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技術 面光源照明装置

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 間瀬健一郎太田禎章
出願日 2015年12月25日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2015-252705
公開日 2016年12月22日 (4年0ヶ月経過) 公開番号 2016-219396
状態 特許登録済
技術分野 ライトガイドの光学的結合 LED素子のパッケージ 液晶4(光学部材との組合せ) ライトガイド一般及び応用 面状発光モジュール
主要キーワード 入光レンズ 車載環境 搭載容量 使用温度環境 ドライバー席 楔形断面形状 民生品 ディスプレイ配置
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(2016年12月22日)のものです。
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図面 (13)

課題

バックライト用として求められる方向制御使用環境での振動や大きな温度変化に対しても安定した動作が得られる面光源照明装置を提供することを目的とする。

解決手段

この面光源照明装置は、光源部(2a)から入射したライン状の光を、入光レンズ(6)とルーバー部(7)を有する入光部(3a)を介して導光板(1)の端面(1L)に入射させるので、使用環境の振動や温度変化に対しても高い信頼性を維持できる。更に、導光板(1)では、背面に設けた第1導光パターン(4A)によって反射した光を、同じく背面に設けた第2導光パターン(4B)によって反射させて出射方向を設定して、導光板(1)の正面から目的の分布特性で出射する。

概要

背景

発光ダイオード(以下、LEDと称す)を用いたバックライト光源は、冷陰極管を用いたものよりも薄型、軽量、高効率などの利点が大きいため、近年広く採用されている。
より薄型を目指すためにLED光源液晶モニターディスプレイの真下に配置する直下方式に対して、薄いアクリルポリカーボネート板の裏面に微小パターンが刻まれた導光板を用いて、その導光板の端面から入光させることで導光板の正面を面発光させるエッジライト方式が現在主流となっている。

エッジライト方式では、LEDチップなどの光源から放射される光を導光板に入射し、これを求められる方向に配光制御することと、導光板上で輝線や均一などのムラを発生させずに均一に発光をすることが重要視される。そのためには、導光板に光を入射する時に均一にしておくことと、導光板のパターンを適切に配置することで輝度ムラ暗線を発生させずに求められる配光に制御することが可能となる。

図9(a)の従来の面光源照明装置は、LED32の光が入光レンズ33を介して導光板34の入射端面35から中へ導かれ、図9(b)のように導光板34の裏面の平面部36で反射しながら反対側まで光が進んで行く。

平面部36には導光パターン37が刻まれている。導光板34はアクリルやポリカーボネートなど樹脂材料でできているため空気との屈折率の差により約41°以上の入射角度では全反射することになる。導光板34の内部での導光の途中で導光パターン37に当たって導光パターン37から導光板34の正面に向かって光が反射されることにより、その部分が発光する。

このような導光パターン37が導光板34の裏面の全面に特定のピッチで刻まれていることにより、各場所で導光板34の正面への反射が起こり、導光板34の正面の全体で発光している。

LED32からの光は一般的に放射状に発生しており、そのような光が導光板34に入射して導光パターン37に当たる場合、入射角度に応じて導光板34の正面ではなく、導光パターン37から斜めに導光板34の正面あるいは斜めに導光板34の背面に反射することになり、面光源照明装置からの放射光は広がることになる。

そのため、おおよそ平行光になるように設計された入光レンズ33を、導光板34の前に挿入することで平行に近い光を導光板34に入射している。入光レンズ33もアクリルやポリカーボネートなど透光性を有する材質で板状となっており、それらが複数個並列で並べられることで入光レンズアレイ38となっている。LED32から放射された光は、各入光レンズ33を透過することによって略平行光に変換され、入射端面35から導光板34内に入射する。これにより導光パターン37に対して斜めに当る光が少なくなり、導光板34の正面への光の方向制御が可能となっている。

概要

バックライト用として求められる方向制御と使用環境での振動や大きな温度変化に対しても安定した動作が得られる面光源照明装置を提供することを目的とする。この面光源照明装置は、光源部(2a)から入射したライン状の光を、入光レンズ(6)とルーバー部(7)を有する入光部(3a)を介して導光板(1)の端面(1L)に入射させるので、使用環境の振動や温度変化に対しても高い信頼性を維持できる。更に、導光板(1)では、背面に設けた第1導光パターン(4A)によって反射した光を、同じく背面に設けた第2導光パターン(4B)によって反射させて出射方向を設定して、導光板(1)の正面から目的の分布特性で出射する。

