子の、前記主面に対する接触角が30°以上50°以下であることにより、上述の作用を適切に発揮するものとなる。
(13)上記(1)から(12)項において、前記凹凸形状部には、前記主面の平面視において、前記光学素子の短手方向の一端側と他端側とを円弧状に繋ぐようにして延びる稜線が含まれる面状照明装置。
(14)上記(1)から(13)項において、前記光学素子の各々が、前記入光面からの道のりの増加に伴い、前記凹凸形状部の突出量及び/又は窪み量が小さくなるように形成されている面状照明装置。
なお、光学素子の各々は、必ずしも直線である必要は無く、必要な配光特性や光学特性を考慮して(輝度むらの態様に応じて)、例えば、湾曲していたり、波打つものであっても良い。そして、様々な軌跡を描くように構成される光学素子の、入光面からの道のりの増加に伴い、凹凸形状部の突出量及び/又は窪み量が小さくなるように形成されることで、輝線の視認が回避される作用が得られるものである。
なお、本説明では、点状光源としてのLED14の正面方向、すなわち、導光板12の入光面12cから、入光面12cと対向する端面12dへと向かう方向を「前方」という。
枠状の樹脂フレーム18の、LED14が配置される一つの側辺部18aと、この側辺部18aに対向する側辺部18dとには、反射シート20の位置決めを行うための段部18a1、18d1、及び、遮光シート28の位置決めを行うための段部18a2、18d2が形成されている。更に、一つの側辺部18aには、LED14が実装されたFPC26を位置決めするための段部18a3が形成されている。
又、凹凸形状部36は、導光板12の主面12a、12bの平面視において、隣接する凸部361〜36n同士が互いに一部重複するように配置されて連続体として構成されている。
従って、凹凸形状部36の、光学素子34の長手方向に沿う断面には、図1(b)の凸部361〜36nを切断して得られる、円弧形状部が含まれている。また、光学素子34の凹凸形状部36には、導光板12の主面12a、12bの平面視において、光学素子34の短手方向の一端側と他端側とを円弧状に繋ぐようにして延びる、稜線40(金型に、図2、図3(c)に示される稜線38が形成されるような場合には、この稜線38を転写した稜線40)が形成されている。
光学素子34を備える導光板12の作製方法は、概略的には、導光板12の光学素子34を設ける領域に、凹部及び/又は凸部が互いに一部重複するように所定の送りピッチ(一定である必要はない)で、凹部及び/又は凸部形成作業を行い、光学素子34を複数形成するものである。例えば、導光板12の作製に金型を用いることにより、高精度かつ低コストに、光学素子34を備える導光板12を量産することが可能である。
なお、図4(a)(b)の加工方法において、各々、最終的に形成される凹部42のピッチを一致させたとしても、金型に形成される溝の凹凸構造は異なることとなるが、必要な光学特性を考慮して、適宜、加工方法を選択することが望ましい。
更に、レーザ光を照射させる位置を、例えば、同一の方向に同一距離だけずらして、次の凹部42を形成する作業を繰り返すものである。これにより、複数の凹部42の各々が、一部重畳するようにして、窪み量及び/又は突出量が短手方向にも長手方向にも一定量ではない凹凸形状部が連続し、全体として線状に形成された溝部34’が形成される。
又、溝加工工程にレーザを用いると、レーザ照射時の熱の影響を受ける等により、凹部42の形状は、図3(a)(b)に断面形状が線で示されるように、凹部42の外縁部に凸状の外輪部が形成される。このような、意図的であるかを問わず形成される、微視的な凸形状(または凹形状)が重畳する複雑な凹凸形状は、各々、後述するような本発明の作用効果に寄与するものとなる。
又、金型の凹部42の外径(光学素子の短手方向の幅)対ピッチ(光学素子38として転写される、長手方向に隣接する凹部42のピッチ)の比が、2以上50以下とすることが望ましい。そして、溝部34’が転写されて構成される、光学素子34の、主面12a、12bに対する接触角が30°以上50°以下となるように、形成されることが望ましい。
なお、レーザ加工に用いられるレーザ加工機には、例えば、YAGレーザや、YVO4レーザ、媒質がファイバー形状のファイバレーザ等を用い、レーザ光の波長としては、例えば1.06μm等が採用される。ただし、本発明はこれらの固体レーザや波長に限定されるものではなく、CO2レーザなどの気体レーザや半導体レーザ、液体レーザなどであってもよい。
又、図6(b)に示される例では、光学素子34が複数設けられている所定領域Aが、LED14の前方位置に、平面視で雫状をなすように設定されている。
更に、図6(c)に示される例では、図示された三つのLED14A、14B、14Cのうち、片側に隣接するLED14が無い、両側のLED14A、14Cの前方に位置する光学素子34は、隣接するLED14Bが存在するもう一方の側にのみ向かうようにして、設けたられている。
