JP2022020391A - 面状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配光の切り替えを可能とし、外側の面状照明部から出射する広配光の出射光の輝度を高めること。【解決手段】実施形態の面状照明装置は、第１の面状照明部と、第２の面状照明部とを備える。前記第１の面状照明部は、狭配光に設定されている。前記第２の面状照明部は、前記第１の面状照明部の出射面側に配置され、導光板を備えたサイドエッジ型で、広配光に設定されている。前記第２の面状照明部は、前記導光板の裏面側に、入射する光のうちの第１の偏光を反射し、前記第１の偏光とは異なる第２の偏光を透過させる反射型偏光シートを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、面状照明装置に関する。

自動車の運転席近傍に設けられるＰＩＤ（Passenger Information Display）等にあっては、エンターテイメント性の高い情報が表示される可能性があるため、運転中に運転手から見えてしまうと集中を阻害する恐れがあり、好ましくない。そのため、安全性の観点から、運転中は助手席のみから表示を見ることができ、停車中は運転席と助手席との両者から表示を見ることができるよう、ディスプレイの視野角を切り替えられることが望ましい。

ディスプレイの視野角の切り替えは、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）のバックライトとして用いられる面状照明装置から出射される光の配光が、狭配光と広配光との間で切り替えられることにより行われる（例えば、特許文献１、２等を参照）。すなわち、狭配光において助手席からの視野がカバーされ、広配光において助手席および運転席からの視野がカバーされる。

このような配光の切り替えを可能とした面状照明装置は、狭配光の面状照明部と広配光の面状照明部とを積層することによって得られ、内側（出射面から見て奥側）に狭配光の面状照明部が配置され、外側（出射面側）に広配光の面状照明部が配置される。広配光の出射光を狭配光の光学系を通過させるのは困難であるため、このような配置となる。また、外側の面状照明部は、内側の面状照明部の出射光を透過する必要があることから、導光板を用いたサイドエッジ型（エッジライト型）となる。なお、内側の面状照明部のタイプは限定されないが、高輝度を得やすい直下型が望ましい。

特開平１０－９７１９９号公報 特開２０１７－２０３９７８号公報

しかしながら、上述のように２つの面状照明部が積層される構造では、外側のサイドエッジ型の面状照明部の輝度が高められないという問題があった。すなわち、単体のサイドエッジ型の面状照明装置にあっては、出射側の輝度を高めるために、導光板の裏面（出射面と反対側の面）にリフレクタ（反射シート）を配置し、裏面側に漏れた光を導光板に戻すことが行われる。しかし、２つの面状照明部が積層される構造において、内側の面状照明部からの光を透過させなければならない外側のサイドエッジ型の面状照明部では、リフレクタを配置することはできず、輝度を向上させることが困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、配光の切り替えを可能とし、外側の面状照明部から出射する広配光の出射光の輝度を高めることのできる面状照明装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る面状照明装置は、第１の面状照明部と、第２の面状照明部とを備える。前記第１の面状照明部は、狭配光に設定されている。前記第２の面状照明部は、前記第１の面状照明部の出射面側に配置され、導光板を備えたサイドエッジ型で、広配光に設定されている。前記第２の面状照明部は、前記導光板の裏面側に、入射する光のうちの第１の偏光を反射し、前記第１の偏光とは異なる第２の偏光を透過させる反射型偏光シートを有する。

本発明の一態様に係る面状照明装置は、配光の切り替えを可能とし、外側の面状照明部から出射する広配光の出射光の輝度を高めることができる。

図１は、一実施形態にかかる面状照明装置の平面図である。 図２は、面状照明装置の図１におけるＸ－Ｘ断面図である。 図３は、導光板の裏面からの漏れ光のＤＢＥＦシートによる回収の様子を示す図である。 図４は、比較例＃１の面状照明装置の構成例を示す断面図である。 図５は、比較例＃２の面状照明装置の構成例を示す断面図である。

以下、実施形態に係る面状照明装置について図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。

図１は、一実施形態にかかる面状照明装置１の平面図である。図２は、面状照明装置１の図１におけるＸ－Ｘ断面図である。図においては、便宜上、面状照明装置１の長手方向をＸ軸方向、短手方向をＹ軸方向、厚み方向をＺ軸方向としている。

図１および図２において、面状照明装置１は、略長方形（略正方形でも可）で略板状の外形をしており、構成要素を収容する有床箱状のボトムフレーム２と、ボトムフレーム２の開口側を覆うトップフレーム１５とから筐体が構成されている。トップフレーム１５には略矩形状の開口部１５ａにより出射面１ａが設けられており、面状照明装置１の内部から外部に向かって光が照射されるようになっている。ＰＩＤ等の液晶表示装置のバックライトとして面状照明装置１が用いられる場合、液晶パネルは出射面１ａの側に装着される。

