JP5447944B2 - 面状照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、入光端面に光源を配置して出射部から面状の照明光を出射する導光板を備えたサイドライト方式の面状照明装置に関し、詳しくは、入光端面から離れるほど厚さが漸減する傾斜部が入光端面寄りに形成された導光板を備えた面状照明装置に関する。

液晶表示パネルの照明手段として、小型で環境適合性に優れたＬＥＤを導光板の入光端面に沿って配置してなるサイドライト方式の面状照明装置（バックライト）が、携帯電話等の小型携帯情報機器の分野を中心に広く採用されている。昨今では、小型携帯情報機器の更なる薄型化に対応するため、入光端面から離れるほど厚さが漸減する傾斜部が入光端面と面状の光を出射する出射部との間に形成された導光板が広く使用されている（例えば、特許文献１参照）。

このように導光板の入光端面寄りに傾斜部を形成することにより、ＬＥＤの厚みによらず導光板の出射部を薄くすることができる。しかし、導光板の入光端面寄りに傾斜部を形成した場合、入光端面から導光板内に入光した光のうち一部の光が傾斜部を形成する傾斜面から外部に漏れ易くなる。また、傾斜面で反射したときの光の方向変化量が大きくなり対向する面への入射角度が小さくなることから、出射部のうち傾斜部寄りの部分から多くの光が出射することになる。このため、ＬＥＤが発光した光の利用効率が低下するとともに、出射部から出射する照明光の均一性（均斉度）が低下するという問題が発生する。そこで、特許文献１では、出射平面と傾斜面とのなす角度を所定角度以下に設定することにより、上記問題の解決を図っている。

特開２００７−２８７５５０号公報

しかしながら、近時の面状照明装置には、薄型化とともに、液晶表示領域の拡大に対応して発光領域の周囲に形成される非発光領域を小さくすること（いわゆる狭額縁化）に対する要求も益々強くなってきている。これらの要求を満たすには、面状照明装置の発光領域として利用することができない傾斜部の導光方向の長さ（傾斜部の長さ）を、漏れ光量を増大させることなく極力小さくしなければならい。すなわち、出射平面と傾斜面とのなす角度を極力大きくしなければならない。この要求は、前述した光の利用効率および均斉度を向上させるために、出射平面と傾斜面とのなす角度を所定角度以下に設定することと相反するものである。したがって、光の損失が大きくならない条件下で非発光領域を極力小さくする設計思想が必要とされている。

本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、従来にない新たな設計思想に基づき、照明光の輝度および均一性に優れ、かつ、非発光領域を極力小さくしたサイドライト方式の面状照明装置を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決すべく傾斜部の形状に関して詳細な検討を重ねた結果、傾斜部の長さを所定値（閾値）よりも小さくすると急激に漏れ光量が大きくなるが、閾値よりも大きくしても漏れ光量が余り変化しないという臨界性を有する特性を見出した。また、この閾値は、傾斜部の最大厚さ（入光端面の短手方向の寸法に相当）が一定の場合には、傾斜部の最小厚さ（導光板の出射部の厚さに相当）にほとんど依存することなく、傾斜部の最小厚さが変わっても略一定の値を示すことを見出した。そして、閾値は、傾斜部の最大厚さに依存して変化し、傾斜部の最大厚さと線形の関係にあることを明らかにした。本発明は、以上の知見に基づき完成されたものである。

そこで、上記課題を解決するために、本発明に係る面状照明装置の特徴は、光源と、前記光源が配置される入光端面、および前記入光端面から入光した前記光源からの光を面状に出射する出射部を有する導光板と、を備え、前記導光板には、前記入光端面と前記出射部との間に前記出射部側に向かうほど厚さが漸減する傾斜部が形成されており、前記光源が、前記導光板の入光端面に対向する平面状の発光面を有するＬＥＤであり、前記傾斜部の長さが、前記傾斜部の最大厚さの略１．７８倍に設定されていることにある。

