JPH1144817A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】照明点灯時、非点灯時両方でも視認性が高く、
均一性に優れた低消費電力な前置式の面照明装置を提供
する。 【解決手段】光源２から導光板１の端面１４から入射し
た光線９が、突起形状１１に達すると導光板１より出光
し被照明体３に照射される。導光板１はくさび型をして
おり、光源２から遠い部位で薄くなっている。これは導
光板１内で光線が導光して行くときに光束の密度が低下
するを防ぎ、照明光の均一化に役立つ。本構成により導
光板１は、被照射体３に光線を投射するとともに被照明
体３によって反射した光線をほとんど分散することな
く、透過する機能を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紙に印刷された画
像、液晶表示体、立体物等の被照明体を照明する薄型の
面状照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の例えば液晶表示体の前面に配設す
る面照明装置については、特開平６−３２４３３１にあ
るように、照明装置を構成する導光板は厚みの均一な平
面板であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
面照明装置は照明を均一にするために光拡散形状の密度
について光源に近い部分は疎に、遠い部分は密にすると
いった手法を取っていたため、導光板を透視して対象物
を見る照明装置としては、部位により視認性に違いが出
る原因になっていた。

【０００４】本発明はこの様な問題点を解決するもので
あり、導光板の厚みを変化させることにより、光拡散形
状の密度を大きく変化させることなく、均一な照明を得
ることができ、視認性の高い照明装置および本照明装置
を用いた液晶表示装置を提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の照明装置は、 （１）被照明物の前面に配置する照明装置において、透
明板の少なくとも一方の板面に光拡散形状を形成した導
光板と、該導光板の端面部に隣接配置した光源とを有
し、前記導光板は前記光源を隣接配置した端面部近傍の
厚みが極大となるように、連続して厚みが変化すること
を特徴とする。

【０００６】（２）前記導光板は光源を隣接配置した端
面の厚みを最大とする、くさび型であることを特徴とす
る。

【０００７】（３）前記導光板の最大厚みに対して、最
小厚みが概ね１／２倍であることを特徴とする。

【０００８】（４）前記光拡散形状が前記導光板の被照
明体側に設けられた突起形状であることを特徴とする。

【０００９】（５）前記突起形状が前記導光板の該板面
の接平面に対して概ね垂直な側面と概ね平行な底面より
構成されることを特徴とする。

【００１０】（６）前記突起形状が円柱形状であること
を特徴とする。

【００１１】（７）前記光拡散形状が前記導光板の被照
明体側に対して反対側の面に設けられた凸形状であるこ
とを特徴とする。

【００１２】（８）前記光拡散形状が前記導光板の被照
明体側に対して反対側の面に設けられた凹形状であるこ
とを特徴とする。

【００１３】（９）前記導光板の被照明体側に対して反
対側の面に透明板または透明シートを隣接配置したこと
を特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）以下に本発明の実施形態を図面に基
づいて説明する。図１において、導光板１は概略くさび
型をした透明板であり、端面１４には光源２を隣接配置
している。導光板１の一方の板面１５には導光板１の平
面方向に対して、概ね垂直な側面１２と概ね平行な底面
１３で構成された突起形状１１を設けている。光源２か
らの光束は光線９に示すように端面１４から入射すると
導光板１の中で反射を繰り返す。導光板１の屈折率が
１．４以上であれば、臨界角が４５°以下になり、それ
以上で板面に入射する光線は全反射することによる。そ
のうちに突起形状１１の側面１２に到達すると光線の多
くは突起形状１１の側面１２に臨界角以上で到達するた
め、導光板１から出光することができる。このことによ
り、照明装置の背面からの出光が多く、被照明体３を効
果的に照明することができる。

【００１５】一般に厚みが均一な導光板の場合、光源の
近くでは光束の密度が高く、導光板から出光するに従い
光束の密度が低くなるため、光拡散形状のパターンが均
一な場合、光源の近傍では明るく、遠くなるに従い暗く
なる傾向を示す。そこで、従来は光源の近傍では、パタ
ーンの密度を疎にし、遠くなるに従い密にして、照明光
の均一化を図っていた。すなわち、パターンの密度を２
倍にすると、光線の出光する確率も概ね２倍になるの
で、ある点に対して、光束の密度が１／２になる点でパ
ターンの密度を概ね２倍にするといった手法を取ってい
る。しかし光拡散形状は多少なりとも、視認性を悪化さ
せるため、パターンの疎密により視認性にも変化を与え
ていた。

