JP4680847B2 - 面状照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源の光を面状の光に変換するための導光板を用いる面状照明装置に関し、詳しくは、屋内外を照明する面状照明装置、液晶表示装置の液晶パネル、広告パネル、広告塔、もしくは看板などのバックライトとして用いられる面状照明装置に関する。

液晶テレビや液晶モニタなどの液晶表示装置には、液晶表示パネルの裏面側から光を照射し、液晶表示パネルを照明するための面状照明装置（以下、バックライトユニットという）が用いられている。バックライトユニットでは、照明用の光源の直上に光拡散板を配置した直下型と呼ばれる方式が主流となっている。バックライトユニットの光源には、通常、冷陰極管や熱陰極間などの蛍光管が用いられている。直下型方式のバックライトユニットでは、蛍光管からの直接光を光拡散板などで均一な面状の照明光に変換するため、輝度の不均一性（輝度むら）を抑えるために、ある程度の厚さを確保しなければならなかった。

このような直下型方式のバックライトユニットよりもに薄型のバックライトユニットを実現するための方式として、導光板と呼ばれる透明な樹脂製板を用いて光源の光を面状光に変換する導光板方式（サイドライト方式ともいう）が知られている。導光板方式では、導光板の側面（端面）から光を入射させて、導光板の内部で導光しながら側面よりも面積の大きな上面又は下面から面状の照明光を出射する。このように、導光板方式のバックライトユニットは、導光板の側面から光を入射させるので、直下型方式のバックライトユニットに比べて薄型化することができる。しかしながら、導光板方式では、導光板の側面から光を入射させるため、入射光量に限界があり、高い輝度の照明光を得ることが困難であった。また、現時点において入手可能な蛍光管は、その外径が最小でも２ｍｍ程度であるため、導光板の厚みを蛍光管の外径よりも薄くすることが困難である。

近年、蛍光管に代わって発光ダイオード（ＬＥＤ）が光源として利用されつつある。これは、ＬＥＤは、蛍光管に必須な水銀を用いないこと、発光効率が蛍光管よりも優れる可能性があるという利点を有しているからである。そして、ＬＥＤを光源として用いたバックライトユニットも提案されている（特許文献１〜３参照）。

特許文献１には、点光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用い、平板状の導光板の端面に発光ダイオードを配置した照明装置が開示されている。また、特許文献２には、液晶パネルを形成する対向一対の透明質の基板のいずれか一方に、バックライト用光源のＬＥＤ等による発光素子を配置した液晶表示装置が開示されている。また、特許文献３には、複数のブロックから構成されるそれぞれの導光板の端に白色ＬＥＤが配置されたバックライトが開示されている。また、特許文献４には、導光板とその端面に設けられた点状光源を備え、点状光源の位置精度を高くするように工夫した面状光源が開示されている。

特開平１１−７０１４号公報 特開平８−２４８４２０号公報 特開２００１−９２３７０号公報 特開２００４−２５３３０８号公報

上記のような平板形状又は光入射端面からの距離に応じて薄肉となる傾斜面を持つ楔形状のサイドライト型導光板（側端面に光入射面を有するタイプ）やタンデム型導光板では、光源の光が届く範囲、すなわち導光長に限界があり、光源からの距離が大きくなるほど発光面の輝度が弱くなり、発光面輝度の均一性を充分に確保することができない。さらにまた、サイドライト型導光板では、光源の配置ピッチや発光密度にも限界があるため、必要な入射光量がえられにくく、そのため必要な発光面輝度が得にくいという問題もあった。

このような問題を解消するため、本出願人は、光射出面の反対側の面であって側端の光入射面から遠ざかるに従って光射出面から遠ざかるように傾斜する傾斜面を有する導光板（以下、逆楔型導光板という）を備えた面状照明装置を提案した（特願２００６−１６７９２６）。
このような逆楔型導光板は、薄型軽量で、均一で輝度むらがない照明光を射出することができ、かつ、大型化が可能で、さらに、入射した光を導光板から取り出す効率（光利用効率）を高くすることができる等のすぐれた機能を有する反面、もともと光入射面の厚みが小さい構造であるため、導光板を薄型化しようとすると、光入射面の厚みがさらに小さくなる。このような薄い光入射面に対して光源の光の入射効率（光源から出射した光が導光板へ入射する割合）を低下させないためには、光源の薄型化も重要であるが、光源を薄型化し過ぎると光源の放熱効果が低下するという問題が生じる。

