JP3680903B2

JP3680903B2 - 面光源装置

Info

Publication number: JP3680903B2
Application number: JP03079998A
Authority: JP
Inventors: 圭史諫本; 正幸篠原; 茂青山
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2018-02-13
Also published as: JPH11232920A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、点又は線状光源からの光を面状に拡げて出射させる面光源装置に係り、特に、屋内等の照明に適用可能な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の面光源装置の光源として、半導体を用いた固体発光素子であるＬＥＤが広く用いられており、ＬＥＤは小型、高輝度で、電気−光変換効率が高く長寿命であるといった特長を有し、電光掲示板や各種機器の液晶（ＬＣＤ）のバックライト等に用いられている。もともと点光源であるＬＥＤを光源とする面光源装置は、導光板を用いることにより面光源に変換している。
【０００３】
従来の面光源装置を図１１の斜視図及び図１２の断面図により示す。面光源装置１００は、光を閉じ込めるための導光板２と、発光部３と、反射板４とから構成されている。導光板２は、ポリカーボネイト樹脂やメタクリル樹脂等の透明で屈折率の大きな樹脂により成形されており、導光板２の下面には凹凸加工や拡散反射インクのドット印刷等によって拡散パターンＰが形成されている。発光部３は、回路基板３ａ上に複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）等のいわゆる点光源３ｂを実装したものであって、導光板２の側面（光入射面７）に対向している。反射板４は、反射率の高い、例えば白色樹脂シートによって形成されており、両面テープ１２によって両側部を導光板２の下面に貼り付けられている。
【０００４】
しかして、図１２に示すように、発光部３から出射されて光入射面７から導光板２の内部に導かれた光ｆは、導光板２内部で全反射することによって導光板２内部に閉じ込められる。導光板２内部の光ｆは、拡散パターンＰに入射すると、拡散反射され、光出射面６へ向けて全反射の臨界角よりも小さな角度で反射された光ｆが、光出射面６から外部へ取り出される。また、導光板２下面の拡散パターンＰの存在しない箇所を透過した光ｆは、反射板４によって反射されて、再び導光板２内部へ戻るので、導光板２下面からの光量損失を防止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような面光源装置を、屋内等の照明分野で利用することも考えられている。具体的には、省エネルギー効率が高い上に、丈夫で長持ちする新しいタイプの室内照明装置（将来のあかり）の開発が望まれており、そのために、ＬＥＤを室内照明器具として活用することで、消費電力を白熱灯のほぼ１／８、蛍光灯のほぼ１／２に抑えると共に、耐用年数も高めるとの構想である。
【０００６】
しかしながら、上述したような、液晶（ＬＣＤ）のバックライト等に用いられる面光源装置は、そのサイズが高々６インチ（１５．２ｃｍ）程度のものである。それに比べて、一般の室内照明器具では、広範囲を均一に照明できる面光源である必要があり、数メートル（ｍ）サイズの大きさが要求される。すなわち、室内照明の場合には、導光板のサイズが、従来のバックライトの場合に比べて１０倍以上の大きさとなる。また、導光板の出射パターンと光の取り込み口の作成精度が要求される。
【０００７】
上述した従来の拡散パターン付き導光板は、エッチング等によってパターンを作製した原盤をもとに、金型を起こし、射出成型によって作製するか、導光板に拡散反射インクドットをプリントすることによって作製されてきた。そして、金型による作製が可能であるため、出射パターンや光の取り込み口は、導光板と一体になっていた。ところが、数ｍサイズの大きな面積を有する導光板となると、大きい金型が必要となり、そのような金型を作製することや、大きい導光板自体に精度良くパターンをプリントすることが困難となり、従来の構成・方法では作製が困難になる。また、要求される作製精度の異なる光の取り込み口と導光板部分を一体で作製すると、取り込み口を精度良く作製することができなくなり、出射光の輝度の均一化が困難となる。
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、光の取り込み口をモジュール化し、導光板とは別に作製することにより、光の取り込み口のみを高精度で作製すればよく、結果的に大型の導光板を容易かつ安価に作製することができ、出射光の輝度を均一にでき、室内用ＬＥＤ照明装置に好適な面光源装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、点又は線状光源からの光を面状に拡げて出射させる面光源装置であって、前記光源は、導光性材料の内部にＬＥＤを備えた光源モジュールから成り、光拡散作用を持つパターンを形成した導光板と、透明媒体から成り前記導光板の厚みよりも薄い光取り込み口モジュールとを備え、前記導光板に形成された切り欠きに前記光取り込み口モジュールが嵌合されるとともに、前記光取り込み口モジュールに形成された切り欠きに前記光源モジュールが嵌合されることにより、全体が平板状に一体化されて成るものである。
