面状照明装置

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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】志村宇洋【氏名】鈴木信吾
【要約】	【課題】照度の均一化、緻密な照明、視認性の向上及び適用可能な画面サイズの拡大を可能とする面状照明装置を提供する。【解決手段】透明基板2の側面8a、8bに近接して、棒状の導光体3a、3bと点状光源4a、4bから構成される光源5a、5bを配置する。透明基板2の表面には、光反射パターン29を導光体3a、3bの軸方向に沿って形成する。光反射パターン29は、溝部27と溝部に隣接する平坦部28とから構成されている。溝部27は、その断面が台形状を有し、光源部5a、5bから離れた位置に形成される溝部27ほどその深さが深くなり、透明基板2の中央付近に形成される溝部27の深さが最も深くなるように形成されている。

【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、対向する２つの側面に沿ってそれぞれ直線状の光源を近接配置し、該光源の軸方向に沿うように複数の溝部と該溝部に隣接する平坦部とからなる光反射パターンを前記透明基板上に形成したサイドライト方式の面状照明装置において、前記透明基板上の溝部の断面形状は、略逆台形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】前記台形状の溝部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°の角度に形成す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】前記外角の角度は左右対称に形成されていることを特徴とする請求項２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溝部の深さは、前記それぞれの光源から離れるに従って深く形成され、透明基板の中央付近に形成される溝部の深さが最も深くなることを特徴とする請求項１から３のいずれか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の間隔は、前記それぞれの光源から離れるに従って狭く形成され、透明基板の中央付近に形成される溝部の間隔が最も狭くなることを特徴とする請求項１から３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、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、その需要は増大している。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手段が必要となる。従って、この液晶を照射する照明手段も小型で消費電力が小さいことが望まれ、近年、薄板状のサイドライト方式（導光板方式）の面状照明装置をその手段として使用することが多い。このようなサイドライト方式の面状照明装置として、本願の発明者らは、特開２０００－１１７２３に、以下に示すような従来例を提案している。
【０００３】図７に、その従来例の面状照明装置の一形態を示す。図に示すように、面状照明装置１'は、透光性材料からなる透明基板２と、その透明基板２の一側面８に近接して設けられた光源５とから概略構成される。そして、光源５から出射された光が透明基板２内に入射され、透明基板２の下部に配置された液晶表示装置（図示、省略）を照射する。
【０００４】光源５は棒状の透明部材からなる導光体３と、該導光体３の一端部に配置された点状光源（例えば、発光ダイオード等）４とから構成されている。また、導光体３には、光路変換手段１２が設けられている。この光路変換手段１２は、透明基板２の一側端面８と向かい合う面９の対向面に、例えば、断面形状が三角形の溝部を形成することによって、点状光源４から出射した光を透明基板２の一側端面８にほぼ均一に入射させる機能を有するものである。尚、導光体３は、透明基板２の一側端面８から所定の距離をおいて、導光体３の一側面９が透明基板２の一側端面８に沿うように配置されている。
【０００５】また、点状光源４から放出される光を効率よく透明基板２内に入射させるために、導光体３の周囲に光反射部材（フレーム）１３が設けられている。光反射部材１３は概略Ｕ字状に形成され、導光体３の透明基板２に向かい合う面９以外の長手方向の周囲を覆っている（図８参照）。尚、光反射部材１３の導光体３を覆う面側（内面）には、銀等の金属を蒸着したフィルム、白色フィルム等を貼り付けた硬質樹脂品、あるいはアルミ板、ステンレス板等の金属板を曲げ加工したものが用いられている。