本発明の目的は、光入射面の厚みが小さい導光板においても最適の入射効率が得られるようにした面状照明装置を提供するにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、外形形状が矩形状の光射出面、前記光射出面の端縁に形成されている光入射面、前記光射出面の反対側の面であって前記光入射面から遠ざかるに従って前記光射出面から遠ざかるように傾斜する傾斜面をそれぞれ有する透明な導光板と、前記光入射面に対向して配置された光源とを備え、該光源から射出あれた光を前記光射出面からの面状の光に変換する面状照明装置であって、前記光入射面の厚さをＨ、前記光源の発光面の厚さをｈとしたとき、ｈ／Ｈ≦０．７を満足し、前記導光板は、内部に散乱粒子を含み、前記散乱粒子の散乱断面積をΦ、前記散乱粒子の密度をＮ _Ｐ 、補正係数をＫ _Ｃ 、前記導光板の光入射面から最大厚みとなる部分までの光の入射方向に沿った長さをＬ _Ｇ としたときに、下記式（１）（２）を満足することを特徴とする面状照明装置を提供する。
１．１≦ΦＮ _Ｐ Ｌ _Ｇ Ｋ _Ｃ ≦８．２ ・・・（１）
０．００５≦Ｋ _Ｃ ≦０．１ ・・・（２）

前記光源の発光面の厚さｈを０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。また、前記導光板は、前記光入射面の厚さが２ｍｍ以下のものであって、０．２５≦ｈ／Ｈ≦０．７を満足することが好ましい。前記光源を、前記導光板の光入射面から０．５ｍｍ以下の距離に設置することが好ましい。

前記傾斜面は、一対の前記光入射面から中央に向かうに従って前記光射出面から遠ざかるように傾斜する２つの傾斜面から構成されるものであることが好ましい。また、前記傾斜面は、前記導光板の一端の光入射面から他端に向かうに従って前記光射出面から遠ざかるように傾斜する１つの傾斜面から構成されるものとすることも好ましい。

また、前記導光板の光射出面上に、透明な樹脂製のシートに複数の角錐形状のプリズムが規則的に配置されたプリズムシートおよびフィルム状部材に光拡散性を付与した拡散フィルムを積層することが好ましい。

本発明の面状照明装置によれば、導光板の光入射面の厚さと光源の発光面の厚さとの相対関係を最適に設定することにより、薄型化した導光板でも高い入射効率を得ることが可能となる。

以下、本発明に係る面状照明装置の実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る面状照明装置の概略斜視図、図２は、図１のII−II拡大断面図である。
各図に示すように、面状照明装置１０は、光源１２と、矩形状の光出射面１４ａから均一な光を出射する照明装置本体１４と、内部に照明装置本体１４および光源１２を収納する筐体１６とを備えている。筐体１６は、後述するように、本体部１６ａと額縁部１６ｂとからなるものである。
図２に示すように、照明装置本体１４は、導光板１８と、プリズムシート２０と、拡散フィルム２２と、反射板２４とからなる。以下、照明装置本体１４を構成するこれらの光学部品について詳細に説明する。

先ず、導光板１８について説明する。
導光板１８は、図２に示すように、略矩形形状の平坦な光射出面１８ａと、この光射出面１８ａの両端に、光射出面１８ａに対してほぼ垂直に形成された２つの光入射面（第１光入射面１８ｄと第２光入射面１８ｅ）と、光射出面１８ａの反対側に位置し、第１光入射面１８ｄおよび第２光入射面１８ｅに平行で、光射出面１８ａを２等分する２等分線Ｌ（図１参照）に対して互いに対称で、光射出面１８ａに対して所定の角度で傾斜する２つの傾斜面（第１傾斜面１８ｂと第２傾斜面１８ｃ）とを有している。第１傾斜面１８ｂ及び第２傾斜面１８ｃは、第１光入射面１８ｄ及び第２光入射面１８ｅから遠ざかるに従って光射出面１８ａから距離が遠ざかるように傾斜しており、２等分線Ｌの位置で最大の距離となり、この位置で導光板１８は最大の厚さとなっている。なお、光射出面１８ａに対する第１傾斜面１８ｂ及び第２傾斜面１８ｃの角度は特に限定されない。

