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JP2018198158A - 面光源装置 - Google Patents

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JP2018198158A JP2017102484A JP2017102484A JP2018198158A JP 2018198158 A JP2018198158 A JP 2018198158A JP 2017102484 A JP2017102484 A JP 2017102484A JP 2017102484 A JP2017102484 A JP 2017102484A JP 2018198158 A JP2018198158 A JP 2018198158A
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Lingwei Goh
リングウェイ ゴー
沖 庸次
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庸次 沖
正綱 澤田
Masatsuna Sawada
正綱 澤田
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Abstract

【課題】面光源装置の輝度ムラを抑制すること。【解決手段】面光源装置100は、第1及び第2導光板10a、10b、第1及び第2反射シート12a、12b、第1及び第2光源8a、8b、光源駆動回路19を含む。第1導光板は、一方側面から入射する光を特定方向へ偏向させて出射させる第1光学制御部16aと、第1光学制御部よりも第1光源から遠い側に設けられた第1透光部23aとを有する。第2導光板は、一方側面から入射する光を伝搬させる第2透光部23bと、第2導光部よりも第2光源から遠い側に設けられており光を特定方向へ偏向させて出射させる第2光学制御部16bとを有する。第1導光板と第2導光板は、その積層方向において、第1反射シートと第1光学制御部とが重なるとともに、第2光学制御部と第1透光部とが重なるように配置されている。【選択図】図1

Description

本発明は、面状に光を射出する発光面を有する面光源装置に関する。
面光源装置の従来例は、例えば特許第4949278号公報(特許文献1)に記載されている。この特許文献1に記載される面状照明装置(面光源装置)は、長さの異なる複数の透明基板を積層配置して階段形状に構成された導光ユニットと、この導光ユニットの各透明基板ごとに配置された光源と、各透明基板の出射面側と反対側に設けられた反射部材を備えており、各透明基板には光源から入射する光を出射面側へ向けるための光路変換手段が設けられている。
ところで、特許文献1に記載される面状照明装置では、長さの異なる透明基板を重ねて階段形状に構成しているため、光出射面側から見たときに各透明基板の端部において照射光の切れ目が出来てしまいやすく、この切れ目が暗線として視認されて輝度ムラを生じさせるという点で改良の余地がある。このような輝度ムラは、照射光の高輝度化に伴ってより顕著になる。
特許第4949278号公報
本発明に係る具体的態様は、面光源装置の輝度ムラを抑制し、コントラストを向上することを目的の1つとする。
本発明に係る一態様の面光源装置は、光出射面から面状に光を出射させる面光源装置であって、(a)積層して配置される第1導光板及び第2導光板と、(b)前記第1導光板の一方側面から光を入射させる第1光源と、(c)前記第1導光板と同じ側の前記第2導光板の一方側面から光を入射させる第2光源と、(d)前記第1光源及び前記第2光源を駆動する光源駆動回路と、(e)前記第1導光板の前記第2導光板との対向面側において当該対向面の前記第1光源に近い側の一部領域と平面視で重なるようにして配置された第1反射シートと、(f)前記第2導光板の前記第1導光板との対向面と反対面側において当該反対面のほぼ全体と平面視で重なるようにして配置された第2反射シートと、を含み、(g)前記第1導光板は、前記一方側面から入射する光を特定方向へ偏向させて当該第1導光板から出射させる第1光学制御部と、当該第1光学制御部よりも前記第1光源から遠い側に設けられた第1透光部と、を有しており、(h)前記第2導光板は、前記一方側面から入射する光を伝搬させる第2透光部と、当該第2導光部よりも前記第2光源から遠い側に設けられており前記光を特定方向へ偏向させて当該第2導光板から出射させる第2光学制御部と、を有しており、(i)前記第1導光板と前記第2導光板は、その積層方向において、前記第1反射シートと前記第1光学制御部とが重なるとともに、前記第2光学制御部と前記第1透光部とが重なるように配置されている、面光源装置である。