かかる本発明によれば、導光板の傾斜部の長さＬが、傾斜部の最大厚さＴに対して、Ｌ≒１．７８Ｔの関係を満たすように設定されている。これにより、傾斜部に起因する漏れ光量を大きくすることなく、すなわち照明光の高輝度および高均一性を維持した状態で、非照明領域を極力小さくすることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記光源は、プリント回路基板に実装され、
前記プリント回路基板は、前記導光板の前記傾斜部および前記出射部の前記傾斜部近傍部分を覆うように配置され、前記プリント回路基板の前記導光板を向く面に、光吸収部材が形成されている。

かかる発明によれば、光源が実装され傾斜部を覆うように配置されるプリント回路基板に光吸収部材が形成されている。このため、傾斜部から幾分かの光が漏れたとしても、その漏れ光を光吸収部材で吸収させることができる。これにより、照明光の均一性をより一層向上させることができる。

また、本発明の他の好ましい実施の形態においては、前記光源は、前記プリント回路基板に実装される面が前記発光面に対して略直交するように形成された点状光源であり、前記傾斜部の傾斜面には、前記点状光源の導光方向前方部分を除く領域に、前記プリント回路基板を配置するための、前記入光端面と略直交する平面を有する台座が形成され、前記台座は、前記入光端面の短手方向（厚さ方向）における前記傾斜面側の端辺位置から、前記入光端面の短手方向に突出しないように形成されている。この場合、前記台座の前記平面は、その前記入光端面の短手方向における位置が、前記入光端面の短手方向における前記傾斜面側の端辺位置と略一致するように形成されていてもよい。また、前記光源が、蛍光体を有し、前記導光板が、ポリカーボネート樹脂を用いて形成されていてもよい。また、前記光源は、全体として直方体状であり、その一側面が前記発光面である。また、前記導光板の入光端面の短手方向の寸法と、前記光源の発光面の同方向の寸法とが略同等である。

かかる発明によれば、プリント回路基板を配置するための台座を傾斜部の傾斜面に形成したことにより、プリント回路基板と導光板との接着面積を大きくすることができ、導光板に対してプリント基板を確実に固定することができる。
また、台座は、その上面が、導光板の入光端面と略直交するように形成されている。一方、点状光源は、その発光面が、プリント回路基板に実装される面に略直交するように形成されている。これにより、プリント回路基板を台座の上面に固定した状態では、点状光源の発光面を導光板の入光端面に略平行に配置させることができる。この結果、光源と導光板との光結合効率が大きくなり、照明光の輝度がより一層大きくなる。
また、台座は、傾斜部の傾斜面のうち点状光源の前方部分を除く領域に設けられている。これにより、点状光源からの光が導光する部分である傾斜面の点状光源の前方部分では、プリント回路基板と導光板（傾斜部の傾斜面）との間に隙間が設けられ、プリント回路基板と導光板とを接触させないようにすることができる。この結果、プリント回路基板による光の吸収が抑制され、照明光の輝度がより一層大きくなる。

本発明の実施形態に係る面状照明装置の全体構成を模式的に示す断面図である。 同面状照明装置の導光板の要部を示す部分拡大斜視図である。 同導光板の各寸法を説明するための側面図である。 同導光板の傾斜部の長さと光の損失との関係の具体例を示すグラフである。 同導光板の入光端面の厚さと好ましい傾斜部の長さとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る面状照明装置１０を図面を参照して説明する。なお、以下に示す各図においては、本発明の理解を容易にするため、各構成要素の形状等は、適宜誇張して示してあり、互いの寸法関係に一致しない部分がある。

面状照明装置１０は、図１に示すように、光源としてのＬＥＤ１１と、ＬＥＤ１１が発光した光を面状に出射させるための導光板２１と、ＬＥＤ１１が実装されるプリント回路基板としてのＦＰＣ（Flexible Printed Circuit Board；フレキシブルプリント回路基板）３１と、ＬＥＤ１１および導光板２１を収納するフレーム４１と、を備えている。

