JP4360701B2 - 平面照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光板の側端面から入射した光をその表面部から出射させるようにした平面照明装置に関し、特に透過型液晶を用いたディスプレィのバックライト光源として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過型液晶を用いたディスプレィのいわゆるバックライト光源として使用される平面照明装置は、冷陰極管（ＣＦＬ）などの光源ランプからの光を透明な導光板の側端面からこの導光板内に導き、導光板内での光の反射を利用して導光板の表面全域からこの光を均一に出射させるようにしたものである。このような平面照明装置が使用される透過型液晶ディスプレィの特性を考慮した場合、この平面照明装置に要求される機能としては、全体として薄板状であること、および光源ランプの消費電力を極力抑えるものであることの他に、全体に亙って均一な光を出射させることが特に重要である。
【０００３】
このような目的のため、従来の平面照明装置では導光板の対向する一対の側端面や隣接する一対の側端面に光源ランプを配置して照明光の輝度を上げたり、あるいは導光板の一方の側端面と裏面部とにそれぞれ光源ランプを配置し、裏面部に配置した光源ランプからの照明光をプリズムを用いて導光板の他方の側端面から入射させたり、さらには導光板の表面部から出射する照明光の分布を均一にするために導光板の表面部や裏面部にグラデーション加工を施したりしたものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
導光板の両側端面に一対の光源ランプを配置した従来の平面照明装置の場合、導光板の表面部から出射する照明光の分布を均一にするために導光板の表面部や裏面部にグラデーション加工を施す必要があるが、このグラデーション加工が一対の光源ランプの対向方向に沿って対称となるため、一方の光源ランプからの照明光が導光板の約半分までしか有効に利用することができず、結果として表面部から出射する照明光の輝度分布をほぼ完全に均一にすることができない。しかも、何らかの原因で片側の光源ランプが点灯しない場合、導光板の表面部の約半分の点灯しない側の領域の輝度が極端に低下してしまうという不具合がある。
【０００５】
また、一方側の光源ランプから出射して導光板内を伝播する光のうち、他方側の光源ランプ側に達する光は、表面部から出射せずに損失となってしまい、照明効率の低下を招くが、これは他方側の光源ランプから一方側の光源ランプに伝播する光も同様である。
【０００６】
さらに、導光板の裏面部に光源ランプを配した構造では、この光源ランプの径やプリズムの高さ寸法の分だけ平面照明装置の厚みが厚くなってしまい、薄型の平面照明装置を企図した場合の障害となる。
【０００７】
【発明の目的】
本発明の目的は、一対の光源ランプの一方が何らかの原因で点灯しない場合でも、表面部から高輝度の均一な出射光を得ることが可能な薄型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】
本発明による平面照明装置は、表面部、およびこの表面部の反対側に位置する裏面部、およびこれら表面部および裏面部の一端側に位置する入射端面部、およびこの入射端面部の反対側に位置する反射端面部を有し、前記表面部と前記裏面部との間隔が前記入射端面部側に対して前記反射端面部側ほど狭くなった第１の導光板と、この第１の導光板の前記裏面部に近接状態で対向する第２の表面部、およびこの第２の表面部の反対側に位置する第２の裏面部、および前記第１の導光板の前記反射端面側に位置する第２の入射端面部、および前記第１の導光板の前記入射端面部側に位置する第２の反射端面部を有し、前記第２の表面部と前記第２の裏面部との間隔が前記第２の入射端面部側に対して前記第２の反射端面部側ほど狭くなった第２の導光板と、前記第１の導光板の前記入射端面部に向けて光を投射する第１の光源と、前記第２の導光板の前記第２の入射端面部に向けて光を投射する第２の光源と、前記第１および前記第２の導光板の前記表面部および前記入射端面部ならびに前記第１の導光板の前記裏面部以外の部分を覆う光反射シートと、前記第１の導光板の前記裏面部にランダムに形成され、この第１の導光板内を伝播する光を当該第１の導光板の前記表面部側へ全反射させるか、あるいは前記裏面部から出射させるための複数の凹部からなる第１の光偏向手段と、前記第２の導光板の前記第２の表面部にランダムに形成され、この第２の導光板内を伝播する光を当該第２の導光板の前記第２の表面部から出射させるための複数の凹部からなる第２の光偏向手段とを具え、前記第１の光偏向手段を構成する個々の凹部は、前記第１の導光板の前記裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなす傾斜錐面と一対の垂直錐面とを有し、前記傾斜錐面の底辺が前記第１の導光板の前記入射端面部とほぼ平行に設定されると共に当該底辺に対する頂点が該底辺よりも前記第１の導光板の前記入射端面部側に位置し、前記第２の光偏向手段を構成する個々の凹部は、所定曲率半径の円弧面にて形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明によると、第１の光源から出射した照明光は、第１の導光板の入射端面部から第１の導光板内を伝播し、その一部が表面部から出射する。また、第１の導光板の裏面部から出射した光は、第２の導光板の第２の表面部から第２の導光板内に入射し、これら以外の部分から出射した光は、光反射シートによって再び第１の導光板内に入射し、最終的に第１の導光板の表面部から出射する。
【００１０】
一方、第２の光源から出射した照明光は、第２の導光板の入射端面部から第２の導光板内を伝播し、その一部が第２の表面部から出射して第１の導光板の裏面部から第１の導光板内に入射し、最終的に第１の導光板の表面部から出射する。また、それ以外の部分から第２の導光板の外側に出射した光は、光反射シートによって再び第２の導光板内に入射し、最終的に第２の導光板の表面部からすべて出射して第１の導光板内に入射する。
【００１１】
このようにして、第１および第２の光源からの照明光は、第１の導光板の表面部からすべて出射する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による平面照明装置において、前記第１の導光板の表面部と、前記第２の導光板の裏面部とが平行であってもよい。
【００１３】
また、第１の導光板の表面部に形成されて第１の導光板内を伝播する光を第１の導光板の表面部から出射させるための複数の凸部または凹部からなる光偏向手段をさらに具えることができる。この光偏向手段は、第１の導光板の入射端面部と直行する方向に延びると共に第１の導光板の幅方向に沿って配列する三角柱状のプリズムアレイか、あるいは第１の導光板の入射端面部と直行する方向に延びると共に該第１の導光板の幅方向に沿って交互に配列する所定曲率半径の凹凸面を有するものであってよい。このような光偏向手段によって、第１の導光板の表面部から出射した光は所定の方向に偏向され、第１の導光板の表面部から照明光が効率よく出射する。
【００１４】
さらに、第２の導光板の第２の裏面部にランダムに形成されて当該第２の導光板内を伝播する光を該第２の導光板の第２の表面部側へ全反射させるか、あるいはこの第２の裏面部から出射させるための複数の凸部または凹部からなる光偏向手段をさらに具えることができる。
【００１５】
【実施例】
本発明による平面照明装置を透過型液晶ディスプレィのバックライト光源として応用した一実施例について、図１〜図６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に限らず、同様な課題を内包する他の分野の技術にも応用することができる。
【００１６】
