JP4680857B2 - 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号等）。

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。ところが、この種の導光板を、その周囲を縁取りするような額縁形状の筐体に取り付けた場合、導光板と額縁状筐体の隙間から光が漏れ、光射出面の額縁状筐体の近傍から射出される光の輝度が他の部分に比べ高くなり、光射出面から射出される光に輝度むらが発生するとともに、光利用効率も低下するという問題があった。
本発明の目的は、額縁状筐体の近傍で輝度むらがほとんど発生せず、つまり、光射出面の光源から光が入射する部分の近傍の輝度が高くなり、光射出面から射出される光に輝度むらが生じること防止し、光射出面から輝度むらが抑制された均一な光を射出させる面状照明装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、光利用効率の低下も防止することができる面状照明装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、面状の光を射出する光射出面、該光射出面の端縁に形成され、前記光射出面と略直交する方向から前記光射出面と平行な方向に進行する光を入射させるための光入射面、および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有する透明な導光板を備えた照明装置本体と、発光面を前記導光板の前記光入射面に対向させて配置された光源と、少なくとも前記照明装置本体の外周縁部及び前記照明装置本体の前記光射出面の外縁を覆い、前記照明装置本体を支持する額縁状筐体と、前記額縁状筐体と前記照明装置本体の前記光射出面との間に設けられた光吸収体とを有することを特徴とする面状照明装置を提供する。

ここで、前記額縁状筐体は、前記照明装置本体の光射出面を覆う部分の長さをＬ２、前記光吸収体の幅をＬ１、前記光吸収体の吸収率をａとしたとき、０．２５≦Ｌ１／Ｌ２≦１．００、かつ、０．４＜ａ≦１．０、を満足することが好ましい。

また、前記額縁状筐体の縁から前記照明装置本体の有効出射面における２５％の部分の平均輝度をＢｍ、それ以外の部分の平均輝度をＢｅとしたとき、０．９≦Ｂｍ／Ｂｅ≦１．１を満足することが好ましい。
前記導光板の前記光射出面は、矩形状であり、
前記光入射面は、前記光射出面の対向する２つの端辺にそれぞれ形成される２つの光入射面から構成され、
前記傾斜面は、対向する前記２つの光入射面からそれぞれ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し、両者の中央で交差する２つの傾斜面から構成され、
前記導光板は、両端の前記２つの光入射面において最も薄く、前記２つの傾斜面が交差する部分において最も厚い形状を有するものであることが好ましい。

前記導光板の前記光射出面は、矩形状であり、
前記光入射面は、前記光射出面の一端に形成される１つの光入射面から構成され、
前記傾斜面は、前記光入射面からこれに対向する他端面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、
前記導光板は、前記１つの光入射面において最も薄く、前記他端面において最も厚い形状を有するものであることが好ましい。

前記導光板の前記光射出面は、矩形状であり、
前記光入射面は、該光射出面の４つの端辺にそれぞれ形成される４つの光入射面から構成され、
前記傾斜面は、前記４つの光入射面からそれぞれ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し、前記４つの光入射面の中央で交わる４つの傾斜面から構成され、
前記導光板は、両端の前記４つの光入射面において最も薄く、前記４つの光入射面の中央において最も厚い形状を有するものであることが好ましい。
前記導光板は、
内部に多数の散乱粒子を含み、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、光の入射する方向において前記光入射面から前記光射出面に直交する方向の厚みが最大となる位置までの長さをＬ_Gとしたときに、１．１≦Φ・Ｎ_p・Ｌ_G・Ｋ_C≦８．２、かつ、０．００５≦Ｋ_C≦０．１を満足することが好ましい。

本発明の面状照明装置によれば、額縁状筐体と照明装置本体との間に光吸収体を設けることにより、額縁状筐体の内縁周辺で輝度が高くなることを防止でき、輝度むらを防止し、均一な輝度の光を光射出面から射出させることができる。
さらに効率よく均一な輝度の光を射出させることができ、光源の光利用効率も向上させることができる。

