(57)【要約】【課題】  従来の構成では、導光板の出射面側に拡散フィルムやプリズムシートが設けられており、薄型化や低コスト化や高輝度化の阻害となっている。また、導光体にマイクロプリズムを形成する構成では、大型化が困難であった。【解決手段】  導光体の出射面を鏡面とし、出射面に対して４０から５０度の角度のプリズムを出射面と対向する対向面に設ける構成とした。これにより、出射面に対して垂直成分の光の出射が大幅に増え、プリズムシートを使用しなくても高輝度化が可能となった。また、従来の機械加工技術で金型作製ができる。さらに、複数の発光ダイオードを同一基板上に実装して線状光源に近づけた光源にすることにより、大型化が可能になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光が入射する入射面と、照明光を出射する出射面と、前記出射面の反対側の対向面とを有する導光体を備える照明装置において、
前記導光体の出射面を鏡面とし、前記出射面に対して４０°〜５０°のプリズムを前記対向面に複数個設けることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記プリズムは線状のプリズムであり、前記プリズムの高さが、前記光源から遠ざかるにつれて高くなることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記プリズムは線状のプリズムであり、前記光源から近い順にプリズムの番地を付与したときに、線状のプリズムピッチと前記番地の関係が二次関数となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光源が線状光源であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記線状光源は、基板上に実装された複数の発光ダイオードと、前記発光ダイオードの間に設けられた反射フレームと、を備えることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記発光ダイオード上に拡散剤や蛍光体を分散した透明樹脂がポッティングされたことを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記プリズムの上視形状が、前記線状光源の明暗と位置関係に対応した波型形状であることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記線状光源の暗い部分にのみ対応するように、断片プリズムを配置したことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記プリズムは、前記光源に近い反射面と前記光源から遠い傾斜面を備えており、前記プリズムの反射面の底辺と、前記プリズムに隣接するプリズムの傾斜面の底辺とが接触することを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記出射面と対向する様に反射シートが配置されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載された構成の照明装置と、前記照明装置の出射面側に設けられた非自発光型の表示素子と、を備えることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置、及び、電子機器に用いられる表示装置に関する。特に、携帯情報機器、携帯電話、液晶テレビ等に用いられる液晶表示装置、及び非自発光型の表示素子を照明するフロントライトやバックライト等の照明装置に関する。また、住居やオフィス等の設備照明用装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光源からの光を導光体の側面から入射して、導光体の上面（以下、出射面と称す）から出射させる、エッジライト方式の照明装置が知られている。光源には発光ダイオード（ＬＥＤ）等の点光源を用い、導光体の出射面とは反対側の面（以下、対向面と称す）には、多数の溝部やドットパターンが形成されている。また、出射面には光を拡散させる効果をもつ拡散パターンが形成されていることが多い。導光体の入光面（すなわち、光源と対向して、光源の光が入光する面）にはプリズムが形成されており、点光源を拡散して面光源化する機能を持つ。この導光体の材料として、空気よりも屈折率の高いポリカーボネート（ＰＣ）やアクリル（ＰＭＭＡ）などの透明樹脂が使用される。また、導光体の出射面側には拡散シートやプリズムシートが配置されるような構成が主流である。さらに、導光体の下部には反射シートが配置される。
【０００３】
また、点光源ではなく、冷陰極管等の線光源を用いたエッジライト方式の照明装置も知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平９−２９２５３１号公報（図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の照明装置では、出射面から出る光を均一に分散させるために、導光体内部を反射と屈折を繰り返して出射するような光学設計を行っている。しかし、反射と屈折の回数が増えると、その分ロスする光も増え、結果的に光の利用効率が低下する問題があった。
