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【発明の名称】 被照明体の反射形照明装置
【発明者】 【氏名】吹春 栄一
【要約】 【課題】

【解決手段】導光板１２の表面に、光源１６から照射された光を被照明体１０に向けて全反射する断面三角形状の凸部１３を形成し、凸部１３には、導光板１２に位置決めされた基準部Ｃに向けて所定の角度αで傾けられた傾斜面１４及び導光板１２に対して垂直な垂直面１５を形成する。導光板１２の周縁には、光源１６と光源１６の光を凸部１３に向けて平行に照射する照射手段１９ａ，１９ｂを設けた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 被照明物の前面に配置された導光板と、この導光板の周囲に配置された光源と、前記被照明物の後部に配置された反射鏡とを有する被照明体の反射形照明装置において、前記導光板の表面には、前記光源から照射された光を前記被照明体に向けて全反射する断面三角形状の凸部又は凹部が形成された全反射領域を一つ又は複数設け、前記凸部又は凹部は、前記導光板の所定位置に位置決めされた基準部に向けて所定の角度で傾けられた傾斜面と、前記導光板に対して垂直な垂直面とからなり、前記導光板の周縁には、前記光源とこの光源の光を前記全反射領域に向けて平行に照射する照射手段とを前記全反射領域に対応させて設けたこと、を特徴とする被照明体の反射形照明装置。
【請求項２】 前記全反射領域を、前記基準部の両側又は周囲に複数設けたことを特徴とする請求項１記載の被照明体の反射形照明装置。
【請求項３】 前記凸部又は凹部は、前記基準部に共通の曲率中心を有する円形状，楕円形状又は閉鎖曲線状に形成され、前記導光板の周縁の適宜の部位に前記光源及び前記照射手段を設けたこと、を特徴とする請求項１記載の被照明体の反射形照明装置。
【請求項４】 前記基準部は、前記導光板の中央に位置決めされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の被照明体の反射形照明装置。
【請求項５】 前記照射手段は、平行な照明光を前記全反射領域の全ての凸部又は凹部に向けて直接照射することができるように、前記導光板に対して照明光の照射方向を所定角度傾斜させること、を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の被照明体の反射形照明装置。
【請求項６】 前記傾斜面の傾斜角度は、照明光の前記照射方向角度をβ、導光板を形成する材料の臨界角度をθ0とした場合に、９０°−（β＋θ0）より小さい角度であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の被照明体の反射形照明装置。
【請求項７】 前記導光板の周縁部を反射部材で取り囲んだこと、を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の被照明体の反射形照明装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被照明物の前方に配置され、前記被照明物を反射光によって表示させるとともに、外部光の乱反射を防止して表示品質を向上させた被照明体の反射形照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、液晶表示装置などの被照明体を照明する照明装置として、前記被照明体の前面に導光板を配置し、この導光板の側面にＬＥＤなどの光源を設けるとともに被照明体の後方に反射鏡を配置し、導光板の表面で全反射した前記光源の照明光を前記反射鏡で反射させて前記被照明体を導光板の表面に表示させるものが知られている。
