JPH11224520A

JPH11224520A - 面光源装置

Info

Publication number: JPH11224520A
Application number: JP10026123A
Authority: JP
Inventors: Keiji Isamoto; 圭史諫本; Masayuki Shinohara; 正幸篠原; Shigeru Aoyama; 茂青山
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 1999-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】面光源装置において、複数に分割した導光板
を結合したとき、それら境界部分での光損失を低減し、
大きいサイズの導光板を得て、特にＬＥＤ室内照明装置
に適したものとする。【解決手段】複数枚の導光板２１，２２の端面同士
を、光源３から一方の導光板２１へ入射された光が他方
の導光板２２に境界端面２３で実質的に全反射を生じる
ことなく伝播されるように結合させる。これにより、境
界面での光損失を極力低減することができ、複数の導光
板を結合して大きいサイズの導光板を得ることができ、
照明装置に適し、運搬や設置上取り扱い易いものとな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、点又は線状光源か
らの光を面状に拡げて出射させる面光源装置に係り、特
に、屋内等の照明に適用可能な技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の面光源装置の光源とし
て、半導体を用いた固体発光素子であるＬＥＤが広く用
いられており、ＬＥＤは小型、高輝度で、電気−光変換
効率が高く長寿命であるといった特長を有し、電光掲示
板や各種機器の液晶（ＬＣＤ）のバックライト等に用い
られている。もともと点光源であるＬＥＤを光源とする
面光源装置は、導光板を用いることにより面光源に変換
している。

【０００３】従来の面光源装置を図１１の斜視図及び図
１２の断面図により示す。面光源装置１００は、光を閉
じ込めるための導光板２と、発光部３と、反射板４とか
ら構成されている。導光板２は、ポリカーボネイト樹脂
やメタクリル樹脂等の透明で屈折率の大きな樹脂により
成形されており、導光板２の下面には凹凸加工や拡散反
射インクのドット印刷等によって拡散パターンＰが形成
されている。発光部３は、回路基板３ａ上に複数の発光
ダイオード（ＬＥＤ）等のいわゆる点光源３ｂを実装し
たものであって、導光板２の側面（光入射面７）に対向
している。反射板４は、反射率の高い、例えば白色樹脂
シートによって形成されており、両面テープ１２によっ
て両側部を導光板２の下面に貼り付けられている。

【０００４】しかして、図１２に示すように、発光部３
から出射されて光入射面７から導光板２の内部に導かれ
た光ｆは、導光板２内部で全反射することによって導光
板２内部に閉じ込められる。導光板２内部の光ｆは、拡
散パターンＰに入射すると、拡散反射され、光出射面６
へ向けて全反射の臨界角よりも小さな角度で反射された
光ｆが、光出射面６から外部へ取り出される。また、導
光板２下面の拡散パターンＰの存在しない箇所を透過し
た光ｆは、反射板４によって反射されて、再び導光板２
内部へ戻るので、導光板２下面からの光量損失を防止さ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
面光源装置を、屋内等の照明分野で利用することも考え
られている。具体的には、省エネルギー効率が高い上
に、丈夫で長持ちする新しいタイプの室内照明装置（将
来のあかり）の開発が望まれており、そのために、ＬＥ
Ｄを室内照明器具として活用することで、消費電力を白
熱灯のほぼ１／８、蛍光灯のほぼ１／２に抑えると共
に、耐用年数も高めるとの構想である。

【０００６】しかしながら、上述したような、液晶（Ｌ
ＣＤ）のバックライト等に用いられる面光源装置は、そ
のサイズが高々６インチ（１５．２ｃｍ）程度のもので
ある。それに比べて、一般の室内照明器具では、広範囲
を均一に照明できる面光源である必要があり、数メート
ル（ｍ）サイズの大きさが要求される。すなわち、室内
照明の場合には、導光板のサイズが、従来のバックライ
トの場合に比べて１０倍以上の大きさとなるのである。
このように、数メートルサイズの大きな面積を有する導
光板となると、運搬、設置の面で取り扱いにくいものと
なる。そこで、これを改善するために導光板を分割する
方法があるが、その場合、分割した導光板間の境界が生
じるため、導光板間で光が伝播する時に光の漏れ及び全
反射によって光損失が生じ易い。