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線断面図である。また、図３は、（Ａ）は、図１及び図２に示す面状照明装置１０の光源１２の概略構成を示す概略斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す光源１２の１つのＬＥＤのみを拡大して示す概略斜視図である。
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。

まず、光源１２について説明する。
光源１２は、複数のＬＥＤチップ４０と、ヒートシンク４２とから構成されており、複数のＬＥＤチップ４０が、所定間隔離間して一列でヒートシンク４２上に配置されている。
ＬＥＤチップ４０は、蛍光物質を用いてＬＥＤが発する光を白色光に変換するように構成した単色のＬＥＤである。例えば、単色のＬＥＤとして、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、照明装置本体１４の後述する導光板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（光混合部２０ａの側端面）に対向する面となる側面に、複数のＬＥＤチップ２５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。
また、ヒートシンク４２は、本実施形態のように導光板１８に対向する面に垂直な方向における長さが、導光板１８に対向する面の短辺方向における長さよりも長い形状であることが好ましい。これにより、ＬＥＤチップ４０の冷却効率を高めることができる。

ここで、ヒートシンクは、表面積を広くすることが好ましい。例えば、ヒートシンク４２をＬＥＤチップ４０を支持するベース部と、ベース部に連結された複数のフィン２７ｂとで構成してもよい。
フィンを複数設けることで表面積を広くすることができ、かつ、放熱効果を高くすることができる。これにより、ＬＥＤチップ４０の冷却効率を高めることができる。
またヒートシンクは、空冷方式に限定されず、水冷方式も用いることができる。
なお、本実施形態では、ＬＥＤチップの支持部としてヒートシンクを用いたが、本発明はこれに限定されず、ＬＥＤチップの冷却が必要ない場合は、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。

ここで、図３（Ｂ）に示すように、本実施形態のＬＥＤチップ４０は、ＬＥＤチップ４０の配列方向の長さよりも、配列方向に直交する方向の長さが短い長方形形状、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を有する。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。また、ＬＥＤチップ５０の配置間隔をｑとするとｑ＞ｂである。このように、ＬＥＤチップ４０の導光板１８の光射出面１８ａに垂直な方向の長さａ、配列方向の長さｂ、ＬＥＤチップ４０の配置間隔ｑの関係が、下記式（Ａ）を満たすことが好ましい。
ｑ＞ｂ＞ａ ・・・（Ａ）
ＬＥＤチップ４０を長方形形状とすることにより、大光量の出力を維持しつつ、薄型な光源とすることができる。光源を薄型化することにより、面状照明装置を薄型にすることができる。

なお、ＬＥＤチップ４０は、ＬＥＤアレイつまり光源をより薄型にできるため、導光板１８の厚み方向を短辺とする長方形形状とすることが好ましいが、本発明はこれに限定されず、正方形形状、円形形状、多角形形状、楕円形形状等の種々の形状のＬＥＤチップを用いることができる。

次に、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。
また、第１光入射面１８ｄ及び第２光入射面１８ｅにそれぞれ上述した光源１２が対向して配置されている。つまり、導光板１８は、２つの光源１２に挟み込まれて配置されている。

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／Ｉ₀＝ｅｘｐ（−ρ・ｘ）・・・（１）
ここで、ｘは距離、Ｉ₀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７．０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、第１傾斜面１８ｂ及び第２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。

