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JP2723481B2 - 平面状照明装置 - Google Patents

平面状照明装置

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JP2723481B2
JP2723481B2 JP7082728A JP8272895A JP2723481B2 JP 2723481 B2 JP2723481 B2 JP 2723481B2 JP 7082728 A JP7082728 A JP 7082728A JP 8272895 A JP8272895 A JP 8272895A JP 2723481 B2 JP2723481 B2 JP 2723481B2
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舜二 内尾
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HIKARI ENERUGI OYO KENKYUSHO KK
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は平面状照明光源を必要と
する、液晶表示器、あるいは照明看板の照明用光源に関
する。
【0002】
【従来の技術】現行の主として液晶ディスプレーに用い
られる平面状照明光源は、液晶表示器、すなわち被照明
体の背後に蛍光灯などの光源を配置して、その前に光源
の光が直接画像に影響しないよう、乳白色透明板などの
拡散シートを配置した構造、あるいは被照明体の側部背
後に光源を配置し、その光源から横方向に離れた被照明
体の真後ろにアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂など
の透明な板の裏面に、レンチキュラー状やフレネル状の
溝を設けたり、白色の点状、あるいは縞状の印刷模様を
施したものを配置して、該透明板に側方から入射した光
が、該透明板の溝や印刷を施した裏面から、あたかも面
状に発射したかのように配光する、いわゆる導光板と称
する仕様の板を用いた構造のものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような導光板を使
用した照明装置は、均一な照明が得にくいため、必ずそ
の上面に拡散シートを用いなければならず、そのため光
源の光量が拡散シートに吸収されて暗くなること、導光
板および拡散シートによる反射光が散乱するため、多く
はプリズムシートと称する特殊な材料を用いて、拡散す
る光を該照明装置の上面中心部へ配光させる必要がある
などの欠点がある。
【0004】被照明体の寸法が大きくなるに従い、導光
板の厚みは大きくなり、表示装置全体の総重量は重くな
る。あるいはプリズムシートの価格が非常に高くなるな
ど、深刻な問題が現存している。特に液晶ディスプレー
は将来大型化すると共に高精細化や、薄肉化、軽量化、
省エネ化が図られ、安価でかつ高機能化した照明装置
が、斯界から強く要望されている。
【0005】本発明は上記のような状況に鑑み、導光板
を用いず、また特に輝度の高い冷陰極管を用いなくと
も、通常の蛍光管を用いても十分に均一で高い輝度が得
られ、しかも構造がきわめて単純な照明装置を提供する
ことを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明によれば、内面が不透明白色の薄い箱状容器で
あって、その前壁に開口部があり、該容器の少なくとも
1側壁の内側には棒状の光源が箱の内面を照らすように
設けてあり、箱の開口面に対向した後壁は内面が拡散反
射面となっており、該拡散反射面の断面は該光源に近い
部分は光源から離れるにしたがって次第に開口面から離
そこから更に光源から遠ざかるにしたがって漸次開口
面に近づき、且つ光源から最も遠い部分で開口面からの
距離の変化が最も大きくなるように滑らかで且つ緩やか
な凹状曲面で形成されていることを特徴とする平面状照
明装置が提供される。
【0007】本発明の好ましい実施例によれば光源の側
部に位置する箱状容器の側壁内側は平面もしくは凸状曲
面の拡散反射面であり、前記開口部を囲む前壁の光源の
前方に位置する部分の内面は容器後壁内面の凹状拡散反
射面の最も近くなった部分を含めて、それより遠方に光