本発明の第１の実施例による平面照明装置の断面構造を図１に示し、その分解した状態の外観を図２に示す。すなわち、本実施例における平面照明装置１１は、矩形の楔板状をなす第１導光板１２ａと、この第１導光板１２ａの入射端面部１３ａに沿って配置される線状の第１光源ランプ１４ａと、表面部１５ｂが第１の導光板１２ａの裏面部１６ａと対向するように第１導光板１２ａに重ね合わされる矩形の楔板状をなす第２導光板１２ｂと、この第２導光板１２ｂの入射端面部１３ｂに沿って配置される線状の第２光源ランプ１４ｂと、これら第１および第２導光板１２ａ, １２ｂの入射端面部１３ａ, １３ｂおよび表面部１５ａ, １５ｂならびに第１導光板１２ａの裏面部１６ｂ以外の部分を覆う光反射シート１７とを有する。また、冷陰極管や複数のＬＥＤにて構成される第１および第２光源ランプ１４ａ, １４ｂは、反射面が凹曲面となったリフレクタ１８でそれぞれ囲まれており、これらリフレクタ１８からの反射光は、第１導光板１２ａの表面部１５ａおよび第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂとほぼ平行に導光板１２ａ, １２ｂの入射端面部１３ａ, １３ｂから導光板１２ａ, １２ｂ内にそれぞれ入射するようになっている。
【００１７】
本実施例における導光板１２ａ, １２ｂは、透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）にて形成され、光源ランプ１４ａ, １４ｂからの光を導入するための入射端面部１３ａ, １３ｂと、これら入射端面部１３ａ, １３ｂの反対側に位置する反射端面部１９ａ, １９ｂと、これら入射端面部１３ａ, １３ｂおよび反射端面部１９ａ, １９ｂの両側端にそれぞれ接続する一対の側端面部２０ａ, ２０ｂと、これら入射端面部１３ａ, １３ｂおよび反射端面部１９ａ, １９ｂおよび側端面部２０ａ, １３ｂで囲まれて入射端面部１３ａ, １３ｂから入射した光を出射させるための表面部１５ａ, １５ｂおよびその反対側に位置する裏面部１６ａ, １６ｂとをそれぞれ有する。
【００１８】
また、第１導光板１２ａの入射端面部１３ａと、第２導光板１２ｂの反射端面部１９ｂとは同じ面を向いており、第２導光板１２ｂの入射端面部１３ｂと、第１導光板１２ａの反射端面部１９ａとは同じ面を向いている。つまり、第１光源ランプ１４ａから第１導光板１２ａ内に入射する光の進行方向（図１中、右方向）と、第２光源ランプ１４ｂから第２導光板１２ｂ内に入射する光の進行方向（図１中、左方向）とは、逆向きに設定されている。さらに、表面部１５ａ, １５ｂと裏面部１６ａ, １６ｂとの間隔が入射端面部１３ａ, １３ｂ側に対して反射端面部１９ａ, １９ｂ側ほど狭くなるように、第１導光板１２ａではその表面部１５ａに対してその裏面部１６ｂが数度から１０度程度傾斜したテーパ状となり、第２導光板１２ｂではその裏面部１６ｂに対してその表面部１５ｂが数度から１０度程度逆向きに傾斜したテーパ状となっている。従って、第１導光板１２ａの表面部１５ａと第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂとは、ほぼ平行に設定され、これによって第１および第２導光板１２ａ, １２ｂを重ね合わせた場合の全体的な厚みを最小限に抑制することができる。
【００１９】
前述した光反射シート１７は、導光板１２ａ, １２ｂの反射端面部１９と一対の側端面部２０ａ, ２０ｂと第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂとを覆い、これらから出射する光を再び導光板１２ａ, １２ｂ内に反射させて第１導光板１２ａの表面部１５ａから出射させるためのものであり、白色の紙などを折り曲げたものである。
【００２０】
図１中の矢視III 部を抽出拡大した図３および第１導光板１２ａの裏面部１６ａの平面形状を模式的に図４に示す。すなわち、第１導光板１２ａの表面部１５ａには、入射端面部１３と直交する方向（図１中、左右方向）に延びると共に導光板１２の幅方向に沿って配列して頂角がそれぞれ９５〜１０５度程度の山形をなす二等辺三角柱状のプリズムアレイ２１が形成されている。本発明の光偏向手段としてのプリズムアレイ２１は、凹部から出射する光を拡散する一方、凸部から出射する光を収束させ、これによってより均一な輝度分布が得られるように配慮しており、このプリズムアレイ２１の凹部または凸部のピッチは２０〜１００μm 程度が好ましく、凹部と凸部との高さの差は１０〜５０μm 程度が好ましい。
【００２１】
本実施例では、第１導光板１２ａの表面部１５ａに凹部と凸部とからなる二等辺三角形状のプリズムアレイを形成したが、所定曲率半径の凹円弧面および凸円弧面を交互に有する波形の光偏向手段を採用することも可能である。
【００２２】
第１導光板１２ａの裏面部１６ａには、所定曲率半径の円弧面２２で形成された凸部２３がランダムに配置され、これら凸部２３と表面部１５に形成されるプリズムアレイ２１との間およびこの平面照明装置を液晶ディスプレィのバックライト光源として使用した場合における液晶パネルのセルとの間でそれぞれモアレ縞などが発生しないように配慮している。本発明の光偏向手段としての凸部２３は、入射端面部１３ａから入射して第１導光板１２ａ内を伝播する光を効率良く全反射させて表面部１５ａ側に導くためのものであり、個々の凸部２３を肉眼にて識別できないように、それぞれ１５０μm 以下の直径に設定されているが、これが小さすぎることによる光の拡散の問題と製造の容易性とを考慮して１０μm 以上であることが望ましい。
【００２３】
このように、凸部２３の大きさを１０〜１５０μm の範囲に設定することにより、従来のような光拡散シートを併用する必要がなくなり、光の進行方向を比較的容易に制御することが可能となる。
【００２４】
ここで、第１導光板１２ａを構成する材料の屈折率をｎ、α＝sin -1（１／ｎ）、円周率をπ、凸部２３の半径をｒと表した場合、円弧面２２の曲率半径Ｒと裏面部２１からの当該円弧面２２の突出量ｈとの関係がｈ＝Ｒ（１− cosθ2 ）かつＲ＝ｒ／sin θ2 であり、θ2 が｛（２π／９）−（α／２）｝から｛（１１π／３６）−（α／２）｝の範囲となるように設計することにより、全反射を利用した効率の良い第１導光板１２ａを得ることができる。
【００２５】
なお、第１導光板１２ａの外側に出射する反射光線のエネルギは、光反射シート１７が存在しない場合、第１光源ランプ１４ａからの光線Ｌの入射端面１３ａに対する入射角αが０度の時に最大となり、入射角αが大きくなるに従って次第に小さくなり、そして約４２度以上でほぼ０となるが、円弧面２２などの界面反射や吸収などによる損失があるものの、光反射シート１７の存在によって最終的に表面部１５ａから第１導光板１２ａの外側にすべて出射する。
【００２６】
つまり、入射角αが２４度以下の入射光線は、凸部２３の円弧面２２にてすべて全反射して表面部１５ａ側へ伝播する。また、入射角αが２４度を越えた入射光線ＬI の大部分は、凸部２３から第１導光板１２ａの外側に出射して後述する第２導光板１２ｂの表面部１２ｂから第２導光板１２ｂ内に入射するが、光反射シート１７などによって第２導光板１２ｂから再び第１導光板１２ａ内に入射し、最終的に表面部１５ａから第１導光板１２ａの外側に出射する。さらに、入射角αが２４度を越えた入射光線の一部は、凸部２３の円弧面２２で界面反射を起こして表面部１５ａ側へ伝播し、第１導光板１２ａの外側に出射する。
【００２７】
第１導光板１２ａに入射した光は、この第１導光板１２ａ中を進行するに連れてそのエネルギが減少するため、第１導光板１２ａの裏面部２１ｂに突設された凸部２３の占有率を漸次変化させる必要がある。具体的には表面部１５ａから出射する反射光線がこの表面部１５ａ全体に亙って均一な輝度となるように、裏面部２１ａの単位面積当たりに占める凸部２３の面積割合（以下、これを占有率と記述する）は、第１光源ランプ１４ａからの光の進行方向（図１中、右方向）に沿った裏面部２１ｂの位置と凸部２３の占有率との関係を表す図４に示すように、反射端面部１９ａ側ほど大きな占有率となるように設定されている。