ＬＥＤ１１は、本実施形態では、青色ＬＥＤと黄色蛍光体とからなる擬似白色ＬＥＤであり、全体として直方体状に形成され一側面に発光面１２を有する所謂サイドビュー型のＬＥＤである。すなわち、ＬＥＤ１１は、回路基板に実装される面（実装面）１３と発光面１２とが略直交している。本実施形態では、３つのＬＥＤ１１が、その発光面１２を導光板２１の後述する入光端面２２に対向させた状態で、入光端面２２の長手方向に沿って互いに所定の間隔を置いて配置されている（図２参照）。

次に、導光板２１は、透明材料（本実施形態では、ポリカーボネート樹脂）を用いて上面視矩形状に形成されている。導光板２１は、その外表面に、ＬＥＤ１１を配置する側の端面である入光端面２２と、入光端面２２に対向する端面である対向端面２３と、入光端面２２と略直交する一方の主平面である反射平面２４と、反射平面２４に平行に対向する他方の主平面である出射平面２５と、を有している。入光端面２２は、その短手方向の寸法Ｔ１（図３参照）が、ＬＥＤ１１の発光面１２の同方向の寸法と同等か、それより僅かに大きく形成されている。なお、本発明において、入光端面２２が対向端面２３を向く方向（導光方向でもある）を「前方」と定義する。

また、導光板２１は、入光端面２２から前方に向かって形成された入光部２６と、入光部２６に連続して形成され前方に向かうにしたがって厚さが漸減する傾斜部２７と、傾斜部２７の前方に形成され傾斜部２７を導光したＬＥＤ１１からの光を出射平面２５から出射させる出射部２８と、傾斜部２７の出射平面２５側に離散して形成された台座２９（本実施形態では、４つ）と、入光端面２２から後方に突き出るように離散して形成されたツメ部３０（本実施形態では、４つ）と、から構成されている。

入光部２６は、厚さが前方方向に向かって一定で、出射平面２５側の面である上面２６ａが入光端面２２と略直交するように形成されている。なお、入光部２６は、本発明においては本質的な構成要素ではなく、光学的な機能の観点からはなくてもよいものである。

傾斜部２７は、前方ほど反射平面２４側に近づくように一定の勾配で傾斜する傾斜面２７ａを出射平面２５側に入光端面２２の長手方向に沿って設けることにより構成されている。傾斜部２７は、傾斜部の長さＬ１（図３参照）が傾斜部の最大厚さＴ１（入光部２６の厚さ、または、入光端面２２の短手方向の寸法に相当）の略１．７８倍になるように形成されている。このように、本発明の面状照明装置を構成する導光板は、傾斜部の長さＬ１と傾斜部の最大厚さＴ１との間に所定の関係を満たすように形成されているが、この点の詳細は後述する。なお、傾斜部の長さＬ１とは、傾斜面２７ａの反射平面２４と平行な前方方向成分の長さである（すなわち、傾斜面２７ａを反射平面２４に投影した前方方向の長さである）。

出射部２８は、厚さが一定の矩形平板状に形成され、反射平面２４側に、例えば複数のドットからなる光路変更パターンが形成されている。光路変更パターンを形成することにより、出射部２８を導光する光の進行方向を変更させて、出射平面２５から光を出射させることができる。なお、出射部２８の反射平面２４側には、反射平面２４から外部に漏れた光を再度導光板２１に戻すために反射シート５１が配置されている。また、出射部２８の出射平面２５側には、出射平面２５から出射する光の指向性を制御するために、拡散シート５１および１対のプリズムシート５２，５３が順次積層して配置されている。

４つの台座２９は、ＦＰＣ３１を固定配置するためのものであり、図２に示すように、傾斜面２７ａおよび出射平面２５の傾斜面２７ａ近傍部分において、３つのＬＥＤ１１（同図では破線で示す）の導光方向前方部分には存在しないように互いに離散して、それぞれ平台状に形成されている。各台座２９は、その平面である上面２９ａが、入光部２６の上面２６ａと略面一に形成されている。また、台座２９は、上面視して、前方に向かうほど幅が狭くなる部分を有している。