目的

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、車載用のディスプレイなどで求められる特定の方向に光の出射方向を制御できる面光源照明装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

導光板の端面に光源部からの光を入射させ、前記導光板の内部を伝搬して前記導光板の正面と背面のうちの正面から光を出射する面光源照明装置において、前記導光板の前記端面の長手方向に間隔を空けて配置された複数個の光源を有する光源部と、前記光源部から光が入射する前記導光板の背面に、前記光源部からの入光方向に対して第1の斜め方向に直線の溝群を有する第1導光パターンを設け、前記導光板の前記背面に、第1導光パターンとは異なる第2の斜め方向に直線の溝群を有する第2導光パターンを設け、第1導光パターンによって反射した光を第2導光パターンによって反射させて前記導光板の正面から光を出射する面光源照明装置。

請求項2

前記光源部から入射したライン状の光を略平行光にする入光レンズと、前記入光レンズを通過した光のうちで平行光から外れた光を吸収して通過させるルーバー部を有する入光部と、をさらに有し、前記入光部を介した光を前記導光板の端面に光を入射させる請求項1に記載の面光源照明装置。

請求項3

前記入光レンズは、前記光源部の側の面と前記ルーバー部の側の面に曲面を保有しており、その長さが前記光源部の光源のピッチの距離より小さい、請求項2に記載の面光源照明装置。

請求項4

前記ルーバー部は、前記導光板の前記端面の長手方向に間隔を空けて配置され入射した光を遮る隔壁と、前記隔壁の相互間から前記導光板の正面側または前記背面側へ向かって拡がった光を反射する反射面と、前記隔壁と前記反射面で囲まれたエリアに形成された気体層または樹脂層を設けた、請求項2または請求項3に記載の面光源照明装置。

請求項5

前記隔壁の間隔が、前記隔壁の奥行きに対して0.1倍以上から0.6倍以下である、請求項4に記載の面光源照明装置。

請求項6

第1導光パターンは、第1プリズム主反射面と、底角が前記第1プリズム主反射面の底角よりも傾きの大きい第1プリズム副反射面とから構成され、第2導光パターンは、第2プリズム主反射面と、底角が前記第2プリズム主反射面の底角よりも傾きの大きい第2プリズム副反射面とから構成され、第1プリズム副反射面によって反射した光が第2プリズム主反射面によって更に反射して、前記導光板の正面から光を出射する、請求項1に記載の面光源照明装置。

請求項7

前記導光板を構成する材料と空気との屈折率の差が0.45以上の時に、第1導光パターンの前記第1プリズム主反射面の底角が30°〜50°以下、前記第1プリズム副反射面の底角が70°〜90°以下、第2導光パターンの前記第2プリズム主反射面の底角が30°〜50°以下、前記第2プリズム副反射面の底角が70°〜90°以下である、請求項6に記載の面光源照明装置。

請求項8

前記導光板を構成する材料と空気との屈折率の差が0.45以上の時に、第1導光パターンの前記第1プリズム主反射面の底角が45°〜65°以下、前記第1プリズム副反射面の底角が70°〜90°以下、第2導光パターンの前記第2プリズム主反射面の底角が45°〜65°以下、前記第2プリズム副反射面の底角が70°〜90°以下である、請求項6に記載の面光源照明装置。

技術分野

0001

本発明は、主に車載用液晶ディスプレイ屋外屋内展示用サイネージなどに用いられるバックライト光源用の面光源照明装置に関するものである。

背景技術

0002

発光ダイオード(以下、LEDと称す)を用いたバックライト光源は、冷陰極管を用いたものよりも薄型、軽量、高効率などの利点が大きいため、近年広く採用されている。
より薄型を目指すためにLED光源液晶モニターディスプレイの真下に配置する直下方式に対して、薄いアクリルポリカーボネート板の裏面に微小パターンが刻まれた導光板を用いて、その導光板の端面から入光させることで導光板の正面を面発光させるエッジライト方式が現在主流となっている。

0003

エッジライト方式では、LEDチップなどの光源から放射される光を導光板に入射し、これを求められる方向に配光制御することと、導光板上で輝線や均一などのムラを発生させずに均一に発光をすることが重要視される。そのためには、導光板に光を入射する時に均一にしておくことと、導光板のパターンを適切に配置することで輝度ムラ暗線を発生させずに求められる配光に制御することが可能となる。

