JP5725349B2 - 面状照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、面状照明装置に関し、詳しくは、入光端面に光源を配置して出射部から面状の照明光を出射する導光板を備えたサイドライト方式の面状照明装置に関する。

液晶表示パネルの照明手段として、小型で環境適合性に優れたＬＥＤを導光板の入光端面に沿って配置してなるサイドライト方式の面状照明装置（バックライト）が、携帯電話等の小型携帯情報機器の分野を中心に広く採用されている。このような面状照明装置では、導光板の入光端面付近に、各ＬＥＤの前方の明部と隣接するＬＥＤの間の暗部からなる輝度むらが発生することが知られている。従来、このような輝度むらを解消するために、入光端面に光を拡散するための入光プリズムを形成した面状照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、近年、情報機器の薄型化に伴い、面状照明装置にも更なる薄型化が強く求められている。そのため、例えば、導光板の入光端面付近に傾斜面を設け、入光端面から出射面に向かって導光板の厚みが漸減するように構成することによって、入光端面にはＬＥＤの出射面に対応する厚みを確保しつつ、導光板の出射面部分を薄型化した面状照明装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−２９３２０２号公報 特開２００８−１７０７３９号公報

さて、本発明者等の調査によれば、薄型の面状照明装置において、その入光端面付近に発生する輝度むらについて、単に明暗のパターンが生じるだけでなく、導光板の出射面を臨む方向に応じてそのパターンが変化する現象が発生することが分かった。このような明暗のパターンの変化は、典型的には、導光板の出射面に対して略垂直方向から出射面に臨む場合には、各ＬＥＤの前方が明部となり、隣接するＬＥＤの間が暗部となるように見えるが、導光板の出射面に対して水平に近い方向から出射面に臨む場合には、上記の明部と暗部が入れ替わったパターンが見える現象（以下、反転現象という）として現れる。

このような反転現象は、例えば液晶表示装置等の被照明体の視認性を著しく損なうものであるため、反転現象を抑制することは、面状照明装置の品質を向上させる上で、重要な課題である。反転現象は、導光板の入光端面付近において、ＬＥＤの前方領域における輝度に対しては、主としてＬＥＤから前方方向に導光された光が寄与し、ＬＥＤの間の領域における輝度に対しては、主として両隣のＬＥＤから斜め方向に導光された光が寄与することによる、輝度角度分布の相違が要因と考えられる。そして、本発明者等による検討によれば、特許文献１に記載されたような従来の入光プリズムでは、この現象を十分に抑制できないことが分かった。

さらに、本発明者等の調査において、導光板の出射面上に入光端面と略垂直に延在する複数のプリズムからなるプリズム群を設けることにより、反転現象を有効に抑制できることが分かった。しかしながら、特に、特許文献２に記載されたような、入光端面付近に傾斜面を有する薄型の面状照明装置では、上記プリズム群により傾斜面と出射面との境界部分における光漏れが増大するという問題が生じるため、上記プリズム群を、反転現象を抑制するための一般的な解決手段として採用することは困難である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、導光板の入光端面付近の輝度の均一性に優れ、薄型化に適した面状照明装置を提供することを目的とする。

以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）点状光源と、該点状光源が配置される入光端面及び該入光端面から入光した光を面状に出射する出射面を有する導光板とを備え、前記入光端面に、前記点状光源からの光を前記出射面と略平行な平面内に分散させるための入光プリズムが形成された面状照明装置において、前記入光プリズムは、前記入光端面に対して凸状に形成される複数の第１のプリズムを含む第１のプリズム部と、該第１のプリズム部に前記入光端面の長手方向に沿って隣接して設けられ、前記入光端面に対して凸状に形成される第２のプリズムを含む第２のプリズム部とを有しており、前記第１のプリズムは、隣接する前記第１のプリズムと一部が重なるように形成され、かつ、前記第１のプリズムの頂部は、前記第２のプリズムの頂部よりも前記入光端面に対して高い位置にあることを特徴とする面状照明装置（請求項１）。

本項に記載の面状照明装置によれば、点状光源から出射された光のうち、第１のプリズムの一方のプリズム面から入射し、その第１のプリズムの他方のプリズム面で反射されることなく斜めに向かう光が増大することにより、導光板の入光端面付近の輝度の均一性を向上させることが可能となる。その際、本項に記載の面状照明装置によれば、上記斜めに向かう光の増大により、点状光源の前方領域と、隣接する点状光源の間の領域との輝度角度分布が均一化されるため、入光端面付近に発生する輝度の反転現象を効果的に抑制することが可能となる。

