JP7019881B2

JP7019881B2 - 面状照明装置

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Publication number: JP7019881B2
Application number: JP2021556548A
Authority: JP
Inventors: 聡菅原; 知子大原; 正雄宮本
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2040-10-15
Also published as: CN114846272A; JPWO2021131252A1; WO2021131252A1

Description

本発明は、面状照明装置に関する。

液晶表示装置のバックライト等に用いられる面状照明装置として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等による複数の光源が２次元的に配置され、光の出射面側に光学シート等が配置された、いわゆる直下型の面状照明装置が知られている。

このような直下型の面状照明装置では、ＬＥＤ等の光源の真上の部分と他の部分とで光量が異なり、輝度ムラが生じやすいため、光を遮断、反射または拡散させる材料で形成された方向変更部等の部材が、光源の真上に配置されたものが提案されている（例えば、特許文献１等を参照）。また、上記のような光を遮断等する部材が設けられた出射面には、更に他の光学シートが重ねて配置される場合がある。

特開２０１８－１０６８２６号公報

しかしながら、面状照明装置の薄型化の要求から、上述したような光を遮断等する部材が設けられた出射面に重ねて配置される光学シートについても薄型化が図られてきている。そのため、光を遮断等する部材の厚みによって、光学シートが変形（光を遮断等する部材の形状が転写されることによる変形）し、輝度ムラを生じさせてしまい、光学特性に悪影響を及ぼすおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光学特性への悪影響を低減することのできる面状照明装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る面状照明装置は、基板と、第１の光学シートと、第２の光学シートとを備える。前記基板は、複数の光源が２次元に配置される。前記第１の光学シートは、前記基板の前記光源が設けられる面側に配置され、平面視で前記光源の中心に重なる位置に遮光部が設けられる。前記第２の光学シートは、前記第１の光学シートの前記遮光部が設けられる面側に配置され、前記遮光部の厚みを収容する貫通孔または凹部が設けられる。

本発明の一態様に係る面状照明装置は、光学特性への悪影響を低減することができる。

図１は、第１の実施形態にかかる面状照明装置の平面図である。図２は、図１におけるＡ－Ａ断面図である。図３は、比較例の面状照明装置の部分的な断面図である。図４は、第２の実施形態にかかる面状照明装置の平面図である。図５は、図４におけるＡ－Ａ断面図である。図６は、図４におけるＢ－Ｂ断面図である。図７は、第３の実施形態にかかる面状照明装置の平面図である。図８は、図７におけるＡ－Ａ断面図である。図９は、第４の実施形態にかかる光学シートの他の構成例を示す図である。

以下、実施形態に係る面状照明装置について図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる面状照明装置１の平面図であり、図２は、図１におけるＡ－Ａ断面図である。なお、図１において、面状照明装置１の筐体フレームについては、図示が省略されている。

図１および図２において、面状照明装置１は、略矩形状の平面形状をしており、基板２に導光板４、ベースシート５、光学シート７が順に積層された構造になっている。なお、光学シート７の外側には、更に他の光学シート（第３の光学シート）が任意の枚数だけ積層されるようにしてもよい。

基板２には、複数のＬＥＤ等による光源３が２次元に配置されており、各光源３への電気的な配線も設けられている。なお、複数の光源３は、いわゆるローカルディミングの制御により、個別に、または複数個のグループ単位に点灯が制御される。また、基板２の光源３が配置される面には、光の反射を良くするために、白色等の塗装が行われたり、反射シートが貼り付けられたり、反射シートが載置されたりすることが望ましいが、反射への対策が施されない場合もある。

導光板４は、基板２の光源３が配置される側の面に積層される。導光板４は、ポリカーボネート等の透明な樹脂により形成され、光源３を収容する光源用貫通孔４ａが厚み方向に設けられている。導光板４は、光源３から光源用貫通孔４ａの内壁面を通して光を受け入れ、内部を通過させた後に外部に光を放出する。導光板４には、光源用貫通孔４ａの他に、疑似光源用貫通孔が設けられる場合もあるが、その実施形態については後述する。また、導光板４が設けられない場合もあるが、その実施形態については後述する。