【０００３】図５は、このような反射形照明装置を使用した公知の液晶表示装置を示す断面図である。図中、符号２は導光板、符号１０は被照明体である液晶表示装置、符号６は光源、符号９は反射板である。光源６から照射された照明光Ｓは、導光板２の表面側及び裏面側の平坦部分で全反射を繰り返しながら導光板２内を進行するが、導光板２の表面に形成された凸部３の傾斜面４に照射された照明光Ｓは導光板２に垂直な方向（図５の紙面上下方向）に向きを変え、導光板２を透過し、さらに液晶表示装置１０を透過して反射板９に達する。照明光Ｓはこの反射板９で反射され、液晶表示装置１０及び導光板２を透過して導光板２の表面から外部に照射される。これにより導光板２の表面に液晶表示装置１０の表示内容が映し出される。このような反射形照明装置は、太陽光や室内灯の光などの外部光を利用して被照明体を照明することができるので、消費電力が小さく、機器を小型にすることができるなどの利点を有している。
【０００４】しかしながら、上記した従来の反射形照明装置では、以下のような問題がある。図６は従来の反射形照明装置の問題点を説明するための断面図であるが、（１）導光板２の表面の平な部分に照射された外部光Ｒ1は、そのまま導光板２及び液晶表示装置１０を透過して反射体９により反射され、液晶表示装置１０の表示内容を導光板２の表面に表示させる。一方、凸部３の傾斜面４に照射された外部光Ｒ2は、図６中に示すように進行方向を変えて対向する傾斜面４に達し、この傾斜面４で反射されてさらに向きを変え、導光板２の前方の利用者の目に入る。そのため、この不必要な反射光によって液晶表示装置１０の表示内容の一部が見えにくくなる。
【０００５】（２）光源６から照射された照明光Ｓは、導光板２の中で反射を繰り返しながら進行するため、光源６から遠ざかるに従って照明光Ｓの明るさが減退し、導光板２の各所によって輝度が異なる輝度ムラを生じさせる。そのため、照明される液晶表示装置１０の表示内容も場所によって明暗がばらつき輝度ムラを生じさせる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記の問題点にかんがみてなされたもので、導光板の表面で反射した外部光が利用者の目に入ることを防ぐことによって、高品質の表示を得ることのできる被照明体の反射形照明装置を提供すること、及び、表示の全体にわたって明るくかつ輝度ムラのない、高品質な表示を得ることのできる被照明体の反射形照明装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、被照明物の前面に配置された導光板と、この導光板の周囲に配置された光源と、前記被照明物の後部に配置された反射鏡とを有する被照明体の反射形照明装置において、前記導光板の表面には、前記光源から照射された光を前記被照明体に向けて全反射する断面三角形状の凸部又は凹部が形成された全反射領域を一つ又は複数設け、前記凸部又は凹部は、前記導光板の所定位置に位置決めされた基準部に向けて所定の角度で傾けられた傾斜面と、前記導光板に対して垂直な垂直面とからなり、前記導光板の周縁には、前記光源とこの光源の光を前記全反射領域に向けて平行に照射する照射手段とを前記全反射領域に対応させて設けた構成としてある。
【０００８】この構成によれば、光源から照射された光は凸部又は凹部の前記傾斜面によって全反射され、導光板及び被照明体の内部を横切って、前記反射鏡に反射される。導光板には、全反射領域と、この全反射領域に対応して光源及び照射手段とが設けられているので、各全反射領域には対応する光源からの平行な照明光が照射される。すなわち、本発明では、照明光は反射しながら導光板の内部を進行するのではなく、光源からの光が直接に各全反射領域の凸部又は凹部に照射されるわけである。従って、全反射領域には輝度ムラのない照明光が入射することになり、その照明光を反射することによって得られる表示も輝度ムラのないものとなる。
【０００９】また、外部から入射した光は、凸部又は凹部の傾斜面を透過し、導光板を透過して反射板に反射される。傾斜面に隣接する面は垂直面として形成されているので、この面にはほとんど外部光は反射せず、乱反射により表示品質を劣化させることもない。
【００１０】請求項２記載の発明は、前記全反射領域を前記基準部の両側又は周囲に複数設けた構成としてある。この構成のように、前記基準部の両側又は周囲に複数の全反射領域を設ければ、対応する光源及び照射手段からの照明光が各全反射領域を照らすので、各全反射領域は高輝度の照明光を被照明体に向けて反射することができ、明るくかつ輝度ムラのない高品質な表示を得ることができる。
