面光源装置

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【発明の名称】	面光源装置
【発明者】	【氏名】樋口勝
【要約】	【課題】光源からの照明光を前方に出射するとともに、前方から入射する外光を反射して前方に出射することができる面光源装置を提供する。【解決手段】一端面が入射端面１ａとされ、前面が階段形状面２に形成された導光体１と、前記導光体１の側方に配置された光源１と、前記導光体１の背面側に設けられた反射板６ａとを備え、前記光源３からの照明光を、導光体１にその入射端面１ａから取り込んでこの導光体１の前面の複数の段差面２ｂから出射するとともに、前記導光体１の前方から入射する外光を、この導光体１の前面の複数の段面２ａから取り込んで背面に出射し、前記反射板６ａより反射されて前記導光体１にその背面から入射する前記外光の反射光を、この導光体１の前記複数の段面２ａから出射するようにした。

【特許請求の範囲】
【請求項１】少なくとも一端面が入射端面とされ、前面が複数の段面およびこれらの段面をつなぐ複数の段差面とからなる階段形状面に形成されており、前記入射端面から照明光を取り込んで前記複数の段差面から出射するとともに、前方から入射する外光を前記複数の段面から取り込んで背面に出射し、前記背面から入射する光を前記複数の段面から出射する導光体と、前記導光体の側方に配置され、この導光体の前記入射端面に向けて照明光を出射する光源と、前記導光体の背面側に設けられ、前記導光体の背面に出射する前記外光を反射する反射手段とを備えたことを特徴とする面光源装置。
【請求項２】前記導光体の前面側に、前方から入射する外光および前記反射手段により反射されて前記導光体の前記複数の段面から出射する前記外光の反射光を透過させ、前記導光体の前記複数の段差面から出射する照明光を所定方向に向けて前方に出射する光学部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】前記光学部材は、平坦面からなる前面と、前記導光体の前面に対向する背面とを有する透明板からなっており、その背面に、前記導光体の前記段差面から出射する照明光を取り込む入射面と、前記入射面から取り込んだ光を前面方向に屈折させる屈折面とを有する突起状の複数の入射部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の面光源装置。
【請求項４】前記複数の入射部は間隔を存して設けられており、前記光学部材の背面のうちの隣接する前記入射部の間の領域が、前記導光体の前記複数の段面に対向する入出射面となっていることを特徴とする請求項３に記載の面光源装置。
【請求項５】前記光源は、この光源から出射する照明光の輝度を制御する照明輝度制御手段を備えており、前記反射手段による外光の反射率と、前記照明輝度制御手段による前記照明光の輝度制御条件とが、面光源装置の前方に出射する光の輝度が外部の環境の照度に応じて予め定められた輝度範囲となるように設定されていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の面光源装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光源からの照明光を前方に出射する機能と、前方から入射する外光を反射させて前方に出射する機能とを兼ね備えた面光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば液晶表示素子のような外部から入射する光の透過を制御して表示する非発光型表示体を備えた表示装置のバックライト等に用いられる面光源装置として、サイドライト型と呼ばれるものがある。
【０００３】このサイドライト型の面光源装置は、従来、端面から光を取り込んでその光を前面側に出射する導光板と、この導光板の光を取り込む端面の側方に配置された照明光を出射する光源とから構成されている。なお、前記光源には、直管状の蛍光ランプまたはネオン管、ＥＬ（エレクトロルミネセンス）発光体、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を整列したＬＥＤアレイ等が用いられている。
【０００４】前記導光板には、一般に、アクリル系樹脂等からなる平板状の透明板が用いられており、その少なくとも一端面が、前記光源からの照明光を取り込む入射端面とされ、前面全体が、前記入射端面から取り込んだ光の出射面とされている。
【０００５】この導光板は、前記光源からの照明光を前記入射端面から取り込み、その照明光を導光板の前面および背面と外気（空気）との界面により全反射させながら導光板長さ方向に導いて、その前面のほぼ全域から前方に出射する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、面光源装置をバックライトとする表示装置には、常に面光源装置からの照明光を利用して透過型表示を行なうものと、自然光や室内光等の外光を利用する反射型表示と前記面光源装置からの照明光を利用する透過型表示との両方の表示を行なう、いわゆる２ウエイ表示型のものがある。
【０００７】前記２ウエイ表示装置は、充分な明るさの外光が得られるときは、前記面光源装置から照明光を出射させずに外光を利用する反射型表示を行ない、外光の明るさが不足するときは、前記面光源装置から照明光を出射させて、外光を利用する反射型表示と前記面光源装置からの光を利用する透過型表示とを同時に行なうことにより、前記反射型表示による画面輝度の不足分を前記透過型表示により補い、また、外光が得られないときは、前記面光源装置からの光を利用する透過型表示を行なうものであり、この２ウエイ表示装置は、どのような明るさの環境下でも表示を行なうことができるとともに、充分な明るさの外光が得られる外光が得られるときは前記面光源装置から照明光を出射させる必要がないため、常に面光源装置からの照明光を利用して透過型表示を行なうものに比べて、消費電力が少なくてすむという利点をもっている。