ベースシート５は、導光板４の基板２とは反対側の面に配置されている。ベースシート５は、図示の例では、光源３側に最も近い光学シートであり、単なる透明シートである場合もある。本実施形態のベースシート５は、導光板４（または基板２）側の面に複数のプリズムが形成されたプリズムシートである。ベースシート５には、面状照明装置１の出射面側（図２の上方）からの平面視で光源３の中心に重なる位置の、出射面側の面（基板２と反対側の面）に、遮光部６が設けられている。遮光部６は、例えば、面状照明装置１の出射面側から見て、導光板４の光源用貫通孔４ａを覆い隠すようなサイズとされている。

面状照明装置１の出射面側から見た遮光部６の外形は、例えば、円形である。このような円形の他に、楕円形や、四角形などの多角形でもよく、あるいは、×状や＊状などの複数本の直線を交差させたようなパターン（中央部の遮光度を高め、周辺部の遮光度を低くしたパターン）でもよい。遮光部６は、例えば、単一または複数の印刷層から構成される。遮光部６は、光源３から光源用貫通孔４ａを通って面状照明装置１の出射面側に直接に出る光や、光源３から光源用貫通孔４ａの内壁面を反射して面状照明装置１の出射面側に出る光や、光源用貫通孔４ａの内壁面を貫通して面状照明装置１の出射面側に出る光等を遮り、輝度ムラを低減させる。遮光部６は１００％の遮光度である必要はなく、輝度ムラを低減させるに足る遮光度とすることができる。また、遮光部６の各部は均一の遮光度である必要はなく、例えば、中央部の遮光度を高め、周辺部の遮光度を低くすることができる。複数の印刷層から構成される場合、径の大きい印刷層と、その上に積層される径の小さい印刷層とで、中央部の遮光度を高め、周辺部の遮光度を低くすることができる。ベースシート５は、第１の光学シートの一例である。

光学シート７は、ベースシート５の基板２と反対側の面側（面状照明装置１の出射面側）に配置される。光学シート７は、ベースシート５に単に積層されるものでもよいし、両面テープや接着剤等により全面または部分的に接着されるものでもよい。光学シート７は、拡散シート、プリズムシート（ピラミッドフィルムを含む）、輝度向上シート等の輝度特性や配光特性等を調整するシート（フィルム）であってもよいし、光学特性に影響を与えない単なる透明シートであってもよい。光学シート７には、ベースシート５上の遮光部６の厚みを収容する貫通孔７ａが設けられている。なお、図２では光学シート７の厚みに対して遮光部６の厚みが半分程度に描かれているが、遮光部６の厚みが光学シート７の厚みよりも大きくてもよく、貫通孔７ａにより遮光部６の厚みの一部が収容されるものでもよい。この場合、光学シート７の外側に配置される他の光学シート（第３の光学シート）は平坦であってもよいし、貫通孔７ａに対応した位置に貫通孔や凹部（遮光部６に対向する側）が設けられるものでもよい。前述のように、遮光部６の平面形状の外形が円形である場合、貫通孔７ａも円形となる。貫通孔７ａの径は、遮光部６の径よりも、実装上の誤差を考慮したクリアランス分、大きなサイズとなっている。例えば、遮光部６の径に対して１０％程度のクリアランスが与えられる。なお、クリアランスの大きさはこれに限定されるものではなく、特に、光学シート７が「単なる透明シート」の場合、クリアランスは１０％より大きくてもよい。貫通孔７ａに代えて凹部が設けられる場合もあるが、その実施形態については後述する。光学シート７は、第２の光学シートの一例である。