【００１１】請求項３記載の発明は、前記凸部又は凹部が、前記基準部に共通の曲率中心を有する円形状，楕円形状又は閉鎖曲線状に形成され、前記導光板の周縁の適宜の部位に前記光源及び前記照射手段を設けた構成としてある。この構成によっても、複数の光源及び照射手段が全反射領域の全体を照らすので、明るくかつ輝度ムラのない高品質な表示を得ることができる。また、導光板が円形や楕円形、不定形状のものであっても本発明の反射形照明装置を設けることが可能である。
【００１２】請求項４記載の発明は、前記基準部が、前記導光板の中央に位置決めされた構成としてある。前記基準部は導光板の表面の任意の部位に設けることができる。しかし、全反射領域ごとに光源と凸部又は凹部までの距離が異なる場合において、同じ明るさの光源を使用すると、全反射領域間で照明光の明るさにムラが生じ、結果として表示に輝度ムラが生じることになる。この構成のように前記基準部を前記導光板の中央部位に選択すれば、全反射領域ごとの光源と凸部又は凹部までの距離をほぼ均一にすることができ、全反射領域間の照明光の明るさのムラを緩和してより高い品質の表示を得ることができる。
【００１３】請求項５記載の発明は、前記照射手段が、平行な照明光を前記全反射領域の全ての凸部又は凹部に向けて直接照射することができるように、前記導光板に対して照明光の照射方向を所定角度傾斜させる構成としてある。この構成によれば、光源の光が全反射領域の全ての凸部又は凹部に直接照射されるので、全反射領域内での輝度ムラを無くすことができる。
【００１４】請求項６記載の発明は、前記傾斜面の傾斜角度は、照明光の前記照射方向角度をβ、導光板を形成する材料の臨界角をθ0とした場合に、９０°−（β＋θ0）より小さい角度である構成としてある。例えば、導光板の材質がアクリル樹脂である場合、アクリル樹脂の臨界角は約４２°であるので、傾斜面の角度を少なくとも５０°より小さい角度に選択すればよい。このようにすれば、光源からの照明光を傾斜面で全反射させることができ、品質の高い反射形照明装置を得ることができる。
【００１５】請求項７記載の発明は、前記光源を導光板の側面の対向位置の二個所以上に設けている。照明光は導光板内でその一部が拡散して導光板の周縁から外部に放出されるが、導光板の側面の周囲を反射部材で取り囲むことにより、外部に放出される光の量を減ずることができ、かつ、反射部材によって反射された光が導光板の周縁の輝度を大きくするので、導光板の輝度ムラをさらに緩和し、表示品質を向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、この発明の反射形照明装置の好適な実施形態を図面にしたがって説明する。なお、以下の実施形態で被照明体は、パソコンや携帯電話などのディスプレイに使用される液晶表示装置であるとして説明するが、この発明は反射形照明装置が使用され得るあらゆる機器に適用することが可能である。
【００１７】図１は本発明の一実施形態にかかり、反射形照明装置の平面図、図２は図１のＩ−Ｉ方向断面図、図３は傾斜面の傾斜角度及び照明光の照射方向角度の関係を説明する図２の部分拡大図である。矩形状の導光板１２の表面には、中央Ｃを通るＹ方向軸線の左右両側（図１の左右）に、光源１６からの照明光を全反射する全反射領域Ａ，Ａ′が対称に形成される。この全反射領域Ａ，Ａ′にはそれぞれ、前記Ｙ方向軸線から導光板１２の左右両側の周縁１２ａ，１２ｂに向けて、左右対称に複数本の凸部１３が形成される。
【００１８】この凸部１３は、前記Ｙ方向軸線と平行に同一ピッチで形成される。凸部１３は断面視して三角形状に形成されるが、その高さは液晶表示装置１０の表示内容を視覚的に損なわない程度に微小なもの、具体的には１μm〜１００μmの範囲内であるのが好ましい。なお、凸部１３の幅は、凸部１３の前記高さと傾斜面１４の後述する傾斜角度α（図３参照）とから幾何学的に決定される。
【００１９】各凸部１３の傾斜面１４は、導光板１２の中央Ｃに向けて同一の角度で傾斜する。傾斜面１４の傾斜方向は、全反射領域Ａ，Ａ′が接する導光板１２の中央Ｃを境に切り替わる。従って、中央Ｃを通るＹ軸線上では、左右の全反射領域Ａ，Ａ′の傾斜面１４，１４がＶ字状の溝を形成する。三角形状の凸部１３を形成する他の斜面は、導光板１２に対して垂直（導光板１２に垂直な軸線をＺ軸とする）な垂直面１５として形成される。従って、凸部１３は傾斜面１４を斜辺とする直角三角形状の形状をなす。