上記構成によれば、面光源装置の輝度ムラを抑制し、コントラストを向上することが可能となる。
図1は、一実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図2は、光学制御部の構成例を示す模式的な断面図である。 図3は、光源から出射する光の導光板内部での挙動(伝搬状態)について説明するための図である。 図4は、プリズムシートの構成例を示す模式的な断面図である。 図5は、下層側の導光板の透光部の構造を示す平面図および部分拡大平面図である。 図6は、多くの発光領域を有する面光源装置の構成例を示す模式的な斜視図である。 図7は、他の実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図8は、導光板の上面側に光学制御部を設けた場合の導光板内部での挙動(伝搬状態)について説明するための図である。 図9は、他の実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図10は、他の実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。 図11は、切断部領域を拡大して示した斜視図である。
図1は、一実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。図1に示す面光源装置100は、光出射面(発光面)から面状に光を出射させるものであり、2つの光源8a、8b、2つの導光板10a、10b、2つの反射シート12a、12b、プリズムシート14、光源駆動回路19を含んで構成されている。この面光源装置100は、図中上側へ向けて光を射出するものであり、その光出射面が2つの発光領域A01、A02に分割されており、各領域ごとに個別に光を射出可能に構成されている。本実施形態ではプリズムシート14の上面が「光出射面」を構成する。なお、本実施形態では導光板10aが「第1導光板」に対応し、導光板10bが「第2導光板」に対応し、光学制御部16aが「第1光学制御部」に対応し、光学制御部16bが「第2光学制御部」に対応する。
光源8aは、導光板10aの図中左端側に配置されており、導光板10aの左端側の側面である光入射面へ光を入射させる。光源8bは、導光板10bの図中左端側に配置されており、導光板10bの左端側の側面である光入射面へ光を入射させる。本実施形態では、2つの光源8a、8bは、各導光板10a、10bにおける共通の一端側である左端側に配置されている。また、本実施形態ではこれらの光源8a、8bは、LEDなどの発光素子を1つ以上含んで構成された光源であり、光源駆動回路19によって駆動される。
導光板10aは、光源8aから入射する光を導光して所定位置から上面側へ出射させるものである。導光板10bは、光源8bから入射する光を導光して所定位置から上面側へ出射させるものである。本実施形態では、各導光板10a、10bは、それぞれフィルム状の導光板であり、図中左右方向における長さがほぼ同じであり、図中上下方向に積層して配置される。このような導光板10a、10bとしては、例えば特開2015−060765号公報などの公知文献に記載されているものを用いることができる。
導光板10aは、光出射面に最も近い位置に配置されており、その下面側に部分的に配置される光学制御部16aを有している。この導光板10aの上面側には、導光板の出射光を集光する役割(機能)を有する連続または不連続なレンチキュラーパターンが等間隔で全面に形成されていてもよい。この導光板10aの光学制御部16aが形成されている範囲が上記した発光領域A01に対応付けられている。
導光板10bは、導光板10aに比べて光出射面から相対的に遠い位置に配置されており、その下面側に部分的に配置される光学制御部16bを有する。詳細には、導光板10bの光学制御部16bは、導光板10aの光学制御部16aと重ならない位置に設けられている。この導光板10bの上面側には、導光板の出射光を集光する役割(機能)を有する連続または不連続なレンチキュラーパターンが等間隔で全面に形成されていてもよい。この導光板10bの光学制御部16bが形成されている範囲が上記した発光領域A02に対応付けられている。
