JP5493654B2 - 導光板、及びその導光板を備える面光源装置 - Google Patents
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Description
ここで、サイドライト方式を採用する面光源装置は、下記特許文献1に開示されるように、略平板状の導光板と、その導光板の側面(以下、「入射面」という。)側に設けられる発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の複数の点光源とを少なくとも構成として有している。
そして、サイドライト方式を採用する面光源装置は、複数のLEDが発する光を、入射面から導光板の内部へ導入させ、その内部に導入させた光を導光板の正面(以下、「発光面」という。)に向けて反射させることにより面発光する装置である。
よって、複数の空孔が光源の光照射方向に対し傾斜してなる空孔配列部は、入射した光を、複数の空孔が配列する傾斜方向に向かって屈折させ、光源から照射される光の幅を拡げ、入射面近傍の発光面に暗部が生じにくくすることができる。
また、第1配列部によって屈折された光は、第1配列部の外側にあり、かつ、複数の空孔が所定角度を有して配列する第2配列部によって、光照射方向に屈折させることができる。よって、第1配列部と第2配列部により、光源から照射される光の幅を拡げるように屈折させて、その屈折後に、光源の光入射方向に向かって再び屈折させることができるため、入射面近傍の発光面に暗部が生じにくくすることができる。
つまり、請求項1に記載の面光源装置によれば、より確実に本体部内に入射した光を反射させて拡げることができ、光源を配置する間隔を広げたとしても、入射面近傍の発光面に暗部が生じにくくすることができる。
請求項2に記載の面光源装置によれば、入射面が平面であるため光源から照射される光を反射させることなく、効率よく入射面に入射させることができ、発光面全体の輝度を高めることができる。
請求項3に記載の導光板によれば、光照射方向に対し傾斜して複数の空孔が配列する空孔配列部が、入射した光を、複数の空孔が配列する傾斜する方向に屈折させて、光源から照射される光の幅を拡げることができるため、入射面近傍の発光面に暗部が生じにくくなる。
実施形態の面光源装置100は、図1に示すように、複数の点光源が照射する光を内部に導入して面発光する導光板1と、点光源である発光ダイオード(以下、「LED」という。」)を複数個備えたLEDアレイ50と、導光板1の背面側に設けられる反射シート60とを少なくとも備えている。
そして、導光板1は、図2(a)に示すように、入射面13と発光面11を備える本体部10と、その本体部10に内在する複数の空孔21が配列してなる空孔配列部20とからなる。
以下において、本体部10を正面側から見た場合、左右方向を幅方向とし、上下方向を高さ方向とし、前後方向を厚さ方向として説明する。なお、後記するが、本実施形態において、LEDアレイ50は、導光板1の入射面に対して垂直となるように光を照射する。よって、光は本体部10の幅方向に入射するため、特許請求の範囲に記載される「光照射方向」は、本実施形態においては導光板1の「幅方向」と同意となる。
また、発光面11と上部面15と下部面16は、入射面13に対して垂直な面であって、左側側面14は、入射面13に対して平行な面である。
一方で、反射面12は、図2(b)に示すように、本体部10の幅方向に対して臨界角θ1を成すように形成されている。これにより、入射面13から入射して本体部10の内部を幅方向に進行する光、或いは左側側面14〜下部面16で反射した光が反射面12で全反射して、発光面11側に光を効率よく反射させることが可能となる。
よって、本体部10の内部には、図3に示すように、本体部10の絶対屈折率と異なる領域が空孔21の配列により形成されているため、空孔21に入射した光を反射又は屈折させて、本体部10の内部で光の進路を制御することが可能となる(図3の一部拡大図に示すAとBを参照。なお、Cは空孔21に入射せずに透過した光の進路を示す)。
空孔21の形状は、本発明においては特に限定されないが、安定した反射および屈折を行うため、球形或いは擬似球形にすることが望ましい。また、空孔21の径についても特に限定されないが、後記するように透光性材料である本体部10に対して、フェムト秒レーザ光を照射して空孔21を形成しており、5μm程度の径であることが望ましい。そして、空孔21が形成される間隔は、特に限定されないが、確実に光を反射および屈折させるためには、空孔21が形成される間隔が狭いことが望ましい。
