JP4021340B2

JP4021340B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP4021340B2
Application number: JP2003038220A
Authority: JP
Inventors: 大樹宮原; 文明山田; 真平永谷; 栄治日登
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-03-03
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2022-12-12
Also published as: JP2003272423A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、照明装置に関し、特に、高輝度が要求される大型の照明装置に係る。
【０００３】
近年、表示ユニットは表示容量の拡大あるいは特性向上により、ワードプロセッサ・パーソナルコンピュータ等に大量に採用されるにいたっている。さらに、薄型軽量でノートブックからワークステーション用大画面サイズの表示ユニットが必要とされ、カラー化のために高輝度で高効率な照明装置が望まれている。
【従来の技術】
【０００４】
従来、液晶表示装置に使用しているエッジライト型バックライトは、導光板の側面より光を入射させ、全反射による内部伝播光を中央部が傾斜した導光板および白色インク等により、全反射条件を崩して発光面側に出射していた。
【０００５】
図７は、従来のエッジライト型の照明装置の説明図である。
【０００６】
同図において、８１は光源となる蛍光管、８２は透明樹脂からなる導光板、８２ａは導光板８２の入射面、８２ｂは拡散反射パターンが印刷された導光板８２の背面、８２ｃは導光板８２の出射面、８３は反射シート、８４は発光面、８５は蛍光管８１を囲むように設けられた反射鏡、８６はリニアプリズム、８７は拡散シート、８８は内部伝播光、８９は出射光であり、９０はそれらで構成される照明装置である。
【０００７】
同図に示すように、従来のエッジライト型バックライトは、反射鏡８５に囲まれた蛍光管８１が、その出射光が導光板８２の入射面８２ａから入射するように配置され、導光板８２はその厚みが中央部に行くほど薄くなるように、出射面８２ｃが両端から中央部に向かって傾斜している。そして、導光板８２の背面８２ｂには白色インク等による拡散反射パターンが、蛍光管８１から遠ざかるに従って印刷面積が大きくなるように重み付けして設けられ、背面８２ｂの裏面に拡散反射パターンで散乱された光線を有効に出射するための反射シート８３が配置されている。また、導光板８２上部の発光面８４上には出射光８９を法線方向に集めるためのリニアプリズム８６が設けられ、さらにリニアプリズム８６の出射方向側には、背面８２ｂの拡散反射パターンが視認されないように拡散シート８７が配置されエッジライト型照明装置９０が構成されている。
【０００８】
そして、この従来のエッジライト型照明装置９０では、蛍光管８１から出射された拡散光は導光板８２の入射面８２ａから入射し、全反射条件を満たしながら導光板８２内部を伝播していく。内部伝播光８８は、導光板８２の出射面８２ｃが中央部に向かい傾斜しているため、出射面８２ｃで全反射する毎に角度が出射面８２ｃの傾き角θ分だけ急峻になり、臨界角以上になると出射光８９となり出射面８２ｃから出射され、一方、出射面８２ｃで全反射され背面８２ｂに達した伝播光８８は、拡散反射パターンにより全反射条件が崩れるため発光面８４から出射されるようになっている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のエッジライト型照明装置は、蛍光管から出射され拡散反射パターンで拡散反射した光線を全て発光面側に出射しているのではなく、一部は内部伝播を再び繰り返し対向面の蛍光管に衝突して光線損失が起きているのが現状である。この現象を低減するために、導光板の出射面に傾斜を設け中央部に向かい導光板の厚みを薄くするようにして改善が試みられているが、未だ不十分であり光利用率が低いという問題があった。
