JP4413455B2

JP4413455B2 - 導光板および平面照明装置

Info

Publication number: JP4413455B2
Application number: JP2001242457A
Authority: JP
Inventors: カリルカランタル
Original assignee: 日本ライツ株式会社
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2021-08-09
Also published as: JP2003059323A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等に用いる導光板および平面照明装置に関するものであり、導光板の少なくとも一側面部に底辺とこれに接続する辺と成す角が当該導光板材料における臨界角に略等しい二等辺三角形状の突出部が少なくとも一つ突出して設けられ、この突出部を円弧状または矩形状に欠切させた形状部を入射部とし、この欠切させた近傍に光源を備えることにより、暗部が無く隅々まで明るく均一な光を得ることを目的とする導光板および平面照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の導光板および平面照明装置は、液晶表示装置の大きさに無関係に輝度を上げるために、単に表面部や裏面部に設けた溝や凸や凹の形状のドット等の数量を入射端面部から反入射端面部方向に進むに従い増加させて、表面部からの出射光を均一にするものが知られている。
【０００３】
また、従来の平面照明装置として、光源にＬＥＤ等の点光源を用い、導光板の側面にＬＥＤ等の点光源を複数並べ、これら点光源に対向する位置の導光板の側面部にプリズム等の凸や凹の形状を設け、導光板の隅部分的まで光線が達するようにしたものも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の導光板および平面照明装置は、液晶表示装置の大きさに無関係に輝度を上げるために、単に表面部や裏面部に設けた溝や凸や凹の形状のドット等の数量を入射端面部から反入射端面部方向に進むに従い増加させて、表面部からの出射光を均一にする構成なので、輝度的には溝や凸形状および凹形状を入射端面部から反入射端面部方向に進むに従い増加させることによって、導光板に対して輝度量を得ることができる。しかし、側面側方向等に光のコーンの広がりを得ることができない課題がある。
【０００５】
また、従来の平面照明装置として、光源にＬＥＤ等の点光源を用い、導光板の側面に点光源を複数並べ、これら点光源に対向する位置の導光板の側面部にプリズム等の凸や凹の形状を設ける構成では、プリズムによって全体としては両側面方向に光が進む。しかし、光源が点光源であるため、個々の光源からの左右方向に進む光線が左右方向で重なり合ってしまう部分が存在してしまい、全体として部分的な明暗が発生してしまう課題がある。
【０００６】
さらに、図４に示すように、導光板３０の側面部６０より光源からの光線Ｌ１を入射した時、例えば導光板３０の材料をポリカーボネート（ＰＣ）樹脂とした場合、ポリカーボネート樹脂の屈折率ｎがｎ＝１．５９であるので、空気層から導光板３０内に入った光線Ｌ２やＬ３は０≦｜α｜≦ｓｉｎ^-1（１／ｎ）の式より（但し、ｎは空気層とし屈折率ｎ＝１）、導光板３０内に存在する光は略屈折角α＝±３８．９７１３°の範囲内にある。
【０００７】
また、屈折角α＝±３８．９７１３°の範囲内で導光板３０内に入射した光は、導光板３０と空気層（屈折率ｎ＝１）との境界面では、ｓｉｎγ＝（１／ｎ）の式により臨界角を表わすことができる。例えば一般の導光板３０に使用されている樹脂材料であるポリカーボネート樹脂の屈折率ｎはｎ＝１．５９程度であるので、臨界角γはγ＝３８．９７°程度になる。従って、導光板３０の表面部や裏面部および側面部６１，６２に光線を乱す溝、凸や凹等が無ければ、導光板３０内の光が表面部や裏面部および側面部６１，６２で全てＬ４のように全反射しながら入射側の側面部６０の反対側方向へ進む。
【０００８】
このように、従来の導光板における光源近傍の側面部は、光源に対して平行な平面を成しているので、屈折角αによって、導光板の隅等に十分な光線が行き渡らない課題がある。
【０００９】
