JP2018137063A - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】面光源装置の輝度ムラを抑制すること。【解決手段】面光源装置１００において、第１導光板１０ａ、第２導光板１０ｂ、反射シート１２、第１光源８ａ、第２光源８ｂおよび光源駆動回路１９を含む。第１導光板は、導光部２３ａと当該導光部よりも第１光源から遠い側に設けられており光を特定方向へ偏向させて第１導光板から出射させる第１光学制御部１６ａを有する。第２導光板は、光を特定方向へ偏向させて第２導光板から出射させる第２光学制御部１６ｂと当該第２光学制御部よりも第２光源から遠い側に設けられた透光部２３ｂを有する。第１導光板と第２導光板は、その積層方向において、第１光学制御部と透光部とが重なるとともに第２光学制御部と導光部とが重なるように配置されており、かつ、平面視において第１光学制御部と第２光学制御部の各々の一端側同士の間に少なくとも隙間が生じないように配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、面状に光を射出する発光面を有する面光源装置に関する。

面光源装置の従来例は、例えば特許第４９４９２７８号公報（特許文献１）に記載されている。この特許文献１に記載される面状照明装置（面光源装置）は、長さの異なる複数の透明基板を積層配置して階段形状に構成された導光ユニットと、この導光ユニットの各透明基板ごとに配置された光源と、各透明基板の出射面側と反対側に設けられた反射部材を備えており、各透明基板には光源から入射する光を出射面側へ向けるための光路変換手段が設けられている。

ところで、特許文献１に記載される面状照明装置では、長さの異なる透明基板を重ねて階段形状に構成しているため、光出射面側から見たときに各透明基板の端部において照射光の切れ目が出来てしまいやすく、この切れ目が暗線として視認されて輝度ムラを生じさせるという点で改良の余地がある。このような輝度ムラは、照射光の高輝度化に伴ってより顕著になる。

特許第４９４９２７８号公報

本発明に係る具体的態様は、面光源装置の輝度ムラを抑制することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の面光源装置は、（ａ）光出射面から面状に光を出射させる面光源装置であって、（ｂ）積層して配置される第１導光板及び第２導光板と、（ｃ）前記第２導光板の前記第１導光板との対向面と反対面側において当該反対面のほぼ全体と平面視で重なるようにして配置された反射シートと、（ｄ）前記第１導光板の一方側面から光を入射させる第１光源と、（ｅ）前記第１導光板と同じ側の前記第２導光板の一方側面から光を入射させる第２光源と、（ｆ）前記第１光源及び前記第２光源を駆動する光源駆動回路と、を含み、（ｇ）前記第１導光板は、前記一方側面から入射する光を伝搬させる導光部と、当該導光部よりも前記第１光源から遠い側に設けられており前記光を特定方向へ偏向させて当該第１導光板から出射させる第１光学制御部と、を有しており、（ｈ）前記第２導光板は、前記一方側面から入射する光を特定方向へ偏向させて当該第２導光板から出射させる第２光学制御部と、当該第２光学制御部よりも前記第２光源から遠い側に設けられた透光部と、を有しており、（ｉ）前記第１導光板と前記第２導光板は、その積層方向において、前記第１光学制御部と前記透光部とが重なるとともに前記第２光学制御部と前記導光部とが重なるように配置されており、かつ、平面視において前記第１光学制御部と前記第２光学制御部の各々の一端側同士の間に少なくとも隙間が生じないように配置されている、面光源装置である。

上記構成によれば、面光源装置の輝度ムラを抑制することが可能となる。

図１は、一実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図２は、光学制御部の構成例を示す模式的な断面図である。 図３は、光源から出射する光の導光板内部での挙動（伝搬状態）について説明するための図である。 図４は、各導光板の光学制御部の配置について説明するための図である。 図５は、プリズムシートの構成例を示す模式的な断面図である。 図６は、他の実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図７は、光学シミュレーション結果の一例を示す図である。 図８は、光学シミュレーション結果の一例を示す図である。 図９は、多くの発光領域を有する面光源装置の構成例を示す模式的な斜視図である。