以下、空孔21の集合である空孔配列部20が、光を高さ方向に拡げるための空孔21の配列について説明する。なお、空孔配列部20は、図2等に示すように、入射面13に対して3箇所形成されているが、後記するLEDアレイ50が備えるLEDに対応する数の分だけ本体部10内に形成されればよく、これに限定されない。
第1配列部A24a〜第1配列部C24cは、図3に示すように、本体部10の入射面13側から左側側面14側に向かって、正面視で複数の空孔21が略V字状に配列してなる第1配列部A24aと第1配列部B24bと第1配列部C24cとが、順次並列するように形成されている。なお、図4は、図3に示す第1配列部A24aの一方側が形成された本体部10を破線Lで切り取った断面を示す模式図である。
この角度θ2とは、上部面15側と下部面16側に位置する第2配列部A25a〜第2配列部G25g側に向かって、光を反射することができる角度であり、使用される光源から照射される光の波長や後記する第2配列部A25a〜第2配列部G25gを構成する空孔21の配列によって、相対的に決定される角度である。また、特許請求の範囲に記載される「第1の所定の角度」は、実施形態における「角度θ2」を指す。
これにより、本体部10の入射面13に入射する光を、幅方向(光照射方向)の軸線に対して角度θ2をなすように複数の空孔21が面状に配列してなる第1配列部A24aに入射し、高さ方向に向かって反射することとなる。また、第1配列部A24aに入射するが反射せずに屈折する光は、高さ方向のいずれか一方に屈折することとなる。つまり、第1配列部A24aは、入射する光を高さ方向に反射および屈折させることができる。
また、第1配列部A24aの折れ曲がった部分により、第1反射空孔整列部25aから反射して来た光を高さ方向に再び反射するようにしており、光を幅方向に拡げることができるように形成されている。
ただし、図3に示すように、第1配列部A24a〜第1配列部C24cにおける所定の角度がそれぞれ異なる場合、高さ方向に反射・屈折される光の向きを、幅方向において異ならせることができるため、より均一性に優れた配光を得ることができる。
第2配列部A25a〜第2配列部G25gは、幅方向(光照射方向)の軸線(図3における破線を示す)に対して線対称となるように、複数の空孔21が、第2所定の角度方向及び本体部10の厚さ方向からなる面状に配列していることにより構成されている。
この角度θ3は、第1配列部A24a〜第1配列部C24cで本体部10の高さ方向に反射した光を、第2配列部A25a〜第2配列部G25gが本体部10の幅方向側に反射できる角度であって、使用される光源から照射される光の波長や第1配列部A24a〜第1配列部C24cを構成する空孔21の配列によって、相対的に決定される角度である。なお、特許請求の範囲に記載される「第2所定の角度」とは、実施形態における「所定の角度θ3」を指す。
これにより、第1配列部A24a〜第1配列部C24cによって高さ方向に反射した光のうち、第2配列部A25aに向かう光は、第2配列部A25aに入射して、幅方向(光照射方向)に反射することが可能となる。
なお、第2配列部A25aは、図3に示すように、折れ曲がっても良い。第2配列部A25aが設けられる位置が光源に比較的近いため、第1配列部A24a〜第1配列部C24cに反射された光や光源からの光を幅方向に反射(及び屈折)させることができるのに加え、特に折れ曲がっている部分により光源から直接照射される光を高さ方向(第2配列部C25c〜第2配列部G25g)に反射させ易くすることができる。
これにより、高さ方向において第1配列部から第2配列部の機能へと徐々に変化させることができ、配光の変化を緩やかにして均一性を高めることができる。なお、第2配列部B25bも同様な理由により折れ曲がっている。
よって、第2配列部A25a〜第2配列部G25gを、第1配列部A24a〜第1配列部C24c側から高さ方向に離れるほどに段階的に突出して形成することによって、第2配列部A25a〜第2配列部G25gへ入射する光の量を調整し、光を高さ方に拡げることが可能となる。
LEDアレイ50が備える複数のLEDは、導光板1の入射面13に対向するように、導光板1の高さ方向に対して、略直線状に配置されている。これにより、LEDアレイ50が備える複数のLEDは、導光板1の幅方向に向かって光を照射することができる。
その他、本実施形態においては、点光源として、指向性の高いLEDを用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、点光源として使用できる冷陰極蛍光ランプ、熱陰極管(HCFL)及びエレクトロルミネセンスパネル(ELP)等であってもよく、これらの点光源を用いた場合であっても、本発明は、点光源の配置間隔を広げた場合における均一な輝度が得られるという効果を奏する。
