(57)【要約】【課題】  光偏向制御板と光反射部材との間に光源を配置した従来の平面照明装置は、輝度むらがある上に電力消費が多い。【解決手段】  本発明による平面照明装置１０は、第１の方向に延在し、第１の方向と交差する第２の方向に沿って配列する複数の面状光源１１と、面状光源１１を覆うように配される光偏向制御板１２と、面状光源１１を挟んで光偏向制御板１２の反対側に配される光反射部材１３とを具え、面状光源１１が光偏向制御板１２と光反射部材１３とに対向する一対の平面発光部１１ｃ，１１ｄを有し、光反射部材１３が第１の方向に延在すると共に第２の方向に沿って所定間隔で配列する複数の凹反射面１３ａを有し、面状光源１１の配列間隔が光反射部材１３の凹反射面１３ａの配列間隔と同じか、または整数倍に設定され、光反射部材１３と対向する面状光源１１の平面発光部１１ｄが光反射部材１３の隣接する２つの凹反射面１３ａに跨がるように位置する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に延在し、この第１の方向と交差する第２の方向に沿って所定間隔で配列する複数の面状光源と、これら複数の面状光源を覆うように配される透明な光偏向制御板と、前記複数の面状光源を挟んで前記光偏向制御板の反対側に配され、前記複数の面状光源からの光を前記光偏向制御板側へ導く光反射部材とを具えた平面照明装置であって、
個々の前記面状光源は、前記光偏向制御板と前記光反射部材とに対向する一対の平坦な平面発光部をそれぞれ有し、
前記光反射部材は、第１の方向に延在すると共に第２の方向に沿って所定間隔で配列する複数の凹反射面を有し、
前記複数の面状光源の配列間隔は、前記光反射部材の凹反射面の配列間隔と同じか、または整数倍に設定され、前記光反射部材と対向する前記面状光源の平面発光部が前記光反射部材の隣接する２つの凹反射面に跨がるように位置していることを特徴とする平面照明装置。
【請求項２】
個々の前記凹反射面は第２の方向に沿った中間位置を中心として対称な形状を有する一方、個々の前記面状光源の中心を含み、かつ前記光偏向制御板に対して垂直な第１の方向に沿った平面が、隣接する２つの前記凹反射面の境をなしていることを特徴とする請求項１に記載の平面照明装置。
【請求項３】
前記個々の面状光源の第２の方向に沿った幅寸法は、前記光反射部材の第２の方向に沿った前記個々の凹反射面の幅寸法以下に設定され、前記個々の面状光源の一対の平面発光部の間隔は、前記面状光源の第２の方向に沿った幅寸法よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１記載または請求項２に記載の平面照明装置。
【請求項４】
前記個々の面状光源の第２の方向に沿った幅寸法は、その一対の平面発光部の間隔の２倍〜１０倍の範囲に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の平面照明装置。
【請求項５】
前記光偏向制御板は、この光偏向制御板を通過する光を所定の方向に偏向させるための光偏向部材を有することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の平面照明装置。
【請求項６】
前記面状光源が冷陰極管であり、その電極が多数の凹凸部を有するか、または網状をなしていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の平面照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定間隔で相互に平行に配列する複数の面状光源と、これら複数の面状光源を覆うように配される光偏向制御板と、複数の面状光源を挟んで光偏向制御板の反対側に配され、複数の面状光源からの光を光偏向制御板側へ導く光反射部材とを具えた平面照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型液晶表示装置のバックライト光源などに用いられる平面照明装置は、比較的小面積に適合するものと、比較的大面積に適合するものとが知られている。