JP2009048847A - 照明装置及びこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 輝度ムラのない照明装置、及び、表示装置を提供する。
【解決手段】 本発明の照明装置は、点光源１と、出射面２ａと出射面２ａと対向する対向面２ｂとを有する導光板２とを備え、出射面２ａと対向面２ｂの少なくとも一方に複数の反射面３が離散して形成されている。そして、この複数の反射面３のうち、点光源の発光中心から等距離にある反射面を比べたときに、点光源１の照射強度が最大となる照射方向に近い方向にある反射面が、遠い方向にある反射面より反射面積が小さくなっている。このような構成によれば、点光源１から出光する光量の少ない部分の輝度を上昇させることができ、輝度ムラのない照明装置を実現する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、携帯情報機器や携帯電話などに用いられる表示装置、及び、表示装置の表示素子を照明する照明装置に関する。特に、点光源を用いた照明装置に係る。

従来から、光源から出射された光を、導光板の側面から入射して、導光板の上面から出射させる照明装置が一般に知られている。図８に従来の照明装置の斜視図を示す。図示するように、光を出射する光源１の側方には、光源１から出射された光を導光する導光板２が配置されている。導光板２はその出射面２ａから光を出射する。出射面２ａの裏側の面である対向面２ｂには多数の反射面３が形成されている。導光板２の対向面２ｂ側には反射シート４が配置されている。導光板２の出射面側に拡散シート、プリズムシートが配置される場合もある。

このような構成では、導光板２の出射強度は光源１から離れるにつれ減少することが知られており（例えば、特許文献１を参照）、導光板２の出射強度を出射面内で均一にすることを目的に、光源１からの距離に応じて反射面３の面積を大きくする構成（例えば、特許文献２を参照）、反射面３の数量を増加させる構成（例えば、特許文献３を参照）、あるいは、反射面３の幅を大きくする構成（例えば、特許文献４を参照）などが提案されている。図９（ａ）は従来の導光板の上面図であり、光源から離れるほど反射面の幅が大きくなっている。この反射面の形状を、図９（ｂ）に拡大して示す。反射面３は、導光板２の対向面２ｂに形成されたプリズム状の凹部（反射構造）の光源側の斜面である。導光板２の材料には空気よりも屈折率の高いポリカーボネート（ＰＣ）やアクリル（ＰＭＭＡ）などの透明樹脂が使用される。
特許第３１５１８３０号公報（第４図） 特開平５−２１００１４号公報（図１５） 特開平５−２１６０３０号公報（図３） 特開平１１−２５０７１４号公報（図１３）

特許文献２または３に記載の照明装置では、光源からの距離に応じて反射面の大きさ、数量が増加している。また、特許文献４に記載の照明装置では、光源を中心とした放射方向に対して直交するように反射構造を配置し、光源１から離れるほど反射構造の反射面３の幅を増加させている。光源が線光源の場合や放射方向に均一の光を照射する点光源の場合には、これらのような構成の照明装置でも均一な輝度分布が得られるが、光源が放射方向によって照射強度の異なる点光源の場合には、輝度ムラが発生するという問題がある。

一般に照明装置の光源として用いられる発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称す）について説明する。図２（ａ）は光源１にＬＥＤを使用した場合の配光分布を示す図表である。ここで、横軸が放射角度、縦軸が相対輝度である。図２（ｂ）は、このサイド発光型のＬＥＤの外観を示す斜視図である。発光面に対する垂線方向（図２（ｂ）のα方向）を放射角度０度（図２（ａ）の「０ｄｅｇ」に相当）としている。また、発光面以外は反射特性の良い白色樹脂などで被覆されている。すなわち、図２（ａ）は、α方向へ出射される光量が多く、β方向へ出射される光量が少ない光源を表している。サイド発光型のＬＥＤの場合、多くがこのような配光分布を示す。

このような光源１を用いた従来の照明装置の上面図を図３に模式的に示す。導光板の対向面２ｂに複数の反射面３が形成されており、反射面３の底辺中心と光源１を結ぶ直線が垂直である。さらに、光源１から離れるほど反射面３が大きくなっている。すなわち、図３中のα’とβ’では光源１からの距離が同一であるため、配置される反射面３は同一の大きさとなっている。しかし、図２で説明したように光源１から出射される光には分布が存在し、図３中のα’へ到達する光量は多く、β’へ到達する光量は少ない。従って、従来の導光板２を使用した照明装置では輝度ムラが大きくなってしまう。

そこで、本発明は、点光源を用いても輝度ムラのない照明装置、及び、表示装置を実現することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、導光板の出射面とこの出射面に対向する対向面との少なくとも一方に複数の反射面が離散して形成された照明装置において、この複数の反射面のうち、点光源の発光中心から等距離にある複数の反射面を比べたときに、点光源の照射強度が最大となる照射方向に近い方向にある反射面が、遠い方向にある反射面より反射面積が小さくなっている構成である。ここで、反射面の形成された面を仮想的に複数の領域に分割し、領域毎に反射面の大きさを設定する構成とした。

