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【発明の名称】 面状照明装置
【発明者】 【氏名】江川 元二

【氏名】鈴木 信吾
【要約】 【課題】透明基板の金型の加工性および耐久性を向上させるとともに、良好な光反射特性を得ることができる面状照明装置を提供する。

【解決手段】透明基板2の表面に光反射パターン15を形成する。光反射パターン15は、透明基板2の一側面6に近接して配置される直線状の導光体3の軸方向に沿って形成され、その断面形状がほぼ台形の溝部16a、16b、16c…と、溝部に隣接する略平坦部17b、17c、17d…とから構成されている。そして、溝部16a、16b、16c…は、底部面18a、18b、18c…が台形状の断面の短辺側の辺となるように形成されている。また、光源部５に近い側の傾斜面19ｆの傾斜角度θ1は35°〜55°、略平坦部17d,底部面18dの傾斜角度θ3,θ4は-5°〜+5°に設定し、略平坦部17b、17c、17d…の幅を一定とし、溝部16a、16b、16c…の幅および深さを光源部5から離れるに従って大きくなるように形成する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 透光性材料からなる透明基板の側面に沿って直線状の光源を近接配置した面状照明装置において、前記透明基板の表面に、前記光源の軸方向に沿って、隣接して配置された多数の溝部と略平坦部とから構成される光反射パターンを形成し、前記溝部はその溝の底部を短辺側の辺とする断面形状が、ほぼ台形の形状に形成されていることを特徴とする面状照明装置。
【請求項２】 前記光反射パターンを構成する溝部の深さは、前記光源から離れるに従って深く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項３】 前記光反射パターンを構成する溝部の幅は、前記光源から離れるに従って狭く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項４】 前記光反射パターンを構成する略平坦部の幅が、前記光源から離れるに従って狭く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項５】 前記光反射パターンを構成する溝部が、複数の段部を有する階段状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項６】 前記溝部は、前記光源に近い側の傾斜面と底部の面とで形成される傾斜角度の外角を３５°から５５°とし、前記略平坦部の面および前記溝部の底部の面の傾斜角を透明基板の底部の面に対して−５°〜＋５°とすることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の面状照明装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、看板、各種反射型表示装置等の照明手段に用いられる面状照明装置に関するものであり、特に、反射型の液晶表示装置の照明手段として用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】薄型で占有容積が小さく、軽量であること等に特徴を有する液晶表示装置は、携帯電話やパーソナルコンピュータ等をはじめとする多くの電気製品に使用されている。ところで、液晶表示装置の液晶自体は自ら発光しないため、太陽光や部屋の照明の明るさを十分に取り込むことができない暗所で使用する場合には、液晶表示装置とは別個に液晶を照射する照明装置が必要となる。従って、この照明装置も小型で消費電力が小さいことが望まれる。しかし、その形状が小型化すればするほど装置の加工性、あるいは装置の金型の耐久性が低下するという問題が生じてくる。特に、樹脂基板の側面に光源を配置し、光源から放射される光線を表示装置の画面全体に均一に発光させるため、樹脂基板の表面に光反射パターンを形成する面状照明装置にあっては、形成される光反射パターンの大きさは微小であり、その加工性および金型の耐久性はさらに低下するものである。放射される光線を均一にするため樹脂基板の表面に光反射パターンを形成する面状照明装置の従来例として以下に示すようなものがある。