【００２８】
この場合、第１導光板１２ａの入射端面部１３ａに近接する表面部１５ａは、第１光源ランプ１４ａからの光が直接透過して輝度が高くなる傾向を有するため、入射端面部１３ａに近接する裏面部１６ａにおける凸部２３の占有率をこれに続く部分よりも小さめに設定している。同様に、第１導光板１２ａの反射端面部１９ａに近接する表面部１５ａは、反射端面部１９ａからの反射光が透過して輝度が高くなる傾向を有するため、反射端面部１９ａに近接する裏面部１６ａにおける凸部２３の占有率をこれに続く部分よりも小さめに設定している。
【００２９】
なお、本実施例では凸部２３の占有率の最大値を約７０％程度に設定しているが、これをほぼ１００％に設定することも当然可能である。
【００３０】
図１中の矢視Ｖ部を抽出拡大した図５に示すように、第２導光板１２ｂの表面部１５ｂには、この表面部１５ｂに対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなし、一対の対称な垂直錐面２４と傾斜錐面２５とを有する二等辺三角錐形の第２凸部２６がランダムに配置され、これら第２凸部２６と先の第１の凸部２３およびこの平面照明装置を液晶ディスプレィのバックライト光源として使用した場合における液晶パネルのセルとの間でそれぞれモアレ縞などが発生しないように配慮している。この場合、個々の第２凸部２６を肉眼にて識別できないように、各第２凸部２６の任意の一辺をそれぞれ１５０μm 以下の大きさに設定することが好ましいが、製造の容易性を考慮して１０μm 以上であることが望ましく、第２凸部２６の大きさを１０〜１５０μm の範囲に設定することにより、従来のような光拡散板を使用する必要がなくなり、光の進行方向を比較的容易に制御することが可能となる。
【００３１】
また、第２凸部２６の垂直錐面２４は、表面部１５ｂに対して垂直をなしていることが好ましいけれども、導光板１２の製造時における金型に対する適当な抜き勾配を設定する必要上、表面部１５ｂとのなす角が９０度を越えるように設定してもよい。また、第２凸部２６の傾斜錐面２５の底辺２７は、入射端面部１３とほぼ平行に設定されており、傾斜錐面２５の頂点２８は、この底辺２７よりも反射端面部１９ｂ側に位置している。
【００３２】
ところで、第２導光板１２ｂの入射端面部１３ｂに入射角、すなわち表面部１５ｂと光線Ｌとのなす角がαで入射する光線は、第２導光板１２ｂを構成する材料の屈折率ｎ（本実施例のアクリル樹脂の場合、ｎ＝１. ４９）に応じて
【００３３】
【数１】
０≦|α|≦sin-1(１/ｎ)
を満たす入射角αの範囲で第２導光板１２ｂ内を進行する。そして、表面部１５ｂ側へ伝播する光線の一部は、第２凸部２６内に入り、他の一部は表面部１５ｂからそのまま第２導光板１２ｂの外側に出射した後、第１導光板１２ａの裏面部１６ａから第１導光板１２ａ内に入射し、残りは表面部１５ｂで全反射して裏面部１６ｂ側へ伝播する。
【００３４】
第２凸部２６内に入った光線Ｌが一対の垂直錐面２４で全反射せずにここから出射するためには、表面部１５ｂと平行な平面内を進行する光線Ｌを考えた場合、垂直錐面２４に対する光線Ｌの入射角をθとすると、
【００３５】
【数２】
θ≦sin-1(１/ｎ)
を満足する必要がある。ここで、円周率をπとすると、一対の垂直錐面２４のなす角β 1 は、β 1 ＝２・{(π/２)−θ}であるから、
【００３６】
【数３】
β 1 ≧π−２sin-1(１/ｎ)
となるが、実際問題として、光線Ｌの光路を含む平面は、表面部１５ｂに対して傾斜しており、この平面内における一対の垂直錐面２４のなす角βは、光線Ｌと表面部１５ｂとのなす角をαとした時、tanβ＝cosα・tanβ 1 であるから、
【００３７】
【数４】
β≧tan -1［ cosα・ tan｛π−２sin -1(1/n) ｝］
を満足すればよいことが判る。
【００３８】
具体的には、屈折率ｎが１. ４９のアクリル樹脂を第２導光板１２ｂとして採用した本実施例では、集光性を良くするためにβが８５〜１３５度の範囲にあることが望ましい。また、実際問題として、光線Ｌの光路を含む平面は表面部１５ｂに対して傾斜しており、この光線Ｌと表面部１５ｂとのなす角をαとした場合、これが垂直錐面２４で全反射せずにここから出射するためには、
【００３９】
【数５】
α≦(３/２)・sin-1(１/ｎ)
を満足する必要がある。ここで、α＝(３/２)・sin-1(１/ｎ)の場合、本実施例における上述のβは約１３５度となるので、βが９５度から１３５度の範囲に収まるように、第２凸部２６を形成することが好ましい。
【００４０】
つまり、上述した第２凸部２６は表面部１５ｂから出射する光の向きをより垂直に偏向させるように機能する。
【００４１】
光源ランプ１４ｂから第２導光板１２ｂに入射した光線も、この第２導光板１２ｂ中を進行するに連れてそのエネルギが減少するため、第２導光板１２ｂの表面部１５ｂに突設された第２凸部２６の占有率も上述した凸部２３と同様に図４に示すように漸次変化させる必要がある。
【００４２】
第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂには、この裏面部１６ｂに対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなし、一対の対称な垂直錐面２９と傾斜錐面３０とを有し、裏面部１６から二等辺三角錐状に窪んだ凹部３１がランダムに配置されている。この場合、傾斜錐面３０の底辺３２は入射端面部１３ｂとほぼ平行に設定され、この底辺３２に対して傾斜錐面３０の頂点３３を入射端面部１３ｂ側に位置させている。
【００４３】
本発明の光偏向手段としての凹部３１は、上述した第２凸部２６と相似形の空間を有し、垂直錐面２９から傾斜錐面３０を介して光線Ｌが光反射シート１７に向けて出射し、散乱状態となるその反射光が再び第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂから第２導光板１２ｂ内に入射するようになっている。つまり、凹部３１の一対の垂直錐面２９は、反射端面部１９ｂ側に向けて第２導光板１２ｂ内を伝播する光線Ｌの一部を第２導光板１２ｂの外側に積極的に出射させ、さらに傾斜錐面３０で全反射させ、光反射シート１７に向けてそれぞれ集光状態で出射させるようになっている。また、凹部３１の傾斜錐面３０は、第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂから出射して光反射シート１７の表面から散乱状態で反射する光を凹部３１内に入射させる機能も有する。
【００４４】
このように、凹部３１は第２導光板１２ｂ内を伝播する光線Ｌの一部を光反射シート１７に向けて集光状態で一旦出射させ、この出射光を光反射シート１７で強く反射させることにより、第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂや凹部３１の傾斜錐面３０から第２導光板１２ｂ内に導入させるものである。
【００４５】
集光出射機能を有する凹部３１も、先の凸部２３や第２凸部２６と同様な理由から、第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂに対する占有率を上述した凸部２３と同様に図４に示すように漸次変化させる必要がある。
【００４６】
