(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射角が略９０°で出射する光源と、屈折や反射を行う微細な凸状または凹状の形状をグラデーションして成形した表面部または／および裏面部と、これら表面部と裏面部とに交わる側面部とを有し、少なくとも一端部を前記側面部に対して４５°の底部面と互いに隣り合う２つの前記側面部との間に前記側面部に平行な２つの面を設けるとともに前記側面部と直角に接続する凹形状をなす入射部を設けた矩形状の導光板とを具備し、
前記光源からの最大出射角の光線と前記入射部の底部面と互いに隣り合う前記側面部と平行な面とが直角に交わることを特徴とする平面照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等に用いる平面照明装置に関するものであり、屈折や反射を行う微細な多数の凸形状や凹形状を表面部や裏面部に有し、側面部に対して４５°の底部と互いに隣り合う側面部と平行な面とを接続する凹形状の入射部を隅を設けた導光板と、この入射部に出射角が略９０°で出射する光源を備えた平面照明装置により、導光板の隅々まで明るく均一な光を得ることを目的とする平面照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光源としてＬＥＤ等の点光源を用いた平面照明装置は、導光板の側面にＬＥＤを複数並べ、これらＬＥＤに対向する位置の導光板の側面部にプリズム等の凸や凹の形状を設け、導光板の表面部または裏面部に設けた凸や凹の形状のドット等の大きさを部分的に変化させて輝度を変化させ、導光板の隅部分的まで光線が達するようにしている。
【０００３】
また、従来の平面照明装置には、光源としてＬＥＤ等の点光源を少なく用いるため、導光板の端の近傍にＬＥＤ等の点光源を備えたものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光源としてＬＥＤ等の点光源を用いた平面照明装置は、導光板の側面にＬＥＤを複数並べ、これらＬＥＤに対向する位置の導光板の側面部にプリズム等の凸や凹の形状を設け、光源として点光源を用い、導光板の表面部または裏面部に設けた凸や凹の形状のドット等の大きさを部分的に変化させて輝度を変化させる構成なので、凸や凹の形状のドット等の段階的な変化では輝度の変化が段階的になってしまい、最終的な見栄え等で斑などが現れてしまう課題がある。
【０００５】
また、光源としてＬＥＤ等の点光源を少なく用いるため、導光板の端の近傍にＬＥＤ等の点光源を備えた平面照明装置では、例えば図５に示すように、導光板２の隅７の近傍の図示しないＬＥＤ等の点光源の出射面と隅７とが４５°で対向する位置に点光源を備えた場合、光源の出射面から導光板２の側面部６に対して入射角が４５°で向かう光線Ｌ５１は、導光板２の材料がポリカーボネート（ＰＣ）樹脂のとき、ポリカーボネート樹脂の屈折率ｎがｎ＝１．５９であるので、空気層から導光板２内に屈折して入り、光線Ｌ５１−１として約２６．４°の出射角で導光板２内に入る。
【０００６】
同様に光源の出射面から導光板２の側面部６に対して大きな入射角で入射した場合、例えば入射角が８０°の様な大きな入射角で向かう光線Ｌ５２は、空気層から導光板２内に屈折して入り、光線Ｌ５２−２として約３８．３°の出射角で導光板２内に入る。
【０００７】
なお、空気層から導光板２内に入る光線は、０≦｜α｜≦ｓｉｎ-1（１／ｎ）の式より（但し、ｎは空気層とし屈折率ｎ＝１）、導光板２内に入り得る最大屈折角は略屈折角α＝３８．９７１３°である。
【０００８】
このように、光源から導光板２に入射する光線は、導光板２の隅７で二つの側面部６を二分するような隅７を４５°に二分した仮想線Ｃに寄るように導光板２の中心方向に寄ってしまう。その結果、導光板２の中心部が明るく、側面部６付近が暗くなり、全体として均一な出射光が得られない課題がある。
【０００９】
この発明は、このような課題を解決するためなされたもので、その目的は側面部に対して４５°の底部と互いに隣り合う側面部と平行な面とを接続する凹形状をなす入射部を導光板の少なくとも一端部に設け、光源から垂直に放射した光線が入射部の底部で直角に交わり、光源からの最大出射角の光線と入射部の底部と互いに隣り合う側面部と平行な面とが直角に交わるように、光源の光線をあまり屈折させずに導光板内に導き、導光板の中心位置でも側面部付近でも光源からの光線が全て入り込んで効率良く均一で明るい出射光を得るとともに、導光板の形状や導光板の表面部や裏面部に設けた屈折や反射を行う微細な凸状や凹状の形状の特性に合わせて入射部の底部を導光