【０００７】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、運搬や設置上取り扱い易い大き
さに分割した複数の導光板を結合して大きいサイズの導
光板を得る場合に、それら境界部分での光損失を極力少
なくすることができ、特に室内用ＬＥＤ照明装置に好適
な面光源装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、点又は線状光源からの光を面状に拡げて出
射させる面光源装置において、複数枚以上の導光板と、
前記一つの導光板の端面から光が入射するように設置さ
れた光源と、前記導光板の少なくとも一方の面に設けら
れた光反射手段と、前記導光板から光を取り出すたため
の拡散パターン部材とを備え、前記複数枚の導光板の端
面同士を、前記光源から一方の導光板へ入射された光が
他方の導光板にそれらの境界面で実質的に全反射を生じ
ることなく伝播されるように結合させたものである。こ
の構成においては、複数枚の導光板を端面同士で結合し
た境界面での全反射が軽減されるので、境界面での光損
失を極力低減することができる。複数の導光板を結合し
て大きいサイズの導光板を得るので、運搬や設置上取り
扱い易いものとなる。

【０００９】また、本発明は、点状光源からの光を面状
に拡げて出射させる面光源装置において、複数枚以上の
導光板と、前記一つの導光板の端面から光が入射するよ
うに設置された光源と、前記導光板の少なくとも一方の
面に設けられた光反射手段と、前記導光板から光を取り
出すたための拡散パターン部材とを備え、導光板間の端
面は、その法線ベクトルが光源を中心とした放射線に対
して全反射角以下の角度となる面、またはほとんど放射
線と交わらない面としたものである。この構成において
は、点状光源を用いているにも関わらず、複数枚の導光
板を端面同士で結合した境界面での全反射が軽減され、
上記と同等の作用が得られる。

【００１０】また、導光板間の端面のうち光源側の導光
板の端面は、拡散面としてもよい。

【００１１】また、導光板間が透明媒体で埋められてい
るものとしてもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の面光源
装置の第１実施形態による導光型照明装置の概略外観
図、図２は図１のＡ部の拡大図、図３は導光型照明装置
の断面図である。導光型照明装置１は、複数に分割され
た透明アクリル樹脂等でなる導光板２１，２２と、その
一方の導光板２１の端面（光入射面７）から光が入射す
るように設置された点又は線状の光源３と、導光板２
１，２２の非出射側の面に設けられたシート状又は薄板
状の反射板４（光反射手段）とから構成される。導光板
２１，２２は、それら端面同士を結合させている。反射
板４は、光拡散効果を持つエポキシ樹脂等で成るドット
状の粘着剤５で導光板２に貼り付けることができる。こ
のドット状の粘着剤５は、反射板４の導光板２１，２２
との対向面全体に分布させ、光出射面６から均一に光が
出射されるような拡散パターンを構成する。

【００１３】光源３には、白色又はＲ，Ｇ，Ｂの３色を
混合するＬＥＤアレイを用いればよい。さらに、紫外線
を出すＬＥＤを蛍光管に封入して白色光を発光するもの
を用いてもよい。また、この導光型照明装置１は、室内
の天井に貼り付けて用いられたり、看板用に用いられ、
特に、将来のＬＥＤ室内照明装置として、省エネルギ
ー、耐用年数が長く、小型、軽量であり、点灯や消灯の
速度が早い等の利点がある。室内の天井に貼り付ける場
合、反射板４を天井面に固定すればよい。

【００１４】図４（ａ）（ｂ）は、分割した導光板２
１，２２の形態を示す平面図である。分割した導光板２
１，２２を単純に結合したときは、完全に密着させるこ
とは極めて困難であることから、その境界面で全反射が
生じてしまう。そこで、本実施形態では、導光板２１，
２２を結合した境界端面２３が光線に対してほぼ垂直に
なるようにしている。これにより、境界面で生じやすい
全反射を軽減させ、全体の効率を向上させている。

【００１５】図４（ａ）に示す境界端面２３の形状は、
光源３から伸ばした放射線に対してほぼ垂直な面と、ほ
ぼ平行な面のみで構成される。すなわち、導光板２１，
２２間の端面は、その法線ベクトルが光源３からの放射
線に対して全反射角以下の角度となるようにしている。
この構成により、光源３から出た光は、境界端面２３に
達しても、必ずほぼ垂直に境界面に当たるため、反射す
ることなく伝播していく。図４（ｂ）に示す境界端面２
３の形状は、光源３から伸ばした放射線に対してほぼ垂
直な面のみで構成している。すなわち、導光板２１，２
２間の端面は、その法線ベクトルが光源３からの放射線
に対してほぼ垂直である。この例では、境界端面２３を
ほぼ垂直な面としているが、全反射を生じさせない角度
であれば効果がある。また、粘着剤５による拡散パター
ン（破線で示す）は、点光源の場合、後述の図１０に示
す同心円状のものとする。