上述した凸部２３や第２凸部２６あるいは凹部３１は、それらの機能を満たすことができさえすれば本実施例以外の形状のものを採用することも当然可能である。例えば、本発明の光偏向手段として、上述したプリズムアレイ２１に代えて第２導光板１２ｂの表面部１５ｂに形成した第２凸部２６と同じものを第１導光板１２ａの表面部１５ａに形成してもよい。また、第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂに形成した凹部３１を第１導光板１２ａの凸部２３に代えて第１導光板１２ａの裏面部１６ａに形成してもよく、逆に第１導光板１２ａの凸部２３を第２導光板１２ｂの凹部３１に代えて第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂに形成するようにしてもよい。同様な観点から、第２導光板１２ｂの第２凸部２６に代えて第１導光板１２ａの凸部２３と相似形の窪みを第２導光板１２ｂの表面部１４に形成するようにしてもよく、第２凸部２６と同一形状の凸部を第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂに突設するようにしてもよい。この場合、第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂに突設される凸部の向きは、第２導光板１２ｂの表面部１５ｂに形成された第２凸部２６と逆向きに設定する必要がある。
【００４７】
従って、相互に重ね合わされる一対の導光板１２ａ, １２ｂのそれぞれ１８０度隔てて対向するこれらの入射端面部１３ａ, １３ｂから一対の光源ランプ１４ａ, １４ｂからの光を導入するようにしたので、第１導光板１２ａの表面部１５ａから出射する照明光の輝度を高くすることができる上、その輝度分布を従来のものよりも均一にすることができる。特に、一対の光源ランプ１４ａ, １４ｂの何れか一方が何らかの原因で点灯しない場合でも、残りの光源ランプによって第１導光板１２ａの表面部１５ａ全体から照明光をほぼ均一に出射させることができるので、信頼性の高い平面照明装置を得ることができる。しかも、輝度を高める必要のない場合には、光源ランプ１４ａ, １４ｂの一方を消灯して電力消費を抑制することも可能となる。あるいは、光源ランプ１４ａ, １４ｂとして相互に色相（色温度）の異なるものを採用し、それぞれ一方のみ点灯して異なる色相の照明光を得たり、あるいは両方を同時に点灯することによって白色光を得ることも可能である。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の平面照明装置によると、２枚の楔板状をなす導光板を逆向きに重ね合わせ、それぞれ１８０度隔てて対向するこれらの入射端面部から光源からの光を導入するようにしたので、第１の導光板の表面部から出射する照明光の輝度を高くすることができる上、その輝度分布を従来のものよりも均一にすることができる。特に、第１の導光板の表面部と、第２の導光板の裏面部とを平行にした場合には、薄型の平面照明装置を得ることができる。
【００４９】
また、片側の光源が何らかの原因で点灯しない場合でも、残りの光源によって第１の導光板の表面部全体から照明光をほぼ均一に出射させることができるので、高信頼性が要求される表示ディスプレィなどに対する平面照明装置として好適である。しかも、輝度を高める必要のない場合には、何れか一方の光源を消灯して電力消費を抑制することも可能となる。
【００５０】
さらに、第１の導光板の裏面部と第２の導光板の第２の表面部とにそれぞれ複数の凹部からなる第１および第２の光偏向手段をランダムに形成し、第１の導光板の裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなす傾斜錐面と一対の垂直錐面とを第１の光偏向手段を構成する個々の凹部が有し、傾斜錐面の底辺を第１の導光板の入射端面部とほぼ平行に設定すると共に底辺に対する頂点を底辺よりも第１の導光板の入射端面部側に位置させ、第２の光偏向手段を構成する個々の凹部を所定曲率半径の円弧面にて形成したことにより、モアレ縞などの発生を防止しつつ第１および第２の光源から出射した照明光を第１の導光板の表面部から効率よく出射させることができる。
同様に、第１の導光板内を伝播する光を第１の導光板の表面部から出射させるための複数の凸部または凹部からなる光偏向手段が第１の導光板の表面部に形成されている場合や、あるいは第２の導光板の第２の裏面部にランダムに形成されて当該第２の導光板内を伝播する光を該第２の導光板の第２の表面部側へ全反射させるか、あるいはこの裏面部から出射させるための複数の凸部または凹部からなる光偏向手段をさらに具えた場合には、第１および第２の光源から出射した照明光を第１の導光板の表面部からさらに効率よく出射させることができる。
【００５１】
第１の導光板の表面部に形成された光偏向手段が、その入射端面部と直交する方向に延びると共に当該第１の導光板の幅方向に沿って配列する三角柱状のプリズムアレイを有したり、あるいは第１の導光板の入射端面部と直交する方向に延びると共に当該導光板の幅方向に沿って交互に配列する所定曲率半径の凹凸面を有する場合には、第１の導光板の表面部から出射する照明光を所望の方向に偏向させることができる。
【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概略構造を表す断面図である。
【図２】図１に示した実施例の分解斜視図である。
【図３】図１中の矢視III 部を抽出拡大した断面図である。
【図４】図１に示した実施例における第１導光板の裏面部の平面図である。
【図５】図１中の矢視Ｖ部を抽出拡大した断面図である。
【図６】図１に示した実施例における第２導光板の表面部に形成した光偏向手段の外観を表す斜視図である。
【符号の説明】
１１ 平面照明装置
１２ａ, １２ｂ 導光板
１３ａ, １３ｂ 入射端面部
１４ａ, １４ｂ 光源ランプ
１５ａ, １５ｂ 表面部
１６ａ, １６ｂ 裏面部
１７ 光反射シート
１８ リフレクタ
１９ａ, １９ｂ 反射端面部
２０ａ, ２０ｂ 側端面部
２１ プリズムアレイ
２２ 円弧面
２３ 凸部
２４ 垂直錐面
２５ 傾斜錐面
２６ 第２凸部
２７ 傾斜錐面の底辺
２８ 傾斜錐面の頂点
２９ 垂直錐面
３０ 傾斜錐面
３１ 凹部
３２ 傾斜錐面の底辺
３３ 傾斜錐面頂点
ｈ 裏面部からの円弧面の突出量
Ｌ 光線
ｒ 凸部の半径
Ｒ 円弧面の曲率半径
α 表面部と光線とのなす角
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光板の側端面から入射した光をその表面部から出射させるようにした平面照明装置に関し、特に透過型液晶を用いたディスプレィのバックライト光源として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過型液晶を用いたディスプレィのいわゆるバックライト光源として使用される平面照明装置は、冷陰極管（ＣＦＬ）などの光源ランプからの光を透明な導光板の側端面からこの導光板内に導き、導光板内での光の反射を利用して導光板の表面全域からこの光を均一に出射させるようにしたものである。このような平面照明装置が使用される透過型液晶ディスプレィの特性を考慮した場合、この平面照明装置に要求される機能としては、全体として薄板状であること、および光源ランプの消費電力を極力抑えるものであることの他に、全体に亙って均一な光を出射させることが特に重要である。
【０００３】
このような目的のため、従来の平面照明装置では導光板の対向する一対の側端面や隣接する一対の側端面に光源ランプを配置して照明光の輝度を上げたり、あるいは導光板の一方の側端面と裏面部とにそれぞれ光源ランプを配置し、裏面部に配置した光源ランプからの照明光をプリズムを用いて導光板の他方の側端面から入射させたり、さらには導光板の表面部から出射する照明光の分布を均一にするために導光板の表面部や裏面部にグラデーション加工を施したりしたものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