【０００６】図８は、透明基板２の上面１６に形成された、複数の光反射パターン１９を模式的に示す側面図である。光反射パターン１９は、断面形状が三角形の溝部１７と、それに隣接する平坦部１８とから構成され、導光体３と平行にそれぞれ所定の間隔を置いて形成されている。溝部１７は、導光体３から入射した光が、導光体３（光源５）からの距離に左右されることなく透明基板２の全体面においてほぼ均一に反射され、透明基板２の下部に設けられた液晶表示装置（図示省略）を照射することができるように、それぞれ相違した深さで形成されている。即ち、溝部１７の深さは、導光体３から遠ざかるに従って徐々に深くなるように形成されている。
【０００７】図９には、従来例の面状照明装置の別の一形態を示す。図に示すように、面状照明装置１"は、より大きな表示画面に対応するために、あるいは画面の輝度を向上させるために光源部を複数（５ａと５ｂ）配置させたものである。透明基板２の一側面８ａに沿って光源部５ａを配置するとともに、一側面８ａに対向する面８ｂに沿って光源部５ｂを配置している。それぞれの点状光源４ａ、４ｂから導光体３ａ、３ｂ内に入射した光は、導光体３ａ、３ｂの一面に形成された光路変換手段１２ａ、１２ｂによって、透明基板２の一側面８ａ及び一側面８ｂへ均一に放出される。また、点状光源５ａ、５ｂから放出される光を効率よく透明基板２内に入射させるために、導光体３ａ、３ｂの周囲に光反射部材（フレーム）１３ａ、１３ｂを設けている。光反射部材１３ａ、１３ｂは概略Ｕ字状に形成され、導光体３ａ、３ｂの透明基板２に向かい合う面９ａ、９ｂ以外の長手方向の周囲を覆っている（図１０参照）。
【０００８】図１０は、透明基板２の上面１６に形成された、複数の光反射パターン１９を模式的に示す側面図である。光反射パターン１９は、断面形状が三角形の溝部１７と、それに隣接する平坦部１８とから構成され、導光体３ａ、３ｂと平行にそれぞれ所定の間隔を置いて形成されている。溝部１７は、導光体３ａ、３ｂから入射した光が、導光体３（光源５）からの距離に左右されることなく、透明基板２の全体面においてほぼ均一に反射されて、透明基板２の下部に設けられた液晶表示装置（図示省略）を照射することができるように、それぞれ相違した深さで形成されている。即ち、溝部１７の深さは、導光体３ａ、３ｂに近いほど浅く、逆に、導光体３ａ、３ｂから遠ざかるに従って徐々に深くなり、透明基板２の中央付近でその深さが最も深くなるように形成されている。
【０００９】
【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、液晶表示画像の視認性及び光反射パターンの加工性を確保するために以下のような制約を有するという不具合があった。
【００１０】透明基板２内へ入射した光が光反射パターン１９の溝部１７に反射して、液晶表示装置を照射する光路を図３（ｂ）に示す。この場合、光反射パターン１９の溝１７のピッチＬ'が粗いと、溝部で反射した光によって照射される明るい部分と平坦部で反射した光によって照射される暗い部分との差が目立ち、液晶表示装置１０を均一に照射することができない。また、溝部１７のピッチＬ'を０.３ｍｍ以上にして光反射パターンを形成した場合には、溝部１７の深さ及び幅もある程度大きくなるため、液晶表示面を観察したときに、溝部１７の形成されている位置が目視で認識できてしまうという不具合がある。このため、溝部１７のピッチＬ'は、０.３ｍｍ以下にすることが必要となる（好ましくは０.２ｍｍ程度）。
【００１１】また、溝部１７のピッチＬ'を０.３ｍｍとし、その深さを導光体３からの距離に応じ変化させて形成する場合に、溝部１７の深さは、浅い溝部で１０μｍ、深い溝部で２５μｍ程度に形成される。この溝部１７は、２５μｍを超えた深さになると、溝部１７の傾斜面の影響が発生し、液晶の表示画像がズレて見えるという不具合が生じる。このため、溝部１７の深さは、最も深いもので２０～２５μｍ程度に抑える必要がある。また、溝部１７のピッチＬ'を０.１５ｍｍとし、その深さを導光体３からの距離に応じて変化させ形成する場合に、溝部１７の深さは、浅い溝部で５μｍ、深い溝部で１５μｍ程度に形成される。そして、更に溝部１７のピッチＬ'を狭くして形成する場合には、溝部１７の深さは、浅い溝部において５μｍ以下にする必要があり、射出成形上で溝形状を正確に成形できないという不具合がある。