図１は、一実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。図１に示す面光源装置１００は、光出射面（発光面）から面状に光を出射させるものであり、２つの光源８ａ、８ｂ、２つの導光板１０ａ、１０ｂ、反射シート１２、プリズムシート１４、光源駆動回路１９を含んで構成されている。この面光源装置１００は、図中上側へ向けて光を射出するものであり、その光出射面が２つの発光領域Ａ０１、Ａ０２に分割されており、各領域ごとに個別に光を射出可能に構成されている。本実施形態ではプリズムシート１４の上面が「光出射面」を構成する。なお、本実施形態では導光板１０ａが「第１導光板」に対応し、導光板１０ｂが「第２導光板」に対応し、光学制御部１６ａが「第１光学制御部」に対応し、光学制御部１６ｂが「第２光学制御部」に対応する。

光源８ａは、導光板１０ａの図中左端側に配置されており、導光板１０ａの左端側の側面である光入射面へ光を入射させる。光源８ｂは、導光板１０ｂの図中左端側に配置されており、導光板１０ｂの左端側の側面である光入射面へ光を入射させる。本実施形態では、２つの光源８ａ、８ｂは、各導光板１０ａ、１０ｂにおける共通の一端側である左端側に配置されている。また、本実施形態ではこれらの光源８ａ、８ｂは、ＬＥＤなどの発光素子を１つ以上含んで構成された光源であり、光源駆動回路１９によって駆動される。

導光板１０ａは、光源８ａから入射する光を導光して所定位置から上面側へ出射させるものである。導光板１０ｂは、光源８ｂから入射する光を導光して所定位置から上面側へ出射させるものである。本実施形態では、各導光板１０ａ、１０ｂは、それぞれフィルム状の導光板であり、図中左右方向における長さがほぼ同じであり、図中上下方向に積層して配置される。このような導光板１０ａ、１０ｂとしては、例えば特開２０１５−０６０７６５号公報などの公知文献に記載されているものを用いることができる。

導光板１０ａは、光出射面に最も近い位置に配置されており、その下面側に部分的に配置される光学制御部１６ａを有している。この導光板１０ａの上面側には、導光板の出射光を集光する役割（機能）を有する連続または不連続なレンチキュラーパターンが等間隔で全面に形成されていてもよい。この導光板１０ａの光学制御部１６ａが形成されている範囲が上記した発光領域Ａ０２に対応付けられている。

導光板１０ｂは、導光板１０ａに比べて光出射面から相対的に遠い位置に配置されており、その下面側に部分的に配置される光学制御部１６ｂを有する。詳細には、導光板１０ｂの光学制御部１６ｂは、導光板１０ａの光学制御部１６ａとほとんど重ならない位置に設けられている。この導光板１０ｂの上面側には、導光板の出射光を集光する役割（機能）を有する連続または不連続なレンチキュラーパターンが等間隔で全面に形成されていてもよい。この導光板１０ｂの光学制御部１６ｂが形成されている範囲が上記した発光領域Ａ０１に対応付けられている。

光学制御部１６ａは、導光板１０ａの図中下面に設けられている。この光学制御部１６ａは、光源８ａから入射する光を特定方向に偏向させて導光板１０ａの図中上面側へ出射させるものであり、複数の微小な凹凸によって形成される反射面を有している。なお、光学制御部１６ｂも同様の構成を有している。図示のように、各光学制御部１６ａ、１６ｂは、各導光板１０ａ、１０ｂの積層方向（図中上下方向）において互いにほとんど重ならないようにして配置されている。

