| 【発明の名称】 |
面照明装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】服部 幸年
【氏名】酒井 丈也
【氏名】中山 博司
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| 【要約】 |
【課題】表示サイズが大型化しても、低コストで、かつ高輝度および輝度の均一性を得ることができる面照明装置を提供する。
【解決手段】導光体２が平板状であるので、２つの光源４を設置することが可能となるから、従来の単一光源の楔形導光体に比較して高輝度を得ることができる。これとともに、導光体２の出射面５と出射面５に対向する反射面６のいずれか一方に、断面が三角形の凸条７を光源４と平行に複数形成することにより、視認方向（垂直方向）に対し、光源４と反対側に傾斜して出射するので、平板状の導光体２であっても、従来のように導光体を濃度の異なる材料を組み合わせて形成することなく、楔形の導光体と同程度の輝度の均一性にすることが可能となるので、低コストで輝度の均一性を得ることができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 平板状の導光体と、その相対向する２つの端面に配設された平行な１対の光源とを備え、前記光源から導光体へ入射した光を散乱させ、導光体の出射面から照明光を出射する面照明装置であって、前記平板状導光体の出射面と出射面に相対向する反射面のいずれか一方に、断面が三角形の凸条を前記光源と平行に延びるように複数形成されている面照明装置。
【請求項２】 請求項１において、前記平板状導光体に形成された凸条の頂角は、出射面では１７９°〜１６０°であり、出射面と対向する反射面では１７５°〜１５０°である面照明装置。
【請求項３】 請求項２において、さらに、前記平板状導光体からの照明光の指向性を補正する光偏向シートを備えた面照明装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶等の対象物のバックライトのような面照明装置に関し、特にその輝度および輝度の均一性の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、例えば液晶表示用バックライトのような面照明装置として、楔形の導光体と、その端面に配設された単一の光源とを備え、光源から導光体へ入射した光を散乱させ、導光体の出射面から照明光を出射するものが知られている。導光体内の光量は光源からの距離の増大とともに減少するが、楔形の導光体は、出射面または出射面と対向する反射面に角度を付けることにより、光源からの距離の増大に応じて、強制的に出射される光量を増やして、上記光量の減少を補うので、輝度の均一性に優れる。また、集光性を高めて、輝度を上げるために、楔形の導光体の出射面または出射面と対向する反射面に、入光面である端面に対してその稜線が直角または傾斜し、かつその断面が三角形の凸条（例えば、頂角５０°〜１３０°）を複数形成したものも知られている（特開平９−５５２９号、特開平１０−２５３９６０号、特開平１０−２６８１３８号）。楔形の導光体は、主として表示サイズが小型（１４インチまで）の場合に適用される。
【０００３】一方、平板状の導光体と、その複数の端面にそれぞれ配設された複数の光源とを備え、その導光体を濃度の異なる材料を組み合わせて形成する面照明装置が知られている（特開平６−３２４３３０号、特開平７−１３４２９８号）。この装置は高輝度が得られ、輝度の均一性にも優れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の楔形の導光体を用いた装置では、輝度の均一性に優れるが、１端面から光を入射するだけなので、表示サイズが大型化（１５インチ以上）した場合、輝度が不足する。また、大型化に対応して輝度を向上するために、図６のように、２つの楔形の導光体３２を結合させて、両端面に配置した２つの光源３４を用いることも考えられるが、中央の結合部３３で輝度ムラが大きくなる。
【０００５】一方、平板状の導光体を用いた装置では、複数の光源を用いるので表示サイズの大型化に対応して高輝度が得られ、また輝度の均一性にも優れるが、濃度の異なる材料を組み合わせて導光体を形成するために射出成形を２回行う必要があるので、製造工程が複雑となり、低コスト化が図れない。
【０００６】本発明は、上記の問題点を解決して、表示サイズが大型化しても、低コストで、かつ高輝度および輝度の均一性を得ることができる面照明装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、平板状の導光体と、その相対向する２つの端面に配設された平行な１対の光源とを備え、前記光源から導光体へ入射した光を散乱させ、導光体の出射面から照明光を出射する面照明装置であって、平板状導光体の出射面と出射面に相対向する反射面のいずれか一方に、断面が三角形の凸条を前記光源と平行に延びるように複数形成されたものが有用であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】本発明によれば、導光体が平板状であるので、相対向する２つの端面に配設された平行な１対の光源を設置することが可能となるから、従来の１つの端面に配設された単一光源の楔形導光体に比較して高輝度を得ることができる。これとともに、導光体の出射面と出射面に対向する反射面のいずれか一方に、断面が三角形の凸条を前記光源と平行に複数形成することにより、視認方向（垂直方向）に対し、光源と反対側に傾斜して出射するので、平板状の導光体であっても、従来のように導光体を濃度の異なる材料を組み合わせて形成することなく、楔形の導光体と同程度の輝度の均一性にすることが可能となるから、低コストで輝度の均一性を得ることができる。
