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】志村宇洋【氏名】中村芳樹【氏名】豊田耕一
【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】光源部４を、長手状の導光体２７と、その両端面８に対向して配置される点状光源９、９'とから構成する。導光体２７の透明基板と向かい合う面とは反対側に位置する一側面１４に、複数の溝部１５と溝部に隣接する平坦部１６から構成される光路変換手段１１を設ける。そして、この光路変換手段１１の設けられている一側面１４を覆うように拡散反射膜２８を形成する。点状光源９、９'から放射された光は、一側面１４側で高効率に透明基板２方向へ反射され、その光の強さは、それぞれの点状光源からの距離に応して略直線的に低下する。この直線的に低下する光強度の特性を利用することにより観察画面上の輝度の明暗差の斑を抑えることができる。

【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、前記導光体の少なくとも一側面に階段状または溝状の多数のプリズムからなる光路変換手段を設け、該光路変換手段が設けられた一側面上に拡散反射膜を形成したことを特徴とする面状照明装置。
【請求項２】前記拡散反射膜は、白色膜からな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】前記拡散反射膜は、拡散性マット膜からな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】前記拡散性マット膜は、艶消しマットからなることを特徴とする請求項３に記載の面状照明装置。
【請求項５】前記拡散性マット膜は、シリカからなることを特徴とする請求項３に記載の面状照明装置。
【請求項６】前記拡散反射膜は、前記光路変換手段が設けられた一側面の全面に形成されてい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７】前記拡散反射膜は、前記光路変換手段が設けられた一側面の所定の部分に形成されてい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８】前記拡散性マット膜は、前記光路変換手段が設けられた一側面の全面に形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の面状照明装置。
【請求項９】前記拡散性マット膜は、前記光路変換手段が設けられた一側面の所定の部分に形成されていることを特徴とする請求項４または５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は小型で消費電力の小さいことが望まれると同時に、観察画面における品質の高い画像を映し出すものであることが望まれる。そして、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１２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。この面状照明装置は、面状の均一発光を実現するために考案されたもの（特開平１０－１８２０７６号公報）であり、その内容は以下に示す通りである。面状照明装置１'は、反射型液晶素子Ｌの上面を覆うように配置されるものであり、透光性材料からなる断面矩形状に形成された平板状の透明基板２と、その一側面３に近接配置される光源部４と、光源部４および透明基板２の一端部を覆う光反射部材（リフレクタ）１２とから概略構成されている。
【０００４】光源部４は、長手状の導光体７と、この導光体７の両端部８、８に配置される、例えば、発光ダイオードのような点状光源９、９とから構成されている。導光体７の一側面１４には、光路変換手段１１が形成されている。光路変換手段１１は、透明基板２の一側面３に向き合う面１３の反対側面１４に形成されており、例えば、光拡散反射物質を含んだ媒体を塗布した光散乱部１５と塗布しない平坦部１６とからなる。光拡散反射物質を含んだ媒体を塗布した光散乱部１５で反射した光は、平坦部１６で反射した光と比較して、一側面１３から出射し透明基板２内へ進行する光の量が多くなるので、光散乱部１５の面積は点状光源９から遠ざかるに従って大きくなるように形成する。このように、点状光源９からの距離と光散乱部１５の面積とのバランスを考慮して光路変換手段１１を形成することにより、点状光源が導光体７の端部８に配置されているにもかかわらず、光は透明基板２一側面３に向き合う面１３において均一に放出されるというものである。尚、光路変換手段１１の構成は、上述した形態に限定されるものではなくこの他、粗面化加工を施して微小な凹凸を形成した光散乱部と粗面化加工を施していない平坦部とからなる構成、あるいは反射した光を透明基板２内に入射させるような反射角度に設定した溝部を形成する部分と形成していない部分とからなる構成等であってもよい。
