JP2010282908A

JP2010282908A - 照明装置

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Publication number: JP2010282908A
Application number: JP2009136871A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Sato; 明彦佐藤; Hiroshi Mizuno; 水野　　宏; Yukitoshi Hattori; 幸年服部
Original assignee: Hayashi Telempu Corp
Current assignee: Hayashi Telempu Corp
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2010-12-16

Abstract

【課題】複数の点状光源を用いても、光源間の明暗ムラや輝線が発光面に現れるのを防ぐことができる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置２０は、複数の点状光源１２と、これらの点状光源１２から光を入射させる拡散導光体２４と、導光板２８とを備える。拡散導光体２４は、その前面２４ａから点状光源１２の光を入射させるとともに、その後面２４ｂから導光板２８の一側面２８ａへと光を出射させ、導光板２８は、一側面２８ａから入射した光を、その正面２８ｂから光を出射させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、点状光源を用いた照明装置、特に複数の点状光源を用いても、表示部分の輝度分布の均一性を向上することができる照明装置に関する。

液晶表示装置などの表示装置を照明するための部材として、照明装置が利用されている。従来、このような照明装置には、冷陰極管などの線状光源が広く利用されてきたが、近年では、線状光源に代えて、ＬＥＤなどの点状光源を用いる照明発光装置が注目されている。

例えば、特許文献１（特開２００８−１７１７１７号公報）には、導光板と、該導光板の入光端面に隣接して設けられた点状光源と、導光板の光出射面側に配設された拡散板であって、その一端が前記導光板の入光端面を越えて点状光源と重なる位置に配設されている面状照明装置が開示されている。

この面状照明装置では、特定の位置に拡散板を配設することにより、点状光源からの漏れ光を拡散板へ誘導し、その結果、照明装置の輝度を向上させることができる。また、拡散板の特定の位置に切欠きを形成すると、照明装置の発光面において、点状光源の前方の輝度が特に顕著に視認される「ホットスポット」が発生するのを回避することができる。

特開２００８−１７１７１７（特許請求の範囲）

しかしながら、特許文献１に記載された照明装置では、切欠きを設けなければ、点状光源近傍の発光面に発生するホットスポットを回避することはできない。また、たとえ切欠きを設けても、点状光源の像が導光板に映りこんで発生する輝線を抑制することができない。さらに、このような切欠きを形成した場合、点状光源と切欠きとの位置調整が困難となり、生産コストが増加する。

従って、本発明の目的は、点状光源を用いた場合であっても、簡単な構成で照明装置の正面方向に発生するホットスポット領域を低減することができる照明装置を提供することである。
本発明の他の目的は、外形を小さくしても、前記照明装置の明暗ムラを解消することができる照明装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、点状光源の像が導光板に映りこんで発生する輝線を抑制することができる照明装置を提供することである。

本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意研究を行った結果、従来用いられている導光板であっても、導光板の光入射面と、前記光入射面と相対して配設される点状光源との間に、特定の拡散導光体を挿入すると、点状光源間の明暗ムラを抑制してホットスポット領域を低減できるとともに、点状光源の映り込みによって生じる輝線を低減できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、複数の点状光源と、これらの点状光源から光を入射させる拡散導光体と、この拡散導光体に隣接して配設される導光板とを備える照明装置であって、
前記拡散導光体は、散乱粒子を含む透明樹脂で構成され、その前面から前記点状光源の光を入射させるとともに、その後面から前記導光板の一側面へと光を出射させ、
前記導光板は、前記一側面から前記拡散導光体からの光を入射させるとともに、その正面から光を出射させる、照明装置である。

前記照明装置において、拡散導光体の幅（Ｗ_Ｄ）と点状光源間の距離（Ｉ）とは、（Ｗ_Ｄ）／（Ｉ）＝１／５〜５／１の関係を満たしていてもよく、また、拡散導光体の幅（Ｗ_Ｄ）と導光板の幅（Ｗ_Ｌ）とは、（Ｗ_Ｄ）／（Ｗ_Ｌ）＝１／２００〜１／１の関係を満たしていてもよい。