このうち、比較的小面積に適合するものは、特許文献１に記載されているように、光が内部を伝播する板状のライトガイドを用い、このライトガイドの側端面からライトガイド内に光源からの光を入射させ、最終的にライトガイドの表面から出射する光を光拡散シートや輝度上昇フィルムを通して光量分布の均一化および出射光の方向制御を行っている。これに対し、比較的大面積に適合するものは、特許文献２，特許文献３に記載されているように、光源を挟んで光反射部材の反対側に光拡散シートや輝度上昇フィルムを配し、光源から発せられた光を光反射部材によって光拡散シートや輝度上昇フィルム側にすべて導き、これら光拡散シートや輝度上昇フィルムを通過する出射光の光量分布の均一化およびその方向制御を行っている。
【０００３】
上述した光拡散シートは、指向性の強い光をほぼ完全拡散状態に散乱させるものであって光量分布の均一化に寄与し、輝度上昇フィルムは逆に散乱光に特定の指向性を与えるのに寄与する。これら２種類のシートを適宜併用することにより、出射光の光量分布の均一化および指向特性の調整が行われる。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２９２５３１号公報
【特許文献２】特許第３２６７７２５号公報
【特許文献３】特開２００１−２１５４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された従来の平面照明装置では、ライトガイドの側方に光源を配置する構造のため、平面照明装置自体の厚みを薄く設定することが可能である反面、光源の配置箇所がライトガイドの周囲に制限されてしまう関係から、特に表示面積の大きな大型の液晶表示装置のバックライト光源として利用することが難しく、高輝度の光を導光板の表面全域から均一に出射させることが困難となる場合がある。また、表示面積の大型化に伴ってライトガイドを大型化させた場合、機械的強度などを維持するためにライトガイド自体の厚肉化を避けることができず、その重量が嵩む上に内部を伝播する光の損失も大きくなってしまう欠点があった。
【０００６】
特許文献２や特許文献３に記載された従来の平面照明装置の場合、光源の配置に関してライトガイドを使用した場合のような制約がないため、このような不具合を解消することができるものの、光源から平面照明装置の照明光の出射面までの光路長を長く設定すると、平面照明装置のコンパクト化を阻害する要因となる。このため、平面照明装置自体の厚みを薄くしようとすると、光源から平面照明装置の照明光の出射面までの光路長を充分取ることができない。結果として、輝度分布や光量分布にむらが生じやすく、これを回避するために光の損失が増大する欠点を持つ光拡散シートを複数枚使用したり、光源を必要以上に密に配置する必要があり、この場合にはコストや消費電力の点で問題が生ずる。さらに、光源として用いられる従来の直管形の冷陰極管は、その中心からの光の放射特性が均一であるため、出射光の利用効率が余り良くなかった。また、光源を囲む一定曲率の凹反射面を光源の配列間隔に合わせて連続的に形成した光反射部材を採用したものでは、隣接する凹反射面の境界部分で反射する光が強い輝線となって光拡散シートや輝度上昇フィルムに達し、大きな輝度むらを引き起こす問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、輝度分布や光量分布にむらが生じにくく、大面積の照明にも適合し得るコンパクトな平面照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による平面照明装置は、第１の方向に延在し、この第１の方向と交差する第２の方向に沿って所定間隔で配列する複数の面状光源と、これら複数の面状光源を覆うように配される透明な光偏向制御板と、前記複数の面状光源を挟んで前記光偏向制御板の反対側に配され、前記複数の面状光源からの光を前記光偏向制御板側へ導く光反射部材とを具えた平面照明装置であって、個々の前記面状光源は、前記光偏向制御板と前記光反射部材とに対向する一対の平坦な平面発光部をそれぞれ有し、前記光反射部材は、第１の方向に延在すると共に第２の方向に沿って所定間隔で配列する複数の凹反射面を有し、前記複数の面状光源の配列間隔は、前記光反射部材の凹反射面の配列間隔と同じか、または整数倍に設定され、前記光反射部材と対向する前記面状光源の平面発光部が前記光反射部材の隣接する２つの凹反射面に跨がるように位置していることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、光偏向制御板と対向する面状光源の一方の平面発光部から出射する光が光偏向制御板側にそのまま進み、光反射部材と対向する他方の平面発光部から出射する光が光反射部材側に進み、凹反射面にて全反射して光偏向制御板側に導かれる。