JP4331967B2 - 導光ブロックおよび平面照明装置 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は、細長い光入射端面部から導入した光をこの光入射端面部と対向する光出射端面部から出射させるための導光ブロックおよび平面照明装置に関する。
【0002】
【背景技術】
透過型液晶表示装置の光源として用いられる平面照明装置は、液晶表示装置の表示面積に応じて種々の形態のものが使用されている。しかしながら、消費電力を抑制するために光源として蛍光ランプやLEDアレイなどを使用し、また平面照明装置の奥行き方向のコンパクト化を図ると同時に液晶表示面での均一な配光特性を得るために平板状をなす導光板を用い、この導光板の側端面から入射させた光源からの光を導光板の表面から均一に出射させるようにしたものが大部分である。このような導光板の表面や裏面には、導光板内を伝搬する光の伝搬特性や導光板の表面からの光の出射方向を変更するための微小な凹凸が所定のパターンにて形成され、これによって導光板の表面全域からほぼ均一な光を出射させることができる。
【0003】
液晶技術の進歩に伴い、極めて大きな表示面積を持つ液晶表示装置が製造可能となっている。このような大型の透過型液晶表示装置においては、導光板の側端面すべてに蛍光ランプを配置したとしても、液晶表示面の中央部における光量が不足気味となり、表示面の全域に亙って均一な配光特性を持たせることが困難である。このため、表示面積が非常に大きな透過型液晶表示装置に用いられる平面照明装置としては、液晶表示装置の裏面に散光板を介して蛍光ランプなどの光源を配し、これをリフレクタで覆った構造のものが一般的となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
内部を伝搬する光の伝搬特性や表面からの光の出射方向を変更するための微小な凹凸を所定のパターンに形成した大きな導光板は、ロール成形などが根本的にできないため、射出成形によって製造されるが、導光板の面積が大きくなるに連れて成形圧力も大きくしなければならず、極めて大型の射出成形装置が必要となり、設備コストが嵩む欠点を有する。
【0005】
散光板とリフレクタとの間に光源を配した構造のものは、散光板の全域に亙って均一な配光特性を持たせるために散光板から光源までの距離をある程度離す必要があり、光源からの光が散光板まで気中伝搬状態となる。このため、散光板を使用していることと相俟って光の減衰が大きく、散光板の全域に亙って均一な配光特性が得られたとしても、十分な照度を得るためには消費電力の大きな光源を用いる必要がある。逆に、散光板に対して光源を近接させて配置した場合には、散光板からの出射光の強度をある程度確保することができるものの、散光板の全域に亙って均一な配光特性を持たせることが実質的に不可能である。
【0006】
【発明の目的】
本発明の目的は、光出射面から均一な配光特性を持った高輝度の光を効率よく出射させることができる導光ブロックを提供することにある。
【0007】
本発明の他の目的は、このような導光ブロックを用いることにより、表示面積が大きな透過型液晶表示装置であっても、これに対して均一な配光特性を得ることができる低消費電力の平面照明装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の形態は、光が入射する細長い光入射端面部と、この光入射端面部の反対側に位置すると共に当該光入射端面部よりも大きな面積を有し、光が出射する光出射端面部と、この光出射端面部と前記光入射端面部との間に位置し、当該光出射端面部および前記光入射端面部と交差すると共に前記光入射端面部の長手方向に沿って延在する中心軸面に対して傾斜する一対の傾斜端面部とを具えた導光ブロックであって、前記中心軸面に対し、前記一対の傾斜端面部側に近づくほど屈折率が低下していることを特徴とするものである。
【0009】
本発明によると、光入射端面部から拡散状態で導光ブロック内に入射した光は、導光ブロック内で最も屈折率の高い中心軸面側に次第に曲げられ、その進行方向が揃った状態で光出射端面部から出射する。つまり、導光ブロックはシリンドリカルレンズと同様なレンズ作用により、光入射端面部から導光ブロック内に入射した光の進行方向を制御する。
【0010】
本発明の第2の形態は、本発明の第1の形態による導光ブロックと、この導光ブロックの光入射端面部と対向する細長い光源と、この光源および前記光入射端面部を囲むリフレクタとを具えたことを特徴とする平面照明装置にある。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の形態による導光ブロックにおいて、屈折率の低下が段階的であっても、または連続的であってもよい。
【0012】
光出射端面部と光入射端面部との間に位置すると共に光入射端面部の長手方向両端側に位置する一対の側端面部をさらに具えることができる。
【0013】
光入射端面部がシリンドリカル凹面であってよい。
【0014】
本発明の第2の形態による平面照明装置において、リフレクタと一体に形成され、光入射端面部および光出射端面部以外の導光ブロックの周囲を覆う光反射カバーをさらに具えることができる。
【0015】
【実施例】
本発明による導光ブロックを用いた平面照明装置の一実施例について、図1〜図4を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例のみに限らず、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。