また、本項に記載の面状照明装置は、出射面に設けられるプリズム等を要することなく、入光端面付近に発生する反転現象を抑制し、輝度の均一性を向上させるものである。したがって、導光板の入光端面付近に傾斜面を設けた薄型の面状照明装置において、傾斜面と出射面との境界部における光漏れを増大させることがないため、このような薄型の面状照明装置に対して特に有利に適用されるものである。

（２）（１）項に記載の面状照明装置において、隣接する前記第１のプリズム同士の重なりによって形成される谷底部は、前記第２のプリズムの頂部よりも前記入光端面に対して高い位置にあることを特徴とする面状照明装置（請求項２）。

本項に記載の面状照明装置によれば、前記第１のプリズムの一方のプリズム面から入射した光のうち、他方のプリズム面で反射されることなく斜めに向かう光がさらに増大することにより、点状光源の前方領域と、隣接する点状光源の間の領域との輝度角度分布をさらに効果的に均一化することが可能となる。

（３）（１）または（２）項に記載の面状照明装置において、前記第１及び第２のプリズム部は、前記入光端面の長手方向に沿って繰り返し形成されることを特徴とする面状照明装置（請求項３）。

（４）（１）から（３）のいずれか１項に記載の面状照明装置において、前記第１及び第２のプリズムは、前記導光板の厚さ方向に対して一定の断面形状を有することを特徴とする面状照明装置（請求項４）。

（５）（１）から（４）のいずれか１項に記載の面状照明装置において、前記第１及び第２のプリズムの断面形状は、三角形であることを特徴とする面状照明装置（請求項５）。

（６）（１）から（５）のいずれか１項に記載の面状照明装置において、前記第１及び第２のプリズムの頂角は全て同一であることを特徴とする面状照明装置（請求項６）。

本発明によれば、以上のような構成により、導光板の入光端面付近の輝度の均一性に優れ、薄型化に適した面状照明装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態における面状照明装置の要部を示す斜視図である。 図１に示す面状照明装置の入光プリズムを拡大して示す上面図である。 入光プリズムのプリズム面を介して導光板に入光する光の光路の一例を示す図であり、（ａ）は、本発明に係る入光プリズムの場合、（ｂ）は、比較のために従来の入光プリズムの場合を示す図である。 本発明の作用効果を説明するために、導光板に入光後の光の代表的な光路を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態における面状照明装置１０の要部を示す斜視図である。
面状照明装置１０は、点状光源としての複数（図示の例では３個）のＬＥＤ１１と、ＬＥＤ１１が発光した光を面状に出射させるための導光板２１とを備えている。ＬＥＤ１１は、典型的には、擬似白色ＬＥＤである。導光板２１は、透明材料（例えば、ポリカーボネート樹脂）を用いて上面視略矩形状に形成されており、その一側端面を入光端面２２とし、ＬＥＤ１１は、その発光面１２を導光板２１の入光端面２２に向けた状態で、入光端面２２に沿って配置されている。

ここで、以下の説明において、導光板２１の入光端面２２から対向する側端面２３に向かう方向、言い換えれば、ＬＥＤ１１の発光面１２が向く方向を「前方」と定義する。

導光板２１は、入光端面２２から前方に形成された入光部２６と、入光部２６の前方に連続して形成され、入光部２６から導光された光を出射させる出射部２７とを備えている。入光部２６は、一定の勾配で傾斜する傾斜面２６ａを有しており、これによって、入光端面２２側から前方に向かって厚さが漸減するように形成されている。

出射部２７は、一定の厚さ（入光部２６の最前方部分の厚さ）を有する矩形平板状に形成され、傾斜面２６ａと連続する側の主面を、入光端面２２から入光した光を面状に出射する出射面２４、出射面２４に対向する他方の主面を反射面２５とするものである。面状照明装置１０において、反射面２５には、例えば複数のドットからなる光路変換パターンが形成されているものであってよい。

面状照明装置１０は、さらに、入光端面２２に入光プリズム３０（図１には、導光板２１の厚み方向に延在する複数の縦線として模式的に示されている）が形成されており、これによって、ＬＥＤ１１の発光面１２から出射された光を、出射面２５と略平行な平面内に分散させつつ導光板２１内に入光させるものである。

図２は、入光プリズム３０を拡大して示す上面図である。入光プリズム３０は、複数（図示の例では、２個）の第１のプリズム３３を含む第１のプリズム部３１と、複数（図示の例では、２個）の第２のプリズム３４を含む第２のプリズム部３２とを有している。第１及び第２のプリズム３３、３４は、入光端面２２に対して凸状に形成される。