【０００９】好ましくは、本発明に係る平板状導光体に形成された三角形の凸条の頂角は、出射面では１７９°〜１６０°であり、出射面と対向する反射面では１７５°〜１５０°である。上記のそれぞれの下限を下回ると、三角形の凸条の斜辺に入射する光が多くなり、輝度の均一性が低下する。また、上限を上回ると、光の出射面からの出射角度が輝度の均一性を向上させるのに好ましい出射角度、つまり視認方向（垂直方向）に対し、光源と反対側に傾斜して出射する角度を保つことができないので、輝度の均一性が低下する。輝度の均一性を高く得るには、特に、出射面では１７５°〜１６５°の範囲が好ましく、反射面では１７１°〜１６０°の範囲が好ましい。
【００１０】好ましくは、本発明において、前記平板状導光体からの照明光の指向性を補正する光偏向シートを備えている。したがって、照明光の出射方向を視認方向（垂直方向）に向けて、光の利用効率を高めるので、さらに高輝度を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１は本発明の一実施形態に係る面照明装置を示す。本装置は、平板状の導光体２と、その相対向する２つの端面に配設された平行な１対の光源４とを備えており、光源４から導光体２へ入射した光を散乱させ、導光体４の出射面５から照明光を出射するものである。光源４は細長い形状であり、いわゆる線光源である。
【００１２】この平板状導光体２の出射面５に、断面が三角形の凸条７が光源４と平行に延びるように複数形成されている。この凸条７の頂角θは１７９°〜１６０°の範囲である。
【００１３】以下、本発明に係る平板状の導光体２が、その出射面５に断面が三角形の凸条７を光源４と平行に延びるように複数形成することにより、光源４からの光線が従来の楔形の導光体と同程度の屈折挙動を示すことを説明する。
【００１４】まず、図２（ｂ）に、従来の楔形の導光体３２における光線の屈折挙動を示す。図２（ｂ）において、入射光線Ｌ1 の反射面３６での反射角（入射光線Ｌ1 と反射面３６の法線ｈ4 のなす角度) をθ1 、反射光線Ｌ2 の出射面３５での入射角（反射光線Ｌ2 と出射面３５の法線ｈ5 のなす角度) をθ2 、出射光線Ｌ3 の出射角（出射光線Ｌ3 と出射面３５の法線ｈ5 のなす角度) をθ3 、楔形状の頂角度をδk （例えば、１°〜５°）、導光体３２の屈折率をｒ、空気の屈折率を１とすると、次式が成立する。
ｒ・ｓｉｎθ2 ＝１・ｓｉｎθ3例えば、導光体３２の屈折率が１．４９２、出射角θ3 が輝度の均一性を高めるのに好ましい６５°であるとき、上式に代入すると、１．４９２ｓｉｎθ2 ＝ｓｉｎ６５したがって、θ2 ＝３７．４°θ1 ＝θ2 ＋δk であるから、例えば、楔形状の頂角δk が５°であるとき、反射面３６での反射角θ1 は４２．４°となる。
【００１５】図２（ａ）に、本発明に係る平板状の導光体２において、例えば出射面５に凸状７を形成した場合における光線の屈折挙動を示す。図２（ａ）において、凸状７の頂角をθ、（π−θ）／２をδ、入射光線Ｌ1の反射面６の反射角（入射光線Ｌ1 と反射面６の法線ｈ1 のなす角度) をθi 、反射光線Ｌ2 の出射面５での入射角（反射光線Ｌ2 と出射面５の法線ｈ2 のなす角度) をθi −δ、出射光線Ｌ3 の出射角（出射光線Ｌ3 と視認方向である垂直線ｈ3 のなす角度) をθo 、導光体の屈折率をｒ、空気の屈折率を１とすると、次式が成立する。
ｒ・ｓｉｎ（θi −δ）＝１・ｓｉｎ（θo −δ）
例えば、θi ＝４２．４°、θo ＝６５°、ｒ＝１．４９２であるとき、上式に代入すると、１．４９２ｓｉｎ（４２．４−δ）＝ｓｉｎ（６５−δ）
これを展開すると、１．４９２（ｓｉｎ４２．４ｃｏｓδ−ｃｏｓ４２．４ｓｉｎδ）＝ｓｉｎ６５ｃｏｓδ−ｃｏｓ６５ｓｉｎδ１．４９２（０．６７ｃｏｓδ−０．７４ｓｉｎδ）＝０．９１ｃｏｓδ−０．４２ｓｉｎδこれを整理すると、０．０９ｃｏｓδ＝０．７６ｓｉｎδしたがって、ｔａｎδ＝０．０９／０．７６これにより、δ＝６．８°、凸条７の頂角θは１６６．４°になる。
【００１６】すなわち、出射面５に凸状７を形成した場合の平板状の導光体２における光線は、凸状７の頂角θの設定により、頂角δk を有する楔形の導光体３２とほぼ同程度の屈折挙動（θo ＝６５°）を示す。したがって、平板状の導光体２であっても、凸状７を形成することにより、楔形の導光体３２と同程度の輝度−角度分布にすることが可能となるので、低コストで輝度の均一性を得ることができる。しかも、楔形の導光体３２は単一の光源であるのに対し、平板状の導光体２は２つの光源４を配置しているので、高輝度が得られる。