導光部２３ａは、導光板１０ａの上面と下面に挟まれた部分であり、透光性を有し、導光板１０ａにおいて光学制御部１６ａよりも光源８ａに近い側に配置されている。導光部２３ａは、光源８ａから導光板１０ａの一方側面へ入射する光を図中右方向に沿って導いて光学制御部１６ａへ到達させるための導波路として機能する。また、透光部２３ｂは、導光板１０ｂの上面と下面に挟まれた部分であり、透光性を有し、導光板１０ｂにおいて光学制御部１６ｂよりも光源８ｂから遠い側に配置されている。

反射シート１２は、導光板１０ｂの下面側（第１導光板との対向面と反対面側）において、この導光板１０ｂの下面のほぼ全体と平面視で重なるようにして配置されている。反射シート１２と導光板１０ｂの光学制御部１６ｂとの間には空気層が存在する。

プリズムシート１４は、導光板１０ａと対向する一面側に多数のプリズム部を有しており、この一面側に斜め方向から入射する光を他面側の法線方向へ出射させる。なお、プリズムシート１４の多数のプリズム部は、導光板１０ａと対向しない他面側に設けられていてもよい。

図２は、光学制御部の構成例を示す模式的な断面図である。なお、ここでは光学制御部１６ａについて例示するが、他の光学制御部１６ｂについても同様の構成である。図示のように、光学制御部１６ａは、導光板１０ａの図中下面に突出して設けられた断面三角形状の凸部である複数のプリズム部２０ａを含んで構成されている。各プリズム部２０ａは、２つの斜面２１ａ、２２ａを有する。なお、このような光学制御部１６ａ等としては、例えば特許第５０６６７４１号公報などの公知文献に記載されているものを用いることができる。

図３は、光源から出射する光の導光板内部での挙動（伝搬状態）について説明するための図である。ここでは、各導光板１０ａ、１０ｂを簡素化して示すとともに、各導光板１０ａ、１０ｂの内部における光路を細線によって模式的に示している。図示のように、導光板１０ａ、１０ｂの上面へ出射する光は、乱反射光や拡散光ではなく直進性を持つ光として導光板１０ｂの上面において、この上面の法線方向を基準としてそれと一致しない斜め方向に一定角度で偏向されて出射する。

詳細には、光源８ａから導光板１０ａへ入射した光は、光学制御部１６ａの存在しない導光部２３ａにおいては、上面または下面への入射角θが臨界角（例えば、アクリルの導光板では４２．２°）を超えている成分が全反射を繰り返しながら導光板１０ａ内を伝搬する。また、導光部２３ａを伝搬して光学制御部１６ａに到達した光は、光学制御部１６ａのプリズム部２０ａにおいて反射されることによって導光板１０ａの上面側へ出射してプリズムシート１４へ到達する。このとき、プリズム部２０ａに反射された光は、その入射角θが臨界角より小さくなるまでの間は光学制御部１６ａの存在する区間においても全反射を繰り返す。このため、光が導光板１０ａから出射するまでには、光学制御部１６ａのある程度の区間（助走距離）が必要となる。このことから、導光板１０ａの光学制御部１６ａは、その一端側が導光板１０ｂの光学制御部１６ｂと部分的に重なるように設けられることが好ましい（後述する図４参照）。

また、光源８ｂから導光板１０ｂへ入射した光は、直接的あるいは導光板１０ｂの上面で反射して光学制御部１６ｂに到達し、光学制御部１６ｂのプリズム部２０ｂにおいて反射されることによって導光板１０ｂの上面側へ出射する。この出射した光は、導光板１０ａの導光部２３ａを通過してプリズムシート１４へ到達する。このとき、プリズム部２０ｂに反射された光は、その入射角θが臨界角より小さくなるまでの間は光学制御部１６ｂの存在する区間においても全反射を繰り返す。

なお、光学制御部１６ａのプリズム部２０ａへの入射角θが臨界角よりも小さい場合には、光が空気層へ出射し、導光板１０ｂを通過して反射シート１２へ到達し、反射シート１２によって反射されて再び導光板１０ｂを通過して導光板１０ａに戻る。同様に、光学制御部１６ｂのプリズム部２０ｂへの入射角θが臨界角よりも小さい場合には、光が空気層へ出射して反射シート１２へ到達し、反射シート１２によって反射されて再び導光板１０ｂに戻る。