尚、図２に示す例では、第１及び第２のプリズム３３、３４が隙間なく配列されているため、入光端面２２に相当する実際の平面は構造中に存在せず、図２に破線で示す仮想平面２２が、入光端面２２に相当するものとなる。

入光プリズム３０において、第１のプリズム３３は、導光板２１の厚さ方向（図２において、紙面に直交する方向）に延びる三角柱状に形成される。すなわち、第１のプリズム３３は、一対のプリズム面３３ａ、３３ｂから、三角形の断面形状を有するとともにその断面形状が導光板２１の厚さ方向に対して一定であるように形成される。

そして、第１のプリズム部３１は、入光端面２２の長手方向に沿って隣接する２つの第１のプリズム３３を含んでおり、２つの第１のプリズム３３同士の一部が重なるように形成される。この際、第１のプリズム３３の一対のプリズム面３３ａ、３３ｂのうち、隣接する第１のプリズム３３と重なる方のプリズム面３３ｂの一部は仮想面３３ｂ’として隣接する第１のプリズム３３内に埋め込まれる形となり、仮想面３３ｂ’、３３ｂ’によって囲まれ、かつ、２つのプリズム面３３ｂ、３３ｂが交わる谷底部３３Ｃを頂部とする三角柱状の重なり部分３５が形成される。

尚、第１のプリズム部３１は、その断面形状を一体の形状として見た場合、２つの頂部３３Ａを備えた凹五角形状の断面を有する１つのプリズムからなるものとも言えるが、本明細書では、この凹五角形を、上述したように、２つの三角形を重ねて配置した構成として捉えるものであり、この意味で、第１のプリズム部３１は、２つの個別の第１のプリズム３３からなり、かつ、それぞれの第１のプリズム３３は、隣接する第１のプリズム３３内の仮想平面３３ｂ’を含めて定まる三角形状の断面を有するものとする。

入光プリズム３０において、第２のプリズム部３２は、第１のプリズム部３１に対して入光端面２２の長手方向に沿って隣接して設けられる。第２のプリズム３４は、導光板２１の厚さ方向に延びる三角柱状に形成される。すなわち、第２のプリズム３４は、一対のプリズム面３４ａ、３４ｂから、三角形の断面形状を有するとともにその断面形状が導光板２１の厚さ方向に対して一定であるように形成される。

また、図２に示す例において、第２のプリズム３４は、隣接する第２のプリズム３４及び隣接する第１のプリズム３３と隙間も重なりもないように配列されている。したがって、第２のプリズム３４のプリズム面３４ｂと、隣接する第２のプリズム３４のプリズム面３４ｂとが交わる谷底部３４Ｃは、入光端面２２上に位置して、第２のプリズム３４同士の境界を構成する。同様に、第２のプリズム３４のプリズム面３４ａと、隣接する第１のプリズム３３のプリズム面３３ａとが交わる谷底部３４Ｄは、入光端面２２上に位置して、第１のプリズム３３と第２のプリズム３４の（したがって、第１のプリズム部３１と第２のプリズム部３２の）境界を構成する。逆に言えば、この例における入光端面２２は、第１及び第２のプリズム３３、３４の凸形状の基端部である谷底部３４Ｃ、３４Ｄをすべて含む仮想平面として特徴付けられる。

但し、面状照明装置１０において、入光プリズム３０は、第２のプリズム３４と、隣接する第１または第２のプリズム３３、３４とを、隙間をおいて配列した箇所が含まれており、入光端面２２に、第２のプリズム３４と、隣接する第１または第２のプリズム３３、３４との間の平面が、その構成要素の一部として含まれるものであってもよい。

ここで、入光プリズム３０において、第１のプリズム３３の頂部３３Ａは、第２のプリズム３４の頂部３４Ａよりも入光端面２２に対して高い位置にあり（Ｈ１＞Ｈ２）、さらに、互いに隣接する第１のプリズム３３の重なりによって形成される谷底部（重なり部分３５の頂部）３３Ｃは、第２のプリズム３４の頂部３４Ａよりも入光端面２２に対して高い位置にある（Ｈ３＞Ｈ２）ものである。

面状照明装置１０において、入光プリズム３０を構成する凸構造の入光端面２２に対する高さが高い箇所は、低い箇所よりも、ＬＥＤ１１の面状照明装置１０への配置状態において、ＬＥＤ１１方向に突出することになる。