【００１２】これらの加工性の制約を考慮すると、従来例の構成を有する面状照明装置では、画面全体において均一に照射を行うことができる液晶表示画面の寸法Ａ（図７の透明基板縦寸法に等しい）は、所定の大きさに制限される。例えば、その寸法は、透明基板２に近接して光源を１つ設けた面状照明装置では６０ｍｍ程度であり、光源を２つ設けた面状照明装置では、１２０ｍｍ程度である。
【００１３】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、透明基板上に形成する光反射パターンの改良により、表示画面全体における均一な明るさと緻密な照明、更には適用可能画面サイズの拡大を可能とする面状照明装置の提供を目的とするものである。
【００１４】
【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、対向する２つの側面に沿ってそれぞれ直線状の光源を近接配置し、該光源の軸方向に沿うように複数の溝部と該溝部に隣接する平坦部とからなる光反射パターンを前記透明基板上に形成したサイドライト方式の面状照明装置において、前記透明基板上の溝部の断面形状は、略逆台形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、透明基板内に入射し、光反射パターンを構成する溝部の傾斜面、溝部の底部、および平坦部によって反射され、液晶表示面を均一に照射する。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。
【００１５】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、前記台形状の溝部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°の角度に形成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の傾斜角度を、所定の角度に形成することによって、観察面における良好な光分布特性を得ることができる。
【００１６】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２に記載の発明において、前記外角の角度は左右対称に形成されていることを特徴とするものである。溝部の左右の傾斜面角度を対称に形成することにより、より良好な光分布特性を得ることができる。
【００１７】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から３のいずれか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、前記それぞれの光源から離れるに従って深く形成され、透明基板の中央付近に形成される溝部の深さが最も深くなることを特徴とするものである。溝部の深さを変化させた光反射パターンを形成することで、更に良好な光分布特性を得る。
【００１８】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から３のいずれか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間隔は、前記それぞれの光源から離れるに従って狭く形成され、透明基板の中央付近に形成される溝部の間隔が最も狭くなることを特徴とするものである。
【００１９】
【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。尚、本面状照明装置は、従来例として説明した面状照明装置の透明基板上に形成された光反射パターン、詳しくは、光反射パターンを構成する溝部の形状を改良したものであり、従来の面状照明装置と同様の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２０】図１は、本発明に係る面状照明装置の一形態を示す分解斜視図である。図に示すように、面状照明装置１は、透明基板２と、透明基板２の一側面８ａ及び８ｂに沿って配置される光源部５ａ、５ｂと、光反射板（フレーム）１３ａ、１３ｂとから概略構成される。光源部５ａ、５ｂは、棒状の導光体３ａ、３ｂと点状光源４ａ、４ｂとから構成され、導光体３ａ、３ｂの一面には光路変換手段１２ａ、１２ｂが形成されている。また、光反射板１３ａ、１３ｂは、面状照明装置１が組み合わされたとき導光体３ａ、３ｂをそれぞれ覆うように配置される（図２参照）。尚、この実施の形態においては、光源として点状光源と導光体とから構成される長手状（直線状）のものを使用したが、この形態に限定されるものではなく、例えば、蛍光管等を使用したものであってもよい。
