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技術 導光板

出願人 日本ライツ株式会社
発明者 カランタルカリル松本伸吾
出願日 2007年2月16日 (13年10ヶ月経過) 出願番号 2007-036576
公開日 2007年7月26日 (13年5ヶ月経過) 公開番号 2007-188891
状態 特許登録済
技術分野 ライトガイド一般及び応用 照明装置の配光に係わる部品細部及び防護 面状発光モジュール
主要キーワード 端面部間 シート状金属 テーパ形 屈折角γ 白色材料 輝度測定器 分布量 各単色光
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2007年7月26日)のものです。
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図面 (11)

課題

光源の映り込みが無く、入射端面部近傍入射端面部の両端にも暗部がなく明るく均一な出射光を得る。

解決手段

導光板2は、表面部6と裏面部7a,7bとの間の距離が入射端面部3a,3bで最小になり、2つの入射端面部3a,3b間の中央部で距離が最大になるように裏面部7a,7bが入射端面部3a,3bから中央部まで単一の傾きを有した傾斜面を有し、互いに入射端面部3a,3bから入射した光は入射端面部3a,3bから離れる方向に中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ互いの入射端面部3a,3bに進む時に臨界角を破り、互いの入射端面部3a,3bにて反射され中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ、入射端面部3a,3bに戻る時に臨界角を破り出射する。

概要

背景

従来の導光板および平面照明装置としては、光源からの光を最大限に利用する目的で、導光板の厚さを入射端面部から離れるほど厚さを薄くさせ、入射端面部から入射端面部の反対方向に向かう光のテーパーリークを利用する方法が知られている。具体的には、図6に示すように、導光板21は、楔形状成形され、不図示の光源からの光を導く入射端面部31、表面部61、裏面部71、表面部61と裏面部71とに略直角に交わる側面部51,51を有する。この導光板21は、厚さの厚い方を入射端面部31とし、この入射端面部31と反対方向の反入射端面部41bに向かうにしたがって厚さが薄く成っている。そして、入射端面部31に対向して光源を配置し、入射端面部31から反入射端面部41の方向に向かう光のテーパーリークを利用して表面部61または/および裏面部71から光を出射している。

さらに、大きな平面照明装置の場合には、図7に示すように、導光板21Aの厚さを両端の入射端面部31a,31bから中心に向かうほど厚さを薄くなるように導光板21Aが構成される。この導光板21Aを用いた平面照明装置では、導光板21Aの両端の入射端面部31a,31bにそれぞれ光源91a,91bが配置される。そして、入射端面部31a,31bから入射端面部31a,31bの反対方向に向かう光のテーパーリークを利用して表面部61または/および裏面部71a,71bから光を出射している。

また、従来の導光板の出射面と反対側に白色の光散乱剤印刷する場合には、入射端面部から遠ざかるほど印刷部を増加させたり、導光板に凸凹等のドットを設ける場合でも入射端面部から遠ざかるほどドットを増加させていた。

さらに、従来の光源がLED等の点光源を用いた平面照明装置としては、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入射端面部にプリズム等の凸や凹の形状を設け、導光板の両端隅部分的まで光線が到達するようにする方法が知られている。

概要

光源の映り込みが無く、入射端面部近傍の入射端面部の両端にも暗部がなく明るく均一な出射光を得る。導光板2は、表面部6と裏面部7a,7bとの間の距離が入射端面部3a,3bで最小になり、2つの入射端面部3a,3b間の中央部で距離が最大になるように裏面部7a,7bが入射端面部3a,3bから中央部まで単一の傾きを有した傾斜面を有し、互いに入射端面部3a,3bから入射した光は入射端面部3a,3bから離れる方向に中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ互いの入射端面部3a,3bに進む時に臨界角を破り、互いの入射端面部3a,3bにて反射され中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ、入射端面部3a,3bに戻る時に臨界角を破り出射する。

目的

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、光源からの光を導く2つの対向した入射端面部と、当該光を出射する表面部または/および裏面部と、これら表面部と裏面部とに略直角に交わる側面部を有し、これらを包囲する面が鏡面をなし、表面部と裏面部との間の距離が入射端面部で最小になり、2つの入射端面部間の中央部で距離が最大になるように表面部や裏面部が入射端面部間から中央部まで単一の傾きを有した傾斜面を有し、互いに入射端面部から入射した光は入射端面部から離れる方向に中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ互いの入射端面部に進む時に臨界角を破り、互いの入射端面部にて反射され中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ、入射端面部に戻る時に臨界角を破り出射することによって、入射端面部近傍に於いて光源からの高輝度の光を出射せず、光源の映り込みや輝度斑を無くすことができるとともにRGB等の単色光源を並べた光源の場合でも入射端面部近傍ですぐに出射せず導光板内を幾度か全反射を繰り返しながら進行するためにRGBの単色光が混合され完全な白色光を得ることができ、輝度とともに輝度斑や発光色斑コントロールすることができ、ならびに利用出射面を大きく取れ、さらに大型の導光板や平面照明装置でも光源近傍の両端の入射端面部が最小で中央部が最大の厚みになるので機械的に優れた強度を得ることができる導光板を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