0004

図9(a)の従来の面光源照明装置は、LED32の光が入光レンズ33を介して導光板34の入射端面35から中へ導かれ、図9(b)のように導光板34の裏面の平面部36で反射しながら反対側まで光が進んで行く。

0005

平面部36には導光パターン37が刻まれている。導光板34はアクリルやポリカーボネートなど樹脂材料でできているため空気との屈折率の差により約41°以上の入射角度では全反射することになる。導光板34の内部での導光の途中で導光パターン37に当たって導光パターン37から導光板34の正面に向かって光が反射されることにより、その部分が発光する。

0006

このような導光パターン37が導光板34の裏面の全面に特定のピッチで刻まれていることにより、各場所で導光板34の正面への反射が起こり、導光板34の正面の全体で発光している。

0007

LED32からの光は一般的に放射状に発生しており、そのような光が導光板34に入射して導光パターン37に当たる場合、入射角度に応じて導光板34の正面ではなく、導光パターン37から斜めに導光板34の正面あるいは斜めに導光板34の背面に反射することになり、面光源照明装置からの放射光は広がることになる。

0008

そのため、おおよそ平行光になるように設計された入光レンズ33を、導光板34の前に挿入することで平行に近い光を導光板34に入射している。入光レンズ33もアクリルやポリカーボネートなど透光性を有する材質で板状となっており、それらが複数個並列で並べられることで入光レンズアレイ38となっている。LED32から放射された光は、各入光レンズ33を透過することによって略平行光に変換され、入射端面35から導光板34内に入射する。これにより導光パターン37に対して斜めに当る光が少なくなり、導光板34の正面への光の方向制御が可能となっている。

先行技術

0009

特開2011−233416号公報

発明が解決しようとする課題

0010

一般的な民生用の液晶モニターやディスプレイでは、その正面方向に輝度最大値が出ていて、かつ正面方向から見たときの均一性が最も重視される。これに対して車載用では、光の方向制御についてその使用用途に応じて正面だけではなく特定の方向への制御が求められる。例えばスピードメーターなどアナログ表示の代わりとして用いられるディスプレイでは、正面の上方に光が出ると、それがフロントウィンドウに反射して視界に入るため遮光フードが必要となり、意匠性を低下させる要因となる。そのため正面の上方には光が出ず、正面から下方の辺りに出ることが望まれる。

0011

また、屋内や屋外に展示するデジタルサイネージ用の面光源照明装置では、高い位置に設置されている場合は正面に輝度が高いことよりも、人の目に映えやすいように正面の下方向に輝度が高いことが求められる。

0012

さらに、車載用の場合には面光源照明装置の大きさの制約が大きく、さらに振動使用温度環境の変化に対応しなければならないなど、面光源照明装置の構成条件にも制約が大きい。

0013

図9(a)の面光源照明装置では、LED32と導光板34の間に入光レンズ33を挿入する形となり、この幅の分だけ距離が長くなる。これにより液晶モニターやディスプレイの枠となるベゼル部分の幅が大きくなり、意匠性が低下するだけでなく、車載用途ではサイズの制限があるため搭載できない場合が発生する。

0014

また、車載用では振動対策が重要となってくる。LED32と導光板34だけの構成であれば振動による位置ずれによる影響は小さいが、その間に入光レンズ33が入ることによる相対位置ずれによる影響が大きくなる。

0015

また、車載では温度環境が厳しく、−30℃〜+85℃での使用環境が求められる。その時に熱収縮が発生し、材料の熱膨張係数の差により相対位置ずれが発生する。この場合でも、入光レンズ33がLED32と導光板34の間に入ることによる相対位置ずれによる影響が大きくなる。

0016

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、車載用のディスプレイなどで求められる特定の方向に光の出射方向を制御できる面光源照明装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0017

本発明の面光源照明装置は、導光板の端面に光源部からの光を入射させ、前記導光板の内部を伝搬して前記導光板の正面と背面のうちの正面から光を出射する面光源照明装置において、前記導光板の前記端面の長手方向に間隔を空けて配置された複数個の光源を有する光源部と、前記光源部から光が入射する前記導光板の背面に、前記光源部からの入光方向に対して第1の斜め方向に直線の溝群を有する第1導光パターンを設け、前記導光板の前記背面に、第1導光パターンとは異なる第2の斜め方向に直線の溝群を有する第2導光パターンを設け、第1導光パターンによって反射した光を第2導光パターンによって反射させて前記導光板の正面から光を出射することを特徴とする。