【００２１】透明基板２の上面（観察側の面）２６には、一側面８ａ、８ｂ（以下、入射面ともいう。）から入射した光を、透明基板２の下面２４全体から均一に液晶表示装置（図示省略）側へ出射するために光反射パターン２９が形成されている。光反射パターン２９は、溝部２７と溝部に隣接する平坦部２８とから構成され、導光体３ａ、３ｂの軸方向に沿って複数形成されている。溝部２７は、略逆台形状を有している。即ち、台形の短辺を溝部の底部（下面２４側）とし、長辺を上面２６側として形成されている。そして、導光体３ａ、３ｂから離れた位置に形成される溝部２７ほどその深さが深くなるように形成されている。即ち、隣接する溝部２７の深さは、それぞれ相違した深さで形成され、導光体３ａ、３ｂに近い溝部２７の深さほど浅く、逆に、導光体３ａ、３ｂから遠い位置に形成される溝部２７ほどその深さは深くなり、透明基板２の中央付近に形成される溝部２７の深さが最も深くなるように形成されている。
【００２２】図２は、透明基板２の上面２６に形成された、複数の光反射パターン２９を模式的に示す側面図である。溝部２７ａ２７ｂ…２７ｎの内、導光体３ｂに最も近い溝部２７ａの深さが最も浅く、導光体３ｂから遠くなる（溝部２７ｂ、溝部２７ｃ…）にしたがって、その深さは深くなり、透明基板２の中央付近に形成されている溝部２７ｎの深さが最も深くなっている。
【００２３】このように溝部２７の深さを導光体３ａ、３ｂからの距離に応じて変化させることにより、出射する光を均一にすることができるのは、以下に示すような理由によるものである。光源５ｂから放射され、透明基板２の入射面８ｂから透明基板２内に入射した光は、光反射パターン２９を形成する溝部27a、27b、…27nの傾斜面、底部面、あるいは平坦部よって反射される。この内、溝部27a、27b、…27nの傾斜面で反射される光の多くは、透明基盤２の下面２４へ進行する際の入射角（下面２４と光線とで形成される角度）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、溝部の底部面および平坦部で反射された光線の多くは、下面２４へ進行する際の入射角が大きいので、下面２４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２４から出射する光の量は多くなる。また、光の輝度は、光源部５ｂ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５ｂ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５ｂからの距離に依存する光との均衡を保つことで、透明基板２の下面２４から出射する光を下面２４全体において均一になるように光反射パターン２９を形成している。尚、光源５ａから放射される光についても、同様に光反射パターン２９を形成している。
【００２４】ここで、光源と観察面から見た光の分布との関係について説明する。図４は、観察面をある方向から見たときの光の角度分布を示すものである。図４（ａ）は、光源を１つ設けた場合の角度分布のグラフとその観察イメージ図を示す。図４（ｂ）は、光源を２つ設けた場合の角度分布のグラフを示す。グラフのプラス（＋）側は、光の進行方向側を示し、マイナス（－）側は、光源側を示している。図４（ａ）に示すように、光は、その進行方向側において広い範囲（角度）で出射している。一方、光は、光源側においては、狭い範囲（角度）にしか出射されない。つまりこれは、光の戻り方向には出射されにくいことを示している。この角度分布の特性を利用して視野角の改善を図ったものが、光源を透明基板の両側に、即ち光源を２つ設けた照明装置であり、そのときの光の角度分布が図４（ｂ）に示すものである。透明基板の両側から放射された光が合成され、光はプラス側及びマイナス側に広い範囲（角度）で出射され、広い視野角度を得ることができる。
【００２５】次に、光反射パターンにおける光の反射の相違によって観察面に生じる明暗縞について説明する。図３は、透明基板２に形成される光反射パターン１９、２９で反射した光によって生じる明暗縞を模式的に表したものである。図３（ａ）は光反射パターン２９を構成する溝部２７を台形状に形成したときに生じる明暗縞（本願発明の一形態）を表し、図３（ｂ）は光反射パターン１９を構成する溝部１７を三角形状に形成したときに生じる明暗縞（従来例の一形態）を表している。