【００１６】ここではパターンの疎密ではなく、導光板
自体の厚みを変化させることにより、導光板内の光束の
密度を上げ、かつ光拡散形状に光線が到達する確率を上
げることを行なっている。つまり、厚みが１／２になる
と、光束の密度および光拡散形状に光線が到達する確率
がそれぞれ概ね２倍になるため、光線の出光する確率を
概ね４倍にすることができる。

【００１７】ただし、厚みの変化のみで照明光輝度の微
調整は困難であるので、パターンの密度変化を併用する
ことにより、より容易に均一化を図ることができる。

【００１８】図２に導光板２０１内の光線の経路につい
て示す。端面２１４から入射した光線２０９は、導光板
２０１のくさび型の板面で反射を繰り返すうちに面への
入射角度が小さくなっていくことがわかる。端面２１４
からの入射光の板面への入射角度をθ０、くさび型の各
々の板面の挟み角をθｋとしたとき、ｎ回反射したとき
の板面への入射角度θｎは、 θｎ＝θ０−ｎ×θｋ で表される。２次元的にはθｎが臨界角以下になったと
き、板面から出光してしまう。そのときの導光距離Ｌ
は、入射端面の厚みをｔ０、板面でｎ回反射した位置で
の厚みをｔｎとすると、 Ｌ＝（ｔ０−ｔｎ）／ｔａｎθｋ で示される。ｎ回反射した位置での厚みｔｎは偶数回と
奇数回で異なるが、 ｎ＝２×ｍの場合、 ｔ_２×ｍ＝ｔ０／｛１＋ｆ（０）｝×｛１−ｆ（１）｝／｛１＋ｆ（１）｝ ×・・・×｛１−ｆ（ｍ−１）｝／｛１＋ｆ（ｍ−１）｝×｛１−ｆ（ｍ）｝ ｎ＝２×ｍ＋１の場合、 ｔ_{２×ｍ＋１}＝ｔ０／｛１＋ｆ（０）｝×｛１−ｆ（１）｝／｛１＋ｆ（１ ）｝×・・・×｛１−ｆ（ｍ）｝／｛１＋ｆ（ｍ）｝ ただし、ｆ（ｘ）＝ｔａｎ（θ０−２×ｘ×θｋ）×ｔ
ａｎθｋで示される。

【００１９】ここで、端面２１４からの入射角度を２０
°、すなわちθ０＝７０°、臨界角を４５°としたと
き、くさび型の挟み角度θｋによらず、ｔ０に対してｔ
ｎが概ね１／２までは、導光体２０１の板面から出光す
ることなく導光することができる。端面２１４からの入
射光の入射角度は臨界角以下で最大４５°ではあるが、
実際の導光板２０１内の光線は概ね２０°以下の光線が
多く、それ以上の角度の光線は無視できる。

【００２０】図１において、導光板１の材料はアクリル
樹脂、ポリカーボネート樹脂、アモルファスポリオレフ
ィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料または
それらの複合体が用いられる。

【００２１】導光板１上に設けられた突起形状は、前述
のとおり板面１５に概ね垂直な側面１２を持つため、導
光してきた光線がこの側面１２に到達することにより、
導光板１から出光することができる。導光板１の板面１
５と概ね垂直な面および概ね平行な面であれば自由な形
状をとることができるが、円柱面やそれに準ずる形状で
は方向異方性がなくなるため、光源として点光源を使用
する場合や導光板の各方向から同時に光を入れる場合に
有利である。

【００２２】導光板１は透明板上に突起形状１１を形成
するために射出成形、熱硬化樹脂、光硬化樹脂、エッチ
ング、透明樹脂またはガラス板上にフィルムまたは樹脂
層を接合する等の方法がとられる。