発明の効果

0018

本発明によると、導光板の背面に設けた第1導光パターンによって反射した光を、同じく背面に設けた第2導光パターンによって反射させて出射方向を設定することができ、導光板の正面から目的の分布特性で出射させることができる。

図面の簡単な説明

0019

本発明の面光源照明装置の実施の形態1の(a)正面図と(b)底面図と(c)背面図
本発明の面光源照明装置の実施の形態1の入光部の(a)拡大平面図と(b)その側面図
本発明の面光源照明装置の実施の形態1のルーバー部の拡大斜視図
本発明の面光源照明装置の実施の形態1の(a)正面図と(b)その断面Aの拡大断面図と(c)導光板裏面の第1導光パターンの拡大断面図、および(d)断面Bの拡大断面図と(e)導光板裏面の第2導光パターンの拡大断面図
本発明の面光源照明装置の実施の形態1の第1,第2導光パターンによる光の反射状態を説明する(a)拡大斜視図と(b)その側面図
本発明の面光源照明装置の実施の形態1の導光板から出射する光の分布と出射方向を説明する斜視図
(a)従来の面光源照明装置の導光板から出射する光の輝度の上下方向の分布特性図と(b)実施の形態1の導光板から出射する光の輝度の上下方向の分布特性図および(c)実施の形態1の導光板を導光パターンの設定を変更した場合に出射する光の輝度の上下方向の分布特性図
本発明の面光源照明装置の(a)実施の形態1の空間分布方向制御の分布特性の図と(b)(c)実施の形態2の空間分布方向制御の分布特性の図および(d)実施の形態3の空間分布方向制御の分布特性の図
従来例の面光源照明装置の(a)外観斜視図と(b)その底面の斜視図
本発明の実施の形態5の面光源照明装置の正面図
実施の形態5の空間分布方向制御の分布特性の図
(a)矢印D方向から見た図10の矢視図と(b)矢印D方向から見た図10の別の具体例の矢視図

実施例

0020

以下、本発明の各実施の形態を図面に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1(a)(b)(c)は本発明の面光源照明装置を示す。

0021

この面光源照明装置は、図1(a)に示すように板状の導光板1と、その左の端面1Lの側に配置された光源部2aと、導光板1の右の端面1Rの側に配置された光源部2bと、光源部2aと導光板1の端面1Lとの間に介装された入光部3aと、光源部2bと導光板1の端面1Rとの間に介装された入光部3bを有している。Xは導光板1の横方向、Yは導光板1の縦方向、Zは導光板1の背面から正面に向かう方向を表している。

0022

導光板1の材料には、空気との屈折率の差が0.45以上のものを使用した。例えば、導光板1にはアクリル樹脂またはポリカードネート樹脂などの材料を使用できる。導光板1の背面には、図1(b)と図1(c)にも示すように直線の溝群の第1導光パターン4Aと第2導光パターン4Bが形成されている。第1,第2導光パターン4A,4Bは、導光板1の背面に溝状の凹部で端面形状が三角形に構成されている。

0023

定ピッチで形成されている第1導光パターン4Aの傾きは、図1(a)において導光板1の上側の辺または端面1Lを一端として他端が、導光板1の端面1Rに次第に近付くようにφ1だけ傾いている。

0024

定ピッチで形成されている第2導光パターン4Bの傾きは、図1(a)において導光板1の上側の辺または端面1Rを一端として他端が導光板1の端面1Lに次第に近付くようにφ2だけ傾いている。

0025

導光板1は、光源部2a,2bで発生した光が入光部3a,3bを通過して入光することにより、導光板1の正面が面発光して、例えば車載用のディスプレイなどのバックライトとして機能する。

0026

導光板1の背面には、図1(b)に示すように裏面シート5が配置されている。この裏面シート5は光吸収材料を用いており、導光板1の背面に漏れた不要な光が導光板1の正面側に戻ることを制限している。なお、図1(c)では第1,第2導光パターン4A,4Bを図示するために裏面シート5の記載が省かれている。

0027

光源部2a,2bは、図2(a)(b)に示すように複数個のLED8を直列に並べた実装基板9で構成されている。また入光部3a,3bは、何れも入光レンズ6とルーバー部7で構成されている。