【0016】
本実施例における平面照明装置の外観を図1に分解状態で示し、その縦断面構造を図2に示す。本実施例における平面照明装置10は、ほぼ三角柱状をなす導光ブロック11と、この導光ブロック11の後述する光入射端面部11aと対向する細長い光源12と、この光源12および光入射端面部11aを囲むリフレクタ13と、このリフレクタ13と一体に形成され、光入射端面部11aおよび後述する光出射端面部11b以外の導光ブロック11の周囲を覆う光反射カバー14とを具えている。
【0017】
光学的に透明なアクリル樹脂(PMMA)やポリカーボネートなどで形成される導光ブロック11は、光が入射する細長い光入射端面部11aと、この光入射端面部11aの反対側に位置し、光入射端面部11aよりも大きな面積を有し、光が出射する矩形の光出射端面部11bと、この光出射端面部11bと光入射端面部11aとの間に位置し、光入射端面部11aの長手方向に沿って延在する一対の傾斜端面部11cと、光出射端面部11bと光入射端面部11aとの間に位置すると共に光入射端面部11aの長手方向両端側に位置する一対の側端面部11dとを具えている。この導光ブロック11は、光入射端面部11aの長手方向に沿って延在し、光入射端面部11aおよび光出射端面部11bと本実施例では垂直に交差する中心軸面15に対し、一対の傾斜端面部11c側に近づくほど屈折率が低下した構成を有し、図3に示すような放物線などの二次関数で表される屈折率分布が理想的である。この場合、光入射端面部11aおよび光出射端面部11bの中央における屈折率の最高値と、傾斜端面部11cに位置するこれらの屈折率の最低値とは同じであり、中心軸面15から傾斜端面部11cに至る屈折率の変化率が光入射端面部11a側ほど急激であり、光出射端面部11b側ほど緩やかになっている。
【0018】
本実施例では、このような屈折率の変化を段階的に設定しており、その製造原理の一例を図4に示す。すなわち屈折率の異なる複数種、例えば4種類の楔状板材(屈折率がそれぞれ1.71,1.68,1.57,1.38)11n0,11n1,11n2,11n3を用い、中央に位置する屈折率が最大の楔状板材11n0を両側から挟むように順次低屈折率の楔状板材11n1〜11n3を融着接合したのち、光入射端面部11aおよび光出射端面部11bを所定形状に整形することによって製造することができる。図3に示すような連続的な屈折率分布ではなく、このような段階的な屈折率分布を導光ブロック11に持たせても、本発明の目的を充分達成することができる。この場合、隣接する楔状板材11n0,11n1または11n1,11n2または11n2,11n3の界面での屈折率の急変を回避するため、特に傾斜端面部11c側に近い方で相互に隣接する2つの楔状板材11n1,11n2または11n2,11n3に対して中間の屈折率を持つシート材をこれら2つの楔状板材11n1,11n2または11n2,11n3の間にそれぞれ介在させ、これらを一体的に融着接合することも有効である。
【0019】
従って、図2に示すように、光入射端面部11aから入射する拡散光Lは、次第に屈折率の高い中央側に曲げらて光出射端面部11bから出射する。この場合、導光ブロック11の屈折率分布に対して光入射端面部11aから光出射端面部11bまでの距離を適切に選択することにより、光出射端面部11bから出射する光を収束させたり、中心軸面15に対してコリメートさせたりすることができる。つまり、この導光ブロック11にはシリンドリカルレンズとほぼ同様な光学的特性を持たせることが可能であり、指向性の高い高輝度の光を光出射端面部11bから出射させることができる。
【0020】
本実施例では、光入射端面部11aをシリンドリカル凹面に設定しており、これによって光源12からその周囲に出射する光をより多量に直接、導光ブロック11内へと効率よく入射させることができる。
【0021】
また、本実施例における光出射端面部11bには、光制御要素16がランダムに配されており、これによって光出射端面部11bの全域に亙ってより均一な光量の出射光を出射させることができる。個々の光制御要素16は、例えば曲率半径が50μmの半球状をなす凸面にて形成され、光出射端面部11bからの突出高さが例えば1μmに設定されている。光出射端面部11bにおける個々の光制御要素16の面積は、7×10-8cm2以上であることが必要であり、これよりも光制御要素16の面積が小さくなると、光出射端面部11bが梨地加工のような状態となって光制御要素16による乱反射が大きくなり、光出射端面部11bから指向性の強い高輝度の光を出射させることが困難となる。
【0022】
光制御要素16の形状は、本実施例以外に半球状の凹面あるいは柱状または錐状をなし、円形,楕円形または多角形状を有するものであってもよい。
【0023】
冷陰極管などにて構成される細長い光源12は、反射面が凹曲面となったリフレクタ13で囲まれており、光源12からの光は、リフレクタ13からの反射光と共に導光ブロック11の光入射端面部11aから導光ブロック11内にそれぞれ入射するようになっている。このリフレクタ13は、白色の絶縁性材料やアルミニウムなどの金属を蒸着したシート状のものからなり、導光ブロック11の光入射端面部11aと光源12とをそれぞれ包囲し、導光ブロック11の光入射端面部11a以外から光が漏洩しないように配慮している。
【0024】