また、このような照明装置は、拡散導光体の前面および後面の少なくとも一方に、互いに並列な複数の溝部を配設していてもよく、前記溝部の断面形状は、円弧状、Ｖ字状、および台形状からなる群から選択される少なくとも一種であってもよい。

特に、拡散導光体は、前面および後面にプリズム状の溝部を配設しているのが好ましい。

その一方で、前記導光板は、拡散導光体の後面と隣接する側面に、互いに並列な複数の溝部を配設していてもよく、前記溝部の断面形状は、円弧状、Ｖ字状、台形状からなる群から選択される少なくとも一種であってもよい。

本発明では、特定の拡散導光体を点状光源と導光板の間に挿入して照明装置を形成するため、複数の点状光源を用いても、点状光源間において発生する発光面の明暗ムラを効果的に抑制できるだけでなく、点状光源の映り込みによる輝線の発生を防止できる。
また、このような拡散導光体の幅が、特定の関係にある場合、外形を小さくしても照明装置の正面方向に発生するホットスポット領域を低減することができる。

本発明の第１の実施形態の照明装置を説明するための概略平面図である。本発明の第１の実施形態の照明装置の概略分解斜視図である。本発明の第２の実施形態の照明装置の概略分解斜視図である。本発明の溝部の断面形状を説明するための概略平面図である。実施例で作成された照明装置の輝度をシミュレートするための調査領域を説明するための概略図である。

この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解される。図面は必ずしも一定の縮尺で示されておらず、本発明の原理を示す上で誇張したものになっている。また、添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１および図２は、本発明の照明装置の第１の実施形態を示しており、図１は照明装置の構成を示す概略平面図であり、図２は照明装置の概略分解斜視図である。

第１の実施形態において、図１および図２に示すように、照明装置１０は、列状に並ぶ複数の点状光源１２と、この点状光源１２の配列方向（図１におけるＹ方向）と、その長手方向が前記Ｙ方向と平行になるように配設される拡散導光体１４と、この拡散導光体１４にその一側面（または光入射面）１８ａが隣接している導光板１８とを備えている。

点状光源１２から出射された光は、まず、拡散導光体１４の前面（光入射面）１４ａへ入射し、拡散導光体１４の内部で拡散された後、拡散導光体１４の後面（光出射面）１４ｂから、導光板１８の光入射面１８ａへと入射する。このとき、点状光源１２から出射された光は、点状光源１２間の輝度分布の不均一性を伴って、拡散導光体１４の前面１４ａへと入射するが、拡散導光体１４内部へと入射した光は、拡散導光体１４の内部で乱反射するため、拡散導光体１４の後面１４ｂから出射された光は、前記輝度分布の不均一性が解消された状態で、導光板１８の側面（光入射面）１８ａへと入射する。

導光板１８へ入射した光は、導光板の底面１９に設けられた光学パターンなどにより、導光板１８の正面（または光出射面）１８ｂから導光板と法線方向（図２におけるＺ方向）に出射する。このようにして、導光板１８から出射された発光面では、点状光源１２に由来する明暗ムラが解消され、照明装置１０の発光面の輝度を均一化することが可能となる。さらに、拡散導光体１４が導光板１８と点状光源１４との間に挿入されているため、点状光源１２の像が直接導光板１８に映りこむことを防止でき、その結果、導光板１８に輝線が発生するのを有効に抑制することができる。

なお、照明装置１０には、図示しないが、必要に応じて、光の出射効率を高める観点から反射材を適宜配設してもよい。このような反射材は、たとえば、導光板１８の光出射面１８ｂおよび光入射面１８ａを除く部分や、拡散導光体１４の光入射面１４ａおよび光出射面１４ｂを除く部分に配設してもよく、また、点状光源１２を取り囲んで配設してもよい。なお、反射材は、直接反射性を有する反射材（例えば、金属色反射材）であってもよいし、散乱反射性を有する反射材（例えば、白色反射材）などであってもよい。

