JP2020013714A - 面状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輝度の均一性を向上する面状照明装置を提供すること。【解決手段】実施形態に係る面状照明装置は、基板と、導光板と、光反射部材とを備える。基板は、複数の光源が実装面に配列される。導光板は、実装面と対向する一方の主面に形成され、複数の光源を個別に収容する凹部を有し、凹部から光源の光が入射し、他方の主面である出射面から光が出射する。光反射部材は、凹部の内部において光源に対して出射面側に設けられ、出射面の沿面方向で光源から離れるほど肉薄となる。【選択図】図３

Description

本発明は、面状照明装置に関する。

従来、バックライトとも呼ばれ、液晶表示装置の表示パネルを背面側から照明する面状照明装置が知られている。バックライトとしての面状照明装置には、例えば、導光板の直下に複数の光源が配置される直下型の面状照明装置がある。

直下型の面状照明装置は、複数の光源を個別に独立して制御することで発光面の光量をエリア毎に制御する、いわゆるローカルディミングを可能とする。また、直下型の面状照明装置では、各光源と導光板との間に反射部材を配置することで、光源直上の輝度を抑え、エリアの輝度を均一化する技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２１０６７４号公報

しかしながら、従来の技術は、各エリアにおける輝度の均一性を向上させる点で更なる改善の余地があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、輝度の均一性を向上させることができる面状照明装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る面状照明装置は、基板と、導光板と、光反射部材とを備える。前記基板は、複数の光源が実装面に配列される。前記導光板は、前記実装面と対向する一方の主面に形成され、前記複数の光源を個別に収容する凹部を有し、当該凹部から前記光源の光が入射し、他方の主面である出射面から前記光が出射する。前記光反射部材は、前記凹部の内部において前記光源に対して前記出射面側に設けられ、前記出射面の沿面方向で前記光源から離れるほど肉薄となる。

本発明の一態様によれば、輝度の均一性を向上することができる。

図１は、実施形態に係る面状照明装置の正面図である。 図２は、実施形態に係る面状照明装置の分解斜視図である。 図３は、実施形態に係る面状照明装置の断面図である。 図４は、実施形態に係る面状照明装置の断面図である。 図５は、実施形態に係る導光板の断面図である。 図６は、実施形態に係る導光板の上面図である。 図７は、変形例に係る面状照明装置の断面図である。 図８は、変形例に係る面状照明装置の断面図である。 図９は、変形例に係る面状照明装置の断面図である。 図１０は、変形例に係る面状照明装置の断面図である。

以下、実施形態に係る面状照明装置について図面を参照して説明する。なお、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、各図面において、説明を分かりやすくするために、面状照明装置の光の出射方向をＺ軸正方向とする３次元の直交座標系を図示する場合がある。

まず、図１〜図３を用いて、実施形態に係る面状照明装置の概要について説明する。図１は、実施形態に係る面状照明装置１の正面図である。図２は、実施形態に係る面状照明装置１の分解斜視図である。図３は、実施形態に係る面状照明装置１の断面図である。

図１〜図３に示す面状照明装置１は、例えば、液晶表示装置のバックライトとして用いられる。かかる液晶表示装置は、例えば、車載装置（ナビゲーション装置や、デジタルメータ、インジケータ等）や、スマートフォン等の端末装置である。また、実施形態に係る面状照明装置１は、後述の光源２が液晶表示装置の直下に配置される、いわゆる直下型の面状照明装置である。

図１〜図３に示すように、実施形態に係る面状照明装置１は、光源２と、基板部３と、フレーム４と、導光板５と、波長変換部材６と、拡散部材７と、光学部材８と、光反射部材９とを備える。また、図１に示すように、実施形態に係る面状照明装置１は、上面視において、フレーム４に囲まれた発光領域Ｒを有し、かかる発光領域Ｒから出射方向であるＺ軸正方向へ光を出射することで、図示しない液晶表示装置のバックライトとして機能する。

