JP2006100102A

JP2006100102A - 面状照明装置

Info

Publication number: JP2006100102A
Application number: JP2004284290A
Authority: JP
Inventors: Toru Kunimochi; 亨國持
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2006-04-13
Also published as: US20060255346A1; EP1643278A1

Abstract

【課題】異なる発光波長を有する複数の点状光源を用いても、小型化を維持しながら色むらが生じない面状照明装置を提供する。
【解決手段】第１、第２導光板２，３について、第１、第２ＲＧＢ−ＬＥＤ１１，１２が配置される第１、第２導光板一側端面２ａ，３ａが対向するようにして重ねて配置し、第１、第２導光板下側主面他側領域１６，１９にそれぞれ第１、第２導光板光出射手段１７，２０を形成した。ＬＥＤ１１，１２からの光は、その近傍部分では出射されず、第１導光板上側主面２ｃにおける第１導光板下側主面他側領域１６に対向する領域及び第２導光板上側主面３ｃにおける第２導光板下側主面他側領域１９に対向する領域から出射され、ＬＥＤ１２からの光については、その後第１導光板２の第１導光板上側主面２ｃを通して出射される。このため、ＬＥＤ１１，１２からの光は十分混色され、色むら、色づきの発生を回避できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）等の複数色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を一次光源に用いたサイドライト方式の面状照明装置に関するものである。

携帯情報端末機器の表示装置として使用されている液晶表示装置には、補助光源として、板状の導光板の一側端面に白色ＬＥＤ光源を配置したサイドライト方式の面状照明装置が主として使用されている。白色ＬＥＤとは、青色ＬＥＤと黄色蛍光体を組合せた波長変換型のＬＥＤ（ワンチップ型ＬＥＤ）であり、小形で低消費電力などの特長を有する（特許文献１参照）。

しかしながら、この白色ＬＥＤには、物体の色の見え方に対する光源の効果を示す演色性に課題を残している。（特許文献２の段落「０００７」）。また、白色ＬＥＤには蛍光材料による白色点変動が大きいという問題もある（特許文献３の段落「０００５」）。そこで、赤色を発光するＲ−ＬＥＤ、緑色を発光するＧ−ＬＥＤ、青色を発光するＢ−ＬＥＤを組合せて白色光を得るフルカラーＬＥＤ（ＲＧＢ−ＬＥＤ）を白色ＬＥＤに代えて用いることが検討されている。

一方、液晶表示装置には、これまで液晶セル内の各画素に赤、緑、青のマイクロカラーフィルタを付け、それぞれの色の画素の透過率を液晶によって制御する方式（マイクロカラーフィルタ方式）が主として採用されている。しかしながら、マイクロカラーフィルタ方式には、カラーフィルタの分光特性が理想的なものに達していない、面状照明装置から出射される光量の３分の１しか利用できないなどの課題を有している（特許文献４の段落「０００２」、「０００３」及び特許文献５の段落「０００３」参照）。

この問題を解決する技術として、各画素にマイクロカラーフィルタを付けずに、１画素で３色の画像を順次表示するシーケンシャルカラー照明方式（フィールドシーケンシャル方式）が提案されている（特許文献５の「０００４」参照）。そのフィールドシーケンシャル方式を実現するには、赤と緑と青の照明光を独立に制御し供給できる面状照明装置が必要であり、この点からも各発光色が赤と緑と青である３種類のＬＥＤを組み合わせたフルカラーＬＥＤを一次光源として用いた面状照明装置が要求されている。

ところで、Ｒ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤを個別に導光板の端面に配置した場合、導光板の端面近傍では、各ＬＥＤから出射し導光板に入射した光の混色が不十分なまま導光板の出射面から出射するために、色むら、色づきが発生する。例えば、図５及び図６に示すように、面状照明装置１００の導光板１０１の端面に、Ｒ−ＬＥＤ１０４、Ｇ−ＬＥＤ１０５、Ｂ−ＬＥＤ１０６を個別に配置した場合、各ＬＥＤ１０４，１０５，１０６から所定の距離までの領域（非混色領域）１０７では、光の混色が不十分となり（すなわち色むら、色づきが発生し）、また、非混色領域１０７を越えた領域（白色領域）１０８で光の混色が十分なものとなる（すなわち、白色の発光を得られる）。この場合、非混色領域１０７の長さは、各ＬＥＤ１０４，１０５，１０６の配置、間隔によっても異なるが、例えばＬＥＤ１０４，１０５，１０６の隣接間隔が１０ｍｍ（平均）である場合、３０ｍｍ程度となる。
上述したようにＲ−ＬＥＤ、Ｇ−ＬＥＤ、Ｂ−ＬＥＤを個別に導光板の端面に配置した場合、導光板の端面近傍で色むら、色づきが発生することについては、非特許文献１のP170〜174及び図４にも示されている。