図２に示す導光板１８では、第１光入射面１８ｄ及び第２光入射面１８ｅから入射した光は、導光板１８の内部に含まれる散乱体（詳細は後述する）によって散乱されつつ、導光板１８内部を通過し、第１傾斜面１８ｂ及び第２傾斜面１８ｃで反射した後、光射出面１８ａから出射する。このとき、第１傾斜面１８ｂ及び第２傾斜面１８ｃから一部の光が漏出する場合もあるが、漏出した光は導光板１８の第１傾斜面１８ｂ及び第２傾斜面１８ｃを覆う反射板２４によって反射され再び導光板１８の内部に入射する。

導光板１８は、透明樹脂に、光を散乱させるための散乱粒子が混錬分散されて形成されている。導光板１８に用いられる透明樹脂の材料としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ベンジルメタクリレート、ＭＳ樹脂、あるいはＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）のような光学的に透明な樹脂が挙げられる。導光板１８に混錬分散させる散乱粒子としては、アトシパール、シンコーン、シリカ、ジルコニア、誘電体ポリマなどを用いることができる。このような散乱粒子を導光板１８の内部に含有させることによって、均一で輝度むらが少ない照明光を光出射面から出射することができる。このような導光板１８は、押出成形法や射出成形法を用いて製造することができる。

また、導光板１８に含まれる散乱粒子の散乱断面積をΦ、光の入射する方向において導光板１８の光入射面１８ｄ、１８ｅから光射出面１８ａに直交する方向の厚みが最大となる位置までの長さ、本実施形態では、導光板の光の入射する方向（導光板１８の第１光入射面１８ｄに垂直な方向、以下「光軸方向」ともいう。）の半分の長さ（２等分線Ｌの位置までの長さ）をＬ_Ｇ、導光板１８に含まれる散乱粒子の密度（単位体積あたりの粒子数）をＮ_ｐ、補正係数をＫ_Ｃとした場合に、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値が１．１以上であり、かつ８．２以下であり、さらに、補正係数Ｋ_Ｃの値が０．００５以上０．１以下であるという関係を満たしているのがよい。導光板１８は、このような関係を満たす散乱粒子を含んでいるので、均一で輝度むらが少ない照明光を光出射面１８ａから出射することができる。

一般的に、平行光束を等方媒質に入射させた場合の透過率Ｔは、Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ則により下記式（１）で表される。
Ｔ＝Ｉ／Ｉ_０＝ｅｘｐ（−ρ・ｘ）・・・（１）
ここで、ｘは距離、Ｉ_０は入射光強度、Ｉは出射光強度、ρは減衰定数である。

上記減衰定数ρは、粒子の散乱断面積Φと媒質に含まれる単位体積当たりの粒子数Ｎ_pとを用いて下記式（２）で表される。
ρ＝Φ・Ｎ_ｐ・・・（２）
したがって、導光板の光軸方向の半分の長さをＬ_Ｇとすると、光の取り出し効率Ｅ_ｏｕｔは、下記式（３）で与えられる。ここで、導光板の光軸方向の半分の長さＬ_Ｇは、導光板１８の光入射面に垂直な方向における導光板１８の一方の光入射面から導光板１８の中心までの長さとなる。

また、光の取り出し効率とは、入射光に対する、導光板の光入射面から光軸方向に長さＬ_Ｇ離間した位置に到達する光の割合であり、例えば、図２に示す導光板１８の場合は、端面に入射する光に対する導光板の中心（導光板の光軸方向の半分の長さとなる位置）に到達する光の割合である。
Ｅ_ｏｕｔ∝ｅｘｐ（−Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ）・・・（３）

ここで式（３）は有限の大きさの空間におけるものであり、式（１）との関係を補正するための補正係数Ｋ_Ｃを導入する。補正係数Ｋ_Ｃは、有限の空間の光学媒質中で光が伝搬する場合に経験的に求められる無次元の補正係数である。そうすると、光の取り出し効率Ｅ_ｏｕｔは、下記式（４）で表される。
Ｅ_ｏｕｔ＝ｅｘｐ（−Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃ）・・・（４）

式（４）に従えば、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値が３．５のときに、光の取り出し効率Ｅ_ｏｕｔが３％であり、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値が４・７のときに、光の取り出し効率Ｅ_ｏｕｔが１％である。
この結果より、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値が大きくなると、光の取り出し効率Ｅ_ｏｕｔが低くなることが分かる。光は導光板の光軸方向へ進むにつれて散乱するため、光の取り出し効率Ｅ_ｏｕｔが低くなると考えられる。