0028

ここでLED8が発光した光は入光レンズ6に入光する。入光レンズ6のLED側と導光板側の両方に曲面形状が形成されている。LED側の曲面10が凹形状、導光板側の曲面11が凸形状のいわゆるメニスカス形状となっている。曲面10を凹形状とすることで、ここを透過する光が屈折を起こし、LEDの放射角度よりもさらに広く拡散させる機能を持たせており、凸形状の曲面11で導光板1に対して略平行光で入射するように屈折させる。入光レンズ6の両面を使って光を広げた後に略平行光とすることで光のムラを低減させて、入光レンズ6のLED8から導光板1への光軸方向の長さも短くすることが可能となっている。

0029

従来のレンズではLED8のピッチに対するLED8から導光板1への光軸方向の長さが同等以上と長くなっていたが、これによりLED8のピッチの距離よりも小さくすることが可能となる。LEDピッチよりも同等以上の場合はサイズが大きくなり、車載の場合に搭載容量を大きく取ることになり採用されにくくなる。一例として、LED8のピッチ6mmの場合は導光板1への光軸方向の長さを5mm以下で実現できる。つまり、この入光レンズ6の導光板1への光軸方向の長さはLED8のピッチより小さい。

0030

一方で、入光レンズ6では短い距離で光の方向制御を行っているため、方向がずれて斜め方向に出てしまう光も発生している。そのため入光レンズ6と導光板1の間にルーバー部7が設けられている。このルーバー部7により、斜めにずれた不要な光は吸収されておおよそ平行に揃えられた光のみが導光板1に入光することになる。

0031

ルーバー部7を図3に示す。
このルーバー部7は、導光板1の長手方向(Y方向)に間隔を空けて導光板1の正面と背面に直交する方向に配置された隔壁12、隔壁12の正面側の端面の相互間を閉塞する表反射面13と、隔壁12の背面側の端面の相互間を閉塞する裏反射面14を有している。2枚の隔壁12,12と、表反射面13および裏反射面14によって囲まれたエリア内部が空気層または樹脂層になっている。空気層の場合は、表反射面13と裏反射面14は鏡面で反射させる構造となっており、樹脂層で充填されている場合は樹脂の界面で反射する。

0032

隔壁12はカーボンなど黒色吸収材料が用いられているため、光が入射したときに光が反射することなく吸収される機能を備えている。ルーバー奥行15に対してルーバー幅16を制限することでLED8から導光板1方向への光軸方向で導光板1の面内で大きな入射角度を持っている光が隔壁12により吸収されることで、ルーバー部7から出てくる光は直進する光だけになり、おおよそ平行光で導光板1に入るように制御できる。

0033

ルーバー幅16はルーバー奥行15に対して0.1倍内以上から0.6倍以下という比になっている。0.6倍より大きいと入射角度が31°を超えて入射することになり方向が制御できず、0.1倍未満では光がほとんど吸収されて必要な光量が得られない。一例として、ルーバーの奥行15が1mmであることに対してルーバー幅16は0.5mmとして、この時の比は0.5倍となっている。

0034

このように、LED8で発光し、入光レンズ6とルーバー部7を透過することで略平行光に変換されて導光板1へ入射した光は、導光板1の内部の正面と背面で反射を繰り返しながら反対方向まで導光して行く。導光板1の背面に形成された第1,第2導光パターン4A,4Bに当った光は反射により導光板1の正面側に反射される。通常の導光板では導光パターンは導光板1への入射方向に対して図9(a)に見られるように導光板面内で90°の直交したA方向に設定されているが、この実施の形態では図1(a)(c)および図4(a)に示すように第1,第2導光パターン4A,4Bを導光板1への入射方向に対して斜め方向に傾けて配置していることを特徴としている。

0035

図4(a)〜(e)に基づいて第1,第2導光パターン4A,4Bを詳しく説明する。図4(a)の断面Aで切った場合の第1導光パターン4Aを図4(b)に示す。第1導光パターン4Aの導光パターン角度φ1は、光源部2aから導光板1への入射方向を0°としたときに、20°以上から50°以下の角度を持たせる。ここではφ1=45°に設定している。

0036

図4(c)は図4(b)を拡大したものである。第1導光パターン4Aは、底角がθA1のプリズム主反射面17と、底角がθA2のプリズム副反射面18とで構成されている。

0037

図4(a)の断面Bで切った場合の第2導光パターン4Bを図4(d)に示す。第2導光パターン4Bの導光パターン角度φ2は、光源部2bから導光板1への入射方向を0°としたときに、20°以上から50°以下の角度を持たせる。ここではφ2=45°に設定している。