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請求項1

指向性の有する光源からの光を導く2つの対向した入射端面部と、当該光を出射する表面部または/および裏面部と、これら前記表面部と前記裏面部とに略直角に交わる側面部を有し、これらを包囲する面が鏡面をなし、前記表面部と前記裏面部との間の距離が前記入射端面部で最小になり、2つの前記入射端面部間の中央部で前記距離が最大になるように前記表面部または/および前記裏面部が前記入射端面部から前記中央部まで単一の傾きを有した傾斜面を有し、互いに前記入射端面部から入射した光は前記入射端面部から離れる方向に前記中央部まで進む時に臨界角を破らず、前記中央部を過ぎ互いの前記入射端面部に進む時に臨界角を破り、互いの前記入射端面部にて反射され前記中央部まで進む時に臨界角を破らず、前記中央部を過ぎ、前記入射端面部に戻る時に臨界角を破り出射することを特徴とする導光板

請求項2

指向性の有する光源からの光を導く2つの対向した入射端面部と、当該光を出射する表面部または/および裏面部と、これら前記表面部と前記裏面部とに略直角に交わる側面部を有し、これらを包囲する面が鏡面をなし、前記表面部と前記裏面部との間の距離が前記入射端面部で最小になり、2つの前記入射端面部間の中央部で前記距離が最大になるように前記表面部または/および前記裏面部が前記入射端面部から前記中央部まで単一の傾きを有した傾斜面を有し、前記表面部または/および前記裏面部には前記入射端面部に近づくほど数量または面積が増加するように微細ドット状の光偏向素子を設け、互いに前記入射端面部から入射した光は前記入射端面部から離れる方向に前記中央部まで進む時に臨界角を破らず、前記中央部を過ぎ互いの前記入射端面部に進む時に臨界角を破り、互いの前記入射端面部にて反射され前記中央部まで進む時に臨界角を破らず、前記中央部を過ぎ、前記入射端面部に戻る時に臨界角を破り出射するとともに前記光偏向素子の傾斜面部に進んだ前記光が屈折し出射することを特徴とする導光板。

技術分野

0001

本発明は、入射端面部の位置の厚さが最小になるようにして、光源からの光が指向性を有しても入射端面部近傍に光源からの強い光の映り込みを回避するとともに光源が少ない場合による入射端面部付近の両端部での暗部発生を回避することができる導光板に関するものである。

背景技術

0002

従来の導光板および平面照明装置としては、光源からの光を最大限に利用する目的で、導光板の厚さを入射端面部から離れるほど厚さを薄くさせ、入射端面部から入射端面部の反対方向に向かう光のテーパーリークを利用する方法が知られている。具体的には、図6に示すように、導光板21は、楔形状成形され、不図示の光源からの光を導く入射端面部31、表面部61、裏面部71、表面部61と裏面部71とに略直角に交わる側面部51,51を有する。この導光板21は、厚さの厚い方を入射端面部31とし、この入射端面部31と反対方向の反入射端面部41bに向かうにしたがって厚さが薄く成っている。そして、入射端面部31に対向して光源を配置し、入射端面部31から反入射端面部41の方向に向かう光のテーパーリークを利用して表面部61または/および裏面部71から光を出射している。

0003

さらに、大きな平面照明装置の場合には、図7に示すように、導光板21Aの厚さを両端の入射端面部31a,31bから中心に向かうほど厚さを薄くなるように導光板21Aが構成される。この導光板21Aを用いた平面照明装置では、導光板21Aの両端の入射端面部31a,31bにそれぞれ光源91a,91bが配置される。そして、入射端面部31a,31bから入射端面部31a,31bの反対方向に向かう光のテーパーリークを利用して表面部61または/および裏面部71a,71bから光を出射している。

0004

また、従来の導光板の出射面と反対側に白色の光散乱剤印刷する場合には、入射端面部から遠ざかるほど印刷部を増加させたり、導光板に凸凹等のドットを設ける場合でも入射端面部から遠ざかるほどドットを増加させていた。

0005

さらに、従来の光源がLED等の点光源を用いた平面照明装置としては、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入射端面部にプリズム等の凸や凹の形状を設け、導光板の両端隅部分的まで光線が到達するようにする方法が知られている。

発明が解決しようとする課題

0006

ここで、従来の導光板および平面照明装置として、例えば楔形状の導光板21での光線の軌跡について図8を参照しながら説明する。なお、導光板としては、図6に示す楔形状のものが用いられる。

0007

図6に示すように、導光板21は厚さが入射端面部31から入射端面部31の反対側に位置する反入射端面部41に向かう程に薄くなる構成である。このように、導光板21が楔形状であるため、図8に示す入射光L01が入射端面部31の反対側に位置する反入射端面部41に進む間に光線L01は表面部61に向かう。そして、表面部61に対しての光線L01の入射角が42°内ならば、光線L01が表面部61で全反射をして光線L02として裏面部71方向に進む。しかし、導光板21は、光線が進む方向に対して薄くなる楔形状のため、裏面部71に対する入射角が臨界角よりも小さいので、光線が臨界角を破って光線L03や光線L04として裏面部71より臨界角を破り出射してしまう。
尚、図8に示す説明では、裏面部71のみに臨界角を破る出射光を示したが、表面部61にも同様に臨界角を破る出射光が存在する。