を配光するように傾斜した拡散反射面となっており、光
源の後方に位置する後壁の部分の内側には、光源が直接
後壁の拡散反射面を照らさないように断面が三角形など
からなる光線遮蔽物が設けられている。
【0008】本発明の好ましい他の実施例によれば、箱
状容器の1側壁の内側にのみ棒状光源を有し、前記棒状
光源のある側壁に対向する側の側壁の内側は容器の後面
に対し90°以上の角度に傾斜した平面状もしくは凸状
曲面の拡散反射面で構成される。
【0009】
【作用】以下本発明の作用原理を説明する。一般に真っ
暗な空間にあって光源が一点にある場合、該光源を見掛
け上大きくするために、光源の周囲を和紙などで覆う方
法のあることは、提灯などの事例で明らかである。白色
白熱灯もこの原理を応用したものと言える。この場合和
紙の代わりに透明なガラスを用いると、光源は大きく見
えない。それはガラスは光を透過させても拡散はしない
からである。
【0010】同じように閉じた空間内の一点にある光源
は、周囲を透明なガラスの壁で覆っても、光はガラスの
外側へ抜けるだけで、空間は明るくならない。同じ状況
で壁を鏡に変えても、壁には光源が映るだけで、閉じた
空間は明るくならず、単に光源の虚像が周囲の鏡に映る
だけである。
【0011】同じ状況で壁を拡散面で覆うと、光源の光
は拡散面で反射して、閉じた空間を明るく照らす。拡散
面には不完全拡散面と完全拡散面があるが、完全拡散面
の方が空間の明るさはよりすぐれる。これらのことは積
分球式光度計などの例を考えれば、容易に理解すること
が出来る。すなわち光源の周囲は鏡のような完全反射面
で覆うより、完全拡散面で覆う方が照明には適してい
る。完全拡散に近い反射をするものとしては、酸化マグ
ネシウムや炭酸マグネシウムがあり、反射面自体は微細
でランダムな凹凸であった方がよい。
【0012】本発明は以上の原理を利用し内面が不透明
の箱状容器であって、その前壁に開口部があり該容器の
少なくとも1側壁の内側には蛍光灯や、冷陰極管や熱陰
極管等の棒状の光源が箱の内面を照らすように設けてあ
り、箱の開口面に対向した後面は拡散反射面となってお
り、該拡散反射面の断面は該光源に近い部分はやや開口
面から離れており、該光源から遠ざかるにしたがって漸
次開口面に近づき、且つ光源から最も遠い部分で開口面
からの距離の変化が最も大きくなるように滑らかで且つ
緩やかな凹状曲面で形成される箱状容器を形成し、この
開口面を液晶表示装置あるいは透明写真等の被照明板で
覆うことにより極めて均一で輝度の高い表示装置を得る
ことができる。即ち光源を点灯して被照明板を置くこと
なく開口面を前方から眺めても後面の拡散反射面はほと
んど明るくならず輝度の測定例では僅か300cd/m2
過ぎない。その理由は光源の光が拡散して容器の内部だ
けで反射しているからである。
【0013】箱状容器の開口面に接して裏面が平滑な液
晶表示装置、あるいは透明写真等の被照明板を置いたと
きはじめて明るい照明装置となり、液晶の映像やスライ
ド写真を明瞭に観察することが出来る。加えてその明る
さは観察者が開口面に極めて近い位置に近づいても全体
的に変わらず、その結果極めて広い視野角が得られる。
一例として本発明装置の厚さは直径6mmの冷陰極管を用
いた場合照明装置内の最大高さは12mmほどである。
【0014】
【実施例】次に本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例の断面を示し、内面が不透
明白色の薄い箱状容器1の側壁2、2の内側には各1個
の棒状光源3、3が設けられている。容器1の前壁(上
壁)4は周辺を除いて開口され、後壁5の内面(図では
上面)6は拡散反射面で形成され中央部が高くなった対
象形の山形断面形状をしている。この断面形状はより詳
しく述べると光源3に近い部分は光源から離れるに従っ
て次第に開口面7から離れており、そこから更に山の頂
部8に向かって遠ざかるに従って漸次開口面7に近づき
山の頂部附近では開口面からの距離の変化が最も大きく
なるように滑らかで且つ緩やかな凹状曲線となってい
る。
【0015】この拡散反射面を構成する断面曲線の半分
(山の半分)は光源を点光源とすると以下の数式で表さ
れる。
【0016】
【数1】X2 + Y2 = AfZ
【0017】この式は楕円、放物線、双曲線等の二次曲
線を表わしており、式中Aは光源3から山の頂部8まで
の距離により決まる係数であり、fは後壁5の内面6の
開口面7から最も離れた位置と光源3の位置から決まる
