JP4824600B2 - 面状照明装置、面状照明装置の評価方法及びこれを用いる製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、相異なる光を発生する複数の発光素子からの光を加色混合して照明光を生成する光源であって、照明光中において少なくとも一つの発光素子からの光を変換するための有機色素を含む波長変換部材を備え、該変換によって前記照明光の演色性向上するようにしたことを特徴とする光源が記載されている。また、一例として、RGBの3つの発光素子と、発光素子からの光を変換するための有機色素を含む波長変換部材を備える光源が記載されている。
特許文献2には、窒素物系化合物半導体から成る発光層を有する発光素子と、発光波長変換部材とを備えた半導体発生装置において、発光波長変換部材は、発光素子からの発光の少なくとも一部を吸収して発光素子からの発行波長よりも長い波長の光を発生するR3M5O12:Ce、Prの一般式で表される蛍光体であり、Rはイットリウム(Y)及びガドリニウム(Gd)のうち少なくとも1元素、Mはアルミニウム(Al)及びガリウム(Ga)のうち少なくとも1元素であることを特徴とする半導体発光装置が記載されている。
特許文献3には、青色光を発光する青色LEDと、赤色光を発光する赤色LEDと、この青色LEDと赤色LEDを覆うYAG:Geの蛍光体とを備えるLEDランプが記載されている。
特許文献4には、可視光線または紫外線を射出する励起光源と、光が照射されることにより、黄色の光または緑色の光を発する蛍光体層と、光が照射されることにより赤色の光を発する半導体層とを有する白色光源が記載されている。
このため、これらのLEDを光源として用いた面状照明装置では、演色性の低くなる、もしくは光利用効率が低くなるという問題がある。
また、本発明の他の目的は、光射出面から演色性が高く、輝度むらのないまたは低減された光を射出することができ、かつ光射出面を大型化でき、かつ装置として薄型化することができる面状照明装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、面状照明装置の演色性を評価することができる面状照明装置の評価方法及びこれを用いる製造方法を提供することにある。
また、前記主要LEDは、青色光を発光する青色LEDと、黄色の蛍光体層とを有し、前記青色LEDから射出された光が前記蛍光体層を透過することで白色光を射出させることが好ましい。
また、前記補助用LEDユニットは、赤色光を発光する赤色LEDであることが好ましい。
さらに、前記補助用LEDユニットを構成するLEDから射出される光の強度は、前記主要LEDから射出される光の強度の5%以上50%未満であることが好ましい。
1.1≦Φ・Np・LG・KC≦8.2
(ただし、散乱粒子の散乱断面積をΦ、前記光入射面から厚みが最大となる位置までの前記導光板の光の入射方向における長さをLG、散乱粒子の密度をNp、補正係数をKCとし、KCを0.005以上0.1以下とする)
また、前記主要LEDは、擬似白色を発光する擬似白色LEDまたは白色を発光する白色LEDであることが好ましい。
ここで、擬似白色のLEDとは、可視的に白色に近いあるいは白色に見える光を射出するLEDであり、例えば、主要ピーク波長が2つの2波長型のLEDと、主要ピーク波長が3つの3波長型のLED等がある。
さらに、上記式(1)及び式(2)を満たすことで、演色性をより向上させることができる。
また、本発明の第3の態様によれば、高い光利用効率で、演色性が高い光を光射出面から射出させる面状照明装置を製造することができる。
図1(A)は、本発明の第1の実施形態に係る面状照明装置を備える液晶表示装置の概略を示す斜視図であり、図1(B)は液晶表示装置の概略断面図である。また、図2(A)は、本発明に係る面状照明装置(バックライトユニット)に用いられる導光板と光源の概略平面図であり、図2(B)は、導光板の概略断面図である。
液晶表示装置2は、面状照明装置10と、その面状照明装置10の光射出面側に配置される液晶表示パネル4と、液晶表示パネル4を駆動する駆動ユニット6とを有する。
駆動ユニット6は、液晶表示パネル4内の透明電極に電圧をかけ、液晶分子の向きを変えて液晶表示パネル4を透過する光の透過率を制御する。