【０００８】しかし、従来の面光源装置は、導光板の側方に配置された光源からの照明光を前記導光板にその入射端面から取り込み、その照明光を前記導光板の前面から前方に出射するだけのものであるため、例えば上述した２ウエイ表示装置を構成するには、液晶表示素子等の非発光型表示体の背面に半透過反射板を配置し、この半透過反射板の背後に前記面光源装置を配置しなければならなかった。
【０００９】この発明は、光源からの照明光を前方に出射するとともに、前方から入射する外光を反射させて前方に出射することができる面光源装置を提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明の面光源装置は、少なくとも一端面が入射端面とされ、前面が複数の段面およびこれらの段面をつなぐ複数の段差面とからなる階段形状面に形成されており、前記入射端面から照明光を取り込んで前記複数の段差面から出射するとともに、前方から入射する外光を前記複数の段面から取り込んで背面に出射し、前記背面から入射する光を前記複数の段面から出射する導光体と、前記導光体の側方に配置され、この導光体の前記入射端面に向けて照明光を出射する光源と、前記導光体の背面側に設けられ、前記導光体の背面に出射する前記外光を反射する反射手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】すなわち、この発明の面光源装置は、前記光源からの照明光を、前記導光体にその入射端面から取り込んでこの導光体の前面の複数の段差面から出射するとともに、前記導光体の前方から入射する外光を、この導光体の前面の複数の段面から取り込んで背面に出射し、前記反射手段により反射されて前記導光体にその背面から入射する前記外光の反射光を、この導光体の前記複数の段面から出射するものであり、この面光源装置によれば、光源からの照明光を前方に出射するとともに、前方から入射する外光を反射させて前方に出射することができる。
【００１２】そのため、この面光源装置によれば、充分な明るさの外光が得られるときは、光源を点灯させずに外光の反射光だけを出射し、外光の明るさが不足するときは、前記光源を点灯させて外光の反射光と前記光源からの照明光の両方を出射することにより外光の反射光の輝度不足を前記照明により補い、また、外光が得られないときは、前記光源からの照明光を出射することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】この発明の面光源装置は、上記のように、少なくとも一端面が入射端面とされ、前面が複数の段面およびこれらの段面をつなぐ複数の段差面とからなる階段形状面に形成されており、前記入射端面から照明光を取り込んで前記複数の段差面から出射するとともに、前方から入射する外光を前記複数の段面から取り込んで背面に出射し、前記背面から入射する光を前記複数の段面から出射する導光体と、前記導光体の側方に配置され、この導光体の前記入射端面に向けて照明光を出射する光源と、前記導光体の背面側に設けられ、前記導光体の背面に出射する前記外光を反射する反射手段とを備え、前記光源からの照明光を、前記導光体にその入射端面から取り込んでこの導光体の前面の複数の段差面から出射するとともに、前記導光体の前方から入射する外光を、この導光体の前面の複数の段面から取り込んで背面に出射し、前記反射手段により反射されて前記導光体にその背面から入射する前記外光の反射光を、この導光体の前記複数の段面から出射するようにしたものであり、この面光源装置によれば、光源からの照明光を前方に出射するとともに、前方から入射する外光を反射させて前方に出射することができるため、充分な明るさの外光が得られるときは、光源を点灯させずに外光の反射光だけを出射し、外光の明るさが不足するときは、前記光源を点灯させて外光の反射光と前記光源からの照明光の両方を出射することにより外光の反射光の輝度不足を前記照明により補い、また、外光が得られないときは、前記光源からの照明光を出射することができる。
【００１４】そのため、この面光源装置によれば、例えば外光を利用する反射型表示と面光源装置からの照明光を利用する透過型表示との両方の表示を行なう２ウエイ表示装置を、半透過反射板を用いることなく構成することができる。
【００１５】この発明の面光源装置においては、前記導光体の前面側に、前方から入射する外光および前記反射手段により反射されて前記導光体の複数の段面から出射する前記外光の反射光を透過させ、前記導光体の複数の段差面から出射する照明光を所定方向に向けて前方に出射する光学部材を配置するのが望ましい。
【００１６】このようにすることにより、前記導光体の複数の段差面から出射する照明光を、前記光学部材により所定方向に向きを変えて前方に出射することができるため、前記照明光を所定の方向に出射することができる。
【００１７】その場合、前記光学部材は、平坦面からなる前面と、前記導光体の前面に対向する背面とを有する透明板からなっており、その背面に、前記導光体の前記段差面から出射する照明光を取り込む入射面と、前記入射面から取り込んだ光を前面方向に屈折させる屈折面とを有する突起状の複数の入射部が形成されているものが好ましく、前記光学部材をこのような構成とすることにより、前記導光体の複数の段差面から出射する照明光のほとんどを無駄なく前記光学部材に取り込んで、その前面から前方に出射することができる。