【００２６】いずれの形態においても、溝部１７及び溝部２７の傾斜面で反射した光の照射によって、明暗縞の明の部分が発生している。しかしながら、図３（ａ）に発生する明暗縞のピッチｐは、溝ピッチＬ（隣接する溝部と溝部との間隔）が、従来の形態の溝ピッチＬ'と等しいにも係わらず、図３（ｂ）に発生する従来の明暗縞のピッチｐ'の約１／２の間隔になっている。これは、図３（ｂ）に示す三角形状の溝部１７では、２つの傾斜面において反射した光により１つの明の部分が発生しているのに対し、図３（ａ）に示す台形状の溝部２７では、それぞれの傾斜面において反射した光によって１つの明の部分が発生しているからである。これにより、明暗縞の明暗の差が目立たなくなり、照明品位を良好にすることができる。また、明暗縞のピッチｐを、従来の明暗縞のピッチｐ'と同じ間隔に形成して透明基板２を作成した場合には、溝ピッチＬは約２倍の間隔になり、従来と同じレベルの照明品位を維持できる画面サイズは約２倍の大きさにすることができる。
【００２７】また、光反射パターン２９によって効率よく光を反射させるための、溝部２９の傾斜面の傾斜角度について説明する。図３（ａ）の斜線を付した台形状の溝部２７において、傾斜面２１と底部面２３とで形成される角の外角をθ1、傾斜面２２と底部面２３とで形成される角の外角をθ2とする。外角θ1及びθ2は、傾斜面２１で反射した光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。これらのことを考慮すると、この実施の形態において使用している平面平板状の透明基板２では、外角θ1、外角θ2は、共に４５°のとき最も効率よく光を反射させることができる。しかし、透明基板の形状や使用目的に応じて適宜設定することが望ましく、これらを考慮すると外角θ1、外角θ2は３５°～５５°の範囲に設定される。
【００２８】図５は、本発明に係る面状照明装置の別の一形態を示す分解斜視図である。透明基板２の上面３６には、その断面が逆台形状を有する溝部３７と溝部に隣接する平坦部３８とから構成される光反射パターン３９が、導光体３ａ、３ｂの軸方向に沿って複数形成されている。それぞれの溝部３７の深さ及び底部面の幅は、一定となるように形成されている。
【００２９】そして、平坦部３８は、光源５ａ、５ｂから遠ざかるに従って徐々にその幅が狭くなるように形成されている。即ち、隣接する平坦部３８の幅は、それぞれ相違した幅に形成され、導光体３ａ、３ｂに近い平坦部３８の幅ほど広く、逆に、導光体３ａ、３ｂから遠い位置に形成される平坦部３８ほどその幅は狭くなり、透明基板２の中央付近に形成される平坦部３８の幅が最も狭くなるように形成されている。このように平坦部の幅を変化させて光反射パターン３９を形成することにより、光源５ａ、５ｂから離れるに従って一定の区間に形成される溝部の数が徐々に多くなるため、溝部３７での反射に起因する光の量と、光源５ａ、５ｂからの距離に依存する光の量との均衡が保たれ、下面３４から出射する光線の量は全体で均一となる。
【００３０】図６は、透明基板２の上面３６に形成された、複数の光反射パターン３９を模式的に示す拡大側面図であり、図面の左側が導光体３ｂ側である。平坦部３８ａ、３８ｂ…３８ｎの内、導光体３ｂに最も近い位置に形成されている平坦部３８ａの幅が最も広く、導光体３ｂから離れる（平坦部３８ｂ、平坦部２８ｃ…）にしたがって、その幅は徐々に狭くなり、透明基板２の中央付近に形成されている平坦部３８ｎの幅が最も狭くなっている。また、溝部を形成している傾斜面の傾斜角度は、図３において説明したθ1、θ2と同一の角度を有している。
【００３１】
【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台形状にすることによって、従来と同じ溝ピッチで光反射パターンを形成した場合、その実質的な溝ピッチ（溝部の傾斜面と、溝部の底部面及び平坦部との光の反射の違いによる明暗縞のピッチ）は、従来と同じ溝ピッチの約１／２とすることができ、観察面で認識される明暗の輝度ムラを緩和することができる。またこのことから、明暗縞のピッチ（実質的な溝ピッチ）を約２倍にした場合にも、従来と同一レベルの画面品位を確保することができるので、画面品位を維持したまま、大きな表示画面に対応することができる。また、透明基板の金型は鋭角な突起部を有しない形状となるので、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の傾斜角度を所定の角度にすることによって、透明基板内に入射した光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９月５日（２０００．９．５）
【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２００２－７５０３７（Ｐ２００２－７５０３７Ａ）
【公開日】	平成１４年３月１５日（２００２．３．１５）
【出願番号】	特願２０００－２６８５１７（Ｐ２０００－２６８５１７）