導光板の両側端面に一対の光源ランプを配置した従来の平面照明装置の場合、導光板の表面部から出射する照明光の分布を均一にするために導光板の表面部や裏面部にグラデーション加工を施す必要があるが、このグラデーション加工が一対の光源ランプの対向方向に沿って対称となるため、一方の光源ランプからの照明光が導光板の約半分までしか有効に利用することができず、結果として表面部から出射する照明光の輝度分布をほぼ完全に均一にすることができない。しかも、何らかの原因で片側の光源ランプが点灯しない場合、導光板の表面部の約半分の点灯しない側の領域の輝度が極端に低下してしまうという不具合がある。
【０００５】
また、一方側の光源ランプから出射して導光板内を伝播する光のうち、他方側の光源ランプ側に達する光は、表面部から出射せずに損失となってしまい、照明効率の低下を招くが、これは他方側の光源ランプから一方側の光源ランプに伝播する光も同様である。
【０００６】
さらに、導光板の裏面部に光源ランプを配した構造では、この光源ランプの径やプリズムの高さ寸法の分だけ平面照明装置の厚みが厚くなってしまい、薄型の平面照明装置を企図した場合の障害となる。
【０００７】
【発明の目的】
本発明の目的は、一対の光源ランプの一方が何らかの原因で点灯しない場合でも、表面部から高輝度の均一な出射光を得ることが可能な薄型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】
本発明による平面照明装置は、表面部、およびこの表面部の反対側に位置する裏面部、およびこれら表面部および裏面部の一端側に位置する入射端面部、およびこの入射端面部の反対側に位置する反射端面部を有し、前記表面部と前記裏面部との間隔が前記入射端面部側に対して前記反射端面部側ほど狭くなった第１の導光板と、この第１の導光板の前記裏面部に近接状態で対向する第２の表面部、およびこの第２の表面部の反対側に位置する第２の裏面部、および前記第１の導光板の前記反射端面側に位置する第２の入射端面部、および前記第１の導光板の前記入射端面部側に位置する第２の反射端面部を有し、前記第２の表面部と前記第２の裏面部との間隔が前記第２の入射端面部側に対して前記第２の反射端面部側ほど狭くなった第２の導光板と、前記第１の導光板の前記入射端面部に向けて光を投射する第１の光源と、前記第２の導光板の前記第２の入射端面部に向けて光を投射する第２の光源と、前記第１および前記第２の導光板の前記表面部および前記入射端面部ならびに前記第１の導光板の前記裏面部以外の部分を覆う光反射シートと、前記第１の導光板の前記裏面部にランダムに形成され、この第１の導光板内を伝播する光を当該第１の導光板の前記表面部側へ全反射させるか、あるいは前記裏面部から出射させるための複数の凹部からなる第１の光偏向手段と、前記第２の導光板の前記第２の表面部にランダムに形成され、この第２の導光板内を伝播する光を当該第２の導光板の前記第２の表面部から出射させるための複数の凹部からなる第２の光偏向手段とを具え、前記第１の光偏向手段を構成する個々の凹部は、前記第１の導光板の前記裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなす傾斜錐面と一対の垂直錐面とを有し、前記傾斜錐面の底辺が前記第１の導光板の前記入射端面部とほぼ平行に設定されると共に当該底辺に対する頂点が該底辺よりも前記第１の導光板の前記入射端面部側に位置し、前記第２の光偏向手段を構成する個々の凹部は、所定曲率半径の円弧面にて形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明によると、第１の光源から出射した照明光は、第１の導光板の入射端面部から第１の導光板内を伝播し、その一部が表面部から出射する。また、第１の導光板の裏面部から出射した光は、第２の導光板の第２の表面部から第２の導光板内に入射し、これら以外の部分から出射した光は、光反射シートによって再び第１の導光板内に入射し、最終的に第１の導光板の表面部から出射する。
【００１０】
一方、第２の光源から出射した照明光は、第２の導光板の入射端面部から第２の導光板内を伝播し、その一部が第２の表面部から出射して第１の導光板の裏面部から第１の導光板内に入射し、最終的に第１の導光板の表面部から出射する。また、それ以外の部分から第２の導光板の外側に出射した光は、光反射シートによって再び第２の導光板内に入射し、最終的に第２の導光板の表面部からすべて出射して第１の導光板内に入射する。
【００１１】
このようにして、第１および第２の光源からの照明光は、第１の導光板の表面部からすべて出射する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明による平面照明装置において、前記第１の導光板の表面部と、前記第２の導光板の裏面部とが平行であってもよい。
【００１３】
また、第１の導光板の表面部に形成されて第１の導光板内を伝播する光を第１の導光板の表面部から出射させるための複数の凸部または凹部からなる光偏向手段をさらに具えることができる。この光偏向手段は、第１の導光板の入射端面部と直行する方向に延びると共に第１の導光板の幅方向に沿って配列する三角柱状のプリズムアレイか、あるいは第１の導光板の入射端面部と直行する方向に延びると共に該第１の導光板の幅方向に沿って交互に配列する所定曲率半径の凹凸面を有するものであってよい。このような光偏向手段によって、第１の導光板の表面部から出射した光は所定の方向に偏向され、第１の導光板の表面部から照明光が効率よく出射する。
【００１４】
さらに、第２の導光板の第２の裏面部にランダムに形成されて当該第２の導光板内を伝播する光を該第２の導光板の第２の表面部側へ全反射させるか、あるいはこの第２の裏面部から出射させるための複数の凸部または凹部からなる光偏向手段をさらに具えることができる。
【００１５】
【実施例】
本発明による平面照明装置を透過型液晶ディスプレィのバックライト光源として応用した一実施例について、図１〜図６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に限らず、同様な課題を内包する他の分野の技術にも応用することができる。
【００１６】
本発明の第１の実施例による平面照明装置の断面構造を図１に示し、その分解した状態の外観を図２に示す。すなわち、本実施例における平面照明装置１１は、矩形の楔板状をなす第１導光板１２ａと、この第１導光板１２ａの入射端面部１３ａに沿って配置される線状の第１光源ランプ１４ａと、表面部１５ｂが第１の導光板１２ａの裏面部１６ａと対向するように第１導光板１２ａに重ね合わされる矩形の楔板状をなす第２導光板１２ｂと、この第２導光板１２ｂの入射端面部１３ｂに沿って配置される線状の第２光源ランプ１４ｂと、これら第１および第２導光板１２ａ, １２ｂの入射端面部１３ａ, １３ｂおよび表面部１５ａ, １５ｂならびに第１導光板１２ａの裏面部１６ｂ以外の部分を覆う光反射シート１７とを有する。また、冷陰極管や複数のＬＥＤにて構成される第１および第２光源ランプ１４ａ, １４ｂは、反射面が凹曲面となったリフレクタ１８でそれぞれ囲まれており、これらリフレクタ１８からの反射光は、第１導光板１２ａの表面部１５ａおよび第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂとほぼ平行に導光板１２ａ, １２ｂの入射端面部１３ａ, １３ｂから導光板１２ａ, １２ｂ内にそれぞれ入射するようになっている。
【００１７】
本実施例における導光板１２ａ, １２ｂは、透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）にて形成され、光源ランプ１４ａ, １４ｂからの光を導入するための入射端面部１３ａ, １３ｂと、これら入射端面部１３ａ, １３ｂの反対側に位置する反射端面部１９ａ, １９ｂと、これら入射端面部１３ａ, １３ｂおよび反射端面部１９ａ, １９ｂの両側端にそれぞれ接続する一対の側端面部２０ａ, ２０ｂと、これら入射端面部１３ａ, １３ｂおよび反射端面部１９ａ, １９ｂおよび側端面部２０ａ, １３ｂで囲まれて入射端面部１３ａ, １３ｂから入射した光を出射させるための表面部１５ａ, １５ｂおよびその反対側に位置する裏面部１６ａ, １６ｂとをそれぞれ有する。