【００１８】しかも、前記光学部材をこのような構成とすることにより、前記導光体の複数の段差面から出射し、前記光学部材の複数の入射部に前記入射面から入射した光を、前記屈折面により屈折させて所定の方向に集光し、この光学部材の前面から所定方向（例えば正面方向）の輝度が高い輝度分布の照明光を出射することができるとともに、前記反射手段により反射されて前記導光体の前記複数の段面から出射する外光の反射光も、所定方向（例えば正面方向）の輝度が高い輝度分布の光として前記光学部材の前方に出射することができる。
【００１９】さらに、前記光学部材は、前記複数の入射部を間隔を存して設け、前記光学部材の背面のうちの隣接する前記入射部の間の領域を、前記導光体の前記複数の段面に対向する入出射面とした構成とするのがより望ましい。
【００２０】このような構成の光学部材によれば、この光学部材にその前面から入射した外光を、前記入射部およびその間の前記入出射面から光学部材の背面に出射するとともに、前記反射手段により反射されて前記導光体の前記複数の段面から出射する外光の反射光を、前記入射部および入出射面から光学部材に取り込んで、この光学部材の前面から前方に出射することができるとともに、その反射光を、より所定方向（例えば正面方向）の輝度が高い輝度分布の光とすることができる。
【００２１】また、この面光源装置においては、前記光源に、この光源から出射する照明光の輝度を制御する照明輝度制御手段を備えさせ、前記反射手段による外光の反射率と、前記照明輝度制御手段による前記照明光の輝度制御条件とを、面光源装置の前方に出射する光の輝度が外部の環境の照度に応じて予め定められた輝度範囲となるように設定するのが望ましく、このようにすることにより、充分な明るさの外光が得られる環境において光源を点灯させずに外光の反射光だけを出射するときも、外光の明るさが不足する環境において前記光源を点灯させて外光の反射光と前記光源からの照明光の両方を出射することにより外光の反射光の輝度不足を前記照明により補うときも、また、外光が得られない環境において前記光源からの照明光を出射するときも、前記環境の照度に応じて、その環境照度に対して好適な輝度の光を出射することができる。
【００２２】
【実施例】図１および図２はこの発明の一実施例を示しており、図１は面光源装置の側面図、図２は前記面光源装置の前面板および光学部材の一部分の拡大図である。この実施例の面光源装置は、導光体１と、この導光体１の側方に配置された光源３と、前記導光体１の背面側に設けられた反射手段６と、前記導光体１の前面側に配置された光学部材７を備えている。
【００２３】前記導光体１は、アクリル系樹脂等からなる透明板であり、その一端面が前記光源３からの光を取り込む入射端面１ａとされている。また、この導光体１の前面は、前記入射端面１ａ側から他端側に向かって段階的に低くなる（導光体１の背面との間隔を狭める）ように形成された、互いに平行な複数の段面２ａと、これらの段面２ａをつなぐ複数の段差面２ｂとからなる微小ピッチの階段形状面２に形成されており、背面は平坦面となっている。
【００２４】前記複数の段面２ａは、導光体１の背面とほぼ平行で、かつ前記導光体１の幅方向（入射端面１ａの長さ方向）に沿う横長の平坦面であり、これらの段面２ａがそれぞれ外光の入出射面となっている。
【００２５】また、前記複数の段差面２ｂは、前記入射端面１ａとほぼ平行な極く小さい高さの立ち上がり面であり、これらの段差面２ｂがそれぞれ照明光の出射面となっている。
【００２６】この導光体１は、その側方に配置された光源３からの照明光を前記入射端面１ａから取り込んで前記複数の段差面２ｂから出射するとともに、前方から入射する外光を前記複数の段面２ａから取り込んで背面に出射し、前記背面から入射する光を前記複数の段面２ａから出射する。
【００２７】前記光源３は、前記導光体１の入射端面１ａに向けて照明光を出射するものであり、直管状の蛍光ランプまたはネオン管、ＥＬ（エレクトロルミネセンス）発光体、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を整列したＬＥＤアレイ等の発光体４と、この発光体４からの放射光を反射させるリフレクタ５とからなっている。この光源３は、前記導光体１の側方に、その入射端面１ａに対向させて配置されている。
【００２８】また、前記導光体１の背面側に設けられた反射手段６は、高反射率の鏡面反射板６ａからなっており、この反射板６ａは、その表面の反射面を前記導光体１の背面に近接させて配置されている。
【００２９】一方、前記導光板１の前面側に配置された光学部材７は、その前方から入射する外光および前記反射板６ａ（反射手段６）により反射されて前記導光体１の複数の段面２ａから出射する前記外光の反射光を透過させ、前記導光体１の複数の段差面２ｂから出射する照明光を所定方向に向けて前方に出射する特性を有している。
【００３０】この光学部材７は、平坦面からなる前面と、前記導光体１の前面に対向する背面とを有する、前記導光体１とほぼ同じ横幅のアクリル系樹脂等からなる透明板であり、その背面に、前記導光体１の複数の段差面２ｂから出射する照明光を取り込むための複数の入射部８が一体に設けられている。
【００３１】前記複数の入射部８はそれぞれ、光学部材７の横幅全長にわたる長さの横長の突起状に形成されており、前記光学部材８は、その背面の複数の入射部８の長さ方向を導光体１の複数の段差面２ｂの長さ方向とほぼ平行にするとともに、前記複数の入射部８の頂部を導光体１の複数の段面２ａに近接または当接させて配置されている。
【００３２】前記光学部材７の背面に形成された前記複数の入射部８は、三角形状の断面形状を有しており、その両側面のうち、前記導光体１の段差面２ｂに対向する一方の側面は、前記導光体１の段差面２ｂから出射する照明光を取り込む入射面８ａとなっており、他方の側面は、前記入射面８ａから取り込んだ照明光を前面方向に屈折させる屈折面８ｂとなっている。