【００１７】図１の本装置は、さらに、出射面５上に配置され、平板状導光体２からの出射光線（照明光）Ｌ3 の指向性を補正する例えばレンズシートのような光偏向シート８を備えている。この光偏向シート８は、例えば平板状導光体２と対向する面にレンズ面を形成したもので、このレンズ面は、一方向にほぼ平行に延長する断面が三角形の凸条を複数形成したものである。したがって、出射光線Ｌ3 の出射方向を視認方向（垂直方向）に向けて、光の利用効率を高めるので、さらに高輝度を得ることができる。なお、上記の光偏向シート８を設けなくてもよい。
【００１８】なお、平板状導光体２の出射面５ではなく、図３のように、平板状導光体２の出射面５に相対向する反射面６に、断面が三角形の凸条７を光源４と平行に延びるように複数形成してもよい。この凸条７の頂角は１７５°〜１５０°の範囲である。図１の出射面５に凸条７を設けた場合、図３の反射面６に凸条７を設けたのと比較して頂角θの範囲の上下限値が大きくなるのは、図１の出射面５は角度δを有しているので、視認方向（図２（ａ）では垂直線ｈ3 方向）からみた出射光線Ｌ3 の角度が両者ともに同等であるためには、図２（ａ）の出射光線Ｌ3 を角度δ分だけ立ち上げるようにして頂角θを大きくする必要があることによる。
【００１９】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものではない。
〔実施例１〕ポリメチルメタクリレート等のようなアクリル樹脂中に、シリコーン粒子（直径４．５μｍ）を０．０５ｗｔ％混入させた材料で射出成形を行って平板状の導光体を形成し、図１のように、出射面５に、端面と平行に、頂角１７２°の断面三角形状を５０μｍピッチで形成された平板状の導光体２を作製した。その導光体４の端面の長手方向に沿って１対の平行な光源４を配置し、導光体２の出射面５にレンズシート８（三菱レイヨン株式会社製、商品名ダイアート、頂角６５°）を載せ、導光体２の測定位置ごとに視認方向（図２（ａ）の垂直線ｈ3 方向）の輝度を測定した。その結果を図４（ａ）に示す。横軸は導光体２の測定位置（ｍｍ）、縦軸は出射光線の輝度（ｃｄ／ｍ2 ）を示す。同図のように、高輝度で輝度の均一性も高く、良好な面照明装置が得られた。
【００２０】〔実施例２〕実施例１と同一の導光体２および光源４を用い、レンズシート８を載せない状態で、図２（ａ）の出射角度θo ごとの輝度を測定した。その結果を図４（ｂ）に示す。横軸は垂直線ｈ3 に対する出射角度（°）、縦軸は出射光線の輝度（ｃｄ／ｍ2 ）を示す。輝度補正値は、単位面積当たりの輝度を示すもので、輝度実測値にｃｏｓψ（ψは輝度計の角度）を掛けたものである。頂角１７２°の場合、輝度のピークは６４°付近になり、輝度の均一化のために好ましい６０°〜７０°程度の範囲内に入っている。
【００２１】〔比較例〕実施例１と同一材質の楔形の導光体を用い、レンズシート８を載せない状態で、図２（ｂ）の出射角度θ3 ごとの輝度を測定した。その結果を図５に示す。同図のように、輝度のピークは６４°付近であり、図４（ｂ）と同様の分布を示す。したがって、楔形の導光体と平板状の導光体２とがほぼ同程度の輝度−角度分布になっているので、平板状の導光体２であっても、楔形の導光体とほぼ同程度の輝度の均一性が得られる。
【００２２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、導光体が平板状であるので、２つの光源を設置することが可能となるから、従来の単一光源の楔形導光体に比較して高輝度を得ることができる。これとともに、導光体の出射面と出射面に対向する反射面のいずれか一方に、断面が三角形の凸条を前記光源と平行に複数形成することにより、視認方向（垂直方向）に対し、光源と反対側に傾斜して出射するので、平板状の導光体であっても、従来のように導光体を濃度の異なる材料を組み合わせて形成することなく、楔形の導光体と同程度の輝度の均一性にすることが可能となるので、低コストで輝度の均一性を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２５１０６０
【氏名又は名称】林テレンプ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年８月２５日（１９９９．８．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８７９４１
【弁理士】
【氏名又は名称】杉本 修司 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−６７９１５（Ｐ２００１−６７９１５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月１６日（２００１．３．１６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２３８５１９ |
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