ツメ部３０は、台座２９と同様にＦＰＣ３１を固定配置するためのものであり、入光端面２２のＬＥＤ１１が対面する面部の両側から後方に向かって延びる直方体状に形成されている。ツメ部３０は、その出射平面２５側の面である上面３０ａが、入光部２６の上面２６ａおよび台座２９の上面２９ａと略面一となるように形成されている。なお、入光部２６の上面２６ａ、台座２９の上面２９ａ、およびツメ部３０の上面３０ａのうちの一部とＦＰＣ３１とを部分的に接続する場合には、その部分的に接続する面部に接着剤（両面テープ）を配置する凹部を設けるようにしてもよい。

次に、ＦＰＣ３１は、短冊状に形成され、長辺の寸法が導光板２１の入光端面２２の長手方向の寸法と略同一に形成されている。また、ＦＰＣ３１の一方の平面である実装平面には、発光面１２を実装平面に対して略直交かつ長辺に対して略平行にした状態で３つのＬＥＤ１１が後端側の長辺に沿って実装されている。ＬＥＤ１１が実装されたＦＰＣ３１は、ＬＥＤ１１の発光面１２が導光板２１の入光端面２２の所定位置（隣接するツメ部３０，３０の間）に対向するように位置合わせしながら導光板２１上に接着固定される。このとき、台座２９、入光部２６、およびツメ部３０のそれぞれの上面２９ａ，２６ａ，３０ａがＦＰＣ３１の実装平面との接合面となる。このようにしてＦＰＣ３１が導光板２１上に固定されることにより、導光板２１対してＬＥＤ１１が位置決め固定される。

また、ＦＰＣ３１は、その実装平面（導光板を向く面）の前端の長辺側（ＬＥＤ１１の前方側）には、導光板２１（傾斜部２７）からの漏れ光を吸収するための光吸収部材（黒色塗料）３２が塗布されている。光吸収部材３２は、ＦＰＣ３１が導光板２１上に固定された状態で、傾斜面２７ａの少なくとも一部および出射平面２５の傾斜面２７ａ近傍部分が覆われるようにＦＰＣ３１の長辺に沿って短冊状に形成されている。なお、光吸収部材３２は、その平面形状および大きさは特に限定されないが、前方方向の長さが傾斜部の最大厚さＴ１よりも大きく、かつ、傾斜面２７ａと出射平面２５との境界を跨ぐように形成されているのが好ましい。

次に、フレーム４１は、本実施形態では、白色樹脂を用いて枠状に形成され、ＬＥＤ１１や導光板２１などの各構成部材を一体に収納している。

以上のように面状照明装置１０を構成することにより、点状光源であるＬＥＤ１１が発光した光が、導光板２１の入光部２６および傾斜部２７を介して出射部２８に導かれ、出射部２８の出射平面２５側から面状の光として出射される。

以下では、導光板の傾斜部の長さＬ１と傾斜部２７の最大厚さＴ１との関係について、図４（ａ）（ｂ）および図５に示すデータに基づいて具体的に説明する。

図４（ａ）（ｂ）は、傾斜面に起因して発生する漏れ光量の導光板に入光した光量に対する割合の傾斜部の長さＬ１依存性を、傾斜部の最小厚さ（出射部の厚さ）Ｔ２（図３参照）を変数として解析した結果である。図４（ａ）は、傾斜部の最大厚さＴ１が０．３ｍｍの場合であり、図４（ｂ）は、傾斜部の最大厚さＴ１が０．８ｍｍの場合である。いずれの場合とも、傾斜部の長さＬ１が所定の値（以下、閾値Ｃという）を境にして、閾値Ｃよりも小さい範囲では傾斜面からの漏れ光量が傾斜部の長さＬ１が小さくなるにしたがって急激に大きくなる。これに対し、傾斜部の長さＬ１が閾値Ｃよりも大きい範囲では漏れ光量は傾斜部の長さＬ１に依存することなくほとんど変化しないことがわかる。これより、傾斜部の長さＬ１を閾値Ｃの近傍に設定することにより、光の損失を大きくすることなく照明領域を大きくする（非照明領域を小さくする）ことができる。

