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】赤岡広樹
【要約】	【課題】画面全体にわたり均一な明るさ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上の光反射パターン２９を光源部５の軸方向に対して所定の傾斜角度θを有するように形成する。透明基板２の一側面８に近接して導光体３と導光体の両端部に配置した点状光源４ａ、４ｂとから構成される光源部５を配置する。導光体３の一側面１０に溝部１５と平坦部１６とから構成される光路変換手段１２を形成する。溝部１５の深さは、一方の点状光源から遠ざかるに従って徐々に深くなり、所定の位置に形成される最深溝部を過ぎると他方の点状光源に近づくに従って徐々に浅くなるように形成する。最深溝部は導光体の中央の位置からいずれか一方の点状光源側に任意の距離だけずれた位置に形成する。これにより導光体３から透明基板２方向へ出射する光の分布を変化させることができ、画面上の輝度ムラを改善することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】透光性材料からなる透明基板と、該透明基板の側面に沿って近接配置される光源部を備え、該光源部が長手状の導光体と該導光体の両端部に配置される点状光源とから構成される面状照明装置において、前記導光体の長手方向の側面には複数の溝部と該溝部に隣接する平坦部とからなる光路変換手段が設けられ、前記溝部の深さは、一方の点状光源から遠ざかるに従って徐々に深くなり、所定の位置に形成される最深溝部を過ぎると他方の点状光源に近づくに従って徐々に浅くなるように形成され、前記最深溝部の形成される所定の位置は、前記導光体の中央の位置からいずれか一方の点状光源側にずれた位置に形成されることを特徴とする面状照明装置。
【請求項２】前記透明基板上には、前記光源部の軸方向に対して所定の角度を有した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が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。

【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。
【０００３】図４に、サイドライト方式を使用する面状照明装置の従来例の一形態を示す。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長手状の光源部５とから概略構成される。そして、光源部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】光源部５は直線状の透明材料からなる導光体３と、該導光体３の端面６に対面して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の一側面８と向かい合う面（一側面）９の反対側面に、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。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貼り付けられている。
【０００６】透明基板２の上面４６には、複数の光反射パターン４９が形成されている。光反射パターン４９は、断面形状が三角形の溝部４７と、それに隣接する平坦部４８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４７は、導光体３から入射した光が、導光体３（光源部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４７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】しかしながら、このような光反射パターン４９を用いた照明装置の場合は、光が光反射パターン４９に反射する際に、溝部４７と平坦部４８でその透過率が異なるために生じる縞と、液晶表示装置（液晶表示素子）の画素となる液晶セルのモザイク模様の配列とによって生じる干渉縞（モアレパターン）が目立ち、画像が観察しづらくなるという欠点があった。モアレパターンの発生は、光反射パターン４９のパターン形状、即ち溝部４７の深さ、大きさおよびピッチの間隔等に密接に関係している。
【０００８】そこで、このモアレ改善策として、刊行物（月刊ディスプレイ２０００年４月号）では、プリズム稜線と電極配列とに所定の傾斜角θ（θ＝２２.５°）を持たせることによってモアレ縞解消の最適化を図ることができるといった内容のものが開示されている。そして、この内容を基に考案された面状照明装置が図５に示すものである。図に示すように、透明基板２の上面に形成された光反射パターン５９は溝部５７およびそれに隣接する平坦部５８とから構成されており、その溝部５７および平坦部５８は長手状の光源部５の軸方向に対して所定の傾きθ（好ましくはθ＝２２.５°）を有す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、図５に示す面状照明装置１"は、モアレパターンの改善手段としては有効であったが、以下に示すような不具合を有するものであった。