【０００３】例えば、特開平１０−２０８５３０号公報には、背面照射手段を用いた面状光源装置において、断面形状がほぼ楔型状の樹脂基板の表面に断面形状三角形のプリズム列を複数連ねた微小光学素子を、樹脂基板の側面に配置した直線状の光源の軸方向に対して平行に設ける光反射パターン（階段状の光反射パターン）について記載されている。これは、光源から放射された光線がプリズム列で反射し、樹脂基板から出射するときの光線の分布において、光源から最も離れた領域で、最大輝度の出射角度が画面垂直方向になるように、即ち、正面強度が最大になるようにプリズム列の傾斜角度を設定するものである。そして、光源からの距離に左右されることなく光線の出射分布の正面強度が、上述した光源から最も離れた領域での正面強度と等しくなるように、それぞれのプリズム列の傾斜角度を変化させて設定している。
【０００４】しかしながら、上述した従来例にあっては、樹脂基板から出射される光線の出射方向と出射光量との均一性を、プリズムの形状（傾斜角度の設定による傾斜面）によってコントロールすることになるが、この２つの傾斜面をパラメータとしたコントロール方法では全ての光線の均一性を最適にコントロールすることは困難であった。そこで、これらの不具合を解決するため、特開平１１−２４２２２２号公報には、前面照明手段を用いた面状照明装置において、透明基板（樹脂基板）の表面に、断面形状三角形の多数の溝部および溝部に隣接する平坦部とから構成される光反射パターンについて記載されている。これは、例えば、透明基板の側面に配置された光源の軸方向と平行に光反射パターンが形成され、反射した光線が照明装置の画面全体で均一になるように、溝部の切り込みの深さを一定にし、且つ、光源から遠ざかるに従って隣り合う溝部の間隔（平坦部の幅）が狭くなるようにしたものである。これによれば、光反射パターンを形成する平坦部および２つの傾斜面（三角形の溝部の２面）の合計３面によって、透明基板から出射される光線をコントロールしているため、上述した階段状の光反射パターンによるコントロールに比して、良好な光線分布特性を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のような構成による面状照明装置において、透明基板の表面に形成される溝部（プリズム）の形状は、その断面が三角形の形状を有しているため、溝部の頂角に相当する谷部の先端は鋭角な形状となる。従って、その金型も鋭角な突起状の先端部を有する形状のものとなる。このため、金型の加工は容易ではなく、また、その耐久性の点においても充分な強度を得ることができないという欠点があった。
【０００６】本発明は、上記課題を解決するためになされてものであり、透明基板から出射される光線に関し、容易に所望の光学特性を得ることができ、且つ、光反射パターンが形成される透明基板の金型の加工性、耐久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ものである。
【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の発明は、透光性材料からなる透明基板の側面に沿って直線状の光源を近接配置した面状照明装置において、前記透明基板の表面に、前記光源の軸方向に沿って、隣接して配置された多数の溝部と略平坦部とから構成される光反射パターンを形成し、前記溝部はその溝の底部を短辺側の辺とする断面形状がほぼ台形の形状に形成されていることを特徴とするものである。光源から放射された光線は、光反射パターンを構成する溝部と略平坦部によって反射され、透明基板から出射される。また、溝部を台形状に形成することによって金型の加工性および耐久性を向上させることができる。
【０００７】また、上記課題を解決するために、請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光反射パターンを構成する溝部の深さは、前記光源から離れるに従って深く形成されていることを特徴とするものである。光反射パターンを構成する溝部の深さを、光源からの距離に応じて変化させることにより、透明基板から出射される光線の良好な光分布特性を得ることができる。
【０００８】また、上記課題を解決するために、請求項３の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光反射パターンを構成する溝部の幅は、前記光源から離れるに従って狭く形成されていることを特徴とするものである。この発明では、光反射パターンを構成する溝部の幅を、光源からの距離に応じて変化させることにより、透明基板から出射される光線の良好な光分布特性を得る。
【０００９】また、上記課題を解決するために、請求項４の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光反射パターンを構成する略平坦部の幅が、前記光源から離れるに従って狭く形成されていることを特徴とするものである。この発明では、光反射パターンを構成する略平坦部の幅を、光源からの距離に応じて変化させることにより、透明基板から出射される光線の良好な光分布特性を得る。
