(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が出射する表面部と、この表面部の反対側に位置する裏面部と、照明光を入射させるための入射端面部とを有する導光板と、
この導光板の前記裏面部から窪んだ状態でランダムに設けられ、前記入射端面部から前記導光板内に入射した照明光を前記裏面部から出射させるための複数の光出射部と、
この導光板の前記入射端面部に向けて照明光を投射する光源と、
前記導光板の前記裏面部に対向して設けられ、この裏面部から出射した照明光を反射して当該裏面部から再び前記導光板内に入射させるための光反射シートと、
前記光反射シートの表面に設けられ、前記導光板の前記裏面部から出射した照明光の色温度を変換するための色温度変換部と
を具え、前記複数の光出射部は、前記裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなす一対の対称な垂直錐面と傾斜錐面とをそれぞれ有し、前記傾斜錐面の底辺が前記入射端面部とほぼ平行に設定され、この底辺に対して前記傾斜錐面の頂点が前記入射端面部側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】
前記導光板の前記表面部に設けられ、前記入射端面部から前記導光板内に入射した照明光を前記表面部から出射させるための複数の第２の光出射部をさらに具えた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】
前記光出射部の大きさは５μm〜１５０μmの範囲にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の平面照明装置。
【請求項４】
前記色温度変換部は、前記導光板の前記裏面部から出射した照明光により励起されて蛍光を発する蛍光物質を有し、前記色温度変換部は前記光反射シートの表面積に対して３０％〜９５％の範囲を占めることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の平面照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光板の側端面から入射した光をその表面部から均一な分布で出射させるようにした平面照明装置に関し、特に透過型カラー液晶を用いたディスプレィのバックライト光源として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過型液晶を用いたディスプレィのいわゆるバックライト光源として使用される平面照明装置は、冷陰極管（ＣＦＬ）などの光源ランプからの光を透明な導光板の側端面からこの導光板内に導き、導光板内での光の反射を利用して導光板の表面全域からこの光を均一に出射させるようにしたものである。このような平面照明装置が使用される透過型液晶ディスプレィの特性を考慮した場合、この平面照明装置に要求される機能としては、全体として薄板状であること、および光源ランプの消費電力を極力抑えるものであることの他に、全体に亙って均一な光を出射させることが特に重要である。
【０００３】
このような目的のため、消費電力の大きなＣＦＬに代えて照明光の輝度の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）などを光源として利用することが実用化されつつある。この場合、ＬＥＤやＬＤは、照明光の波長帯域が極めて限られてた単色光源であるため、これをカラーディスプレィに対してそのまま利用することは、特殊な用途以外不可能であり、一般的にはカラー用ディスプレィに対して使用できるように白色光に変換しなければならないので、例えばＬＥＤの場合にはその反射ケース内に収容されるＬＥＤに対し、このＬＥＤから投射される照明光を波長変換する蛍光物質を含む透明樹脂によりモールドすることが行われている。
【０００４】
この他、特開平７−１７６７９４号公報に開示されているように、導光板の裏面部に白色粉末と青色ＬＥＤから投射される照明光によって励起されて蛍光を発する蛍光物質とを混合した蛍光散乱部を設け、青色発光ダイオードの発光色と蛍光物質による発光色とを混色して白色光を得ることも可能である。