また、入光プリズム３０において、第１のプリズム部３１と第２のプリズム部３２とは、入光端面２２の長手方向に沿って繰り返し形成されている。この際、１つの第１のプリズム部３１とそれに隣接する１つの第２のプリズム部３２とを１ユニットとするユニット間のピッチＰは、少なくとも、ＬＥＤ１１の発光面１２の幅（面状照明装置１０への配置状態において、入光端面２２の長手方向に沿った長さ）よりも小さいことが好ましく、例えば、約１００μｍとするものであってもよい。このピッチＰは、入光プリズム３０の全体にわたって一定であってもよく、または、例えばＬＥＤ１１との位置関係等に応じて変化させるものであってもよい。

また、入光プリズム３０において、第１及び第２プリズム３３、３４の頂角θは、全て同一の角度（例えば、８０°）に形成されている。この構成は、導光板２１の製造時、その金型加工において、入光プリズム３０に対応する部分を一本のバイトを用いて容易に切削加工することが可能となるため、導光板２１の製造性の点で有利なものである。但し、入光プリズム３９において、第１及び第２プリズム３３、３４の頂角θは、分散性能等の光学特性に応じて、所定の範囲内（例えば、６０°〜１２０°）で適宜設定されるものであり、その際、それぞれの第１及び第２プリズム３３、３４の頂角θは、全て同一でなくともよい。

次に、図３及び図４を参照して、入光プリズム３０及び入光プリズム３０を備える面状照明装置１０の作用効果を説明すれば、次の通りである。
ここで、図３（ａ）には、入光端面２２に本発明に係る入光プリズム３０が形成された例が示されており、図３（ｂ）には、入光端面２２に従来の入光プリズム４０が形成された例が示されている。従来の入光プリズム４０は、導光板２１の厚さ方向に延びる三角柱状のプリズム４１（図示の例では、入光プリズム３０の第１のプリズム３３に相当する）を、入光端面２２の長手方向に沿って隙間も重なりもなく配列した構成であり、プリズム４１は全ての同一の高さを有している。

そして、図３（ａ）、（ｂ）には、ＬＥＤ１１から出射された光のうち、入光端面２２に対してθ／２（但し、θは第２のプリズム３４及びプリズム４１の頂角）以上の入射角を有して斜めに入射した光が、それぞれプリズム面３３ａ、４１ａを介して導光板２１内に入光する際の光路が示されている。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明に係る入光プリズム３０では、第１のプリズム３３に、第１のプリズム３３よりも入光面２２に対する高さが低い第２のプリズム３４が隣接しているため、１つの第１のプリズム３３のプリズム面３３ａに入射する光が、従来のプリズム４０の１つのプリズム４１のプリズム面４１ａに入射する光よりも増大する（Ａ１＞Ｂ１）。

さらに、入光プリズム３０では、第１のプリズム３３が、隣接する第１のプリズム３３と一部が重なるように形成されていることによって、プリズム面３３ａから入射した光のうち、対向するプリズム面３３ｂでの反射によって前方に向けられることなく、斜め方向に進む光Ｌ２の割合（Ａ３／Ａ１）が、従来の入光プリズム４０において、プリズム面４１ａから入射した光のうち、対向するプリズム面４１ｂでの反射によって前方に向けられることなく、斜め方向に進む光Ｌ２の割合（Ｂ３／Ｂ１）よりも増大する（（Ａ３／Ａ１）＞（Ｂ３／Ｂ１））。

入光プリズム３０のこの作用は、互いに隣接する第１のプリズム３３の重なりによって形成される谷底部３３Ｃが、第２のプリズム３４の頂部３４Ａよりも入光端面２２に対して高い位置にあることによって、さらに顕著なものとなる。

すなわち、本発明に係る入光プリズム３０は、従来の入光プリズム４０と比較して、入光端面２２に対して斜めに入射した光のうち、入光プリズム３０によって前方方向に光路が変換される光Ｌ１の割合を減少させ、そのまま斜め方向に導光板２１内に導光される光Ｌ２の割合を増大させるものである。

この結果、入光端面２２に入光プリズム３０を備えた面状照明装置１０では、図４に模式的に示すように、各ＬＥＤ１１ａ、１１ｂ、１１ｃから出射して導光板２１に入光した光のうち、ＬＥＤの前方方向に導光される光Ｌａ１、Ｌｂ1、Ｌｃ1が減少し、ＬＥＤの斜め方向に導光される光Ｌａ２〜Ｌａ５、Ｌｂ２〜Ｌｂ４、Ｌｃ２〜Ｌｃ４が増大する。