【００２３】光源２としては蛍光管、電球、発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）等が用いられる。蛍光管は低電力で高輝
度が期待でき、白色光を容易に得ることができる特徴を
持つ。ＬＥＤは寿命が半永久的であり、低電圧で駆動で
きるため回路が簡単で、発火、感電等に対する安全性も
高い。色については最近では赤、緑、青の他にそれらの
混色や白色も可能になっているため用途に応じて広く選
択できる。電球を用いた場合は寿命が短いという欠点が
あるが、安価であり、交換も容易にできる可能性を持
つ。

【００２４】突起形状１１の大きさは、可視光の波長が
およそ３８０ｎｍから７００ｎｍ程度であることから、
回折による影響が発生しないために５μｍ程度以上は必
要であり、また、突起形状１１部が肉視で気にならない
程度の大きさであるために概ね３００μｍ以下が望まし
い。以上の内容に加え、製造上の利便性から突起形状１
１の大きさはおよそ１０μｍ以上１００μｍ以下が望ま
しい。

【００２５】以上の構成により、本照明装置は被照明体
３の前面に配置して、外光が充分にある明るいときには
照明を消して被照明体３を観察し、外光が充分でない暗
いときには照明を点灯して被照明体３を観察できる、パ
ートタイム照明を実現できる。

【００２６】以上のような照明装置の被照明体３として
は、紙等に印刷された印刷物、液晶表示体等のようなも
のが適している。

【００２７】図３において、導光板３０１の観察者側に
は透明板または透明シート７が配置される。導光板３０
１と透明板または透明シート７の間は密着しておらず、
空気層等の低屈折率層が存在する。導光板３０１表面は
わずかでも傷があると、そこで内部を導光する光線が反
射し、表面からは輝点や輝線として確認できる。これら
は透過式の照明としては見苦しいばかりでなく、コント
ラストの低下等著しく視認性を低下させるものである。
透明板または透明シート７は導光板３０１に対して空気
層等の低屈折率層を介しているため、光源３０２からの
光束が入り込むことはなく、ここに傷が付いても、輝
点、輝線がでることはない。またこの場合、傷の相対面
積はわずかであるので、被照明体３０３に対する視認性
についての影響もきわめて小さい。本導光板３０１を前
置面照明として使用するためには、この透明板または透
明シート７の存在が必須である。透明板または透明シー
ト７としてはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非
晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機
透明材料が用いられる。また、実際に機器等に組み込ん
で使用するときには、透明板または透明シート７を外装
のガラスと共用にすることもできる。

【００２８】（第２の実施形態）以下に本発明の他の実
施形態を図面に基づいて説明する。導光板４０１は図４
に示すように透明板の一方の面に凸形状４１１を設けて
おり、凸形状４１１の各面はすべて導光板４０１の板面
４１６に対して概ね３０度以下の面で構成される。光源
４０２からの光束は端面４１４から入射した後、光線４
０９に示すように導光板４０１の中で全反射を繰り返
す。そのうちに凸形状４１１に到達すると凸形状４１１
の各面で反射した光線が導光板４０１の板面の臨界角を
超える十分に大きい角度をなし、導光板４０１から出光
することができる。このことにより、照明装置の背面か
らの出光が多く、被照明体４０３を効果的に照明するこ
とができる。

【００２９】以上のように導光板４０１の板面４１６に
対して概ね３０度以下の面であれば自由な形状をとるこ
とができるが、円錐面やそれに準ずる形状が面の角度が
一定にでき、また面方向の方向異方性がなくなるために
有利である。

【００３０】これらの凸形状４１１は照明部の面積に対
して、任意の面積比で設定することができる。しかし、
凸形状４１１の面積比を大きくとることにより、照明の
効率を上げることができるが、垂直透過光線の割合を減
少させ、視認性を低下させる。実際には５０％を超える
面積比に設定することは現実的でなく、暗い時のパート
タイム照明としては、１０％前後の面積比に設定するの
が妥当である。また、前述の照明輝度の均一化のために
密度を加減する際にも、１０％程度であれば、垂直透過
部の面積比は８０〜９０％程度の幅であり、視認性につ
いて位置によるムラは感じられない。