この発明は、このような課題を解決するためなされたもので、その目的は表面部と裏面部とに直角に交わる側面部の少なくとも一側面部に底辺とこれに接続する辺と成す角が導光板材料における臨界角に略等しい二等辺三角形状の突出部を少なくとも一つ突出して設け、この突出部を円弧状または矩形状に欠切させた形状の導光板と、突出部の近傍に光源を備えることにより、無駄なく光源からの光線を導光板内に入射できるとともに隅まで明るく斑のない出射光を得ることができる導光板および平面照明装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に係る導光板は、少なくとも一側面部に底辺とこれに接続する辺と成す角が当該導光板材料における臨界角に略等しい二等辺三角形状の突出部が少なくとも一つ突出して設けられることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に係る導光板は、少なくとも一側面部に底辺とこれに接続する辺と成す角が当該導光板材料における臨界角に略等しい二等辺三角形状の突出部が少なくとも一つ突出して設けられるので、導光板に入射した光線の最大屈折角と導光板に設けた突出部の辺と等しい角度で入射することができる。
【００１２】
また、請求項２に係る導光板は、突出部を円弧状または矩形状に欠切させた形状であることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る導光板は、突出部を円弧状または矩形状に欠切させた形状であるので、導光板の近傍に設けた光源からの光線を漏れなく導光板に入射させることができる。
【００１４】
さらに、請求項３に係る平面照明装置は、光源と、当該光源からの光を出射する表面部または裏面部と、これら表面部と裏面部とに直角に交わる側面部とを有する導光板とを具備し、導光板は少なくとも一側面部に底辺とこれに接続する辺と成す角が当該導光板材料における臨界角に略等しい二等辺三角形状の突出部が少なくとも一つ突出して設けられ、この突出部を円弧状または矩形状に欠切させた形状とし、この欠切させた近傍に光源を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る平面照明装置は、光源と、当該光源からの光を出射する表面部または裏面部と、これら表面部と裏面部とに直角に交わる側面部とを有する導光板とを具備し、導光板は少なくとも一側面部に底辺とこれに接続する辺と成す角が当該導光板材料における臨界角に略等しい二等辺三角形状の突出部が少なくとも一つ突出して設けられ、この突出部を円弧状または矩形状に欠切させた形状とし、この欠切させた近傍に光源を備えるので、光源からの光線を漏れなく導光板に入射させ、入射した光線の最大屈折角と導光板に設けた突出部の辺と等しい角度で入射することが出来る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づき説明する。
なお、本発明は、導光板の少なくとも一側面部に底辺とこれに接続する辺と成す角が当該導光板材料における臨界角に略等しい二等辺三角形状の突出部を少なくとも一つ突出して設け、この突出部を円弧状または矩形状に欠切させた形状部を入射部とし、この欠切させた近傍に光源を備えた導光板および平面照明装置である。そして、この構成により、光源からの光線を欠切させた形状の入射部で漏れなく導光板に入射させて、入射した光線の最大屈折角と導光板に設けた突出部の辺と等しい角度で入射するので、屈折した光線が突出部の辺に沿って導光板内に進み、導光板の隅々まで光線が行き届き、明るい出射光を得ることができるという目的を達成している。
【００１７】
図１は本発明に係る平面照明装置の概略構成を示す分解斜視図、図２および図３は入射部を複数設けた構成を示す図である。
【００１８】
光源２は、半導体発光素子であって、例えばＬＥＤやレーザ等からなる。この光源２としては、単色光やＲＧＢ（赤色、緑色、青色）からなる白色や蛍光材料を用いて波長変換することによって白色光にしたものも用いられる。また、図２や図３（ｃ），（ｄ）に示すように、複数の突出部８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄによる複数の入射部７を持つ場合には、各入射部７に異なる発光色の光源２を用いて導光板３全体から白色の光を出射しても良い。
【００１９】
導光板３は、屈折率が１．４〜１．７程度の透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）等で形成される。導光板３は、表面部４と裏面部５とに直角に交わる側面部６を有する。なお、図示の例における導光板３は、厚さを一定としたが、光源２から遠ざかるほど厚さを薄くなる楔形状の導光板としても良い。
【００２０】