図３は、比較例の面状照明装置１’の部分的な断面図であり、図２と同様な箇所における断面図である。また、平面図は図１と同様である。

図３において、基板２’、光源３’、導光板４’、光源用貫通孔４ａ’、ベースシート５’、遮光部６’は、図２の面状照明装置１の基板２、光源３、導光板４、光源用貫通孔４ａ、ベースシート５、遮光部６と同様である。異なるのは、光学シート７’に貫通孔７ａが設けられておらず、遮光部６’が設けられたベースシート５’上に直接に光学シート７’が重ねて配置されている点である。そのため、図３に示されるように、光学シート７’が薄い場合、遮光部６’の厚みによって光学シート７’が変形してしまい、輝度ムラを生じさせる等、光学特性に悪影響を及ぼすおそれがある。例えば、光学シート７’が、表面に微小なプリズムの形成されたプリズムシートである場合、光学シート７’の表面が変形によって平坦でなくなることにより、光の出射する方向が予定したものとならず、輝度ムラを発生させてしまう。

それに対し、図１および図２の第１の実施形態にかかる面状照明装置１では、光学シート７に設けられた貫通孔７ａによって遮光部６の厚みが収容され、光学シート７が遮光部６に接触することがなくなるため、光学シート７が変形することがなくなり、光学特性に悪影響を及ぼすおそれはなくなる。なお、光学シート７の貫通孔７ａの部分には、光学シートとしての機能はなくなるが、遮光部６によって光量が抑えられている部分であるため、光学特性に悪影響を及ぼすおそれはほとんどない。また、遮光部６を囲むクリアランスについても、前述したように１０％程度の微小なものであり（前述のように、クリアランスの大きさは１０％程度に限定されないが、微小であることに変わりはない）、光学特性に悪影響を及ぼすおそれはほとんどない。特に、光学シート７の外側に更に他の光学シートが設けられる場合には、光学特性への影響はさらになくなる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態にかかる面状照明装置１の平面図であり、図５は、図４におけるＡ－Ａ断面図であり、図６は、図４におけるＢ－Ｂ断面図である。この第２の実施形態は、導光板４に光源用貫通孔４ａの他に、疑似光源用貫通孔４ｂが設けられた点が前述した第１の実施形態と異なる。

図４において、遮光部６を収容する貫通孔７ａは、縦横に２次元に配置されており、各貫通孔７ａを囲む矩形の角点と、矩形の辺の中点とに、疑似光源用貫通孔４ｂが設けられている。なお、貫通孔７ａと疑似光源用貫通孔４ｂとの配置は図示のものに限られず、貫通孔７ａを中心に疑似光源用貫通孔を三角形状に配置する等の変形が可能である。

図５および図６において、基板２上にＬＥＤ等による光源３が設けられた部分に対応して、導光板４には光源用貫通孔４ａが設けられている。疑似光源用貫通孔４ｂは、光源３のない部分に設けられている。光源３から光源用貫通孔４ａの内壁面を通して入射した光が、導光板４の内部を通過した後に疑似光源用貫通孔４ｂの内壁面から出射することで、内部に光源３がある光源用貫通孔４ａと同様に疑似光源用貫通孔４ｂは光を出射する。そのため、基板２上の光源３の配置の密度を減らしても、輝度ムラを増加させることがなくなり、光源３の個数の減少により製造上のコストを低減することができる。なお、疑似光源用貫通孔４ｂ内に実際の光源３は存在しないため、光源３から面状照明装置１の出射面側に直接に出る光を遮るための遮光部６は不要となる。

光学シート７の貫通孔７ａによる効果は第１の実施形態と同様であり、光学シート７が遮光部６に接触することがなくなるため、光学シート７が変形することがなくなり、光学特性に悪影響を及ぼすおそれはない。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態にかかる面状照明装置１の平面図であり、図８は、図７におけるＡ－Ａ断面図である。この第３の実施形態は、図１および図２の第１の実施形態から導光板４を除去したものである。なお、図４～図６の第２の実施形態から導光板４を除去してもよい。