光源２は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。ＬＥＤとしての光源２は、例えば、青色光の波長帯を含む光を発する。あるいは、ＬＥＤとしての光源２は、白色光を発する光源であってもよい。具体的には、光源２は、青色光を発するＬＥＤと、青色光を励起光として赤色光および緑色光を発する蛍光体とに構成され、青色、赤色および緑色の波長を含む疑似的な白色光を発する。なお、蛍光体は、青色光を励起光として黄色光を発する蛍光体であってもよく、他の色の光を発する蛍光体であってもよい。また、光源２が白色光を発する構成の場合、後述の波長変換部材６は、省略されてもよい。

また、図１〜図３に示すように、光源２は、後述の導光板５の主面５ａ側（Ｚ軸負方向側）に設けられる。つまり、光源２が上記した液晶表示装置の直下（Ｚ軸負方向側）に配置される、すなわち、実施形態に係る面状照明装置１は、いわゆる直下型である。

また、図１に示すように、複数の光源２は、Ｚ軸正方向側から見た正面視において、例えば、格子状に配列される。具体的には、複数の光源２は、面状照明装置１の正面視における長手方向（Ｘ軸方向）および短手方向（Ｙ軸方向）それぞれに沿って２次元で配列される。なお、複数の光源２は、格子状に配列される場合に限定されるものではなく、任意の配列であってよい。つまり、複数の光源２は、格子状のように一定の規則性をもった格子状以外の他の配列であってもよく、あるいは、不規則な配列であってもよい。

基板部３は、複数の光源２が設けられる部材であり、基板３ａと、反射部材３ｂとが積層される部材である。基板３ａは、例えば、フレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）であり、図示しない外部電源から供給される電力を光源２へ供給する。つまり、基板３ａの主面３ａ１は、光源２が実装される実装面（以下、実装面３ａ１と記載する）である。

反射部材３ｂは、基板３ａおよび光源２の間において、実装面３ａ１を覆うようにして設けられる。反射部材３ｂは、後述の導光板５からＺ軸負方向側である反射部材３ｂ側へ漏れ出た光を反射して導光板５へ戻す。例えば、反射部材３ｂは、白色部材を採用可能である。

フレーム４は、例えば、樹脂製あるいは金属製の枠部材であり、反射部材３ｂ、導光板５、波長変換部材６、拡散部材７、光学部材８および光反射部材９を囲む。また、フレーム４は、Ｚ軸負方向側である基板３ａ側の端部が、図示しない絶縁部材を介して基板３ａに設けられる。具体的には、フレーム４の端部は、基板３ａの主面のうち、反射部材３ｂが設けられる主面の周端に設けられる。

導光板５は、例えば、透明材料（例えば、ポリカーボネート樹脂）からなる板状部材であり、光源２から発せられる光を内部に取り込んで、面状光に変換して発光する部材である。具体的には、導光板５は、基板３ａの実装面３ａ１と対向する一方の主面５ａ側から光源２の光が入射し、主面５ａとは反対側の他方の主面５ｂ（以下、出射面５ｂと記載する）から光を出射する。

より具体的には、図３に示すように、導光板５の主面５ａには、複数の光源２それぞれを個別に収容する凹部５ａ１が形成され、光源２の光は、凹部５ａ１から導光板５の内部へ入射する。なお、光源２のＺ軸正方向側である直上へ発せられた光は、光反射部材９によって反射するが、かかる点については後述する。また、導光板５の主面５ａは、凹部５ａ１を中心に傾斜したスロープ状となっているが、かかる点についても後述する。

波長変換部材６は、例えば、青色光である光源２の光によって励起されることで、赤色光および緑色光を発する蛍光体を有する波長変換部材である。具体的には、波長変換部材６は、導光板５の出射面５ｂから出射された青色光と、青色光によって励起された赤色光および緑色光との波長を含む疑似的な白色光を出射する。

なお、波長変換部材６は、青色光によって黄色の光が励起されて白色を出射する構成であってもよく、あるいは、他の色の光が励起された光を出射する構成であってもよい。また、波長変換部材６は、量子ドットで構成されてもよい。