【００３１】（第３の実施形態）以下に本発明の他の実
施形態を図面に基づいて説明する。図５において、導光
板５０１の端部には光源５０２を配置する。導光板５０
１は透明板の一方の面に凹形状５１１を設けており、凹
形状５１１の各面はすべて導光板５１１の板面５１６に
対して概ね３０度以下の面で構成される。光源５０２か
らの光束は光線５０９に示すように端面５１４から入射
すると、導光板５０１の中で全反射を繰り返す。そのう
ちに凹形状５１１に到達すると凹形状５１１の各面で反
射した光線が導光板５０１の板面と臨界角を超える十分
に大きい角度をなし、導光板５０１から出光することが
できる。このことにより、照明装置の背面からの出光が
多く、被照明体５０３を効果的に照明することができ
る。

【００３２】以上のように導光板５０１の板面５１６に
対して概ね３０度以下の面であれば自由な形状をとるこ
とができるが、円錐面やそれに準ずる形状が面の角度が
一定にできること、また方向性がなくなるために有利で
ある。

【００３３】凹形状の密度、大きさについては前述の凸
形状の場合と変わるところはなく、内容もそれに準じ
る。

【００３４】本発明のように導光板に凹形状を設けた場
合、前述の凸形状の場合と比べ、形状が厚みに影響しな
いという特徴を持つ。

【００３５】

【発明の効果】本発明によると、以上説明したように、
光拡散形状の疎密のパターンを大きく変えることなく、
照明の均一化を図ることができ、さらに視認性の高い薄
型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】 本発明の照明装置の一実施例を示す断面図。

【図２】 本発明の照明装置の一実施例における原理を
示す説明図。

【図３】 本発明の照明装置の他の実施例を示す断面
図。

【図４】 本発明の照明装置の他の実施例を示す断面
図。

【図５】 本発明の照明装置の他の実施例を示す断面
図。

【符号の説明】

１、２０１、３０１、４０１、５０１‥‥ 導光板 ２、３０２、４０２、５０２‥‥ 光源 ３、３０３、４０３、５０３ ‥‥
被照明体 ７ ‥‥ 透明板または透明シート ９、２０９、４０９、５０９‥‥ 光線 １１ ‥‥ 突起形状 ４１１ ‥‥ 凸形状 ５１１ ‥‥ 凹形状

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被照明物の前面に配置する照明装置におい
   て、透明板の少なくとも一方の板面に光拡散形状を形成
   した導光板と、該導光板の端面部に隣接配置した光源と
   を有し、前記導光板は前記光源を隣接配置した端面部近
   傍の厚みが極大となるように、連続して厚みが変化する
   ことを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】前記導光板は光源を隣接配置した端面の厚
   みを最大とする、くさび型であることを特徴とする請求
   項１記載の照明装置。
3. 【請求項３】前記導光板の最大厚みに対して、最小厚み
   が概ね１／２倍であることを特徴とする請求項２記載の
   照明装置。
4. 【請求項４】前記光拡散形状が前記導光板の被照明体側
   に設けられた突起形状であることを特徴とする請求項１
   から３いずれか記載の照明装置。
5. 【請求項５】前記突起形状が前記導光板の該板面の接平
   面に対して概ね垂直な側面と概ね平行な底面より構成さ
   れることを特徴とする請求項４記載の照明装置。
6. 【請求項６】前記突起形状が円柱形状であることを特徴
   とする請求項４または５いずれか記載の照明装置。
7. 【請求項７】前記光拡散形状が前記導光板の被照明体側
   に対して反対側の面に設けられた凸形状であることを特
   徴とする請求項１から３いずれか記載の照明装置。
8. 【請求項８】前記光拡散形状が前記導光板の被照明体側
   に対して反対側の面に設けられた凹形状であることを特
   徴とする請求項１から３いずれか記載の照明装置。
9. 【請求項９】前記導光板の被照明体側に対して反対側の
   面に透明板または透明シートを隣接配置したことを特徴
   とする請求項１から８いずれか記載の照明装置。