最終的に面状光源から出射した光が光偏向制御板から出射方向および分散状態が制御された状態で出射することとなる。また、隣接する２つの凹反射面の境界部分で反射する光の大部分は、この境界部分を覆うように配された面状光源によって遮られ、光偏向制御板側には達しない。
【００１０】
本発明による平面照明装置において、面状光源が硬質ガラスを用いた冷陰極管であってよい。
【００１１】
個々の凹反射面が第２の方向に沿った中間位置を中心として対称な形状を有する一方、個々の面状光源の中心を含み、かつ光偏向制御板に対して垂直な第１の方向に沿った平面が、隣接する２つの凹反射面の境をなしているものであってよい。
【００１２】
凹反射面を連続した曲面かまたは第１の方向に延在する複数の平面にて形成することができる。
【００１３】
個々の面状光源の第２の方向に沿った幅寸法を光反射部材の第２の方向に沿った個々の凹反射面の幅寸法以下に設定し、個々の面状光源の一対の平面発光部の間隔を面状光源の第２の方向に沿った幅寸法よりも小さく設定することが好ましい。この場合、個々の面状光源の第２の方向に沿った幅寸法をその一対の平面発光部の間隔の２倍〜１０倍の範囲に設定することが有効である。
【００１４】
光偏向制御板がこの光偏向制御板を通過する光を所定の方向に偏向させるための光偏向部材を有するものであってよい。
【００１５】
面状光源として冷陰極管を採用することが可能であり、その電極を第２の方向に沿って細長く形成することができる。この場合、電極が多数の凹凸部を有するか、または網状をなしているものであってよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の平面照明装置によると、面状光源が光偏向制御板と光反射部材とに対向する一対の平坦な平面発光部を有し、光反射部材が第１の方向に延在すると共に第２の方向に沿って所定間隔で配列する複数の凹反射面を有し、複数の面状光源の配列間隔が光反射部材の凹反射面の配列間隔と同じか、または整数倍に設定され、光反射部材と対向する面状光源の平面発光部が光反射部材の隣接する２つの凹反射面に跨がるように位置しているので、面状光源からの直接光と、凹反射面にて反射して隣接する面状光源の間を通過した光とを光偏向制御板に導く一方、隣接する２つの凹反射面の境界部分での制御困難な反射光を面状光源にて遮ることが可能となり、光偏向制御板から出射する照明光の輝度や照度の分布を従来のものよりも均一化させることかできる。また、光源が光偏向制御板および光反射部材にそれぞれ対向する偏平な平面発光部を有しているため、光源から出射する光の大部分を効率良く光偏向制御板から出射させることができる。
【００１７】
個々の凹反射面が第２の方向に沿った中間位置を中心として対称な形状を有する一方、個々の面状光源の中心を含み、かつ光偏向制御板に対して垂直な第１の方向に沿った平面が、隣接する２つの凹反射面の境をなしている場合、面状光源からの直接光と、凹反射面にて反射して隣接する面状光源の間を通過した光とを第２の方向に沿って交互に重ね合わせた状態で光偏向制御板に導くことができ、光反射部材と面状光源との間隔および光反射部材の個々の凹反射面の傾斜角や曲率などをすべて同一に設計することが可能となり、その製造および組立などを容易化させることができる。
【００１８】