反射シート60は、光の反射率が高いシートであって、図1に示すように、導光板1の背面側である反射面に対向して設けられている。この反射シート60によって、導光板1の反射面12から漏れる(透過する)光を再度導光板1の内部に入射させて、発光面11の輝度を高めることができる。
また、反射シート60は、発光面11側への集光効果を高めるため、鋸歯状或いは凹凸状の面であってもよい。
まず、空孔配列部20を構成する空孔21は、所定の形状に形成後の導光板1の本体部10に対し、フェムト秒レーザ光を照射することによって形成することができる。ここで、フェムト秒レーザ光を照射することによって空孔21を形成するのは、空孔21を形成する時間を短縮できるとともに、アクリル樹脂等で形成される本体部10を非加熱で加工でき、アクリル樹脂等で形成される本体部10の変形等が少ないからである。
なお、フェムト秒レーザ光の波長の長さは、形成しようとする空孔21の径によるが、アクリル樹脂等の本体部10にフェムト秒レーザ光を照射した場合、照射したフェムト秒レーザ光の波長の長さと略同じ長さの径を有する空孔21が形成される。但し、形成可能な空孔21の径は、使用するフェムト秒レーザ装置の性能に依存する。従って、より高性能のフェムト秒レーザ装置を用いることで、設定されたレーザ光の波長の長さよりも小さい径の空孔21を形成することができる。
そして、本体部10に形成される空孔21の配列が、前記した第1配列部A24a〜第1配列部C24cと第2配列部A25a〜第2配列部G25gをなすように、順次フェムト秒レーザ光を本体部10に照射することによって、空孔配列部20を形成することができる。
実施形態の面光源装置100によれば、導光板1の入射面13側に配置される複数のLEDを備えたLEDアレイ50が、導光板1の空孔配列部20に対応する位置に設けられている。LEDアレイ50から照射される光は指向性が高く、導光板1の幅方向に向けて照射すると、図5に示すように、光が入射面13から本体部10の内部に入射して、第1配列部A24aに入射することとなる。
そして、第1配列部A24aは、幅方向に向かって所定の角度を有するように配列しているため、第1配列部A24aに入射するLED光は本体部10の高さ方向に向かって反射することとなる。
また、本体部10の高さ方向に向かって反射した光は、つぎに、第2配列部E25e〜第2配列部G25gに当たり、幅方向に反射する(図5のD〜F参照)。
また、第1配列部A24aに入射する光であって、入射する角度が浅い光(図5のG、H参照)は、第2配列部A25a〜第2配列部G25gに入射せずに、上部面15(図2参照)側に進行することとなる。
よって、実施形態の導光板1を用いれば、相対的に輝度が低い暗部が生じにくいために、発光面11の輝度の均一化と、液晶ディスプレイの表示部の額縁を狭小化することが図れる。
実施形態の導光板1は、導光板1の内部に空孔配列部20を有し、導光板1の内部で光の進路を制御しているため、入射面13を平面とすることができる。
ここで、面光源装置の従来技術として、入射する光の進行方向を制御するため、導光板の入射面に凹凸を形成する技術が挙げられる。
このような従来技術によれば、入射面に形成された凹凸が、導光板内部に入射する光を屈折させて拡散することができるものの、凹凸によって反射する光も多く、内部に光を効率良く入射させることができない。
しかしながら、実施形態の導光板1によれば、本体部10内に光の進路を制御可能な空孔配列部20を有するため、入射面13を平面とすることが可能であり、上記従来技術に比べて、効率よく光を入射させることができるという優れた効果を奏することが可能である。
ここで、従来技術によれば、導光板内部に、例えば酸化チタンやシリカ等の光拡散部材を含有させ、かつ、その濃度を調整することにより、光の進路を制御する技術が挙げられる。
このような技術によれば、導光板内部に入射した光を拡散することができるものの、製造過程において、任意の位置に光拡散部材を配置することは困難であり、導光板内部に入射した光を、所望の方向に屈折させることができないおそれがある。
しかしながら、実施形態の導光板1によれば、レーザ光によって、正確に所望の位置に空孔21を形成することが可能であり、上記従来技術に比べて、正確に光を反射させて、光の進路を制御して暗部を生じにくくさせることができるという優れた効果を奏することが可能である。
よって、LEDアレイ50が、導光板1の本体部10の入射面13に対して平行でなく傾いて設けられている場合には、本体部10の幅方向でなく、その傾いて設けられたLEDアレイ50から光が照射される方向の軸線に対して、所定の角度を有し、かつ、線対称となっていればよい。