光学制御部16aは、導光板10aの図中下面に設けられている。この光学制御部16aは、光源8aから入射する光を特定方向に偏向させて導光板10aの図中上面側へ出射させるものであり、複数の微小な凹凸によって形成される反射面を有している。なお、光学制御部16bも同様の構成を有している。図示のように、光学制御部16aは、相対的に光入射面との距離が近い位置に配置されており、光学制御部16bは、相対的に光入射面との距離が遠い位置に配置されている。また、各導光板10a、10bは、それぞれの積層方向(図中上下方向)において互いにほとんど重ならないようにして配置されている。なお、各光学制御部16a、16bは、互いの一端側が僅かに重なっていてもよい。
透光部23aは、導光板10aの上面と下面に挟まれた部分であり、透光性を有し、導光板10aにおいて光学制御部16aよりも光源8aから遠い側に配置されている。また、透光部23bは、導光板10bの上面と下面に挟まれた部分であり、透光性を有し、導光板10bにおいて光学制御部16bよりも光源8bに近い側に配置されている。透光部23bは、光源8bから導光板10bの一方側面へ入射する光を図中右方向に沿って導いて光学制御部16bへ到達させるための導波路として機能する。光学制御部16bは、導光板10aの透光部23aと平面視で重なるように配置されており、光学制御部16bによって偏向されて導光板10bの図中上面側へ出射した光は透光部23aを透過してプリズムシート14へ入射する。
反射シート12aは、導光板10aの下面側において光学制御部16aの設けられた範囲と平面視で重なるようにして配置されている。反射シート12aと導光板10aの光学制御部16aとの間には空気層が存在する。また、反射シート12bは、導光板10bの下面側において、光学制御部16bの設けられた範囲を含む導光板10bの下面のほぼ全体と平面視で重なるようにして配置されている。反射シート12bと導光板10bの光学制御部16bとの間には空気層が存在する。
プリズムシート14は、導光板10aと対向する一面側に多数のプリズム部を有しており、この一面側に斜め方向から入射する光を他面側の法線方向へ出射させる。なお、プリズムシート14の多数のプリズム部は、導光板10aと対向しない他面側に設けられていてもよい。
図2は、光学制御部の構成例を示す模式的な断面図である。なお、ここでは光学制御部16aについて例示するが、他の光学制御部16bについても同様の構成である。図示のように、光学制御部16aは、導光板10aの図中下面に突出して設けられた断面三角形状の凸部である複数のプリズム部20aを含んで構成されている。各プリズム部20aは、2つの斜面21a、22aを有する。なお、このような光学制御部16a等としては、例えば特許第5066741号公報などの公知文献に記載されているものを用いることができる。
図3は、光源から出射する光の導光板内部での挙動(伝搬状態)について説明するための図である。ここでは、導光板10aを簡素化して示すとともに、導光板10aの内部における光路を細線によって模式的に示している。図示のように、導光板10aの上面へ出射する光は、乱反射光や拡散光ではなく直進性を持つ光として導光板10aの上面において、この上面の法線方向を基準としてそれと一致しない斜め方向に一定角度で偏向されて出射する。
詳細には、光源8aから導光板10aへ入射した光は、直接的あるいは導光板10aの上面で反射して光学制御部16aに到達し、プリズム部20aに反射され、上面または下面への入射角が臨界角(例えば、アクリルの導光板では42.2°)より小さくなるまでの間は光学制御部16aの存在する区間において全反射を繰り返し、入射角が臨界角に達すると導光板10aの上面側へ出射する。この出射した光は、プリズムシート14へ到達する。
導光板10bにおける挙動も基本的には同様である。導光板10bの場合には、光源8bから入射した光は、光学制御部16bの存在しない透光部23bにおいては、上面または下面への入射角θが臨界角を超えている成分が全反射を繰り返しながら導光板10bを伝搬して光学制御部16bへ到達する。その後の挙動は導光板10aと同様である。
光学制御部16aのプリズム部20aへの入射角θが臨界角よりも小さい場合には、光が空気層へ出射し、導光板10aを通過して反射シート12aへ到達し、反射シート12aによって反射されて再び導光板10aを通過して導光板10aに戻る。同様に、光学制御部16bのプリズム部20bへの入射角θが臨界角よりも小さい場合には、光が空気層へ出射して反射シート12bへ到達し、反射シート12bによって反射されて再び導光板10bに戻る。