【００３３】前記入射面８ａは、前記導光体１の段差面２ｂとほぼ平行またはそれに近い傾きをもち、かつ、前記導光体１の段面２ａに対する角度（段差面２ｂに向き合う方向の角度）が９０°を越えない面であり、前記屈折面８ｂは、光学部材７の前面の法線とのなす角度が、前記入射面８ａと前記法線とのなす角度よりも大きな傾斜角度をもつ傾斜面である。
【００３４】なお、前記入射部８のより望ましい形状は、前記入射面８ａが前記法線に対して前記導光体１の段差面２ｂに向き合う方向に５～１５度傾斜し、前記屈折面８ｂが前記法線に対して前記入射面８ａとは反対方向に２０～５０度傾斜した形状である。
【００３５】また、前記複数の入射部８は、それぞれの間に間隔を存して一定のピッチで設けられており、前記光学部材７の背面のうちの隣接する前記入射部８の間の領域は、前記導光体１の複数の段面２ａに対向する入出射面９となっている。
【００３６】この入出射面９は、前記導光体１の段面２ａとほぼ平行またはそれに近い傾きをもった面であり、光学部材７にその前方から入射する外光および前記反射板６ａにより反射されて前記導光体１の複数の段面２ａから出射する前記外光の反射光を透過させる面である。
【００３７】さらに、前記複数の入射部８は、前記導光体１の各段差面２ｂのピッチよりも小さいピッチで設けており、したがって、前記導光体１の複数の段差面２ｂは、そのそれぞれが、前記光学部材７の少なくとも１つの入射部８に必ず対向している。
【００３８】また、この面光源装置においては、図１に示したように、前記光源３に、この光源３から出射する照明光の輝度を制御する照明輝度制御手段１０を備えさせている。
【００３９】この照明輝度制御手段１０は、外部の環境（面光源装置の使用環境）の照度を測定する照度検出器１１と、この照度検出器１１により測定された環境照度に基づいて前記光源３の発光体４が出射する照明光の輝度を制御する手段とからなっており、前記照明光の輝度を制御する手段は、輝度調整回路１２と、光源点灯回路１３とからなっている。
【００４０】なお、前記照度検出器１１は、面光源装置にその前方から入射する外光の照度と同じ環境照度を測定するように、受光面を面光源装置の前面（光学部材７の前面）とほぼ平行して配置されている。
【００４１】また、前記輝度調整回路１２は、前記照度検出器１１により測定された環境照度に基づいて、前記光源３から出射させる照明光の輝度を、面光源装置の前方に出射する出射光の輝度が環境照度に応じて予め定められた輝度範囲となるように調整するものであり、前記光源点灯回路１３は、前記光源３の発光体４を、前記輝度調整回路１２からの輝度値に応じた輝度の照明光を出射するように駆動する。
【００４２】そして、この面光源装置においては、前記反射板６ａによる外光の反射率と、前記照明輝度制御手段１０による前記照明光の輝度制御条件とを、面光源装置の前方に出射する光の輝度が外部の環境の照度に応じて予め定められた輝度範囲となるように設定している。
【００４３】上記面光源装置は、前記光源３からの照明光を前記導光板１により導いてこの導光板１の前面の複数の段差面２ｂから出射するとともに、前方から入射する外光を前記反射板６ａにより反射させて前方に出射するものであり、前記光源３は、前方から入射する外光の反射光だけでは充分な輝度の出射光が得られないときに点灯される。
【００４４】すなわち、この面光源装置は、充分な明るさの外光が得られるときは、光源３を点灯させずに外光の反射光だけを出射し、外光の明るさが不足するときは、前記光源３を点灯させて外光の反射光と前記光源３からの照明光の両方を出射することにより外光の反射光の輝度不足を前記照明により補い、また、外光が得られないときは、前記光源３からの光を出射する。
【００４５】まず、光源３からの照明光の出射経路について説明すると、光源３からの照明光は、その経路を図１および図２に実線で示したように、導光体１にその入射端面１ａから取り込まれ、この導光体１内をその長さ方向に導かれる。
【００４６】そして、前記導光体１内をその長さ方向に向かって導かれる照明光のうち、導光体前面の複数の段差面２ｂのいずれかに直接向かう光は、その段差面２ｂから導光体１の前面側に出射する。
【００４７】また、前記段差面２ｂに直接向かう光以外の光、つまり、導光体前面の複数の段面２ａに向かって進む光や、導光体１の背面に向かって進む光は、前記段面２ａと外気（導光体１と光学部材７との間の空気層）との界面での全反射や、導光体背面と外気（導光体１と反射板６ａとの間の空気層）との界面での全反射により、導光体１内をその長さ方向に導かれながら向きを変え、前記複数の段差面２ｂのいずれかに入射して、その段差面２ｂから出射する。
【００４８】なお、前記導光体１内をその背面に向かって進む光のなかには、導光体背面と外気との界面に対して全反射臨界角より小さい（垂直に近い）入射角で入射する光もあり、その光は前記界面を透過して導光体１の背面に漏れるが、その漏れ光は、導光体１の背面に近接させて配置された反射板６ａにより反射されて前記導光体１内にその背面から再び入射する。
【００４９】この再入射光は、導光体前面の段面２ａと外気との界面での全反射および導光体背面と外気との界面での全反射により向きを変え、前記複数の段差面２ｂのいずれかから出射する。
【００５０】また、前記導光体１内を導かれる光のなかには、導光板前面の段面２ａと外気との界面に対して全反射臨界角より小さい入射角で入射する光もあり、その光は、前記界面を透過して前記段面２ａから導光板１の前方に出射する。
【００５１】そのため、前記導光体１にその入射端面１ａから取り込まれた照明光のほとんどが、無駄なく導光板１の前方に出射する。そして、前記導光体１の前方に出射した照明光は、この導光体１の前面側に配置された光学部材７に、その背面の複数の入射部２１に、その一側面の第１の光学界面２１ａから入射する。