したがって、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値は大きいほど導光板として好ましい性質であることが分かる。つまり、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値を大きくすることで、光の入射面と対向する面から射出される光を少なくし、光射出面から射出される光を多くすることができる。すなわち、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値を大きくすることで、入射面に入射する光に対する光射出面から射出される光の割合（以下「光利用効率」ともいう。）を高くすることができる。具体的には、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値を１．１以上とすることで、光利用効率を５０％以上にすることができる。

ここで、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値は大きくすると、導光板１８の光射出面１８ａから出射する光の照度むらが顕著になるが、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値を８．２以下とすることで、照度むらを一定以下（許容範囲内）に抑えることができる。なお、照度と輝度は略同様に扱うことができる。従って、本発明においては、輝度と照度とは、同様の傾向があると推測される。

以上より、本発明の導光板１８のΦ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値は、１．１以上かつ８．２以下であるという関係を満たすことが好ましく、２．０以上かつ８．０以下であることがより好ましい。また、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値は、３．０以上であればさらに好ましく、４．７以上であれば最も好ましい。
また、補正係数Ｋ_Ｃは、０．００５以上０．１以下（０．００５≦Ｋ_Ｃ≦０．１）であることが好ましい。

以下、具体例とともに、導光板１８についてより詳細に説明する。
まず、散乱断面積Φ、粒子密度Ｎ_ｐ、導光板の光軸方向の半分の長さＬ_Ｇ、補正係数Ｋ_Ｃを種々の値とし、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値が異なる各導光板について、計算機シミュレーションにより光利用効率を求め、さらに照度むらの評価を行った。ここで、照度むら［％］は、導光板の光射出面から射出される光の最大照度をＩ_Maxとし、最小照度をＩ_Minとし、平均照度をＩ_Aveとしたときの［（Ｉ_Max−Ｉ_Min）／Ｉ_Ave］×１００とした。
測定した結果を表１に示す。また、表１における判定は、光利用効率が５０％以上かつ照度むらが１５０％以下の場合を○、光利用効率が５０％より小さいまたは照度むらが１５０％より大きいの場合を×として示す。

また、図４に、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値と光利用効率（光入射面に入射する光に対して光射出面１８ａから射出される光の割合）との関係を測定した結果を示す。
表１及び図４に示すように、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃを１．１以上とすることで、光利用効率を大きくすること、具体的には光利用効率を５０％以上とすることができ、８．２以下とすることで、照度ムラを１５０％以下にすることができることがわかる。
また、Ｋｃを０．００５以上とすることで、光利用効率を高くすることができ、０．１以下とすることで、導光板からの射出される光の照度むらを小さくすることができることがわかる。

次に、導光板に混錬又は分散させる微粒子の粒子密度Ｎ_ｐが種々の値の導光板を作成し、それぞれの導光板の光射出面の各位置から射出される光の照度分布を測定した。ここで本実施形態では、粒子密度Ｎ_ｐを除いて他の条件、具体的には、散乱断面積Φ、導光板の光軸方向の半分の長さＬ_Ｇ、補正係数Ｋ_Ｃ、導光板の形状等は、同じ値とした。従って、本実施形態では、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃは、粒子密度Ｎ_ｐに比例して変化する。
このようにして種々の粒子密度の導光板について、それぞれ光射出面から射出される光の照度分布を測定した結果を図５に示す。図５は、縦軸を照度［ｌｘ］とし、横軸を導光板の一方の光入射面からの距離（導光長）［ｍｍ］とした。

さらに、測定した照度分布の導光板の側壁から射出される光の最大照度をＩ_Maxとし、最小照度をＩ_Minとし、平均照度をＩ_Aveとしたときの照度むら［（Ｉ_Max−Ｉ_Min）／Ｉ_Ave］×１００［％］を算出した。
図６に、算出した照度むらと粒子密度との関係を示す。図６では、縦軸を照度むら［％］とし、横軸を粒子密度［個／ｍ³］とした。また、図６には、横軸を同様に粒子密度とし、縦軸を光利用効率［％］とした、光利用効率と粒子密度との関係も併せて示す。

図５、図６に示すように、粒子密度を高くする、つまりΦ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃを大きくすると、光利用効率は高くなるが、照度むらも大きくなる。また、粒子密度を低くする、つまり、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃを小さくすると、光利用効率は低くなるが、照度むらを小さくなることがわかる。
ここで、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃを１．１以上８．２以下とすることで、光利用効率を５０％以上とし、かつ、照度むらを１５０％以下とすることができる。照度むらを１５０％以下とすることで、照度むらを目立たなくすることができる。
つまり、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃを１．１以上８．２以下とすることで、光利用効率を一定以上とし、かつ照度むらも低減することができることがわかる。