0008

このように、図6および図8に示すように、光源からの光を最大限に利用する目的で、導光板の厚さを入射端面部から離れるほど厚さを薄くさせる、所謂楔形状に成形して、入射端面部から入射端面部の反対方向に向かう光のテーパーリークを利用する構成では、光源が指向性のある場合、入射端面部の近傍で直ちに臨界角を破り、即ちテーパーリークによって高輝度な出射がされる。そして、出射される光線が高輝度で指向性の強い出射光のため、光源全体、例えば半導体発光素子(LED)の光源の場合には、半導体発光素子自身の形状が出射面から観測(映り込み)されてしまう課題がある。

0009

さらに、上記のように導光板の厚さを入射端面部から離れるほど厚さを薄くした導光板では、半導体発光素子自身の形状が出射面から観測されてしまうのを回避するため、入射端面部近傍を実際には利用しないで用いる。このため、平面照明装置の必要面積以上に大きな導光板を使用しなければならない課題がある。

0010

また、従来の大きな平面照明装置の場合、図7に示すように、導光板21Aの厚さを両端の入射端面部31a,31bから中心に向かうほど厚さを薄くし、入射端面部31a,31bから入射端面部31a,31bの反対方向に向かう光のテーパーリークを利用する方法を用いて導光板21Aの両端を入射端面部31a,31bとする構成では、導光板21Aの中心部分の厚さが最も薄い部分となり、全体を軽量化すればするほど中心部分の厚さが薄くなり、構造的機械的強度が弱いという課題がある。

0011

さらに、光源をRGB(赤色発光緑色発光青色発光)の三色の光源を用いて白色光を得るため、RGBの各光源を順次並べてアレー状にした場合には、各発光色が入射端面部近傍では混ざりにくいために、入射端面部近傍では白色にならず、各発光色が斑状に出射面から出射してしまう課題がある。

0012

また、従来の光源にLED等の点光源を用いた平明照明装置は、導光板の入射端面部にLEDを複数並べ、これらLEDに対向する位置の導光板の入射端面部にプリズム等の凸や凹の形状を設けた構成では、光源が点光源であるため、光ビーム強度分布が円状や楕円状となる。このため、光源に対向する導光板の入射端面部にプリズム加工を施し、光源の左右方向に分散させて導光板全体から均一に出射させるが、隣り合っているLED等の光源の光が重なり合い、輝度が発生してしまう課題がある。

0013

さらに、図9(a),(b)に示すように、従来の楔形状の導光板21と、1つのLED等の点光源9を入射端面部31の中心に用いた平面照明装置では、図9(b)に示すように、LED等の半導体発光素子の光源9では指向性を有するため、光束が狭い範囲で反入射端面部41方向に進むとともに入射端面部31から反入射端面部41方向に進む間に臨界角を破り出射してしまう。このため、入射端面部31の両端部分(入射端面部31と入射光線L0との間)が暗部となってしまう課題がある。

0014

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、光源からの光を導く2つの対向した入射端面部と、当該光を出射する表面部または/および裏面部と、これら表面部と裏面部とに略直角に交わる側面部を有し、これらを包囲する面が鏡面をなし、表面部と裏面部との間の距離が入射端面部で最小になり、2つの入射端面部間の中央部で距離が最大になるように表面部や裏面部が入射端面部間から中央部まで単一の傾きを有した傾斜面を有し、互いに入射端面部から入射した光は入射端面部から離れる方向に中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ互いの入射端面部に進む時に臨界角を破り、互いの入射端面部にて反射され中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ、入射端面部に戻る時に臨界角を破り出射することによって、入射端面部近傍に於いて光源からの高輝度の光を出射せず、光源の映り込みや輝度斑を無くすことができるとともにRGB等の単色光源を並べた光源の場合でも入射端面部近傍ですぐに出射せず導光板内を幾度か全反射を繰り返しながら進行するためにRGBの単色光が混合され完全な白色光を得ることができ、輝度とともに輝度斑や発光色斑コントロールすることができ、ならびに利用出射面を大きく取れ、さらに大型の導光板や平面照明装置でも光源近傍の両端の入射端面部が最小で中央部が最大の厚みになるので機械的に優れた強度を得ることができる導光板を提供することにある。

課題を解決するための手段

0015

本発明の請求項1に係る導光板は、指向性の有する光源からの光を導く2つの対向した入射端面部と、当該光を出射する表面部または/および裏面部と、これら表面部と裏面部とに略直角に交わる側面部を有し、これらを包囲する面が鏡面をなし、表面部と裏面部との間の距離が入射端面部で最小になり、2つの入射端面部間の中央部で距離が最大になるように表面部または/および裏面部が入射端面部から中央部まで単一の傾きを有した傾斜面を有し、互いに入射端面部から入射した光は入射端面部から離れる方向に中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ互いの入射端面部に進む時に臨界角を破り、互いの入射端面部にて反射され中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ、入射端面部に戻る時に臨界角を破り出射することを特徴とする。

0016

請求項1に係る導光板は、指向性の有する光源からの光を導く2つの対向した入射端面部と、当該光を出射する表面部または/および裏面部と、これら表面部と裏面部とに略直角に交わる側面部を有し、これらを包囲する面が鏡面をなし、表面部と裏面部との間の距離が入射端面部で最小になり、2つの入射端面部間の中央部で距離が最大になるように表面部または/および裏面部が入射端面部から中央部まで単一の傾きを有した傾斜面を有し、互いに入射端面部から入射した光は入射端面部から離れる方向に中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ互いの入射端面部に進む時に臨界角を破り、互いの入射端面部にて反射され中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ、入射端面部に戻る時に臨界角を破り出射するので、光源からの光線を両端の入射端面部で歪無く導光板内に取り込み、一方の入射端面部から対向する他方の入射端面部に進む間では導光板が楔形状であっても臨界角を破る光線は無く、導光板の各面で多くの光線を全反射をさせるとともに対向側の入射端面部で全反射した光線を再度入射端面部方向に進む時に臨界角を破る光線や臨界角に近い光線等が多く存在し、明るく均一な出射光を得ることができる。また、両端の入射端面部の厚さが最小で中央部が最大の厚みになるので、構造的にも機械的強度が増し、機械的に優れている。