【００１０】
また、実効的に法線方向の輝度を向上することを目的として、導光板と拡散板との間にリニアプリズム板を配置しているが、このリニアプリズム板のプリズムのピッチとマトリクス状表示パネルの電極間ピッチが最適でないと干渉が起きるため、拡散度の高い拡散板を用いるか、あるいは機種毎に最適ピッチを設定して干渉の発生を低減していた。しかし、拡散度を上げると法線方向の輝度が低下してしまうことや、機種毎に合ったリニアプリズムの金型を製作しているとコストの上昇となってしまうなどの問題があった。
【００１１】
したがって、本発明は高輝度で輝度分布が均一である高効率な照明装置を、薄型・軽量で実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、光源（７１”）と導光板（７２”）とを含む単位ユニットを複数備え、
前記導光板（７２”）は、前記光源から出射された光線が入射する入射面（７２ａ”）と、入射した光線を反射する反射面（７３”）と、入射した光線を出射する出射面（７２ｂ”）と、前記反射面と対向する側面とを含み、
隣接する前記単位ユニット同士は、斜めに積層され、
第１の単位ユニットの前記反射面と、前記第１の単位ユニットに隣接する第２の単位ユニットの前記側面とが、隣接して配置される構成としてなるものである。
【００１３】
図１は、本発明に関連する原理構成図である。
【００１４】
同図において、１は光源、２は導光板、２ａは導光板２の入射面、２ｂは導光板２の背面、２ｃは導光板２の出射面、３は反射面、３ａは反射面３の光源１と対向する側壁面、４は発光面、５は空間部である。
【００１５】
同図に示すように、本発明になる照明装置は、光源１と、光源１からの光線が入射する入射面２ａと入射した光線が出射する出射面２ｃとを有する導光板２と、導光板２の背面２ｂ側に配置され導光板２上部に設けられた発光面４に向けて光線を反射する反射面３とを具える照明装置において、導光板２が、導光板２の側方に配置された光源１から離れるに従って、導光板２の肉厚が薄くなるように出射面２ｃが形成され、導光板２の先端部と反射面３の導光板２を挟み光源１と対向する反射側面３ａとの間に、反射面３と発光面４とで挟まれる空間部５が形成されるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
さらに、導光板２の出射面２ｃが背面２ｂとの傾斜角が異なる複数の連続した平面で構成され、導光板２先端側の平面の傾斜角が入射面２ａ側の平面の傾斜角よりも大きいことを特徴とする。
【００１７】
さらに、導光板２の入射面２ａが凹凸を設けられた拡散面となっていることを特徴とする。
【００１８】
さらに、導光板２の背面２ｂが拡散面となっていることを特徴とする。
【００１９】
さらに、導光板２の出射面２ｃが拡散面となっていることを特徴とする。
【００２０】
さらに、導光板２の背面２ｂと反射面３との間に透明性の拡散シートを配置することを特徴とする。
【００２１】
さらに、反射面３が凹凸面となっていることを特徴とする。
【００２２】
さらに、発光面４の光線出射側に出射光を法線方向に集光するためのリニアプリズム板が少なくとも１枚以上設けられ、その内の少なくとも１枚以上がリニアプリズム板の軸方向と、発光面４上に配置される表示装置のマトリクス状電極パターンの方向との相対位置が、平行あるいは直交しないように配設されることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明になる照明装置の別の態様として、上記本発明になる照明装置を単位ユニットとして複数の単位ユニットからなり、各々の単位ユニットの発光面４が同一平面上にあるように複数の単位ユニットが平面的に配置されることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明になる照明装置のさらに別の態様として、上記本発明になる照明装置を単位ユニットとして複数の単位ユニットからなり、単位ユニットの反射面３と発光面４とが隣接するように複数の単位ユニットを積層し、単位ユニットの上記側壁面３ａ側を発光面とすることを特徴とする。