なお、導光板の形状は、本実施形態の形状に限定されず、例えば、図２に示した導光板を半分に切断した形状、つまり、光入射面が１面のみとなり、光入射面から離れるに従って、導光板の厚みが厚くなる形状としてもよい。また、導光板の側面のいずれの面にも光源を配置し、４方の側面を光入射面とし、４つの光入射面から中央に向かうに従って、厚みが厚くなる形状、つまり、光射出面と反対側の面が四角錐形状となる形状としてもよい。
導光板を上記のような形状とした場合も、光の入射する方向において導光板の光入射面から光射出面に直交する方向の厚み（導光板の厚み）が最大となる位置までの長さをＬ_Gとし、上述のΦ・Ｎ_p・Ｌ_G・Ｋ_Cが１．１以上８．２以下を満たすことが好ましい。上記範囲を満たすことで照度むらが低減され、かつ光利用効率を高い光を光射出面から射出させることができる。

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、プリズムシート２０は、導光板１８の光射出面１８ａに対向して配置されている。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は、各プリズム２０ａの頂点が、導光板１８の光射出面１８ａと対向する向きに、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してもよい。また、別のプリズムシートとして、多数の四角錐形状（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、プリズムシート２０の導光板１８側とは反対側の面に配置されている。つまり、導光板１８の光射出面１８ａ上には、光射出面１８ａ側からプリズムシート２０、拡散フィルム２２の順で積層されている。
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。

なお、本実施形態では、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の第１傾斜面１８ｂ及び第２傾斜面１８ｃ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の第１傾斜面１８ｂ及び第２傾斜面１８ｃに沿って形状で、第１傾斜面１８ｂ及び第２傾斜面１８ｃを覆うように形成される。本実施形態では、導光板１８の第１傾斜面１８ｂ及び第２傾斜面１８ｃが断面三角形状に形成されているので、反射板２４も第１傾斜面１８ｂ及び第２傾斜面１８ｃに沿った断面三角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、光源１２と照明装置本体１４を収納して支持するもので、基本的に、本体部１６ａと額縁部１６ｂとを有する。
本体部１６ａは、上面が開放され、上方から照明装置本体１４を収納して支持すると共に、その４方の側面を覆う形状であり、さらに、その４方の側面には、逆凹字（Ｕ字）形の折返部２６が一体に形成されている。
額縁部１６ｂは、照明装置本体１４の矩形状の光出射面１４ａより小さい、上面に開口部１６ａとなる矩形状の開口が形成され、下面が開放され、照明装置本体１４およびこれが収納された本体部１６ａをその４方の側面も含め覆うように、これらの上方から被せられる。

折返部２６は、内面（本体部中心側の面）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、外側面が額縁状筐体１６ｂと嵌合されている。また、折返部２６は、光源１２も支持している。
本体部１６ａの折返部２６と額縁状筐体１６ｂとの接合方法としては、ボルトおよびナット等を用いる方法、接着剤を用いる方法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。

本実施形態の面状照明装置１０は、さらに、本体部１６ａと反射板２４との間に導光板支持部３０が配置されている。導光板支持部３０は、ポリカーボネート等の樹脂により形成されており、本体部１６ａと反射板２４に当接している。
また、本体部１６ａの裏側には、光源１２の電源とな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。

さらに、面状照明装置１０には、光吸収体３４が、照明装置本体１４と額縁部１６ｂとの間、つまり、拡散フィルム２２と額縁部１６ｂとの間に配置されている。
ここで、光吸収体３４は、光を吸収し得るものであれば、布、フィルム、塗料等どのような材質でもよいが、特に、黒色布、黒色樹脂など、光を吸収しやすいもの、つまり光の吸収率の高い部材を用いることが好ましい。
また、光吸収体３４の配置方法は特に限定されず、照明装置本体１４の拡散フィルム２２の周縁または額縁部１６ｂの内面に貼り付けても、単に、拡散フィルム２２と額縁部１６ｂとの間に挟み込ませても、つまり、拡散フィルム２２と額縁部１６ｂとで光吸収体を挟持させることのみて固定してもよい。また、光吸収体として塗料、インク等を用いる場合は、拡散フィルム１５の表面あるいは額縁部１６ｂの裏面に塗布したものでもよい。