また、傾斜面１８ｂ及び傾斜面１８ｃには、第１光入射面１８ｄ及び第２光入射面１８ｅと平行な方向にプリズム列が形成してもよい。また、このようなプリズム列の代わりに、プリズムに類する光学素子を規則的に形成することもできる。例えば、レンチキュラーレンズ、凹レンズ、凸レンズ、ピラミッド型など、レンズ効果を有する光学素子を導光板の傾斜面に形成することもできる。

上記実施形態の導光板１８は、２等分線Ｌの位置で厚みが最大となる三角山形状のものを示しており、長さＬ_Ｇは、光入射面１８ｄから光射出面１８ａに直交する方向の厚みが最大となる位置までの長さ（導光板の光軸方向の半分の長さ）となる。
別の実施形態では、導光板１８の光入射面１８ｄから光射出面１８ａに直交する方向の厚みが最大となる位置までの長さＬ_Ｇ１が、光が入射する方向の導光板１８の全長、つまり、導光板１８の光入射面１８ｄから反対側の端面までの長さとなる、いわゆる逆くさび形状のものにも適用可能である。このように導光板１８の形状を逆くさび型とする場合には、上述したΦ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_ＣのＬ_ＧをＬ_Ｇ１としたΦ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃが１以上８．２以下を満たすことが好ましい。導光板が上記範囲を満たすことで照度むらを低減し、かつ光利用効率を高くすることができる。

次に、プリズムシート２０について説明する。
図２に示されるように、導光板１８と拡散フィルム２２の間に１枚のプリズムシート２０が設けられている。プリズムシート２０は、透明なシートの表面上に複数の細長いプリズムを互いに平行に配列させることにより形成される光学部材であり、導光板１８の光射出面から出射する光の集光性を高めて輝度を改善することができる。プリズムシート２０の各プリズム２０ａの頂点が、導光板１８の光射出面１８ａと対向するように、すなわち図中下向きに配置されている。また、別の態様として、プリズムシート１６の上に、同一構造の第２のプリズムシートを、そのプリズムがプリズム１６ａと交差するように配置することができる。また、別のプリズムシートとして、多数の三角錐形状（ピラミッド形状）のプリズムを透明シート面に多数配列した構成のものを使用してもよい。

次に、拡散フィルム２２について説明する。
拡散フィルム２２は、フィルム状部材に光拡散性を付与して形成される。フィルム状部材は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ベンジルメタクリレート、ＭＳ樹脂、あるいはＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）のような光学的に透明な樹脂を材料に形成することができる。

拡散フィルム２２の製造方法は特に限定されないが、例えば、フィルム状部材の表面に微細凹凸加工や研磨による表面粗化を施して拡散性を付与したり、表面に光を散乱させるシリカ、酸化チタン、酸化亜鉛等の顔料や、樹脂、ガラス、ジルコニア等のビーズ類をバインダとともに塗工したり、上記顔料やビーズ類を上記透明な樹脂中に混練したりすることで形成することができる。他には、反射率が高く光の吸収が低い材料で、例えば、Ａｇ、Ａｌのような金属を用いて形成することもできる。
本発明において、拡散フィルム２２としては、マットタイプやコーティングタイプの拡散フィルムを用いることができる。
図２では、拡散フィルム２２をプリズムシート２０の上に配置したが、拡散フィルム２２の配置位置は特に限定されず、導光板１８とプリズムシート２０との間に配置してもよい。

次に、照明装置本体の反射板２４について説明する。
反射板２４は、導光板１８の背面１８ｂから漏洩する光を反射して、再び導光板１８に入射させるために設けられており、光の利用効率を向上させることができる。反射板２４は、導光板１８の背面１８ｂ、１８ｃに対応した形状で、背面１８ｂ、１８ｃを覆うように形成される。図２では、導光板１８の背面が断面三角形状に形成されているので、反射板２４もこれに補形する形状に形成されている。

反射板２４は、導光板１８の傾斜面から漏洩する光を反射することができれば、どのような材料で形成されてもよく、例えば、ＰＥＴやＰＰ（ポリプロピレン）等にフィラーを混練後延伸することによりボイドを形成して反射率を高めた樹脂シート、透明もしくは白色の樹脂シート表面にアルミ蒸着などで鏡面を形成したシート、アルミ等の金属箔もしくは金属箔を担持した樹脂シート、あるいは表面に十分な反射性を有する金属薄板により形成することができる。