更に、図示は省略するが、複数の光学素子34は、必ずしも互いに平行である必要はなく、要求される配光分布や光学特性を考慮して(輝度むらの態様に応じて)、例えば、光軸Cに対する角度をランダムに配置しても良い。又、光学素子34が直線状に延びている態様に限定されるものでもなく、例えば、湾曲していたり、波打つように形成されていても良い。
本発明の実施の形態に係る面状照明装置10は、導光板12のLED14の、入光面12cに隣接する所定領域Aに、線状に形成された複数の光学素子34を有し、光学素子34の各々は、三次元形状をなす凸部361〜36nが、光学素子34の長手方向に繰り返して並ぶ凹凸形状部36を有しているものである。このため、図7(a)に示されるように、導光板12の入光面12cから入射した光は、導光板12内部を進む過程で、正面前方に向かう光L0のみならず、光学素子34を構成する凹凸形状部36によって光路変更され、光学素子34の長手方向へと光L1、L2が導かれる。更に、光L1、L2が導かれる過程及び導かれた先の領域においても、出射面12aからの無駄な出射が抑制された状態で光が適度に拡散されることとなる。換言すれば、光学素子34の各々が、光L1、L2を光学素子34の長手方向に導くことで、光の指向性を制御しつつ、光学素子34が設けられた領域において、適度の光の拡散性も発揮するものである。
図8には、図7(b)(d)の配光分布を重ね合わせて示しているが、従来技術に係るF0−originalF1−originalの配光分布の差が顕著であるのに対し、本発明の実施の形態に係るF0、F1の配光分布の差が少なくなっていることが確認される。
又、直線状に形成された複数の光学素子34が、互いに平行であることにより、光学素子34の各々によって導かれる光の指向性が一方向に揃い、光の指向性の制御が、効果的になされるものとなる。
又、LED14の光軸C上に、複数の光学素子34の一方の端点が配置されていることで、上述の作用を適切に発揮するものとなる。
又、主面12a、12bの平面視において、互いに反対方向に延びる光学素子34を備えることで、1つのLED14から出射された光が、1つのLED14の両側に隣接する各LED14の正面方向へと導かれ、上述の作用を発揮するものとなる。
しかも、光学素子34の端点が、LED24の光軸C上で一致する場合と比較して、光学素子34を構成する凸部361〜36nが重なることがなく、光学素子の形状制御が容易となる。導光板12の作製に金型を用いる場合を例に挙げれば、レーザ加工等で、金型に対し凹部42により構成される溝部34’を構成する際の、溝部34’の形状が重なることが無く、形状制御が容易となるものである。なお、かかる作用効果を得るにあたり、互いに反対方向に延びる光学素子34の端点が、LED14の光軸Cに沿って等間隔に配置される必要はなく、間隔が規則的に変化する場合や、ランダムに変化する場合もある。
更に、複数の光学素子34の、主面12a、12bに対する接触角が30°以上50°以下であることにより、上述の作用を適切に発揮するものとなることが、本発明者らによって確認されている。
そして、本実施の形態に係る光学素子34は、ドーム状の凸部361〜36nが、光学素子34の長手方向に隣接する凸部361〜36n同士が互いに一部重複するように繰り返して並ぶことにより構成される凹凸形状部36を含むものであり、この凹凸形状部36は、凸部361〜36nを構成する三次元曲面によって、窪み量及び/又は突出量が一定量ではないものとなる。
言い換えれば、凹凸形状部36は、凸部361〜36nが、光学素子34の長手方向に繰り返して並ぶことによって、光学素子34の断面形状が一定せず、光学素子34の長手方向に直交する方向の断面の面積の増減が、ゼロにならない範囲で長手方向に繰り返されているものである。又は、光学素子34は、その表層に、凹凸形状が長手方向に繰り返されているものである。これにより、光学素子34は、形状が一定せず(断面の面積が単調な減少とはならず)、高次の異方性を有するものとなり、上記作用効果が効果的に得られることとなる。
図5(a)(b)には、本実施の形態に係る(反射面となる側面が曲面である)光学素子34の光路変更作用と、単純なV字状断面を有する(反射面となる側面が平面である)光学素子PAの光路変更作用とを、光Lの経路(矢印)によって模式的に示している。両者の比較から明らかなように、図5(a)に示される、本実施の形態に係る光学素子34の光Lの光路は、効果的に拡散され、面状照明装置10の種々の輝度むらを効果的に解消するものとなる。