面状照明装置１は、ボトムフレーム２に対して、複数の光源４が配置された基板３と、リフレクタ５と、プリズムアレイ６と、スペーサ７と、拡散シート８と、ＢＥＦシート９と、ルーバーシート１０と、ＤＢＥＦシート１１と、複数の光源１３が配置された基板１２と、導光板１４とが取り付けられ、トップフレーム１５により蓋をされる形となる。基板３、光源４、リフレクタ５、プリズムアレイ６、スペーサ７、拡散シート８、ＢＥＦシート９およびルーバーシート１０は、第１の面状照明部を構成している。ＤＢＥＦシート１１、基板１２、光源１３および導光板１４は、第２の面状照明部を構成している。

なお、本実施形態では、第１の面状照明部として直下型を採用し、第２の面状照明部としてサイドエッジ型を採用しているが、第１の面状照明部については、輝度を高める工夫が必要になるが、サイドエッジ型を採用することもできる。第２の面状照明部については、第１の面状照明部の出射光を透過させる必要があることから、直下型を採用することは困難である。

図２において、ボトムフレーム２の底部の内側には、両面テープ等を介して基板３が固定されている。基板３の上には、複数（多数）のＬＥＤ（Light Emitting Diode）等による光源４が２次元に配置されている。また、基板３の出射面側にはリフレクタ５が配置され、各光源４をリフレクタ５の傾斜した反射面５ａ（１個の光源４に対して４個の反射面５ａ）が囲むようになっている。リフレクタ５は、光源４から放出される光を出射面の略法線方向に反射し、狭配光を実現するとともに、輝度を高めるためのものである。

リフレクタ５の出射面側にはプリズムアレイ（レンズアレイ）６が配置されている。プリズムアレイ６は、配光を調整するとともに、輝度均一性を高めるためのものである。プリズムアレイ６の出射面側には、枠状のスペーサ７が配置されており、プリズムアレイ６と拡散シート８との間に所定の間隔の空間が設けられている。

スペーサ７の出射面側には、拡散シート８が配置されている。拡散シート８は、プリズムアレイ６から空間を経て入射された光を拡散し、配光と輝度均一性を調整するためのものである。拡散シート８の出射面側には、ＢＥＦシート９が配置されている。ＢＥＦシート９は、透明なシートの表面に微細なプリズムパターンが形成された輝度上昇シート（輝度上昇フィルム）である。

ＢＥＦシート９の出射面側には、ルーバーシート（ルーバーフィルム）１０が配置されている。ルーバーシート１０は、所定の方向に進む光を通過させる光学シートである。ルーバーシート１０の出射面側には、ＤＢＥＦシート１１が配置されている。ＤＢＥＦシート１１は、入射する光のうちのＳ波（第１の偏波）を反射し、Ｐ波（第２の偏波）を透過させる反射型偏光シート（反射型偏光フィルム）である。

ＤＢＥＦシート１１の出射面側には、導光板１４が配置されている。導光板１４は、入光側面１４ａから入射された光を全面に伝搬させ、裏面（出射面１ａと反対側）に設けられた光学素子による反射により、一方の主面（出射面１ａ側）から光を出射するものである。ボトムフレーム２の側壁の内側には、複数の光源１３が配置された基板１２が両面テープ等により固定され、光源１３の発光面は導光板１４の入光側面１４ａに対向するようになっている。なお、第２の面状照明部を構成する導光板１４からの出射光の配光は、（第１の面状照明部よりも）広配光に設定されている。

図１および図２に示された面状照明装置１の使用にあっては、第１の面状照明部の光源４が点灯（ＯＮ）され、第２の面状照明部の光源１３が消灯（ＯＦＦ）されると、第１の面状照明部による狭配光の出射光が出射面１ａから出射される。また、第１の面状照明部の光源４が消灯（ＯＦＦ）され、第２の面状照明部の光源１３が点灯（ＯＮ）されると、第２の面状照明部による広配光の出射光が出射面１ａから出射される。

図３は、導光板１４の裏面からの漏れ光のＤＢＥＦシート１１による回収の様子を示す図である。図３において、光源１３から導光板１４の入光側面１４ａに入射された光は、終端に到達する過程で出射面１ａ側に出射するとともに、裏面にも一部が漏れる。この漏れた光のうち、Ｐ波はＤＢＥＦシート１１を通過していくが、Ｓ波についてはＤＢＥＦシート１１により反射されて導光板１４に戻され、再利用される。導光板１４の裏面から漏れる光のうちのＳ波とＰ波の割合を約半分ずつとすると、漏れ光の約半分を回収できることとなり、回収しなかった場合に比べて、回収された分だけ出射面１ａ側の輝度を向上することができる。