図７および図８において、基板２、光源３、ベースシート５、遮光部６、光学シート７、貫通孔７ａは図１および図２の第１の実施形態と同様である。ただし、図８では導光板４がなくなるため、ベースシート５は、図示しないスペーサ等によって基板２上に所定の間隔をあけて支持される。基板２とベースシート５との間隔は、短すぎると光源３からの光が充分に広がらずにベースシート５に到達して輝度ムラの原因となるため、輝度ムラが許容される程度の適度な間隔とされる。また、導光板４が存在しないため、導光板４の光源用貫通孔４ａの径に応じて遮光部６の径を決めなくてもよい。この場合、遮光部６は光源３から直接に出射面側に出る光を遮光すれば足りる。

（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態にかかる光学シート７の他の構成例を示す図である。図９では光学シート７のみを示しており、第１～３の実施形態における光学シート７に代えて適用することができる。第１～３の実施形態では、光学シート７に貫通孔７ａが設けられるものとしたが、この第４の実施形態では、光学シート７に遮光部６の厚みを収容する凹部が設けられるものとしている。

図９において、光学シート７はシート部材７１とシート部材７２とが貼り合わされて形成されるものとしている。一方のシート部材７１には貫通孔７１ａが設けられ、もう一方のシート部材７２に貫通孔は設けられていない。そして、シート部材７１とシート部材７２とが貼り合わされた状態で、貫通孔７１ａの部分が凹部７ｂとなる。すなわち、シート部材７１の貫通孔７１ａとシート部材７２とにより光学シート７の凹部７ｂが形成される。凹部７ｂの深さ（シート部材７１の厚みに等しい）は、遮光部６の厚みよりも大きいサイズに設定される。シート部材７１は、第１のシート部材の一例である。シート部材７２は、第２のシート部材の一例である。

光学シート７の凹部７ｂによる効果は第１～３の実施形態と同様であり、光学シート７が遮光部６に接触することがなくなるため、光学シート７が変形することがなくなり、光学特性に悪影響を及ぼすおそれはない。なお、凹部７ｂと重なるシート部材７２の部分が貫通孔でないため、シート部材７２側に光学シートとしての機能を発揮させることができ、凹部７ｂによる光学特性への影響を更に低減させることができる。

（変形例）
上記の実施形態の変形例として、図２、図５または図８の構成に代えて、ベースシート５の基板２側の面側に遮光部６が移動され、ベースシート５の基板２側（第１、第２の実施形態ではベースシート５と導光板４との間）に、貫通孔７ａまたは凹部７ｂ（図９）が設けられた第２の光学シートとしての光学シート７が配置されるようにしてもよい。

また、図２、図５または図８の構成に加え、ベースシート５の基板２側（第１、第２の実施形態ではベースシート５と導光板４との間）に他の光学シート（第４の光学シート）が配置されるようにしてもよい。なお、図２、図５または図８の構成に代えて、ベースシート５の基板２側の面側に遮光部６が移動され、ベースシート５の基板２側に貫通孔７ａまたは凹部７ｂ（図９）が設けられた光学シート７がある場合に、この光学シート７の更に基板２側の面に他の光学シート（第４の光学シート）が配置されるようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

以上のように、実施形態に係る面状照明装置は、複数の光源が２次元に配置される基板と、基板の光源が設けられる面側に配置され、平面視で光源の中心に重なる位置に遮光部が設けられる第１の光学シートと、第１の光学シートの遮光部が設けられる面側に配置され、遮光部の厚みを収容する貫通孔または凹部が設けられる第２の光学シートとを備える。これにより、光学特性への悪影響を低減することのできる面状照明装置を提供することができる。

また、遮光部は、第１の光学シートの基板と反対側の面側、または、第１の光学シートの基板側の面側に配置される。これにより、遮光部の配置の自由度を向上させることができる。

また、遮光部は、単一または複数の印刷層から構成される。これにより、多様な構造の遮光部に適用することができる。

また、平面視で遮光部の外形は円形であり、遮光部の厚みを収容する貫通孔または凹部は、遮光部の外形よりも所定のクリアランス分だけサイズの大きい円形である。これにより、製造上の誤差を吸収し、光学特性への悪影響を低減することができる。