透明基板２上に形成した溝部５７の傾斜方向と導光体３の端面６に対面して設けた点状光源４の配置関係により、点状光源４が透明基板２に写り込み、透明基板２の一側面８の点状光源４に近い端部から一側面８の反対側面１８に向かって光反射パターン５９を横切るように帯状に輝線５１が発生する。また、輝線５１よりも端部側、即ち、透明基板２の一側面５２側では輝度の低い（暗い）領域Ａが発生し、特に輝線５１との輝度の差が大きく、その明暗差が目立ち照明品位の低下を招くことになる。ここで、点状光源４の透明基板２への写り込みとは、点状光源４からの光が導光体３の端面６を通して透明基板２に筋状に入り込むことにより、透明基板２を観察面（上面）側から観察すると筋状の輝線５１となって観察される現象をいう。
【００１０】これは、溝部５７が図に示すような傾斜角度θを有するように形成されているためであり、光源部５からの光は、暗領域Ａの溝部５７へは、導光体３から透明基板方向に出射される方向より右側からほとんど入射しないためである。また、それぞれの溝部５７は、点状光源４が配置されている導光体３の端面６から離れるにしたがって（導光体３の端面７に近づくにしたがって）徐々に透明基板２の一側面８に近づくように形成され、更に隣り合うそれぞれの溝部５７のうち一側面８から離れた位置の溝部５７ほどその深さが深く形成されているため（但し、一つの溝部５７内ではその深さは一定に形成されている）、透明基板２上の一側面５２側では溝部での反射光量が少なく、一側面５３側では溝部での反射光量が多くなり、両側面付近の領域間で反射光量に差が生じ、輝度の低い領域Ａと輝度の高い領域Ｂが発生するためである。
【００１１】本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、画面全体にわたり均一な明るさを可能とし、更にはモアレの発生を抑えるとともに輝線を防止することができる面状照明装置の提供を目的とするものである。
【００１２】
【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と、該透明基板の側面に沿って近接配置される光源部を備え、該光源部が長手状の導光体と該導光体の両端部に配置される点状光源とから構成される面状照明装置において、前記導光体の長手方向の側面には複数の溝部と該溝部に隣接する平坦部とからなる光路変換手段が設けられ、前記溝部の深さは、一方の点状光源から遠ざかるに従って徐々に深くなり、所定の位置に形成される最深溝部を過ぎると他方の点状光源に近づくに従って徐々に浅くなるように形成され、前記最深溝部の形成される所定の位置は、前記導光体の中央の位置からいずれか一方の点状光源側にずれた位置に形成されることを特徴とするものである。
【００１３】導光体の両端部に配置される点状光源から放射された光は、導光体内に入射し、光路変換手段を構成する溝部の傾斜面および平坦部によって反射され、透明基板内に入射する。導光体の両端部に点状光源を配置させ、導光体の側面に形成する溝部のうち最深溝部の位置を、導光体の中央の位置から一方の点状光源側へ任意にずらして形成することにより、導光体から透明基板内に入射する光の強さを導光体の中央の位置から見て左右不均一として、透明基板上に従来発生していた輝度ムラ（明暗差）を抑制する。
【００１４】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、前記透明基板上には、前記光源部の軸方向に対して所定の角度を有した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が形成されていることを特徴とするものである。光源部の軸方向に対して所定の角度を有する光反射パターンを形成することによってモアレの発生を抑える。また、導光体の側面に形成した溝部のうちの最深溝部の位置を導光体の中央の位置からずらして形成することにより、所定の角度を持たせて形成した光反射パターンによって発生する透明基板上の輝度の不均一性を抑制する。
【００１５】
【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光源部を改良したものであるので、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、その詳細な説明は適宜省略する。
【００１６】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８に沿って配置される光源部５と、光反射部材（フレーム）１３とから概略構成される。
【００１７】光源部５は、直線状の導光体３と点状光源４ａ、４ｂとから構成されている。導光体３の一側面で、透明基板２の一側面８と向かい合う面（一側面）９の反対側面（一側面ともいう）１０には、光路変換手段１２が形成されている。光路変換手段１２は、断面形状が三角形の溝部１５とそれに隣接する平坦部１６とから構成されており、隣接する溝部の深さはそれぞれ相違するように形成されている。点状光源４ａ、４ｂは、導光体３の端部、即ち、導光体３の端面６、７に対面して近接配置される。また、光反射部材１３は、面状照明装置１を構成する各部材が組み合わされたとき導光体３を覆うように配置される。