上述した色むら、色づき発生の対策として、（ａ）複数のＬＥＤの発光チップを近接配置する方策（特許文献６）、（ｂ）複数のＬＥＤを導光板の厚み方向に重ね配置する方策（特許文献７）、（ｃ）導光板のコーナ部にＬＥＤを配置する方策（特許文献８）が提案されている。
特開平１０−２４２５１３号公報特開２００２−４３６３３号公報特開２００３−５８１２５号公報特開平１１−１４９８８号公報特開２００３−３３００１７号公報特開平１０−２４７４１１号公報特開平１１−３５３９２０号公報特開２００１−３１９５１４号公報フラットパネルディスプレイ２００４実務編（発行:日経BP社監修:日経マイクロデバイス編発刊：２００３年１２月２６日）

しかしながら、前記（ａ）の方策に関しては、高出力が可能なＬＥＤの商業ベースでの入手が困難であり、前記（ｂ）の方策では、色むらが発生する領域は減少させることはできるものの、輝度分布が不均一な領域が依然として残り（非利用領域が残り）、また各光源を積み重ねた際の総厚み寸法が照明装置としての厚み寸法となり、薄型化が原理的に困難である。例えば、ＲＧＢ三色の場合には、従来の３倍の厚みが必要となる。また、前記（ｃ）の方式では、導光板のコーナ部に配置できるＬＥＤの数に限りがあり、さらに、非利用領域の発生により面状照明装置の小型化にも限界がある。

本発明は，上記事情に鑑みてなされたもので、異なる発光波長を有する複数の点状光源を用いても、小型化を維持しながら色むらが生じない面状照明装置を提供することを目的とする。

請求項１記載に係る面状照明装置の発明は、少なくともいずれか一方の主面に光出射手段が形成された導光板を２枚有し、該２枚の導光板の各一側端面に臨ませて発光波長が異なる複数の点状光源をそれぞれ配置し、前記２枚の導光板は、各一側端面が互いに対向する位置関係になるようにして厚さ方向に重ねて配置されると共に、各一側端面の近傍を除いた主面領域から、前記複数の点状光源からの入射光を主として出射させるようにしたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の面状照明装置において、前記各導光板の前記一側端面から離間した部分に、前記光出射手段を主として形成したことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の面状照明装置において、前記各導光板の前記一側端面から離間した部分までの前記一側端面からの距離が、１０ｍｍ以上で前記一側端面から導光板中央までの距離以下であることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の面状照明装置において、前記２枚の導光板は、前記一側端面から離れるにしたがって厚みが小さくなる形状をしていることを特徴とする。

請求項１から３に記載の発明によれば、少なくともいずれか一方の主面に光出射手段が形成された導光板を２枚有し、該２枚の導光板の各一側端面に臨ませて発光波長が異なる複数の点状光源をそれぞれ配置し、前記２枚の導光板は、各一側端面が互いに対向する位置関係になるようにして厚さ方向に重ねて配置されると共に、各一側端面の近傍を除いた主面領域から、前記複数の点状光源からの入射光を主として出射させるようにしたことから、２枚の導光板から出射する光を重ね合わせると、上側導光板の主面（出射面）の全領域から十分混色された光が出射することになる。このため、従来技術で生じ得た色むら、色づきの発生を回避することができる。

以下、本発明の第１実施の形態に係る面状照明装置１を図１ないし図３に基いて説明する。
図１ないし図３において、面状照明装置１は、ほぼ同一形状をした導光板を２枚（以下、第１、第２導光板２，３という。）有している。第１導光板２の一側端面（図１、図２右側。以下、第１導光板一側端面という。）２ａには、Ｒ光を発光するＲ−ＬＥＤ４と、Ｇ光を発光するＧ−ＬＥＤ５と、Ｂ光を発光するＢ−ＬＥＤ６とを一組とするＲＧＢ−ＬＥＤ（発光波長が異なる複数の点状光源）１１が、一組（以下、第１ＲＧＢ−ＬＥＤという。）、配置されている。
第１導光板２の第１導光板一側端面２ａに対向する端面を第１導光板他側端面２ｂという。