0038

図4(e)は図4(d)を拡大したものである。第2導光パターン4Bは、底角がθB1のプリズム主反射面19と、底角がθB2のプリズム副反射面20とで構成されている。

0039

導光パターン角度φ1,φ2は、20°未満の場合は光源部2a,2bからの光がほとんど当たらないため光量が得られず、50°より大きい場合は、導光板1の正面から下方向への出射光の分布の方向制御ができなくなる。

0040

光源部2aから出射して導光板1の左側の端面1Lから導光板1の内部に入射した光は、その一部が、導光板1の正面側の界面または背面側の界面で反射して導光板1の内部を伝搬する。また、第2導光パターン4Bのプリズム主反射面19で反射して更に導光板1の正面側の界面で反射して導光板1の内部を伝搬する。また、第1導光パターン4Aのプリズム副反射面18で反射して導光板1の正面側へ出射する。

0041

光源部2bから出射して導光板1の右側の端面1Rから導光板1の内部に入射した光は、その一部が、導光板1の正面側の界面または背面側の界面で反射して導光板1の内部を伝搬する。また、第2導光パターン4Aのプリズム主反射面17で反射して更に導光板1の正面側の界面で反射して導光板1の内部を伝搬する。また、第2導光パターン4Bのプリズム副反射面20で反射して導光板1の正面側へ出射する。

0042

このように、主として反射を行わせる面をプリズム主反射面17,19としており、この面の角度θA1,θB1が方向制御に大きく寄与する。プリズム副反射面18,20は、最初に光が当ったときにこの面で下方向へ反転させる効果が与えられている。

0043

プリズム主反射面17,19の底角θA1は30°以上から50°以下の角度を持たせる。30°未満の場合には、導光板1の正面から上方向への光モレが発生して輝度が低下し、50°より大きい場合は導光板1の正面から斜め下方向の反射ができなくなり光はほとんど真下へのモレ光となってしまう。

0044

プリズム副反射面18の底角θA2,θB2は70°以上から90°以下の角度を持たせる。70°未満の場合には、導光板1の正面から上方向への光モレが発生して輝度が低下し、90°より大きい場合は斜面がオーバーハングする形となり加工ができなくなる。

0045

ここではプリズム主反射面17の角度θA1を32°プリズム副反射面18の角度θA2を72°としている。
第2導光パターン4Bにおいても、主として反射を行わせる面をプリズム主反射面19としており、この面の角度θB1が方向制御に大きく寄与する。プリズム主反射面の傾斜角θB1は、最初に光が当ったときにこの面で下方向へ反転させる効果が与えられている。

0046

プリズム主反射面19の底角θB1は、プリズム主反射面17の底角θA1と同じである。プリズム副反射面20の底角θB2はプリズム副反射面17の底角θA2と同じである。ここでは、プリズム主反射面19の角度θB1を32°、プリズム副反射面20の角度θB2を72°としている。

0047

このように互いの傾きが異なる第1,第2導光パターン4A,4Bを導光板1に形成したので、左側の光源部2aから導光板1に入射した光は、図5(a)に示すように導光板1の中を導光してきた光線21がプリズム副反射面18に当ると導光板内で下方向に反射され、次に、プリズム主反射面19で斜めの角度で反射して、図5(b)に示すように反射した光線21は導光板1の正面から斜め下方向に方向制御されて出射する。

0048

同様に、右側の光源部2bから導光板1に入射した光は、図5(a)に示すように導光板1の中を導光してきた光線21がプリズム副反射面20に当ると導光板内で下方向に反射され、次に、プリズム主反射面17で斜めの角度で反射して導光板1の正面から斜め下方向に方向制御されて出射する。

0049

このように第1,第2導光パターン4A,4Bによって出射する方向23を正面の下方に制御できるようになった光の分布24を、図6に示す。面光源照明装置22は導光板1と光源部2a,2bと入光部3a,3bを一体にしたものである。

0050

従来の面光源照明装置の輝度の上下方向の分布特性を比較例として図7(a)に示す。横軸は出射する角度を示しており、0°が正面、−90°が真上、+90°が真下となっている。縦軸は輝度のピーク値に対する相対値を示している。この比較例では光の出射方向の制御がされていないため、導光板の正面をピークとして広く輝度が分布しており、上下方向にも光が強く出ていることが確認できる。