まず、導光板３としては、図１および図３（ａ）に示す構成のものを採用することができる。図１および図３（ａ）に示す導光板３は、一つの側面部６から突出して突出部８が設けられている。この突出部８は、二つの相対する側面部６の一端を結ぶ仮想線ＩＬを底辺とし、この底辺にそれぞれ接続する辺６ａおよび辺６ｂと成す角θが導光板３の材料における臨界角γに略等しい二等辺三角形状となっている。突出部８の先端部は、円弧状に欠切された形状となっており、この欠切部分が光源２からの光が入射される入射部７を形成している。
【００２１】
そして、例えば導光板３の材料としてポリカーボネート樹脂材を用いた場合には、ポリカーボネート樹脂の屈折率ｎがｎ＝１．５９程度であり、屈折角αはα＝３８．９７°程度となる。従って、この場合には、仮想線ＩＬと辺６ａおよび辺６ｂとの成す角θもθ＝３８．９７°程度となる二等辺三角形状の突出部８を一つの側面部６に突出して設ける。尚、この時、臨界角γはγ＝３８．９７°程度になる。
【００２２】
また、導光板３の材料としてアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）材を用いた場合には、アクリル樹脂の屈折率ｎがｎ＝１．４９程度であり、屈折角αはα＝４２．３８°程度となる。従って、この場合には、仮想線ＩＬと辺６ａおよび辺６ｂとの成す角θもθ＝４２．３８°程度となる二等辺三角形状の突出部８を一つの側面部６に突出して設ける。尚、この時、臨界角γはγ＝４２．３８°程度になる。
【００２３】
さらに、導光板３としては、図２および図３（ｃ）に示す構成のものを採用することができる。図２および図３（ｃ）に示す導光板３は、一つの側面部６に同一形状の二つの突出部８Ａ，８Ｂが並設されたものである。突出部８Ａは、一つの側面部６に二つの相対する側面部６の一端を結ぶ仮想線ＩＬを底辺とし、この底辺にそれぞれ接続する辺６ａ１および辺６ｂ１と仮想線ＩＬと成す角θが導光板３の材料の屈折角αに略等しい二等辺三角形状に形成される。突出部８Ｂも同様に、一つの側面部６に二つの相対する側面部６の一端を結ぶ仮想線ＩＬを底辺とし、この底辺にそれぞれ接続する辺６ａ２および辺６ｂ２と仮想線ＩＬと成す角θが導光板３の材料の屈折角αに略等しい二等辺三角形状に形成される。各突出部８Ａ，８Ｂの先端部は、円弧状に欠切された形状となっており、この欠切部分が光源２からの光が入射される入射部７（７Ａ，７Ｂ）を形成している。
【００２４】
このように、本例の導光板３は、導光板３に入射する光が材料に依存する屈折率による屈折角αの最大屈折角と、導光板３に設けた突出部８（および８Ａ，８Ｂ）の辺６ａや６ｂ（および６ａ１，６ｂ１，６ａ２，６ｂ２）と仮想線ＩＬと成す角度θとが等しい角度となっている。これにより、導光板３に対して無駄なく光を入射することができる。しかも、屈折角αと臨界角γとが概略同等な角度であるため、側面部６に達した光線が側面部６で全反射をしながら入射部７（および７Ａ，７Ｂ）の反対方向に伝播し、導光板３の隅々まで光線を導くことができる。
【００２５】
また、図２にように、複数の突出部８Ａ，８Ｂを設けた時は、導光板３のサイズが大きい場合や必要輝度が高い場合等、さらに導光板３からの出射光を２〜３種類の色変化させる場合に用いられる。例えば光源２Ａに緑色発光、光源２Ｂに赤色発光の半導体発光素子を用いれば、光源２Ａのみの時に緑色を、光源２Ｂのみの時に赤色を、光源２Ａと光源２Ｂとを同時に発光させて橙色を出射させることができる。もちろん光源２Ａに青色発光素子と光源２Ｂに黄色発光素子を用いることで白色の出射光を得ることもできる。
【００２６】
さらに、導光板３の表面部４や裏面部５には、図示しない円弧形状、楕円、多角柱および多角錐等からなる凹形状または凸形状やドットパターンおよびプリズム形状が形成されている。この表面部４や裏面部５に形成された部分により、光源２から入射した光を屈折、拡散、反射および散乱等させ、表面部４や裏面部５から光を出射する。
【００２７】
ところで、本例に採用される導光板３は、二等辺三角形状の突出部８の先端部を図３（ａ），（ｃ），（ｄ）に示すような円弧状に欠切した形状の入射部７としたり、図３（ｂ）に示すような矩形状に欠切した形状の入射部７とすることができる。
【００２８】
図３（ａ），（ｃ），（ｄ）に示す円弧状に欠切された形状の入射部７（７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ）は、光源２が半導体発光素子のような点光源の場合に、光の伝播が放射状の同心円弧状に発散されているので、入射部７を光源２の出射光の発散形状と同じ形状にすることで無駄なく光源２からの光線を入射することができる。
【００２９】