したがって、例えば、ＬＥＤ１１ｂの前方領域Ａにおける輝度に対して、ＬＥＤ１１ｂから出射して導光板２１内を前方に導光された光Ｌｂ１の寄与が減少し、両隣のＬＥＤ１１ａ、１１ｃから斜め方向に導光された光Ｌａ５、Ｌｃ４の寄与が増大する。このことは、ＬＥＤ１１ａ、１１ｃの前方領域についても同様である。

一方、例えば、ＬＥＤ１１ａとＬＥＤ１１ｂの間の領域Ｂでは、従来と同様に、主として両隣のＬＥＤ１１ａ、１１ｂから斜め方向に導光される光Ｌａ３、Ｌｂ２が、その領域Ｂにおける輝度に寄与するものであり、ＬＥＤ１１ｂとＬＥＤ１１ｃの間の領域Ｃでは、主として両隣のＬＥＤ１１ｂ、１１ｃから斜め方向に導光される光Ｌｂ３、Ｌｃ２が、その領域Ｃにおける輝度に寄与するものである。

これによって、導光板２１の入光端面２２付近の輝度について、ＬＥＤの前方領域（例えば、ＬＥＤ１１ｂの前方領域Ａ）と、ＬＥＤの間の領域（例えば、ＬＥＤ１１ａ、１１ｂの間の領域Ｂ、及び、ＬＥＤ１１ｂ、１１ｃの間の領域Ｃ）とで、輝度角度分布を均一化して反転現象を抑制しつつ、輝度を均一化することが可能となり、ひいては液晶表示装置等の面状照明装置１０の被照明体の視認性を向上させることが可能となる。

以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明に係る入光プリズム３０は、光漏れを増大させることなく反転現象を抑制することが可能な点で、図１に示すような入光部２６を備えた薄型の面状照明装置１０に対して有利に適用されるものであるが、本発明に係る入光プリズム３０は、側端面を入光面とする導光板を備えた任意の面状照明装置に対して適用可能なものである。

さらに、上述した実施形態では、入光プリズム３０は、入光端面２２の全面にわたって形成されるものとしたが、入光プリズム３０は、例えば入光端面２２のＬＥＤ１１の発光面１２に対向する領域等の、入光端面２２の１つまたは複数の部分領域に選択的に形成されるものであってもよい。また、入光プリズム３０が備える第２のプリズム部３２は、必ずしも複数の第２のプリズム３４を含むものでなくともよく、１つの第２のプリズム３４を備えるものであってもよい。

また、入光プリズム３０を構成する第１及び第２のプリズム３３、３４において、そのプリズム面３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂは、平面（傾斜角が一定）に限定されず、例えば、湾曲した曲面であってもよい。また、入光プリズム３０において、入光端面２２からの高さの異なるプリズムを含むプリズム部の種類は、必ずしも２種類に限定されず、入光プリズム３０は、それぞれ高さの異なるプリズムを含む３種類以上のプリズム部を有するものであってもよい。

１０：面状照明装置、１１：ＬＥＤ（点状光源）、２１：導光板、２２：入光端面、２４：出射面、３０：入光プリズム、３１：第１のプリズム部、３２：第２のプリズム部、３３：第１のプリズム、３３Ａ：第１のプリズムの頂部、３４：第２のプリズム、３４Ａ：第２のプリズムの頂部

Claims (6)

1. 点状光源と、該点状光源が配置される入光端面及び該入光端面から入光した光を面状に出射する出射面を有する導光板とを備え、前記入光端面に、前記点状光源からの光を前記出射面と略平行な平面内に分散させるための入光プリズムが形成された面状照明装置において、
   前記入光プリズムは、前記入光端面に対して凸状に形成される複数の第１のプリズムを含む第１のプリズム部と、該第１のプリズム部に前記入光端面の長手方向に沿って隣接して設けられ、前記入光端面に対して凸状に形成される第２のプリズムを含む第２のプリズム部とを有しており、前記第１のプリズムは、隣接する前記第１のプリズムと一部が重なるように形成され、かつ、前記第１のプリズムの頂部は、前記第２のプリズムの頂部よりも前記入光端面に対して高い位置にあることを特徴とする面状照明装置。
2. 隣接する前記第１のプリズム同士の重なりによって形成される谷底部は、前記第２のプリズムの頂部よりも前記入光端面に対して高い位置にあることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記第１及び第２のプリズム部は、前記入光端面の長手方向に沿って繰り返し形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の面状照明装置。
4. 前記第１及び第２のプリズムは、前記導光板の厚さ方向に対して一定の断面形状を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の面状照明装置。
5. 前記第１及び第２のプリズムの断面形状は、三角形であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の面状照明装置。
6. 前記第１及び第２のプリズムの頂角は全て同一であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の面状照明装置。

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