また、本発明は、点光源からの距離に応じて決められた反射面の大きさに、反射面が形成された面を複数の領域に分割して領域毎に設定した補正係数を乗じて得られた大きさの反射面をそれぞれの領域に設ける構成とした。さらに、本発明は反射面の大きさおよび補正係数を点光源の配光分布およびシミュレーション結果を用いて設定することとした。

また、本発明の表示装置は、上述のいずれかの構成の照明装置と、非自発光型の表示素子を備えているため、輝度ムラのない表示装置を実現することができる。

本発明によれば、導光板の輝度分布を詳細および正確に設定することが可能となり、輝度ムラのない照明装置、及び、表示装置が実現できる。

本発明の照明装置を、図面を用いて説明する。図４は導光板に反射構造が設けられた様子を模式的に示している。図示するように、本発明の照明装置は、点光源１と、点光源１からの光を入光面から入射して出射面から照明光として出射する導光板２を備えており、導光板の出射面とこの出射面に対向する対向面との少なくとも一方には、複数の反射面３が離散して形成されている。この複数の反射面のうち、点光源の発光中心から等距離にある反射面を比べたときに、点光源の照射強度が最大となる照射方向にある反射面１３は、最大照射方向から離れた方向にある反射面２３より反射面積が小さくなっている。また、最大照射方向から離れた方向にある反射面ほど反射面積は大きくなっている。このような構成によれば、照射強度が放射方向によって異なる点光源を用いても輝度ムラのない照明装置を実現できる。

ここで、反射面が形成された面を仮想的に複数のブロック（領域）に分割したときに、点光源から互いに等しい距離にある第一のブロックと第二のブロックにそれぞれ形成された反射構造を比べると、第一の反射構造の反射面と第二の反射構造の反射面の大きさが異なる構成にした。

さらに、点光源の照射強度の最大方向に存在する領域を第一のブロックと、入光面を含んだ領域を第二のブロックとしたとき、第一の反射構造の反射面が第二の反射構造の反射面より小さくなっている。あるいは、入光面に平行な方向を行方向と、入光面に直交する方向を列方向としたとき、点光源から最も離れた位置にある列では、入光面に最も近いブロックに存在する反射面がこのブロックに隣接する行のブロックにある反射面より大きいとともに、あるブロックを境に点光源から遠いブロックにある反射面ほど大きくなっている。

また、点光源からの距離に応じて決定した反射面の大きさを第一の大きさとし、複数のブロックごとに設定した補正係数と第一の大きさとの積によって反射面の大きさを設定する構成とした。このような構成によれば、１つの領域内の反射面の大きさにも変化をつけられ、より輝度ムラのない照明装置を実現できる。このとき、具体的な補正係数を、点光源の配光分布に応じて設定したり照明装置のシミュレーション結果に応じて設定したりすることができる。これにより、照明装置個別の設計が可能となる。

さらに、点光源と反射面の底辺中心とを結ぶ直線が反射面の底辺と略垂直になるように反射面を配置する構成とした。このような構成によれば、光源からの光を効率良く出射面に導くことが可能となり、輝度の高い照明装置を実現できる。

また、本発明の表示装置は、非自発光型の表示素子を上述したいずれかの構成の照明装置の発光面側に設けた構成である。

以下に、本発明に係る照明装置、及び、表示装置の実施例について図を参照して説明する。本実施例では、光源としてＬＥＤ素子を、非自発光型の表示素子として液晶パネルを用いた構成を例に説明する。

図１に本実施例の照明装置を有する表示装置の断面構成を模式的に示す。図示するように、点光源１から出射された光を導光する導光板２が点光源１の側方に配置されている。導光板２には光を出射する面（以下、出射面２ａと称す）と出射面２ａと対向する面（以下、対向面２ｂと称す）があり、この対向面２ｂには、光を屈折・反射させる多数の凹状の反射構造（図示していない）が形成されている。この反射構造は、光を屈折又は反射させる反射面３を備えている。導光板２の下側には反射シート４が配置され、導光板２の上側には拡散シート５が配置されている。さらに、拡散シート５の上側に液晶パネル６が配置されている。