【０００５】
また、特開平８−７６１４号公報に閉示されているように、裏面部に白色粉末を塗布することによって形成した散乱層を有する導光板の表面に青色ＬＥＤから投射される照明光により励起されて蛍光を発する蛍光物質を含む透明フィルムを接合し、青色ＬＥＤの発光色と透明フィルム中の蛍光物質による発光色とを混色して白色光を得ることも周知である。
【０００６】
さらに、特開平９−７３８０７号公報に開示されているように、ＬＥＤから投射される照明光により励起されて蛍光を発する蛍光物質を含む弾性体を導光板の側端面側に設け、ＬＥＤの発光色と弾性体中の蛍光物質による発光色とを混色して白色光を得ることも知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
蛍光物質を含む透明樹脂によってＬＥＤを反射ケース内にモールドしたものでは、蛍光物質がＬＥＤの直近にあるため、このＬＥＤからの光エネルギによって蛍光物質の劣化が著しく早く進んでしまい、光源としての実質的な寿命が大幅に短くなってしまうという不具合があった。
【０００８】
また、特開平７−１７６７９４号公報に開示された方法では、ＬＥＤ本来の青色光と、赤色蛍光物質および緑色蛍光物質による赤色蛍光および緑色蛍光とを合成したり、あるいはＬＥＤの青色光と橙色蛍光物質による燈色蛍光とを合成して得られる白色光を散乱させるようにしているため、蛍光物質が導光板の裏面部に均一に塗布されていると、光源であるＬＥＤから導光板の表面部までの距離によって、導光板の表面部から出射する白色光の輝度分布が異なってしまう問題が生ずる。このような不具合を解消するために蛍光散乱部の分布をＬＥＤに近いほど減少させた場合には、導光板の表面部から出射する照明光がＬＥＤに近い側ほど青みがかってしまい、照明光の輝度分布が均一であっても照明光の色が正常な白色光ではなくなってしまう欠点を生ずる。しかも、ＬＥＤから導光板内に入射した青色光のうち、導光板の裏面部で全反射するものに対し、導光板の裏面部で全反射せずに表面部から出射する照明光の割合が多くなるため、導光板の表面から出射する照明光が全体として青っぽくなってしまう不具合があった。
【０００９】
特開平８−７６１４号公報に開示された方法では、ＬＥＤからの青色光が透明フィルムを透過する構造のため、蛍光量を増大させる目的で透明フィルム中に多量の蛍光物質を含ませると、逆に青色光の透過量が減少してしまい、得られる照明光の色バランスがくずれたり、照明光の全体的な光量が不足してしまうおそれがあった。
【００１０】
さらに、特開平９−７３８０７号公報に開示された方法では、導光板の表面部や裏面部に対して面積の小さな側端面側に蛍光物質を含む弾性体を設けているため、導光板の側端面に入射する光量が相対的に不足気味となる上に蛍光物質による発光量が少なく、導光板の表面部から出射する照明光の色バランスにむらが生じて均一な分布の白色光を得ることが困難となる。このような不具合を回避するためには導光板の板厚をかなり厚くしなければならず、これに伴う吸収作用が増大して今度は照明効率が低下する。
【００１１】
【発明の目的】
本発明の目的は、ＬＥＤなどの単色光源を照明光源として使用した場合、導光板の表面部から出射する照明光の輝度分布が均一であって、その出射方向や光量などの調整が容易であり、しかも色バランスが良好な白色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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光が出射する表面部，この表面部の反対側に位置する裏面部，照明光を入射させるための入射端面部を有する導光板と、この導光板の前記裏面部から窪んだ状態でランダムに設けられ、前記入射端面部から前記導光板内に入射した照明光を前記裏面部から出射させるための複数の光出射部と、前記導光板の前記入射端面部に向けて照明光を投射する光源と、前記導光板の前記裏面部に対向して設けられ、この裏面部から出射した照明光を反射して当該裏面部から再び前記導光板内に入射させるための光反射シートと、この光反射シートの表面に設けられ、前記導光板の前記裏面部から出射した照明光の色温度を変換するための色温度変換部とを具え、前記複数の光出射部は、前記裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなす一対の対称な垂直錐面と傾斜錐面とをそれぞれ有し、前記傾斜錐面の底辺が前記入射端面部とほぼ平行に設定され、この底辺に対して前記傾斜錐面の頂点が前記入射端面部側に位置していることを特徴とする平面照明装置にある。