一般に、ＤＢＥＦシートは面状照明装置の最終段に配置される。そして、面状照明装置の出射面側に配置される液晶パネルの初段の下側偏光版を通過しやすいＰ波をＤＢＥＦシートにより通過させ、Ｓ波を反射させて面状照明装置に戻し、Ｐ波に変化した光を再びＤＢＥＦシートにより通過させ、光のリサイクルにより輝度を上昇させるものである。しかし、図２および図３において、ＤＢＥＦシート１１は面状照明装置１の最終段に配置されるものではなく、導光板１４の前段に配置されるものであって、働きも異なる。

図４は、比較例＃１の面状照明装置１’の構成例を示す断面図であり、図２と比べてＤＢＥＦシート１１が設けられていない点が異なる。図２と対応する部材の符号には、「’」が付されている。

図５は、比較例＃２の面状照明装置１”の構成例を示す断面図であり、配光の切り替えを可能としたものではなく、単体のサイドエッジ型の面状照明装置１”を示している。図５において、ボトムフレーム２”の底部の内側には、反射シート１６”、導光板１４”、拡散シート１７”、１８”が順次に積層されている。また、ボトムフレーム２”の側壁の内側には、複数の光源１３”が配置された基板１２”が固定され、光源１３”の発光面は導光板１４”の入光側面１４ａ”に対向するようになっている。

図５の単体のサイドエッジ型の面状照明装置１”では、導光板１４”の裏面への漏れ光は反射シート１６”により反射されて導光板１４”に戻されるため、漏れ光による輝度の低下はさほど生じない。これに対し、図４の面状照明装置１’では、導光板１４’の裏面への漏れ光はルーバーシート１０’側へ行ったきり戻ってこないため、輝度の低下は大きい。図１～図３の実施形態では、導光板１４の裏面への漏れ光はＤＢＥＦシート１１により約半分が再利用されるため、図５の面状照明装置１”ほどではないが、図４の面状照明装置１’に比べて輝度の向上の効果は大きい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

以上のように、実施形態に係る面状照明装置は、狭配光に設定された第１の面状照明部と、第１の面状照明部の出射面側に配置され、導光板を備えたサイドエッジ型で、広配光に設定された第２の面状照明部とを備え、第２の面状照明部は、導光板の裏面側に、入射する光のうちの第１の偏光を反射し、第１の偏光とは異なる第２の偏光を透過させる反射型偏光シートを有する。これにより、配光の切り替えを可能とし、外側の面状照明部から出射する広配光の出射光の輝度を高めることができる。

また、第１の面状照明部は、２次元に配置された複数の光源を備えた直下型である。これにより、狭配光の出射光の輝度を高くしやすくなる。

また、第１の面状照明部は、複数の光源の各々を囲む反射面を有するリフレクタと、リフレクタの出射面側に配置されたプリズムアレイと、プリズムアレイの出射面側に配置されたスペーサと、スペーサの出射面側に配置された拡散シートと、拡散シートの出射面側に配置された輝度上昇シートと、輝度上昇シートの出射面側に配置されたルーバーシートとを有する。これにより、配光と輝度均一性とを調整することができる。

また、第１の面状照明部は、導光板を備えたサイドエッジ型である。これにより、第１の面状照明部の構成の自由度を高めることができる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。なお、反射型偏光シート（反射型偏光フィルム）に代えて、偏光に依存することなく一部の光を反射し一部の光を透過させるシート（ハーフミラー）を用いてもよい。反射光と透過光の比率を任意に設定することができる。

１ 面状照明装置，２ ボトムフレーム，３ 基板，４ 光源，５ リフレクタ，６ プリズムアレイ，７ スペーサ，８ 拡散シート，９ ＢＥＦシート，１０ ルーバーシート，１１ ＤＢＥＦシート，１２ 基板，１３ 光源，１４ 導光板，１５ トップフレーム

Claims (4)

1. 狭配光に設定された第１の面状照明部と、
   前記第１の面状照明部の出射面側に配置され、導光板を備えたサイドエッジ型で、広配光に設定された第２の面状照明部と、
   を備え、
   前記第２の面状照明部は、前記導光板の裏面側に、入射する光のうちの第１の偏光を反射し、前記第１の偏光とは異なる第２の偏光を透過させる反射型偏光シートを有する、
   面状照明装置。
2. 前記第１の面状照明部は、２次元に配置された複数の光源を備えた直下型である、
   請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記第１の面状照明部は、
   前記複数の光源の各々を囲む反射面を有するリフレクタと、
   該リフレクタの出射面側に配置されたプリズムアレイと、
   該プリズムアレイの出射面側に配置されたスペーサと、
   該スペーサの出射面側に配置された拡散シートと、
   該拡散シートの出射面側に配置された輝度上昇シートと、
   該輝度上昇シートの出射面側に配置されたルーバーシートと、
   を有する請求項２に記載の面状照明装置。
4. 前記第１の面状照明部は、導光板を備えたサイドエッジ型である、
   請求項１に記載の面状照明装置。

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