2つの光源12は、図1(B)に示されるように、そられの間に導光板18が挟まれるように配置されている。光源12は、図3に示すように、列状(ライン状)の配置された複数の擬似白色LED40と、擬似白色LED40に対応して配置された複数の補助用LEDユニット42と、擬似白色LED40と補助用LEDユニット42とを支持する支持体44とを有する。
一例として、LEDチップとしてGaN系青色LEDを用い、蛍光物質としてYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光物質を用いた構成がある。また、他の一例としては、LEDチップとして、紫外線LEDを用い、蛍光物質として、赤色としてBaMgEuMn系蛍光物質,緑色としてZns系やSrAlEu系蛍光物質,青色としてSrBaMg系蛍光物質を用いた構成がある。ここで、本実施形態で用いた赤色の蛍光物質及び青色の蛍光物質は,その化学構成によって吸収および励起波長が変化する。
また、上述したように複数の擬似白色LED40は、列状に配置されている。
本実施形態では、赤色LED42aは、中心波長630nmの光を射出するLEDであり、青色LED42bは、中心波長480nmの光を射出するLEDである。
なお、本実施例では、赤色LEDと、青色LEDを用いたが、緑色等の単色の光を発光するLEDを用いることもできる。
なお、本発明の補助用LEDユニットは、擬似白色LEDとは異なる発光波長の光を発光するLEDを1種類または複数種組み合わせた構成を用いることができる。この点については後ほど説明する。
ここで、支持体44は、銅やアルミニウム等の熱伝導性の良い金属で形成することが好ましい。支持体44を熱伝導性の良い金属で形成することで、擬似白色LED及び補助用LEDユニットから発生する熱を吸収し、外部に放散させるヒートシンクとしての機能させることができる。
なお、補助用LEDユニット42は、支持体44に直接固定することに限定されず、補助用LEDユニット42を支持体以外の周辺の部材に固定してもよい。
導光板18は、図2(A)に示すように、略矩形形状の平坦な光射出面18aと、光射出面18aの反対側に位置し、光射出面18aの一辺に平行で、光射出面18aを2等分する2等分線Xに対して互いに対称で、光射出面18aに対して所定の角度で傾斜する2つの傾斜面(第1傾斜面18bと第2傾斜面18c)と、2つの光源12に対向し、それら光源12からの光が入射される2つの光入射面(第1光入射面18dと第2光入射面18e)とを有している。第1傾斜面18b及び第2傾斜面18cは、2等分線Xを境にして、光射出面18aに対し傾斜している。導光板18は、第1光入射面18d及び第2光入射面18eから中央に向かうに従って厚さが厚くなっており、中央部が最も厚く、両端部が最も薄くなっている。
つまり、導光板18は、略板状形状であり、光射出面18aが板の正面(面積の大きい面)、第1光入射面18d及び第2光入射面18eが板の側面(厚み方向の細長い面)、第1傾斜面18b及び第2傾斜面18cが板の裏面となる。
光射出面18aに対する第1傾斜面18b及び第2傾斜面18cの角度は特に限定されない。
このような導光板18は、押出成形法や射出成形法を用いて製造することができる。
T=I/I0=exp(−ρ・x)・・・(A)
ここで、xは距離、I0は入射光強度、Iは出射光強度、ρは減衰定数である。
ρ=Φ・Np・・・(B)
したがって、導光板の光軸方向の半分の長さをLGとすると、光の取り出し効率Eoutは、下記式(C)で与えられる。ここで、導光板の光軸方向の半分の長さLGは、導光板18の光入射面に垂直な方向における導光板18の一方の光入射面から導光板18の中心までの長さとなる。
また、光の取り出し効率とは、入射光に対する、導光板の光入射面から光軸方向に長さLG離間した位置に到達する光の割合であり、例えば、図2に示す導光板18の場合は、端面に入射する光に対する導光板の中心(導光板の光軸方向の半分の長さとなる位置)に到達する光の割合である。
Eout∝exp(−Φ・Np・LG)・・・(C)
Eout=exp(−Φ・Np・LG・KC)・・・(D)
この結果より、Φ・Np・LG・KCの値が大きくなると、光の取り出し効率Eoutが低くなることが分かる。光は導光板の光軸方向へ進むにつれて散乱するため、光の取り出し効率Eoutが低くなると考えられる。
