JP4075000B2

JP4075000B2 - 面状照明装置

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Publication number: JP4075000B2
Application number: JP2004053959A
Authority: JP
Inventors: 敏弘堀内; 仁水谷
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: US20070165419A1; JP2005243522A; CN1922436A; KR20060126577A; WO2005083319A1

Description

本発明は、サイドライト方式の面状照明装置に関し、特に、液晶表示装置の照明手段として用いられる面状照明装置に関する。

従来より、液晶照明装置の照明手段として、液晶表示部に背面側から光を照射するバックライト型の照明装置が開発されてきた。このようなバックライト型照明装置の具体的な構成としては、例えば、以下のような形態がある。

バックライト型照明装置に使用される透光性を有する導光板には、その側面に近接して、あるいは導光板の側面に形成した切り込み部内に複数のＬＥＤが配設されている。ＬＥＤから放射され導光板内に入射した光は、導光板内部で反射、拡散等されて導光板の出射面から出射されるが、この導光板内に入射した光を効率良く出射面から出射させるために、導光板の裏面側に反射板が設けられている。

しかし、このような形態では、ＬＥＤの近傍において放射される光の光量が多いために、ＬＥＤ近傍の導光板出射面で輝度が高く、他の部分（例えば、隣り合うＬＥＤ間の導光板出射面）で輝度が低くなり、輝度ムラが発生するという不具合があった。そこで、この輝度ムラを防止する手段として、ＬＥＤを覆うように導光板の縁部に沿って反射吸収シートを設けると共に、この反射吸収シートの裏側にＬＥＤに対応してＬＥＤを覆うように光吸収部を設けたバックライト装置が開示されている（特許文献１）。

特開２００３−２４２８１７公報

しかしながら、特許文献１の発明では、ＬＥＤを覆うように設けられた光吸収部は、ＬＥＤ近傍の光を吸収し、輝度の高かった部分の輝度を低下させて均一性を図るものであるため、ＬＥＤ近傍の導光板出射面とＬＥＤ間の導光板出射面との輝度差は減少するものの、ＬＥＤ周辺では輝度の低い暗部が広がったように見え、その結果、出射面全体の平均輝度が低下するという不具合があった。

そこで、本願発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、出射面全体の平均輝度を低下させることなく、ＬＥＤ近傍の明部、即ち、輝度ムラの発生を防止することができる面状照明装置の提供を目的とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る面状照明装置の発明は、導光板の入射面に配置した点状光源からの出射光を、前記導光板の出射面より出射するサイドライト方式の面状照明装置において、前記導光板の出射面またはその出射面と対向する面のいずれか一方の面、または両方の面に、前記導光板の入射面近傍と前記点状光源とを覆うように反射シートが設けられ、該反射シートの前記点状光源を覆う部位にプリズム列からなる光分散部が形成され、前記プリズム列の稜線は前記入光面に対して直交する方向に延びていることを特徴とするものである。

導光板の入射面近傍と点状光源とを覆うように反射シート、例えば、白色樹脂で構成されるものを設けることにより、点状光源として用いられるＬＥＤの上面側から漏れる光を反射シートで反射して、その光を導光板ヘの入射光として使用できるので、光源からの光を効率よく利用でき出射面から出射される光の輝度を向上させることができる。また、点状光源が配設される位置に対応して点状光源を覆うように光分散部を設けることにより、点状光源の近傍に放射されている光を分散させて、輝度ムラの発生を抑えると共に、光を効率良く利用して、出射面全体の平均輝度の低下を抑制する。

また、請求項２に係る発明は、請求項１の面状照明装置において、前記プリズム列の頂点は、前記導光板の出射面を向いていることを特徴とするものである。

また、請求項３に係る発明は、請求項１または２の面状照明装置において、前記プリズム列の頂角は、中央部から周辺部に向かうに従って大きくなるように形成されていることを特徴とするものである。

また、請求項４に係る発明は、請求項１の面状照明装置において、前記プリズム列から構成された光分散部は、前記導光板の出射面上に配置される輝度増大フィルムの一部により構成されていることを特徴とするものである。

本発明に係る面状照明装置によれば、点状光源から放出される光を効率よく利用することができるので、出射面全体の平均輝度を高くすることができると共に、ＬＥＤ近傍の光を分散させ輝度ムラの発生を防止することができる。

