JP7250667B2 - 面状照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、面状照明装置に関する。

導光板の入光側面から光を入射し、導光板の一方の主面から光を出射する、いわゆるエッジライト型の面状照明装置が知られている（例えば、特許文献１、２等を参照）。このような面状照明装置は、車載用の液晶表示装置におけるバックライト等として用いられている。

一般的な面状照明装置では、光出射用の開口が設けられたトップフレームが筐体の一部として用いられることが多く、トップフレームにおける光出射用の開口を形成する部分は額縁と呼ばれている。昨今では主にデザイン上の観点から、額縁の幅を狭くする狭額縁化が要請されている。

また、一般的な面状照明装置では、輝度均一性や配光特性を調整するために、拡散シート、プリズムシート、輝度向上シート等の各種の光学シートが導光板の出射面側に積層されている。

特開２００５－７７７５３号公報 特開２０１７－９８２７１号公報

しかしながら、面状照明装置の狭額縁化に伴い、導光板と額縁との被り量が減少し、ユーザが出射面を斜め手前方向から覗き込んだときに、導光板からの漏れ光が直線状の端光として見え、違和感がある場合がある。端光の要因としては、いくつかが考えられる。一つは、導光板の入光側面以外の側面から漏れ出た光が、ボトムフレームの側壁の内面との間の隙間を介して側壁の内面にて反射し、光学シートとトップフレームの庇部（額縁を構成する部分）との間のクリアランス（Ｚクリアランス）内を反射して出てくる場合が考えられる。また、導光板の入光側面以外の側面から漏れ出た光が、ボトムフレームの側壁の内面との間の隙間を介して側壁の内面にて反射し、光学シートを貫通した後にＺクリアランス内を反射して出てくる場合が考えられる。今後、面状照明装置の狭額縁化が進むにつれ、そのような端光への対策が重要になってくると考えられる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、端光を有効に抑制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、導光板と、複数の光源と、１以上の光学シートと、ボトムフレームおよびトップフレームとを備える。前記導光板は、入光側面から入光する。前記複数の光源は、前記導光板の入光側面に光を照射する。前記１以上の光学シートは、前記導光板の出射面側に他の部材を介在せずに直接に積層される。前記ボトムフレームおよび前記トップフレームは、前記導光板、前記光源および前記光学シートを収容する。前記導光板および前記光学シートの非入光側のいずれかの側面には前記ボトムフレームの側壁の内面との間に隙間が設けられる。前記トップフレームの開口部を形成する庇部と前記ボトムフレームの床部との間に前記導光板および前記光学シートの前記隙間が設けられた非入光側の端部が挟持される。前記導光板の非入光側の前記隙間が設けられたいずれかの側面には、反射層が形成される。前記光学シートの前記隙間が設けられた非入光側の端部と前記庇部との間には、前記隙間に連続する、前記導光板の厚さ方向のクリアランスが設けられる。

本発明の一態様に係る面状照明装置は、端光を有効に抑制することができる。

図１は、一実施形態にかかる面状照明装置の外観斜視図である。 図２は、図１における面状照明装置のＹ－Ｙ端面図である。 図３Ａは、比較例にかかる面状照明装置の構成例を示す端面図である。 図３Ｂは、面状照明装置の出射面を正面から見た状態と４５°斜め手前方向から見た状態とを示す図である。 図４Ａは、比較例の面状照明装置に遮光部を追加した状態を示す断面図である。 図４Ｂは、面状照明装置の出射面を正面から見た状態と４５°斜め手前方向から見た状態とを示す図である。 図５は、遮光部がない状態とある状態とで、面状照明装置の出射面を正面から見た状態における端部付近を横切る位置と輝度との関係の例を示す図である。 図６は、遮光部がない状態とある状態とで、面状照明装置の出射面を４５°斜め手前方向から見た状態における端部付近を横切る位置と輝度との関係の例を示す図である。 図７Ａは、面状照明装置において、反射層を設けない場合と、各種の素材による反射層を設けた場合における、出射面を４５°斜め手前方向から見た状態を示す図である。 図７Ｂは、出射面を４５°斜め手前方向から見た状態における端部付近を横切る位置（図７Ａの破線部分）と輝度との関係の例を示す図である。 図８Ａは、面状照明装置において、反射層を設けない場合と、各種の素材による反射層を設けた場合における、出射面を正面から見た状態を示す図である。 図８Ｂは、出射面を正面から見た状態における端部付近を横切る位置（図８Ａの破線部分）と輝度との関係の例を示す図である。

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。

図１は、一実施形態にかかる面状照明装置１の外観斜視図である。図１において、説明の便宜上、図の左右方向をＸ軸方向、図の奥行方向をＹ軸方向、図の上下方向をＺ軸方向とする。