【００２０】導光板１２の左右の周縁１２ａ，１２ｂには、それぞれ、ＬＥＤや蛍光管などの光源１６が設けられる。携帯電話などの小型の機器には、インバータ回路が不要なＬＥＤなどの光源を選択するのが好ましい。光源１６としてＬＥＤのような点光源を選択した場合には、図示するように周縁１２ａ，１２ｂに沿って均等間隔で複数個（この実施形態では各３個）の光源１６を配置するのが好ましい。
【００２１】また、導光板１２の周縁は、導光板１２の周囲から外部に照明光が漏れ出ないように、反射部材１９で取り囲むのがよい。この反射部材１９は、光反射率の高い鏡体で形成するのが好ましいが、アルミなどの光反射率の高い金属で形成した金属板や、アルミなどの金属を表面に蒸着又は接着したプラスチック板などから形成してもよい。
【００２２】反射部材１９の周縁１２ａ，１２ｂ部分は、光源１６を保持するための保持部１９ａ，１９ｂとして形成する。この保持部１９ａ，１９ｂは断面形状が二次曲線状に形成され、この二次曲線の焦点部に光源１６が取り付けられる。このように断面形状を二次曲線状に形成したのは、光源１６からの光を平行な照明光として導光板１２内に照射するためである。
【００２３】また、保持部１９ａ（１９ｂ）の開口から照射された照明光が、導光板１２の周縁１２ａ（１２ｂ）から中央Ｃまで凸部１３のほぼ全体に直接照射されるように、保持部１９ａ，１９ｂを導光板１２に対して若干傾けて取り付け、かつ、保持部１９ａ，１９ｂの開口を導光板１２の肉厚方向にできるだけ幅広に形成することが好ましい。このように構成された保持部１９ａ，１９ｂが、光源１６の光を全反射領域Ａ，Ａ′に向けて平行に照射する照射手段を構成する。
【００２４】傾斜面１４の傾斜角度は次のように決定することができる。図３に示すように、導光板１２に対する傾斜面１４のＸ軸線に対する傾斜角度をα、保持部１９ａ，１９ｂのＸ軸線に対する取付角度（照明光の照射方向角度に等しい）をβとし、傾斜面１４の垂線に対する光源１６からの照明光Ｓの入射角をθとする。また、導光板１２を形成する材料の臨界角をθ0とする。角度α，β，θの間には以下の関係が成り立つ。
α + β ＋ θ ＝ ９０°傾斜面１４の内側で照明光Ｓが全反射するには θ＞θ0 でなければならないから、傾斜面１４の傾斜角度αは、α ＜ ９０°−（β＋θ0）でなければならない。導光板１２を例えばアクリル樹脂で形成した場合、アクリル樹脂の臨界角は約４２°であることがわかっているから、α＜４８°−βとなるように傾斜角度αを選択するとよい。
【００２５】保持部１９ａ，１９ｂの取付角度βは、全反射領域Ａ，Ａ′の左右方向の幅をＬ（図３参照），保持部１９ａ，１９ｂの開口幅をＨ（図３参照）とした場合に、ｓｉｎβ＝Ｈ／Ｌとなるように決定されるのが好ましい。このように取付角度βを選択すれば、全反射領域Ａ，Ａ′の全ての凸部１３に照明光を直接照射させることができる。
【００２６】次に、上記構成の反射形照明装置の作用を説明する。光源１６の光は、二次曲線状の保持部１９ａ，１９ｂによって平行な照明光Ｓにされる。この照明光Ｓは、傾斜面１４の内側で入射角度θに等しい角度で全反射され、導光板１２及び液晶表示装置１０を透過して反射板９で反射される。この際、光源１６から照射された平行な照明光Ｓは、全反射領域Ａ，Ａ′の凸部１３に直接照射されるので、傾斜面１４に照明光Ｓが全反射することによって得られる液晶表示装置１０の表示内容も、その全体にわたって明るく、かつほぼ均一な輝度分布を有する高品質なものとなる。
【００２７】また、この実施形態の反射形照明装置のように、導光板１２の全周に反射部材１９を設けておけば、導光板１２内に照明光Ｓを閉じ込めることができ、導光板１２の周縁部、特に光源１６を設けていない周縁部の輝度の低下を防止して、全体にわたってさらに均一な明るさの表示を得ることができる。
【００２８】通常の使用状態において外部光Ｒ（図３参照）は、ほぼ垂直な方向から導光板１２に照射される。従って垂直面１５によって外部光Ｒが反射されることは殆どない。また、外部光Ｒは傾斜面１４に対して臨界角度θ0 より大きい入射角度で入射するので、傾斜面１４によって外部光が反射されることも殆どない。なお、反射形照明装置の周囲で乱反射して導光板１２に達した外部光の一部が、臨界角度θ0 より大きい入射角度で傾斜面１４に入射しすることもあるが、これによって全反射された外部光の殆どは導光板１２の左右方向に拡散してしまい、表示品質に悪影響を与えるおそれはない。