0017

また、請求項2に係る導光板は、指向性の有する光源からの光を導く2つの対向した入射端面部と、当該光を出射する表面部または/および裏面部と、これら表面部と裏面部とに略直角に交わる側面部を有し、これらを包囲する面が鏡面をなし、表面部と裏面部との間の距離が入射端面部で最小になり、2つの入射端面部間の中央部で距離が最大になるように表面部または/および裏面部が入射端面部から中央部まで単一の傾きを有した傾斜面を有し、表面部または/および裏面部には入射端面部に近づくほど数量または面積が増加するように微細なドット状の光偏向素子を設け、互いに入射端面部から入射した光は入射端面部から離れる方向に中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ互いの入射端面部に進む時に臨界角を破り、互いの入射端面部にて反射され中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ、入射端面部に戻る時に臨界角を破り出射するとともに光偏向素子の傾斜面部に進んだ光が屈折し出射することを特徴とする。

0018

請求項2に係る導光板は、指向性の有する光源からの光を導く2つの対向した入射端面部と、当該光を出射する表面部または/および裏面部と、これら表面部と裏面部とに略直角に交わる側面部を有し、これらを包囲する面が鏡面をなし、表面部と裏面部との間の距離が入射端面部で最小になり、2つの入射端面部間の中央部で距離が最大になるように表面部または/および裏面部が入射端面部から中央部まで単一の傾きを有した傾斜面を有し、表面部または/および裏面部には入射端面部に近づくほど数量または面積が増加するように微細なドット状の光偏向素子を設け、互いに入射端面部から入射した光は入射端面部から離れる方向に中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ互いの入射端面部に進む時に臨界角を破り、互いの入射端面部にて反射され中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ、入射端面部に戻る時に臨界角を破り出射するとともに光偏向素子の傾斜面部に進んだ光が屈折し出射するので、光源からの光線を両端の入射端面部で歪無く導光板内に取り込み、一方の入射端面部から対向する他方の入射端面部に進む間では導光板が楔形状であっても臨界角を破る光線は無く、導光板の各面で多くの光線を全反射をさせるとともに対向側の入射端面部で全反射した光線を再度入射端面部方向に進む時に臨界角を破る光線や臨界角に近い光線等が多く存在し、テーパーリークとともに微細な光偏向素子に達した時に臨界角を破り導光板から出射する光量をコントロールすることができるとともに光源の映り込みが無く、入射端面部近傍の入射端面部の両端にも暗部がなく明るく均一な出射光を得ることができる。また、両端の入射端面部の厚さが最小で中央部が最大の厚みになるので、構造的にも機械的強度が増し、機械的に優れている。

発明の効果

0019

以上のように、請求項1に係る導光板は、指向性の有する光源からの光を導く2つの対向した入射端面部と、当該光を出射する表面部または/および裏面部と、これら表面部と裏面部とに略直角に交わる側面部を有し、これらを包囲する面が鏡面をなし、表面部と裏面部との間の距離が入射端面部で最小になり、2つの入射端面部間の中央部で距離が最大になるように表面部または/および裏面部が入射端面部から中央部まで単一の傾きを有した傾斜面を有し、互いに入射端面部から入射した光は入射端面部から離れる方向に中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ互いの入射端面部に進む時に臨界角を破り、互いの入射端面部にて反射され中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ、入射端面部に戻る時に臨界角を破り出射するので、光源からの光線を両端の入射端面部で歪無く導光板内に取り込み、一方の入射端面部から対向する他方の入射端面部に進む間では導光板が楔形状であっても臨界角を破る光線は無く、導光板の各面で多くの光線を全反射をさせるとともに対向側の入射端面部で全反射した光線を再度入射端面部方向に進む時に臨界角を破る光線や臨界角に近い光線等が多く存在し、明るく均一な出射光を得ることができる。しかも、その分実際に使用でき得る導光板の面積が大きく取れ、さらに光源が並列(アレー状)に設けてあっても互いに隣り合う光源からの光を重ならずに輝度斑の発生を防ぐことができ、また大型化する場合に両端を入射端面部とするため中心部分の厚さが一番厚いので導光板の機械的安定および強度に優れる。