この構成においては、導光板への光の取り込み口がモジュール化され、この光取り込み口モジュールを導光板とは別に作製すればよいので、光取り込み口モジュールのみを高精度に作製すればよく、導光板部分の作製は簡単に行え、結果的に大型の導光板を容易かつ安価に作製することができる。
【００１０】
また、前記光取り込み口モジュールと導光板との境界面の形状は、光源から発する光線が境界面で全反射しないようにしたものである。この構成においては、光取り込み口モジュールと導光板との境界面での光伝播ロスが少なくなり、効率の向上が図れる。
【００１１】
また、前記光取り込み口モジュールと導光板との間は透明樹脂で埋められているものである。この構成においては、光取り込み口モジュールと導光板との境界面での光の反射が少なくなり、効率の向上が図れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の面光源装置の一実施形態による導光型照明装置の概略外観図である。導光型照明装置１は、透明アクリル樹脂等でなる導光板２と、点又は線状の光源モジュール３と、この光源モジュール３からの光を導光板２の端面（光入射面）から入射させる透明媒体から成る光取り込み口モジュール１３とから構成され、光源モジュール３は光取り込み口モジュール１３に光が入射するように配置されている。導光板２には、光拡散作用を持つパターンが形成されていて、導光板２の全面から均一に光を出射する機能を持つ。
【００１４】
光源モジュール３には、白色又はＲ，Ｇ，Ｂの３色を混合するＬＥＤアレイから成るＬＥＤモジュールを用いればよい。さらに、紫外線を出すＬＥＤを蛍光管に封入して白色光を発光するものを用いてもよい。また、この導光型照明装置１は、室内の天井に貼り付けて用いられたり、看板用に用いられ、特に、将来のＬＥＤ室内照明装置として、省エネルギー、耐用年数が長く、小型、軽量であり、点灯や消灯の速度が早い等の利点がある。室内の天井に貼り付ける場合、導光板２の片側面に反射板を取り付け、この反射板を天井面に固定すればよい。導光板２のサイズは、例えば１ｍ×１ｍのものを用い、厚みは１０ｍｍ程度である。図で破線部は、光源モジュール３と光取り込み口モジュール１３と導光板２との境界面での光漏れを防止するための反射板取り付け位置を示す。
【００１５】
図２は同装置の光取り込み部の拡大図、図３は図２のＡ−Ａ´線断面図である。導光板２には、光取り込み口モジュール１３が嵌合される切り欠きが形成されると共に光源モジュール３を係止するための係合爪１４及び下面を保持する係止片１５が設けられ、光取り込み口モジュール１３には、光源モジュール３が嵌合される切り欠きが形成されている。光源モジュール３が光取り込み口モジュール１３を挟んで導光板２に係合爪１４により装着されることで、全体を一体化することができる。光源モジュール３は点又は線光源であり、放射状に光が拡がり、光取り込み口モジュール１３と導光板２とは、ベクター放射結合とされている。
【００１６】
この構造により、導光板２への光の取り込み口がモジュール化され、この光取り込み口モジュール１３は導光板２とは別に作製すればよいので、高精度が要求される同モジュールのみを精度良く作製すればよく、従って、導光板２の作製は簡単に行え、結果的に大型の導光板を容易かつ安価に作製することができる。
【００１７】
導光型照明装置１の光出射面から光を取り出す機構は、基本的には上述の従来技術で説明したのと同等であり、光入射面から導光板２内に導入された光は導光板２内で全反射し、不図示の拡散用のパターンに入射すると拡散反射され、光出射面に向けて全反射の臨界角よりも小さな角度で反射された光が外部へ出射される。
【００１８】
図４、図５は導光型照明装置における光取り込み口モジュール１３と導光板２との境界面の各種形態を示す一部平面図である。この境界面の形状は、光源モジュール３から発した光線が、境界面で全反射を生じないような角度に設定される。ここでは、光源モジュール３が点光源である場合を想定し、光線と境界端面の角度は、その法線ベクトルが光源からの光線に対して全反射角以下の角度（９０度が理想）になり、または、ほとんど光線と交わらない面としている。この構成により、境界面での反射が減少し、光の利用効率が向上する。
【００１９】
図６は光取り込み口モジュール１３と導光板２との境界面のさらに他の実施形態を示す平面図である。光取り込み口モジュール１３と導光板２との間を透明樹脂１６で埋め、境界面での反射を防止している。透明樹脂１６として、透明両面接着テープを用いてもよい。なお、この場合、光取り込み口モジュール１３の屈折率ｎ１と、透明樹脂１６の屈折率ｎ２と、導光板２の屈折率ｎ３との関係は、ｎ１≦ｎ２≦ｎ３であることが出射効率の向上には望ましい。