又、本実施の形態では、凹凸形状部36には、主面12a、12bの平面視において、光学素子34の短手方向の一端側と他端側とを円弧状に繋ぐようにして延びる稜線40が含まれることから(短手方向の断面に円弧形状部を含むことから)、短手方向の傾斜角度も一定にならず、円弧形状に応じて変化するものとなる。この点からも、光の拡散作用が有効に発揮される。そして、稜線40を挟んで、凹凸形状部36を構成する三次元曲面の傾斜角度が、急変することとなる。このため、導光板12の内部を進む光Lの光路は、この稜線40を境に変更される方向が明確に異なることとなり、光Lの拡散作用が効率的に発揮されるものとなる。
図5(c)には、本実施の形態に係る光学素子34の光路変更作用を示し、図5(d)は(c)の比較例として、隣接する凸部36n同士が離散して配置されて形成される光学素子の光路変更作用を示している。各凸部36nが、図示のようにドーム状の、規則的に傾斜角度を変化させる三次元曲面により構成されているような場合には、この三次元曲面は、外縁部へ近づくに従い、面の傾斜角度(主面に対する接線角度)が増加する(図5(d)参照)。
なお、本実施の形態では、凹凸形状部34を構成する凸部36nがドーム状をなし、複数連続して、全体として線状に形成されていることにより、上述の作用が得られるものである。
又、導光板12の入光面12cに、各LED14から出射された光の導光板12内での配向を制御して輝度むらを軽減するための、いわゆる入光プリズム(図示せず)が設けられていても良い。入光プリズムが設けられている場合には、例えば、入光プリズムによって制御された配向と、光学素子34の相乗効果によって、更なる輝度むらの低減を図ることが可能となるように、入光プリズムの態様に応じた複数の光学素子34を配置することが望ましい。
又、各光学素子34の全長がそろっている必要も無く、各先端部の位置が、入光面12cに隣接する所定領域Aの範囲内で、異なっていても良く、規則的又は不規則に波打つように形成されていても良い。又、各光学素子34は、長手方向に対して複数に分割されていてもよい。
又、本実施の形態では、光学素子34が凸部36nによって構成される場合を例示して説明したが、凸部36nが凹状をなす場合であっても、凹状及び凸状が混在する場合であっても、上述の作用効果が適切に得られるものとなる。
又、各凸部36nのピッチを、光学素子24の長手方向に沿って変化させても良いし、隣接する光学素子24間で変化させても良い。これらにより、光学素子34の光路変更作用を微小な領域ごとに調整することができ、必要な光学特性(輝度むらの態様)に高い次元で対応することが可能となる。
Claims (10)
- 複数の光源と、
該複数の光源が配置される入光面及び該入光面に隣接する主面を有する導光板と、を含む面状照明装置であって、
前記導光板の前記主面の、前記入光面に隣接する所定領域に、線状に形成された複数の光学素子を備え、該複数の光学素子の各々は、凹部及び/又は凸部が、前記光学素子の長手方向に繰り返して並ぶ凹凸形状部を含み、
前記複数の光学素子が、前記複数の光源の各々の正面から、隣接する前記光源の正面前方に向かって延びるように配置されていることを特徴とする面状照明装置。 - 前記複数の光学素子に、直線状に形成された光学素子が含まれていることを特徴とする請求項1記載の面状照明装置。
- 直線状に形成された前記複数の光学素子は、互いに平行であることを特徴とする請求項2に記載の面状照明装置。
- 前記複数の光学素子は、前記導光板の入光面に対して垂直な方向となす角度の平均値が30°以上60°以下となるように配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の面状照明装置。
- 前記複数の光学素子には、前記光源の光軸上に一方の端点が配置されている光学素子が含まれることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の面状照明装置。
- 前記主面の平面視において、互いに反対方向に延びる光学素子を備え、前記光源の光軸上には、互いに反対方向に延びる光学素子の端点が、前記光源の光軸に沿って交互に配置されていることを特徴とする請求項5記載の面状照明装置。
- 前記複数の光学素子は、前記主面の平面視において、隣接する凹部及び/又は凸部同士が互いに一部重複するように配置されてなることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項記載の面状照明装置。
- 前記凹部及び/又は凸部の外径対ピッチ比が、2以上50以下であることを特徴とする請求項7記載の面状照明装置。
- 前記凹部及び/又は凸部が、ドーム状をなしていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項記載の面状照明装置。
- 前記複数の光学素子は、前記主面に対する接触角が30°以上50°以下であることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項記載の面状照明装置。
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