0020

請求項2に係る導光板は、指向性の有する光源からの光を導く2つの対向した入射端面部と、当該光を出射する表面部または/および裏面部と、これら表面部と裏面部とに略直角に交わる側面部を有し、これらを包囲する面が鏡面をなし、表面部と裏面部との間の距離が入射端面部で最小になり、2つの入射端面部間の中央部で距離が最大になるように表面部または/および裏面部が入射端面部から中央部まで単一の傾きを有した傾斜面を有し、表面部または/および裏面部には入射端面部に近づくほど数量または面積が増加するように微細なドット状の光偏向素子を設け、互いに入射端面部から入射した光は入射端面部から離れる方向に中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ互いの入射端面部に進む時に臨界角を破り、互いの入射端面部にて反射され中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ、入射端面部に戻る時に臨界角を破り出射するとともに光偏向素子の傾斜面部に進んだ光が屈折し出射するので、光源からの光線を両端の入射端面部で歪無く導光板内に取り込み、一方の入射端面部から対向する他方の入射端面部に進む間では導光板が楔形状であっても臨界角を破る光線は無く、導光板の各面で多くの光線を全反射をさせるとともに対向側の入射端面部で全反射した光線を再度入射端面部方向に進む時に臨界角を破る光線や臨界角に近い光線等が多く存在し、テーパーリークとともに微細な光偏向素子に達した時に臨界角を破り導光板から出射する光量をコントロールすることができるとともに光源の映り込みが無く、入射端面部近傍の入射端面部の両端にも暗部がなく明るく均一な出射光を得ることができる。しかも、その分実際に使用でき得る導光板の面積が大きく取れ、さらに光源が並列(アレー状)に設けてあっても互いに隣り合う光源からの光を重ならずに輝度斑の発生を防ぐことができ、また大型化する場合に両端を入射端面部とするため中心部分の厚さが一番厚いので導光板の機械的安定および強度に優れる。

発明を実施するための最良の形態

0021

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、本発明は、光源からの光を導く2つの対向した入射端面部と、当該光を出射する表面部または/および裏面部と、これら表面部と裏面部とに略直角に交わる側面部を有し、これらを包囲する面が鏡面をなし、表面部と裏面部との間の距離が入射端面部で最小になり、2つの入射端面部間の中央部で距離が最大になるように表面部や裏面部が入射端面部から中央部まで単一の傾きを有した傾斜面を有し、互いに入射端面部から入射した光は入射端面部から離れる方向に中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ互いの入射端面部に進む時に臨界角を破り、互いの入射端面部にて反射され中央部まで進む時に臨界角を破らず、中央部を過ぎ、入射端面部に戻る時に臨界角を破り出射することによって、入射端面部近傍での光源の映り込みや輝度斑や発光色斑の発生をコントロールすることができ、ならびに利用出射面を大きく取れる導光板を提供するものである。

0022

図1は本発明に係る導光板を含む平明照明装置の概略構成を示す分解斜視図、図2は本発明に係る導光板の側面図、図3図2の導光板における光線の軌跡を示す図、図4(a),(b)は図2の導光板において入射端面部の中央部に1つの光源を配置したときの光線の軌跡を示す図、図5は本発明に係る導光板の他の形状を示す側面図である。

0023

図1に示すように、平面照明装置1は、導光板2と光源9および反射体10から構成されている。

0024

導光板2は、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)等で形成される。この導光板2は、光源9からの光を導く入射端面部3と、この入射端面部3と反対側に位置する反入射端面部4と、これら入射端面部3と反入射端面部4の両端に接続する側面部5,5と、光を出射する表面部6と、この表面部6と反対側に位置する裏面部7とからなる。また、表面部6や裏面部7には、光を全反射や屈折する光偏向素子8が施してある。

0025

導光板2は、表面部6と裏面部7との間の距離(導光板2の厚さ)が入射端面部3で最小(薄く)になり、入射端面部3から最大離距離(入射端面部3から入射端面部3の反対側に位置する反入射端面部4までの距離)において距離(厚さ)が最大(厚く)になるような形状を有している。
故に、導光板2は、図2に示すように、厚さが薄い入射端面部3の近傍に入射端面部3に対して略平行に光源9が配置され、光源9が配置された入射端面部3の反対側(最大離距離)である反入射端面部4の厚さが厚い配置となる。

0026

さらに、表面部6や裏面部7には、光偏向素子8が設けられる。図1の例では、表面部6のみに光偏向素子8を設けている。これにより、入射端面部3からの入射光が入射端面部3の反対側に位置する反入射端面部4に進む間では、導光板2が楔形状であっても臨界角を破る光線は無く進み反入射端面部4で全反射をする。そして、この反入射端面部4で全反射した光線は、再度入射端面部3方向に進む時に光偏向素子8により屈折等を行い、臨界角を破って表面部6から出射することができる。

0027

また、図3に示すように、導光板2に入射した光は、屈折角γが0≦|γ|≦sin-1(1/n)の式を満たす範囲で導光板2内に進む。例えば一般の導光板2に使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率がn=1.49程度である。従って、最大入射角は、入射端面部3の表面部6方向から裏面部7方向への光および裏面部7方向から表面部6方向への光が入射角90°となる。このため、入射端面部3で屈折する屈折角γは、γ=0〜±42°程度の範囲内になる。
但し、表面部6近傍では裏面部7方向のみのγ=−42°のみとなり、裏面部7近傍では表面部6方向のみのγ=+42°のみとなる。

0028

ここで、屈折角γ=0〜±42°の範囲内で導光板2内に入射した光は、導光板2と空気層屈折率n=1)との境界面では、sinα=(1/n)の式により臨界角を表わすことができる。例えば一般の導光板2に使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率がn=1.49程度であるので、臨界角αはα=42°程度になる。従って、導光板2の表面部6や裏面部7に光線を偏向する凸や凹等が無かったり、臨界角αを越えなければ、導光板2内の光は表面部6や裏面部7で全て全反射しながら反入射端面部4方向へ進むことになる。