図4は、プリズムシートの構成例を示す模式的な断面図である。図示のようにプリズムシート14は、導光板10a等と対向する一面側(図中下面)に、各々の断面が略三角形であって紙面と直交方向に厚さ方向を有する三角柱状の凸部であるプリズム部30aを複数有している。各プリズム部30aの形状は、図4に示すように∠OABと∠OACと弧ACの半径によって決定される。弧ACのほかに直線もしくはスプライン曲線、放物線等の任意曲線を用いてもよい。各プリズム部30aは、∠OABに対応する斜面31aと、弧ACに対応する斜面32aを有する。導光板10a、10bから出射してプリズムシート14の下面へ斜め入射した光は、各プリズム部30aの斜面31aへ入射して屈折し、斜面32aにおいて全反射されて、プリズムシート14の上面の法線方向へ出射する。なお、このようなプリズムシート14としては、例えば特許第4044511号公報などの公知文献に記載されているものを用いることができる。
図5は、下層側の導光板10bの透光部23bの構造を示す平面図および部分拡大平面図である。導光板10bの透光部23bには、光源8bからの光の進行方向に沿った方向に複数の切断部(溝部)40が設けられている。本例での各切断部40は、互いに間隔を空けて配置されている。詳細には、各切断部40は、光源8bの単位ブロック(例えば、数個の発光素子ごとのブロック)の間隔に対応づけて配置することが好ましい。切断部40同士の間隔は、例えば40mm程度にすることができる。
また、各切断部40は、導光板10bの厚み方向において上面と下面の間で貫通した溝(孔)として形成されていることが好ましい。これにより、導光板10bの透光部23bには、所定間隔で空気層が配置されることになる。導光板10bの切断部40を挟んで対向する面同士の間は、空気層を介在させつつ接触していてもよいし、数μmから数mmほど離れていてもよい。
また、導光板10bの端部と各切断部40との間には、接合部41が設けられている。すなわち、各切断部40は、導光板10bの端部までは達しておらず、導光板10bの端部は接合部41によって接合されている。接合部41の幅、すなわち導光板10bの端部と各切断部40との間の距離は、適宜設定されるものであり、例えば数mmである。このような接合部41を設けることで、面光源装置100の組み立て時における導光板10bの組み込み工数を低減することができる。ただし、原理上はこの接合部41を省略してもよい。すなわち、各切断部40が導光板10bの端部まで達していてもよい。
上記の各切断部40および接合部41を設けるための加工は、例えば導光板10bの成形に用いる抜き型に刃物を追加することで容易に実現できる。この場合、例えばポリカーボネート製のフィルム導光板を用いることが好ましい。
導光板10bの透光部23bに上記のような各切断部40を設けることで、光源8bから導光板10bの端部に入射した光は、各切断部40を画定する各面の間で全反射しながら導光板10b内を伝搬することになる。すなわち、光源8bから入射した光は、隣り合う2つの切断部40の間で全反射して光学制御部16bまで伝搬することになる。このため、入射した光が広がることなく伝搬するので、光利用効率とコントラストを高めることができる。
ここで、各切断部40と光学制御部16bとの間には、ある程度の距離が設けられていることが好ましい。この距離Wを適切に設定することで、輝度ムラを低減することができる。距離Wについては、導光板10bの厚みと相関があり、具体的には、距離Wを導光板10bの厚みの10倍以上とすることが好ましい。例えば、導光板10bの厚みdが300μmの場合であれば、距離Wを3mm以上とすることで輝度ムラ低減の効果が得られる。輝度ムラとコントラストの両方を考慮した場合、距離Wは、導光板10bの厚みdの15倍〜100倍の範囲で設定することが好ましい。
図6は、多くの発光領域を有する面光源装置の構成例を示す模式的な斜視図である。上記の面光源装置100は、発光領域A01、A02のそれぞれ個別に光を出射させることができる。すなわち、発光面を各発光領域ごとに分割して発光させることができる。また、各導光板10a等における光の直進性が高いので、光源から出射する光の主たる進行方向に対して略直交する方向に複数の発光領域を設け、複数の光源を用いてそれらの駆動をブロックごとに行うことで、より多くの発光領域を個別に発光させることができる。これを実現する面光源装置の構成例を以下に説明する。