拡散部材７は、波長変換部材６から出射された光を拡散する。拡散部材７は、拡散した光をＺ軸正方向側である光学部材８へ出射する。

光学部材８は、拡散部材７によって拡散された光に対して均一化や集光化等といった配光制御等の光学的な調整を行う部材である。具体的には、光学部材８は、第１プリズムシート８ａと、第２プリズムシート８ｂとを備える。例えば、第１プリズムシート８ａには、第１プリズムが形成され、第２プリズムシート８ｂには、第２プリズムが形成される。具体的には、第１プリズムは、Ｙ軸方向である第１延在方向に延在し、Ｘ軸方向である第１並列方向で並列される。また、第２プリズムは、Ｘ軸方向である第２延在方向に延在し、Ｙ軸方向である第２並列方向で並列される。

つまり、第１プリズムの第１延在方向および第２プリズムの第２延在方向は、互いに直交する。第１プリズムは、出射する光をＸ軸方向に集光する。また、第２プリズムは、第１プリズムから出射された光をＹ軸方向に集光する。すなわち、第１プリズムおよび第２プリズムを経て出射される光は、特定方向に集光される。

また、第１プリズムおよび第２プリズムは、Ｚ軸正方向側である光の出射方向に向かって凸状であり、換言すれば、断面視で略三角形状であり、拡散部材７から入射した光が反射および屈折することで、所定の範囲内に集約された光が出射される。

光反射部材９は、例えば、白色の樹脂部材で構成される。光反射部材９は、導光板５の凹部５ａ１の内部に設けられ、光源２の光を反射する。具体的には、光反射部材９は、凹部５ａ１の内部において光源２に対してＺ軸正方向である出射面５ｂ側に設けられ、出射面５ｂの沿面方向であるＸ軸方向で光源２から離れるほど肉薄となる。なお、後述するが、光反射部材９は、光源２の光を反射するとともに、一部の光を透過させてもよい。

ここで、従来の面状照明装置について説明する。従来の面状照明装置では、導光板の凹部に設けられた光反射部材の厚み（Ｚ軸方向の長さ）は一定であった。従って、従来は、光源２の直上と直上周辺とで光反射部材の反射率が変わらないため、直上周辺に比べて直上の輝度が高くなってしまい、その結果、輝度の均一性が低下するおそれがあった。このように、従来は、輝度の均一性を向上させる点で更なる改善の余地があった。

そこで、実施形態に係る面状照明装置１では、光源２の直上に近いほど光反射部材９の厚みを厚くした。具体的には、実施形態に係る光反射部材９は、出射面５ｂの沿面方向であるＸ軸方向で光源２から離れるほど厚みを薄くする。

これにより、光反射部材９は、光源２の直上に近い光ほど多く反射することができる。すなわち、光源２の直上へ出射される光量を抑えることができるため、輝度の均一性を向上させることができる。このように、光源２の直上へ出射される光量を、光反射部材９の厚みで制御することができるため、実施形態に係る面状照明装置１によれば、輝度の均一性を向上させることができる。

次に、図４を用いて、光反射部材９についてさらに説明する。図４に示すように、光反射部材９は、例えば、Ｚ軸正方向である光の出射方向へ向かって尖る錐状（例えば、円錐や多角錐）の形状を有する。なお、光反射部材９は、錐状に限らず、半球状等であってもよい。つまり、光反射部材９の形状は、光源２の直上に近いほど光反射部材９の厚みが厚ければ任意の形状であってよい。

なお、上記では光反射部材９の厚みを変えることで光の反射率を制御したが、光反射部材９は、光の反射率が一様でなくともよい。例えば、光反射部材９は、厚みが厚い部分（すなわち、光源２の直上部）については、光の反射率を高くし、厚みが薄い部分については、光の透過率を高くしてもよい。

つまり、光反射部材９は、出射面５ｂの沿面方向であるＸ軸方向で光源２へ近づくほど光の反射率を高くし、出射面５ｂの沿面方向であるＸ軸方向で光源２から離れるほど光の透過率を高くする。これにより、光源２の直上部では輝度を抑えつつ、直上部周辺では輝度を向上させることができるため、輝度の均一性を向上させることができる。