0051

これに対して図7(b)(c)は実施の形態1の面光源照明装置の輝度の上下方向の分布特性である。入光部3a,3bを導入することで図7(b)のように正面を中心に光の出る方向を狭くすることで正面のみ光を集中させて出るような輝度パターンにすることが可能となる。さらに、第1,第2導光パターン4A,4Bのφ1,φ2,θA1,θA2,θB1,θB2を適切に設定することにより図7(c)に示すように、出射する光の方向を絞り、かつ斜め下方向に制御することが可能となっており、上方への不要な光はほとんど出ない特性となる。

0052

この実施の形態1の空間分布方向制御の分布特性を図8(a)に示す。
この図では、正面方向を中心とした半球方向への光の光度の分布を示したものである。円の上側が真上、円の下側が真下となっており、右と左も同様である。ここで白くなっている個所は光が強く出ている部分を示し、黒い部分は光が出ていないことを示している。輝度が中央よりも下に制御していることと、光をこの部分に集めることで十分な光量を確保していることが確認できる。車載用のスピードメーターなどのインパネのバックライトに好適である。

0053

このように実施の形態1の面光源照明装置によると、短い入光レンズ6で光を十分に拡散させた後に略平行光化し、不要光をルーバー部7で除去することで、面光源照明装置としてのサイズを小さくしたまま、光の方向制御を可能としている。

0054

また、車載では課題となるのが振動であり、振動が繰り返されることで長期的な変化として、LED8と入光レンズ6の相対的な位置ずれ、入光レンズ6と導光板1の相対的な位置ずれが発生しやすく、その影響で光の方向が初期状態からずれて行く傾向になる。そのような条件下でもこの実施の形態1の面光源照明装置では、ルーバー部7を用いているため、ずれたときに斜めに不要な光が出ることを抑えることができ、出射特性は大きく変わらない。したがって、車載では安全性が求められるため、長時間の使用でもドライバーの視界の中で不要な光が発生しない安定した照明ができる。

0055

また温度変化についても通常の民生品よりも高い温度幅での使用が求められるため、熱膨張で材料による膨張係数が異なることで相対的な位置ずれが起こり100μmオーダのずれが発生するが、この場合も同じくLED8と入光レンズ6の相対的な位置ずれ、また入光レンズ6と導光板1の相対的な位置ずれが発生しやすく、その影響で光の方向が初期状態からずれて行く傾向になる。この場合も前述の通り不要な光が発生しない効果が得られる。

0056

また、熱膨張によって導光板の伸びにより曲げや反りが発生する場合があり、導光パターンのプリズムの角度が変化する影響が発生するが、この実施の形態1の面光源照明装置では、斜め方向の第1,第2の導光パターン4A,4Bとしていることにより、従来に比べてその角度が変化する度合いが低くなっており、誤差の影響としては半分程度となっているため、出射特性の変化や面光源照明装置の明るさの低下などの不具合がほとんど発生しない、良好な特性を実現できる。

0057

このように、この実施の形態の面光源照明装置を車載用ディスプレイなどのバックライトに使用することによって、サイズを大きくすることなく、また厳しい車載環境での振動や大きな温度変化により発生する位置ずれに対しても高い尤度を持つことで初期状態からの劣化のない高い信頼性を維持することができ、更に、出射する光の方向制御を目的の方向に設定できる面光源照明装置を実現できる。

0058

(実施の形態2)
実施の形態1の結果である図8(a)を見ると、斜め左上と斜め右上が若干白くなっており、光モレが発生していることが確認できる。その方向では視野には入ってこないが、迷光としてノイズ成分になる可能性がある。実施の形態2ではこれを改善する実施形態について説明する。

0059

実施の形態1では第1導光パターン4Aのφ1=45°、第2導光パターン4Bは、傾きの方向が第1導光パターン4Aとは異なり傾きの角度は第1導光パターン4Aと同じであるφ2=180°−45°=135°に設定し、θA1=32°、θA2=72°、θB1=32°、θB2=72°に設定した場合であったが、この実施の形態2では、φ1=30°、φ2=180°−30°=150°に設定し、さらに、θA1=40°、θA2=72°、θB1=40°、θB2=72°に設定した。その他の構成は実施の形態1と同じである。

0060

その結果の空間分布方向制御の分布特性を図8(b)に示す。このように、実施の形態2では、実施の形態1で発生していた不要な斜め方向の光をなくして、中央部から下方向に光の方向が制御できていることがわかる。