図6に示す面光源装置100aは、図中上下方向であるy方向に重ねて配置された2つの導光板10a、10bの図中左側に設けられた一方側面において、図中の奥行き方向であるz方向(左側面の長手方向)に沿って多数配列された発光素子からなる光源8a、8bを用いる。各導光板10a、10bの構成は上記と同様である。また、便宜上図示を省略しているが、各導光板10a等の下面側にはそれぞれ反射シート12a、12bが配置されており、導光板10aの上面側にはプリズムシート14が配置されている。また、光源駆動回路19も図示を省略しているが各光源8a等に接続されている。
図示の例では、各導光板10a、10bごとに、それぞれに対応付けられた各光源8a、8bについてそれぞれ4つずつの発光素子を1ブロックとして各ブロックごとに発光素子を点消灯制御する。また、上記の通りx方向(図中左右方向)については、各ブロックごとに2つの発光領域を個別に発光させることができる。従って、例えば、図中手前のブロックの各光源8a、8bにおける各々4つずつの発光素子を個別に発光させることで、発光領域A01、A02を個別に発光させることができる。このようなブロックを奥行き方向(z方向)にm列設けているので、2×m個の発光領域を個別に発光させることができる。なお、各ブロックに割り当てる発光素子の数は4つに限られない。例えば、1つとしてもよく、その場合にはさらに細かく分かれた発光領域を設けることができる。
図7は、他の実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。上記した図1に示した面光源装置100との比較では、導光板10bの配置のみが異なっている。それ以外の構成は共通であるので、同符号を付すことで各構成の詳細な説明は省略する。図7に示す面光源装置100bは、光学制御部16bが導光板10bの上面側、すなわち導光板10aと近い側に設けられている。
図8は、導光板の上面側に光学制御部を設けた場合の導光板内部での挙動(伝搬状態)について説明するための図である。ここでは、導光板10bを簡素化して示すとともに、導光板10bの内部における光路を細線によって模式的に示している。図示のように、導光板10bの上面へ出射する光は、乱反射光や拡散光ではなく直進性を持つ光として導光板10bの上面において、この上面の法線方向を基準としてそれと一致しない斜め方向に一定角度で偏向されて出射する。
詳細には、光源8bから導光板10bへ入射して光学制御部16bに到達した光は、プリズム部20bへの入射角が臨界角より小さくなるまでの間は光学制御部16bの存在する区間において全反射を繰り返し、入射角が臨界角に達すると導光板10bの上面側へ出射する。この出射した光は、プリズムシート14へ到達する。なお、導光板10bの下面への入射角θが臨界角よりも小さい場合には、光が空気層へ出射し、反射シート12bによって反射されて再び導光板10bに戻る。
このような構成によれば、導光板10bの光学制御部16bが上側の導光板10aにより近接するので、面光源装置100bを全発光させたときの見栄えをより良くすることができる。
以上のような各実施形態によれば、輝度ムラを抑制して輝度均一性を向上させた面光源装置が得られる。
なお、本発明は上記した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、各光源を構成する発光素子は上記したLEDに限られない。また、導光板の積層数は上記した2つに限定されない。また、上記した実施形態の面光源装置において光路調整板として用いられていたプリズムシートを光拡散板に置き換えてもよい。
また、上記した実施形態における複数の切断部は、導光板を1つだけ用いる面光源装置に適用しても効果的である。以下、その具体例について説明する。