第１導光板２と同様に、第２導光板３の一側端面（図１、図２左側。以下、第２導光板一側端面という。）３ａには、一組のＲＧＢ−ＬＥＤ（以下、第２ＲＧＢ−ＬＥＤという。）１２が配置されている。第２導光板３の第２導光板一側端面３ａに対向する端面を第２導光板他側端面３ｂという。
第１、第２導光板２，３は、第１導光板一側端面２ａ及び第２導光板一側端面３ａ（各一側端面）が互いに対向する位置関係になるようにして厚さ方向に重ねて配置されている。このように配置されたことに伴い、第１、第２ＲＧＢ−ＬＥＤ１１，１２は、第１、第２導光板２，３を間にして対向する位置関係となっている。

第１導光板２は２つの広い面（主面）を２面（図１上側の主面を第１導光板上側主面２ｃ、図１下側の主面を第１導光板下側主面２ｄという。）、有している。第２導光板３も、第１導光板２と同様に第２導光板上側主面３ｃ及び第２導光板下側主面３ｄを有している。
第１導光板下側主面２ｄは、第１導光板一側端面２ａ側の部分（以下、第１導光板下側主面一側領域という。）１５及び第１導光板他側端面２ｂ側の部分（導光板の一側端面から離間した部分。以下、第１導光板下側主面他側領域という。）１６に区分けされている。
なお、図１では第１導光板下側主面一側領域１５と第１導光板下側主面他側領域１６との境界が第１導光板２のほぼ中央に位置しているが、第１導光板一側端面２ａよりに位置してもよい。なお、実験結果によると、第１導光板一側端面２ａから境界までの距離を、１０ｍｍ以上で前記一側端面から導光板中央までの距離以内とすることにより、色むら、色づきを良好に抑えることができる。また、境界には、以下で述べる光出射手段の面積密度が連続的に変化する遷移領域を設けてもよい。

第１導光板下側主面他側領域１６または／および第１導光板上側主面２ｃの第１導光板下側主面他側領域１６に対向する領域には、公知の光出射手段（以下、第１導光板光出射手段という。）１７が形成されており、第１ＲＧＢ−ＬＥＤ１１からの光を散乱反射あるいは屈折透過させて当該第１導光板上側主面２ｃを通して出射し得るようにしている。
また、第１導光板下側主面一側領域１５および第１導光板上側主面２ｃの第１導光板下側主面一側領域１５に対向する領域には、光出射手段は形成されておらず、第１ＲＧＢ−ＬＥＤ１１からの光については、第１導光板上側主面２ｃにおける第１導光板下側主面一側領域１５に対応する部分からは発光させないようにしている。
なお、導光板の各主面に形成される光出射手段は、対向して配置される光学部材との貼り付きを防止する効果を有するものであるが、色むらや色づきが発生しないレベルで、そのような目的等のために光出射手段を第１導光板下側主面一側領域１５および第１導光板上側主面２ｃの第１導光板下側主面一側領域１５に対向する領域に形成したとしても、本願発明の外延を逸脱するものでない。

上述した第１導光板下側主面２ｄと同様に、第２導光板下側主面３ｄは、第２導光板下側主面一側領域１８及び第２導光板下側主面他側領域１９に区分けされている。そして、第２導光板下側主面他側領域１９（導光板の一側端面から離間した部分）または／および第２導光板上側主面３ｃの第２導光板下側主面他側領域１９に対向する領域には、光出射手段（以下、第２導光板光出射手段という。）２０が形成されており、第２ＲＧＢ−ＬＥＤ１２からの光を第２導光板上側主面３ｃを通して出射し得るようにしており、この出射光は、第１導光板２の第２導光板下側主面他側領域１９に対向する領域から第１導光板２に入光され、第１導光板上側主面２ｃから出射される。
また、第２導光板下側主面一側領域１８および第２導光板上側主面３ｃの第２導光板下側主面一側領域１８に対向する領域には、光出射手段は形成されておらず、第２ＲＧＢ−ＬＥＤ１２からの光については、第２導光板上側主面３ｃにおける第２導光板下側主面一側領域１８に対応する部分からは発光させないようにしている。

上述したように構成した面状照明装置１では、第１ＲＧＢ−ＬＥＤ１１からの光は、第１ＲＧＢ−ＬＥＤ１１の近傍部分では出射されず、第１導光板上側主面２ｃにおける第１導光板下側主面他側領域１６に対向する領域（第１導光板他端側端面２ｂ側部分。第２ＲＧＢ−ＬＥＤ１２の近傍部分）から出射される。このため、第１ＲＧＢ−ＬＥＤ１１の各ＬＥＤ（Ｒ−ＬＥＤ４、Ｇ−ＬＥＤ５、Ｂ−ＬＥＤ６）から出射した光は第１導光板他端側端面２ｂ側部分で出射されるまでの間に十分混色されるので、従来技術で生じ得た色むら、色づきの発生を回避することができる。