図１において、面状照明装置１は、略長方形（略正方形でも可）で略板状の外形をしており、後述する導光板等を収容する有床箱状のボトムフレーム２と、ボトムフレーム２の開口側を覆うトップフレーム３とから筐体が構成されている。トップフレーム３には略矩形状の開口部３ａにより出射面４が設けられており、面状照明装置１の内部から外部に向かって光が照射されるようになっている。ボトムフレーム２およびトップフレーム３は、ダイカストや板金等により形成されている。車載用のナビゲーション装置やインジケータ等のバックライトとして面状照明装置１が用いられる場合、液晶表示装置等は出射面４の側に装着される。

図２は、図１における面状照明装置１のＹ－Ｙ端面図である。図２において、ボトムフレーム２は、床部２ａと、この床部２ａの周囲の４辺を囲む側壁２ｂとを有している。ボトムフレーム２の床部２ａ上には、反射シート５、導光板６、光学シート７、８、９が順に積層されている。反射シート５は、導光板６から床部２ａ側に漏れた光を反射して、導光板６に戻すためのものである。ボトムフレーム２の床部２ａの内面に白色の塗装等が施されて反射特性が良好な場合は、反射シート５が省略される場合もある。

導光板６は、アクリル等の透明な樹脂により形成されており、一の側面（入光側面）から入射された光を全面に導き、一の主面から出射する。導光板６の、非入光側の３辺の全てまたはいずれかの側面には、反射層６ａが設けられている。反射層６ａは、導光板６の内部からの光を導光板６の外部に漏らさないためのものである。導光板６からいったん漏れた光を導光板６に戻すのは困難であるため、反射層６ａにより導光板６から可能な限り光を漏らさないようにしている。ただし、導光板６の非入光側の側面に反射層６ａを設けることで、反射層６ａによる光の吸収や散乱によって出射面４への輝度の低下が生じやすいことから、単に光を漏らさないようにするだけではなく、反射層６ａに到来した光のほぼ全てを反射することが重要となる。

反射層６ａによる具体的な効果については後述するが、全反射によるものと拡散反射によるものとを用いることができる。全反射によるものとしては、銀やアルミ等の金属を蒸着したシート（テープ）を接着したり、導光板６の側面に直接に銀やアルミ等の金属を蒸着したりすることによって実現することができる。シート（テープ）を接着する場合、接着材（接着層）による光の散乱や吸収を防止するために、光の散乱や吸収の少ない、例えば、アクリル系の接着材を用いることが望ましい。なお、薄い両面テープであれば、両面テープを構成する基材の影響もほとんどないことが確認されているが、基材の影響を確実に除くために、シート（テープ）に接着材を直接吹き付けたり塗布してもよい。この場合、導光板６の側面の位置を基材の厚さ分トップフレーム３の開口部３ａから離すことができる。これらによって、端光をより一層有効に抑制することができる。また、拡散反射によるものとしては、白色のＰＥＴ（polyethylene terephthalate）材のシート（テープ）等を接着することによって実現することができる。

光学シート７は、例えば、拡散シートである。光学シート８は、例えば、プリズムシートである。光学シート９は、例えば、輝度上昇フィルム（ＤＢＥＦ：Dual Brightness Enhancement Film）である。なお、導光板６の出射面側に配置される光学シートの枚数は３枚に限られない。

導光板６および光学シート７、８、９の非入光側の端部とボトムフレーム２の側壁２ｂとの間には、温度変化による導光板６および光学シート７、８、９の伸縮を許容するために、隙間が形成されている。また、導光板６および光学シート７、８、９の非入光側の端部は、トップフレーム３の額縁を形成する庇部３ｂと、ボトムフレーム２の床部２ａとの間に挟持されるようになっている。

一方、導光板６の入光側の構成として、ボトムフレーム２の側壁２ｂには、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等による光源１１が例えば一列に複数配置された基板１０が固定され、光源１１の発光面が導光板６の側面（入光側面）と対向するようになっている。なお、トップビュータイプ（天面から発光するタイプ）のＬＥＤ等による光源１１の場合を図示しているが、トップビュータイプに代えて、側面から発光するサイドビュータイプのＬＥＤ等を光源１１として用いてもよい。この場合、基板１０の面は導光板６の入光側面と直交して配置されることになる。

以下、面状照明装置において端光が発生する要因について比較例を用いて考察する。図３Ａは、比較例にかかる面状照明装置１’の構成例を示す端面図であり、非入光側の端部を示している。図３Ａにおいて、ボトムフレーム２’の床部２ａ’には、反射シート５’、導光板６’、光学シート７’、８’、９’が順に積み上げられて配置されている。導光板６’等の非入光側の端部とボトムフレーム２’の側壁２ｂ’の内面との間には隙間が形成され、導光板６’等の端部はトップフレーム３’の庇部３ｂ’とボトムフレーム２の床部２ａとにより挟持されるようになっている。また、ボトムフレーム２’の側壁２ｂ’の内面には、白色のＰＥＴ材のシート（テープ）等による反射部１２’が設けられている。反射部１２’としては、反射シート５’を側壁２ｂ’まで延ばして折り曲げることで、反射シート５’と反射部１２’とを一体化する場合もある。入光側の構成は、図２と同様である。