図４は、各導光板の光学制御部の配置について説明するための図である。図示のように、導光板１０ａの光学制御部１６ａは、平面視においてその一部が下側の導光板１０ｂの光学制御部１６ｂと図中の上下方向において重なるように設けられている。本実施形態では、２つの発光領域Ａ０１、Ａ０２の境界ａを挟んで図中右側に光学制御部１６ａが配置され、図中左側に光学制御部１６ｂが配置されている。そして、光学制御部１６ａは、境界ａを超えて図中左側まで設けられており、この境界ａを超えた一部分が光学制御部１６ｂと重なって配置されている。光学制御部１６ａと光学制御部１６ｂとの重なり部分２４の幅Ｗは、各導光板１０ａ、１０ｂの厚さや屈折率などの諸条件により一概にはいえないが、例えば数ｍｍくらいである。

上記のような光学制御部１６ａと光学制御部１６ｂとの重なり部分２４を設けない場合には、発光領域Ａ０１と発光領域Ａ０２との境界ａ付近において導光板１０ａから出射する光が減少し、この部分において出射光の輝度が低下する場合が生じ得る。それに対して、重なり部分２４を設けることで、導光板１０ａ内を全反射して伝搬した光が導光板１０ａから出射するまでの区間（助走距離）を確保し、出射光の輝度の低下を防ぐことができる。

図５は、プリズムシートの構成例を示す模式的な断面図である。図示のようにプリズムシート１４は、導光板１０ａ等と対向する一面側（図中下面）に、各々の断面が略三角形であって紙面と直交方向に厚さ方向を有する三角柱状の凸部であるプリズム部３０ａを複数有している。各プリズム部３０ａの形状は、図５に示すように∠ＯＡＢと∠ＯＡＣと弧ＡＣの半径によって決定される。弧ＡＣのほかに直線もしくはスプライン曲線、放物線等の任意曲線を用いてもよい。各プリズム部３０ａは、∠ＯＡＢに対応する斜面３１ａと、弧ＡＣに対応する斜面３２ａを有する。導光板１０ａ、１０ｂから出射してプリズムシート１４の下面へ斜め入射した光は、各プリズム部３０ａの斜面３１ａへ入射して屈折し、斜面３２ａにおいて全反射されて、プリズムシート１４の上面の法線方向へ出射する。なお、このようなプリズムシート１４としては、例えば特許第４０４４５１１号公報などの公知文献に記載されているものを用いることができる。

図６は、他の実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。上記した図１に示した面光源装置１００との比較では、反射シートの構成のみが異なっている。それ以外の構成は共通であるので、同符号を付すことで各構成の詳細な説明は省略する。図６に示す面光源装置１００ａは、２つの反射シート１２ａ、１２ｂを備えている。反射シート１２ａは、導光板１０ａの下側において光学制御部１６ａに対応する範囲に設けられている。同様に、反射シート１２ｂは、導光板１０ｂの下側において光学制御部１６ｂに対応する範囲に設けられている。このような構成によれば、導光板１０ａと反射シート１２ａとがより近接するので、導光板１０ａからの出射光の輝度をより向上させることができる。

図７及び図８は、面光源装置を想定した光学シミュレーション結果の一例を示す図である。ここでは、図１に示した実施形態を前提として光学シミュレーションを行った結果の一例を示す。図７は出射光の輝度分布を示しており、図８はある位置における出射光の強度の具体的数値をグラフにより示している。