【００５２】このとき、前記導光体１の複数の段差面２ｂは、そのそれぞれが前記光学部材の７の少なくとも１つの入射部８に必ず対向しているため、前記導光体１の複数の段差面２ｂから出射した光のほとんどが、無駄なく光学部材７のいずれかの入射部７に入射する。
【００５３】なお、前記導光体１の前方に出射する照明光のなかには、上述したように、前記段面２ａから出射する光もあるが、その光も、無駄なく光学部材７のいずれかの入射部７に入射する。
【００５４】また、前記導光体１の複数の段差面２ｂからの出射光のなかには、図２に示したように、次の段面２ａに向かって出射する光もあるが、その光は、前記次の段面２ａと外気との界面で反射されて前記光学部材７の入射部８に入射する。
【００５５】前記光学部材７の複数の入射部８に入射した光は、これらの入射部８の入射面８ａから前記入射部８内に取り込まれ、その反対側の屈折面８ｂと外気との界面で全反射されて光学部材７の前面方向に向きを変え、この光学部材７を透過してその前面から出射する。
【００５６】そのため、この光学部材７の前面から前方に出射する照明光は、前記複数の入射部８にその入射面８ａから入射し、反対側の屈折面８ｂ（外気との界面）で屈折して所定の方向に集光した、所定方向の輝度が高い輝度分布の光である。
【００５７】この実施例では、前記入射部８の屈折面８ｂの傾斜角を、この屈折面８ｂで屈折した光の向きが、正面方向（光学部材７の前面の法線の近傍の方向）になるように設定しており、したがって、前記光学部材７の前面に出射する照明光は、正面方向の輝度が高い指向性をもった分布の光である。
【００５８】なお、この光学部材７の前面に出射する照明光の出射方向は、前記入射部８の屈折面８ｂの傾斜角に応じた方向であり、前記屈折面８ｂの傾斜角が光学部材７の前面の法線に対して２０～５０度の範囲であるときに、より正面方向に近くなる。
【００５９】次に、前方から入射する外光の出射経路について説明すると、前方から入射した外光は、その経路を図１および図２に破線で示したように、前記光学部材７にその前面から入射し、この光学部材７を透過してその背面の複数の入射部８およびその間の入出射面９から背面側に出射する。
【００６０】なお、外光は様々な入射角で入射するため、前記光学部材７の前面から入射した外光のうちの前記入射部８に向う光のなかには、この入射部８の入射面８ａおよび屈折面８ｂと外気（導光体１と光学部材７との間の空気層）との界面に全反射臨界角より大きい入射角で入射して前記界面で全反射される光もあるが、前記入射面８ａと外気との界面で全反射臨界角された光は、反対側の屈折面８ｂと外気との界面に全反射臨界角より小さい入射角で入射してこの界面を透過して背面側に出射し、前記屈折面８ｂと外気との界面で全反射された光は、反対側の入射面８ａと外気との界面に全反射臨界角より小さい入射角で入射してこの界面を透過して背面側に出射する。そのため、前記光学部材７の前面から入射した外光のほとんどが、無駄なく光学部材７の背面側に出射する。
【００６１】前記光学部材７の背面側に出射した外光は、そのほとんどが、前記導光体１の複数の段面２ａから導光体１に取り込まれ、この導光体１内を透過してその背面に出射する。
【００６２】そして、前記導光体１の背面に出射した光は、前記導光体１の背面に対向させて配置された反射板６ａにより反射され、その反射光が、前記導光体１にその背面から取り込まれ、この導光体１内を透過してその前面の複数の段面２ａから前方に出射し、前記光学部材７にその背面の複数の入射部８およびその間の入出射面９から入射する。
【００６３】このとき、前記入射部８は、上述したように、その一側の入射面８ａが、前記前面板４の段差面５ｂとほぼ平行またはそれに近い傾きをもった面であり、反対側の屈折面８ｂが、光学部材７の前面の法線とのなす角度が、前記入射面８ａと前記法線とのなす角度よりも大きな傾斜角度をもつ傾斜面であるため、前記導光体７の複数の段面２ａから出射した反射光は、そのほとんどが、前記光学部材７に、前記入射部８の傾斜角度が大きい屈折面８ｂと、複数の入射部８の間の入出射面９とから取り込まれる。
【００６４】そして、前記光学部材７に前記入射部８の屈折面８ｂおよび入出射面９から取り込まれた反射光のうち、直接光学部材７の前面に向かう光は、前記光学部材７を透過してその前面から出射し、また、前記入射部８の屈折面８ｂから取り込まれた光のうちの反対側の入射面８ａに向かう光は、この入射面８ａと外気との界面で全反射されて向きを変え、前記屈折面８ｂおよび入出射面９から直接光学部材７の前面に向かう光の方向に近い方向に向きを変えて光学部材７の前面から出射する。
【００６５】そのため、この面光源光装置は、その前方から入射する外光も、ほとんど無駄なく前方に出射する。しかも、この面光源光装置の前面（光学部材７の前面）から前方に出射する外光の反射光は、様々な入射角で入射した外光が集光された高輝度の光であり、したがって、この外光の反射光も、所定方向（例えば正面方向）に出射する光の輝度が高い輝度分布の光である。
【００６６】上記のように、この面光源装置は、一端面が入射端面１ａとされ、前面が複数の段面２ａおよびこれらの段面２ａをつなぐ複数の段差面２ｂとからなる階段形状面２に形成されており、前記入射端面１ａから照明光を取り込んで前記複数の段差面２ｂから出射するとともに、前方から入射する外光を前記複数の段面２ａから取り込んで背面に出射し、前記背面から入射する光を前記複数の段面２ａから出射する導光体１と、前記導光体１の側方に配置され、この導光体１の前記入射端面１ａに向けて照明光を出射する光源３と、前記導光体１の背面側に設けられ、前記導光体１の背面に出射する前記外光を反射する反射板６ａとを備え、前記光源３からの照明光を、前記導光体１にその入射端面１ａから取り込んでこの導光体１の前面の複数の段差面２ａから出射するとともに、前記導光体１の前方から入射する外光を、この導光体１の前面の複数の段面２ａから取り込んで背面に出射し、前記反射板６ａにより反射されて前記導光体１にその背面から入射する前記外光の反射光を、この導光体１の前記複数の段面２ａから出射するようにしたものであり、この面光源装置によれば、光源３からの照明光を前方に出射するとともに、前方から入射する外光を反射させて前方に出射することができる。