図３Ａにおいて、ユーザが出射面を斜め手前方向から覗き込んだときに観測される端光の到来経路としては、破線Ａ、Ｂ、Ｃによるものが考えられる。破線Ａは、導光板６’の側面から漏れ出た光が、ボトムフレーム２’の側壁２ｂ’の内面との間の隙間を介して反射部１２’に入射して反射し、光学シート９’とトップフレーム３’の庇部３ｂ’との間のクリアランス（Ｚクリアランス）内を反射して出てくるものである。破線Ｂは、導光板６’の側面から漏れ出た光が、ボトムフレーム２’の側壁２ｂ’の内面との間の隙間を介して反射部１２’に入射して反射し、光学シート７’、８’、９’のいずれかを貫通した後にＺクリアランス内を反射して出てくるものである。破線Ｃは、導光板６’の端部の反射シート５’側の角部の輝きが、導光板６’、光学シート７’、８’、９’を通して出てくるものである。

図３Ｂは、図３Ａの面状照明装置１’の出射面を正面から見た状態（上段）と４５°斜め手前方向から見た状態（下段）とを示す図である。上段の正面から見た状態では分からないが、下段の４５°斜め手前方向から見た状態では、端部付近Ｅに線状の端光が発生している。

図４Ａは、比較例の面状照明装置１’に遮光部１３’を追加した状態を示す断面図であり、導光板６’の非入光側の端部と光学シート７’の端部との間に白色のＰＥＴ材等からなる遮光部１３’が挟まれ、遮光部１３’は反射部１２’に接するまで延在されている。これにより、図３Ａにおける破線Ａ、Ｂの経路が遮断されることになる。なお、遮光部１３’は、図４Ａにおける手前側の端から奥行方向に幅Ｗだけ設けられているものとしている。

図４Ｂは、図４Ａの面状照明装置１’の出射面を正面から見た状態（上段）と４５°斜め手前方向から見た状態（下段）とを示す図である。上段の正面から見た状態ではわからないが、下段の４５°斜め手前方向から見た状態では、端部付近Ｅにおける線状の端光が、遮光部１３’が設けられた幅Ｗの領域では消失している。

図５は、遮光部１３’がない状態とある状態とで、面状照明装置１’の出射面を正面から見た状態における端部付近を横切る位置と輝度との関係の例を示す図である。図６は、遮光部１３’がない状態とある状態とで、面状照明装置１’の出射面を４５°斜め手前方向から見た状態における端部付近を横切る位置と輝度との関係の例を示す図である。端部付近を横切る位置は、図３Ｂ、図４Ｂにおいて、上下方向に一点鎖線で示した線上の位置であり、出射面の外側の額縁上に原点が置かれている。

図５において、遮光部１３’がない状態の面状照明装置１’（Initial）と、遮光部１３’がある状態の面状照明装置１’（w/PET）とで、輝度の差はほとんどない。しかし、図６において、遮光部１３’がない状態（Initial）では、Ｐ１において端光による輝度の上昇が発生しているが、遮光部１３’がある状態（w/PET）では輝度の上昇はない。このことから、端光の発生の要因は、ほとんどが図３Ａにおける破線Ａ、Ｂの経路によるものと判断することができる。

以上のことから、図４Ａにおける遮光部１３’により端光の発生を抑制できることが分かったが、遮光部１３’を設けることは困難である。すなわち、導光板６’や光学シート７’、８’、９’は温度変化によって伸縮するため、それらの端部とボトムフレーム２’の側壁２ｂ’との間に遮光部１３’を安定して配置することは困難だからである。そのため、図２の面状照明装置１では、導光板６の、非入光側の３辺の全てまたはいずれかの側面には、導光板６に一体に反射層６ａが設けられるものとしている。

次に、導光板６の反射層６ａとして、具体的にどのような素材を用いるのが適切であるかについて考察する。

図７Ａは、面状照明装置１において、反射層６ａを設けない場合と、各種の素材による反射層６ａを設けた場合における、出射面を４５°斜め手前方向から見た状態を示す図である。図７Ａにおいて、「INITIAL」は反射層６ａが設けられていない場合（代わりに図３Ａのように反射部１２’が設けられている場合）、「白ＰＥＴ」は反射層６ａとして白色のＰＥＴ材が両面テープで貼り付けられている場合、「Ａｌ蒸着テープ」は反射層６ａとしてアルミニウムが蒸着されたテープが両面テープで貼り付けられている場合、「Ａｇ反射テープ」は、反射層６ａとして銀が蒸着されたテープが両面テープで貼り付けられている場合である。「白ＰＥＴ」の場合は拡散反射、「Ａｌ蒸着テープ」と「Ａｇ反射テープ」の場合は正反射となる。なお、「Ａｌ蒸着テープ」の反射率は約９０％、「Ａｇ反射テープ」の反射率は約９７％である。