光反射カバー14は、導光ブロック11の周囲の一対の傾斜端面部11cおよび一対の側端面部11dを覆い、これらから導光ブロック11の外側に漏洩する光を再び導光ブロック11内に反射させて最終的にすべての光を導光ブロック11の光出射端面部11bから出射させるためのものである。この光反射カバー14として、非導電性のフィルムなどにアルミニウムなどの金属蒸着したものや金属フィルムを貼付したもの、あるいはチタン酸バリウムなどを混入またはコートした樹脂などを使用することができ、さらにこれらフィルムや樹脂の表面に微細な凸凹加工を施すことが好ましい。
【0025】
何れにしろ、導光ブロック11内に入射する光は、導光ブロック11内の高屈折率側に曲げられ、最終的にすべての光が光出射端面部11bから出射することとなる。
【0026】
【発明の効果】
本発明の導光ブロックによると、その光入射端面部の長手方向に沿って延在すると共に光入射端面部および光出射端面部と交差する中心軸面よりもこれに対して傾斜する一対の傾斜端面部側ほど屈折率を低下させたので、光入射端面部から導光ブロック内に入射した光は、導光ブロック内で屈折率の高い中心軸面側に次第に曲げられて光出射端面部から出射する結果、光入射端面部と光出射端面部との距離を適切に設定することにより、出射方向が揃った高輝度の光を光出射端面部から均一な配光特性にて出射させることができる。
【0027】
屈折率の低下を段階的に設定した場合、屈折率の異なるシート材料をこれらの屈折率の順に積層した状態で溶融して一体化させることにより、導光ブロックを容易に製造することができる。
【0028】
光出射端面部と光入射端面部との間に位置すると共に光入射端面部の長手方向両端側に位置する一対の側端面部をさらに具えた場合には、光出射端面部が矩形となった導光ブロックを得ることができる。
【0029】
光入射端面部がシリンドリカル凹面の場合には、光入射端面部に入射する光の入射範囲を広げることができるため、より多量の光を導光ブロック内に導くことができる。
【0030】
本発明の平面照明装置によると、本発明による導光ブロックと、この導光ブロックの光入射端面部と対向する細長い光源と、この光源および光入射端面部を囲むリフレクタとを具えたので、出射方向が揃った高輝度の光を光出射端面部から均一な配光特性にて効率よく出射させることができる。
【0031】
リフレクタと一体に形成され、光入射端面部および光出射端面部以外の導光ブロックの周囲を覆う光反射カバーをさらに設けた場合、光出射端面部以外の導光ブロックの部分からの漏光をすべて光出射端面部から出射させることができ、光源からの光をさらに効率よく光出射端面部に導くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による平面照明装置の一実施例の分解斜視図である。
【図2】図1に示した平面照明装置の縦断面図である。
【図3】図1に示した平面照明装置における導光ブロックの幅方向に沿った屈折率分布を表すグラフである。
【図4】図1に示した平面照明装置における導光ブロックの製造原理を表す模式図である。
【符号の説明】
10 平面照明装置
11 導光ブロック
11a 光入射端面部
11b 光出射端面部
11c 傾斜端面部
11d 側端面部
11n0,11n1,11n2,11n3 楔状板材
12 光源
13 リフレクタ
14 光反射カバー
15 中心軸面
16 光制御要素
L 拡散光
Claims (6)
- 光が入射する細長い光入射端面部と、
この光入射端面部の反対側に位置すると共に当該光入射端面部よりも大きな面積を有し、光が出射する光出射端面部と、
この光出射端面部と前記光入射端面部との間に位置し、当該光出射端面部および前記光入射端面部と交差すると共に前記光入射端面部の長手方向に沿って延在する中心軸面に対して傾斜する一対の傾斜端面部と
を具えた導光ブロックであって、前記中心軸面に対し、前記一対の傾斜端面部側に近づくほど屈折率が低下していることを特徴とする導光ブロック。 - 屈折率の低下が段階的であることを特徴とする請求項1に記載の導光ブロック。
- 前記光出射端面部と前記光入射端面部との間に位置すると共に前記光入射端面部の長手方向両端側に位置する一対の側端面部をさらに具えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の導光ブロック。
- 前記光入射端面部がシリンドリカル凹面であることを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の導光ブロック。
- 請求項1から請求項4の何れかに記載の導光ブロックと、
この導光ブロックの光入射端面部と対向する細長い光源と、
この光源および前記光入射端面部を囲むリフレクタと
を具えたことを特徴とする平面照明装置。 - 前記リフレクタと一体に形成され、前記光入射端面部および前記光出射端面部以外の前記導光ブロックの周囲を覆う光反射カバーをさらに具えたことを特徴とする請求項5に記載の平面照明装置。
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JP2003114924A JP4331967B2 (ja) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | 導光ブロックおよび平面照明装置 |
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2003
- 2003-04-18 JP JP2003114924A patent/JP4331967B2/ja not_active Expired - Lifetime
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