【００２５】
図２は、本発明に関連する照明装置の動作説明図である。
【００２６】
同図において、１は光源、２は光源からの光を伝播する導光板、２ａは光源からの光が入射する導光板２の入射面、２ｂは導光板２の背面、２ｃは導光板２の肉厚が光源１らか離れるに従って薄くなるように、背面ｂとのなす角をθとして形成された、導光板２内部を伝播してきた光が出射する出射面、３は導光板２の背面２ｂと対向し背面２ｂからの出射光を出射面２ｃ方向に反射する反射面、３ａは導光板２を挟み光源１と対向する反射面３の側壁面、４は光源１からの光を導光板２を介して出射する発光面、５は出射面２ｃ、反射面３、側壁面３ａおよび発光面４が挟まれる空間部、６は光源１を囲み光源１からの光を導光板２の入射面２ａ方向に反射する反射鏡、７は入射面２ａから入射し導光板２内部を伝播する内部伝播光、８は導光板内部を伝播したのち出射面２ｃから出射する出射光であり、１０はこれらで構成される照明装置である。
【００２７】
同図に示すように本発明になる照明装置１０においては、光源１より出射された光は反射鏡６で反射され、光源１と多重反射を繰り返す光と直接光が合成されて導光板２の入力面２ａより入射される。
【００２８】
ここで、導光板２に入射される光は、スネルの法則により入射面の法線に対し約±４２°で入射し、導光板表面が入射面に対して垂直面である場合、導光板表面に到達する光線の角度は導光板表面の法線に対して約±４８°以上となり、全反射して導光板内部を伝播する。したがって、導光板表面が入射面に対して垂直面である場合は、伝播光は全て導光板の光源と対向する端面より出射されることになる。
【００２９】
しかし、本発明になる照明装置１０の導光板２は、導光板２の肉厚が光源１から離れるに従って薄くなるように、背面２ｂとのなす角度をθとして出射面２ｃが傾斜して形成されているため、入射面２ａから入射した伝播光７は、出射面２ｃで全反射するたびに出射面２ｃに対する角度が傾斜角θだけ急峻になる。そして、反射を繰り返すうちに伝播光７の一部は出射光８として出射面２ｃより出射して発光面４に向かい、一部は伝播光７として伝播を繰り返す。さらに、伝播光７は背面２ｂからも一部出射するが、背面２ｂと対向する反射面３により発光面４に向かい反射される。
【００３０】
また、導光板２の先端側より出射した出射光８は、発光面４に直接到達するものと、直接到達せずに反射面３の側壁面３ａで反射したのちに発光面４から出射するものがある。
【００３１】
ここで、導光板の光源から離れた方の端部に反射側面が隣接して設けられている場合には、反射側面で反射する光線が多くなり光線損失率が大きくなってしまうことや、導光板から出射したのち直接発光面に到達する光線と反射側面で反射したのちに発光面に到達する光線とが、発光面端部より少し内側の部分で重なり合うことにより輝度分布に差が生じてしまう。
【００３２】
ところが、本発明になる照明装置１０では、導光板２の先端部と側壁面３ａとの間の間隔を開け、導光板２と側壁面３ａとの間に反射面３と発光面４で挟まれた空間部５を配置することにより、出射面２ｃから出射する出射光８のほとんどを直接発光面４方向に出射することができ、輝度分布を均一化し、光線損失も減少され高効率となる。
【００３３】
図３は、本発明に関連する別の照明装置を示す図であり、（ａ）図は断面図、（ｂ）図はこの照明装置の輝度分布を示す図である。
【００３４】
同図（ａ）において、１１は蛍光管、１２は導光板、１２ａは導光板１２の入射面、１２ｂは導光板１２の背面、１２ｃ’は導光板１２の第１の出射面、１２ｃ”は第２の出射面、１３は反射面、１４は発光面、１５は空間部、１６は反射鏡であり、２０はそれらで構成される照明装置である。