個々の面状光源の第２の方向に沿った幅寸法を光反射部材の第２の方向に沿った個々の凹反射面の幅寸法以下に設定し、個々の面状光源の一対の平面発光部の間隔を面状光源の第２の方向に沿った幅寸法よりも小さく設定した場合、光反射部材と対向する面状光源の平面発光部からの出射光を隣接する２つの凹反射面へと振り分けてそれぞれ光偏向制御板側に反射させることができ、しかも面状光源から光偏向制御板および光反射部材側に出射する光の割合をより多く設定することができ、光源からの出射光の利用効率を従来のものよりも改善することができる。このような効果は、特に個々の面状光源の第２の方向に沿った幅寸法をその一対の平面発光部の間隔の２倍〜１０倍の範囲に設定した場合に顕著となり、従来のものと同じ照明効果をより低消費電力にて達成することが可能である。
【００１９】
光偏向制御板がこの光偏向制御板を通過する光を所定の方向に偏向させるための光偏向部材を有する場合、光偏向制御板から出射する照明光の指向性を調整することが可能となり、より高輝度の照明光を所望の方向に出射させることができる。
【００２０】
面状光源として冷陰極管を採用し、その電極が多数の凹凸部を有するか、または網状をなしている場合、電極での電流の集中を緩和し、これによって電極の発熱を分散化させ、その劣化を防いで長時間に亙り安定した放電が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明による平面照明装置の実施形態について、図１〜図６を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、これらをさらに組み合わせたり、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。
【００２２】
本実施形態における平面照明装置の外観を分解状態で図１に示し、その主要部の断面構造を図２に示し、本実施形態における面状光源の外観を透視状態で図３に示す。すなわち、本実施形態における平面照明装置１０は、図２の紙面に対して垂直な第１の方向にそれぞれ延在し、この第１の方向と交差する第２の方向（図２中、左右方向）に沿って所定間隔で配列する複数の面状光源１１と、これら複数の面状光源１１を覆うように配される光学的に透明な光偏向制御板１２と、複数の面状光源１１を挟んで光偏向制御板１２の反対側に配され、複数の面状光源１１からの光を光偏向制御板１２側へ導く光反射部材１３と、これら面状光源１１，光偏向制御板１２，光反射部材１３を収容保持する筺体１４とを具えている。
【００２３】
本実施形態における光反射部材１３は、アルミニウムなどの金属を波形にプレス成形したものであるが、樹脂にて形成する場合、遮光性および光反射率を向上させるためにチタン酸バリウムなどの白色粉体（顔料）を混練した樹脂材料、例えば芳香族系ポリエステルなどからなる液晶ポリマーや、変成ポリアミド，ポリブチレンテレフタレート，ナイロン４６などを波形に射出成形したものを採用することができる。この光反射部材１３は、第１の方向に延在すると共に第２の方向に沿って所定間隔で配列する複数の凹反射面１３ａを有する。個々の凹反射面１３ａは第２の方向に沿った中間位置を中心として対称な形状を有する一方、個々の面状光源１１の中心を含み、かつ光偏向制御板１２に対して垂直な第１の方向に沿った平面（図２中、二点鎖線で示す）が、隣接する２つの凹反射面１３ａの境をなしている。個々の凹反射面１３ａは、第２の方向に沿った断面形状がこれらの配列ピッチＰ１３の１／２よりも小さな所定曲率半径の円弧状をなしているが、放物線や楕円などの他の二次曲線またはさらに高次の曲線にて形成したり、あるいはこれに近似する多数の平面をつなげた状態のものに形成することが可能である。凹反射面１３ａは鏡面であってもよいし、平滑面または梨地の如き微細な粗面であってもよく、何れの場合においても金属箔や樹脂シートなどをその表面に貼り付けたり、機械加工によって凹反射面１３ａを仕上げることが可能である。
【００２４】