ここで、Φ・Np・LG・KCの値は大きくすると、導光板18の光射出面18aから出射する光の照度むらが顕著になるが、Φ・Np・LG・KCの値を8.2以下とすることで、照度むらを一定以下(許容範囲内)に抑えることができる。なお、照度と輝度は略同様に扱うことができる。従って、本発明においては、輝度と照度とは、同様の傾向があると推測される。
以上より、本発明の導光板のΦ・Np・LG・KCの値は、1.1以上かつ8.2以下であるという関係を満たすことが好ましく、2.0以上かつ7.0以下であることがより好ましい。また、Φ・Np・LG・KCの値は、3.0以上であればさらに好ましく、4.7以上であれば最も好ましい。
また、補正係数KCは、0.005以上0.1以下であることが好ましい。
まず、散乱断面積Φ、粒子密度Np、導光板の光軸方向の半分の長さLG、補正係数KCを種々の値とし、Φ・Np・LG・KCの値が異なる各導光板について、計算機シミュレーションにより光利用効率を求め、さらに照度むらの評価を行った。ここで、照度むら[%]は、導光板の光射出面から射出される光の最大照度をIMaxとし、最小照度をIMinとし、平均照度をIAveとしたときの[(IMax−IMin)/IAve]×100とした。
測定した結果を下記表1に示す。また、表1の判定は、光利用効率が50%以上かつ照度むらが150%以下の場合を○、光利用効率が50%より小さいまたは照度むらが150%より大きいの場合を×として示す。
また、図4に、Φ・Np・LG・KCの値と光利用効率(光入射面に入射する光に対して光射出面から射出される光の割合)との関係を測定した結果を示す。
また、Kcを0.005以上とすることで、光利用効率を高くすることができ、0.1以下とすることで、導光板からの射出される光の照度むらを小さくすることができることがわかる。
このようにして種々の粒子密度の導光板について、それぞれ光射出面から射出される光の照度分布を測定した結果を図5に示す。図5は、縦軸を照度[lx]とし、横軸を導光板の一方の光入射面からの距離(導光長)[mm]とした。
図6に、算出した照度むらと粒子密度との関係を示す。図6では、縦軸を照度むら[%]とし、横軸を粒子密度[個/m3]とした。また、図6には、横軸を同様に粒子密度とし、縦軸を光利用効率[%]とした、光利用効率と粒子密度との関係も併せて示す。
ここで、Φ・Np・LG・KCを1.1以上8.2以下とすることで、光利用効率を50%以上とし、かつ、照度むらを150%以下とすることができる。照度むらを150%以下とすることで、照度むらを目立たなくすることができる。
つまり、Φ・Np・LG・KCを1.1以上8.2以下とすることで、光利用効率を一定以上とし、かつ照度むらも低減することができることがわかる。
プリズムシート16は、導光板18の光射出面18a上に配置されている。このプリズムシートは16は、複数のプリズムを平行に配列させることにより形成される透明なシートであり、導光板18の光射出面18aから出射する光の集光性を高めて輝度を改善することができる。
ここで、プリズムを対称形状とする場合は、プリズムの頂角を挟む長さの等しい二本の直線の成す角度を、55°以上80°以下とすることが好ましく、プリズムを非対称形状とする場合は、プリズムの頂角の頂点からプリズムの底辺に対する垂線とプリズムの頂角を挟む長さの異なる直線のうちの片方の直線とが成す角度が0°≦θ1≦15、プリズムの頂角の頂点からプリズムの底辺に対する垂線とプリズムの頂角を挟む長さの異なる直線のうち他方の直線とが成す角度を30°≦θ2≦45°とすることが好ましい。
プリズムシートのプリズムを上記角度を満足する形状とすることで、光利用効率を向上させ、かつ正面輝度も向上させることができる。
また、これらプリズムシートは、そのプリズムの頂角が導光板18の光射出面18a側に向くように配置されることが好ましい。
また、図示例ではプリズムシート26を用いたが、プリズムシート26の代わりに、プリズムに類する光学素子を規則的に配置したシートを用いることもできる。例えば、レンチキュラーレンズ、凹レンズ、凸レンズ、ピラミッド型など、レンズ効果を有する光学素子を規則的に配置したシートをプリズムシートの代わりに用いることもできる。
拡散フィルム14は、図1に示されるように、プリズムシート16と液晶パネル4との間に配置される。拡散フィルム14は、フィルム状部材に光拡散性を付与して形成される。フィルム状部材は、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PP(ポリプロピレン)、PC(ポリカーボネート)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、ベンジルメタクリレート、MS樹脂、あるいはCOP(シクロオレフィンポリマー)のような光学的に透明な樹脂を材料に形成することができる。