【００１８】透明基板２の上面（観察側の面）２６には、一側面８から入射した光を、透明基板２の下面全体から均一に液晶表示装置（図示省略）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、その断面形状がほぼ三角形の溝部２７と溝部に隣接する平坦部２８とから構成され、光源部５の軸方向（導光体３の軸方向ともいう）に対して所定の傾斜角度θを有するように形成されている。この所定の傾斜角度θを持たせることにより、光反射パターンによる明暗の縞と液晶セルのモザイク模様の配列とによって生じる干渉縞、即ち、モアレパターンを抑えることができる。傾斜角度θは、測定結果より１０°から３５°までの角度で形成されたときにモアレパターンの発生を効果的に抑えることができ、特に、θ＝２２.５°に形成されたときにモアレパターン改善の最適化を図ることができる。
【００１９】また、隣接する溝部のそれぞれの間隔は一定に形成され、透明基板２の一側面８から離れた位置に形成される溝部ほどその溝の深さが深く形成されている。これにより、透明基板２上において導光体３からの距離に関係なく、ほぼ均一な輝度を実現することができる。
【００２０】図２に、導光体の一側面に形成された光路変換手段の一形態を示す。（ａ）図は、本発明に係る光路変換手段の一形態であり、（ｂ）図は、従来の光路変換手段の一形態である。（ｂ）図に示すように、従来の導光体３の一側面に形成されている光路変換手段は、断面形状が三角形の溝部とそれに隣接する平坦部とから構成されている。そして、その中の最深の溝部（プリズムともいう）１５Ｘ'が導光体３の中央部（Ｐの位置）に形成され、Ｐの位置からそれぞれの点状光源４ａ、４ｂに近づくに従って溝部の深さは徐々に浅くなるように形成されている。また、矢印２１'は、導光体３から透明基板（図示省略）方向に出射される光の強さを示しており、矢印の長さが長いほど透明基板方向に出射される光が強いことを示している。導光体３から透明基板方向に出射される光の強さは溝部の深さによって変化する。溝部を浅く形成することにより透明基板方向に反射する光の量は少なくなり（先送り光が多くなり）透明基板方向に出射する光を弱くすることができる（図２（ｃ）参照）。また、溝部を深くすることにより透明基板方向に反射する光の量は多くなり（先送り光が少なくなり）透明基板方向に出射する光を強くすることができる（図４（ｄ）参照）。従来の光路変換手段では、点状光源からの距離に関係なく光の強さが均一、あるいは図に示すように導光体の中央の位置から見て左右対称（均等）となるように溝部を形成している。
【００２１】これに対し、（ａ）図に示すように、本発明に係る光路変換手段は、断面形状が三角形の溝部とそれに隣接する平坦部とから構成されている点では従来の構成と同様であるが、最深の溝部１５Ｘが導光体３の中央部（Ｐの位置）からいずれか一方の点状光源側にずれた位置（この形態においては、点状光源４ａ方向にずれたＱの位置）に形成されている点で従来の構成と相違している。また、最深の溝部の位置からそれぞれの点状光源４ａ、４ｂに近づくに従って溝部の深さは徐々に浅くなるように形成されている点については従来の構成と同様であるが、最深の溝部１５Ｘの形成されている位置（Ｑの位置）が、導光体３の中央部（Ｐの位置）から点状光源４ａ方向にずれているため、最深の溝部１５Ｘから点状光源４ａ間に形成される溝部の数と、点状光源４ｂ間に形成される溝部の数とは異なり、点状光源４ａに一番近い位置に形成される溝部１５ｎ'の深さと、点状光源４ｂに一番近い位置に形成される溝部１５ｎの深さも異なる点で従来の構成と相違している。これにより、導光体３から透明基板方向に出射される光の強さ、即ち、矢印２１の長さは、導光体３の中央の位置（Ｐの位置）から見て左右対称（均等）の長さではなくなる。そして、最も長い矢印の位置（光の最も強い位置）は、導光体３の中央の位置から点状光源４ａの方向にずれて存在することとなる（最深の溝部１５Ｘが形成されているＱの位置となる）。
【００２２】このように導光体３の一側面に形成する光路変換手段の、最深の溝部を形成する位置を導光体の中央部から任意の方向にずらして形成し、導光体３から透明基板方向に出射する光の分布を変化させることにより、透明基板を上面側から見たときの輝度の不均一性、例えば、透明基板上に光反射パターンを所定の傾斜角度を持たせて形成した場合に発生する輝度の不均一性（図５に示す、輝度の低い領域Ａと輝度の高い領域Ｂの発生）を改善する。輝度の不均一性の改善された結果については後述する。
【００２３】尚、光路変換手段の構成としては上述の形態に限定されるもいのではなく、例えば、断面形状が台形の溝部とそれに隣接する平坦部とから構成されるもの、平坦部を設けずに断面形状が略三角形となるような二つの傾斜面からなる山部を連続的に形成するものであってもよい。
【００２４】
【実施例】以下に、図１に示す面状照明装置１において、導光体３に形成する光路変換手段１２の最深溝部の位置を任意に変化させた場合の、透明基板２上の輝度の測定結果を示す。図３は、導光体の一側面に形成する光路変換手段の最深溝部の位置と透明基板上の明るさの関係を示す図およびグラフである。