【００１６】
本発明によると、光源からの照明光は、導光板の入射端面部から導光板内に入射し、表面部と裏面部との間で全反射を繰り返しながら導光板内を伝播するが、光源から導光板内に入射した光のほとんどが光出射部により裏面部から導光板の外側に出射する。
【００１７】
この裏面部から導光板の外側に出射した光は、光反射シートによって拡散光となって再び裏面部から導光板内に入射するが、その一部が色温度変換部によって光源と異なる色温度に変換され、これが変換されない光と混色した状態で裏面部から再び導光板内に入射し、最終的に導光板の表面部からすべて出射する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明による平面照明装置において、入射端面部から導光板内に入射した照明光を表面部から出射させるための複数の第２の光出射部を導光板の表面部に設けるようにしてもよく、この場合には、主として第２の光出射部にて導光板の表面部から出射した光源からの光と、光反射シートによって裏面部から導光板内に入射し、そして表面部から出射する色温度が変換された光とが導光板の表面部の外側で混色される。また、光出射部の大きさが５μm〜１５０μmの範囲にあることが有効である。この場合、第２の光出射部の形状は、半球面状，円柱，円錐台，楕円柱，楕円錐台，多角錐，多角柱などを採用することができる。
【００２０】
本発明による平面照明装置において、色温度変換部は導光板の裏面部から出射した照明光により励起されて蛍光を発する蛍光物質を有し、この色温度変換部は光反射シートの表面積に対して３０％〜９５％の面積を占めるものであってもよい。この場合、蛍光物質は蛍光顔料を含んでいてもよい。
【００２１】
【実施例】
本発明による平面照明装置を透過型液晶ディスプレィのバックライト光源に応用した参考例および実施例について、図１〜図９を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、参考例をさらに組み合わせたり、同様な課題を内包する他の分野の技術にも応用することができる。
【００２２】
本実施例による平面照明装置の断面構造を表す図１およびその分解した状態の外観を表す図２に示すように、本実施例における平面照明装置１１は、矩形の板状をなす導光板１２と、この導光板１２の入射端面部１３に沿って配置される複数個のＬＥＤ１４がアレイ状に組み込まれた光源１５と、導光板１２の入射端面部１３ならびに表面部１６および裏面部１７以外の部分を覆う光反射シート１８とを有する。
【００２３】
本実施例における光源１５は、窒化ガリウムや窒化インジウム・ガリウムあるいは窒化アルミニウム・ガリウム等からなる青色光を発光するＬＥＤ１４を用い、リフレクタの機能を有する溝形断面の絶縁ケーシング１９内に複数個のＬＥＤ１４を透明樹脂２０によって封入したものであり、絶縁ケーシング１９は、変成ボリアミドやポリブチレンテレフタレートあるいは芳香族系ポリエステルなどの液晶ポリマを成形したものであり、チタン酸バリウムなどの白色粉体を混入して光反射性を持たせている。
【００２４】
本実施例における導光板１２は、透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）などで形成され、光源１５からの光を導入するための入射端面部１３と、この入射端面部１３の反対側に位置する反射端面部２１と、これら入射端面部１３および反射端面部２１の両側端に接続する一対の側端面部２２と、これら入射端面部１３および反射端面部２１および一対の側端面部２２で囲まれて図示しない透過型液晶ディスプレィの裏面と対向する表面部１６およびその反対側に位置する裏面部１７とを有する。