拡散フィルム14の製造方法は特に限定されないが、例えば、フィルム状部材の表面に微細凹凸加工や研磨による表面粗化を施して拡散性を付与したり、表面に光を散乱させるシリカ、酸化チタン、酸化亜鉛等の顔料や、樹脂、ガラス、ジルコニア等のビーズ類をバインダとともに塗工したり、上記顔料やビーズ類を上記透明な樹脂中に混練したりすることで形成することができる。他には、反射率が高く光の吸収が低い材料で、例えば、Ag、Alのような金属を用いて形成することもできる。
本発明において、拡散フィルム14としては、マットタイプやコーティングタイプの拡散フィルムを用いることができる。
このように拡散フィルム14を導光板18の光射出面から所定の間隔だけ離すことにより、導光板18の光射出面から射出する光が、光射出面と拡散フィルム14の間で更にミキシング(混合)される。これにより、拡散フィルム14を透過して液晶表示パネル4を照明する光の輝度を、より一層均一化することができる。
拡散フィルム14を導光板18の光射出面から所定の間隔だけ離す方法としては、例えば、拡散フィルム14と導光板18との間にスペーサを設ける方法などを用いることができる。
反射シート22は、導光板18の傾斜面18c、18dから漏洩する光を反射して、再び導光板18に入射させるものであり、光の利用効率を向上させることができる。反射シート22は、導光板18の傾斜面18c及び18dをそれぞれ覆うように中央部で折り曲げられて形成される。
反射シート22は、導光板18の傾斜面18c、18dから漏洩する光を反射することができるものであれば、どのような材料で形成されてもよく、例えば、PETやPP(ポリプロピレン)等にフィラーを混練後延伸することによりボイドを形成して反射率を高めた樹脂シート、透明もしくは白色の樹脂シート表面にアルミ蒸着などで鏡面を形成したシート、アルミ等の金属箔もしくは金属箔を担持した樹脂シート、あるいは表面に十分な反射性を有する金属薄板により形成することができる。
面状照明装置10は、光源12の擬似白色LED40と、補助用LEDユニット42(赤色LED42a及び青色LED42b)とから射出された光が、第1光入射面18d及び第2光入射面18eから導光板18に入射する。導光板18に入射した光は、導光板18内部を通過し、散乱粒子により散乱されながら、直接、もしくは、第1傾斜面18b及び第2傾斜面18cで反射した後、光射出面18aから射出される。また、第1傾斜面18b及び第2傾斜面18cから漏出した一部の光は、反射シート22で反射され再び導光板18内部に入射し、光射出面18aから射出される。
導光板18の光射出面18aから射出された光は、プリズムシート16及び拡散フィルム14を透過して、拡散、散乱されて射出される。
また、擬似白色LEDと補助用LEDユニットとを別々にすることで、補助用LEDユニットから射出される光の利用効率を高くすることができる。
また、擬似白色LEDと補助用LEDユニットを別々に設けた構成としても光源から入射する光は導光板で混色される。このため、擬似白色LEDと補助用LEDユニットを別々に配置しても、色むらのない光を光射出面から射出させることができる。
図7(B)は、補助用LEDユニット52を、赤色LED52aと、緑色LED52bと青色LED52cで構成した場合の他の配置例である。図7(B)に示すように、擬似白色LED50の間に、赤色LED52aと、緑色LED52bと、青色LED52cとを直線状に配置した構成としてもよい。
さらに、上述の補助用LEDは、異なる2種類以上のLEDを組み合わせたが、補助用LEDを単色、つまり一種類のLED、例えば、図7(C)に示すように、補助用LEDユニットを赤色LED62のみとすることもできる。
また、上記実施形態では、いずれも補助LEDユニットを擬似白色LEDと隣接する擬似白色LEDとの間に配置したが、これに限定されず、擬似白色LEDの近傍であればよく、例えば、図7(A)中上下方向、つまり、複数の擬似白色LEDの延在方向に垂直な方向の擬似白色LEDの近傍に補助用LEDユニットを配置してもよい。
まず、基準光の相対分光分布を測定する。ここで、本発明においては、相関色温度6500KのCIE昼光(D65)を基準光として定義する。