図３は、本発明の液晶表示装置の第２の実施形態を説明するための概略分解斜視図である。第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の構造には、同じ符号を付している。また、この実施形態においても、上述のように反射材を必要に応じて配設してもよい。

第２の実施形態において、照明装置２０は、列状に並ぶ複数の点状光源１２と、この点状光源１２の配列方向（図３におけるＹ方向）と、その長手方向が前記Ｙ方向と平行になるように配設される拡散導光体２４と、この拡散導光体２４にその一側面（または光入射面）２７が隣接している導光板２８とを備えている。

拡散導光体２４の前面（光入射面）２４ａおよび後面（光出射面）２４ｂには、図３に示すように、導光板の表面と平行な断面（すなわち、Ｘ−Ｙ断面）においてＶ字状となる複数の溝部２５，２６をそれぞれ設けてもよい。このような溝部２５，２６は、任意に設けることができ、溝部によって点状光源からの光の拡散性を高めることができるだけでなく、このような溝部２５，２６により、点状光源１２の像が直接導光板２８に映りこむことを防止でき、その結果、導光板２８に輝線が発生するのを有効に抑制することができる。

また、導光板２８の光入射面２８ａにも、任意で、Ｘ−Ｙ断面においてＶ字状となる複数の溝部２７を設けてもよい。このような溝部は、拡散導光体から拡散された光が、導光板の光入射面２８ａにおいてさらに拡散された状態となるため、導光板２８における輝度の均一性をさらに向上することができるだけでなく、このような溝部２７により、点状光源１２の像が直接導光板２８に映りこむことを防止でき、その結果、導光板２８に輝線が発生するのを有効に抑制することができる。

以下、各構成要素の詳細について、詳述する。
（点状光源）
照明装置に配設される複数の点状光源としては、例えば白色ＬＥＤなどが例示できる。点状光源間の距離は、照明装置のサイズおよび必要とされる輝度に応じて適宜設定することができるが、例えば、点状光源間の距離（図１に示すＩ）と、拡散導光体の幅（図１に示すＷ_Ｄ）とは、例えば、（Ｗ_Ｄ）／（Ｉ）＝１／５〜５／１程度、好ましくは１／４〜４／１程度の関係を満たすと、効率的に輝度の向上と明暗ムラの解消とを行うことができる。
なお、ここで、点状光源間の距離とは、点状光源の中央部分間の距離を示し、拡散導光体の幅とは、図１におけるＸ方向（または、点状光源の配列方向に直交する方向）において、最も長い値をさす。

（拡散導光体）
拡散導光体は、透明なマトリックス材料（例えば、ポリメチルメタクリレート等）の中にその材料と屈折率の異なる散乱粒子（例えば、シリコーン、ガラス等の透明な微粒子）を混入し、前記粒子を均一に分散させた光散乱材料からなる。前記散乱粒子の平均直径は、例えば１μｍ〜１００μｍ程度の広い範囲から選択してもよいが、好ましくは１．５〜５０μｍ程度、より好ましくは２〜２０μｍ程度である。また、マトリックス材料中の散乱粒子の濃度は、例えば、０．０１〜１．０ｗｔ％程度、好ましくは０．１〜０．５ｗｔ％程度であってもよい。

本発明では、拡散導光体を設けることにより、照明装置の外形が小さくなっても、ホットスポットが発生する領域を狭くして、いわゆる助走距離を短くすることができる。たとえば、拡散導光体の幅（図１に示すＷ_Ｄ）と導光板の幅（図１に示すＷ_Ｌ）とは、（Ｗ_Ｄ）／（Ｗ_Ｌ）＝１／２００〜１／１程度、好ましくは１／１５０〜１／５程度、さらに好ましくは１／１００〜１／８程度であってもよい。
なお、ここで、導光板の幅とは、図１におけるＸ方向（または、点状光源の配列方向に直交する方向）において、最も長い値をさす。