【００２９】本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態により何ら限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では断面直角三角形状の凸部１３を導光板１２の表面に形成するものとして説明したが、これに代えて断面直角三角形状の凹部を導光板１２の表面に形成するものとしてもよい。
【００３０】また、全反射領域Ａ，Ａ′を設ける基準となる基準部は、上記の実施形態では導光板１２の中央Ｃとして説明したが、前記基準部は中央部に限らずあらゆる任意の位置に設けることができる。この場合も、凸部１３の傾斜面１４の傾斜角度αや保持部１９ａ，１９ｂの取付角度βは、上記した条件を満足するように選択され、決定されるのが好ましい。
【００３１】さらに、上記の実施形態では中央Ｃの両側に全反射領域Ａ，Ａ′を設け、中央Ｃから周縁１２ａ，１２ｂに向けて凸部１３を形成するものとして説明したが、導光板１２が矩形状である場合には中央Ｃの周りに全反射領域を４つ設け、各全反射領域に中央Ｃから周縁に向けて凸部を形成するものとしてもよい。この場合には、各周縁に上記と同様の光源及び保持部を設ければよい。また、前記凸部の傾斜面の傾斜角度α及び保持部の取付角度βも前記と同様に決定することができる。また、凸部を形成する形態は、中央Ｃを通る軸線と平行な直線状のものに限らず、円形状、楕円形状、曲線状などあらゆるものを選択することができる。
【００３２】図４は、凸部の形態を楕円形とした本発明の反射形照明装置の他の実施形態にかかり、その平面図である。図示するように、導光板２２の中央Ｃを共通の曲率中心として、楕円状に凸部２３が複数形成される。この凸部２３は、先の実施形態と同様に断面視して直角三角形に形成される。凸部２３の傾斜面２４は全て中央Ｃに向けられる。特に図示はしないが、導光板２２の周縁には反射部材２９が取り付けられ、導光板２２の周縁に沿って配置された複数の光源２６が、反射部材２９の保持部２９ａ〜２９ｄに保持される。先の実施形態と同様、保持部２９ａ〜２９ｄは、光源２６の光を平行な照明光にして凸部２３に照射する。
【００３３】保持部２９ａ〜２９ｄの取付角度β（図３参照）及び光源２６の配置位置、配置個数は、照明光が凸部２３が形成された導光板２２の表面の全体を直接照射するように選択することが好ましい。傾斜面２４の傾斜角度α（図３参照）は、先の実施形態と同様に、導光板２２を形成する材質の臨界角度θ0と、保持部２９ａ〜２９ｄの取付角度βにより決定される。
【００３４】
【発明の効果】この発明の反射形照明装置は上記のように構成されているので以下のような効果を奏する。導光板の表面に照射された外部光は、導光板の表面に形成された断面視して三角形状の凸部又は凹部によって反射されることなくほぼ全てが導光板の内部に入射するので、導光板の表面で外部光が反射して被照明体の表示品質を劣化させるおそれがない。
【００３５】また、全反射領域の各凸部又は凹部に照明光を直接照射し、その反射光で被照明体を表示させる形態であるので、明るくかつ輝度ムラが少なく高品質な表示を得ることができる。さらに、導光板の周囲に反射部材を設けたものは、導光板の周縁部における輝度の低下を防止してさらに輝度ムラのない高品質な表示を提供することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００４２３７
【氏名又は名称】日本電気株式会社
【出願日】 平成１１年３月３日（１９９９．３．３）
【代理人】 【識別番号】１０００８６７５９
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 喜平
【公開番号】 特開２０００−２５１５１４（Ｐ２０００−２５１５１４Ａ）
【公開日】 平成１２年９月１４日（２０００．９．１４）
【出願番号】 特願平１１−５５８０２