基準光の相対分光分布をD65(λ)、演色評価数算出用の試験色の反射スペクトルをTi(λ)とすると、基準光の三刺激値は、下記式(3)、式(4)のように表される。
このようにして算出した、K(R)、K(G)、K(B)及びRa’/Raに基づいて演色性を評価する。
このように、K(R)、K(G)、K(B)及びRa’/Raに基づいて演色性を評価することで、光源から射出される光の演色性を正確に評価することができ、かつ擬似白色LEDとの対比を簡単に行うことができる。また、本評価方法を用いて光源を設計することで、所望の演色性を有する面状照明装置を作成することが可能となる。
また、K(R)、K(G)、K(B)及びRa’/Raが上記式(1)及び式(2)を満足するか否かを基準として評価することにより、演色性をより正確に判断することができる。
また、擬似白色LEDの光の強度αと、補助用LEDの光の強度βとの関係が、0.05≦(β/α)<0.5を満たすことが好ましい。αとβとの関係が上記範囲を満たすことで、本発明の効果をより好適に得ることができる。
なお、補助用LEDユニットとして、中心波長の異なる2種以上のLEDを組み合わせる場合は、補助用LEDユニットのそれぞれの種類のLEDの光の強度βi(i=1,2,3,・・・)と、擬似白色LEDの光強度αとも、0.05≦(βi/α)<0.5を満たしていることが好ましい。
また、本実施形態では、擬似白色LEDに対して補助用LEDを小さくしたが、擬似白色LEDの大きさと補助用LEDユニットの大きさとの関係は特に限定されず、例えば、擬似白色LEDと補助用LEDとを同じ大きさとしてもよい。
このようにして、面状照明装置を製造することにより、演色性の高い面状照明装置を製造することができる。
本実施例では、擬似白色LEDとして、青色LEDとYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系を蛍光物質とを組み合わせたLumileds社製Luxeon Flashを用いた。
また、補助用LEDユニットの赤色LEDとしては、中心波長が630nmまたは650nmの光を発光するLEDを、緑色LEDとしては、中心波長が520nmの光を発光するLEDを、青色LEDとしては、中心波長が470nmまたは480nmの光を発光するLEDを実施例に応じて各種組み合わせた。また、補助用LEDユニットのLEDには、スペクトル半値角が約30度のLEDを用いた。
図8に、擬似白色LEDと、中心波長630nmの光を発光する赤色LED、中心波長520nmの光を発光する緑色LED、中心波長470nmの光を発光する青色LEDの分光特性を示す。ここで、図8のグラフの縦軸は相対強度[a.u.]であり、横軸は、波長[nm]である。
上記擬似白色LED及び補助用LEDユニットのLEDを各種組み合わせた結果を下記表2及び表3に示す。
ここで、表2、表3中No1は、擬似白色LEDのみを光源として用いた比較例であり、No2〜No14が、種々のLEDを組み合わせた補助用LEDユニットと擬似白色LEDとを光源として用いた本発明の実施例である。
表2には、光源として用いた擬似白色LED、補助用LEDユニットのLEDの中心波長と配置割合、また測定した演色評価数R1〜R8及び算出した平均演色評価数Raを示す。ここで、表2の補助用LEDの欄の上段は、LEDの中心波長、下段は、擬似発光LEDに対する割合を示す。
表3には、測定した結果から算出した、平均演色評価数Ra、K(R)、K(G)、K(B)および判定結果を示す。
また、表3において、判定は、光源として用いた擬似白色LEDのみを用いた場合よりも、K(R)、K(G)、K(B)が1つでも高くなった場合は△を、K(R)、K(G)、K(B)の少なくとも1つとRaが高くなった場合は○を、Ra、K(R)、K(G)、K(B)のすべてが高くなった場合を◎、Ra、K(R)、K(G)、K(B)のすべてが平均的に高くなった場合を◎◎とした。
特に、表2及び表3のNo13の実施例、つまり、擬似白色LEDを1に対して、補助用LEDユニットとして赤色LED(中心波長630nm)を0.1、緑色LED(中心波長520nm)を0.1、青色LED(中心波長470nm)を0.1の割合で配置した場合は、全ての色に対する演色性を高くすることができることがわかる。
ここで、図9のグラフの縦軸は相対強度[a.u.]であり、横軸は、波長[nm]である。