本実施形態における面状光源１１は、偏平な硬質ガラス製の冷陰極管にて形成され、その長手方向両端からそれぞれ電極１１ａに接続するジメット線１１ｂが突出している。金属の板材から形成された一対の電極１１ａは、偏平な冷陰極管の断面輪郭形状に対応して第２の方向に沿って細長い偏平な形状を有しており、これによって電極１１ａの一部に電流が集中するのを防ぐと共に電極１１ａ自体の放熱性を向上させ、耐久性の低下および熱変形を防止する一方、安定した放電を長時間に亙って可能としている。本実施形態では、一方の電極１１ａの先端面を凸面にて形成すると共に他方の電極１１ａの先端面を凹面にて形成しているが、電極１１ａ自体やその先端面の形状に関しては、冷陰極管の特性などに応じて適宜変更可能であることは言うまでもない。個々の面状光源１１は、光偏向制御板１２と光反射部材１３とに対向する上下一対の平坦な平面発光部１１ｃ，１１ｄをそれぞれ有する。個々の面状光源１１の第２の方向に沿った幅寸法Ｗは、光反射部材１３の第２の方向に沿った個々の凹反射面１３ａの配列ピッチＰ１３以下に設定されている。また、個々の面状光源１１の一対の平面発光部１１ｃ，１１ｄの間隔（厚さ）Ｈは、面状光源１１の第２の方向に沿った幅寸法Ｗよりも小さく、平面照明装置１０全体の大きさ，必要輝度特性，電気的特性，面状光源１１自体の機械的強度，光学的特性，電気的特性などに応じて適宜設定される。通常、この面状光源１１の第２の方向に沿った幅寸法Ｗは、一対の平面発光部１１ｃ，１１ｄの間隔Ｈの２倍〜１０倍の範囲に設定される。このように、面状光源１１の厚みに対して幅の広い平面発光部１１ｃ，１１ｄとなっているため、この平面照明装置１０における面状光源１１の組み込み本数が少なくても、高い輝度の光を光偏向制御板１２から出射させることができる。面状光源１１の配列ピッチＰ１１は、光反射部材１３の凹反射面１３ａの配列ピッチＰ１３と同じ間隔に設定され、光反射部材１３と対向する面状光源１１の平面発光部１１ｄが光反射部材１３の隣接する２つの凹反射面１３ａに跨がるように位置している。
【００２５】
このように、隣接する２つの凹反射面１３ａの境界部分を覆うように面状光源１１を配することにより、この境界部分で反射する強い輝線が面状光源１１によって遮られるため、光偏向制御板１２から出射する光の輝度分布の均一化が容易となる利点を有する。
【００２６】
光偏向制御板１２は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ），ポリカーボネート（ＰＣ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などにて形成され、ここを通過する光を所定の方向に偏向させるための微細な凹凸をその表裏両面の少なくとも一方に形成し、これによって光偏向制御板１２の表面から出射する照明光の照度分布や輝度分布を所望の特性（一般的には均一）に調整するものである。この光偏向制御板１２として、いわゆるプリズムシートや光拡散板と呼称されるものを１枚または必要に応じて複数枚重ね合わせたものを採用することができるが、特開２００３−３５８２４号公報などに記載された光偏向素子を微細な凹凸として形成したものを採用することも可能である。
【００２７】
この平面照明装置１０の照明面積が比較的小さな場合、筺体１４をアルミニウムダイキャストや板金加工にて形成することができるが、平面照明装置１０の照明面積が比較的大きな場合には、光反射部材１３と同じ樹脂製の筺体１４を射出成形したものを採用することが軽量化の観点から好ましいと言える。
【００２８】
従って、光偏向制御板１２と対向する側の面状光源１１の平面発光部１１ｃからの出射光は、光偏向制御板１２の裏面１２ａへと進行する。また、光反射部材１３と対向する側の面状光源１１の平面発光部１１ｄからの出射光は、主としてその直下に位置する２つの凹反射面１３ａへと進行し、ここで反射して相互に隣接する面状光源１１の間から最終的に光偏向制御板１２の裏面１２ａへと到達する。このように、面状光源１１から光偏向制御板１２の裏面１２ａに直接到達する光と、面状光源１１から光反射部材１３にて反射し、相互に隣接する面状光源１１の間を通って光偏向制御板１２の裏面１２ａに到達する光とで、光偏向制御板１２の表面１２ｂから出射する照明光の照度分布および輝度分布が光偏向制御板１２の全域に亙って均一となるように、面状光源１１と光偏向制御板１２および光反射部材１３とのそれぞれの間隔，光反射部材１３の凹反射面１３ａの輪郭形状，光反射部材１３の表面あらさおよびその配列間隔などを適宜設定する必要がある。
【００２９】