0029

しかし、本発明の導光板2は、導光板2の厚さが(導光板2の表面部6と裏面部7との間の距離)が入射端面部3から入射端面部3の反対側に位置する反入射端面部4に向かう程(入射端面部3から最大離距離)に導光板2の厚さが薄く(最小に)なる楔形状(一般または従来とは逆)であるので、図3に示すように、入射端面部3からの入射光Ln1が入射端面部3の反対側に位置する反入射端面部4に進む間に導光板2が楔形状であっても臨界角を破る光線は無く、表面部6や裏面部7で全反射を繰り返した光線Ln2は反入射端面部4で全反射をする。そして、再度入射端面部3方向に光線Ln3が進む時に光偏向素子8により屈折等を行って臨界角を破り表面部6から光線Ln4を出射することができる。
尚、ここでは光偏向素子8について、凸形状および凹形状について記したが、何れも凸形状や凹形状の傾斜面で光線を屈折し外部に出射する。

0030

さらに、本発明の導光板2は、図示しないが表面部6や裏面部7に光偏向素子8を入射端面部3に近づくほど光偏向素子8の数量または面積が増加するように設けている。これにより、最初に光源9からの入射端面部3から入射した光は、導光板2の表面部6や裏面部7に達しても臨界角αに達する光が存在せず、表面部6や裏面部7で全反射を繰り返しながら入射端面部3の反対側の反入射端面部4に進み、反入射端面部4で全反射する。この全反射した光が入射端面部3方向に戻る過程において、導光板2の厚さが徐々に薄くなって臨界角αを破る光線や臨界角αに近い光線等が多く存在する。このため、上記全反射により再度入射端面部3方向に進んだ光のうち、反入射端面部4から入射端面部3に戻る間に臨界角α付近の光線が光偏向素子8の傾斜面によって屈折等を引き起こし出射面(表面部6)から出射する。

0031

また、光が反入射端面部4から入射端面部3に戻る間に出射面(表面部6)から出射され、入射端面部3に近づくほど(戻るほど)光量の減衰等に対応させて一層多数の光線を出射面(表面部6)から出射する。このため、入射端面部3に近づくほど出射させる光量を多くする必要があり、入射端面部3に近づくほど光偏向素子8の数量または面積が増加することにより均一な出射光を得ることができる。

0032

さらに、光源9が単一の場合でも、一度入射端面部3の反対側の反入射端面部4で全反射した光が入射端面部3全体に進み、入射端面部3の方向に進むにつれて光偏向素子8を入射端面部3に近づくほど光偏向素子8の数量または面積が増加する。これにより、光源9の両端方向である入射端面部3の両端部でも均一な出射光を得ることができる。

0033

また、画面サイズの大きな平面照明装置1の場合には、導光板2の両端を入射端面部3を設ける構造を有し、本発明の概念から導光板2は表面部6と裏面部7との間の距離(導光板2の厚さ)が入射端面部3で最小(薄く)になり、両端の入射端面部3から中心において距離(厚さ)が最大(厚く)になるような形状を有する。

0034

即ち、図5に示すように、平面照明装置1は、光源9として2つの光源9aと光源9bを有し、この2つの光源9aと光源9bに対向する導光板2の厚さが最も薄い両端部を入射端面部3(3a,3b)としている。そして、入射端面部3a,3bから互いに中心方向に向かう程導光板2の厚さが厚くなり、中心部で表面部6と互いに中心方向に向かう裏面部7(7a,7b)との距離が最大になる。

0035

故に、導光板2は、導光板2の厚さが(導光板2の表面部6と裏面部7aおよび裏面部7bとの間の距離)が各入射端面部3aおよび入射端面部3bから各入射端面部3aおよび入射端面部3bの反対側に向かう程(各入射端面部3aおよび入射端面部3bから中心)導光板2の厚さが厚く(最大に)なる形状である。これにより、各入射端面部3aおよび入射端面部3bからの入射光が中心に進む間に導光板2がテーパ形状であっても互いに中心までは臨界角を破る光線は無い。そして、表面部6や裏面部7で全反射を繰り返した光線は、互いに対向する導光板2内および互いに対向する入射端面部3aおよび入射端面部3bで全反射をして、再度互いに入射した各入射端面部3aおよび入射端面部3b方向に光線が進む時に光偏向素子8により屈折等を行って臨界角を破り表面部6から光線を出射することができる。

0036

また、図4(a),(b)に示すように、半導体発光素子等(LED等)からなる光源9を入射端面部3の中心に1つだけ設けた場合にも、光源9が半導体発光素子等のため光束が狭い範囲で反入射端面部4方向に進むが、入射端面部3から反入射端面部4方向に進む間には臨界角を破る光線は存在せず、反入射端面部4で全反射をして光線Lnが再度入射端面部3方向に進む間に臨界角を破り、さらに表面部6に設けた光偏向素子8により臨界角付近の光線が光偏向素子8の傾斜面によって屈折等を引き起こし一層多数の光線を表面部6に出射することができるので、入射端面部3の両端部に暗部ができず均一で明るい出射光を得ることができる。これに対し、図9(a),(b)に示すような従来の構成では、入射端面部の両端部に暗部ができてしまう。