板の内側に円弧状のへこみまたは外側に円弧状の出っ張りを設けることにより、光源からの光線を入射時に拡散や集光させることができる導光板および平面照明装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に係る平面照明装置は、出射角が略９０°で出射する光源と、屈折や反射を行う微細な凸状または凹状の形状をグラデーションして成形した表面部または／および裏面部と、これら表面部と裏面部とに交わる側面部とを有し、少なくとも一端部を側面部に対して４５°の底部面と互いに隣り合う２つの側面部との間に側面部に平行な２つの面を設けるとともに側面部と直角に接続する凹形状をなす入射部を設けた矩形状の導光板とを具備し、
光源からの最大出射角の光線と入射部の底部面と互いに隣り合う側面部と平行な面とが直角に交わることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に係る平面照明装置は、出射角が略９０°で出射する光源と、屈折や反射を行う微細な凸状または凹状の形状をグラデーションして成形した表面部または／および裏面部と、これら表面部と裏面部とに交わる側面部とを有し、少なくとも一端部を側面部に対して４５°の底部面と互いに隣り合う２つの側面部との間に側面部に平行な２つの面を設けるとともに側面部と直角に接続する凹形状をなす入射部を設けた矩形状の導光板とを具備し、
光源からの最大出射角の光線と入射部の底部面と互いに隣り合う側面部と平行な面とが直角に交わるので、光源の出射角の垂直方向が入射部の底部面と直角に交わり、光源の出射角が最大角度の光線でも入射部の凹形状の底部面と互いに隣り合う側面部と平行な面に対して垂直方向に出射し、光源からの光線を全て導光板内に取り込むことができるとともに導光板の側面部付近まで最大出射角の光線が確実に進むことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づき説明する。
なお、本発明は、少なくとも導光板の一端部を入射部として、側面部に対して４５°の傾きを有した底部と、この底部に互いに隣り合う二つの側面部と平行な二つの面を接続した凹形状を設けて、光源から垂直に放射した光線では入射部の底部で直角に交わり、光源からの最大出射角の光線では入射部の底部と互いに隣り合う二つの側面部と平行な二つの面で直角に交わるように、光源からの出射光をあまり屈折させずに略直接的に導光板内に導き、導光板の中心位置や側面部付近でも光源からの出射光線を凹形状の入射部で効率良く出射光線を全て取り込み、均一で明るい出射光を得ることができる平面照明装置を提供することになる。また、入射部の底部を導光板の内側に円弧状のへこみや外側に円弧状の出っ張り等に変化させることにより、光源からの出射光線を入射部に入射したときに拡散や集光をさせて、導光板の形状や、導光板の表面部や裏面部に設けた屈折や反射を行う微細な凸状や凹状の形状の特性に合わせて効率良く明るい出射光を得ることができる平面照明装置を提供することにある。
【００１９】
図１は本発明に係る平面照明装置の概略構成を示す斜視図、図２は導光板の平面図、図３は平面照明装置の光線の軌跡を示す図、図４は導光板の部分拡大図である。
【００２０】
図１に示すように、平面照明装置１は、導光板２と光源３を備えている。図１に示すように、導光板２は、表面部４、裏面部５、側面部６、隅７および入射部１０とから成り、屈折率が１．４〜１．７程度の透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）等で形成されている。
【００２１】
表面部４や裏面部５は、微細な円弧形状、楕円、多角柱および多角錐等からなる凸形状または凹形状を成し、表面部４から裏面部５に向かう光線の角度や輝度分布、裏面部５から表面部４に向かう光線の角度や輝度分布をコントロールしている。また、表面部４や裏面部５の凸形状や凹形状にグラデーションを施し、導光板２から出射する光に対して最適な視野角の分布や輝度の分布をコントロールすることができる。
【００２２】
入射部１０は、導光板２の四つの側面部６のうち、二つの側面部６が互いに隣り合い接続する隅７の少なくとも一つの端部に設けられる。図２に示すように、入射部１０は、互いに隣り合う側面部６Ａと側面部６Ｂとに於いて、側面部６Ａ（又は側面部６Ｂ）に対してθ＝４５°の傾きを持つ底部８と、側面部６Ａと平行な面９Ｂと、側面部６Ｂと平行な面９Ａとを接続する凹形状に形成される。
【００２３】