このように、第１の方向に沿った光偏向制御板１２の幅寸法に対応した長さを有する適当な本数の面状光源１１を用意した後、面状光源１１と光偏向制御板１２および光反射部材１３とのそれぞれの間隔，光反射部材１３の凹反射面１３ａの輪郭形状，光反射部材１３の表面あらさおよびその配列間隔などを適宜設定することにより、光偏向制御板１２の表面１２ｂから出射する照明光の照度分布や輝度分布を均一にすることができる。
【００３０】
上述した実施形態では、光反射部材１３の凹反射面１３ａの配列ピッチＰ１３と面状光源１１の配列ピッチＰ１１とを同じに設定したが、光反射部材１３の凹反射面１３ａの配列ピッチＰ１３を面状光源１１の配列ピッチＰ１１の整数倍に設定することも可能である。
【００３１】
このような本発明による平面照明装置１０の他の実施形態の断面構造を図４に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施形態では光反射部材１３の凹反射面１３ａの配列ピッチＰ１３を面状光源１１の配列ピッチＰ１１の２倍に設定し、光反射部材１３と対向する個々の面状光源１１の平面発光部１１ｄが光反射部材１３の隣接する２つの凹反射面１３ａに跨がるように位置している点に関しては、先の実施形態と同じである。この場合、隣り合う面状光源１１の中間に２つの凹反射面１３ａの境界部分が存在した状態となるため、この部分の反射光が比較的強い輝線となる懸念がある。しかしながら、これら２つの凹反射面１３ａの境界部分に対して面状光源１１からの光の入射角が浅い状態となるため、その反射光がどちらかと言うと光偏向制御板１２側と言うよりも側方（図４中、左右方向）へと伝播するため、強度が相当に弱まった状態で光偏向制御板１２に到達する。つまり、光偏向制御板１２には制御が困難となるような輝線などが到達せず、先の実施形態とほぼ同様な効果を得ることができる。
【００３２】
なお、上述した実施形態で用いた偏平な冷陰極管の電極１１ａとして、図５や図６に示すような電極１１ａを採用することも可能である。すなわち、図５に示した電極１１ａは多数の凹凸部を有するものであり、例えば表面を大きく食刻して多孔質化させたものや連続発泡金属、あるいは機械的な穿孔加工を施した金属製の電極１１ａブロックを採用することができる。また、図６に示した電極１１ａは金属製の網を立体的に成形したものであり、何れも冷陰極管の断面輪郭形状に対応した細長い輪郭形状となっており、電極１１ａの実効表面積を拡げて電流の集中を防ぐと共に電極１１ａ自体の発熱を分散させ、長時間に亙る安定した放電を企図しており、ジメット線１１ｂをその後端から後方に突設した構造を持っている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による平面照明装置の一実施形態の外観を分解状態で表す立体投影図である。
【図２】図１に示した平面照明装置の拡大断面図である。
【図３】図１に示した平面照明装置に組み込まれる面状光源の外観を分解状態で表す立体投影図である。
【図４】図３に示した面状光源の電極部分の他の形状を表す抽出拡大図である。
【図５】図３に示した面状光源の電極部分の別な形状を表す抽出拡大図である。
【図６】本発明による平面照明装置の他の実施形態における主要部の構造を表す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  平面照明装置
１１  面状光源
１１ａ  電極
１１ｂ  ジメット線
１１ｃ，１１ｄ  平面発光部
１２  光偏向制御板
１２ａ  裏面
１２ｂ  表面
１３  光反射部材
１３ａ  凹反射面
１４  筺体
Ｐ１１  面状光源の配列ピッチ
Ｐ１３  凹反射面の配列ピッチ
Ｗ  面状光源の幅寸法
Ｈ  一対の平面発光部の間隔（厚さ）
【図１】
2006140114.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006140114.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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