また、第２ＲＧＢ−ＬＥＤ１２からの光は、第２導光板上側主面３ｃにおける第２導光板下側主面他側領域１９に対向する領域（第２導光板他側端面３ｂ側部分。第１ＲＧＢ−ＬＥＤ１１の近傍部分）から出射される。このため、第２ＲＧＢ−ＬＥＤ１２の各ＬＥＤ（Ｒ−ＬＥＤ４、Ｇ−ＬＥＤ５、Ｂ−ＬＥＤ６）から出射した光は第２導光板他側端面３ｂ側部分で出射されるまでの間に十分混色されるので、従来技術で生じ得た色むら、色づきの発生を回避することができる。

上述した面状照明装置１では、色むら、色づきの発生回避を、第１、第２導光板２，３について、各一側端面２ａ，３ａが互いに対向する位置関係になるようにして厚さ方向に重ねて配置し、第１導光板２の一側端面２ａの近傍では、第１ＲＧＢ−ＬＥＤ１１からの入射光を出射させないように、かつ、第２導光板３の一側端面３ａの近傍では、第２ＲＧＢ−ＬＥＤ１２からの入射光を出射させないようにして果しているので、簡易な構成でありながら、第１導光板上側主面２Ｃ（出射面）全域から十分に混色した白色光が得られ、前述の非混色領域を無くすことができる。

上記実施の形態では、点状光源としてはＲ−ＬＥＤ４、Ｇ−ＬＥＤ５、Ｂ−ＬＥＤ６を用いた例を説明したが、このうち２種類のＬＥＤを用いてもよいし、さらに他の発光色のＬＥＤを用いてもよい。また、ＬＥＤ以外の他の点状光源を用いるようにしてもよいし、各ＬＥＤの個数も限定されない。

また、上記実施の形態では、第１、第２導光板２，３が平板状である場合を例にしたが、これに代えて、図４に示すように、第１導光板一側端面２ａ、第２導光板一側端面３ａから離れる（第１導光板他側端面２ｂ、第２導光板他側端面３ｂに近づく）にしたがって厚みが小さくなる形状の第１、第２導光板２２，２３を用いるようにしてもよい（第２実施の形態）。
この第２実施の形態によれば、照明装置全体の厚さを、薄くでき、例えば白色ＬＥＤを用いた場合とほぼ同等の厚さにすることができ、しかも白色ＬＥＤを使用した場合にも発生する輝度が不均一な領域を完全に抑制することができる。

本発明の第１実施の形態に係る面状照明装置を模式的に示す正面図である。図１の面状照明装置を示す平面図である。図１の面状照明装置を示す斜視図である。本発明の第２実施の形態に係る面状照明装置を模式的に示す正面図である。面状照明装置の従来の一例において色むら、色づきを発生する状況を模式的に示す図である。面状照明装置の従来の他の例において色むら、色づきを発生する状況を模式的に示す図である。

符号の説明

１…面状照明装置、２，３…第１、第２導光板、２ａ，３ａ…第１、第２導光板一側端面、２ｄ，３ｄ…第１、第２導光板下側主面、４…Ｒ−ＬＥＤ、５…Ｇ−ＬＥＤ、６…Ｂ−ＬＥＤ、１１，１２…第１、第２ＲＧＢ−ＬＥＤ、１６，１９…第１、第２導光板下側主面他側領域（導光板の一側端面から離間した部分）、１７，２０…第１、第２導光板光出射手段。

Claims

少なくともいずれか一方の主面に光出射手段が形成された導光板を２枚有し、
該２枚の導光板の各一側端面に臨ませて発光波長が異なる複数の点状光源をそれぞれ配置し、
前記２枚の導光板は、各一側端面が互いに対向する位置関係になるようにして厚さ方向に重ねて配置されると共に、各一側端面の近傍を除いた主面領域から、前記複数の点状光源からの入射光を主として出射させるようにしたことを特徴とする面状照明装置。
前記各導光板の前記一側端面から離間した部分に、前記光出射手段を主として形成したことを特徴とする請求項１記載の面状照明装置。
前記各導光板の前記一側端面から離間した部分までの前記一側端面からの距離が、１０ｍｍ以上で前記一側端面から導光板中央までの距離以下であることを特徴とする請求項２記載の面状照明装置。
前記２枚の導光板は、前記一側端面から離れるにしたがって厚みが小さくなる形状をしていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面状照明装置。