0061

(実施の形態3)
面光源照明装置を設置する条件によっては、実施の形態2の結果である図8(b)の場合よりも更に中央部に光を集めたい場合がある。実施の形態2ではθA1=40°、θA2=72°、θB1=40°、θB2=72°に設定したが、この実施の形態3では、θA1=44°、θA2=72°、θB1=44°、θB2=72°に設定した。その他の構成は実施の形態2と同じである。

0062

その結果の空間分布方向制御の分布特性を図8(c)に示す。このように、実施の形態3では、不要な斜め方向の光をなくして、かつ中央部に近い下方向に光の方向が制御できている。このように車種ごとに異なるディスプレイ配置の設計要請に対しても柔軟に対応することができることがわかる。

0063

(実施の形態4)
実施の形態1,2では導光板1の正面の上方向に光を出すことなく、導光板1の正面から下方向に出射光の方向制御する事例について述べたが、車載用のナビゲーション装置などのセンターパネルの場合では、導光板1の正面の上方に位置するフロントウィンドウ側に光が出ない点では同じだが、ドライバー席側と助手席側に光が強く出ることが求められ、導光板1の正面方向への輝度はあまり必要がない。実施の形態4ではこの仕様満足できる形態について説明する。

0064

実施の形態4では、φ1=45°、φ2=180°−45°=135°と実施の形態1と同じに設定するが、実施の形態1とは裏面シート5の構成が異なる。実施の形態1の裏面シート5には光吸収材料を用いていたが、この実施の形態4では導光板1の背面に漏れてしまう光も積極的に活用するために、光反射材料を裏面シート5として用いている。その他の構成は実施の形態1と同じである。

0065

これによって、導光板1の背面に漏れた光が裏面シート5によって導光板1の正面側に正反射させることによって、空間分布方向制御の分布特性は図8(d)に示すように、左右方向のドライバー側と助手席側には明るく、フロントウィンドウ側への不要な方向の光をなくす光の方向が制御できていることがわかる。

0066

(実施の形態5)
実施の形態4ではセンターパネルの場合として、導光板1の左右側のドライバー席側と助手席側に光が強く出ることが求められる事例について述べたが、後方確認用のディスプレイルームミラーでは、求められる方向は同じだが光源の位置が設置の制約上必然的に導光板1の上の辺の側となる。実施の形態5ではこの仕様を満足できる形態について説明する。

0067

実施の形態5では、図10に示すように入光部3a,3bは不要であり、光源2aが導光板1の上側の辺の更に上方に取り付けられている。
第1,第2導光パターン4A,4Bは、φ1=28°、φ2=180°−28°=152°が望ましく、前記導光板を構成する材料と空気との屈折率の差が0.45以上の時に、第1導光パターン4Aの第1プリズム主反射面17の底角θA1が45°〜65°以下、第1プリズム副反射面18の底角θA2が70°〜90°以下、第2導光パターン4Bの第2プリズム主反射面19の底角θB1が45°〜65°以下、第2プリズム副反射面20の底角θB2が70°〜90°以下に形成した。より具体的には、導光パターンの反射面の底角θA1は54°、θA2は76°、θB1は54°、θB2は76°が好適であった。

0068

これによって、空間分布方向制御の分布特性は、図11に示すように左右方向のドライバー側と助手席側にも明るくする光の方向が制御できていることがわかる。
なお、導光板1は、図12(a)に示すように長方形断面形状としてもよいし、図12(b)に示すように楔形断面形状にしてもよい。

0069

本発明は、ディスプレイのバックライトなどに用いられる面光源照明装置の出射特性を必要とされる仕様に容易に設定することができ、面光源照明装置を必要としている各種電子機器の安定した表示の実現と、信頼性の向上に寄与する。

0070

1導光板
1L 端面
1R 端面
2a,2b光源部
3a,3b 入光部
X 導光板1の横方向
Y 導光板1の縦方向
Z 導光板1の背面から正面に向かう方向
4A 第1導光パターン
4B 第2導光パターン
5裏面シート
6入光レンズ
7ルーバー部
8LED
LED実装基板
10 LED側の曲面
11導光板側の曲面
12隔壁
13 表反射面
14 裏反射面
15 ルーバー奥行
16ルーバー幅
17,19プリズム主反射面
18,20 プリズム副反射面
φ1 第1導光パターンの導光パターン角度
θA1 第1導光パターンのプリズム主反射面17の底角
θA2 第1導光パターンのプリズム副反射面18の底角
φ2 第2導光パターンの導光パターン角度
θB1 第2導光パターンのプリズム主反射面19の底角
θB2 第2導光パターンのプリズム副反射面20の底角

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