以下、本発明に係る面状照明装置の一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、面状照明装置の分解斜視図である。導光板２の一側端面４に近接して点状光源１が配置されている。点状光源１から出射された光は、導光板２の出射面３から出射して被照明体２０側に導かれるように構成されている。点状光源１は、例えば、ＬＥＤチップがケースによって覆われ、ケースには出射窓が形成されていて、出射窓から一方向へ出射光が効率よく出射されるように構成されている。以下、出射光が効率よく出射される前記ＬＥＤの一方向をＬＥＤの正面側という。点状光源（ＬＥＤ）１は、この正面側が導光板２の一側端面４に対向するように配置される。導光板２の一側端面４のことを、以下、入射面４ともいう。ＬＥＤ１から出射された光は、効率よくこの入射面４へ入射する。ＬＥＤチップから出射された光の一部は、ＬＥＤチップがケースによって覆われているが、ＬＥＤの正面側以外の面、例えば、ＬＥＤの上面、下面、左右側面側から漏れ光となって放射される。

導光板２は、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリメチルメタクリレール、ガラス等の透明性の良好な材料から成り、その裏面５、即ち、出射面３と対向する面には、ＬＥＤ１から導光板２内に入射した光を出射面３全体において均一に出射できるように、図示を省略する光反射パターンが形成されている。

また、導光板２の入射面４には、図２に示すように導光板２の厚み方向にプリズム１５が形成されている。このプリズム１５は、導光板２の入射面４全体、あるいはＬＥＤ１が配設される位置に、それぞれのＬＥＤ１の大きさに対応して（入射面４に対向するＬＥＤ１の幅と略同じ範囲に）形成されている。この構成により出射面３全体の輝度分布を向上させているが、この構成が前述した導光板２の入射面４近傍における、ＬＥＤ近傍の導光板出射面とＬＥＤ間の導光板出射面との輝度差の発生要因にもなっている。

また、導光板２の裏面５側には、裏面５を覆うように反射板６が設けられている。反射板６は、白色樹脂、銀メッキ板等の反射性材料から成り、導光板２の裏面５から外部に放出する光を反射して導光板２内に再入力させるためのものである。従って、この光を反射する部材としては、反射板６に限定されず、例えば、面状照明装置を構成している各部材を一体に保持する液晶ポリマ等からなるハウジングフレームが、反射板の機能を兼ねるように構成してもよい。

導光板２の表側、即ち、出射面３側には、光拡散シート７が設けられている。光拡散シート７は、導光板２に形成されたパターンの形状、例えば、図示を省略する光反射パターンの形状を使用者に視認されないように、光を拡散させるものであり、光拡散剤練込タイプのもの、ランダム凹凸加工タイプのもの等がある。また、光拡散シート７は、通常１０μｍ以上の厚さのもの、好ましくは２０〜３００μｍのものが使用される。さらに、光拡散シート７は、透明な樹脂から構成され、その樹脂としては、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート等がある。

さらに、光拡散シート７の上側には、輝度増大フィルム（Brightness Enhancement Film）８、９が積層して設けられている。この輝度増大フィルム８、９は、透過性に優れたポリエステル、アクリル樹脂等の表面にプリズムパターンを精密形成した光学フィルムから成る。このように微細なプリズム構造が並ぶフィルムを導光板２の出射面３の上側に配置させることで、被照明体側に放射される光の輝度を向上させることができる。プリズム構造が９０度公差する方向に輝度増大フィルム８、９を２枚重ね合わせることで性能が向上し、画面のにじみを解消して、光った部分と光を拡散する部分の縞模様（リフレクティブモアレ）を抑制する作用をなす。

また、導光板２の出射面３側には、反射シート１０が設けられている。反射シート１０は、導光板２の入射面４側の一部の領域（入射面近傍の領域）と、ＬＥＤ１の上面を覆うように設けられる。また、その形状は、横長の矩形状を有し、長手方向の幅は、導光板２の幅と同じ幅に設定されており、導光板２の入射面近傍の左端から右端までの一面を覆うことができる。反射シート１０の裏側、即ち、導光板２の出射面３と向い合う側の面には、光分散部１１が設けられている。光分散部１１は、導光板２の入射面４に近接配置されているＬＥＤ１の上面を覆うように、それぞれのＬＥＤ１に対応した複数箇所に設けられている。

上記のように光拡散シート７、輝度増大フィルム８、９、反射シート１０等が設けられた導光板２の上側（出射面３側）には、被照明体として、例えば、液晶表示装置２０が配置される。液晶表示装置２０は、液晶表示素子が配設された表示領域２１と、液晶表示素子が配設されていない周辺部である非表示領域２２から構成されている。液晶表示装置２０は、導光板２の出射面３から出射された光によって、液晶表示装置２０の裏側から照射される、いわゆるバックライト型の表示装置である。これにより液晶表示装置２０の輝度は向上し、視認性が向上する。