変形例の導光板1aは、本体部10aの右側側面全体が入射面でなく、その右側側面に形成された凹凸22aを構成する面の一つが入射面13aである。そして、入射面13aは、そのLEDが発光して光を照射する発光面よりも大きく形成されている。また、入射面13aの垂線に対して、前記した所定の角度を有し、かつ、線対称となるように空孔配列部20aが形成されている。
ここで、LEDから照射される光は、その凹凸22aを構成する一つの面に対して入射するため、本体部10の右側側面全体が入射面でなく、その凹凸を構成する面(図6(a)の13aを指す)が入射面となる。また、この場合の入射面13aが本体部10aの右側側面に対し傾いているため、空孔配列部20aも、この入射面13aの垂線に対して前記した所定の角度を有するとともに、線対称に形成されている。
そして、変形例の導光板1bの空孔配列部20bは、入射面13bである右側側面に形成された凹凸22bを構成する面の傾斜を考慮した仮想平面(図6(b)に示した一点差線を示す)23を基準に、空孔配列部20bが形成されている。つまり、空孔配列部20bは、仮想平面23の垂線に対し、前記する所定の角度を有するとともに、線対称に形成されている。
なお、通常、LEDの発光面の大きさは0.5〜6.0mm2程度である。よって、変形例の導光板1aは、6.0mm2以上の面を有する凹凸が形成されている場合であって、その凹凸を構成する面が入射面である。また、変形例の導光板1bは、0.5mm2未満の面を有する凹凸が形成されている場合であって、その導光板1の右側側面が入射面である。
実施例において、一つのLEDから照射されるLED光を入射面13cから導光板1cの本体部10aの内部に導入させた場合、導光板1c内で入射したLED光が高さ方向にどの程度拡がるかについて、導光板の左側側面から目視し、実施例の配光部の効果を確認した。また、併せて、その左側側面14aから出射した光について、高さ方向における位置別の輝度の出力値(以下、「相対的出力」という。)を測定した。なお、測定した単位は任意単位(arbitrary unit)であって、以下において[a.u.]と表す。
なお、実施例においては、LED光の高さ方向の拡がり具合を確認すれば良いため、実施例における導光板1cの本体部10aは、図7に示すように、幅方向3mm、高さ方向50mm、厚さ方向3mmの大きさとした。また、導光板1cの空孔配列部20aは、図8に示す寸法(単位はmm)となるように空孔21を配列した。なお、第1配列部A24aがなす第1の所定の角度θ2は30°であって、第1配列部A24aの折れ曲がった部分がなす角度θは60°である。また、第2配列部A25aがなす第2の所定の角度θ3は30°である。また、空孔21の径は、5μmである。また、比較例として、実施例の導光板1cの本体部10aと同等な大きさを有する導光板を用意した。なお、比較例の導光板は配光部が形成されていない。
なお、実施例の導光板1cと比較例の導光板は、ポリカーボネート(Polycarbonate)の材料を用いた。
実施例の導光板1cは、図9(a)に示すように、高さ方向である5.0mmの範囲全体が明るかった。具体的に、導光板1cの−2.5mm〜−1.5mmと1.5mm〜1.5mmの範囲が最も明るく、その範囲から高さ方向に離れると徐々に暗くなっていった。
一方、比較例の導光板は、図9(b)に示すように、−4.0mm〜4.0mmの範囲が明るかったが、−25.0mm〜―4.0mmと4.0mm〜25.0mmの範囲は、暗かった。また、比較例の導光板は、−1.5mm〜1.5mmの範囲の範囲が最も明るかった。
以上より、比較例の導光板に比べて、空孔配列部20aが設けられている実施例の導光板1cの方が高さ方向に光っている範囲が広いため、空孔配列部20aが入射する光を拡げることができることを確認できた。
まず、実施例の導光板1cにおいて、相対的出力が最も高かったピーク値は、4mm離れた位置であって、約120000[a.u.]を示した。また、10mm以上離れても、低い値ではあるものの相対的出力がされており、光が出射していることは確認できた。
一方で、比較例の導光板は、LEDに対向する位置の相対的出力が最も高く、約330000[a.u.]を示した。また、−4.0mm〜4.0mmの範囲以外のところでは、略1000[a.u.]を切る値が示され、光が出射しているものの輝度が高くないことが確認できた。
両者を比較すると、図10に示すように、比較例の導光板は、LEDに対向する位置をピーク値として凸状となっている。一方、実施例は、実施例の導光板1cは、図10に示すように、大きな凹凸がなく、全体的に平坦であるという結果が示された。