また、この閾値Ｃは、傾斜部の最大厚さＴ１が一定であれば、傾斜部の最小厚さＴ２に依存せず略一定であることがわかる。そして、種々の傾斜部の最大厚さＴ１について閾値Ｃを算出したところ、図５に示すように、閾値Ｃは、傾斜部の最大厚さＴ１と線形の関係にあることがわかった。具体的には、閾値Ｃ（ｍｍ）は、閾値Ｃ＝１．７８×傾斜部の最大厚さＴ１で表されることがわかった。

以上の知見に基づき、本発明の実施形態に係る面状照明装置１０の導光板２１は、傾斜部の長さＬ１を閾値Ｃに略一致させ、傾斜部の長さＬ１（ｍｍ）＝１．７８×傾斜部の最大厚さＴ１（ｍｍ）の関係を略満たすように構成されている。なお、「略」の範囲は、漏れ光量の傾斜部の長さＬ１依存性および導光板の作製精度を考慮して、傾斜部の長さＬ１の下限が（１．７８−０．５）×傾斜部の最大厚さＴ１程度であり、傾斜部の長さＬ１の上限が（１．７８×傾斜部の最大厚さＴ１）＋０．５程度、好ましくは、（１．７８×傾斜部の最大厚さＴ１）＋０．２程度である。

次に、本発明の実施形態に係る面状照明装置１０特有の作用・効果について説明する。

面状照明装置１０を構成する導光板２１は、その傾斜部の長さＬ１が、Ｌ１＝１．７８×傾斜部の最大厚さＴ１の関係を略満たすように構成されている。これにより、上述の説明から明らかなように、傾斜部２７に起因する光の損失を低く抑えつつ（すなわち、照明光の輝度および均一性が優れた状態を維持しつつ）照明領域を極力大きくすることができる。また、好ましい傾斜部の長さＬ１が、導光板２１の出射部２８の厚さに依存することなく、傾斜部の最大厚さＴ１に依存して決定されることから、種々の仕様に対する導光板の設計を容易に行うことができる。これにより、製造コストの低減が期待できる。

また、面状照明装置１０は、導光板２１の傾斜面２７ａの少なくとも一部および出射平面２５の傾斜面２７ａ近傍部分を覆うように光吸収部材３２が配置されている。これにより、傾斜面２７ａから幾分かの光が漏れたとしても、漏れた光を光吸収部材３２に吸収させることができ、照明の均一性をより一層向上させることができる。

また、面状照明装置１０は、導光板２１の傾斜面２７ａに、ＬＥＤ１１を実装するＦＰＣ３１を固定配置する台座２９が形成されている。従来のように台座２９がない場合には、ＦＰＣ３１を傾斜面２７ａに固定するには、ＦＰＣ３１を折り曲げなければならなかった。ＦＰＣ３１を折り曲げた場合には、ＦＰＣ３１の弾性復元力により、ＦＰＣ３１のＬＥＤ１１が実装されている部分が入光部２６の上面２６ａに対して傾くように浮き上がるおそれがある。このようにＦＰＣ３１が入光部２６の上面２６ａに対して傾くように浮き上がった場合には、ＬＥＤ１１の発光面１２が導光板２１の入光端面２２に対して傾いて配置され、ＬＥＤ１１が発光した光の導光板２１への取り込み効率が低下する。

この点、面状照明装置１０は、入光部２６の上面２６ａと略面一な上面２９ａを有する台座２９が形成されていることから、平面を維持した状態で（折り曲げることなく）ＦＰＣ３１を傾斜面２７ａ上方に固定配置することができる。これにより、ＬＥＤ１１の発光面１２を導光板２１の入光端面２２に対して安定して略平行に配置させることができる。この結果、光源と導光板との光結合効率を安定して大きくすることができ、照明輝度をより一層大きくすることができる。