図３は、導光板２の出射面３側に設けられた反射シート１０を示す拡大図である。尚、導光板２の入射面４に近接配置されているＬＥＤ１を破線で示している。また、導光板２の出射面３側に配置される液晶表示装置２０の、表示領域２１と非表示領域２２との境界線を破線１２で示している。

反射シート１０は、導光板２の入射面４近傍で、導光板２の左端から右端までの領域一面と、ＬＥＤ１の上面を覆うように設けられている。導光板２の入射面４近傍とは、導光板２の出射面３側に配設される液晶表示装置２０の非表示領域２２のうち、導光板２のＬＥＤ１が配置されている側の非表示領域の一部分を指している。以下、この導光板２の入射面４近傍のことをＬＥＤ側非表示領域２２'という。また、ＬＥＤ１方向に設けられている反射シート１０は、ＬＥＤ１の上面を覆うだけでなく、ＬＥＤ１の周辺の領域も覆うような大きさ及び位置に設けられている。反射シート１０は、その位置が移動しないように、図示は省略される導光板２用のハウジングフレーム、あるいは面状照明装置用のハウジングフレーム等に設けた爪部に係止される。尚、この反射シート１０の固定手段に関しては特に限定されるものではなく、設けられた位置が変動しなければこの他、粘着テープ等によって固定するようにしてもよい。

反射シート１０は、反射性の強い白色樹脂から構成されるものであり、上記のような位置に設けることにより、ＬＥＤ１の上面側から漏れる光を反射シート１０で反射して、その反射した光を導光板２ヘの入射光として使用することができるので、光源からの光を効率よく利用でき、導光板２の出射面３から出射される光の輝度、即ち、液晶表示装置２０の輝度を向上させることができる。

尚、反射シート１０の形状はこの形態のものに限定されず、導光板２の形状、あるいはＬＥＤ１（ＬＥＤ以外の点状光源も含む）の形状およびその配置に応じて、ＬＥＤ１から放出される光を効率よく反射できるように、例えば、楕円形、円形、正方形等、適宜選択されるものであってもよい。また、反射シート１０の設けられる位置も、ＬＥＤ１の上面側、即ち、導光板２の出射面３側に限定されず、ＬＥＤ１の下面側、即ち、導光板２の出射面３に対向する裏面５側、あるいはＬＥＤ１の上面及び下面の両側、即ち、導光板２の出射面３および裏面５側に設けられる形態であってもよく、上記同様の作用、効果を得ることができる。

図４及び図５は、反射シート１０に設けられた光分散部１１を示す拡大図である。図４において、導光板２の入射面４に近接配置され、光分散部１１によって覆われるＬＥＤ１を破線で示している。また、図５において、光分散部１１によって入射面４近傍が覆われる導光板２を破線で示している。

光分散部１１は、それぞれのＬＥＤ１に対応してＬＥＤ１の上面を覆うように設けられている。光分散部１１は、反射シート１０の短手方向（図において矢印Ｓ方向）には、反射シート１０の幅と同じ幅で設けられている。また、長手方向（図において矢印Ｌ方向）には、ＬＥＤ１の幅（図において矢印Ｌ方向の幅）よりも大きい幅に設けられている。即ち、光分散部１１は、ＬＥＤ１の上面だけでなく、ＬＥＤ１の周辺の領域も覆うような大きさ及び位置に設けられている。光分散部１１は、反射シート１０に対して接着剤等の手段により固定されるが、反射シート１０に直接、光分散部１１を形成した構成であってもよい。

光分散部１１は、例えば、複数のプリズムが配列されたプリズムシートから構成されている。さらに具体的には、それぞれのプリズムは、その断面形状が三角形状を有している。プリズムの頂角１３がＬＥＤ１の上面方向、および導光板２の出射面３方向を指すように形成され、また、プリズム列の稜線（図５における矢印１４）が導光板２の入射面４に直交するように形成されている。プリズムの頂角１３は、９０度に形成され、隣接するプリズム間の距離（プリズムピッチ）は、約２５μｍに形成されている。

またこの他、光分散部１１は、形成するプリズムの位置によって頂角１３の角度が変化するように形成してもよい。例えば、プリズム列の中央部では頂角１３を略９０度に形成し、周辺部に向かうに従って頂角１３が大きくなるように形成してもよい。さらに、頂角１３の向きあるいは導光板２の入射面４に対するプリズム列の稜線の角度を、中央部と周辺部とで変化するように形成してもよい。