また、図４に示すように、光反射部材９の形状は、凹部５ａ１の底面の形状に由来する。図４に示す例では、凹部５ａ１の底面は錐状に凹んだ形状となっている。つまり、光反射部材９は、凹部５ａ１の底面に嵌る形状で形成される。

また、図４に示すように、導光板５は、凹部５ａ１を中心とする楔状となっている。具体的には、導光板５の主面５ａは、凹部５ａ１から沿面方向（Ｘ軸方向）へ離れるほど導光板５が肉薄となる傾斜面となっている。なお、主面５ａ全体が傾斜面となっている場合に限らず、主面５ａの一部が傾斜面となっていてもよい。

そして、光源２から出た光は、傾斜面である主面５ａにより、出射面５ｂ側へ反射される。このように、導光板５を楔状とすることで、出射面５ｂへ効率良く光を反射できるとともに、隣接する光源２の領域へ光が漏れることを防ぐことができる。

なお、図４では、導光板５の主面５ａが傾斜面となっている場合を示したが、例えば、出射面５ｂが傾斜面となってもよく、あるいは、主面５ａおよび出射面５ｂそれぞれが傾斜面となってもよい。つまり、導光板５の主面５ａおよび出射面５ｂのうち、少なくとも一方が楔部であればよい。

次に、図５および図６を用いて、導光板５についてさらに説明する。図５は、導光板５の断面図である。図６は、導光板５の上面図である。図５では、隣接する複数の凹部５ａ１を含む導光板５を示している。また、図５では、ローカルディミングにおける各発光領域Ｒと、発光領域Ｒの境界ＢＤを破線で仮想的に示している。

図５に示すように、導光板５の主面５ａは、発光領域Ｒの境界ＢＤに向かって上り傾斜となっており、発光領域Ｒの境界ＢＤにおいて、隣接する主面５ａと連続する。つまり、導光板５は、発光領域Ｒの境界ＢＤが最も肉薄となる。

これにより、各光源２の光は、各発光領域Ｒの範囲内に出射されるため、隣接する発光領域Ｒへ光が漏れることなく、光源２の光を出射できるため、ローカルディミング時における各発光領域Ｒ間のコントラストを向上させることができる。

また、図６に示すように、光源２は、上面視で発光領域Ｒの略中心に配置される。また、各発光領域Ｒは、上面視で略矩形状であり、凹部５ａ１も上面視で略矩形状である。そして、主面５ａは、凹部５ａ１の４つの辺それぞれから発光領域Ｒの４つの辺（境界ＢＤ）それぞれへ向かって延在している。これにより、各主面５ａから反射した光を発光領域Ｒの領域全体へ導くことができるため、発光領域Ｒにおける輝度の均一性を向上させることができる。

なお、図６では、発光領域Ｒおよび凹部５ａ１がともに上面視で矩形状である場合を示したが、例えば、発光領域Ｒおよび凹部５ａ１がともに上面視で円状あるいは多角形状であってもよい。つまり、導光板５における楔状の形状が上面視で円状あるいは多角形状であってもよい。

また、発光領域Ｒおよび凹部５ａ１が上面視で異なる形状であってもよい。例えば、発光領域Ｒが多角形状で凹部５ａ１が円状であってもよい。換言すれば、導光板５における楔状の形状が上面視で円状から多角形状に変化する形状であってもよい。

また、図５に示すように、導光板５の出射面５ｂには、複数の光学素子１００が形成される。具体的には、光学素子１００は、導光板５の厚み方向であるＺ軸正方向へ向かって突出するドットである。なお、本実施形態では、光学素子１００はドットだが、これに限定されない。例えば、ドットに代えて、導光板５の厚み方向であるＺ軸正方向へ向かって突出する複数のプリズムを設けてもよい。また、プリズムは、例えば、三角錐や四角錐などの角錐状のプリズムや、円錐状のプリズムを用いることができるが、形状は特に限定されない。

また、複数の光学素子１００は、沿面方向（Ｘ軸方向）で光源２から離れるほど間隔が密となる。具体的には、複数の光学素子１００は、境界ＢＤに近づくほど間隔が密となる。つまり、光源２の直上には、光学素子１００がわずかに形成される、あるいは、光学素子１００が形成されない。