定数であり、Zは拡散反射面(後壁内面)6の高さその
ものであり、XとYは次の図2に示す箱状容器の4辺の
全てに棒状光源を有する実施例では4つの拡散反射面の
各々がパラボラ面となることを示している。
【0018】この数式で表わされる反射面は、例えば本
発明者の論文「An Aspherical Lens
Design by Spheric Geomet
ry」(1985 International Le
ns Design Conference SPI
E)を参照して、最適近似曲率を算出すれば、NCマシ
ンで簡単に加工することができる。以上のように構成さ
れた箱状容器1の上に開口面7を覆うように液晶表示板
あるいはスライド写真フィルムのような被照明板9を載
せると拡散反射光により被照明板が極めて明るく均一に
照射され被照明板に描写された映像が極めて明瞭に表示
される。
【0019】図2は棒状光源3を箱状容器1の4辺に設
けた実施例の平面図、図3は図2のIII −III 断面を示
す。この実施例においては4つの拡散反射面6がピラミ
ッド形に配置され各面は前述したようにNCマシンでパ
ラボラ面に加工することができる。各反射面が接する稜
線はできるだけ鋭角になるようにすることが開口面を覆
う被照明体の映像を均一に照明するために効果的であ
る。
【0020】本照明装置においては、光源3から放射さ
れた光を如何に箱状容器内に反射せしめるかが重要であ
る。光源3の背後の面、即ち容器側壁2の内面は平面も
しくは凸状曲面の拡散反射面とし、光源3の上方に位置
する容器の前壁部分の内面は拡散反射光が弯曲した拡散
反射面6の最も低い部分から頂部8の部分に配光される
ように傾斜した拡散反射面とされる。この照明装置にお
いては、後壁拡散反射面6の一番低いところは光源の下
面より3mm以上低くせずかつ後壁拡散反射面6の一番高
いところは光源の頂面より数mm低くした方がよい。光源
を囲む壁面特に光源の上部の即ち前壁4内面の拡散反射
面は反射方向が後壁拡散反射面6の一番低い部分から遠
方にまで反射光が達するようにするため光源の上面より
高くなり勝ちであるがその高さは3mm程度に収めた方が
よい。光源3の下に対面する後壁内面には光源が直接後
壁拡散反射面6を照らさないように例えば断面三角形の
光線遮蔽物10を設ける。以上のように箱上容器1の内
面を構成することにより後壁拡散反射面6からの光の拡
散はより均一となり、被照明体9を開口面7の上に載置
することにより均一で明るい画像が得られる。
【0021】以上光源3を箱状容器1の対向2辺に設け
たものおよび4辺に設けたものについて説明したが光源
3を箱状容器1の一辺に設け後壁の拡散反射面6は光源
より山形曲面の頂点で終わるもの、即ち山形曲面の半分
だけで形成するものとすることもできる。又2本の光源
を隣接2辺にL形に設けるもの、3本の光源を3辺にコ
の字形に設ける構造も可能である。
【0022】
【試験例1】図4に示す如く開口部の横幅88ミリ、縦
幅78ミリ、深さ4ミリの内部が白色不透明である箱状
容器1の縦方向の片側に、内面が白色不透明であるコの
字型空間11を設け、該空間にφ3.6mmの冷陰極管
3’を配置した。開口面に接する容器のコの字型空間1
1の天井は1mmだけ幅を長くして、開口部上面からは直
接冷陰極管3’が見えないようにした。容器の底面に光
源位置から横方向に10mmの長さだけ光源下面より1mm
凹状に下がる形の拡散反射曲面6’とし、横方向に10
mm分だけ離れた位置から末端88mmまでは高さ方向に4
ミリだけ変化する滑らかな凹状拡散反射曲面6として、
かつこの高さ変化は光源の反対側の辺12に近づくほど
大きくなるように考慮した。従って光源の反対側の辺1
2の壁面高さはゼロである。冷陰極管3’の下面の拡散
曲面には高さ0.5ミリ、低部の幅1ミリの断面が三角
状である白色の光線遮蔽物10を設けた。この照明装置
の開口部を透明拡散板(図示せず)で覆って、その明る
さを9個所測定した。冷陰極管3’の輝度15,000
cd/m2に対し、拡散板上面の平均輝度は5,200cd/
m2が得られ、輝度ムラは15%であった。
【0023】
【実験例2】図5に示す如く開口部7の横幅265ミ
リ、縦幅190ミリ、深さ60ミリの内部が白色である
箱状容器1の横方向の対向辺に、内面が白色であるコの
字型空間11,11を設けて該空間に8W,φ15ミリ
の熱陰極管3”を配置した。開口面7に接する側のコの