ここで、図６は光源をピンポイントに見立てて入射部１０を４５°の傾きの底部８１のみとしたときの光線の軌跡を示す。また、図７は光源をピンポイントに見立てて入射部８を側面部６と平行な面８０のみとしたときの光線の軌跡を示す。図６に示すように、傾き４５°の底部８１のみの入射部に対し、ピンポイント光源Ｐ１から略９０°の広角で光を出射した場合、中心方向の光線Ｌ２の底部８１での屈折量は少なく、光線Ｌ２２のような軌跡を描く。この軌跡は徐々に側面部６方向に向かう光線Ｌ３、光線Ｌ１さらに光線Ｌ４となるに従い屈折量も徐々に増えて、光線Ｌ３３、光線Ｌ１１さらに光線Ｌ４４となる。そして、側面部６方向に向かった光線でも導光板２の内側方向に寄ってしまう。
【００２４】
また、図７に示すように、二つの側面部６と平行な二つの面８２，８２のみの入射部に対し、ピンポイント光源Ｐ１０から略９０°の広角で出射した場合、側面部６方向の光線Ｌ４の面８２，８２での屈折量は少なく、光線Ｌ４０のような軌跡を描く。この軌跡は徐々に中心方向に向かう光線Ｌ１、光線Ｌ３さらに光線Ｌ２となるに従い屈折量も徐々に増えて、光線Ｌ１０、光線３０さらに光線Ｌ２０となる。そして、中心方向に向かった光線でも導光板２の側面部６方向に寄ってしまう。なお、図６と図７との光源位置および出射角は同一としている。
【００２５】
このように、点光源からの光線には指向性があり、これに対応した入射部でないと屈折により導光板２内に均一に入射されにくい。図６および図７でも判るように、これら一長一短があり、導光板２の中心方向に対しては図６が理想的であり、導光板２の側面部６方向に対しては図７が理想的である。そこで、本発明では、上記長所を鑑み得た入射部１０を有する導光板２の構造となっている。すなわち、本例の入射部１０では、導光板２の中心方向に対して底部８が作用し、導光板２の側面部６方向に対しては二つの側面部６Ａ，６Ｂと平行な二つの面９Ａおよび面９Ｂが作用し、点光源３からの出射光を隈無く導光板２に効率良く取り込むとともに導光板２の隅々にまで光線を導くことができる。
【００２６】
なお、本例では、底部８の長さを側面部６Ｂと平行な面９Ａの長さや側面部６Ａと平行な面９Ｂの長さよりも長くしてあるが、導光板２の形状によっては底部８の長さよりも側面部６Ｂと平行な面９Ａの長さや側面部６Ａと平行な面９Ｂの長さの方を長くしても良い。
【００２７】
また、入射部１０において、互いに隣り合う側面部６Ａ，６Ｂに対して４５°の傾きを持つ底部８は、図４（ａ）に示すように、導光板２の外側に出っ張るような円弧状の底部８Ａと、側面部６Ｂと平行な面９Ａと、側面部６Ａと平行な面９Ｂとを接続した凹形状とすることができる。これにより、図示しない光源３からの光を導光板２の中央付近に集めることができ、導光板２の表面部４や裏面部５に設けた図示しない微細な凸状や凹状の形状を施して導光板２の中心位置付近を高輝度や広い視野角を必要な時等に導光板２の特質に合わせて光の輝度分布をコントロールすることができる。
【００２８】
同様に、互いに隣り合う側面部６Ａ，６Ｂに対して４５°の傾きを持つ底部８は、図４（ｂ）に示すように、導光板２の内側に円弧状のへこむような円弧状の底部８Ｂと、側面部６Ｂと平行な面９Ａと、側面部６Ａと平行な面９Ｂとを接続した凹形状とすることができる。これにより、図示しない光源３からの光を導光板２の側面部６方向に広げることができ、導光板２の側面部６付近の輝度が低くなるような導光板２の表面部４や裏面部５に設けた図示しない微細な凸状や凹状の形状を施した時等導光板２の特質に合わせて光の輝度分布をコントロールすることができる。
【００２９】
光源３は、半導体発光素子であって、例えばＬＥＤやレーザ等からなる。また、光源３としては、単色光やＲＧＢ（赤色、緑色、青色）からなる白色や蛍光材料を用いて波長変換することによって白色光にしたものも用いられる。なお、導光板２の二つの側面部６の交差する隅７を例えば対象位置の端部に複数の入射部１０を持つ場合には、各入射部１０に異なる発光色の光源３を用いて導光板２全体から白色の光を出射しても良い。
【００３０】
また、光源３は、出射角が略９０°で出射するように図示しないケース等の開口部または半導体発光素子の表面部の露出部分を調整することにより略９０°で出射するよう出射角を限定さることもできる。
【００３１】
なお、光源３として、ケース等で開口部を調整して出射角を略９０°にする場合には、ケースで遮光させる部分を反射性を持たせるようにして、最終的に開口部から出射するように損失の無いようにしてある。
【００３２】