図9のグラフに示すように、射出される光の相対強度の点からも、No9、No13の組み合わせの光源を用いた面状照明装置は、擬似白色LEDのみのNo1の面状照明装置よりも赤色領域、青色領域の波長の射出量が大きくなっていることがわかる。
光入射面となる第1光入射面18d、第2光入射面18eの表面粗さRaを380nmよりも小さくすることで、導光板表面の拡散反射を無視することができ、つまり、導光板表面での拡散反射を防止することができ、入射効率を向上させることができる。
また、光射出面18aの表面粗さRaを380nmよりも小さくすることで、導光板表面の拡散反射透過を無視することができ、つまり導光板表面での拡散反射透過を防止することができ、全反射により奥まで光を伝えることができる。
さらに、光反射面となる第1傾斜面18b、第2傾斜面18cの表面粗さRaを380nmよりも小さくすることで、拡散反射を無視することができ、つまり光反射面での拡散反射を防止でき、全反射成分をより奥まで伝えることができる。
このように第1傾斜面18b及び第2傾斜面18cにプリズム列を形成することで、傾斜面から光入射面へ効率よく光を反射させることができる。
このようなプリズム列の代わりに、プリズムに類する光学素子を規則的に形成してもよい。例えば、レンチキュラーレンズ、凹レンズ、凸レンズ、ピラミッド型など、レンズ効果を有する光学素子を導光板の傾斜面に形成することもできる。
D1<D2 かつ、
1/1000<(D2−D1)/(L/2)<1/10
の関係を満たすことが好ましい。
さらに、導光板は、
D1<D2 かつ、
27/100000<(D2−D1)/(L/2)<26/1000
導光板の重量に対する混入された散乱粒子の重量の割合:Npaの範囲が
0.04%Wt<Npa<0.25%Wt
の関係を満たすように改良することがより好ましい。上記関係を満足する形状とすることで出射効率を30%以上に向上させることができる。
さらに、導光板は、
D1<D2 かつ、
66/100000<(D2−D1)/(L/2)<26/1000
導光板の重量に対する混入された散乱粒子の重量の割合:Npaの範囲が
0.04%Wt<Npa<0.25%Wt
の関係を満たすように改良することがさらに好ましい。上記関係を満足する形状とすることで、出射効率を40%以上に向上させることができる。
例えば、傾斜面を傾斜角の異なる複数の傾斜部で構成する場合は、中心側の傾斜部の傾斜角よりも光入射面側の傾斜部の傾斜角の方が大きくなる形状とすることが好ましい。また、傾斜面と入光部の接続部をR形状とすることも好ましく、傾斜面を非球面形状とすることも好ましい。
このようにして、導光板の傾斜面を、光入射面側に近づくに従って傾斜角が大きくなる形状とすることで、光射出面の光入射面近傍部分から射出される光の輝度が他の部分より高くなることを防止でき、光射出面から射出される光を均一にすることができる。
また、光の入射方向における傾斜面のR形状の端部から端部までの長さをLRとし、光射出面に平行な面と傾斜面とがなす角をθとしたとき、2R・sin(θ)≦LRを満たすことが好ましい。
また、LRは、LR≦(L/2)・[(L/2)/(D2−D1)]を満たすことが好ましい。
以上より、導光板は、2R・sin(θ)≦LR≦(L/2)・[(L/2)/(D2−D1)]を満たす形状であることがより好ましい。
このように、透明材料と可塑剤とを混合した材料で導光板を作製することで、導光板をフレキシブルにすること、つまり、柔軟性のある導光板とすることができ、導光板を種々の形状に変形させることが可能となる。従って、導光板の表面を種々の曲面に形成することができる。
これにより、例えば、導光板、または、この導光板を用いた面状照明装置を電飾(イルミネーション)関係の表示板として用いる場合に、曲率を持つ壁にも装着することが可能となり、導光板をより多くの種類、より広い使用範囲の電飾やPOP(POP広告)等に利用することができる。
偏光分離フィルムは、導光板の光射出面から出射する光のうち、所定の偏光成分、例えば、p偏光成分を選択的に透過させ、それ以外の偏光成分、例えば、s偏光成分の殆どを反射させることができる。偏光分離フィルムは、反射した光を導光板に再度入射させて、再利用することができるので、光の利用効率を高め、輝度を格段に向上させることができる。
偏光分離フィルムは、例えば、透明樹脂に針状粒子を混錬して分散させて得られた板材を延伸させて、針状粒子を所定の方向に配向させることによって得られる。