【０００５】
特にＬＥＤ（発光ダイオード）等の点光源を使用する場合、導光体に入光する時に、プリズムや拡散層により一度拡散させることが多い。そのため導光体の内部同様、余計な反射と屈折が増え、やはり光利用効率の減少につながっている。
【０００６】
また、より反射回数を増やし、面内の均一性を上げるために、拡散フィルムやプリズムシートを導光体上に設けることも多い。これらのフィルム類の存在は、照明装置の厚み及びコスト増加という問題の原因となっている。
【０００７】
また、点光源とマイクロプリズム加工を施した導光体を組み合わせた、光の利用効率の高い照明装置も公開されているが、導光板のサイズを大きくしづらい問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、光の利用効率が高く、薄型化、大型化が可能な照明装置、及び、表示装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の照明装置は、光源と、光源からの光が入射する入射面と、照明光を出射する出射面と、出射面の反対側の対向面とを有する導光体を備える照明装置であって、導光体の出射面を鏡面とし、出射面に対して４０°〜５０°のプリズムを対向面に複数個設けることとした。さらに、点光源である発光ダイオードを隣接して同一基板上に実装し、限りなく線光源に近づけた。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、出光面が鏡面であり、対向面に出光面に対して４０から５０度の角度でプリズムが設けられているので、出光面に対して垂直成分の光の出射が大幅に増え、プリズムシートを使用しなくても高輝度化が可能となった。本発明の構成により、高輝度かつ安価で薄型で大型化が可能な照明装置、及び、表示装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の照明装置は、光源から出射された光を導光する導光体が配置されている。導光体には光を出射する面（この面を出射面と称す）とこの出射面に対向する面（この面を対向面と称す）がある。この対向面には、光を屈折・反射させる多数の凹状の反射構造であるプリズムが形成されている。プリズムは、対向面に対して４０〜５０度の角度でプリズムが形成されている。すなわち、プリズムは導光板の対向面に形成された凹部であるため少なくとも二つの面で構成されている。この二つの面のうち、光源に近い面が反射面である。この反射面と出射面のなす角度が４０〜５０度である。また、出射面にはパターンはつけておらず、鏡面仕上げにしてある。これにより、出射面に対して垂直成分の光の出射が大幅に増え、プリズムシートを使用しなくても高輝度化が可能となった。
【００１２】
また、プリズムは上視形状が線状のプリズムであり、このプリズム高さを光源から遠ざかるにつれて高くなるように構成すると、出射面における輝度の均一化が図れる。あるいは、プリズムを上視形状が線状のプリズムで構成し、光源から近い順にプリズムの番地を付与したときに、線状のプリズムピッチと番地の関係が二次関数となるようにした。あるいは、線状のプリズムのピッチを、光源に近いほど広く、光源から遠ざかるにつれて狭くなっていく構成とした。光源に近いところのピッチを１００μｍ程度に、最も遠いところで４０μｍ程度の設計とした。また、プリズムの上視形状を直線とした。
【００１３】
また、光源に線状光源を用いることにより、光の利用効率の高い照明装置の大型化が容易に実現できる。複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を単一の基板上に実装し、蛍光体や拡散粒子を分散した透明封止剤をポッティングし、ＬＥＤ素子の間に反射フレームを設けた構成により、点光源であるＬＥＤをあたかも線光源のように使用できる。
【００１４】
このような線状光源の明暗と位置関係に対応するように、線状のプリズムの上視形状を波型形状としてもよい。あるいは、線状光源の暗い部分にのみ対応するように、断片プリズムを配置してもよい。
【００１５】
また、本発明の表示装置は、上述のいずれかの構成の照明装置を非自発光型の表示素子に用いることとした。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第一の実施例を図１、図４、図５、図８および図９を用いて説明する。図１に本実施例の照明装置の断面構成を模式的に示す。図示するように、光を出射する光源１の側方に、光源１から出射された光を導光する導光体２が配置されている。導光体２には光を出射する面（この面を出射面２ａと称す）とこの出射面に対向する面（この面を対向面２ｂと称す）がある。この対向面２ｂには、光を屈折・反射させる多数の凹状の反射構造であるプリズム３が形成されている。このプリズム３は、光を屈折又は反射させる反射面を備えている。出射面２ａにはパターン等はなく、鏡面仕上げにしてある。導光体２は透明樹脂の成型品であり、材料としては、ポリカーボネートやアクリル樹脂を用いることが多い。導光体２の対向面２ｂに対向するように反射シート４が配置されている。本実施例では、反射シート４は光源１を覆うように構成されており、漏れ光を防ぎ、光の利用効率を向上する効果がある。このような反射シート４の替わりに、例えば反射機能を有するフレームや両面シートを用いることができる。また、本実施例では対向面２ｂ側に反射シート４を配置しているが、出光面２ａ側に反射シート４を配置してもよい。この場合は、出光面２ａから出光した光は反射シート４で反射されて、もう一度導光体２に戻り、対向面２ｂから出光することになる。そして、反射シートとして拡散機能を有するものを用いることにより、光の分散性が向上し、均一性が良くなり、ムラが見え難くなる。反面、輝度効率が若干低下するというデメリットもある。