拡散導光体の光入射面および／または光出射面には、光の拡散効率を上げるために互いに並列な複数の溝部を配設していてもよい。このような溝部のＸＹ平面における断面形状としては、例えば、円弧状、Ｖ字状、および台形状などが例示できる。これらの溝部は、必ずしも互いに接していなくてもよいが、互いに接して設けられているのが好ましい。
また、溝部の形状は、形成される面において、必ずしも均一である必要はないが、均一な溝部が連続して形成されるのが好ましい。

図４に示すように、溝部の幅（またはピッチ：Ｐ）は、拡散効率を向上できる限り特に限定されないが、例えば、０．１〜１ｍｍ程度、好ましくは０．２〜０．８ｍｍ程度であってもよく、溝部の深さ（Ｄ）は、例えば、０．０５〜０．５ｍｍ程度、好ましくは０．０８〜０．４ｍｍ程度であってもよい。

また、溝部が円弧状である場合、その半径は、例えば０．０５〜０．５ｍｍ程度、好ましくは０．０８〜０．４ｍｍ程度であってもよい。また、溝部がＶ字状である場合、そのＶ字角（θ）は、例えば３０〜１５０°程度、好ましくは４０〜１４０°程度であってもよい。

（導光板）
導光板は、透明材料（例えば、ポリメチルメタクリレート等）から形成され、偏平度（厚さ／長さで規定されるアスペクト比）が１０以上（例えば、１０〜５０程度、好ましくは１５〜４０程度）であってもよい。

また、導光板の光入射面には、光の拡散効率を上げるために互いに並列な複数の溝部を配設していてもよい。このような溝部のＸＹ平面における断面形状としては、例えば、円弧状、Ｖ字状、および台形状などが例示できる。これらの溝部は、必ずしも互いに接していなくてもよいが、互いに接して設けられているのが好ましい。

溝部の幅（またはピッチ：Ｐ）は、拡散効率を向上できる限り特に限定されないが、例えば、０．１〜１ｍｍ程度、好ましくは０．２〜０．８ｍｍ程度であってもよく、溝部の深さ（Ｄ）は、例えば、０．０５〜０．５ｍｍ程度、好ましくは０．０８〜０．４ｍｍ程度であってもよい。

また、溝部が円弧状である場合、その半径（ｒ）は、例えば０．０５〜０．５ｍｍ程度、好ましくは０．０８〜０．４ｍｍ程度であってもよい。また、溝部がＶ字状である場合、そのＶ字角（θ）は、例えば３０〜１５０°程度、好ましくは４０〜１４０°程度であってもよい。

導光板は、光入射面（すなわち、導光板の側面方向）から入射した光を導光し、光出射面（すなわち、導光板の正面方向）から発光させる。そのため、導光板の形状は、正面方向に光を出射できる限り特に限定されず、厚みが一定である直方体状であっても、楔形状であってもよいが、導光板の底面には、側面から入射した入射光を正面方向へと出射するために、ドット形状や円錐形状などの光学パターンなどを設けてもよい。また、例えば、導光板が楔形状である場合、導光板の底面は、光入射面から徐々に正面方向に向かって厚みが薄くなる傾斜面であってもよい。

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

（実施例１）
点状光源として、ＬＥＤ光源（日亜化学工業（株）製、「NSSW0064」）を隣接する光源間の距離（Ｉ）を１５ｍｍとして１０灯用いた。

そして、拡散導光体は、透明アクリル材（林テレンプ（株）製、「散乱体樹脂ハリヤーα」）を用いて、幅５ｍｍ、奥行き１５０ｍｍ、高さ３．５ｍｍの大きさに成形した。なお、拡散導光体の光入射面および光出射面の双方には、三角プリズム（ピッチ０．５ｍｍ、深さ０．２５ｍｍ、Ｖ字角９０°）が、それぞれ加工されている。