偏向分離フィルムと導光板とを一体化させることで、導光板18の光射出面18aと偏光分離フィルムとの間に空気を介在させることなく、互いを密着させることができる。
また、偏光分離フィルムと導光板18とをそれぞれ独立に製造し、導光板18の光射出側の面に偏光分離フィルムを貼り付けて設けても良い。
また、層構成は特に限定されず、偏光分離フィルムを導光板の光射出面の直上に設けても、拡散フィルムの上に設けても、プリズムシートの上に設けてもよい。また、偏光分離フィルムを拡散フィルムまたはプリズムシートと一体にしてもよい。
例えば、図1に示した面状照明装置10において、プリズムシートを用いず、拡散フィルムのみを光射出面上に複数枚配置した構成とすることもできる。この場合は、拡散フィルムを2枚以上配置することが好ましく、3枚配置することがより好ましい。
図10は、導光板と光源との間に光混合部を設けた面状照明装置の一例を示す概略断面図である。
図10に示した面状照明装置70は、光混合部72を設けたことを除いて、他の構成は、図1に示した面状照明装置10と同様の構成のものである。従って、両者で同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明は、省略する。
光混合部72A及び72Bは、それぞれ導光板の第1光入射面18dと光源12との間、導光板18の第2光入射面18eと光源12との間に設けられている。また、光混合部72A及び72Bは、それぞれ導光板18の第1光入射面18d及び第2光入射面18eと密着している。光混合部72A及び72Bは、透明な樹脂に、光を散乱する粒子が混入された柱状の光学部品であり、光源12から射出されて入射した光をミキシングする機能を有する。光混合部72A及び72Bの材料には、基本的には、導光板18と同じ材料を用いることができ、導光板18と同様に、内部に光を散乱させるための散乱体を含むことができる。光混合部72A及び72Bの内部に含有させる散乱体の密度等は、導光板18と同じであっても異なっていても良い。
また、光混合部72A及び72Bは、図10に示されるように、光源12に近接して配置されるため、耐熱性の高い材料を用いて形成されることが好ましい。
光入射面を服務光入射面側の一部を他の部分よりも屈折率の小さい部材とし、光源から射出された光を低屈折率部材に入射させることで、光源から射出され光入射面に入射する光のフレネルロスを低減し、入射効率を向上させることができる。
図11に、複数の導光板を用いた面状照明装置の一例を示す。なお、図11では、配置を明確に示すため、導光板18、18'、18''と光源12のみを示す。
光源12は、導光板18、18'、18''の各第1光入射面、第2光入射面に対向する位置に配置されている。これにより、導光板18、18'、18''の各第1光入射面、第2光入射面には、共通の光源12から出射された光が入射する。
また、図11には図示してないが、拡散フィルム、プリズムシートも、光源と同様に、複数の導光板により形成された光射出面を1つの拡散フィルム、プリズムシートで覆うようにすることが好ましい。
ここで、導光板は、光入射面から離れるに従って厚さが厚くなる形状とすることが好ましい。
光入射面から離れるに従って厚さが厚くなる形状の導光板は、図1及び図2に示した導光板18の形状に限定されず、例えば、導光板18が反転した形状、つまり図1に示した導光板の第1傾斜面及び第2傾斜面が、光射出面となり、平坦な面が裏面となる形状としてもよい。他の例としては、図1に示した導光板を中心線で分断した形状、つまり、光入射面が1面のみとなり、光入射面から離れるに従って、導光板の厚みが厚くなる形状としてもよい。また、導光板の側面のいずれの面に光源を配置し、4方の側面を光入射面とし、4つの光入射面から中央に向かうに従って、厚みが厚くなる形状、つまり、光射出面と反対側の面が四角錐形状となる形状としてもよい。
面状照明装置を円筒状、棒状とすることができ、例えば、室内照明、室外照明用の蛍光灯と同様に用いることができる。
4 液晶表示パネル
6 駆動ユニット
10、70 面状照明装置
12 光源
14 拡散フィルム
16 プリズムシート
18 導光板
18a 光射出面
18b 第1傾斜面
18c 第2傾斜面
18d 第1光入射面
18e 第2光入射面
22 反射シート
40、50 擬似白色LED