このように光分散部１１としてプリズムシートを使用することにより、ＬＥＤ１の上面からの漏れ光を、プリズムによって反射シート１０の長手方向に分散させ、液晶表示装置２０の表示領域２１のうちＬＥＤ側非表示領域２２近傍に発生していた輝度ムラ、即ち、ＬＥＤ１が配置されている部分で輝度が高く、ＬＥＤ１間の部分で輝度が低くなる輝度ムラを防止すると共に、光を効率良く利用し出射面３全体の高輝度化を図ることができる。

光分散部１１は、図示を省略するが、例えば、光拡散部材である光拡散シートから構成されるものであってもよい。この場合、光拡散部材のヘーズ値は８０％以上、全光線透過率は９０％以上のものを使用することが望ましい。光分散部１１として光拡散部材を使用した場合にも、ＬＥＤ１の上面からの漏れ光を分散させることができ、上記同様に液晶表示装置２０の表示領域２１のうちＬＥＤ側非表示領域２２近傍に発生していた輝度ムラを防止すると共に、光を効率良く利用し出射面３全体の高輝度化を図ることができる。

反射シート１０及び光分散部１１の具体的形状としては、例えば、３５ｍｍ×４５ｍｍの大きさの導光板２と、３ｍｍの幅（図において矢印Ｌ方向の幅）のＬＥＤ１を使用した場合には、３５ｍｍ×６ｍｍ程度の大きさの反射シート１０、及び５ｍｍ×６ｍｍ程度の大きさの光分散部１１を使用することが好ましい。なお、光分散部１１の効果を実験により確認したところ、反射吸収シートを用いた場合と比較して、ＬＥＤ近傍の輝度ムラが同程度に改善され、光分散部１１にプリズムシートを用いた場合には、導光板出射面全体における平均輝度が３.５％ほど向上し、光分散部１１に光拡散シート（ヘーズ値８７％、全光線透過率９９％）を用いた場合には、導光板出射面全体における平均輝度が３.１％ほど向上した。

さらに、上記形態では、反射シート１０はＬＥＤ１及び導光板２の一部を覆う大きさ、形状のものを使用したが、この形態に限定されず、導光板２の出射面３上に設けられる光拡散シート７と一体に形成して、その一体化した反射シートによってＬＥＤ１の上面を覆うようにしてもよい。この場合、光拡散シート７をＬＥＤ１の上面をも覆う大きさに形成し、反射シートに相当する範囲の所定位置に白色印刷を施すことにより、光拡散部材からなる光分散部を有し、光拡散シート７と一体化された反射シートを容易に作製することができる。また、光分散部１１は、導光板２の出射面４上に設けられる輝度増大フィルム８、９の一部を光分散部１１の形状に加工して、一体に形成したもの（プリズム）を使用する形態であってもよい。この形態であっても、上記形態と同様の作用、効果を得ることができる。

以上のような構成を有することにより、出射面３全体の輝度を均一にすることができるので、ＬＥＤ１近傍の出射面３から出射される光も液晶表示装置２０の照明手段（バックライト）として使用できる。従って、ＬＥＤ側非表示領域２２を小さくすることができ液晶表示装置２０の表示領域２１を大型化することができる。

本発明に係る面状照明装置の、一形態を示す分解斜視図である。図１に示す面状照明装置の、導光板の入射面に形成されたプリズムを示す図である。図１に示す面状照明装置の、導光板の出射面側に設けられた反射シートの拡大図である。図１に示す面状照明装置の、反射シートに設けられた光分散部の一形態を示す拡大図である。図１に示す面状照明装置の、反射シートに設けられた光分散部の一形態を示す拡大図である。

符号の説明

１点状光源（ＬＥＤ）
２導光板
３出射面
４入射面
５裏面
６反射板
７光拡散シート
８、９輝度増大フィルム
１０反射シート
１１光分散部
１３頂角
１４プリズム列の稜線方向

Claims

導光板の入射面に配置した点状光源からの出射光を、前記導光板の出射面より出射するサイドライト方式の面状照明装置において、
前記導光板の出射面またはその出射面と対向する面のいずれか一方の面、または両方の面に、前記導光板の入射面近傍と前記点状光源とを覆うように反射シートが設けられ、該反射シートの前記点状光源を覆う部位にプリズム列からなる光分散部が形成され、前記プリズム列の稜線は前記入光面に対して直交する方向に延びていることを特徴とする面状照明装置。
前記プリズム列の頂点は、前記導光板の出射面を向いていることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
前記プリズム列の頂角は、中央部から周辺部に向かうに従って大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の面状照明装置。
前記プリズム列から構成された光分散部は、前記導光板の出射面上に配置される輝度増大フィルムの一部により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。