これにより、光源２の直上では、導光板５から出る光は、光学素子１００に当たらないため、出射面５ｂで反射して導光板５内へ戻りやすく、一方で、境界ＢＤ周辺から出る光は、光学素子１００に当たって透過する。このため、発光領域Ｒ全体の輝度の均一性を向上させることができる。

なお、図５では、光学素子１００は、導光板５の出射面５ｂに形成されたが、導光板５の主面５ａに形成されてもよく、あるいは、主面５ａおよび出射面５ｂそれぞれに形成されてもよい。

また、図５では、光学素子１００は、導光板５の厚み方向に突出する部位である場合を示したが、光学素子１００は、導光板５の厚み方向に凹む部位であってもよい。さらに、本実施形態では光学素子１００を光源から離れるに従って密になるように形成したが、これに限定されない。例えば、複数の光学素子１００を、導光板５の出射面５ｂに均一に設けてもよい。

また、図５では、１つの導光板５に複数の凹部５ａ１が形成される場合を示したが、導光板５は、１つの凹部５ａ１毎に分割された構成であってもよい。つまり、複数の導光板５それぞれに凹部５ａ１が形成される構成であってもよい。

上述したように、実施形態に係る面状照明装置１は、基板３ａと、導光板５と、光反射部材９とを備える。基板３ａは、複数の光源２が実装面に配列される。導光板５は、実装面と対向する一方の主面５ａに形成され、複数の光源２を個別に収容する凹部５ａ１を有し、凹部５ａ１から光源２の光が入射し、他方の主面である出射面５ｂから光が出射する。光反射部材９は、凹部５ａ１の内部において光源２に対して出射面５ｂ側に設けられ、出射面５ｂの沿面方向で光源２から離れるほど肉薄となる。これにより、光反射部材９は、光源２の直上に近い光ほど多く反射することができる。すなわち、光源２の直上へ出射される光量を抑えることができるため、輝度の均一性を向上させることができる。

なお、上述した実施形態では、光反射部材９が錐状である場合を示したが、光反射部材９の形状は錐状に限定されるものではない。ここで、図７〜図９を用いて、光反射部材９の他の形状例について説明する。

図７〜図９は、変形例に係る光反射部材９を示す図である。図７に示すように、光反射部材９は、例えば、半球状に形成される。また、導光板５の凹部５ａ１も同様に、底面の形状が半球状に形成される。つまり、凹部５ａ１の底面は、円弧状である。

これにより、半球状に形成された光反射部材９は、光源２の直上に近い光ほど多く反射することができるため、光源２の直上へ出射される光量を抑えることができ、輝度の均一性を向上させることができる。

また、図８に示すように、光反射部材９は、断面視で三日月状であってもよい。具体的には、光反射部材９は、光源２と対向する面９０が曲面形状で構成される。換言すれば、光反射部材９は、面９０のうち、光源２の直上に対応する位置が凹んだ形状である。これにより、曲面形状の面９０で反射した光Ｌは、導光板５側へ導かれやすくなるため、光Ｌの出射効率をより高めることができる。

また、上記では、光反射部材９は、Ｚ軸正方向である光の出射方向に向かって尖る錐状である場合（図４参照）を示したが、例えば、図９に示すように、光反射部材９は、Ｚ軸負方向である光源２に向かって尖る錐状であってもよい。

これにより、光源２から出た光は、光反射部材９の側面で反射するため、導光板５側へ導かれやすくなり、光の出射効率を高めることができる。

次に、図１０を用いて、透過反射部材をさらに備えた面状照明装置１について説明する。図１０は、変形例に係る面状照明装置１の断面図である。なお、図１０に示す変形例に係る面状照明装置１は、上述した実施形態に係る面状照明装置１とは、透過反射部材１０を備える点が異なる。なお、透過反射部材１０以外の構成については上記と同様であるため記載を省略する。