図9は、他の実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。上記した図1に示した面光源装置100との比較では、光源8a、導光板10a、反射シート12aが省略された点と、導光板10bの光源8bに近い側の端部に切断部領域42と反射シート12cを設けた点が異なっている。それ以外の構成は共通であるので、同符号を付すことで各構成の詳細な説明は省略する。図9に示す面光源装置100cにおける切断部領域42は、上記した複数の切断部40および接合部41(図5参照)が設けられている領域である。また、反射シート12cは、導光板10bの上面側において切断部領域42と重なる範囲に設けられている。この反射シート12cと下面側の反射シート12bによって切断部領域42が挟まれているので、切断部領域42からの光漏れを防ぐことができる。このような構成によれば、各光源8bから入射する光の直進性を向上し、各光源8bごとに発光領域を切り換えた際のコントラストを向上することができる(図6参照)。
図10は、他の実施形態の面光源装置の構成を示す模式的な断面図である。図9に示した面光源装置との比較では、切断部領域および反射シートが湾曲して設けられている点のみが異なっている。それ以外の構成は共通であるので、同符号を付すことで各構成の詳細な説明は省略する。図10に示す面光源装置100dにおける切断部領域42は、図示のように円弧状に180°湾曲して設けられており、その端部が導光板10bの下側に配置されている。それに伴い、光源8bも導光板10bの下側に配置されている。反射シート12dも切断部領域42の湾曲に対応した円弧状に設けられている。このような導光板10bを得るには、例えばポリカーボネート基材を用いたフィルム導光板を用いることが好ましい。図11は、切断部領域42を拡大して示した斜視図である。図示のように、切断部領域42の各切断部40は、切断部領域42に沿って湾曲して設けられている。このような構成によれば、狭額縁化した液晶表示装置などに適した面光源装置が得られる。
100:面光源装置
8a、8b:光源
10a、10b:導光板
12a、12b:反射シート
14:プリズムシート
16a、16b:光学制御部
19:光源駆動回路
20a、20b:プリズム部
21a、22a:斜面
23a、23b:透光部
30a:プリズム部
31a、32a:斜面

Claims (6)

  1. 光出射面から面状に光を出射させる面光源装置であって、
    積層して配置される第1導光板及び第2導光板と、
    前記第1導光板の一方側面から光を入射させる第1光源と、
    前記第1導光板と同じ側の前記第2導光板の一方側面から光を入射させる第2光源と、
    前記第1光源及び前記第2光源を駆動する光源駆動回路と、
    前記第1導光板の前記第2導光板との対向面側において当該対向面の前記第1光源に近い側の一部領域と平面視で重なるようにして配置された第1反射シートと、
    前記第2導光板の前記第1導光板との対向面と反対面側において当該反対面のほぼ全体と平面視で重なるようにして配置された第2反射シートと、
    を含み、
    前記第1導光板は、前記一方側面から入射する光を特定方向へ偏向させて当該第1導光板から出射させる第1光学制御部と、当該第1光学制御部よりも前記第1光源から遠い側に設けられた第1透光部と、を有しており、
    前記第2導光板は、前記一方側面から入射する光を伝搬させる第2透光部と、当該第2導光部よりも前記第2光源から遠い側に設けられており前記光を特定方向へ偏向させて当該第2導光板から出射させる第2光学制御部と、を有しており、
    前記第1導光板と前記第2導光板は、その積層方向において、前記第1反射シートと前記第1光学制御部とが重なるとともに、前記第2光学制御部と前記第1透光部とが重なるように配置されている、
    面光源装置。
  2. 前記第2導光板は、前記第2透光部に設けられた複数の切断部を更に有する、
    請求項1に記載の面光源装置。
  3. 前記複数の切断部は、各々の一端側と前記第2光学制御部との間に所定距離を設けて配置されている、
    請求項2に記載の面光源装置。
  4. 前記第2導光板は、前記一方側面と前記複数の切断部の各々との間に設けられた接合部を更に有する、
    請求項2又は3に記載の面光源装置。
  5. 前記第1導光板が前記第2導光板よりも前記光出射面に近い側に配置される、
    請求項1〜4の何れか1項に記載の面光源装置。
  6. 前記第1光源及び前記第2光源の各々は、複数の発光素子を有しており、
    前記光源駆動装置は、前記第1光源及び前記第2光源の各々ごとに、前記複数の発光素子のうち1つ以上の発光素子を含むブロックを設定して当該ブロック毎に当該発光素子を点消灯制御する、
    請求項1〜5の何れか1項に記載の面光源装置。
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