【００２５】（ａ）図は、面状照明装置１の上面図であり、円（○）で囲む１～９までの領域は、透明基板２上の輝度の測定を行った領域である。図示は省略されているが、透明基板２上には、導光体３の軸方向に対して傾斜角度θを有する光反射パターンが形成されている。また、矢印で示すＰの位置は導光体３の中央の位置であり、Ｑの位置は導光体３に形成する光路変換手段１２の最深溝部の位置である。そして、Ｐの位置から最深溝部が形成されるＱの位置までの距離（ずれ）をＤで示す。斜線で示すＡの領域は、従来の面状照明装置１"（図５）において発生していた輝度の低い領域を示している。
【００２６】（ｂ）図は、面状照明装置１の１～３までの領域の輝度を示すグラフであり、その横軸には最深溝部が形成される位置をずれＤによって示す。即ち、Ｄ＝０は、最深溝部の形成される位置（Ｑの位置）が導光体の中央の位置（Ｐの位置）であることを示し、Ｄ＝－５は、最深溝部の形成される位置がＰの位置から点状光源４ａ方向に５ｍｍずれた位置であることを示している。グラフからわかるように、最深溝部をＰの位置に形成した場合には、領域１の輝度は領域３の輝度よりも低くなるが、最深溝部の位置を点状光源４ａ方向に５ｍｍずらすことにより領域１の輝度と領域３の輝度とをほぼ同じにすることができる。そして、最深溝部の位置をさらに点状光源４ａ方向にずらすことにより領域１の輝度を領域３の輝度よりも高くすることができる。以上のことから従来の面状照明装置１"において発生していた輝度の不均一性（領域Ａの輝度の低下）は、最深溝部を形成する位置をＰの位置から点状光源４ａ方向に変化させることにより改善することができる。尚、最深溝部の位置をＰの位置から点状光源４ｂ方向にずらした場合には、領域１の輝度と領域３の輝度との差はさらに大きくなる。
【００２７】（ｃ）図は、面状照明装置１の４～６までの領域の輝度を示すグラフである。また、横軸は上述した（ｂ）図の場合と同様である。グラフからわかるように、最深溝部をＰの位置に形成した場合には、領域４の輝度は領域６あるいは領域５の輝度よりも低くなるが、最深溝部の位置を点状光源４ａ方向に１０～１５ｍｍずらすことにより領域４の輝度と領域６の輝度とをほぼ同じにすることができる。以上のことから従来の面状照明装置１"において発生していた輝度の不均一性（領域Ａの輝度の低下）は、最深溝部を形成する位置をＰの位置から点状光源４ａ方向に変化させることにより改善することができる。尚、最深溝部の位置をＰの位置から点状光源４ｂ方向にずらした場合には、領域４の輝度と領域６の輝度との差はさらに大きくなる。
【００２８】（ｄ）図は、面状照明装置１の７～９までの領域の輝度を示すグラフである。横軸は上述した（ｂ）図の場合と同様である。グラフからわかるように、最深溝部をＰの位置に形成した場合には、領域７の輝度は領域９あるいは領域８の輝度よりも低くなるが、最深溝部の位置を点状光源４ａ方向に１０ｍｍずらすことにより領域７の輝度と領域９の輝度とをほぼ同じにすることができる。これにより従来の面状照明装置１"において発生していた輝度の不均一性（領域Ａの輝度の低下）は、最深溝部を形成する位置をＰの位置から点状光源４ａ方向に変化させることにより改善することができる。尚、最深溝部の位置をＰの位置から点状光源４ｂ方向にずらした場合には、領域７の輝度と領域９の輝度との差はさらに大きくなる。
【００２９】
【発明の効果】本発明に係る面状照明装置によれば、導光体の両端部に点状光源を配置させ、導光体の側面に形成する光路変換手段の最深溝部の位置を導光体の中央の位置から一方の点状光源側に任意の距離だけずらして形成することにより、導光体から透明基板方向へ出射される光分布のうち最も光の強い位置を任意にずらす（移動させる）ことができる。従って、透明基板上の輝度の低い領域に対向する導光体の位置に最深溝部を形成することによって、輝度の低い領域に導光体から多くの光を出射することができ、観察画面上に発生していた明暗差（輝度ムラ）を改善することができる。
【００３０】また、透明基板上に光源部の軸方向に対して所定の角度を有する光反射パターンを形成し、さらに導光体に設ける光路変換手段の最深溝部の位置を透明基板上に発生する輝度の暗部に対応させた位置に形成することにより、モアレの発生を抑えることができるとともに、輝度ムラ、輝線の発生を抑制することができ、観察画面全体にわたり輝度の均一性を向上させることができる。更に、所定の角度を有する光反射パターンを形成することによって発生する輝度ムラおよび輝線を、単一の導光体と二つの点状光源を設けることのみで改善することができるので、面状照明装置の小型化を図ることができる。

【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１３年１月３１日（２００１．１．３１）
【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２００２－２３１０３５（Ｐ２００２－２３１０３５Ａ）
【公開日】	平成１４年８月１６日（２００２．８．１６）
【出願番号】	特願２００１－２３９１４（Ｐ２００１－２３９１４）