【００１８】
また、第１導光板１２ａの入射端面部１３ａと、第２導光板１２ｂの反射端面部１９ｂとは同じ面を向いており、第２導光板１２ｂの入射端面部１３ｂと、第１導光板１２ａの反射端面部１９ａとは同じ面を向いている。つまり、第１光源ランプ１４ａから第１導光板１２ａ内に入射する光の進行方向（図１中、右方向）と、第２光源ランプ１４ｂから第２導光板１２ｂ内に入射する光の進行方向（図１中、左方向）とは、逆向きに設定されている。さらに、表面部１５ａ, １５ｂと裏面部１６ａ, １６ｂとの間隔が入射端面部１３ａ, １３ｂ側に対して反射端面部１９ａ, １９ｂ側ほど狭くなるように、第１導光板１２ａではその表面部１５ａに対してその裏面部１６ｂが数度から１０度程度傾斜したテーパ状となり、第２導光板１２ｂではその裏面部１６ｂに対してその表面部１５ｂが数度から１０度程度逆向きに傾斜したテーパ状となっている。従って、第１導光板１２ａの表面部１５ａと第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂとは、ほぼ平行に設定され、これによって第１および第２導光板１２ａ, １２ｂを重ね合わせた場合の全体的な厚みを最小限に抑制することができる。
【００１９】
前述した光反射シート１７は、導光板１２ａ, １２ｂの反射端面部１９と一対の側端面部２０ａ, ２０ｂと第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂとを覆い、これらから出射する光を再び導光板１２ａ, １２ｂ内に反射させて第１導光板１２ａの表面部１５ａから出射させるためのものであり、白色の紙などを折り曲げたものである。
【００２０】
図１中の矢視III 部を抽出拡大した図３および第１導光板１２ａの裏面部１６ａの平面形状を模式的に図４に示す。すなわち、第１導光板１２ａの表面部１５ａには、入射端面部１３と直交する方向（図１中、左右方向）に延びると共に導光板１２の幅方向に沿って配列して頂角がそれぞれ９５〜１０５度程度の山形をなす二等辺三角柱状のプリズムアレイ２１が形成されている。本発明の光偏向手段としてのプリズムアレイ２１は、凹部から出射する光を拡散する一方、凸部から出射する光を収束させ、これによってより均一な輝度分布が得られるように配慮しており、このプリズムアレイ２１の凹部または凸部のピッチは２０〜１００μm 程度が好ましく、凹部と凸部との高さの差は１０〜５０μm 程度が好ましい。
【００２１】
本実施例では、第１導光板１２ａの表面部１５ａに凹部と凸部とからなる二等辺三角形状のプリズムアレイを形成したが、所定曲率半径の凹円弧面および凸円弧面を交互に有する波形の光偏向手段を採用することも可能である。
【００２２】
第１導光板１２ａの裏面部１６ａには、所定曲率半径の円弧面２２で形成された凸部２３がランダムに配置され、これら凸部２３と表面部１５に形成されるプリズムアレイ２１との間およびこの平面照明装置を液晶ディスプレィのバックライト光源として使用した場合における液晶パネルのセルとの間でそれぞれモアレ縞などが発生しないように配慮している。本発明の光偏向手段としての凸部２３は、入射端面部１３ａから入射して第１導光板１２ａ内を伝播する光を効率良く全反射させて表面部１５ａ側に導くためのものであり、個々の凸部２３を肉眼にて識別できないように、それぞれ１５０μm 以下の直径に設定されているが、これが小さすぎることによる光の拡散の問題と製造の容易性とを考慮して１０μm 以上であることが望ましい。
【００２３】
このように、凸部２３の大きさを１０〜１５０μm の範囲に設定することにより、従来のような光拡散シートを併用する必要がなくなり、光の進行方向を比較的容易に制御することが可能となる。
【００２４】
ここで、第１導光板１２ａを構成する材料の屈折率をｎ、α＝sin -1（１／ｎ）、円周率をπ、凸部２３の半径をｒと表した場合、円弧面２２の曲率半径Ｒと裏面部２１からの当該円弧面２２の突出量ｈとの関係がｈ＝Ｒ（１− cosθ2 ）かつＲ＝ｒ／sin θ2 であり、θ2 が｛（２π／９）−（α／２）｝から｛（１１π／３６）−（α／２）｝の範囲となるように設計することにより、全反射を利用した効率の良い第１導光板１２ａを得ることができる。
【００２５】
なお、第１導光板１２ａの外側に出射する反射光線のエネルギは、光反射シート１７が存在しない場合、第１光源ランプ１４ａからの光線Ｌの入射端面１３ａに対する入射角αが０度の時に最大となり、入射角αが大きくなるに従って次第に小さくなり、そして約４２度以上でほぼ０となるが、円弧面２２などの界面反射や吸収などによる損失があるものの、光反射シート１７の存在によって最終的に表面部１５ａから第１導光板１２ａの外側にすべて出射する。
【００２６】
つまり、入射角αが２４度以下の入射光線は、凸部２３の円弧面２２にてすべて全反射して表面部１５ａ側へ伝播する。また、入射角αが２４度を越えた入射光線ＬI の大部分は、凸部２３から第１導光板１２ａの外側に出射して後述する第２導光板１２ｂの表面部１２ｂから第２導光板１２ｂ内に入射するが、光反射シート１７などによって第２導光板１２ｂから再び第１導光板１２ａ内に入射し、最終的に表面部１５ａから第１導光板１２ａの外側に出射する。さらに、入射角αが２４度を越えた入射光線の一部は、凸部２３の円弧面２２で界面反射を起こして表面部１５ａ側へ伝播し、第１導光板１２ａの外側に出射する。
【００２７】
第１導光板１２ａに入射した光は、この第１導光板１２ａ中を進行するに連れてそのエネルギが減少するため、第１導光板１２ａの裏面部２１ｂに突設された凸部２３の占有率を漸次変化させる必要がある。具体的には表面部１５ａから出射する反射光線がこの表面部１５ａ全体に亙って均一な輝度となるように、裏面部２１ａの単位面積当たりに占める凸部２３の面積割合（以下、これを占有率と記述する）は、第１光源ランプ１４ａからの光の進行方向（図１中、右方向）に沿った裏面部２１ｂの位置と凸部２３の占有率との関係を表す図４に示すように、反射端面部１９ａ側ほど大きな占有率となるように設定されている。
【００２８】
この場合、第１導光板１２ａの入射端面部１３ａに近接する表面部１５ａは、第１光源ランプ１４ａからの光が直接透過して輝度が高くなる傾向を有するため、入射端面部１３ａに近接する裏面部１６ａにおける凸部２３の占有率をこれに続く部分よりも小さめに設定している。同様に、第１導光板１２ａの反射端面部１９ａに近接する表面部１５ａは、反射端面部１９ａからの反射光が透過して輝度が高くなる傾向を有するため、反射端面部１９ａに近接する裏面部１６ａにおける凸部２３の占有率をこれに続く部分よりも小さめに設定している。
【００２９】
なお、本実施例では凸部２３の占有率の最大値を約７０％程度に設定しているが、これをほぼ１００％に設定することも当然可能である。
【００３０】
図１中の矢視Ｖ部を抽出拡大した図５に示すように、第２導光板１２ｂの表面部１５ｂには、この表面部１５ｂに対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなし、一対の対称な垂直錐面２４と傾斜錐面２５とを有する二等辺三角錐形の第２凸部２６がランダムに配置され、これら第２凸部２６と先の第１の凸部２３およびこの平面照明装置を液晶ディスプレィのバックライト光源として使用した場合における液晶パネルのセルとの間でそれぞれモアレ縞などが発生しないように配慮している。この場合、個々の第２凸部２６を肉眼にて識別できないように、各第２凸部２６の任意の一辺をそれぞれ１５０μm 以下の大きさに設定することが好ましいが、製造の容易性を考慮して１０μm 以上であることが望ましく、第２凸部２６の大きさを１０〜１５０μm の範囲に設定することにより、従来のような光拡散板を使用する必要がなくなり、光の進行方向を比較的容易に制御することが可能となる。