図７（Ａ）は、光学制御部１６ａと光学制御部１６ｂとの重なり部分２４の幅Ｗを５ｍｍに設定した面光源装置１００において、発光領域Ａ０１と発光領域Ａ０２の全体から光を出射させた場合の出射光の輝度分布（図中左側）と、各発光領域Ａ０１、Ａ０２のいずれか一方から光を出射させた場合の出射光の輝度分布（図中中央および右側）を示している。同様に、図７（Ｂ）は、光学制御部１６ａと光学制御部１６ｂとの重なり部分２４の幅Ｗを０ｍｍ（隙間無し）に設定した面光源装置１００における出射光の輝度分布を示し、図７（Ｃ）は、光学制御部１６ａと光学制御部１６ｂとの重なり部分２４を無くして両者間に２ｍｍの隙間を設けた面光源装置１００における出射光の輝度分布を示し、図７（Ｄ）は、光学制御部１６ａと光学制御部１６ｂとの重なり部分２４の幅Ｗを７ｍｍに設定した面光源装置１００における出射光の輝度分布を示している。

各図に示されるように、重なり幅Ｗを５ｍｍとした面光源装置１００では、発光領域Ａ０１と発光領域Ａ０２の境界付近においても均一な輝度分布が得られている（図７（Ａ）参照）。また、重なり幅Ｗを７ｍｍとした面光源装置１００では、発光領域Ａ０１と発光領域Ａ０２の境界付近においてその周囲よりもやや輝度が大きくなっている（図７（Ｄ）参照）。また、重なり幅Ｗを０ｍｍ、すなわち重なり部分２４がない状態とした面光源装置１００においては、発光領域Ａ０１と発光領域Ａ０２の境界付近において輝度分布が不均一になる傾向がある（図７（Ｂ）参照）。そして、この傾向は、光学制御部１６ａと光学制御部１６ｂとの重なり部分２４を無くして両者間に２ｍｍの隙間を設けた面光源装置１００においてはさらに顕著になっている（図７（Ｃ）参照）。これらの結果の比較から、重なり部分２４を設けることで出射光の輝度分布をより均一にする効果が得られることが分かる。また、重なり部分２４の幅Ｗは、大きいほど良いという訳ではなく好適な範囲があることが分かる。

上記のように本実施形態の面光源装置１００は、発光領域Ａ０１、Ａ０２のそれぞれ個別に光を出射させることができる。すなわち、発光面を各発光領域ごとに分割して発光させることができる。また、各導光板１０ａ等における光の直進性が高いので、光源から出射する光の主たる進行方向に対して略直交する方向に複数の発光領域を設け、複数の光源を用いてそれらの駆動をブロックごとに行うことで、より多くの発光領域を個別に発光させることができる。これを実現する面光源装置の構成例を以下に説明する。

図９は、多くの発光領域を有する面光源装置の構成例を示す模式的な斜視図である。図示の面光源装置１００ｂは、図中上下方向であるｙ方向に重ねて配置された２つの導光板１０ａ、１０ｂの図中左側に設けられた一方側面において、図中の奥行き方向であるｚ方向（左側面の長手方向）に沿って多数配列された発光素子からなる光源８ａ、８ｂを用いる。各導光板１０ａ、１０ｂの構成は上記と同様である。また、便宜上図示を省略しているが、各導光板１０ａ等の下面側にはそれぞれ反射シート１２（あるいは反射シート１２ａ、１２ｂ）が配置されており、導光板１０ａの上面側にはプリズムシート１４が配置されている。また、光源駆動回路１９も図示を省略しているが各光源８ａ等に接続されている。

図示の例では、各導光板１０ａ、１０ｂごとに、それぞれに対応付けられた各光源８ａ、８ｂについてそれぞれ４つずつの発光素子を１ブロックとして各ブロックごとに発光素子を点消灯制御する。また、上記の通りｘ方向（図中左右方向）については、各ブロックごとに２つの発光領域を個別に発光させることができる。従って、例えば、図中手前のブロックの各光源８ａ、８ｂにおける各々４つずつの発光素子を個別に発光させることで、発光領域Ａ０１、Ａ０２を個別に発光させることができる。このようなブロックを奥行き方向（ｚ方向）にｍ列設けているので、２×ｍ個の発光領域を個別に発光させることができる。なお、各ブロックに割り当てる発光素子の数は４つに限られない。例えば、１つとしてもよく、その場合にはさらに細かく分かれた発光領域を設けることができる。