以上より、空孔配列部20aが形成された実施例の導光板1cは、従来例である比較例の導光板に比べ、LED等の点光源が照射する光を高さ方向に拡げることができることがわかった。
具体的には、実施例の導光板1cにおいて、高さ方向における相対的出力が最も高い値(ピーク値)を示した、±4mmの位置における相対的出力値を1.0(100%)とし、その他の位置における相対的出力値がピーク値に比べて、どの程度出力しているか(以下、「相対値」という。)について算出した。また、同様に比較例についても相対値についても算出した。その算出結果を図11に示す。横軸は、導光板の高さ方向における距離であって、0mmで示される位置は、LEDに対向する位置である。
なお、相対値が低ければ、その低い相対値が算出された位置における相対的出力は、相対値の基準となった相対的出力値に比べて低いことを示す。つまり、相対値が低ければ、相対的出力の差が大きいため、相対的に輝度が低い暗部と判断される。
よって、複数のLEDを20mm間隔で配置した場合に、実施例の導光板1cによれば、±10.0mmの範囲内でピーク値の40%程度以上の輝度を有するため、発光面側においても輝度が低い暗部が生じるおそれがないことがわかった。
一方、比較例の導光板によれば、ピーク値の40%程度出力した範囲は、図11によれば、LEDが対向する位置から略±2.5mmであった。
よって、複数のLEDを20mm間隔で配置した場合に、比較例の導光板によれば、±2.5mmの範囲内のみピーク値に対して40%程度以上の輝度を有していないため、±2.5mm以上離れると、発光面において相対的に輝度が低い暗部が生じるおそれがあることがわかった。
10、10a〜10c 本体部
11 発光面
12 反射面
13、13a〜13c 入射面
14、14a 左側側面
15 上部面
16 下部面
20、20a〜20c 空孔配列部
21 空孔
24a〜24c 第1配列部A〜第1配列部C
25a〜25g 第2配列部A〜第2配列部G
50 LEDアレイ
60 反射シート
100 面光源装置
Claims (3)
- 光源と、前記光源から照射される光を側面である入射面から内部に導入させ、その内部に導入した光を正面である発光面から出射させて面発光する導光板と、を有する面光源装置であって、
前記導光板の入射面側の内部に、前記光源の光照射方向に対し傾斜して複数の空孔が配列してなる空孔配列部を有し、
前記空孔配列部は、第1配列部と第2配列部とを有しており、
前記第1配列部は、前記光源の光照射方向の軸線に対し第1の所定の角度を有するように傾斜して複数の空孔が配列するとともに、その軸線に対して線対称に配列して正面視略V字状に複数の空孔が配列してなり、
前記第2配列部は、前記第1配列部の外側に前記光源の光照射方向の軸線に対し第2の所定の角度を有するように傾斜して複数の空孔が配列するとともに、前記光源の光照射方向の軸線に対して線対称に複数の空孔が配列してなり、
前記第1配列部と前記第2配列部は、前記導光板の厚さ方向に複数の空孔が形成され、
前記第1配列部は、前記光照射方向に向かって複数形成されており、
前記第2配列部は、前記光照射方向の軸線に対して垂直方向に向かって複数形成されており、
前記複数の第2配列部は、前記光照射方向の軸線から離れて形成されるほど、前記光照射方向に向かって突出していることを特徴とする面光源装置。 - 前記入射面は、平面であることを特徴とする請求項1に記載の面光源装置。
- 光源から照射される光を側面である入射面から内部に導入させ、その内部に導入した光を正面である発光面から出射させて面発光する導光板であって、
前記導光板の入射面側の内部に、前記光源の光照射方向に対し傾斜して複数の空孔が配列してなる空孔配列部を有し、
前記空孔配列部は、第1配列部と第2配列部とを有しており、
前記第1配列部は、前記光源の光照射方向の軸線に対し第1の所定の角度を有するように傾斜して複数の空孔が配列するとともに、その軸線に対して線対称に配列して正面視略V字状に複数の空孔が配列してなり、
前記第2配列部は、前記第1配列部の外側に前記光源の光照射方向の軸線に対し第2の所定の角度を有するように傾斜して複数の空孔が配列するとともに、前記光源の光照射方向の軸線に対して線対称に複数の空孔が配列してなり、
前記第1配列部と前記第2配列部は、前記導光板の厚さ方向に複数の空孔が形成され、
前記第1配列部は、前記光照射方向に向かって複数形成されており、
前記第2配列部は、前記光照射方向の軸線に対して垂直方向に向かって複数形成されており、
前記複数の第2配列部は、前記光照射方向の軸線から離れて形成されるほど、前記光照射方向に向かって突出していることを特徴とする導光板。
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