【００１０】また、上記課題を解決するために、請求項５の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光反射パターンを構成する溝部が複数の段部を有する階段状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】また、上記課題を解決するために、請求項６の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の発明において、前記溝部は、前記光源に近い側の傾斜面と底部の面とで形成される傾斜角度の外角を３５°から５５°とし、前記略平坦部の面および前記溝部の底部の面の傾斜角を透明基板の底部の面に対し−５°〜＋５°とすることを特徴とするものである。光反射パターンを形成する溝部の傾斜面、略平坦部等の傾斜角度を、所定の角度に形成することによって、より良好な光分布特性を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る面状照明装置の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る面状照明装置の一形態を示す図である。図に示すように、面状照明装置１は、透明基板２と、光源部５と、フレーム（光反射部材）１１とから概略構成され、反射型液晶素子２０の表面（観察面）を透明基板２によって覆うように配置される。透明基板２は、透光性の高い材料からなり、略断面矩形状に形成されている。光源部５は、棒状の導光体３及び点状光源（例えば、発光ダイオード等）４から形成され、導光体３は、透明基板２の一側面（入射面）６に沿って配置されている。フレーム（光反射部材）１１は、面状照明装置１が組み合わされたときに導光体３を覆うように配置される。
【００１３】導光体３の一側面（透明基板２の入射面６に向き合う導光体３の一側面（出射面）９に対向する面）１０には、光路変換手段１２が形成され、点状光源４から放射される光線を均一に透明基板２の入射面６へ放出させている。また、フレーム１１の内面には反射フィルム等が貼り付けられ、導光体３内を進行する光線を効率よく透明基板２の入射面６へ導いている。
【００１４】透明基板２の観察側の面（上面）１３には、入射面６から入射した光線を、透明基板２の下面１４全体から均一に反射型液晶素子２０側へ出射するために光反射パターン１５が形成されている。光反射パターン１５は、導光体３の軸方向（一側面６）に沿って形成され、その断面形状がほぼ台形の複数の溝部１６と、溝部１６に隣接する略平坦部１７とから構成されている。そして、溝部１６は、例えば光源部５から離れるに従ってその幅および深さが大きくなるように（後述する）形成されている。このように形成される光反射パターンによって、入射面５から透明基板２内に入射した光は、光源部５からの距離に左右されることなく、下面１４全体から、より均一に反射型液晶素子２０側へ出射される。尚、図１に示す実施の形態は、前面照明手段を用いた面状照明装置について示すものであるが、この形態には限定されず背面照明手段を用いる面状照明装置の場合であってもよい。
【００１５】図２は、透明基板上に形成された光反射パターンの一形態を示す面状照明装置の側面図である。透明基板２の上面１３には、光反射パターン１５が形成されている。光反射パターン１５は、断面形状がほぼ台形の複数の溝部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ…および溝部に隣接する略平坦部１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ…から構成されている。溝部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ…は、下面１４側の辺（それぞれの溝部の底部面18a、18b、18c…）を短辺とする台形状に形成され、例えば、図に示す溝部１６ｆ（台形）でいうと、底部面１８ｆと溝部１６ｆの傾斜面とで形成する角の外角を所定の値θ1、θ2としている。略平坦部１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ…および溝部16a、16b、16c…の底部面１８ａ、１８ｂ、１８ｃ…は、その幅がそれぞれ一定になるように形成されている。これに対して、溝部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ…の深さは、光源部５から遠い位置に形成されるものほど深く形成されている。即ち、溝部の幅（隣り合う略平坦部の間の距離）が光源部５から離れるに従って大きくなるように形成されている。溝部16a、16b、16c…を形成する加工方法としては、ダイヤモンドバイトによる切削加工が可能である。