図７Ｂは、出射面を４５°斜め手前方向から見た状態における端部付近を横切る位置（図７Ａの破線部分）と輝度との関係の例を示す図である。図７Ｂから分かるように、反射層６ａを設けない「INITIAL」ではＰ２において上昇していた輝度が、反射層６ａを設けた場合にはいずれの素材においても上昇せず、端光が抑制されている。このことから、端光の抑制という観点からは、「白ＰＥＴ」「Ａｌ蒸着テープ」「Ａｇ反射テープ」のいずれの素材を反射層６ａを用いてもよいことが分かる。なお、端光が発生していた部分の輝度がより低いという観点からは、正反射となる「Ａｌ蒸着テープ」および「Ａｇ反射テープ」が好ましい。

図８Ａは、面状照明装置１において、反射層６ａを設けない場合と、各種の素材による反射層６ａを設けた場合における、出射面を正面から見た状態を示す図である。図８Ｂは、出射面を正面から見た状態における端部付近を横切る位置（図８Ａの破線部分）と輝度との関係の例を示す図である。図８Ｂから分かるように、Ｐ３において「Ａｌ蒸着テープ」の場合に２～３％の輝度の低下がみられる。これは、「Ａｌ蒸着テープ」の反射率が約９０％ということによるものと考えられる。よって、図７Ｂの結果と図８Ｂの結果とを考慮すると、正反射となる「Ａｇ反射テープ」が最も好ましいと考えられる。

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、入光側面から入光する導光板と、導光板の入光側面に光を照射する複数の光源と、導光板の出射面側に積層された１以上の光学シートと、導光板、光源および光学シートを収容するボトムフレームおよびトップフレームとを備え、導光板および光学シートの非入光側のいずれかの側面にはボトムフレームの側壁の内面との間に隙間が設けられ、トップフレームの開口部を形成する庇部とボトムフレームの底部との間に導光板および光学シートの端部が挟持され、導光板の非入光側の隙間が設けられたいずれかの側面には、反射層が形成されている。これにより、端光を有効に抑制することができる。

また、反射層は、正反射層である。これにより、拡散反射に比べて端光をより有効に抑制することができる。

また、正反射層は、銀の蒸着による層を含む。これにより、他の素材に比べて端光をより有効に抑制することができる。

また、正反射層は、アルミニウムの蒸着による層を含む。これにより、銀の蒸着による層を含む場合よりは若干劣るが、端光を有効に抑制することができる。

また、反射層は、拡散反射層である。これにより、正反射の場合よりは若干劣るが、端光を有効に抑制することができる。

また、拡散反射層は、白色のＰＥＴ材による層を含む。これにより、正反射の場合よりは若干劣るが、端光を有効に抑制することができる。

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 ボトムフレーム，３ トップフレーム，３ａ 開口部，３ｂ 庇部，４ 出射面，５ 反射シート，６ 導光板，６ａ 反射層，７～９ 光学シート，１０ 基板，１１ 光源

Claims (6)

1. 入光側面から入光する導光板と、
   前記導光板の入光側面に光を照射する複数の光源と、
   前記導光板の出射面側に他の部材を介在せずに直接に積層された１以上の光学シートと、
   前記導光板、前記光源および前記光学シートを収容するボトムフレームおよびトップフレームと、
   を備え、
   前記導光板および前記光学シートの非入光側のいずれかの側面には前記ボトムフレームの側壁の内面との間に隙間が設けられ、
   前記トップフレームの開口部を形成する庇部と前記ボトムフレームの床部との間に前記導光板および前記光学シートの前記隙間が設けられた非入光側の端部が挟持され、
   前記導光板の非入光側の前記隙間が設けられたいずれかの側面には、反射層が形成され、
   前記光学シートの前記隙間が設けられた非入光側の端部と前記庇部との間には、前記隙間に連続する、前記導光板の厚さ方向のクリアランスが設けられる、
   面状照明装置。
2. 前記反射層は、正反射層である、
   請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記正反射層は、銀の蒸着による層を含む、
   請求項２に記載の面状照明装置。
4. 前記正反射層は、アルミニウムの蒸着による層を含む、
   請求項２に記載の面状照明装置。
5. 前記反射層は、拡散反射層である、
   請求項１に記載の面状照明装置。
6. 前記拡散反射層は、白色のＰＥＴ材による層を含む、
   請求項５に記載の面状照明装置。

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