また、第１の光学シートまたは第２の光学シートのうち基板から遠い側の外側の面側に配置される第３の光学シートを備える。これにより、光学特性を任意に調整が可能になるとともに、第２の光学シートの貫通孔または凹部による光学特性への影響を低減することができる。

また、第１の光学シートまたは第２の光学シートのうち基板に近い側の基板側の面側に配置される第４の光学シートを備える。これにより、光学特性を任意に調整が可能になる。

また、基板の光源が設けられる面側に隣接して配置され、光源を収容する貫通孔が厚み方向に設けられる導光板を備える。これにより、光源を収容する貫通孔が設けられた導光板を含む面状照明装置に適用することができる。

また、導光板には、光源を収容する貫通孔の周囲に疑似光源用の貫通孔が厚み方向に設けられる。これにより、光源を収容する貫通孔と疑似光源用の貫通孔とが設けられた導光板を含む面状照明装置に適用することができる。

また、第２の光学シートは、貫通孔が設けられた第１のシート部材と、貫通孔が設けられていない第２のシート部材とが積層され、第１のシート部材の貫通孔と第２のシート部材とにより第２の光学シートの凹部が形成される。これにより、第２の光学シートの凹部を容易に形成することができるとともに、凹部と重なる第２のシート部材に光学シートとしての機能を発揮させることができ、光学特性への影響を更に低減させることができる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１面状照明装置，２基板，３光源，４導光板，４ａ光源用貫通孔，４ｂ疑似光源用貫通孔，５ベースシート，６遮光部，７光学シート，７ａ貫通孔，７ｂ凹部，７１シート部材，７１ａ貫通孔，７２シート部材

Claims

複数の光源が２次元に配置される基板と、
前記基板の前記光源が設けられる面側に配置され、平面視で前記光源の中心に重なる位置に遮光部が設けられる第１の光学シートと、
前記第１の光学シートの前記遮光部が設けられる面側に配置され、前記遮光部の厚みを収容する貫通孔または凹部が設けられる第２の光学シートと、
を備える面状照明装置。
前記第２の光学シートは、前記第１の光学シートの前記遮光部が設けられる面側に、他の部材を介在せずに直接に積層される、
請求項１記載の面状照明装置。
前記遮光部は、前記第１の光学シートの前記基板と反対側の面側、または、前記第１の光学シートの前記基板側の面側に配置される、
請求項１または２に記載の面状照明装置。
前記遮光部は、単一または複数の印刷層から構成される、
請求項１～３のいずれか一つに記載の面状照明装置。
平面視で前記遮光部の外形は円形であり、
前記遮光部の厚みを収容する貫通孔または凹部は、前記遮光部の外形よりも所定のクリアランス分だけサイズの大きい円形である、
請求項１～４のいずれか一つに記載の面状照明装置。
前記第１の光学シートまたは前記第２の光学シートのうち前記基板から遠い側の外側の面側に配置される第３の光学シート、
を備える請求項１～５のいずれか一つに記載の面状照明装置。
前記第１の光学シートまたは前記第２の光学シートのうち前記基板に近い側の前記基板側の面側に配置される第４の光学シート、
を備える請求項１～６のいずれか一つに記載の面状照明装置。
前記基板の前記光源が設けられる面側に隣接して配置され、前記光源を収容する貫通孔が厚み方向に設けられる導光板、
を備える請求項１～７のいずれか一つに記載の面状照明装置。
前記導光板には、前記光源を収容する貫通孔の周囲に疑似光源用の貫通孔が厚み方向に設けられる、
請求項８に記載の面状照明装置。
前記第２の光学シートは、貫通孔が設けられた第１のシート部材と、貫通孔が設けられていない第２のシート部材とが積層され、前記第１のシート部材の貫通孔と前記第２のシート部材とにより前記第２の光学シートの凹部が形成される、
請求項１～９のいずれか一つに記載の面状照明装置。