次に、筐体１６について説明する。
筐体１６は、照明装置本体１４を収納して支持するもので、図１および図２に示すように、外周に逆凹字（Ｕ字）形の折返部２６が一体に形成され、上方から照明装置本体１４を収納して支持する本体部１６ａと、照明装置本体１４の矩形状の光出射面１４ａより小さく、上面に矩形状の開口部２８が形成され、上方から被せられる額縁部１６ｂとからなる。

折返部２６の内面で導光板１８、反射部材２４および後述の導光板支持部３０の側面を支持し、かつ、折返部材２６の外側面に額縁部１６ｂを嵌合させている。本体部１６ａの折返部２６と額縁部１６ｂとの接合方法としては、ボルトおよびナット、接着剤、溶接等種々の公知の方法を用いることができる。筐体１６は、基本的に以上のように構成される。

本体部１６ａの底部には、導光板１８の反射板２４の裏面に当接する、ポリカーボネート等の樹脂により形成された導光板支持部３０が設けられている。なお、図２には図示しないが、本体部１６ａの裏側には、光源１２に電流を供給する複数のインバータユニット（図示せず）を収納するインバータ収納部３２（図１参照）が取り付けられている。
導光板１８とプリズムシート２０との間に、光源１２の上方を覆う入光部反射板３４が設けられている。また、反射板２４の両端を延長して、光源１２の下方を覆う入光部反射板３６が設けられている。

次に、光源１２について説明する。
図３（Ａ）は、光源１２として用いられるＬＥＤアレイ、図３（Ｂ）はＬＥＤチップを示している。
図３（Ａ）に示すように、光源１２は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）チップ４０からなり、このＬＥＤチップ４０を所定間隔離間して一列にヒートシンク４２上に配置してＬＥＤアレイを構成している。

図３（Ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ４０の発光面４０ａ（光源１２の発光面１２ａに対応）は、ＬＥＤチップ配列方向の長さｂよりも、配列方向に直交する方向の長さａが短い長方形形状、つまり、後述する導光板１８の厚み方向（光射出面１８ａに垂直な方向）が短辺となる長方形形状となている。言い換えれば、ＬＥＤチップ４０は、導光板１８の光射出面１８ａに垂直な方向の長さをａ、配列方向の長さをｂとしたときに、ｂ＞ａとなる形状である。ＬＥＤチップ４０としては、例えば、ＧａＮ系青色ＬＥＤを用いた場合には、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光物質を用いることにより、白色光を得ることができる。

ヒートシンク４２は、導光板１８の最薄側端面（光入射面１８ｂ）に平行な板状の部材であり、導光板１８の側端面である光入射面１８ｂ（光混合部２０ａの側端面）に対向して配置されている。ヒートシンク４２は、導光板１８の光入射面１８ｂに対向する面となる側面に、上記ＬＥＤチップ４０を支持している。ヒートシンク４２は、銅やアルミニウム等の熱伝導性の良い金属で形成されており、ＬＥＤチップ４０から発生する熱を吸収し、外部に放散させるもので、空冷方式又は水冷方式を用いることができる。なお、ＬＥＤチップの冷却が必要ない場合は、ヒートシンクに代えて放熱機能を備えない板状部材を支持部として用いてもよい。
なお、上記のＬＥＤチップ４０に代えて、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のＬＥＤを１つの素子としし、これら３色のＬＥＤの光が混色されて白色光となるように構成されたＲＧＢーＬＥＤを用いてもよい。さらにまた、光源１２としては、ＬＥＤチップ４０やＲＧＢーＬＥＤに代えてＬＤ（レーザダイオード）を用いることもできる。

図７は、導光板１８と光源１２の配置関係を模式的に示す図である。同図において、Ｈは導光板１８の光入射面１８ｄ（光入射面１８ｅも同じ、以下同）の厚さ、ｈは光源１２の発光面１２ａの厚さ、ｘは導光板１８の光入射面１８ｄと光源１２の発光面１２ａとの間の距離を示している。薄型の導光板１８において、光源１２の発光輝度に対する光入射面１８ｄへの入射輝度である、入射効率Ｅを良好にするには、導光板１８の光入射面１８ｄの厚さＨに対する光源１２の発光面１２ａの厚さｈ、すなわち、ｈ／Ｈを最適に設定する必要がある。
導光板１８の光入射面１８ｄの厚さに対する光源１２の発光面１２ａの厚さｈが所定値以上となると、光源１２の光漏れが生じ、光入射面１８ｄへの入射効率Ｅは悪化する。入射効率Ｅを実用レベルである０．７を維持するには、ｈ／Ｈ≦０．７とする必要がある。