【００１６】光源部５から放射され、透明基板２の入射面６へ入射し、光反射パターン１５へ進行した光線は、溝部16a、16b、16c…の傾斜面、溝部の底部面18a、18b、18c…、あるいは略平坦部17b、17c、17d…によって反射される。この内、溝部16a、16b、16c…の傾斜面で反射される光線の多くは、透明基盤２の下面１４へ進行する際の入射角が小さいためそのまま透明基板２から出射する。しかしながら、底部面18a、18b、18c…および略平坦部17b、17c、17d…部で反射された光線の多くは、下面１４へ進行する際の入射角が大きいので下面１４で反射した後に透明基板２内に戻る。従って、溝部の傾斜面の面積が大きいほど透明基板２の下面１４から出射する光線の量は多くなる。また、光線の輝度は、光源部５から距離の大きさに反比例して低下する。以上のことから、図２に示す形態では、光源部５から離れるに従って溝部の深さを深くして傾斜面の面積を大きくし、光源部５からの距離に依存する光線との均衡を保つことで、透明基板２の下面１４から出射する光線を下面１４全体において均一になるように光反射パターンを形成している。
【００１７】次に、光反射パターン１５によって効率よく光線を反射させるための溝部16a、16b、16c…の傾斜面および略平坦部17b、17c、17d…と底部面18a、18b、18c…の傾斜角度について説明する。図２に示す溝部１６ｆ（斜線を付した台形）において、光源部５に近い側の傾斜面１９ｆと底部面１８ｆとで形成される角の外角をθ1、光源部５に遠い側の傾斜面１９ｆ'と底部面１８ｆとで形成される角の外角をθ2とし、また、略平坦部１７ｄの傾斜角をθ3、底部面１８ｄの傾斜角をθ4として、傾斜面、略平坦部、および底部面の傾斜角度の設定値を説明する。まず、外角θ1は、傾斜面１９ｆで反射した光線が全反射するような角度に設定する。更に、観察画面が最も明るくなるようにその角度を限定すると、外角θ1は３５°〜５５°の範囲に設定することが望ましい。外角θ2は、光線が傾斜面１９ｆへ臨界角以下で入射し、傾斜面１９ｆを透過して傾斜面１９ｆ'から再び透明基板２内に進行する光線を考慮して設定する。また、略平坦部17b、17c、17d…および底部面18a、18b、18c…に進行した光線は、それぞれ全反射して透明基板２の下面１４へ進行する。更に、下面１４で全反射した後に再び上面１３へ進行する。そして、傾斜面に到達した場合には、上述のように反射して最終的に下面１４から出射し、略平坦部あるいは底部面に到達した場合には、全反射して再び下面１４においても全反射しながら、光源部５から遠ざかる方向に透明基板２内を進行する。これらのことを考慮して、略平坦部の傾斜角θ3および底部面の傾斜角θ4は、−５°〜＋５°であることが望ましい。
【００１８】図３は、透明基板上に形成された光反射パターンの別の一形態を示す面状照明装置の側面図である。透明基板２の上面１３には、断面形状がほぼ台形の複数の溝部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ…および溝部に隣接する略平坦部２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ…から構成される光反射パターン２５が形成されている。溝部26a、26b、26c…を形成している傾斜面、底部面28a、28b、28c…、および略平坦部27b、27c、27d…の傾斜角度は、図２において説明したθ1〜θ4と同一の角度を有している。また、溝部26a、26b、26c…の深さ、および略平坦部17b、17c、17d…の幅は、全てそれぞれ一定となるように形成されている。そして、底部面28a、28b、28c…は、光源部５から遠ざかるに従って溝部が小さくなっていくように、即ち、底部面の幅が狭くなるように形成されている。このように底部面の幅を変化させて光反射パターン２５を形成することは、光源部５から離れるに従って溝部が徐々に多く形成されることになるために、溝部２６a、２６b、２６c…での反射に起因する光線の量と、光源部５からの距離に依存する光線の量との均衡が保たれ、下面１４から出射する光線の量は全体で均一となる。