また、導光板としては、透明アクリル材を使用し、幅６０ｍｍ、奥行き１５０ｍｍ、高さ５ｍｍの直方体に成形した。導光板の光入射面には、円弧状の溝部（ピッチ０．６ｍｍ、深さ０．２５ｍｍ、円半径０．２５ｍｍ）が、形成されている。

なお、導光板の底面（すなわち、光出射面と相対する面）には、光学パターンとして、円錐状の窪みを複数形成した。これらの円錐状の窪みは、導光板の場所において、深さを適宜変化させて、面密度を変え、照明装置が任意の発光分布となるように調整している。

これらの点状光源と、拡散導光体と、導光板を図１に示すような配置で配設し、実施例１の照明装置を作製した。

ＬＥＤを点灯して、照明装置の輝度分布および輝線の有無を目視により確認したところ、照明装置は、点状光源に由来する明暗ムラを解消することができただけでなく、輝線も発生しなかった。

（比較例１）
拡散導光体を設けることなく、点状光源と導光板を隣接させて、照明装置を作成した。１／４波長板と着色フィルムとで構成される光吸収層を配設しない以外は実施例１と同様にして照明装置を作製した。
ＬＥＤを点灯して、照明装置の輝度分布および輝線の有無を目視により確認したところ、照明装置の発光面では、点状光源に由来する明暗ムラが発生しただけでなく、点状光源による輝線も発生した。

（実施例２）
導光板、拡散導光体の双方に溝部を設けない以外は、実施例１と同様にして照明装置を作製した。

（実施例３）
導光板には溝部を形成せず、拡散導光体の光入射面および光出射面の双方に円弧状の溝部（ピッチ０．６ｍｍ、深さ０．２５ｍｍ、円半径０．２５ｍｍ）を形成する以外は、実施例１と同様にして照明装置を作製した。

（実施例４）
導光板には溝部を形成せず、拡散導光体の光入射面および光出射面の双方にＶ字状の溝部（ピッチ０．６ｍｍ、深さ０．２５ｍｍ、Ｖ字角９０°）を形成する以外は、実施例１と同様にして照明装置を作製した。

（実施例５）
拡散導光体の光入射面および光出射面の双方に円弧状の溝部（ピッチ０．６ｍｍ、深さ０．２５ｍｍ、円半径０．２５ｍｍ）を形成する以外は、実施例１と同様にして照明装置を作製した。

（実施例６）
拡散導光体の光入射面および光出射面の双方に円弧状の溝部（ピッチ０．９ｍｍ、深さ０．４ｍｍ、円半径０．４ｍｍ）を形成する以外は、実施例１と同様にして照明装置を作製した。

（実施例７）
拡散導光体の光入射面および光出射面の双方に円弧状の溝部（ピッチ０．２２ｍｍ、深さ０．１ｍｍ、円半径０．１ｍｍ）を形成する以外は、実施例１と同様にして照明装置を作製した。

（実施例８）
拡散導光体の光入射面および光出射面の双方にＶ字状の溝部（ピッチ０．６ｍｍ、深さ０．２５ｍｍ、Ｖ字角６０°）を形成する以外は、実施例１と同様にして照明装置を作製した。

（実施例９）
拡散導光体の光入射面および光出射面の双方にＶ字状の溝部（ピッチ０．６ｍｍ、深さ０．２５ｍｍ、Ｖ字角１２０°）を形成する以外は、実施例１と同様にして照明装置を作製した。

（実施例１０）
拡散導光体の光入射面のみにＶ字状の溝部（ピッチ０．６ｍｍ、深さ０．２５ｍｍ、Ｖ字角９０°）を形成する以外は、実施例１と同様にして照明装置を作製した。

（実施例１１）
拡散導光体の光出射面のみにＶ字状の溝部（ピッチ０．６ｍｍ、深さ０．２５ｍｍ、Ｖ字角９０°）を形成する以外は、実施例１と同様にして照明装置を作製した。