【００１６】上記構成でなる導光型照明装置１の光出射
面６から光を取り出す機構は、基本的には上述の従来技
術で説明したのと同様であり、光入射面７から導光板２
１内に導入された光は導光板２１内で全反射し、拡散パ
ターンを成すドット状の粘着剤５に入射すると反射板４
にて拡散反射され、光出射面６へ向けて全反射の臨界角
よりも小さな角度で反射された光ｆ（図３）が、光出射
面６から外部へ取り出される。また、導光板２１内に導
入された光は境界端面２３を経て導光板２２に伝播さ
れ、この導光板２２の光出射面６からも外部へ取り出さ
れる。境界端面２３で光はほぼ垂直に境界面を通るの
で、ここでの光ロスは低減される。

【００１７】また、粘着剤５の屈折率は導光板２の屈折
率以上であることが望ましい。粘着剤５による拡散パタ
ーンは、シート状又は薄板状の反射板４に印刷により作
製できるので、従来の構成・方法では不可能であった大
面積パターンの作製が可能となる。粘着剤５によるパタ
ーンに任意の色を着色したものであってもよい。導光板
２１，２２を結合して、例えば２ｍ×２ｍのサイズとす
ることができる。

【００１８】図５は第２実施形態による導光型照明装置
の平面図である。この実施形態では、導光板２１，２２
の境界端面２３に拡散面２４を作ることにより、境界端
面２３で全反射が生じるのを防止している。拡散面２４
は、導光板２１の端面を凹凸面とし、または拡散効果の
ある塗料を塗布することで形成すればよい。導光板２
１，２２の非出射面には、反射板付き拡散パターン（破
線で示す）が設けられて、導光板２１側は、点光源の場
合、後述の図１０のパターンを、線光源の場合、図９の
パターンを用いる。導光板２２側は、基本的には図９の
パターンを用いればよい。この構成により、導光板２１
の出射面から出射されると同時に、端面の拡散面２４に
入射した光は拡散光となって導光板２２に伝播・入射さ
れ、導光板２２の出射面から出射される。

【００１９】図６（ａ）（ｂ）は第３実施形態による導
光型照明装置の平面図及び側面図である。この実施形態
では、導光板２１，２２の境界端面２３を透明樹脂２５
（粘着剤）で埋め込むことにより、境界端面２３で全反
射が生じるのを防止している。透明樹脂２５の屈折率
（ｎ２）は、導光板２１，２２の屈折率（ｎ１）とほぼ
一致するか、僅かに大きい値とする（ｎ１≦ｎ２）こと
が望ましい。また、埋め込む樹脂の盛り上がり、はみ出
し等が予測される。導光板２１，２２の表面には、パタ
ーン付き反射板又は拡散板等が設けられるため（図示を
省略）、このようなはみ出しがあると、それらを持ち上
げてしまい、輝度の均一性に支障を来してしまう。そこ
で、図示のように境界部分は導光板２１，２２の厚みを
若干薄くして、透明樹脂２５がはみ出しても、導光板２
１，２２の表面よりは高くならないようにする。透明樹
脂２５の代わりに、両面テープを用いてもよい。また、
反射板又は拡散板のパターンは、点光源の場合、図１０
のものを、線光源の場合、図９のものを用いる。

【００２０】図７は、上記第３実施形態での導光板２
１，２２をアセンブリする方法を示す図であり、導光板
２１，２２のいずれか一方の端面に予め粘着テープを２
６を設けておき、これを利用して複数の導光板２１，２
２を結合させる。図８は、複数に分割された導光板２
１，２２をアセンブリする他の方法を示す図であり、粘
着剤５によるパターン付きの反射板４に、導光板２１，
２２を貼り付けることで、複数の導光板２１，２２を結
合かつ固定する。