図５は本実施例に使用される導光板を説明する上面図である。導光板２の対向面２ｂに反射面３を持つ反射構造が形成されている。対向面２ｂは２５（５×５）のブロック（領域）に分割されている。行方向のブロックは点光源１に近いほうから順に第１行、第２行とし、列方向のブロックは上面から見て左側から順に第１列、第２列とする。このブロック毎に反射面３の大きさを設定している。図５に示すように、本実施例では、反射構造の形状が正四角錐であり、正四角錐の底面の１辺が点光源1から発光する光と直交するように構成されている。このとき、この１辺を含む正四角錐の側面が反射面となり、この１辺の長さを例えば表１のように設定する。単位はμｍである。すなわち、この表１では、第１行第１列のブロックにある反射面の底辺を８０μｍ、第１行第２列のブロックにある反射面の底辺を６０μｍ、第１行第３列のブロックにある反射面の底辺を２０μｍ、・・・というように設定することを示している。

表１のように設定した反射面を持つ図５に示した照明装置では、点光源１からの距離が互いに等しい、点光源の照射強度の最大方向に存在する第一のブロックと入光面を含んで構成された第二のブロックを注目したとき、第一のブロックに形成された第一の反射面が第二のブロックに形成された第二の反射面より小さくなっている。具体的に、第２行第３列のブロックと第１行第１列のブロックは点光源１からの距離がほぼ等しく、第２行第３列のブロックは点光源の照射強度の最大方向に存在し、第１行第１列のブロックは入光面を含んでいる。そして、第２行第３列のブロックに形成された反射面は第１行第１列のブロックに形成された反射面より大きくなっている。

また、図５に示した照明装置を見ると、点光源の照射強度の最大方向に沿った第３列では光源に近いブロックの反射面は小さく、光源から遠いブロックの反射面は大きくなっている。一方、点光源から最も離れた位置にある第１列（あるいは第５列）では、入光面を含んだ第１行目のブロックの大きさは第２行目のブロックより大きく、第２行目のブロックは第３行目のブロックより小さくなっている。すなわち、点光源から最も離れた位置にある第１列では、入光面に最も近い第１行第１列ブロックに存在する反射面がこの領域に隣接する第２行第１列ブロックの反射面より大きいとともに、第２行第１列ブロックを境に点光源から遠い領域（第３行第１列、第４行第１列・・）にある反射面ほど大きくなっている。

表１に示す大きさで反射面３を設定すれば、光量が少ない部分に反射面３の大きな反射構造（凹部）が配置されることとなり、輝度が上昇するとともに、照明装置の輝度ムラを低減することが可能となる。

この表１で示された反射面の大きさは、照射強度の最大方向が光源の発光面に対する垂線方向にある場合に、一つの光源に対して設定されたものである。光源が複数配列されている場合には、各光源ごとにこの表を適用すればよい。

図６は本実施例に使用される導光板を説明する上面図である。実施例1と同様に、導光板２の対向面２ｂに反射面３を持つ反射構造が形成されており、対向面２ｂは便宜的に２５（５×５）のブロックに分割されている。図６に示すように、本実施例でも実施例１と同様に、反射構造の形状は正四角錐であり、正四角錐の底面の１辺が光源1の発光光線と直交するように構成されている。本実施例ではそれぞれのブロックごとに表２のように補正係数を設定している。すなわち、この表２では、第１行第１列のブロックにある反射面の大きさの補正係数を２、第１行第２列のブロックにある反射面の大きさの補正係数を１．５、第１行第３列のブロックにある反射面の補正係数を１、・・・というように設定することを示している。

光源１からの距離のみに対応した設けられた反射面３の大きさと表２で示した補正係数の積を反射面の底辺の長さに設定している。図３を用いて説明したように、光源１からの距離に応じて、反射面の大きさを設定する。すなわち、光源から離れるほど大きくなるように反射面を設定する。このように設定した従来の反射面３の大きさを「第一の大きさ」とし、この「第一の大きさ」に表２に示した補正係数を乗じて、本実施例の反射面３の大きさを設定する。

表２を見ると明らかなように、補正係数は、点光源の照射強度の最大方向に存在する複数のブロックでは同じ値である。すなわち、最大照射強度方向に沿った第３列ではどの行でも補正係数は１である。一方、点光源から最も遠い入光面を含んだブロックと同列にある複数のブロックでは入光面を含んだブロックの値が他のブロックの値より大きくなっている。すなわち、点光源から最も遠い入光面を含んだ第１行第１列ブロックの値は第１列の中では一番大きくなっている。また、入光面を含んで構成される第１行ブロックについて注目すると、点光源と対向する第３列ブロックの補正係数値が最も小さく、点光源から離れた列ブロックほど補正係数値が大きくなっている。このように、照射強度が放射方向によって異なる点光源の、強度が弱くなる方向に存在する反射面の面積が大きくなるように補正係数値が設定されている。

図５に示した実施例１では、同じブロックに位置する反射面３はその大きさが一定であったが、本実施例２では、領域内の反射面３の大きさに変化をつけることが可能となり、照明装置の輝度ムラをさらに低減することが可能となる。