【００３１】
また、第２凸部２６の垂直錐面２４は、表面部１５ｂに対して垂直をなしていることが好ましいけれども、導光板１２の製造時における金型に対する適当な抜き勾配を設定する必要上、表面部１５ｂとのなす角が９０度を越えるように設定してもよい。また、第２凸部２６の傾斜錐面２５の底辺２７は、入射端面部１３とほぼ平行に設定されており、傾斜錐面２５の頂点２８は、この底辺２７よりも反射端面部１９ｂ側に位置している。
【００３２】
ところで、第２導光板１２ｂの入射端面部１３ｂに入射角、すなわち表面部１５ｂと光線Ｌとのなす角がαで入射する光線は、第２導光板１２ｂを構成する材料の屈折率ｎ（本実施例のアクリル樹脂の場合、ｎ＝１. ４９）に応じて
【００３３】
【数１】
０≦|α|≦sin-1(１/ｎ)
を満たす入射角αの範囲で第２導光板１２ｂ内を進行する。そして、表面部１５ｂ側へ伝播する光線の一部は、第２凸部２６内に入り、他の一部は表面部１５ｂからそのまま第２導光板１２ｂの外側に出射した後、第１導光板１２ａの裏面部１６ａから第１導光板１２ａ内に入射し、残りは表面部１５ｂで全反射して裏面部１６ｂ側へ伝播する。
【００３４】
第２凸部２６内に入った光線Ｌが一対の垂直錐面２４で全反射せずにここから出射するためには、表面部１５ｂと平行な平面内を進行する光線Ｌを考えた場合、垂直錐面２４に対する光線Ｌの入射角をθとすると、
【００３５】
【数２】
θ≦sin-1(１/ｎ)
を満足する必要がある。ここで、円周率をπとすると、一対の垂直錐面２４のなす角β 1 は、β 1 ＝２・{(π/２)−θ}であるから、
【００３６】
【数３】
β 1 ≧π−２sin-1(１/ｎ)
となるが、実際問題として、光線Ｌの光路を含む平面は、表面部１５ｂに対して傾斜しており、この平面内における一対の垂直錐面２４のなす角βは、光線Ｌと表面部１５ｂとのなす角をαとした時、tanβ＝cosα・tanβ 1 であるから、
【００３７】
【数４】
β≧tan -1［ cosα・ tan｛π−２sin -1(1/n) ｝］
を満足すればよいことが判る。
【００３８】
具体的には、屈折率ｎが１. ４９のアクリル樹脂を第２導光板１２ｂとして採用した本実施例では、集光性を良くするためにβが８５〜１３５度の範囲にあることが望ましい。また、実際問題として、光線Ｌの光路を含む平面は表面部１５ｂに対して傾斜しており、この光線Ｌと表面部１５ｂとのなす角をαとした場合、これが垂直錐面２４で全反射せずにここから出射するためには、
【００３９】
【数５】
α≦(３/２)・sin-1(１/ｎ)
を満足する必要がある。ここで、α＝(３/２)・sin-1(１/ｎ)の場合、本実施例における上述のβは約１３５度となるので、βが９５度から１３５度の範囲に収まるように、第２凸部２６を形成することが好ましい。
【００４０】
つまり、上述した第２凸部２６は表面部１５ｂから出射する光の向きをより垂直に偏向させるように機能する。
【００４１】
光源ランプ１４ｂから第２導光板１２ｂに入射した光線も、この第２導光板１２ｂ中を進行するに連れてそのエネルギが減少するため、第２導光板１２ｂの表面部１５ｂに突設された第２凸部２６の占有率も上述した凸部２３と同様に図４に示すように漸次変化させる必要がある。
【００４２】
第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂには、この裏面部１６ｂに対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなし、一対の対称な垂直錐面２９と傾斜錐面３０とを有し、裏面部１６から二等辺三角錐状に窪んだ凹部３１がランダムに配置されている。この場合、傾斜錐面３０の底辺３２は入射端面部１３ｂとほぼ平行に設定され、この底辺３２に対して傾斜錐面３０の頂点３３を入射端面部１３ｂ側に位置させている。
【００４３】
本発明の光偏向手段としての凹部３１は、上述した第２凸部２６と相似形の空間を有し、垂直錐面２９から傾斜錐面３０を介して光線Ｌが光反射シート１７に向けて出射し、散乱状態となるその反射光が再び第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂから第２導光板１２ｂ内に入射するようになっている。つまり、凹部３１の一対の垂直錐面２９は、反射端面部１９ｂ側に向けて第２導光板１２ｂ内を伝播する光線Ｌの一部を第２導光板１２ｂの外側に積極的に出射させ、さらに傾斜錐面３０で全反射させ、光反射シート１７に向けてそれぞれ集光状態で出射させるようになっている。また、凹部３１の傾斜錐面３０は、第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂから出射して光反射シート１７の表面から散乱状態で反射する光を凹部３１内に入射させる機能も有する。
【００４４】
このように、凹部３１は第２導光板１２ｂ内を伝播する光線Ｌの一部を光反射シート１７に向けて集光状態で一旦出射させ、この出射光を光反射シート１７で強く反射させることにより、第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂや凹部３１の傾斜錐面３０から第２導光板１２ｂ内に導入させるものである。
【００４５】
集光出射機能を有する凹部３１も、先の凸部２３や第２凸部２６と同様な理由から、第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂに対する占有率を上述した凸部２３と同様に図４に示すように漸次変化させる必要がある。
【００４６】
上述した凸部２３や第２凸部２６あるいは凹部３１は、それらの機能を満たすことができさえすれば本実施例以外の形状のものを採用することも当然可能である。例えば、本発明の光偏向手段として、上述したプリズムアレイ２１に代えて第２導光板１２ｂの表面部１５ｂに形成した第２凸部２６と同じものを第１導光板１２ａの表面部１５ａに形成してもよい。また、第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂに形成した凹部３１を第１導光板１２ａの凸部２３に代えて第１導光板１２ａの裏面部１６ａに形成してもよく、逆に第１導光板１２ａの凸部２３を第２導光板１２ｂの凹部３１に代えて第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂに形成するようにしてもよい。同様な観点から、第２導光板１２ｂの第２凸部２６に代えて第１導光板１２ａの凸部２３と相似形の窪みを第２導光板１２ｂの表面部１４に形成するようにしてもよく、第２凸部２６と同一形状の凸部を第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂに突設するようにしてもよい。この場合、第２導光板１２ｂの裏面部１６ｂに突設される凸部の向きは、第２導光板１２ｂの表面部１５ｂに形成された第２凸部２６と逆向きに設定する必要がある。
【００４７】