字型空間11の天井には容器の下面に対し30°傾斜し
た拡散反射面13を設け、開口部上面からは直接熱陰極
管3”が見えないようにした。容器の底部は光源(熱陰
極管3”)下面から横に30mmの長さだけ、光源下面よ
り1ミリだけ下った凹曲面の拡散反射面6’とし、横方
向に30mmだけ離れた位置から95ミリまでは開口面方
向に10mmだけ近づく凹状拡散反射曲面として、かつ該
10mmの高さ変化は、95mm分の曲面の終辺ほど大きく
なるように考慮した。すなわち後壁拡散反射面6は、縦
方向の断面がなだらかな山の形状になった。熱陰極管
3”の下面から側面にかけてL字形断面の部材14を設
け、その内面は拡散反射面とし、特に該部材内側側面は
僅かに凸状曲面とした。この照明装置の開口部を透明拡
散板(図示せず)で覆って、拡散板上部の明るさを9個
所測定した。熱陰極管3”の輝度7,000cd/m2に対
し、拡散板の平均輝度は5,900cd/m2が得られ、輝
度ムラはわずか8%であった。
【0024】
【発明の効果】現在主に使われている導光板方式のいわ
ゆるバックライトの輝度は平均して3,000cd/m2
度で、輝度ムラは20%以上ある。そのため導光板の下
面には散乱シート、上面には拡散シートとプリズムシー
トが複数使われている。本発明の照明装置では、高い輝
度が得られ輝度ムラが低いため、拡散シートやプリズム
シートは不要である。また大きなサイズの照明装置によ
り適している。設計的にも製造技術的にも困難がないた
め、低コストの照明装置を提供できることになり、産業
上大きな貢献が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図1】棒状の光源が2つある本発明照明装置の一実施
例の断面図である。
【図2】光源が棒状4灯式の場合の本発明照明装置の他
の実施例の平面図である。
【図3】図2のIII − III断面図である。
【図4】本発明の試験例1の照明装置の概要を示す斜視
図である。
【図5】本発明の試験例2の照明装置の概要を示す断面
図である。
【符号の説明】
1 箱状容器 2 側壁 3 光源 4 前壁 5 後壁 6 拡散反射面 7 開口部 8 頂部 9 被照明板 10 光線遮蔽物 11 コ字型空間 12 L字形断面部材

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内面が不透明白色の薄い箱状容器であっ
    て、その前壁に開口部があり、該容器の少なくとも1側
    壁の内側には棒状の光源が箱の内面を照らすように設け
    てあり、箱の開口面に対向した後壁は内面が拡散反射面
    となっており、該拡散反射面の断面は該光源に近い部分
    光源から離れるにしたがって次第に開口面から離れ
    こから更に光源から遠ざかるにしたがって漸次開口面に
    近づき、且つ光源から最も遠い部分で開口面からの距離
    の変化が最も大きくなるように滑らかで且つ緩やかな凹
    状曲面で形成されていることを特徴とする平面状照明装
    置。
  2. 【請求項2】 該光源の側部に位置する箱状容器の側壁
    内側は平面もしくは凸状曲面の拡散反射面であり、前記
    開口部を囲む前壁の該光源の前方に位置する部分の内面
    は、容器後壁内面の凹状拡散反射面の最も低くなった部
    分を含めて、それより遠方に光を配光するように傾斜し
    た拡散反射面となっており、該光源の後方に位置する後
    壁の部分の内側には、光源が直接後壁の拡散反射面を照
    らさないように、断面が三角状などからなる光線遮蔽物
    を設けられていることを特徴とする請求項1に記載され
    た平面状照明装置。
  3. 【請求項3】 前記容器の対向両側壁の内側に一個づつ
    2個の棒状光源が設けられ、前記開口面に対向した拡散
    反射面は断面が中高の山形凹状曲面で形成されているこ
    とを特徴とする請求項1に記載された平面状明装置。
  4. 【請求項4】 前記容器の1側の内側にのみ棒状光源を
    有し、前記棒状光源のある側壁に対向する側の側壁の内
    側は容器の後壁に対し90°以上の角度に傾斜した平面
    状もしくは凸状曲面の拡散反射面で構成されていること
    を特徴とする請求項1に記載された平面状照明装置。
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