0037

このように、本発明の導光板2は、導光板2の厚さが入射端面部3の位置が最も薄く、入射端面部3から離れる程、導光板2の厚さが厚くなるように構成し、光源9から最初に導光板2に入射した光線は表面部6や裏面部7等の鏡面で全反射のみにより、入射端面部3の反対側に位置する反入射端面部4で全反射を行った後に、再度入射端面部3方向に進み、この時導光板2の厚さが段々薄くなる為、光線が進みながら臨界角を破り、表面部6から出射するとともに表面部6に設けた光偏向素子8により臨界角付近の光線が光偏向素子8の傾斜面によって屈折等を引き起こし一層多数の光線を表面部6に出射する。

0038

また、導光板2の両端に入射端面部3を設けた場合には、導光板2の厚さが入射端面部3の位置が最も薄く、入射端面部3から離れる程、導光板2の厚さが厚くなるようにし、導光板2の両端から同距離の中心部分で導光板2の厚さが最も厚くなるように構成するので、光源9から最初に導光板2に入射した光線は表面部6や裏面部7等の鏡面で全反射のみとなり、中心部を超えた位置から導光板2の厚さが段々薄くなる為、光源が進みながら臨界角を破り、表面部6から出射するとともに表面部6に設けた光偏向素子8により臨界角付近の光線が光偏向素子8の傾斜面によって屈折等を引き起こし一層多数の光線を表面部6に出射する。よって、入射端面部3の近傍では光源9からの直接的な高輝度な光を(映り込み)出射せずに導光板2の全体に明るく斑のない光を出射し、特に導光板2の両端に入射端面部3を設けた場合には機械的強度に優れている。

0039

光源9は、半導体発光素子であって、LEDやレーザ等からなり、RGB(赤色、緑色、青色)の各単色光を各入射部3の近傍に設けたり、RGB(赤色発光、緑色発光、青色発光)からなる複数の半導体発光素子を組み合わせたアレー状に構成したユニットを各入射部3に設けても良い。
さらに、光源9としては、波長変換材を利用した白色光を発光する光源(例えば、青色発光素子に黄色系の蛍光剤等を組み合わせた物)でも良い。

0040

また、光源9は、入射端面部3が大きい場合や導光板2自体が大きい場合、CCFL冷陰極管)を用いても良い。この場合、光源9は、線状をなし、直接光が導光板2の入射端面部3から導光板2内に入射し、他の光が図示しないリフレクタで反射されながら光源9とリフレクタとの空間を通って導光板2内に入射する。
尚、この線状の光源9の場合には、従来の導光板21では、入射端面部31の近傍に高輝度な輝線が現れてしまうが、本発明の導光板2を用いることによって輝線の発生を防ぐことができる。

0041

反射体10は、図示しないが反射面が凹凸形状またはプリズム形状を成し、熱可塑性樹脂に例えば酸化チタンのような白色材料混入したシートや熱可塑性樹脂のシートにアルミニウム等の金属蒸着を施したり、金属箔を積層した物やシート状金属からなる。この反射体10は、入射端面部3と表面部6以外の部分を覆い、光源9からの光が導光板2によって表面部6に出射した以外の光を反射または乱反射し、再び導光板2に入射させて光源9からの光を全て表面部6から出射するようにする。
また、反入射端面部4や裏面部7に用いる反射体10の凹凸形状やプリズム形状を制御することにより、再度導光板2内に戻す位置をコントロールし、最終の出射光の輝度、光量分布および出射角等を調整することができる。

0042

さらに、反射体10は、反射面を凹凸形状またはプリズム形状とすることができる。これにより、光源9がRGB等の三原色光の光をプリズム面による反射によって導光板2内で混ざり合うことができ、光源9からの光を無駄にせず光源9から導光板2の出射光に変換する効率を良くすることができる。

0043

また、ここでは図示しないが、例えば光源9がCCFL(冷陰極管)のような指向性がラジアル方向を示すような場合には、光源9(CCFL)の周囲にリフレクタを設け、導光板2の入射端面部3と光源9とを包囲するようにする。これにより、光源9からの光を反射し、反射光を導光板2の入射端面部3に再び入射させる。
また、リフレクタは、白色の絶縁性材料やアルミニウム等の金属を蒸着したシート状または金属等からなる。

0044

さらに、ここでは図示しないが、現実的な平面照明装置1として、導光板2から臨界角を破って表面部6等に出射する光線は、表面部6に対する入射角度が大きいので、出射角度も大きくなる。このことは表面部6と出射光との成す角度が小さくなることを意味し、導光板2に沿った様な出射光となる。従って、例えば液晶表示装置等に対しては、導光板2と略垂直な出射光を必要とするため、導光板2の出射面(表面部6)にプリズムシートを用いる。
この時、プリズムシートのプリズム面(プリズムの)を導光板2に向けて配置し、導光板2に沿った様な出射光を一度プリズムシート内に取り込み、取り込んだ面と反対側の面で全反射をし、最終的に平面照明装置1から略垂直な出射光を得る。

0045

図10(a)は本発明の導光板と従来の導光板とを用いた測定値の結果を示す図、図10(b)は平均輝度を測定するときの導光板の領域の分け方を示す図である。

0046

測定条件は、導光板の厚さを最小0.9mm〜最大1.3mmの楔形状とする。そして、本発明の導光板は、0.9mm厚の部分を入射端面部とし、入射端面部近傍に光源を配置する。これに対し、従来の導光板は、1.3mm厚の部分を入射端面部とし、入射端面部近傍に光源を配置する。また、本発明および従来の導光板には同じ大きさのものを用いる。光源は、入射端面部に平行に半導体発光素子(日本ライツ(株)製L7555)を4つ並べた物を使用した。光源の入力電流は、各々1チップ当り18mAとする。プリズムフィルムならびに反射フィルムは住友3M(株)製を使用した。輝度測定器は、トプコンBM−7(視野角1°)であり、数値の単位はCd/m2 である。