さらに、光源１２と光入射面１８ｄとの間の距離ｘが小さい程入射効率は良好となるが、この距離ｘを０（光源１２と光入射面１８ｄが当接している状態）に設置することは、実際上は難しく、通常は距離ｘには０．５ｍｍ程度の位置ずれ（公差）が生じる。したがって、導光板１８と光源１２との間の距離ｘが０．５ｍｍの状態でも、入射効率Ｅを０．７以上の良好に保つ必要がある。

また、光源１２に着目した場合、光源１２の寸法が小さいほど表面積が小さいため、放熱性が悪化し、その結果、点灯時の温度が上昇し、発光効率が低下するおそれがある。これを避けるため、さらには、製造上からも加工が容易な光源寸法、すなわち、ｈ≧０．５ｍｍとすることが好ましい。光入射面１８ｄ、１８ｅの厚さが、例えば、２ｍｍの薄い導光板１８の場合、ｈ／Ｈ＝０．５／２＝０．２５であるので、ｈ／Ｈ≧０．２５とすることが、良好な入射効率および良好な光源発光効率を維持する上で好ましい。

以上の点から、本発明は、入射効率Ｅ＝０．７を得るためには、ｈ／Ｈ≦０．７を満足することが必要である。また、光入射面１８ｄ、１８ｅの厚さＨが２ｍｍの薄い導光板１８の場合、ｈ／Ｈ≧０．２５とすることが必要である。さらに、光源１２と光入射面１８ｄとの間の距離ｘは０．５ｍｍ以下とする必要がある。

以下、具体的な実施例に基づいて、導光板１８の光入射面１８ｄの厚さＨと、光源１２の発光面の厚さｈとの相対関係について説明する。
アクリルペレットにシリコン粒子（Φ５μｍ、０．５wt％）を混入した材料により、光軸方向の寸法が７００ｍｍ、光軸直交方向の寸法が４００ｍｍ、光入射面の厚さＨが２ｍｍ、中央部の最大厚さ４ｍｍの導光板１８を作製した。導光板１８とプリズムシート２０の間に、光源１２の上方を覆うようにフィルム（三井化学製、ホワイトレフスター、厚さ２００μｍ）からなる入光部反射板３４を設けた。また、裏面の反射板２４を同じフィルムを使用し、これを延長して光源１２の下方を覆うように入光部反射板３６を設けた。光入射面１８ｄから距離ｘをおいてＬＥＤからなる、発光面が矩形をなす光源１２を配置し、距離ｘおよび光源１２の光発光面１２ａの厚さｈを変化させたときの入射効率Ｅを測定した。その結果を図８に示している。
図８において、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、それぞれｘ／Ｈを、０、０．１、０．２５、０．５、１．０とした場合において、ｈ／Ｈの変化に対する入射効率Ｅの変化を示している。

同図で明らかなように、ｘ／Ｈ＝０（光源と導光板１８が当接している）、あるいはｘ／Ｈ＝０．１、ｘ／Ｈ＝０．２５のように、ｘ／Ｈが小さいときは、入射効率Ｅの変化が激しい、すなわち、ｈ／Ｈと入射効率Ｅの相関関係が大きい。ところが、ｘ／Ｈ＝０．５、ｘ／Ｈ＝１．０のように、光源１２と導光板１８の距離ｘが離れるにしたがって、ｈ／Ｈが変化しても入射効率Eはほとんど変化しない、すなわち、ｈ／Ｈと入射効率Eの相関関係が小さくなっていることが分かる。但し、この場合は、入射効率Ｅは実用上のレベルである０．７に達していない。

上述のように、距離ｘは、通常は０．５ｍｍ程度の設置位置ずれ（公差）が生じるので、この位置ずれが生じると、Ｈが２ｍｍの導光板１８の場合、ｘ／Ｈ＝０．５／２＝０．２５となる。ｘ／Ｈ＝０．２５のときでも、位置ずれがない状態、すなわち、ｘ／Ｈ＝０の場合（図８の曲線ａ参照）、あるいはｘ／Ｈ＝０．１の場合（図８の曲線ｂ参照）のようにｘ／Ｈが微小の状態と同様の、０．７以上の良好な入射効率Ｅを維持するには、図８の曲線ｃから、ｈ／Ｈ≦０．７を満たせばよいことが分かる。なお、ｘ／Ｈ＝０の場合あるいはｘ／Ｈ＝０．１の場合は、ｈ／Ｈが０．７以上でも０．７以上の入射効率Ｅを維持することができる。