このように、光吸収体３４を照明装置本体１４と額縁部１６ｂとの間に配置することで、光射出面１４ａの外縁の光を吸収する。これにより、光射出面１４ａの外縁の輝度が他の部分よりも高くなることを防止できる。つまり、額縁部１６ｂの内周縁近辺から射出される光の輝度が高くなり、輝度むらが生じることを抑制でき、光射出面１４ａの均一な輝度の光を射出させることができる。

ここで、光吸収体３４は、光射出面１４ａの中心側の端部が、額縁部１６ｂの内縁に沿って配置されることが好ましい。これにより、光利用効率を低下を抑えつつ、光射出面から射出される光に輝度むらが生じることを防止できる。
また、光吸収体３４は、光の吸収率ａが０．４≦ａ≦１．０の材料を用いることが好ましい。光吸収体３４の光の吸収率が上記範囲を満たすことで、額縁部１６の内縁の際から射出される光の輝度が急激に上昇することを防止できる。
また、光吸収体３４は、光源１２からの光の入射方向、つまり、光射出面に垂直な方向における光吸収体３４の長さをＬ１とし、額縁部１６ｂの照明装置本体１４を覆う部分の長さをＬ２としたとき、０．２５≦（Ｌ１／Ｌ２）≦１．００を満たすことが好ましい。

さらに、光吸収体３４が０．４≦ａ≦１．０かつ、０．２５≦（Ｌ１／Ｌ２）≦１．００を満たすことで、額縁部１６の内縁の際から射出される光の輝度が急激に上昇することを防止でき、かつ、光射出面からより均一な光を射出することができる。
さらに、光吸収体３４は、０．６≦ａ≦１．０を満たすことがより好ましく、０．８≦ａ≦１．０を満たすことがさらに好ましい。

さらに、面状照明装置１０は、額縁部１６ｂの縁から照明装置本体１４の有効出射面における２５％の部分の平均輝度をＢｍとし、それ以外の部分の平均輝度をＢｅとしたとき、０．９≦（Ｂｍ／Ｂｅ）≦１．１を満たすことが好ましい。
面状照明装置１０から射出される光が上記範囲を満たすことで、光射出面から射出される光の輝度むらを目視により認識されにくくすることができる。

以下、具体的実施例とともに本発明の面状照明装置をより詳細に説明する。
本実施例では、図２に示すように、２つの光入射面１８ｄ、１８ｅと２つの傾斜面１８ｂ、１８ｃとを有し、導光長（両光入射面間の距離）が２８０ｍｍの導光板１８を用いた。

まず、本実施例では、上述した導光長の２８０ｍｍの導光板と、吸収率が０．６の（Ｌ２／Ｌ１）＝１の黒布の光吸収体とで構成された面状照明装置の光射出面から射出される光の輝度を測定した。また、比較のために、光吸収体３４を備えないことを除いて、全く同じ構成の面状照明装置の光射出面から射出される光の輝度も測定した。
測定結果を図７に示す。ここで、図７では、横軸を導光長［ｍｍ］とし、縦軸を輝度［ｃｄ／ｍ²］とした。ここで、横軸の導光長は、一方の光入射面からの距離であり、距離０ｍｍと２８０ｍｍが、光入射面となる。また、図７では、吸収体を配置した面状照明装置の輝度を実線（Ｅ１）で、吸収体を配置していない面状照明装置の輝度を点線（Ｅ２）で示す。

図７に示すように、光吸収体を設けていない面状照明装置では、額縁状筐体の近傍で輝度が急上昇しているのに対し、光吸収体を設けた本発明の面状照明装置では、額縁部の近傍で輝度が他の部分と変わらず、輝度の変化が少ないことが分かる。つまり、額縁部の近傍で輝度が高くなることを防止でき、輝度むらが抑制されていることが分かる。
以上より本発明の効果は明らかである。