【００３５】
同図（ａ）に示すように、照明装置は、出射光を一方向に集めるために反射鏡１６で半円状に囲まれた蛍光管１１の光線出射側に、入射面１２ａが光源１１と対向するように導光板１２が配置されている。導光板１２は、その肉厚が光源１１から離れるに従って薄くなるように出射面が傾斜しており、出射面は光源１１側の背面１２ｂに対して角度θ1 をなす第１の出射面１２ｃ’と、先端側の背面１２ｂに対して角度θ２をなす第２の出射面１２ｃ”からなり、θ２はθ１より角度が大きく、第１の出射面１２ｃ’と第２の出射面１２ｃ”との境界は面取りがされ曲面となっている。また、導光板１２の背面１２ｂと対向して反射面１３と、光源１１と対向する側に反射面１３の側壁面１３ａが配置され、反射面１３と対向する側に発光面１４が設けられている。そして、導光板１２の先端と側壁面１３ａとの間には間隔が設けられ、導光板１２の出射面１２ｃ’、１２ｃ”と反射面１３および側壁面１３ａと発光面１４とで囲まれた空間部１５が設けられている。
【００３６】
導光板１２の形状を光源１１側の第１の出射面１２ｃ’の背面１２ｂに対する傾斜角θ1 と、先端側の第２の出射面１２ｃ”の背面１２ｂに対する傾斜角θ２とが異なるようにし、θ２の角度がθ１よりも大きくなるように形成することにより、出射光を先端部に集中させずに適度に分散して出射できるため光線利用率が向上するとともに、発光面１４端部の輝度分布も均一化でき、さらに、導光板１２の成形時の加工が先端が鋭角なものより容易であり、先端部の破損などが減少し取扱いも容易なため歩留りを向上することができる。
【００３７】
また、同図（ｂ）は照明装置において、角度θ２を一定として角度θ１を変化（θ２＞θ１として）させた場合の輝度分布を示す図であり、実線４０１は角度θ１が小さい場合を示し、破線４０２は角度θ１が大きい場合を示している。
【００３８】
同図に示すように、角度θ１が小さい場合は第１の出射面１２ｃ’から出射する光線が少なく導光板１２の先端側まで伝播していくため、先端側で出射する光量が多く輝度が高くなるが、角度θ１が大きい場合には第１の出射面１２ｃ’から出射する光量が増加し、一方、第２の出射面１２ｃ”から出射する光量は減少するため輝度分布が均一化してくる。ただし、先端側の輝度分布は角度θ１に比例して相似的に増減する。
【００３９】
また、反射面１３としては拡散面や鏡面などを用いることができるが、反射面１３を拡散面とすると、導光板１２の背面１２ｂから出射した光線が拡散されるため光源１１近傍で出射する光量が多くなり、さらに輝度分布の均一化を図ることができる。
【００４０】
図４は、本発明になる照明装置の第１の実施例を示す図であり、照明装置の一部断面図である。
【００４１】
同図において、７１は蛍光管、７２は導光板、７２ａは導光板７２の入射面、７２ｂは導光板７２の出射面、７３は反射面、７４は反射鏡、７５は拡散シートであり、８０はそれらで構成される照明装置である。
【００４２】
同図に示すように、本実施例の照明装置８０は、図３に示す照明装置を単位ユニットとして複数個の単位ユニットを縦置きにし、ユニット内の導光板７２の側面と反射面７３が隣接するように配置しており、発光面を蛍光管７１と対向する面としている。また、導光板７２の出射面７２ｂと反射面７３とのなす角θは３０°であり、導光板７２はアクリル樹脂で形成されている。そして、発光面側には輝度分布の均一化と反射面７３が視認できないように拡散シート７５を配置してあり、１つの単位ユニットの導光板７２の出射面７２ｂから出射した出射光の内で直接拡散シート７５へ到達するもの以外は、隣接する単位ユニットの反射面７３で反射され拡散シート７５へ進むようになっている。
【００４３】
本実施例に示す照明装置８０は、高輝度が要求される大型の照明装置に適しており、図３に示すような照明装置を単位ユニットとして、複数個の単位ユニットを縦置きに配置することにより、輝度分布が均一で光線の指向性が高く、光線利用率の高い高輝度な照明装置とすることができる。