（実施例１２）
拡散導光体の光入射面にＶ字状の溝部（ピッチ０．６ｍｍ、深さ０．２５ｍｍ、Ｖ字角９０°）を形成するとともに、光出射面に円弧状の溝部（ピッチ０．６ｍｍ、深さ０．２５ｍｍ、円半径０．２５ｍｍ）を形成する以外は、実施例１と同様にして照明装置を作製した。

（輝度の評価方法）
点状光源によるホットスポットの発生の程度を明らかにするため、実施例および比較例で作製した照明装置を用いて輝度シミュレーション実験によって調べた。図５に示すように、導光板の入光端面１８ａからＸ方向に沿って４〜１０ｍｍの間に長さ６ｍｍの調査領域５０を設定し、さらにこの調査領域５０をＹ方向に沿って幅２ｍｍを有する輝度測定領域５０１に細分化し、各輝度測定領域５０１における輝度から最小輝度（Ｌ_ｍｉｎ）と最大輝度（Ｌ_ｍａｘ）との比、すなわち暗部と明部との比（Ｌ_ｍｉｎ／Ｌ_ｍａｘ）を算出した。その結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１〜１２では、いずれ実施例においても明暗の比（Ｌ_ｍｉｎ／Ｌ_ｍａｘ）が０．４以上であり、照明装置の明暗ムラおよび輝線の発生を抑制することができると評価できる。

一方、比較例１を同様にして評価したところ、明暗の比（Ｌ_ｍｉｎ／Ｌ_ｍａｘ）が０．２であり、明部と暗部との差が非常に高く、照明装置の明暗ムラおよび輝線の発生を抑制することができないと評価できる。

なお、実施例１および比較例１に関しては、目視による評価とこれらのデータ結果とが一致していた。

本発明の照明装置は、複数の点状光源を用いても、点状光源間に生じる明暗ムラや、点状光源が映りこむことによって発生する輝線の発生を抑制することができるため、液晶表示装置のバックライトなどとして有用である。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、変更または削除が可能であり、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１０，２０…照明装置
１２…点状光源
１４，２４…拡散導光体
１８，２８…導光板

Claims

複数の点状光源と、これらの点状光源から光を入射させる拡散導光体と、この拡散導光体に隣接して配設される導光板とを備える照明装置であって、
前記拡散導光体は、散乱粒子を含む透明樹脂で構成され、その前面から前記点状光源の光を入射させるとともに、その後面から前記導光板の一側面へと光を出射させ、
前記導光板は、前記一側面から前記拡散導光体からの光を入射させるとともに、その正面から光を出射させる、照明装置。
請求項１において、拡散導光体の幅（Ｗ_Ｄ）と点状光源間の距離（Ｉ）とが、（Ｗ_Ｄ）／（Ｉ）＝１／５〜５／１の関係を満たす照明装置。
請求項１または２において、拡散導光体の幅（Ｗ_Ｄ）と導光板の幅（Ｗ_Ｌ）とが、（Ｗ_Ｄ）／（Ｗ_Ｌ）＝１／２００〜１／１の関係を満たす照明装置。
請求項１から３のいずれか一項において、拡散導光体は、前面および後面の少なくとも一方に、互いに並列な複数の溝部を配設している照明装置。
請求項４において、拡散導光体に形成される溝部の断面形状が、円弧状、Ｖ字状、および台形状からなる群から選択される少なくとも一種である照明装置。
請求項５において、拡散導光体は、前面および後面にプリズム状の溝部を配設している照明装置。
請求項１から６のいずれか一項において、導光板は、拡散導光体の後面と隣接する側面に、互いに並列な複数の溝部を配設している照明装置。
請求項７において、導光板に形成される溝部の断面形状が、円弧状、Ｖ字状、台形状からなる群から選択される少なくとも一種である照明装置。