【００６７】しかも、上記実施例の面光源装置は、前記導光板１の前面側に、前方から入射する外光および前記反射板６ａにより反射されて前記導光体１の複数の段面２ａから出射する前記外光の反射光を透過させ、前記導光体１の複数の段差面２ｂから出射する照明光を所定方向に向けて前方に出射する光学部材７を配置しているため、前記導光体１の複数の段差面２ａから出射する照明光を、前記光学部材７により所定方向に向きを変えて前方に出射することができ、したがって、前記照明光を所定の方向に出射することができる。
【００６８】そして、上記実施例では、前記光学部材７を、平坦面からなる前面と、前記導光体１の前面に対向する背面とを有する透明板からなり、その背面に、前記導光体１の前記段差面２ｂから出射する照明光を取り込む入射面８ａと、前記入射面８ａから取り込んだ光を前面方向に屈折させる屈折面８ｂとを有する突起状の複数の入射部８を形成した構成としているため、前記導光体１の複数の段差面２ｂから出射する照明光のほとんどを無駄なく前記光学部材７に取り込んで、その前面から前方に出射することができる。
【００６９】しかも、この面光源装置は、前記光学部材７を上記のような構成としているため、前記導光体１の複数の段差面２ｂから出射し、前記光学部材７の複数の入射部８に前記入射面８ａから入射した光を、前記屈折面８ｂにより屈折させて所定の方向に集光し、この光学部材７の前面から所定方向（例えば正面方向）の輝度が高い輝度分布の照明光を出射することができるとともに、前記反射板６ａにより反射されて前記導光体１の前記複数の段面２ａから出射する外光の反射光も、所定方向（例えば正面方向）の輝度が高い輝度分布の光として前記光学部材７の前方に出射することができる。
【００７０】さらに、上記実施例では、前記光学部材７を、前記複数の入射部８を間隔を存して設け、前記光学部材７の背面のうちの隣接する入射部８の間の領域を、前記導光体１の前記複数の段面２ａに対向する入出射面９とした構成としているため、この光学部材７にその前面から入射した外光を、前記入射部８およびその間の前記入出射面９から光学部材７の背面に出射するとともに、前記反射板６ａにより反射されて前記導光体１の前記複数の段面２ａから出射する外光の反射光を、前記入射部８および入出射面９から光学部材７に取り込んで、この光学部材７の前面から前方に出射することができるとともに、その反射光を、より所定方向（例えば正面方向）の輝度が高い輝度分布の光とすることができる。
【００７１】また、上記面光源装置においては、前記光源３に、この光源３から出射する照明光の輝度を制御する照明輝度制御手段１０を備えさせ、前記反射板６ａによる外光の反射率と、前記照明輝度制御手段１０による前記照明光の輝度制御条件とを、面光源装置の前方に出射する光の輝度が外部の環境の照度に応じて予め定められた輝度範囲となるように設定しているため、低照度から高照度の広い照度範囲の環境において、その環境照度に対して好適な輝度の光を出射することができる。
【００７２】すなわち、面光源装置が出射する出射光の好適な輝度は、外部の環境の照度によって異なり、出射光の輝度が同じでも、環境の照度によっては出射光が眩しすぎたり暗すぎたりする。
【００７３】そのため、この実施例では、例えば夏期の直射日光下のような１０００００ルクスを越える高照度の環境下でも、眩しすぎない好適な輝度の出射光が得られるように、前記反射板６ａの反射率をある程度低めに設定し、また、前記反射板６ａにより反射される外光の反射光と、前記光源３からの照明光との両方による出射輝度（ただし、環境照度がほとんど０ルクスであるときは、照明光のみによる出射輝度）が、環境照度に応じた好適な輝度になるように、前記光源３から出射させる照明光の輝度を、環境照度に応じて前記照明輝度制御手段１０により制御するようにしている。
【００７４】したがって、上記面光源装置によれば、充分な明るさの外光が得られる環境において光源３を点灯させずに外光の反射光だけを出射するときも、外光の明るさが不足する環境において前記光源３を点灯させて外光の反射光と前記光源３からの照明光の両方を出射することにより外光の反射光の輝度不足を前記照明により補うときも、また、外光が得られない環境において前記光源からの照明光を出射するときも、前記環境の照度に応じて、その環境照度に対して好適な輝度の光を出射することができる。
【００７５】しかも、上記面光源装置は、充分な明るさの外光が得られる環境では光源３を点灯させなくても外光の反射光だけで環境照度に対して好適な輝度の光を出射することができ、また、外光の明るさが不足する環境において前記光源３を点灯させて外光の反射光と前記光源３からの照明光の両方を出射することにより外光の反射光の輝度不足を前記照明により補うときも、外光の反射光と前記照明光との両方による出射輝度が、環境照度に対して好適な輝度になるように前記光源３から出射させる照明光の輝度を制御すればよいため、前記光源３の消費電力は少なくてよい。
【００７６】上記面光源装置は、例えば、外光を利用する反射型表示と面光源装置からの照明光を利用する透過型表示との両方の表示を行なう２ウエイ表示装置に利用されるものであり、この面光源装置によれば、光源３からの照明光を前方に出射するとともに、前方から入射する外光を反射して前方に出射することができるため、２ウエイ表示装置を、半透過反射板を用いることなく構成することができる。