本例の平面照明装置１は、図３に示すように、光源３からの出射する光線Ｌ０の出射角が図示しない開口部等により略９０°で出射するように限定する構成とすることができる。これにより、光源３からの光線３１の最大出射角γがγ＝９０°となる。その際に採用される導光板２は、隣り合う二つの側面部６Ａ，６Ｂが略直角に交わっている。また、入射部１０の底部８と互いに隣り合う面９Ａと面９Ｂとは、面９Ａが側面部６Ｂと平行であり、面９Ｂが側面部６Ａと平行である。そして、面９Ａと側面部６Ａとが略直角に交わり、面９Ｂと側面部６Ｂとが略直角に交わっており、光源３と面９Ａ，９Ｂとが直角（β＝９０°）に交わっている。
【００３３】
故に、光源３からの光線は最大出射角γをγ＝９０°の範囲で導光板２の側面部６Ａ，６Ｂ方向にはγ＝９０°の光線Ｌ０が面９Ａ，９Ｂに対して直角に入射する。そして、面９Ａ，９Ｂに対して直角に入射した光線Ｌ０は、図７で説明したように、導光板２の側面部６Ａ，６Ｂ方向に進む。これに対し、光源３からの垂直方向の光線Ｌ０’は、底部８に対して直角に入射する。そして、底部８に対して直角に入射した光線Ｌ０’は、図６で説明したように、導光板２の中心方向に進む。これにより、光源３からの出射光を全て導光板２内に取り込み、導光板２の中心部分はもちろん側面部６部分付近まで光線を確実に進ませて隅々まで明るい出射光を得ることができる。
【００３４】
このように、本発明の平面照明装置は、側面部に対して４５°の傾きを有した底部と、この底部に互いに隣り合う二つの側面部と平行な二つの面を接続した凹形状の入射部を少なくとも導光板の一端部に設け、光源から垂直に放射した光線が入射部の底部で直角に交わり、光源からの最大出射角の光線が入射部の底部と互いに隣り合う二つの側面部と平行な二つの面で直角に交わるように、光源からの出射光をあまり屈折させずに導光板内に導き、導光板の中心位置や側面部付近でも光源からの出射光線を凹形状の入射部で効率良く出射光線を全て取り込み、均一で明るい出射光を得ることができる。加えて、入射部の底部を導光板の内側に円弧状のへこみまたは外側に円弧状の出っ張り等に変化させることにより、光源からの出射光線を入射部に入射した時に拡散や集光させて、導光板の形状や、導光板の表面部や裏面部に設けた屈折や反射を行う微細な凸状や凹状の形状の特性に合わせて効率良く明るい出射光を得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る平面照明装置は、出射角が略９０°で出射する光源と、屈折や反射を行う微細な凸状または凹状の形状をグラデーションして成形した表面部または／および裏面部と、これら表面部と裏面部とに交わる側面部とを有し、少なくとも一端部を側面部に対して４５°の底部面と互いに隣り合う２つの側面部との間に側面部に平行な２つの面を設けるとともに側面部と直角に接続する凹形状をなす入射部を設けた矩形状の導光板とを具備し、
光源からの最大出射角の光線と入射部の底部面と互いに隣り合う側面部と平行な面とが直角に交わるので、光源の出射角の垂直方向が入射部の底部面と直角に交わり、光源の出射角が最大角度の光線でも入射部の凹形状の底部面と互いに隣り合う側面部と平行な面に対して垂直方向に出射し、隈無く導光板の内部に光線を取り込み、効率良く明るい出射光を得ることができる。そして、光源からの光線を全て導光板内に取り込み、導光板の側面部付近まで最大出射角の光線が確実に進むことができ、隅々まで明るい出射光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る平面照明装置の略斜視構成図
【図２】本発明に係る導光板の平面図
【図３】本発明に係る平面照明装置の光線の軌跡図
【図４】本発明に係る導光板の部分拡大図
【図５】従来の導光板の光線の軌跡図
【図６】光源をピンポイントに見立てて入射部を４５°の傾きの底部のみとしたときの光線の軌跡図
【図７】光源をピンポイントに見立てて入射部を側面部と平行な面のみとしたときの光線の軌跡図
【符号の説明】
１…平面照明装置、２…導光板、３…光源、Ｐ１，Ｐ１０…ピンポイント光源、４…表面部、５…裏面部、６，６Ａ，６Ｂ…側面部、７…隅、８，８Ａ，８Ｂ…底部、９，９Ａ，９Ｂ，８２…側面部６と平行な面、８１…側面部６に対して４５°傾斜した面、１０…入射部、Ｌ０，Ｌ０’、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ２０，Ｌ２２，Ｌ３０，Ｌ３３，Ｌ４０，Ｌ４４，Ｌ５１，Ｌ５２，Ｌ５１−１，Ｌ５２−２…光線、Ｃ…仮想線、ｎ…屈折率、α…屈折角、β…光源と面との角度、γ…最大出射角、θ…側面部に対する傾き。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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