次に、本実施例では、光射出面に垂直な方向における光吸収体３４の長さＬ１と、額縁部１６ｂの照明装置本体１４を覆う部分の長さＬ２との関係が（Ｌ１／Ｌ２）＝１を満たす形状で、光の吸収率ａをそれぞれ０．２、０．４、０．６、０．８、１．０とした吸収体３４を配置した５つの面状照明装置について、それぞれ光射出面から射出される光の輝度分布を測定した。
測定結果を図８に示す。図８では、横軸を導光長［ｍｍ］とし、縦軸を輝度［ｃｄ／ｍ²］とした。ここで、横軸の導光長は、一方の光入射面からの距離であり、距離０ｍｍと２８０ｍｍが、光入射面となる。
図８に示すように、光吸収体の光の吸収率を０．４以上とすることで、額縁部１６の内縁の際から射出される光の輝度が急激に上昇することを防止できることがわかる。これにより本発明の効果は明らかである。

次に、光吸収率ａがａ＝０．２、０．４、０．６、０．８、１．０の材料を用いた場合について、それぞれ光射出面に垂直な方向における光吸収体３４の長さＬ１と、額縁部１６ｂの照明装置本体１４を覆う部分の長さＬ２との関係が（Ｌ１／Ｌ２）＝０．１、０．２５、０．５、１．０となる形状の吸収体を作成し、それぞれの吸収体を配置した面状照明装置の光射出面から射出される光を測定した。

次に、測定した光射出面から射出される光の輝度分布に基づいて、上述したように、額縁部１６ｂの縁から照明装置本体１４の有効出射面における２５％の部分の平均輝度をＢｍとし、それ以外の部分の平均輝度をＢｅとし、Ｂｍ／Ｂｅを算出した。
算出した結果を下記表２に示す。
表２では、Ｂｍ／Ｂｅが１．１より小さい場合を極めて良好として○で示し、Ｂｍ／Ｂｄが１．１よりも大きいが、光吸収体を配置しない場合よりもＢｍ／Ｂｅが小さくなった場合を△として示す。

表２に示すように、光吸収体を配置することで、光吸収体を使用しない場合に比して輝度むらを大幅に抑制することができることがわかる。
具体的には、（Ｌ２／Ｌ１）を０．２５≦（Ｌ２／Ｌ１）≦１．００かつａを０．４≦ａ≦１．０とすることで、光射出面から射出される光が全体的に均一となることがわかる。さらに、ａを０．６≦ａ≦１．０、０．８≦ａ≦１．０としていくことで、より均一にすることができることがわかる。
以上より本発明の効果は明らかである。

以上、本発明の面状照明装置の実施形態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。

例えば、本実施形態では、光源として、青色ＬＥＤの表面にＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光物質を配置した構成としたが、赤外ＬＥＤに赤色、緑色、青色の蛍光体を組み合わせた光源も用いることができる。
また、ＲＧＢの３色のＬＥＤを組み合わせてアレイ状に配置した構成も用いることができる。
また、ＬＥＤの発光面に蛍光層を配置し、白色光を射出させることに限定されず、導光板に蛍光体を混入することによっても、白色光を光射出面から射出させることができる。
また、蛍光体をＬＥＤの発光面に配置するのに替えて、または加えて、蛍光体を塗布、または混入した光学シートを導光板の光射出面上に配置した構成も用いることができる。

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線断面図である。 （Ａ）は、図１及び図２に示す面状照明装置の光源の概略構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す光源の１つのＬＥＤを拡大して示す概略斜視図である。 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。 面状照明装置の光射出面から射出された光の輝度分布を測定した結果を示すグラフである。 面状照明装置の光射出面から射出された光の輝度分布を測定した結果の他の一例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
１６ 筐体
１６ａ 本体部
１６ｂ 額縁状筐体
１８ 導光板
１８ａ 光出射面
１８ｂ、１８ｃ 傾斜面
３４ 光吸収体

Claims (7)