【００２５】
本発明の参考例となる導光板１２の表面部１６を模式的に表す図３および図１中の矢視IV部の抽出拡大破断構造を表す図４に示すように、導光板１２の表面部１６には、所定曲率半径Ｒの球面の一部を構成する円弧面２３で形成された光反射部２４がランダムに配置され、これら光反射部２４と透過型液晶ディスプレィを構成する個々の液晶セルとの間でモアレ縞などが発生しないように配慮しているが、後述するように光反射シート１８からの方向性のない拡散光が導光板１２の表面から出射するので、光反射部２４を必ずしもランダムに配置する必要はない。この光反射部２４は、入射端面部１３から入射して導光板１２内を伝播する光線Ｌを効率良く全反射させて裏面部１７側に導くためのものであり、個々の光反射部２４を肉眼にて識別できないように、その直径２ｒがそれぞれ１５０μm以下に設定されているが、これが小さすぎることによる光の拡散の問題と製造の容易性とを考慮して５μm以上であることが望ましく、この範囲に納まるようにその曲率半径Ｒと表面部１６からの高さＨとを適当に設定する必要がある。一般的には、表面部１６からの光反射部２４の高さＨを５〜５０μmの範囲内に納めることが望ましい。
【００２６】
導光板１２の入射端面部１３より光源１５から入射する光線Ｌは、導光板１２の屈折率ｎに応じて入射角αが０≦｜α｜≦sin -1（１／ｎ）を満たす範囲で進行するが、包括角度がωの円弧面２３に対して全反射するためには、導光板１２の臨界角をφ、円周率をπとすると、
ω≦（π／２）−α−φ
となる必要がある。但し、sin φ＝１／ｎであり、導光板１２の屈折率が１．４９の場合には、その臨界角φは４２°となる。
【００２７】
一方、表面部１６にて全反射した光線が導光板１２の裏面部１７から外部ヘ出射するためには、
ω≧｛（π／２）−α−φ｝／２
を満たす必要がある。つまり、導光板１２内を伝搬する光を裏面部１７から光反射シート１８に向けて有効に出射させるためには、光反射部２４の円弧面２３の包括角度ωが
−π／３６≦ω−（π／４）＋（α／２）≦π／１８
を満足する必要がある。
【００２８】
また、光反射部２４の円弧面２３の曲率半径Ｒと、表面部１６からの円弧面２３の突出量Ｈとの関係は、Ｈ＝Ｒ(１−cosω)かつＲ＝ｒ/sinωであるので、
{(２π/９)−(α/２)}≦ω≦{(１１π/３６)−(α/２)}
を満足すればよい。
【００２９】
つまり、屈折率が１．４９の場合、好ましい円弧部２３の包括角度ωは約２４度〜約４８度の範囲内となり、この場合の入射角αは０度〜約２４度となるので、入射角αが２４度以下の光線Ｌは、光反射部２４の円弧面２３で全反射し、裏面部１７から導光板１２の外側に出射する。
【００３０】
以上のようなことから、光源１５のＬＥＤ１４からの出射光の角度が±２４度以下となるように、絶縁ケーシング１９の形状やＬＥＤ１４の位置などを設定することが好ましい。
【００３１】
この参考例における光出射部の外観を表す図５に示すように、導光板１２の裏面部１７には、この裏面部１７に対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなし、一対の対称な垂直錐面２５と傾斜錐面２６とを有する二等辺三角錐状の光出射部２７がランダムに配置され、これら光出射部２７とこの平面照明装置１１を液晶ディスプレィのバックライト光源として使用した場合における液晶パネルのセルと光出射部２７との間でそれぞれモアレ縞などが発生しないように配慮している。これら光出射部２７は、入射端面部１３とほぼ平行に設定された傾斜錐面２６の底辺２８に対する光出射部２７の頂点２９がこの底辺２８よりも反射端面部２１側に位置するように、それらの向きが設定されている。
【００３２】
光出射部２７の一対の垂直錐面２５は、表面部１６側から反射して光出射部２７に入射した光を導光板１２の外側、つまり光反射シート１８の表面に向けてそれぞれ集光状態で出射させる集光出射機能を持っている。また、光出射部２７の傾斜錐面２６は、光反射シート１８からの散乱光を導光板１２内に入射させる機能を有するものであり、個々の光出射部２７を肉眼にて識別できないように、各光出射部２７の任意の一辺をそれぞれ１５０μm 以下の大きさに設定することが好ましいが、光の拡散と製造の容易性とを考慮して５μm 以上であることが望ましい。