上述のように、光源１２の寸法が小さいほど放熱性が悪化し、その結果、点灯時の温度が上昇し、発光効率が低下するおそれがある。これを避けるため、さらには製造上からも作製が容易な光源寸法、すなわち、ｈ≧０．５することが好ましい。したがって、Ｈが２ｍｍの導光板では、ｈ／Ｈ≧０．２５とすることが好ましい。

以上の点から、光入射面１８ｄ、１８ｅの厚さが２ｍｍ以下の薄い導光板１８の場合、０．２５≦ｈ／Ｈ≦０．７とすることが、良好な入射効率および良好な光源発光効率を維持する上で、好ましいことが判明した。
なお、実施例では、光源１２の発光面１２ａが平坦面の場合について示しているが、発光面が曲面の場合でも、発光有効断面積をとって平坦な発光面に換算した面として処理することにより、平坦面と同等に扱うことができる。

以上、本発明に従う面状照明装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施態様に限定はされず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

本発明に係る面状照明装置の一実施形態を示す概略斜視図である。 図１のII−II拡大断面図である。 （Ａ）は光源として用いられるＬＥＤアレイの斜視図、（Ｂ）はＬＥＤチップの斜視図である。 Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃと光利用効率との関係を測定した結果を示す図である。 粒子密度が異なるそれぞれの導光体から射出される光の照度をそれぞれ測定した結果を示す図である。 光利用効率及び照度むらと粒子密度との関係を示す図である。 導光板と光源の配置関係を模式的に示す図である。 光入射面の厚さ、光源の厚さ、および両者間の距離を変化させたときの入射効率を測定した結果を示すグラフである。

符号の説明

１０ 面状照明装置
１２ 光源
１４ 照明装置本体
１４ａ 光出射面
１５ 拡散フィルム
１８ 導光板
１８ａ 光射出面
１８ｂ、１８ｃ 傾斜面
１８ｄ、１８ｅ 光入射面
２０ プリズムシート
２２ 拡散フィルム
２４ 反射板

Claims (7)

1. 外形形状が矩形状の光射出面、前記光射出面の端縁に形成されている光入射面、前記光射出面の反対側の面であって前記光入射面から遠ざかるに従って前記光射出面から遠ざかるように傾斜する傾斜面をそれぞれ有する透明な導光板と、前記光入射面に対向して配置された光源とを備え、該光源から射出された光を前記光射出面からの面状の光に変換する面状照明装置であって、
   前記光入射面の厚さをＨ、前記光源の発光面の厚さをｈとしたとき、ｈ／Ｈ≦０．７を満足し、
   前記導光板は、
   内部に散乱粒子を含み、前記散乱粒子の散乱断面積をΦ、前記散乱粒子の密度をＮ _Ｐ 、補正係数をＫ _Ｃ 、前記導光板の光入射面から最大厚みとなる部分までの光の入射方向に沿った長さをＬ _Ｇ としたときに、下記式（１）（２）を満足することを特徴とする面状照明装置。
   １．１≦ΦＮ _Ｐ Ｌ _Ｇ Ｋ _Ｃ ≦８．２ ・・・（１）
   ０．００５≦Ｋ _Ｃ ≦０．１ ・・・（２）
2. 前記光源の発光面の厚さｈを０．５ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記導光板は、前記光入射面の厚さが２ｍｍ以下のものであって、０．２５≦ｈ／Ｈ≦０．７を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の面状照明装置。
4. 前記光源を、前記導光板の光入射面から０．５ｍｍ以下の距離に設置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の面状照明装置。
5. 前記傾斜面は、
   一対の前記光入射面から中央に向かうに従って前記光射出面から遠ざかるように傾斜する２つの傾斜面から構成されるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の面状照明装置。
6. 前記傾斜面は、
   前記導光板の一端の光入射面から他端に向かうに従って前記光射出面から遠ざかるように傾斜する１つの傾斜面から構成されるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の面状照明装置。
7. 前記導光板の光射出面上に、透明な樹脂製のシートに複数の角錐形状のプリズムが規則的に配置されたプリズムシートおよびフィルム状部材に光拡散性を付与した拡散フィルムを積層したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の面状照明装置。

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