また、台座２９は、ＬＥＤ１１の導光方向前方を除く位置に形成されていることから、ＬＥＤ１１からの光が導光するＬＥＤ１１の前方部分では、ＦＰＣ３１と導光板２１（傾斜部２７の傾斜面２７ａ）との間に隙間が設けられ、ＦＰＣ３１を導光板２１に接触させないようにすることができる。これにより、ＦＰＣ３１による光の吸収が抑制され、照明光の輝度をより一層大きくすることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、実施の形態については上記に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更および組み合わせが可能である。

例えば、上記実施形態では、導光板２１の出射平面２５側にＦＰＣ３１に形成された光吸収部材３２を配置したが、これに限定されない。照明の均一性を優先する場合には光吸収部材３２を設けるのが好ましいが、例えば、照明光の均一性よりも照明光の輝度を優先する場合には、光吸収部材に代えて光反射部材を配置してもよい。また、光吸収部材は、必ずしもＦＰＣ３１に形成したものを用いる必要はなく、例えば拡散性を有するフィルムに形成したものを用いてもよい。

また、上記実施形態では、導光板２１の入光端面２２側に台座２９およびツメ部３０のいずれをも設けたが、これに限定されない。上述の効果が特に重要視されていない場合には、台座２９およびツメ部３０のいずれかを設けなくてもよい。また、台座２９およびツメ部３０のいずれをも設けなくてもよい。

また、上記実施形態では、ＦＰＣ３１を導光板２１の出射平面２５側に配置したが、これに限定されない。導光板２１の反射平面２４側に配置してもよい。この場合には、台座２９が不要である。

１０ 面状照明装置
１１ ＬＥＤ
１２ 発光面
１３ 実装面
２１ 導光板
２２ 入光端面
２３ 対向端面
２４ 反射平面
２５ 出射平面
２６ 入光部
２７ 傾斜部
２７ａ 傾斜面
２８ 出射部
２９ 台座
２９ａ 上面
３０ ツメ部
３１ ＦＰＣ
３２ 光吸収部材
４１ フレーム
５１ 反射シート
５２ 拡散シート
５３，５４ プリズムシート

Claims (8)

1. 光源と、
   前記光源が配置される入光端面、および前記入光端面から入光した前記光源からの光を面状に出射する出射部を有する導光板と、を備え、
   前記導光板には、前記入光端面と前記出射部との間に前記出射部側に向かうほど厚さが漸減する傾斜部が形成されており、
   前記光源が、前記導光板の入光端面に対向する平面状の発光面を有するＬＥＤであり、
   前記傾斜部の長さが、前記傾斜部の最大厚さの略１．７８倍に設定されている面状照明装置。
2. 前記光源は、プリント回路基板に実装され、
   前記プリント回路基板は、前記導光板の前記傾斜部および前記出射部の前記傾斜部近傍部分を覆うように配置され、
   前記プリント回路基板の前記導光板を向く面に、光吸収部材が形成されている請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記光源は、プリント回路基板に実装され、前記プリント回路基板に実装される面が前記発光面に対して略直交するように形成された点状光源であり、
   前記傾斜部の傾斜面には、前記点状光源の前方部分を除く領域に、前記プリント回路基板を配置するための、前記入光端面と略直交する平面を有する台座が形成され、
   前記台座は、前記入光端面の短手方向における前記傾斜面側の端辺位置から、前記入光端面の短手方向に突出しないように形成されている請求項１に記載の面状照明装置。
4. 前記台座の前記平面は、その前記入光端面の短手方向における位置が、前記入光端面の短手方向における前記傾斜面側の端辺位置と略一致するように形成されている請求項３に記載の面状照明装置。
5. 前記光源が、蛍光体を有している請求項１から４のいずれか１項に記載の面状照明装置。
6. 前記導光板は、ポリカーボネート樹脂を用いて形成されている請求項１から５のいずれか１項に記載の面状照明装置。
7. 前記光源は、全体として直方体状であり、その一側面が前記発光面である請求項１から６のいずれか１項に記載の面状照明装置。
8. 前記導光板の入光端面の短手方向の寸法と、前記光源の発光面の同方向の寸法とが略同等である請求項１から７のいずれか１項に記載の面状照明装置。

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