【００１９】図４は、透明基板上に形成された光反射パターンの更に別の一形態を示す面状照明装置の側面図である。透明基板２の上面１３には、断面形状がほぼ台形の複数の溝部３６ａ、３６ｂ、３６ｃ…および溝部に隣接する略平坦部３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ…から構成される光反射パターン３５が形成されている。溝部36a、36b、36c…を形成している傾斜面、底部面38a、38b、38c…、および略平坦部37b、37c、37d…の傾斜角度は、図２において説明したθ1〜θ4と同一の角度を有している。また、溝部36a、36b、36c…の深さ、および底部面38a、38b、38c…の幅は、全て同一となるように形成されている。そして、略平坦部37b、37c、37d…は、光源部５から遠ざかるに従ってその幅が狭くなるように形成されている。このように略平坦部の幅を変化させて光反射パターン３５を形成することは、光源部５から離れるに従って溝部が徐々に多く形成されることになるために、溝部３６a、３６b、３６c…での反射に起因する光線の量と、光源部５からの距離に依存する光線の量との均衡が保たれ、下面１４から出射する光線の量は全体で均一となる。
【００２０】図５は、透明基板上に形成された光反射パターンの更にまた別の一形態を示す面状照明装置の側面図である。透明基板２の上面１３には、階段状の段部を有する複数の溝部４６ａ、４６ｂ、４６ｃ…および溝部に隣接する略平坦部４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ…から構成される光反射パターン４５が形成されている。溝部46a、46b、46c…は、深さの異なる２つの溝から形成されている。その２つの溝は隣接して設けられ、それぞれに底部面48a、48b、48c…、48a'、48b'、48c'…を有している。光源部５に近い側の溝を形成する傾斜面（例えば、４９C）の傾斜角度、および遠い側の溝を形成する傾斜面（例えば、４９C'）の傾斜角度は、上述したθ1の角度と同一であり、遠い側の溝を形成するもう一方の傾斜面（例えば、４９"）の傾斜角度は、上述したθ2の角度と同一である。また、底部面48a、48b、48c…、48a'、48b'、48c'…および略平坦部47b、47c、47d…の傾斜角度は、上述したθ3、θ4と同一の角度を有している。溝部46a、46b、46c…の深さ、および略平坦部47b、47c、47d…の幅は、それぞれ一定となるように形成されている。そして、底部面48a、48b、48c…、48a'、48b'、48c'…は、光源部５から遠ざかるに従って溝部が小さくなっていくように、即ち、底部面の幅が狭くなるように形成されている（それぞれの溝部46a、46b、46c…を形成する２つの溝の底部面の幅は等しく形成されている）。このように２つの溝が階段状に形成されている溝部の底部面の幅を変化させて光反射パターン４５を形成することにより、溝部の数は光源部５から離れるに従って変化することになり（徐々に多く形成されることになる）、溝部４６a、４６b、４６c…での反射に起因する光線の量と、光源部５からの距離に依存する光線の量との均衡が保たれ、下面１４から出射する光線の量は全体で均一となる。尚、溝部46a、46b、46c…に設けられる溝の数は２つに限定されるものではなく、それ以上の複数段の段部を有するものであってもよい。更に、光線の均一性を確保するためには、光源部５からの距離に応じて溝部の深さ、あるいは略平坦部の幅等を変化させるものであってもよい。
【００２１】
【発明の効果】本発明に係る面状照明装置によれば、透明基板上に形成する光反射パターンの溝部の断面の形状を、ほぼ台形状にすることによって、透明基板の金型は容易に加工することができるようになる。また、透明基板の金型の形状を鋭角な突起を有しない形状とすることができるので、その耐久性は大幅に向上する。更に、光反射パターンの溝部の深さ、平坦部の幅等を光源部からの距離に応じて適宜変化させることによって、液晶表示素子を照射する透明基板からの光線を基板全体で均一にすることができる。また、溝部を形成する傾斜面、底部面、および略平坦部の傾斜角度を所定の角度にすることによって、光源部から透明基板内に入射されて光線を効率よく透明基板の下面から出射させることができる。
【出願人】 【識別番号】０００１１４２１５
【氏名又は名称】ミネベア株式会社
【出願日】 平成１２年７月３日（２０００．７．３）
【代理人】 【識別番号】１０００６８６１８
【弁理士】
【氏名又は名称】萼 経夫 （外３名）
【公開番号】 特開２００２−２５３２０（Ｐ２００２−２５３２０Ａ）
【公開日】 平成１４年１月２５日（２００２．１．２５）
【出願番号】 特願２０００−２０１２５１（Ｐ２０００−２０１２５１）