【００７７】すなわち、上記面光源装置を用いて２ウエイ表示装置を構成する場合は、この面光源装置の前面側に、図１に仮想線（二点鎖線）で示したように、液晶表示素子等の非発光型表示体１４を配置するだけでよい。
【００７８】この２ウエイ表示装置は、半透過反射板を必要としないため、面光源装置からの照明光も、前方から入射する外光も効率良く利用して、明るい画像を表示することができる。
【００７９】すなわち、半透過反射板を用いる２ウエイ表示装置は、面光源装置からの照明光が、前記半透過反射板の反射／透過特性に応じた透過率でこの半透過反射板を透過して表示体にその背面から入射し、また、前記表示体の前方から入射した外光が、前記半透過反射板の反射／透過特性に応じた反射率でこの半透過反射板を透過して前記表示体にその背面から入射するため、面光源装置からの照明光も、前方から入射する外光も、効率良く利用することができない。
【００８０】これに対して、上記実施例の面光源装置を用いる２ウエイ表示装置は、前記面光源装置が、理論的には、光源３からの光をほぼ１００％の出射効率で出射するとともに、前方から入射する外光もほぼ１００％の反射効率で反射するものであり、しかも半透過反射板を必要としないため、面光源装置からの照明光も、前方から入射する外光も効率良く利用して、明るい画像を表示することができる。
【００８１】また、この２ウエイ表示装置は、前記面光源装置が、光源３からの照明光も、前方から入射する外光の反射光も、前記光学部材７の前面から所定方向の輝度が高い輝度分布の光として出射するため、所定方向、例えば正面方向の輝度が高い表示を得ることができる。
【００８２】さらに、前記面光源装置は、光源３に、この光源３から出射する照明光の輝度を制御する照明輝度制御手段１０を備えさせ、前記反射板６ａによる外光の反射率と、前記照明輝度制御手段１０による前記照明光の輝度制御条件とを、面光源装置の前方に出射する光の輝度が外部の環境の照度に応じて予め定められた輝度範囲となるように設定したものであるため、この面光源装置を用いた上記２ウエイ表示装置は、低照度から高照度の広い照度範囲の使用環境において、その環境照度に対して好適な画面輝度の表示を得ることができる。
【００８３】なお、上記２ウエイ表示装置では、前方から入射する外光が前記表示体１４を透過して面光源装置に入射し、また、前記面光源装置からの出射光（外光が得られる環境では外光の反射光または前記外光の反射光と光源３からの照明光との両方、外光が得られない環境では光源３からの照明光）が前記表示体１４を透過してその前方に出射するため、画面輝度は、前記面光源装置の反射板６ａによる外光の反射率および光源３からの照明光の輝度と、前記表示体１４の透過率とによって決まる。
【００８４】したがって、前記面光源装置を２ウエイ表示装置に用いるときは、反射板６ａによる外光の反射率と、前記照明輝度制御手段１０による前記照明光の輝度制御条件とを、前記画面輝度が外部の環境の照度に応じて予め定められた輝度範囲となるように設定すればよい。
【００８５】すなわち、環境照度に応じた好適な画面輝度は、例えば夜間の街灯化のような５０ルクスの環境照度で２０～２００ニット、昼間や夜間の室内照明を点灯させたときの室内のような１０００ルクスの環境照度で３０～３００ニット、晴天時の木陰のような３００００ルクスの環境照度で４００～４０００ニットである。
【００８６】したがって、前記面光源装置を２ウエイ表示装置に用いるときは、前記光源３からの照明光の輝度を、照明輝度制御手段１０により、環境照度に対する画面輝度が、５０ルクスの環境照度で２０～２００ニット、１０００ルクスの環境照度で３０～３００ニット、３００００ルクスの環境照度で４００～４０００ニットの範囲をそれぞれ満足する二次関数で表わされる輝度となるように、環境照度に応じて制御すればよい。
【００８７】なお、図１では、便宜上、導光体１の階段形状面２と、光学部材７の複数の入射部８およびその間の入出射面９を大きく拡大して示したが、例えば前記非発光型表示体１０にドットマトリックス型の液晶表示素子を用いる場合は、前記光学部材７の入射部８のピッチを前記液晶表示素子の画素ピッチとほぼ同じか、あるいはそれよりも小さくし、この光学部材７の入射部８のピッチに応じて前記導光体１の階段形状面２の段差面２ｂのピッチを設定するのが好ましく、このようにすることにより、外光の反射光および光源３からの照明光を前記液晶表示素子の全ての画素部に入射させ、画素の欠け落ちの無い良好な画像を表示させることができる。
【００８８】また、上記面光源装置は、２ウエイ表示装置に限らず、例えば、側方に配置した光源からの光と前方から入射する外光とを利用する照明パネル等として広く利用することができる。
【００８９】なお、上記実施例では、導光板１の前面側に、前方から入射する外光および前記反射板６ａにより反射されて前記導光体１の複数の段面２ａから出射する前記外光の反射光を透過させ、前記導光体１の複数の段差面２ｂから出射する照明光を所定方向に向けて前方に出射する光学部材を配置しているが、照明光の出射方向が導光板１の前面の法線に対して大きく傾いた方向でよいときは、前記光学部材７を省略してもよい。
【００９０】また、上記実施例では、前記導光板１の背面側に、その背面に近接させて反射板６ａを配置しているが、この反射板６ａは、前記導光板１の背面に貼り付けてもよく、また、前記導光体１の背面側に設ける外光の反射手段６は、前記反射板６ａに限らず、例えば導光体１の背面にアルミニウムまたは銀等からなる反射膜を蒸着等の手段により成膜して形成してもよい。
【００９１】さらに、上記実施例では、導光板１の一端面を入射端面としたが、前記導光板１は、例えば、両端の端面を入射端面とし、前面を、両端側から導光体の中間部に向かって段階的に低くなる階段形状面に形成した、長さ方向の中間部をはさんで左右対称な形状のものでもよい。