【０００５】そして、透明基板２の上面６には、光反射パターン１７が一側面３に沿って形成されている。光反射パターン１７は、断面形状が略三角形の多数の溝部１８と溝部１８に隣接する平坦部１９とから構成され、光源部４からの距離に左右されることなく透明基板２の面状の均一発光を実現するために、溝部１８の形成される間隔を場所によって異ならしめている。即ち、平坦部１９の幅（占有面積）に対する溝部１８の幅（占有面積）の比率が、透明基板２の一側面３から遠ざかるに従って徐々に大きくなるように設定されている。
【０００６】また、光反射部材１２は、導光体７の透明基板２に対向する面以外の長手方向の周面および透明基板２の導光体７に近接する端部を覆い、点状光源９から導光体７内に放出された光を効率よく透明基板２内へ導くために設けられている。光反射部材１２は概略Ｕ字状に形成され、導光体７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。
【０００７】しかしながら、上述した面状照明装置では、画面を観察したときに一側面３に直行する明暗の縞模様が発生するという不具合があった。この明暗の縞模様は、導光体７に設けられている光路変換手段１１に起因するものである。即ち、光路変換手段１１の光散乱部１５で反射する光は、多くが一側面１３から出射して透明基板２内へ進行するのに対し、平坦部１６で反射する光の多くは、全反射をするため一側面１３から出射しないので、光散乱部１５と平坦部１６からなるパターン設定条件によっては、一側面１３から出射される光の輝度が不均一になる。この場合に、透明基板２へ入射する光の輝度が不均一となるので、画面には一側面３に直行する明暗の縞模様が発生する。このため、光路変換手段１１の光散乱部１５と平坦部１６のパターンを、目視によっては上述の明暗の縞模様が認識できない程度に微細化することが考えられるが、所望の加工精度を保証することが困難であるという問題があった。
【０００８】そこで、図１３に示すように、透明基板２に入射する光の輝度を均一にする手段として、導光体７と透明基板２との間に拡散板２０を設けるものが提案されている。拡散板２０は、光拡散反射物質を含有した光拡散部を薄板状の支持体上に形成する構成である。この拡散板２０の配置により、導光体７の一側面１３から出射した光は拡散板２０を透過中に拡散され、透明基板２の一側面３から入射する光の輝度を略均一にすることができるというものである（特開２０００－２３１８１４公報）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図１３に示す面状照明装置１"は、観察画面上での光の輝度を均一にするという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。即ち、導光体７の一側面１３から出射し、拡散板２０を透過中に拡散された光の内、透明基板２の一側面３方向へ入射する光透過率が低く、光源部４からの光の利用率が低下し、画面上で所定の輝度を得るために消費電力が増加する。また、拡散板を使用しない場合には、光路変換手段の所望の加工精度を考慮しつつその間隔を可能な限り狭くした場合にも、画面上の明暗の縞模様を十分に抑えることができないという不具合があった。
【００１０】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、消費電力を増加させることなく、画面全体にわたり均一な明るさを実現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。
【００１１】
【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、前記導光体の少なくとも一側面に階段状または溝状の多数のプリズムからなる光路変換手段を設け、該光路変換手段が設けられた一側面上に拡散反射膜を形成したことを特徴とするものである。
【００１２】本発明によると、導光体の一側面に形成されたプリズムにより、点状光源から放射された光は透明基板方向に反射される。また、光路変換手段を設けた一側面上に拡散反射膜を形成することにより、その一側面においての光反射率を向上させる。これにより、点状光源から放射された光は、導光体の長手方向において点状光源に近い位置で透明基板方向に反射する光の割合が大きくなり、点状光源から離れるにしたがって透明基板方向に反射される光強度の低下が急激になるとともに、その低下率は点状光源からの距離に関係なく略一定となり、輝度の明暗差の斑を抑えることができる。
【００１３】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、前記拡散反射膜は、白色膜からなることを特徴とするものである。白色膜を形成することにより、光反射率を向上させることができるとともに、点状光源から離れるにしたがって低下する透明基板方向に入射される光強度を略直線状にすることができるので画面上の輝度の斑を抑えることができる。また、観察画面での色の均一性を向上させることができる。