【００３３】
なお、光出射部２７の垂直錐面２５は、成形加工上の都合から裏面部１７に対する垂直面とのなす角が０度から６０度程度の抜き勾配を与えておくことが好ましい。
【００３４】
裏面部１７側から見た光出射部２７の平面形状を表す図６に示すように、光出射部２７内に入った光線Ｌが一対の垂直錐面２５で全反射せずにここから出射するためには、裏面部１７と平行な平面内を進行する光線Ｌを考えた場合、垂直錐面２５に対する光線Ｌの入射角をγとすると、
γ≦sin-1(１/ｎ)
を満足する必要がある。ここで、円周率をπとすると、一対の垂直錐面２５のなす角δ1は、δ1＝２・{(π/２)−γ}であるから、
δ1≧π−２sin-1(１/ｎ)
となるが、実際問題として、光線Ｌの光路を含む平面は、裏面部１７に対して傾斜しており、この平面内における一対の垂直錐面２５のなす角δは、tanδ＝cosα・tanδ1であるから、
δ≧tan-1[cosα・tan{π−２sin-1(１/ｎ)}]
を満足すればよいことが判る。
【００３５】
具体的には、屈折率ｎが１. ４９のアクリル樹脂を導光板１２として採用した本実施例では、δが約９５度以上である必要がある。
【００３６】
また、実際問題として、光線Ｌの光路を含む平面は裏面部１７に対して傾斜しているので、これが垂直錐面２５で全反射せずにここから出射するためには、
α≦(３／２)・sin-1(１/ｎ)
を満足する必要がある。ここで、α＝(３/２)・sin-1(１/ｎ)の場合、本実施例における上述のδは約１３５度となるので、δが９５度から１３５度の範囲に収まるように、光出射部２７を形成することが好ましい。
【００３７】
この参考例においては、表面部１６に対して裏面部１７を平行に設定しているが、表面部１６と裏面部１７との間隔が入射端面部１３側に対して反射端面部２１側ほど狭くなるように、表面部１６に対して裏面部１７がほんの僅か（例えば０.５度から１度程度）傾斜したテーパ状に成形するようにしてもよい。
【００３８】
光反射シート１８は、非導電性フィルムなどにアルミニウムなどの金属を蒸着したり金属フィルムをコートしたもの、あるいはチタン酸バリウムなどを混入またはコートした樹脂を利用することができ、好ましくは完全拡散光を得るためにその表面に微細な凸凹加工を施すことが有効である。この光反射シート１８の表面には、導光板１２の表面部１６から出射する照明光が白色光となるように、光源１５のＬＥＤ１４の発光色である青色光と混色される赤色および緑色の蛍光か、あるいは橙色の蛍光を発する蛍光物質を含む色温度変換層３０がほぼ一様に形成されているが、この色温度変換層３０中の蛍光物質は、光反射シート１８の表面積に対して３０〜９５％の表面積を占めることが好ましく、可能な限り微粒子であることが有効である。
【００３９】
赤色および緑色の蛍光を発する蛍光物質を含む色温度変換層３０を形成する場合、光反射シート１８で色温度を変換されずに反射する光源１５からの青色光の単位面積当たりの輝度と、色温度変換層３０での単位面積当たりの赤色蛍光の輝度と、色温度変換層３０での単位面積当たりの緑色蛍光の輝度とが同一であると仮定した場合、これらの分布割合は１：１：１となる。また、橙色の蛍光を発する蛍光物質を含む色温度変換層３０を形成する場合、光反射シート１８で色温度を変換されずに反射する光源１５からの青色光の単位面積当たりの輝度と、色温度変換層３０での単位面積当たりの橙色蛍光の輝度とが同一であると仮定した場合、これらの分布割合は１：１となる。
【００４０】