以上のような各実施形態によれば、輝度ムラを抑制して輝度均一性を向上させた面光源装置が得られる。

なお、本発明は上記した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、各光源を構成する発光素子は上記したＬＥＤに限られない。また、導光板の積層数は上記した２つに限定されない。また、上記した実施形態の面光源装置において光路調整板として用いられていたプリズムシートを光拡散板に置き換えてもよい。

また、上記した実施形態の面光源装置では、上側の導光板１０ａの光学制御部１６ａと光源８ａに比べて下側の導光板１０ｂの光学制御部１６ｂと光源８ｂとがより近い位置に配置されていたが、これらの位置関係は逆でもよい。ただし、前者の位置関係のほうが各光源から各導光板の光学制御部を介してプリズムシートに至るまでの光路長の差をより少なくし、出射光の輝度分布を均一に保ちやすくなると考えられる。

１００、１００ａ、１００ｂ：面光源装置
８ａ、８ｂ：光源
１０ａ、１０ｂ：導光板
１２、１２ａ、１２ｂ：反射シート
１４：プリズムシート
１６ａ、１６ｂ：光学制御部
１９：光源駆動回路
２０ａ、２０ｂ：プリズム部
２１ａ、２２ａ：斜面
２３ａ：導光部
２３ｂ：透光部
３０ａ：プリズム部
３１ａ、３２ａ：斜面

Claims (5)

1. 光出射面から面状に光を出射させる面光源装置であって、
   積層して配置される第１導光板及び第２導光板と、
   前記第２導光板の前記第１導光板との対向面と反対面側において当該反対面のほぼ全体と平面視で重なるようにして配置された反射シートと、
   前記第１導光板の一方側面から光を入射させる第１光源と、
   前記第１導光板と同じ側の前記第２導光板の一方側面から光を入射させる第２光源と、
   前記第１光源及び前記第２光源を駆動する光源駆動回路と、
   を含み、
   前記第１導光板は、前記一方側面から入射する光を伝搬させる導光部と、当該導光部よりも前記第１光源から遠い側に設けられており前記光を特定方向へ偏向させて当該第１導光板から出射させる第１光学制御部と、を有しており、
   前記第２導光板は、前記一方側面から入射する光を特定方向へ偏向させて当該第２導光板から出射させる第２光学制御部と、当該第２光学制御部よりも前記第２光源から遠い側に設けられた透光部と、を有しており、
   前記第１導光板と前記第２導光板は、その積層方向において、前記第１光学制御部と前記透光部とが重なるとともに前記第２光学制御部と前記導光部とが重なるように配置されており、かつ、平面視において前記第１光学制御部と前記第２光学制御部の各々の一端側同士の間に少なくとも隙間が生じないように配置されている、
   面光源装置。
2. 前記第１光学制御部と前記第２光学制御部は、平面視において各々の一端側同士が部分的に重なるように配置されている、
   請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記第１導光板が前記第２導光板よりも前記光出射面に近い側に配置される、
   請求項１又は２に記載の面光源装置。
4. 前記第１光源及び前記第２光源の各々は、複数の発光素子を有しており、
   前記光源駆動装置は、前記第１光源及び前記光源の各々ごとに、前記複数の発光素子のうち１つ以上の発光素子を含むブロックを設定して当該ブロック毎に当該発光素子を点消灯制御する、
   請求項１〜３の何れか１項に記載の面光源装置。
5. 前記第１光学制御部及び前記第２光学制御部の各々は、複数のプリズム体を有して構成されている、
   請求項１〜４の何れか１項に記載の面光源装置。