ここで、表２に示した補正係数は図２（ａ）に示した光源１の配光分布を基に設定してもよいし、シミュレーション結果などを基に設定してもよい。また、図５、図６では分割の形状をマトリクス状としたが、図７に示すような形状でもよい。図７では、ブロックに分割する基準線として、光源からの発光光線の方向と光源から一定距離の円弧を用いている。すなわち、各ブロックは点光源の中心から発する放射状の分割線と点光源を中心とする円弧状の分割線で区画されている。同一の円弧で区画されたブロックのうち、点光源の中心線となす角度の大きい放射状の直線で区画されたブロックほど反射面が大きくなっている。補正係数を光源１の配光分布に基づいて決定する場合には、図７のような領域に分割するほうが補正係数を設定しやすい。

図５、図６では対向面２ｂに反射面３がある場合を説明したが、対向面２ｂに限らず出射面２ａにあってもよいし、出射面２ａと対向面２ｂの両方にあってもよい。また、反射面３は凹部を構成する斜面であると説明したが、これに限らずプリズム形状の斜面や三角錐の斜面も例示できる。さらにこれ以外でも、斜面をもつ形状であればよいことは言うまでもない。

また、図５、図６では面内を２５の領域に分割したが、さらに細かく分割することで輝度ムラをさらに低減することが可能である。また、反射面の形成された面を分割する分割数を減少した場合には、輝度ムラよりも設計容易性を重視して設計期間の短い安価な照明装置が、分割数を増加した場合には、設計が複雑になるものの輝度ムラの極端に少ない性能を重視した高性能な照明装置が実現できる。従って、分割数は２５に限定されるものではない。

本発明の表示装置の構成を模式的に示す断面図である。 本発明で用いる点光源の放射特性を説明する図である。 従来の照明装置で用いられる導光板の上面図である。 本発明の照明装置で用いられる導光板の上面図である。 本発明の照明装置で用いられる導光板の上面図である。 本発明の照明装置で用いられる導光板の上面図である。 本発明の照明装置で用いられる導光板の領域分割例を示す上面図である。 従来の照明装置の構成を模式的に示す斜視図である。 従来の照明装置で用いられる導光板の上面図である。

符号の説明

１ 光源
２ 導光板
２ａ 出射面
２ｂ 対向面
３ 反射面
４ 反射シート
５ 拡散シート
６ 液晶パネル

Claims (10)

1. 照射強度が放射方向によって異なる点光源と、前記点光源からの光を入光面から入射して出射面から照明光として出射する導光板を備えるとともに、
   前記導光板には、前記出射面に対向する対向面と前記出射面の少なくとも一方に、複数の反射面が離散して形成され、
   前記複数の反射面のうち、前記点光源の発光中心から等距離にある複数の反射面を比べたときに、前記点光源の照射強度が最大となる照射方向に近い方向にある反射面が、遠い方向にある反射面より反射面積が小さいことを特徴とする照明装置。
2. 前記反射面の形成された面を複数の領域に分割し、前記点光源からの距離が等しい第一の領域と第二の領域にそれぞれ形成された第一の反射面と第二の反射面を比べたとき、前記第一の反射面と前記第二の反射面の大きさが異なることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記点光源からの距離に応じて決定した反射面の大きさを第一の大きさとし、前記複数の領域ごとに設定した補正係数と前記第一の大きさを乗じて算出された値を大きさとする前記反射面が形成されたことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記補正係数は、前記点光源の照射強度の最大方向に存在する複数の領域では同じ値であり、前記入光面に直交する方向を列方向としたとき、前記点光源から最も遠い入光面を含んだ領域と同列にある複数の領域では前記入光面を含んだ領域の値が他の前記複数の領域の値より大きいことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 前記第一の領域は前記点光源の照射強度の最大方向に存在する領域であり、前記第二の領域は前記入光面を含んだ領域であり、前記第一の反射面が前記第二の反射面より小さいことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。(照射強度の最大方向が光源の発光面に対する垂線方向にある)
6. 前記入光面に平行な方向を行方向と、前記入光面に直交する方向を列方向としたとき、前記点光源から最も離れた位置にある列では、前記入光面に最も近い領域に存在する反射面がこの領域に隣接する領域の反射面より大きいとともに、ある領域を境に前記点光源から遠い領域にある反射面ほど大きくなることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
7. 前記領域が前記点光源の中心から発する放射状の直線と前記点光源を中心とする円弧で区画されたことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
8. 前記円弧のうち同一の円弧で区画された領域のうち、前記点光源の中心線となす角度の大きい前記放射状の直線で区画された領域ほど前記反射面が大きいことを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
9. 前記点光源と前記反射面の底辺中心とを結ぶ直線が前記反射面の底辺と略垂直になるように配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の照明装置。
10. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載された構成の照明装置と、前記照明装置の発光面側に設けられた非自発光型の表示素子を備えることを特徴とする表示装置。

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