【００９２】このような構成の導光体を用いる場合は、この導光板の両端の入射端面の側方にそれぞれ光源を配置すればよく、また前記導光体の前面側に配置する光学部材７を、その長さ方向の中間部をはさんで左右対称な形状に形成すればよい。
【００９３】
【発明の効果】この発明の面光源装置は、少なくとも一端面が入射端面とされ、前面が複数の段面およびこれらの段面をつなぐ複数の段差面とからなる階段形状面に形成されており、前記入射端面から照明光を取り込んで前記複数の段差面から出射するとともに、前方から入射する外光を前記複数の段面から取り込んで背面に出射し、前記背面から入射する光を前記複数の段面から出射する導光体と、前記導光体の側方に配置され、この導光体の前記入射端面に向けて照明光を出射する光源と、前記導光体の背面側に設けられ、前記導光体の背面に出射する前記外光を反射する反射手段とを備え、前記光源からの照明光を、前記導光体にその入射端面から取り込んでこの導光体の前面の複数の段差面から出射するとともに、前記導光体の前方から入射する外光を、この導光体の前面の複数の段面から取り込んで背面に出射し、前記反射手段により反射されて前記導光体にその背面から入射する前記外光の反射光を、この導光体の前記複数の段面から出射するようにしたものであり、この面光源装置によれば、光源からの照明光を前方に出射するとともに、前方から入射する外光を反射させて前方に出射することができるため、充分な明るさの外光が得られるときは、光源を点灯させずに外光の反射光だけを出射し、外光の明るさが不足するときは、前記光源を点灯させて外光の反射光と前記光源からの照明光の両方を出射することにより外光の反射光の輝度不足を前記照明により補い、また、外光が得られないときは、前記光源からの照明光を出射することができる。
【００９４】そのため、この面光源装置によれば、例えば外光を利用する反射型表示と面光源装置からの照明光を利用する透過型表示との両方の表示を行なう２ウエイ表示装置を、半透過反射板を用いることなく構成することができる。
【００９５】この発明の面光源装置においては、前記導光体の前面側に、前方から入射する外光および前記反射手段により反射されて前記導光体の複数の段面から出射する前記外光の反射光を透過させ、前記導光体の複数の段差面から出射する照明光を所定方向に向けて前方に出射する光学部材を配置するのが望ましく、このようにすれば、前記導光体の複数の段差面から出射する照明光を、前記光学部材により所定方向に向きを変えて前方に出射することができるため、前記照明光を所定の方向に出射することができる。
【００９６】その場合、前記光学部材は、平坦面からなる前面と、前記導光体の前面に対向する背面とを有する透明板からなっており、その背面に、前記導光体の前記段差面から出射する照明光を取り込む入射面と、前記入射面から取り込んだ光を前面方向に屈折させる屈折面とを有する突起状の複数の入射部が形成されているものが好ましく、前記光学部材をこのような構成とすることにより、前記導光体の複数の段差面から出射する照明光のほとんどを無駄なく前記光学部材に取り込んで、その前面から前方に出射することができる。
【００９７】しかも、前記光学部材をこのような構成とすることにより、前記導光体の複数の段差面から出射し、前記光学部材の複数の入射部に前記入射面から入射した光を、前記屈折面により屈折させて所定の方向に集光し、この光学部材の前面から所定方向（例えば正面方向）の輝度が高い輝度分布の照明光を出射することができるとともに、前記反射手段により反射されて前記導光体の前記複数の段面から出射する外光の反射光も、所定方向（例えば正面方向）の輝度が高い輝度分布の光として前記光学部材の前方に出射することができる。
【００９８】さらに、前記光学部材は、前記複数の入射部を間隔を存して設け、前記光学部材の背面のうちの隣接する前記入射部の間の領域を、前記導光体の前記複数の段面に対向する入出射面とした構成とするのがより望ましく、このような構成の光学部材によれば、この光学部材にその前面から入射した外光を、前記入射部およびその間の前記入出射面から光学部材の背面に出射するとともに、前記反射手段により反射されて前記導光体の前記複数の段面から出射する外光の反射光を、前記入射部および入出射面から光学部材に取り込んで、この光学部材の前面から前方に出射することができるとともに、その反射光を、より所定方向（例えば正面方向）の輝度が高い輝度分布の光とすることができる。
【００９９】また、この面光源装置においては、前記光源に、この光源から出射する照明光の輝度を制御する照明輝度制御手段を備えさせ、前記反射手段による外光の反射率と、前記照明輝度制御手段による前記照明光の輝度制御条件とを、面光源装置の前方に出射する光の輝度が外部の環境の照度に応じて予め定められた輝度範囲となるように設定するのが望ましく、このようにすることにより、充分な明るさの外光が得られる環境において光源を点灯させずに外光の反射光だけを出射するときも、外光の明るさが不足する環境において前記光源を点灯させて外光の反射光と前記光源からの照明光の両方を出射することにより外光の反射光の輝度不足を前記照明により補うときも、また、外光が得られない環境において前記光源からの照明光を出射するときも、前記環境の照度に応じて、その環境照度に対して好適な輝度の光を出射することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００１４４３【氏名又は名称】カシオ計算機株式会社
【出願日】	平成１０年９月１４日（１９９８．９．１４）
【代理人】	【識別番号】１０００５８４７９【弁理士】【氏名又は名称】鈴江武彦（外５名）
【公開番号】	特開２０００－９０７１９（Ｐ２０００－９０７１９Ａ）
【公開日】	平成１２年３月３１日（２０００．３．３１）
【出願番号】	特願平１０－２６０１４０