42、52、62 補助用LEDユニット
42a、52a 赤色LED
42b、52b 青色LED
52c 緑色LED
72A、72B 混合部
Claims (10)
- 光源と、前記光源から射出された光が入射する光入射面及び前記光入射面から入射した光を射出する光射出面を備える導光板とを有し、
前記光源は、前記光入射面に対向して配置され、2つ以上の主要ピーク波長を有する発光波長の光を発光する主要LEDと、前記主要LEDの近傍に配置され、前記主要LEDとは異なる発光波長の光を発光する、それぞれの中心発光波長が50nm以上離れた、赤色LED(例えば、中心波長630nm)、緑色LED(例えば、中心波長520nm)、及び青色LED(例えば、中心波長470nm)の組合せからなる補助用LEDユニットとを複数備え、
前記主要LEDは、擬似白色を発光する擬似白色LEDであり、前記補助用LEDユニットは、前記主要LEDの発光強度を1.0とした場合に、前記赤色LED、前記緑色LED、及び前記青色LEDの発光強度をそれぞれ0.1とすることを特徴とする面状照明装置。 - 前記導光板は、前記光入射面から離れるに従って前記光射出面に垂直な方向の厚みが厚くなる形状であり、
前記導光板の前記光入射面の厚みをD1、前記光入射面と反対側の面の厚み(中心厚み)をD2、前記導光板の光の入射方向の長さ(導光長)をLとした場合に、
D1<D2 かつ、
1/1000<(D2−D1)/(L/2)<1/10
の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の面状照明装置。 - 前記導光板は、前記光入射面から離れるに従って前記光射出面に垂直な方向の厚みが厚くなる形状であり、
前記導光板の前記光入射面の厚みをD1、前記光入射面と反対側の面の厚み(中心厚み)をD2、前記導光板の光の入射方向の長さ(導光長)をLとした場合に、
D1<D2 かつ、
27/100000<(D2−D1)/(L/2)<26/1000
の関係を満たし、
前記光入射面から入射して内部を伝搬する光を散乱する散乱粒子を含有し、
前記導光板の重量に対する混入された前記散乱粒子の重量の割合をNpaとした場合、そのNpaの範囲が、
0.04%Wt<Npa<0.25%Wt
の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載の面状照明装置。 - 前記導光板は、
66/100000<(D2−D1)/(L/2)<26/1000
の関係を満たすことを特徴とする請求項3に記載の面状照明装置。 - 前記導光板は、前記光射出面にそれぞれ対向する第1の傾斜面と第2の傾斜面とを有し、
前記第1の傾斜面及び前記第2の傾斜面は、前記光入射面側に近づくにつれてその傾斜角が大きくなる形状であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の面状照明装置。 - 前記第1の傾斜面と前記第2の傾斜面との接続部は、曲面形状であり、滑らかに接続することを特徴とする請求項5に記載の面状照明装置。
- 前記第1の傾斜面と前記第2の傾斜面との接続部は、R形状であり、滑らかに接続することを特徴とする請求項5に記載の面状照明装置。
- 前記接続部のR形状の曲率半径をR 1 とすると、曲率半径R 1 と導光板の光の入射方向の長さLとが、
3L≦R 1 ≦500L
の関係を満たすことを特徴とする請求項7に記載の面状照明装置。 - さらに、前記導光板は、その光射出面上に、プリズムシートを備え、
前記プリズムシートのプリズムの形状は対称形状であり、前記プリズムの頂角を挟む長さの等しい二本の直線の成す角度を、55°以上80°以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の面状照明装置。 - さらに、前記導光板は、その光射出面上に、プリズムシートを備え、
前記プリズムシートのプリズムの形状は非対称形状であり、前記プリズムの頂角の頂点から前記プリズムの底辺に対する垂線と前記プリズムの頂角を挟む長さの異なる直線のうちの片方の直線とが成す角度が0°≦θ 1 ≦15であり、もう片方が30°≦θ 2 ≦45°であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の面状照明装置。
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