0047

図10(a)に示す測定結果を見ても明らかなように、平均輝度に関しては、導光板の3つの領域の全ての平均輝度及び中心輝度が本発明の導光板を用いた場合の方が従来の導光板を用いた場合よりも高いという結果が得られた。また、輝度斑に関しても、本発明の導光板を用いた場合の方が従来の導光板を用いた場合よりも少ない(略半分の数)という結果が得られた。
なお、平均輝度については、図10(b)に示すように、光源が対向配置される入射端面部から反入射端面部に向かって領域A,B,Cに3等分して測定を行った。

0048

このように、本発明の導光板および平面照明装置は、導光板2の厚さが入射端面部3の位置が最も薄く、入射端面部3から離れる程、導光板2の厚さが厚くなるような構成となっている。これにより、入射端面部3から入射端面部3の反対側に位置する反入射端面部4方向(この方向を順方向という)に進む時には導光板2の各面の鏡面でより多く全反射をする。そして、この全反射した光線が反入射端面部4に達し、反入射端面部4で全反射を行った後に、再度入射端面部3方向(この方向を逆方向という)に進む。この逆方向に進む時には導光板2の厚さが段々薄くなるため、光線が進みながら臨界角αを破り、表面部6から出射する。しかも、表面部6の入射端面部3に近づくほど分布量が増すように設けた光偏向素子8により臨界角α付近の光線が光偏向素子8の傾斜面によって屈折等を引き起こし、一層多数の光線を表面部6に出射するとともに均一で高輝度の出射光を得ることができる。

0049

同様に、導光板2の両端に入射端面部3a,3bを設けた場合には、導光板2の厚さが入射端面部3a,3bの位置が最も薄く、導光板2の中心部分で導光板2の厚さが最も厚くなるような構成となっている。これにより、2つの入射端面部3a,3bから導光板2の中心部に向かう順方向では各面の鏡面で全反射のみとなり、中心部を超えた位置から反対側の入射端面部に向かう逆方向に向かうに連れて導光板2の厚さが段々薄くなるため、光線が進みながら臨界角αを破り、表面部6から出射する。しかも、表面部6の入射端面部3a,3bに近づくほど分布量が増すように設けた光偏向素子8により臨界角α付近の光線が光偏向素子8の傾斜面によって屈折等を引き起こし、一層多数の光線を表面部6に出射するとともに均一で高輝度の出射光を得ることができる。

0050

よって、入射端面部3の近傍では光源9からの直接的な高輝度な光、所謂映り込みを出射せずに導光板2の全体に明るく斑のない光を出射する。特に導光板2の両端に入射端面部3a,3bを設けた場合には,機械的強度に優れ、映り込みの無い分だけ実質的な大きな出射面を確保することができる。また、光源9として三原色光(RGB)の白色光源を用いた場合にも入射端面部3近傍では出射しないので、各色(RGB)光線が入射端面部と反対の方向に進む間に混ざり合い、臨界角αを破る時には完全な白色光として出射することができる。

0051

また、半導体発光素子のように指向性の有る光源9を入射端面部3の中心に1つだけ設けた場合、光束が狭い範囲で反入射端面部4方向に進む。このため、従来の構成では、導光板2の入射端面部3の両端部分が暗部となってしまう。これに対し、本発明の構成では、入射端面部3から反入射端面部4方向に進む間には臨界角αを破る光線は存在せず、反入射端面部4で全反射をして光線Lnが再度入射端面部3方向に進む間に臨界角を破り、さらに表面部6に設けた光偏向素子8により臨界角α付近の光線が光偏向素子8の傾斜面によって屈折等を引き起こし、一層多数の光線を表面部6に出射することができる。これにより、入射端面部3の両端部に暗部ができず、均一で明るい出射光を得ることができる。

図面の簡単な説明

0052

本発明に係る導光板を含む平明照明装置の概略構成を示す分解斜視図である。
本発明に係る導光板の側面図である。
図2の導光板における光線の軌跡を示す図である。
(a),(b)図2の導光板において入射端面部の中央部に1つの光源を配置したときの光線の軌跡を示す図である。
本発明に係る導光板の他の形状を示す側面図である。
従来の導光板の斜視図である。
従来の他の形状による導光板を含む平面照明装置の概略構成を示す側面図である。
図6の導光板における光線の軌跡を示す図である。
(a),(b)図6の導光板において入射端面部の中央部に1つの光源を配置したときの光線の軌跡を示す図である。
(a) 本発明の導光板と従来の導光板とを用いた測定値の結果を示す図である。 (b)平均輝度を測定するときの導光板の領域の分け方を示す図である。

符号の説明

0053

1平面照明装置
2,21,21A導光板
6,61 表面部
7,71 裏面部
3,31入射端面部
4,41 反入射端面部
5,51 側面部
8光偏向素子
9,9a,9b91a,91b光源
10反射体
Ln,Ln1,Ln2,Ln3.Ln4,L0,L01,L02,L03,L04 光線

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