【００１７】
図５に本実施例の光源１の断面構成を拡大して示す。光源１は複数のＬＥＤ素子８と、ＬＥＤ素子８の間に設けられた反射フレーム９を有している。基板上に実装された複数のＬＥＤ素子８は、蛍光体や拡散粒子が分散された透明封止剤７によりポッティングされている。青色発光のＬＥＤ素子８と、青色光で励起して黄色に発光する蛍光体を用いれば、光源１からは青色光と黄色光の混色による白色光が出光する。従来のＬＥＤパッケージの場合、ＬＥＤ素子の近くと遠くでの光度差が大きく、ＬＥＤ素子の前には目玉と呼ばれる輝度ムラが発生しやすい傾向があった。しかし、本実施例の場合、複数のＬＥＤ素子８が隣接してひとつの基板に実装されている。更に反射フレーム９がＬＥＤ素子８からの発光を効率よく分散したり、また透明封止剤７に拡散剤を分散したり、またその封止形状を工夫することにより、点光源であるＬＥＤをあたかも線光源のように使用できるような設計となっている。
【００１８】
図４に対向面２ｂに設けられた反射構造の拡大断面図を示す。ここでは対向面２ｂが出射面２ａに対して平行に構成されている。対向面２ｂにはプリズムが対向面に対して４０〜５０°のプリズム角度５で形成されている。プリズム角度５の最適角度は、導光体のサイズや厚み、材質等のパラメーターによって微妙に変動するが、ほとんどの場合に４０〜５０°の範囲に最適角度が存在する。対向面２ｂとほぼ平行な角度で光がプリズムにぶつかると、多くの成分が対向面２ｂに垂直な方向に反射する。反射した光は、出射面２ａとも垂直にぶつかるが、ほとんどの成分が反射することなく、出射面から出射する。出射面２ａは鏡面仕上げにしてあるため、出射面に対して垂直以外の光成分は、出射面にぶつかったときに反射して導光体内部に戻ることとなる。従来の導光体設計では、出射面に拡散パターンやプリズムパターンを設けることが多いが、本発明では出射面２ａを鏡面としているため面に対して垂直な成分の光の出光率が増えることとなる。そのため、非常に指向性の高い導光体となる。
【００１９】
図８に本実施例の照明装置の正面図を模式的に示す。光源１に対してプリズム３は平行に配置されている。本実施例では、プリズム３のピッチは、光源１に近いほど広く、光源から遠ざかるにつれて狭くなる構成であり、光源に近いところは１００μｍで、最も遠いところは４０μｍの設計となっている。また、プリズムの上視形状は直線である。このとき、仮にプリズムに番地をつけて、光源に最も近い番地を１とした場合、番地と最適プリズムピッチの関係は二次関数に落ち着く。この二次関数は、「最適ピッチ＝ａ×番地２  ＋ｂ」と表すことができる。ここで、ａ及びｂは、導光体の屈折率、サイズ、光源の放射特性等によって変化する係数である。本実施例では、係数ａ＝１．２×１０-４、係数ｂ＝１０−７で最適化ができた。
【００２０】
最適ピッチはプリズム高さ６によっても異なる。本実施例のプリズム高さは１０μｍで設計した。しかし、プリズム高さは１〜５０μｍの範囲で変更することが可能である。基本的に、高さを低くすると、光の均一性が上昇し、バックライトとして使用する際に表示品位が向上するが、金型作製のコストとリードタイムが増加する。高さを高くすると、プリズムの本数を減らすことができるが、減らしすぎるとプリズムの線がＬＣＤ越しにも見えてしまうような線欠陥的不良の原因になることがある。
【００２１】
図９に本実施例の照明装置を具備した表示装置の断面図を示す。光源１の光は導光体２に入光し、導光体に設けたプリズムによって出光面から出光して液晶パネル１１を照明する。導光体をフレーム１０で覆うことによって、非常に高輝度な液晶表示を実現できる。
【実施例２】
【００２２】
本実施例の照明装置の上面図を図６に模式的に示す。実施例１と異なる点は、導光体２のプリズム３の正面形状である。実施例１ではプリズム形状を直線とした。それは光源１が限りなく線光源に近く、正面における輝度ムラが皆無である前提であった。しかしながら、光源１の構造のみで完全に輝度ムラを消し去ることは困難であり、実際はＬＥＤ素子があるところでは明るく、無いところは暗くなる傾向にある。そこで、本実施例では、プリズム３の上視形状を波型とした。光源１の複数のＬＥＤ素子から、それぞれ放射線状に光がでてくるため、ＬＥＤ素子に近いところから円弧を描くようにプリズムを形成した。これによって、輝度ムラの低減が可能である。本発明でも、複数のＬＥＤ素子が基板上に実装されているため、それぞれのＬＥＤ素子に対応する円弧がつながるパターンとなり、結果的に波型の形状となる。
【実施例３】
【００２３】