1. 面状の光を射出する光射出面、該光射出面の端縁に形成され、前記光射出面と略直交する方向から前記光射出面と平行な方向に進行する光を入射させるための光入射面、および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有する透明な導光板であって、前記光射出面は、矩形状であり、前記光入射面は、該光射出面の４つの端辺にそれぞれ形成される４つの光入射面から構成され、前記傾斜面は、前記４つの光入射面からそれぞれ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し、前記４つの光入射面の中央で交わる４つの傾斜面から構成され、両端の前記４つの光入射面において最も薄く、前記４つの光入射面の中央において最も厚い形状を有する導光板を備えた照明装置本体と、
   発光面を前記導光板の前記光入射面に対向させて配置された光源と、
   少なくとも前記照明装置本体の外周縁部及び前記照明装置本体の前記光射出面の外縁を覆い、前記照明装置本体を支持する額縁状筐体と、
   前記額縁状筐体と前記照明装置本体の前記光射出面との間に設けられた光吸収体とを有することを特徴とする面状照明装置。
2. 前記導光板は、
   内部に多数の散乱粒子を含み、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、光の入射する方向において前記光入射面から前記光射出面に直交する方向の厚みが最大となる位置までの長さをＬ_Ｇとしたときに、１．１≦Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃ≦８．２、かつ、０．００５≦Ｋ_Ｃ≦０．１を満足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. 面状の光を射出する光射出面、該光射出面の端縁に形成され、前記光射出面と略直交する方向から前記光射出面と平行な方向に進行する光を入射させるための光入射面、および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有し、内部に多数の散乱粒子を含み、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 、光の入射する方向において前記光入射面から前記光射出面に直交する方向の厚みが最大となる位置までの長さをＬ _Ｇ としたときに、１．１≦Φ・Ｎ _ｐ ・Ｌ _Ｇ ・Ｋ _Ｃ ≦８．２、かつ、０．００５≦Ｋ _Ｃ ≦０．１を満足する透明な導光板を備えた照明装置本体と、
   発光面を前記導光板の前記光入射面に対向させて配置された光源と、
   少なくとも前記照明装置本体の外周縁部及び前記照明装置本体の前記光射出面の外縁を覆い、前記照明装置本体を支持する額縁状筐体と、
   前記額縁状筐体と前記照明装置本体の前記光射出面との間に設けられた光吸収体とを有することを特徴とする面状照明装置。
4. 前記導光板の前記光射出面は、矩形状であり、
   前記光入射面は、前記光射出面の対向する２つの端辺にそれぞれ形成される２つの光入射面から構成され、
   前記傾斜面は、対向する前記２つの光入射面からそれぞれ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し、両者の中央で交差する２つの傾斜面から構成され、
   前記導光板は、両端の前記２つの光入射面において最も薄く、前記２つの傾斜面が交差する部分において最も厚い形状を有するものである請求項３に記載の面状照明装置。
5. 前記導光板の前記光射出面は、矩形状であり、
   前記光入射面は、前記光射出面の一端に形成される１つの光入射面から構成され、
   前記傾斜面は、前記光入射面からこれに対向する他端面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、
   前記導光板は、前記１つの光入射面において最も薄く、前記他端面において最も厚い形状を有するものである請求項３に記載の面状照明装置。
6. 前記額縁状筐体は、前記照明装置本体の光射出面を覆う部分の長さをＬ２、前記光吸収体の幅をＬ１、前記光吸収体の吸収率をａとしたとき、０．２５≦Ｌ１／Ｌ２≦１．００、かつ、０．４＜ａ≦１．０、を満足する請求項１〜５のいずれかに記載の面状照明装置。
7. 前記額縁状筐体の縁から前記照明装置本体の有効出射面における２５％の部分の平均輝度をＢｍ、それ以外の部分の平均輝度をＢｅとしたとき、０．９≦Ｂｍ／Ｂｅ≦１．１を満足する請求項１〜６のいずれかに記載の面状照明装置。

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