ＬＥＤ１４からの光によって励起されて赤色の蛍光を発する蛍光物質としては、例えば酸化イットリウムとユーロビウムとを混合した赤色蛍光顔料〔Y2O3:Eu 〕、あるいはイットリウムの一部をリンやバナジウムで置換した複合酸化物とユーロビウムとを混合した赤色蛍光顔料〔Y(P,V)O4:Eu 〕を使用することができる。また、ＬＥＤ１４からの光によって励起されて緑色の蛍光を発する蛍光物質としては、ケイ酸亜鉛とマンガンとを混合した緑色蛍光顔料〔Zn2SiO4:Mn〕を使用することができる。さらに、ＬＥＤ１４からの光によって励起されて橙色の蛍光を発する蛍光物質としては、ケイ酸カルシウムと鉛やマンガンとを混合した橙色蛍光顔料〔CaSiO3:Pb,Mn〕、あるいはイットリウムの一部をガドリニウムで置換したものおよびアルミニウムの一部をガリウムで置換したものの複合酸化物とセリウムとを混合した橙色蛍光顔料〔(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce 〕を使用することができる。この他、上述した無機系蛍光顔料に代えて有機系蛍光染料を採用することも可能である。
【００４１】
従って、ＬＥＤ１４の発光に伴う光が導光板１２の入射端面部１３から導光板１２内に入射し、裏面部１７で全反射するような光線Ｌの一部は、光出射部２７に入射することにより、この光出射部２７から導光板１２の外側に集光状態で出射して光反射シート１８に照射される。また、表面部１６の光反射部２４に入射ひた光線Ｌの一部は、この光反射部２４で全反射して裏面部１７から光反射シート１８に向けて出射する。基本的に、光源１５から導光板１２内に入射した光線Ｌのほとんどは、光反射部２４および光出射部２７の存在によって導光板１２の裏面部１７から光反射シート１８に向けて出射する。さらに、光反射シート１８に向けて出射した光の一部は、色温度変換層３０に当たってその蛍光物質を励起する結果、所定の蛍光が発せられ、これが導光板１２の裏面部１７および光出射部２７の傾斜錐面２６などから再び導光板１２内に入射する。また、残りの光は光反射シート１８の表面で乱反射し、導光板１２の裏面部１７および光出射部２７の傾斜錐面２６などから再び導光板１２内に入射する。このようにして、最終的にはすべての光が導光板１２の表面部１６から出射するが、ＬＥＤ１４自体の青色光および色温度変換層３０にて発せられる赤色および緑色蛍光か、あるいは橙色蛍光と混色されて白色光となる。
【００４２】
この場合、光源１５から導光板１２に入射した光は、この導光板１２中を進行するに連れてそのエネルギが減少するため、導光板１２の表面部１６に突設された光反射部２４や裏面部１７に突設された光出射部２７の割合を漸次変化させる必要がある。具体的には、裏面部１７から出射する反射光線がこの裏面部１７全体に亙って均一な輝度となるように、表面部１６の単位面積当たりに占める光反射部２４の面積割合（以下、これを占有率と記述する）は、光源１５からの光の進行方向（図１中、右方向）に沿った表面部１６の位置と光反射部２４の占有率との関係を表す図７に示すように、反射端面部２１側ほど大きな占有率となるように設定されている。同様に、裏面部１７に対する光出射部２７の占有率も反射端面部２１側ほど大きな占有率となるように設定されている。
【００４３】
上述した参考例では、光反射部２４として円弧面２３を持った球面の一部で形成したが、別な参考例としての光反射部２４の外観を表す図８に示すように、入射端面部１３と平行な軸線を中心とする円柱面３１を持った光反射部２４としたり、あるいはその円柱面３１の頂部に二点鎖線で示すような平面部３２を形成して略台形状にすることも可能であり、要するに導光板１２内を伝播する光線が裏面部１７から出射するような全反射面を持った光反射部２４であれば、多角錐，多角柱，円錐台，楕円柱，楕円錐台など、他の如何なる形状であってもよい。
【００４８】
光源１５に豊田合成株式会社製の青色発光ＬＥＤ素子Ｅ１Ｃ１０−１Ｇ００１や日亜化学工業株式会社製のＮＳＰＢ３１０Ａなどを用い、光反射シート１８の表面に形成される色温度変換層３０に含まれる蛍光物質として根本化学株式会社製の赤色蛍光顔料ＹＯ−Ｂおよび緑色蛍光顔料ＧＧＰなどを用いたところ、導光板１２の表面部１６から白色光を得た。
【００４９】
また、同様の光源１５を用い、シンロイヒ化学株式会社製の橙色蛍光顔料ＦＺ−６０４やＦＺ−５００６、あるいははＢＡＳＦ社製の橙色蛍光染料 Lumogen Orenge 240 などを用いて色温度変換層３０を形成したところ、導光板１２の表面部１６から白色光を得た。
【００５０】