【００２０】
図７は、光取り込み口モジュール１３と導光板２との組み合わせの他の実施形態を示す端面図である。この例では、光取り込み口モジュール１３の厚みを導光板２の厚みよりも薄くする。これにより、境界での漏れ光が減少し、また、実装誤差にも強くなる。
【００２１】
図８は、光取り込み口モジュール１３の導光板２への実装構造を示す端面図である。導光板２の端面縁部に係止片１５を設け、かつ、この端面を下方ほど引っ込んだ若干の傾斜面とし、光取り込み口モジュール１３が光源モジュール３によって矢印方向に後方から押されることで、係止片１５に食い込むようになる。これにより、光取り込み口モジュール１３は導光板２に固定される。
【００２２】
図９は、上記とは別の実装形態を示す端面図であり、導光板２の端面縁部に係止片１５を設ける代わりに、反射板４を導光板２に固定し、この反射板４を用いて光取り込み口モジュール１３を導光板２に固定する。
【００２３】
図１０は、光源モジュール３が点光源の場合（ほぼ点光源と見なせるような場合を含む）の導光板２に形成されている拡散パターンの実施形態による模式図である。拡散パターン５は、出射光の均一性を向上するために、光源モジュール３を中心として同心円状とし、光源モジュール３に近い程、粗であり、遠い程、密とされている。最小パターンサイズ、及び最小パターン間距離は、いずれもパターンＰのスタンプ（印刷）精度が出せる程度の大きさであり、例えば、３００μｍ程度（２００〜５００μｍの範囲やそれ以上又はそれ以下であっても構わない）とする。
【００２４】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られず種々の変形が可能であり、反射板を導光板の片側の全面に設けることで、片側面に光を出射するものとなる。また、この面光源装置を用いて、光取り込み口モジュール１３や拡散パターン５を工夫することで、静的な画像を表示する表示板を構成することも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、導光板の端面から光を入射させる透明媒体から成る光取り込み口モジュールを導光板とは別に作製することができるので、光取り込み口のモジュールのみを要求される高い精度に作製することで、導光板部分の作製は簡単となり、従って、大型の導光板を容易かつ安価に作製することができると共に出射光の輝度を均一にでき、室内用ＬＥＤ照明装置に好適な面光源装置を提供できる。
また、導光板の端面から光を入射させる透明媒体から成る光取り込み口モジュールを、要求される精度に合わせて容易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の面光源装置の一実施形態による導光型照明装置の概略外観図である。
【図２】同装置の光取り込み部の拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ´線断面図である。
【図４】導光型照明装置における光取り込み口モジュールと導光板との境界面の各種形態を示す一部平面図である。
【図５】導光型照明装置における光取り込み口モジュールと導光板との境界面の各種形態を示す一部平面図である。
【図６】光取り込み口モジュールと導光板との境界面のさらに他の実施形態を示す平面図である。
【図７】光取り込み口モジュールと導光板との組み合わせの他の実施形態を示す端面図である。
【図８】光取り込み口モジュールの導光板への実装構造を示す端面図である。
【図９】上記とは別の実装形態を示す端面図である。
【図１０】光源モジュールが点光源の場合の導光板に形成されている拡散パターンの実施形態による模式図である。
【図１１】従来の面光源装置の斜視図である。
【図１２】従来の面光源装置の断面図である。
【符号の説明】
１導光型照明装置
２導光板
３光源モジュール
１３光取り込み口モジュール
１６透明樹脂

Claims

点又は線状光源からの光を面状に拡げて出射させる面光源装置であって、
前記光源は、導光性材料の内部にＬＥＤを備えた光源モジュールから成り、
光拡散作用を持つパターンを形成した導光板と、
透明媒体から成り前記導光板の厚みよりも薄い光取り込み口モジュールとを備え、
前記導光板に形成された切り欠きに前記光取り込み口モジュールが嵌合されるとともに、前記光取り込み口モジュールに形成された切り欠きに前記光源モジュールが嵌合されることにより、全体が平板状に一体化されて成る面光源装置。
前記光取り込み口モジュールと導光板との境界面の形状は、光源から発する光線が境界面で全反射しないようにしたことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
前記光取り込み口モジュールと導光板との間は透明樹脂で埋められていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の面光源装置。