本実施例の照明装置の上面図を図７に模式的に示す。実施例１、２と異なる点は、導光体２のプリズム３の上視形状である。前述の各実施例では、プリズムは連続的につながっていた。しかし、本実施例では断片的にプリズムが配置されている。実施例２で説明したとおり、ＬＥＤ素子から遠いエリアは暗くなる傾向にある。そこで、ＬＥＤ素子のないエリアには、実施例１にあるような連続した直線のプリズムだけではなく、断片的な短辺のプリズム１３を配置した。これによって、いままでは暗くなっていたエリアを明るくすることができる。反面、断片的なプリズムが液晶パネル越しに見えてしまうような不具合を生じることがあるが、断片的プリズムの形状を、高さを低くしたり、中央付近を高くして端付近を低くしたりすることによって防ぐことができる。
【実施例４】
【００２４】
本実施例の照明装置の断面構成を図２に視式的に示す。実施例１と異なる点は、対向面２ｂに配置するプリズム３の高さとピッチである。実施例１では、光源から離れるにつれてプリズム３のピッチが狭まるような設計をした。本実施例では、ピッチを等間隔にして高さを変化させるような設計とした。光源に近いほどプリズム３は低く、遠くなるほど高くなるような設計とした。実施例１のように、プリズムのピッチを変化させると、液晶パネルのドット間ピッチと干渉しやすいプリズムのピッチが存在する場合がある。本実施例のように、ピッチが一定であれば、液晶パネルとの干渉を回避しやすいメリットがある。しかしながら、本実施例のような導光体の金型は精度よく加工することが困難であるというデメリットもあるため、プリズムの高さを可変とするか、ピッチを可変とするかは、ＴＰＯにあわせて選択する必要がある。
【実施例５】
【００２５】
本実施例の照明装置の断面構成を図３に視式的に示す。第１、第４の実施例の場合、導光板２を成型する金型は、凸形状になる。その場合、凹形状と比較して削るエリアが大幅に増加するため、金型を作成しづらいという課題があった。先に凹形状で作成して、電鋳するような手法もあるが、作成のリードタイムもコストもかかる。そこで、本実施例ではプリズムの断面形状を変更した。図４で示したように、光源１から導光板２に入光した光は、プリズム角度（プリズムの反射面が導光板の出射面となす角度）が４０〜５０度の範囲にあれば、多くの成分がプリズムの反射面で導光板の出射面の垂直方向に反射する。プリズムは導光板の表面に形成された凹部であり、少なくとも二つの面で構成されている。この二つの面のうち、光源に近い面が反射面である。光源から遠い方の面を傾斜面と称すると、この傾斜面は、導光板からの出射光に関してあまり寄与していない。そこで、本実施例では、金型の製造を重視し、プリズムの傾斜面が導光板の出射面となす角度をなだらかにし、反射面の底辺と傾斜面の底辺が接触するように設計した。このようなプリズム形状にすることによって、金型としては凸でも凹でもなくなり、作製しやすくなる。また、従来の機械加工技術で金型作製が可能であり、大型化が容易である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明に係る照明装置、及び、表示装置は、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、カーナビゲーション、テレビ等の表示機器に適用できる。また、住居やオフィス等の設備照明用装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の照明装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の照明装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の照明装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の照明装置の構成の一部を模式的に示す拡大断面図である。
【図５】本発明の光源の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の照明装置の構成を模式的に示す上視図である。
【図７】本発明の照明装置の構成を模式的に示す上視図である。
【図８】本発明の照明装置の構成を模式的に示す上視図である。
【図９】本発明の表示装置の構成を模式的に示す上視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  光源
２  導光体
２ａ  出射面
２ｂ  対向面
３  プリズム
４  反射シート
５  プリズム角度
６  プリズム高さ
７  透明封止樹脂
８  ＬＥＤ素子
９  反射フレーム
１０  フレーム
１１  液晶パネル
【図１】
2008311091.tif 000003
【図２】
2008311091.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008311091.tif 000006
【図５】
2008311091.tif 000007
【図６】
2008311091.tif 000008
【図７】
2008311091.tif 000009
【図８】
2008311091.tif 000010
【図９】
2008311091.tif 000011