【００２１】図９及び図１０は、光源３が線光源（ＬＥ
Ｄモジュール）である場合と点光源である場合の拡散パ
ターンの模式図である。反射板４側に粘着剤５のパター
ンを設けて拡散反射板とすることができ、いずれも光の
利用効率及び均一性を向上し得るように形成されてい
る。図９に示す拡散パターンＰは、線光源３と平行線状
のものであり、光源に近い程、粗であり、遠い程、密と
され、パターン幅、及び最短パターンピッチは、いずれ
もパターンＰのスタンプ（印刷）精度が出せる程度の大
きさであり、例えば、３００μｍ程度（２００〜５００
μｍの範囲やそれ以上又はそれ以下であっても構わな
い）とする。

【００２２】図１０に示す拡散パターンは、点光源３を
中心として同心円状にしたものである。最小パターンサ
イズ及び最小パターン間距離は、いずれも上記と同様で
あり、例えば３００μｍ程度とする。反射板４側に粘着
剤５のパターンを設けることで、シートまたは薄板上に
パターンを作製すればよいので、大面積パターンの作製
が容易になる。また、この拡散反射板は粘着剤により導
光板に貼り付けられる。

【００２３】なお、本発明は上記実施形態の構成に限ら
れず種々の変形が可能であり、要は、複数に分割された
導光板を端面同士で結合し、その境界面が等価的に密着
したのと同等の光伝播作用が得られるような構成とする
ことで、結合面での光損失が少ない、大きい面積を有す
る導光板を作製することが可能となり、照明装置に適し
たものとなる。また、上記では図示していないが、拡散
効果を有する透明板を複数に分割された導光板の出射側
の面に設けることによっても、出射光を均一にすること
ができると共に導光板を保護することができる。また、
反射板自体も、複数に分割されたものを組み合わせても
よい。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、複数枚の
導光板の端面同士が結合されてなる一方の導光板から他
方の導光板に光が伝播される時にそれら境界面で実質的
に全反射を生じることがないようにしたので、境界面で
の光損失が低減される。また、複数の導光板を結合して
大きいサイズの導光板を得ることができるので、運搬や
設置上取り扱い易くなり、室内用ＬＥＤ照明装置に好適
なものとなる。また、点状光源の場合であっても、導光
板間の端面を、その法線ベクトルが光源を中心とした放
射線に対して全反射角以下の角度となる面、またはほと
んど放射線と交わらない面とすることで、上記と同等の
作用が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の面光源装置の第１実施形態による導光
型照明装置の概略外観図である。

【図２】図１のＡ部の拡大図である。

【図３】導光型照明装置の断面図である。

【図４】（ａ）（ｂ）は、分割した導光板の形態を示す
平面図である。

【図５】第２実施形態による導光型照明装置の平面図で
ある。

【図６】（ａ）（ｂ）は第３実施形態による導光型照明
装置の平面図及び側面図である。

【図７】第３実施形態での導光板をアセンブリする方法
を示す図である。

【図８】複数に分割された導光板をアセンブリする他の
方法を示す図である。

【図９】光源が線光源である場合の拡散パターンの模式
図である。

【図１０】光源が点光源である場合の拡散パターンの模
式図である。

【図１１】従来の面光源装置の斜視図である。

【図１２】従来の面光源装置の断面図である。

【符号の説明】

１導光型照明装置２１，２２導光板３光源４反射板（光反射手段）５粘着剤（拡散パターン部材）６光出射面２３境界端面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】点又は線状光源からの光を面状に拡げて
出射させる面光源装置において、複数枚以上の導光板と、前記一つの導光板の端面から光が入射するように設置さ
れた光源と、前記導光板の少なくとも一方の面に設けられた光反射手
段と、前記導光板から光を取り出すたための拡散パターン部材
とを備え、前記複数枚の導光板の端面同士を、前記光源から一方の
導光板へ入射された光が他方の導光板にそれらの境界面
で実質的に全反射を生じることなく伝播されるように結
合させたことを特徴とする面光源装置。
【請求項２】点状光源からの光を面状に拡げて出射さ
せる面光源装置において、複数枚以上の導光板と、前記一つの導光板の端面から光が入射するように設置さ
れた光源と、前記導光板の少なくとも一方の面に設けられた光反射手
段と、前記導光板から光を取り出すたための拡散パターン部材
とを備え、導光板間の端面は、その法線ベクトルが光源を中心とし
た放射線に対して全反射角以下の角度となる面、または
ほとんど放射線と交わらない面であることを特徴とする
面光源装置。
【請求項３】導光板間の端面のうち光源側の導光板の
端面は、拡散面であることを特徴とする請求項１又は請
求項２に記載の面光源装置。
【請求項４】導光板間が透明媒体で埋められているこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の面光源装
置。