このように、ＬＥＤ１４などを用いた光源１５から導光板１２内に単色光を導き、導光板１２の表面部１６に設けた光反射部２４および裏面部１７に設けた光出射部２７により、積極的に裏面部１７の外側に単色光を出射させ、光反射シート１８の表面にてＬＥＤ１４の青色光と、赤色蛍光物質および緑色蛍光物質からの赤色蛍光および緑色蛍光とを合成したり、あるいはＬＥＤ１４の青色光と橙色蛍光物質からの橙色蛍光とを合成して白色光を導光板１２の表面部１６から出射させるようにしたので、光反射部２４および光出射部２７の分布や色温度変換層の分布を調整するだけで導光板１２の表面部１６から均一で効率のよい高輝度の白色光を得ることができる。
【００５１】
上述した参考例では、光源１５からの青色光を色温度変換させずにそのまま反射させる領域を光反射シート１８に設定し、この光反射シート１８上で混色を行うようにしたが、蛍光物質の塗布領域を多くするため、光反射シート１８にできるだけ多くの蛍光物質を塗布し、導光板１２内を伝播する青色光の一部を直接表面部１６から出射させ、導光板１２の表面部１６から出射する赤色蛍光および緑色蛍光か、あるいは橙色蛍光との混色を導光板１２の表面部１６の外側で行うようにしてもよい。
【００５２】
このような本発明による平面照明装置の主要部の断面構造を図９に示すが、先の参考例と同一機能の部材には、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、導光板１２の裏面部１７には、この裏面部１７に対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなし、一対の対称な垂直錐面３４と傾斜錐面３５とを有し、裏面部１７から二等辺三角錐状に窪んだ光出射部２７がランダムに配置されている。この場合、傾斜錐面３５の底辺３６は入射端面部１３（図示せず）とほぼ平行に設定され、この底辺３６に対して傾斜錐面３５の頂点３７を入射端面部１３側に位置させている。
【００５３】
本実施例における光出射部２７は、前述した参考例における光出射部２７と相似形の空間を有し、垂直錐面３４から傾斜錐面３５を介して光線Ｌが光反射シート１８に向けて出射するようになっている。つまり、光出射部２７の一対の垂直錐面３４は、導光板１２の反射端面部２１（図示せず）側に向けて導光板１２内を伝播する光線Ｌの一部を導光板１２の外側に積極的に出射させ、さらに傾斜錐面３５で全反射させ、光反射シート１８に向けてそれぞれ集光状態で出射させるようになっている。また、光出射部２７の傾斜錐面３５は、主として光反射シート１８の表面の色温度変換層３０からの蛍光を光出射部２７から導光板１２内に入射させる機能も有する。
【００５４】
一方、導光板１２の表面部１６には、この表面部１６に対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなし、一対の対称な垂直錐面２５と傾斜錐面２６とを有する二等辺三角錐状の第２光出射部３８がランダムに配置され、これら第２光出射部３８とこの平面照明装置１１を液晶ディスプレィのバックライト光源として使用した場合における液晶パネルのセルと第２光出射部３８との間でそれぞれモアレ縞などが発生しないように配慮している。これら第２光出射部３８は、入射端面部１３とほぼ平行に設定された傾斜錐面２６の底辺２８に対する第２光出射部３８の頂点２９がこの底辺２８よりも入射端面部１３側に位置するように、それらの向きが設定されている。
【００５５】
第２光出射部３８の一対の垂直錐面２５は、裏面部１７側から反射して第２光出射部３８に入射した光を表面部１６の外側、つまり導光板１２の外側に向けてそれぞれ集光状態で出射させる集光出射機能を持っており、個々の第２光出射部３８を肉眼にて識別できないように、各第２光出射部３８の任意の一辺をそれぞれ１５０μm 以下の大きさに設定することが好ましいが、光の拡散と製造の容易性とを考慮して５μm 以上であることが望ましく、上述した光出射部２７と同一寸法形状であってよい。また、その分布形態も基本的には裏面部１７側の光出射部２７とほぼ同一でよく、表面部１６から出射する蛍光の輝度に応じてその分布密度を調整することが望ましい。
【００５６】