図１０に示すように、透過反射部材１０は、導光板５と波長変換部材６との間に設けられる。透過反射部材１０は、例えば、誘電体多層膜で構成される。透過反射部材１０は、導光板５を出た光の入射角度が透過反射部材１０に対して略垂直に近いほど、反射率が高くなり、一方で、入射角度が透過反射部材１０に対して略平行に近いほど、反射率が低くなる、すなわち、透過率が高くなるよう構成される。

この透過反射部材１０は、光源２と導光板５との位置ずれの無効化に寄与する。例えば、導光板が出射面５ｂの沿面方向であるＸＹ方向に位置ずれした場合（例えば、熱膨張や熱収縮等）、光源２の直上部には光反射部材９の肉薄部分が位置することとなる。すなわち、光源２の光が肉薄部分を透過して光源２の直上部に抜けやすくなる。そのため、透過反射部材１０を設けることで、光源２の直上部に抜ける光を反射する。従って、透過反射部材１０によれば、光源２と導光板５との位置ずれが生じた場合であっても光源２の直上部の輝度が高くなることを防止できる、すなわち、光源２と導光板５との位置ずれを無効化し、輝度を均一化できる。

さらに、透過反射部材１０によれば、導光板５の浮きによる位置ずれの無効化にも寄与する。具体的には、導光板５がＺ方向正方向に位置ずれ（浮いた）した場合、反射部材３ｂと導光板５の楔部である主面５ａとの間に隙間が生じる。そして、かかる隙間へ入射した光（光源２からＸＹ方向に向かう光）は、垂直方向（Ｚ軸正方向）に立ち上がることで、光源２の直上部に向かいやすくなる。そのため、透過反射部材１０を設けることで、光源２の直上部へ向かう光を反射する。従って、透過反射部材１０によれば、導光板５が浮いた場合であっても、光源２の直上部の輝度が高くなることを防止できる、すなわち、導光板５の浮きによる光源２と導光板５との位置ずれを無効化し、輝度を均一化できる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ 面状照明装置、２ 光源、３ 基板部、３ａ 基板、３ｂ 反射部材、４ フレーム、５ 導光板、５ａ１ 凹部、６ 波長変換部材、７ 拡散部材、８ 光学部材、９ 光反射部材、１０ 透過反射部材、１００ 光学素子

Claims (8)

1. 複数の光源が実装面に配列される基板と、
   前記実装面と対向する一方の主面に形成され、前記複数の光源を個別に収容する凹部を有し、当該凹部から前記光源の光が入射し、他方の主面である出射面から前記光が出射する導光板と、
   前記凹部の内部において前記光源に対して前記出射面側に設けられ、前記出射面の沿面方向で前記光源から離れるほど肉薄となる光反射部材と
   を備える、面状照明装置。
2. 前記導光板の前記凹部は、
   前記光源と対向する底面であって、前記沿面方向で前記光源から離れるほど前記導光板が肉厚となる形状の前記底面を有し、
   前記光反射部材は、
   前記底面の前記形状に合わせた形状である、
   請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記凹部の前記底面は、円弧状である、
   請求項２に記載の面状照明装置。
4. 前記凹部の前記底面は、錐状である、
   請求項２に記載の面状照明装置。
5. 前記光反射部材は、
   前記光源に近い側の面において、前記沿面方向で前記光源から離れるほど前記一方の主面に近づく傾斜面を有する、
   請求項１〜４のいずれか１つに記載の面状照明装置。
6. 前記導光板は、
   前記一方の主面および前記出射面のうち少なくとも一方に形成され、前記沿面方向で前記凹部から離れるほど前記導光板が肉薄となる傾斜面を有する、
   請求項１または２に記載の面状照明装置。
7. 前記導光板は、
   前記一方の主面および前記出射面のうち少なくとも一方に形成され、前記沿面方向で前記光源から離れるほど間隔が密となる複数の光学素子を有する、
   請求項１〜６のいずれか１つに記載の面状照明装置。
8. 前記光反射部材は、
   前記沿面方向で前記光源へ近づくほど光の反射率を高くし、
   前記沿面方向で前記光源から離れるほど光の透過率を高くする、
   請求項１〜７のいずれか１つに記載の面状照明装置。

Images