また、図３（ｂ）に示す矩形状に欠切された形状の入射部７は、光源２が半導体発光素子のような点光源であっても、また光源２の左右方向に出射した光線でも、矩形状の両側壁７ａ，７ａから導光板３内に無駄なく光源２からの光線を入射することができる。
【００３０】
さらに、図３（ｄ）に示すように、大きな導光板３や高輝度等用途に合わせて導光板３の材料での屈折角αと仮想線ＩＬとなす角θに略等しい二つの角を持つ二等辺三角形状の突出部８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄを設けることにより色々の変化ができ柔軟な設計対応をすることができる。
【００３１】
このように、本発明の導光板および平面照明装置は、導光板の少なくとも一側面部に底辺とこれに接続する辺と成す角が当該導光板材料における臨界角に略等しい二等辺三角形状が少なくとも一つ突出し、この突出部を円弧状または矩形状に欠切させた形状部を入射部とし、この欠切させた近傍に光源を備えるので、光源からの光線を欠切させた形状の入射部で漏れなく導光板に入射させて、入射した光線の最大屈折角と導光板に設けた突出部の辺と等しい角度で入射するので、屈折した光線が突出部の辺に沿って導光板内に進むため、導光板の隅々まで光線が行き届き、導光板の大きさに左右されずに、明るい出射光を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る導光板は、少なくとも一側面部に底辺とこれに接続する辺と成す角が当該導光板材料における臨界角に略等しい二等辺三角形状の突出部が少なくとも一つ突出して設けられるので、導光板に入射した光線の最大屈折角と導光板に設けた突出部の辺と等しい角度で入射することにより、導光板に対して無駄なく光を入射することができる。しかも、屈折角αと臨界角γとが概略同等な角度であるので、側面部に達した光線が側面部で全反射をしながら入射部の反対方向に伝播され、導光板の隅々まで光線を導くことができる。
【００３３】
また、請求項２に係る導光板は、突出部を円弧状または矩形状に欠切させた形状であるので、導光板の近傍に設けた光源からの光線を漏れなく導光板に入射させることができ、効率良く明るい出射光が得られる。
【００３４】
さらに、請求項３に係る平面照明装置は、光源と、当該光源からの光を出射する表面部または裏面部と、これら表面部と裏面部とに直角に交わる側面部とを有する導光板とを具備し、導光板は少なくとも一側面部に底辺とこれに接続する辺と成す角が当該導光板材料における臨界角に略等しい二等辺三角形状の突出部が少なくとも一つ突出して設けられ、この突出部を円弧状または矩形状に欠切させた形状とし、この欠切させた近傍に光源を備えるので、光源からの光線を漏れなく導光板に入射させ、入射した光線の最大屈折角と導光板に設けた突出部の辺と等しい角度で入射することが出来る。このため、導光板の隅々まで光線を導き、効率良く明るい出射光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る平面照明装置の略斜視構成図
【図２】本発明に係る平面照明装置の略斜視構成図
【図３】（ａ）〜（ｄ）本発明に係る導光板の略平面図
【図４】従来の導光板の側面部より光源からの光線を入射したときの光線の軌跡を示す図
【符号の説明】
１…平面照明装置、２…光源、３…導光板、４…表面部、５…裏面部、６…側面部、６ａ，６ｂ，６ａ１，６ａ２，６ｂ１，６ｂ２…辺、７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ…入射部、７ａ…両側壁、８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ…突出部、ＩＬ…仮想線、α…屈折角、θ…屈折角αと仮想線ＩＬとなす角、ｎ…屈折率、γ…臨界角。

Claims

表面部と裏面部とに直角に交わる側面部を有する導光板において、少なくとも一側面部に底辺とこれに接続する辺と成す角が当該導光板材料における臨界角に略等しい二等辺三角形状の突出部が少なくとも一つ突出して設けられることを特徴とする導光板。
前記突出部は、円弧状または矩形状に欠切させた形状であることを特徴とする請求項１記載の導光板。
光源と、当該光源からの光を出射する表面部または裏面部と、これら前記表面部と前記裏面部とに直角に交わる側面部とを有する導光板とを具備し、前記導光板は少なくとも一側面部に底辺とこれに接続する辺と成す角が当該導光板材料における臨界角に略等しい二等辺三角形状の突出部が少なくとも一つ突出して設けられ、この突出部を円弧状または矩形状に欠切させた形状とし、この欠切させた近傍に前記光源を備えることを特徴とする平面照明装置。