従って、相互に重ね合わされる一対の導光板１２ａ, １２ｂのそれぞれ１８０度隔てて対向するこれらの入射端面部１３ａ, １３ｂから一対の光源ランプ１４ａ, １４ｂからの光を導入するようにしたので、第１導光板１２ａの表面部１５ａから出射する照明光の輝度を高くすることができる上、その輝度分布を従来のものよりも均一にすることができる。特に、一対の光源ランプ１４ａ, １４ｂの何れか一方が何らかの原因で点灯しない場合でも、残りの光源ランプによって第１導光板１２ａの表面部１５ａ全体から照明光をほぼ均一に出射させることができるので、信頼性の高い平面照明装置を得ることができる。しかも、輝度を高める必要のない場合には、光源ランプ１４ａ, １４ｂの一方を消灯して電力消費を抑制することも可能となる。あるいは、光源ランプ１４ａ, １４ｂとして相互に色相（色温度）の異なるものを採用し、それぞれ一方のみ点灯して異なる色相の照明光を得たり、あるいは両方を同時に点灯することによって白色光を得ることも可能である。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の平面照明装置によると、２枚の楔板状をなす導光板を逆向きに重ね合わせ、それぞれ１８０度隔てて対向するこれらの入射端面部から光源からの光を導入するようにしたので、第１の導光板の表面部から出射する照明光の輝度を高くすることができる上、その輝度分布を従来のものよりも均一にすることができる。特に、第１の導光板の表面部と、第２の導光板の裏面部とを平行にした場合には、薄型の平面照明装置を得ることができる。
【００４９】
また、片側の光源が何らかの原因で点灯しない場合でも、残りの光源によって第１の導光板の表面部全体から照明光をほぼ均一に出射させることができるので、高信頼性が要求される表示ディスプレィなどに対する平面照明装置として好適である。しかも、輝度を高める必要のない場合には、何れか一方の光源を消灯して電力消費を抑制することも可能となる。
【００５０】
さらに、第１の導光板の裏面部と第２の導光板の第２の表面部とにそれぞれ複数の凹部からなる第１および第２の光偏向手段をランダムに形成し、第１の導光板の裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなす傾斜錐面と一対の垂直錐面とを第１の光偏向手段を構成する個々の凹部が有し、傾斜錐面の底辺を第１の導光板の入射端面部とほぼ平行に設定すると共に底辺に対する頂点を底辺よりも第１の導光板の入射端面部側に位置させ、第２の光偏向手段を構成する個々の凹部を所定曲率半径の円弧面にて形成したことにより、モアレ縞などの発生を防止しつつ第１および第２の光源から出射した照明光を第１の導光板の表面部から効率よく出射させることができる。
同様に、第１の導光板内を伝播する光を第１の導光板の表面部から出射させるための複数の凸部または凹部からなる光偏向手段が第１の導光板の表面部に形成されている場合や、あるいは第２の導光板の第２の裏面部にランダムに形成されて当該第２の導光板内を伝播する光を該第２の導光板の第２の表面部側へ全反射させるか、あるいはこの裏面部から出射させるための複数の凸部または凹部からなる光偏向手段をさらに具えた場合には、第１および第２の光源から出射した照明光を第１の導光板の表面部からさらに効率よく出射させることができる。
【００５１】
第１の導光板の表面部に形成された光偏向手段が、その入射端面部と直交する方向に延びると共に当該第１の導光板の幅方向に沿って配列する三角柱状のプリズムアレイを有したり、あるいは第１の導光板の入射端面部と直交する方向に延びると共に当該導光板の幅方向に沿って交互に配列する所定曲率半径の凹凸面を有する場合には、第１の導光板の表面部から出射する照明光を所望の方向に偏向させることができる。
【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概略構造を表す断面図である。
【図２】図１に示した実施例の分解斜視図である。
【図３】図１中の矢視III 部を抽出拡大した断面図である。
【図４】図１に示した実施例における第１導光板の裏面部の平面図である。
【図５】図１中の矢視Ｖ部を抽出拡大した断面図である。
【図６】図１に示した実施例における第２導光板の表面部に形成した光偏向手段の外観を表す斜視図である。
【符号の説明】
１１ 平面照明装置
１２ａ, １２ｂ 導光板
１３ａ, １３ｂ 入射端面部
１４ａ, １４ｂ 光源ランプ
１５ａ, １５ｂ 表面部
１６ａ, １６ｂ 裏面部
１７ 光反射シート
１８ リフレクタ
１９ａ, １９ｂ 反射端面部
２０ａ, ２０ｂ 側端面部
２１ プリズムアレイ
２２ 円弧面
２３ 凸部
２４ 垂直錐面
２５ 傾斜錐面
２６ 第２凸部
２７ 傾斜錐面の底辺
２８ 傾斜錐面の頂点
２９ 垂直錐面
３０ 傾斜錐面
３１ 凹部
３２ 傾斜錐面の底辺
３３ 傾斜錐面頂点
ｈ 裏面部からの円弧面の突出量
Ｌ 光線
ｒ 凸部の半径
Ｒ 円弧面の曲率半径
α 表面部と光線とのなす角
Claims (6)
- 表面部と、この表面部の反対側に位置する裏面部と、これら表面部および裏面部の一端側に位置する入射端面部と、この入射端面部の反対側に位置する反射端面部とを有し、前記表面部と前記裏面部との間隔が前記入射端面部側に対して前記反射端面部側ほど狭くなった第１の導光板と、
この第１の導光板の前記裏面部に近接状態で対向する第２の表面部と、この第２の表面部の反対側に位置する第２の裏面部と、前記第１の導光板の前記反射端面側に位置する第２の入射端面部と、前記第１の導光板の前記入射端面部側に位置する第２の反射端面部とを有し、前記第２の表面部と前記第２の裏面部との間隔が前記第２の入射端面部側に対して前記第２の反射端面部側ほど狭くなった第２の導光板と、
前記第１の導光板の前記入射端面部に向けて光を投射する第１の光源と、
前記第２の導光板の前記第２の入射端面部に向けて光を投射する第２の光源と、
前記第１および前記第２の導光板の前記表面部および前記入射端面部ならびに前記第１の導光板の前記裏面部以外の部分を覆う光反射シートと、
前記第１の導光板の前記裏面部にランダムに形成され、この第１の導光板内を伝播する光を当該第１の導光板の前記表面部側へ全反射させるか、あるいは前記裏面部から出射させるための複数の凹部からなる第１の光偏向手段と、
前記第２の導光板の前記第２の表面部にランダムに形成され、この第２の導光板内を伝播する光を当該第２の導光板の前記第２の表面部から出射させるための複数の凹部からなる第２の光偏向手段と
を具え、前記第１の光偏向手段を構成する個々の凹部は、前記第１の導光板の前記裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなす傾斜錐面と一対の垂直錐面とを有し、前記傾斜錐面の底辺が前記第１の導光板の前記入射端面部とほぼ平行に設定されると共に当該底辺に対する頂点が該底辺よりも前記第１の導光板の前記入射端面部側に位置し、前記第２の光偏向手段を構成する個々の凹部は、所定曲率半径の円弧面にて形成されていることを特徴とする平面照明装置。 - 前記第１の導光板の前記表面部と、前記第２の導光板の第２の裏面部とが平行であることを特徴とする請求項１に記載の平面照明装置。
- 前記第１の導光板の前記表面部に形成されて当該第１の導光板内を伝播する光を当該第１の導光板の表面部から出射させるための複数の凸部または凹部からなる光偏向手段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に記載の平面照明装置。
- 前記第１の導光板の前記表面部に形成された前記光偏向手段は、当該第１の導光板の前記入射端面部と直交する方向に延びると共に該第１の導光板の幅方向に沿って配列する三角柱状のプリズムアレイを有することを特徴とする請求項３に記載の平面照明装置。
- 前記第１の導光板の前記表面部に形成された前記光偏向手段は、当該第１の導光板の前記入射端面部と直交する方向に延びると共に該第１の導光板の幅方向に沿って交互に配列する所定曲率半径の凹凸面を有することを特徴とする請求項３に記載の平面照明装置。
- 前記第２の導光板の前記第２の裏面部にランダムに形成されて当該第２の導光板内を伝播する光を該第２の導光板の前記第２の表面部側へ全反射させるか、あるいはこの第２の裏面部から出射させるための複数の凸部または凹部からなる光偏向手段をさらに具えたことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の平面照明装置。
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