【００４４】
図５は、本発明になる照明装置の第２の実施例を示す図であり、照明装置の一部断面図である。
【００４５】
同図において、７１’は蛍光管、７２’は導光板、７２ａ’は導光板７２’の入射面、７２ｂ’は導光板７２’の出射面、７３’は反射面、７４’は反射鏡、７５’は拡散シートであり、８０’はそれらで構成される照明装置である。
【００４６】
同図に示すように、本実施例の照明装置８０’は第１の実施例とは導光板７２’の形状が異なり、導光板７２’の断面形状が略二等辺三角形となるように形成され、頂角を挿んで出射面７２ｂ’が二面設けられている。また、頂角の角度θは第６の実施例と同様３０°である。
【００４７】
本実施例に示す照明装置８０’は、第１の実施例よりもさらに光線の指向性が向上し、光線利用率の高い高輝度な照明装置とすることができる。
【００４８】
図６は、本発明になる照明装置の第３の実施例を示す図であり、照明装置の一部断面図である。
【００４９】
同図において、７１”は蛍光管、７２”は導光板、７２ａ”は導光板７２”の入射面、７２ｂ”は導光板７２”の出射面、７３”は反射面、７４”は反射鏡、７５”は拡散シートであり、８０”はそれらで構成された照明装置である。
【００５０】
同図に示すように、本実施例の照明装置８０”は第１および第２の実施例と単位ユニットの配置の方法が異なり、ユニット内の導光板７２”の側面と反射面７３”が隣接するように斜めに単位ユニットを積層しており、導光板７２”の出射面７２ｂ”が発光面となっている。また、頂角の角度θは第６の実施例と同様３０°である。
【００５１】
本実施例に示す照明装置８０”は、第１および第２の実施例よりも薄型にすることが可能となり、光線利用率が高く高輝度で薄型の照明装置とすることができる。
【発明の効果】
【００５２】
以上説明したように本発明によれば、光源と導光板とを含む単位ユニットを複数備え、前記導光板は、前記光源から出射された光線が入射する入射面と、入射した光線を反射する反射面と、入射した光線を出射する出射面と、前記反射面と対向する側面とを含み、隣接する前記単位ユニット同士は、斜めに積層され、第１の単位ユニットの前記反射面と、前記第１の単位ユニットに隣接する第２の単位ユニットの前記側面とが、隣接して配置される構成としてなるものであるため、光線利用率が高い高輝度で薄型の照明装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連する照明装置の原理構成図である。
【図２】本発明に関連する照明装置の動作説明図である。
【図３】本発明に関連する別の照明装置を示す図である。
【図４】本発明になる照明装置の第１の実施例を示す図である。
【図５】本発明になる照明装置の第２の実施例を示す図である。
【図６】本発明になる照明装置の第３の実施例を示す図である。
【図７】従来の照明装置を示す図である。
【符号の説明】
１光源
２導光板
２ａ入射面
２ｂ背面
２ｃ出射面
３反射面
３ａ側壁面
４発光面
５空間部
６反射鏡
７伝播光
８出射光
１０照明装置
１１、７１、７１’、７１” 蛍光管
１２，７２、７２’、７２” 導光板
１２ａ，７２ａ、７２ａ’、７２ａ” 導光板の入射面
１２ｂ、７２ｂ導光板の背面
１２ｃ’ 導光板の第１の出射面
１２ｃ” 導光板の第２の出射面
１３、７３、７３’、７３” 反射面
１４発光面
１５空間部
１６反射鏡
２０照明装置
７２ｂ’ ７２ｂ” 導光板の出射面
７４、７４’、７４” 反射鏡
７５、７５’、７５” 拡散シート
８０、８０’、８０” 照明装置

Claims

光源と導光板とを含む単位ユニットを複数備え、
前記導光板は、前記光源から出射された光線が入射する入射面と、入射した光線を反射する反射面と、入射した光線を出射する出射面と、前記反射面と対向する側面とを含み、
隣接する前記単位ユニット同士は、斜めに積層され、
第１の単位ユニットの前記反射面と、前記第１の単位ユニットに隣接する第２の単位ユニットの前記側面とが、隣接して配置される照明装置。