従って、光源１５から導光板１２内に入射した光の一部は、第２光出射部３８によってそのまま表面部１６から外部に出射する。残りの光は、裏面部１７および光出射部２７から光反射シート１８の色温度変換層３０に出射し、そこに含まれる蛍光物質により色温度が変換され、所定色の蛍光となって裏面部１７および光出射部２７から再び導光板１２に入射し、そして表面部１６および第２光出射部３８から出射して混色状態となる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の平面照明装置によると、裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなす一対の対称な垂直錐面と傾斜錐面とをそれぞれ有し、傾斜錐面の底辺が入射端面部とほぼ平行に設定され、この底辺に対して傾斜錐面の頂点が入射端面部側に位置し、入射端面部から導光板内に入射した照明光を裏面部から出射させるための複数の光出射部を導光板の裏面部から窪んだ状態でランダムに設け、導光板の裏面部から出射した照明光の色温度を変換するための複数の色温度変換部を導光板の裏面部に対向して設けたので、裏面部で全反射するような角度で導光板内を進行する光の一部を光出射部によって導光板の裏面部から出射させ、これによって光反射シートの色温度変換部によって光源と異なる色温度に変換される光量を増大させることができる。この結果、色バランスの良好な照明光を導光板の表面部から出射させることが可能である。
【００６４】
特に、光出射部の大きさを５μm 〜１５０μm の範囲に設定した場合には、導光板の表面部から出射する照明光の輝度分布をより均一に制御することができる上、その出射方向や光量を任意に調整することができる。
【００６５】
また、色温度変換部が導光板の裏面部から出射した照明光により励起されて蛍光を発する蛍光物質を有し、この色温度変換部を光反射シートの表面に対して３０％〜９５％の範囲に設定した場合には、光源からの光の色温度を効率良く変換することができ、ＬＥＤを光源として用いた高輝度の白色光を出射可能な平面照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による平面照明装置の一実施例の概略構造を模式的に表す断面図である。
【図２】図１に示した平面照明装置の分解斜視図である。
【図３】図２に示した導光板の表面部の外観を表す平面図である。
【図４】  図１中の矢視IV部の抽出拡大構造の参考例を表す破断断面図である。
【図５】図４に示した光出射部の外観を抽出して表す斜視図である。
【図６】図５に示した光出射部を通る光路を模式的に表した光路図である。
【図７】  導光板の表面部に対する光反射部の分布状態を表すグラフである。
【図８】  本発明による光反射部の別な参考例の外観を抽出して表す斜視図である。
【図９】  本発明による平面照明装置の一実施例の主要部の概略構造を表す断面図である。
【符号の説明】
１１  平面照明装置
１２  導光板
１３  入射端面部
１４  ＬＥＤ
１５  光源
１６  表面部
１７  裏面部
１８  光反射シート
１９  絶縁ケーシング
２０  透明樹脂
２１  反射端面部
２２  側端面部
２３  円弧面
２４  光反射部
２５  垂直錐面
２６  傾斜錐面
２７  光出射部
２８  傾斜錐面の底辺
２９  光出射部の頂点
３０  色温度変換層
３１  円柱面
３２  平面部
３４  垂直錐面
３５  傾斜錐面
３６  傾斜錐面の底辺
３７  光出射部の頂点
３８  第２光出射部
Ｈ  円弧面の突出量
Ｌ  光線
ｒ  円弧面の半径
Ｒ  円弧面の曲率半径
α  光線の入射角
γ  垂直錐面に対する光線の入射角
δ1  一対の垂直錐面のなす角
ε  垂直面とのなす角（抜き勾配）
ω  円弧面の包括角度
【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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【図８】
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【図９】
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