【００１４】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、前記拡散反射膜は、拡散性マット膜からなることを特徴とするものである。拡散性マット膜を形成することにより、光反射率を向上させるとともに、点状光源から離れるにしたがって低下する透明基板方向に入射される光強度を略直線状にし画面上の輝度の斑を抑えることができる。
【００１５】また、上記課題を解決するために、請求項４の発明は、請求項３に記載の発明において、前記拡散性マット膜は、艶消しマットからなることを特徴とするものである。また、請求項５の発明は、請求項３に記載の発明において、前記拡散性マット膜は、シリカからなることを特徴とするものである。
【００１６】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から請求項３のいずれかに記載の発明において、前記拡散反射膜は、前記光路変換手段が設けられた一側面の全面に形成されていることを特徴とするものである。一側面の全面に拡散反射膜を形成することにより、光の反射率向上させる。
【００１７】また、上記課題を解決するために、請求項７の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、前記拡散反射膜は、前記光路変換手段が設けられた一側面の所定の部分に形成されていることを特徴とするものである。所定の部分、即ち、従来、画面上において発生していた明暗差の斑の、暗部に対応する一側面の部分に拡散反射膜を形成することにより明暗差の斑を抑える。
【００１８】また、上記課題を解決するために、請求項８の発明は、請求項４または５に記載の発明において、前記拡散性マット膜は、前記光路変換手段が設けられた一側面の全面に形成されていることを特徴とするものである。
【００１９】また、上記課題を解決するために、請求項９の発明は、請求項４または５に記載の発明において、前記拡散性マット膜は、前記光路変換手段が設けられた一側面の所定の部分に形成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
【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り、全体的な構造は従来の面状照明装置と略同一であるので、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。
【００２１】図１に、本発明に係る面状照明装置に用いられる光源部４の一形態を示す。光源部４は、長手状の導光体２７と、導光体２７の両端部８、８に対向して配置される点状光源９、９'とから構成されている。導光体２７には透明基板２（図１３参照）の一側面３に向き合う面１３に対向する面、即ち、透明基板２とは反対側に位置する一側面１４に、光散乱部１５（この形態では、断面形状略三角形の溝部）を複数形成し、隣接する二つの溝部１５の間を平坦部１６でつないだ光路変換手段１１を設けている。そして、この光路変換手段１１の設けられている一側面１４を覆うように拡散反射膜２８が形成されている。
【００２２】隣接する溝部１５の間隔は、それぞれの点状光源９、９'から遠ざかるにしたがって徐々に狭くなり、導光体２７の略中央部に形成される溝部間隔が最も狭くなるように設定されている。これは、点状光源９、９'から離隔することによる輝度の低下を、導光体２７の単位長さ当たりに形成する溝部１５の数を増やすことにより補い、導光体２７の全体に渡る輝度の均一化を図るためである。
【００２３】拡散反射膜２８は、光を高効率で反射させる膜であり、この膜を導光体２７の一側面１４に光路変換手段１１を覆うように形成することで、点状光源９、９'から放出し導光体２７の一側面１４側で反射する光を、高効率で透明基板２方向へ反射させることができる。即ち、従来、光路反射手段１１で反射した後に導光体２７の一側面１４側の外部に出射していた光を、光路変換手段１１上に形成した拡散反射膜２８によって透明基板２方向へ反射させる。これにより、導光体２７の長手方向の点状光源９、９'から遠ざかる方向へ進行していた光、いわゆる先送り光の量が少なくなる。そして、その結果として、それぞれの点状光源９、９'から放射され導光体２７を介して透明基板２方向へ反射される光の強度は、点状光源からの距離に反比例して略直線的に低下することとなり、観察画面上の輝度の明暗差の斑を抑えることができる（実施例として後述する）。
【００２４】図２は、透明基板２側から見た導光体２７の側面図であり、一側面１４上に形成する拡散反射膜２８の一形態として白色膜２８ａを使用した場合について以下に説明する。図に示すようの、白色膜２８ａは、一側面１４上に形成されている全ての溝部１５および平坦部１６を覆うように、一側面１４の全面に形成されている。白色膜２８ａは、白色（乳白色でも可）の塗料を塗布して形成されている。白色膜２８ａを形成することにより、導光体２７の一側面１４側における光の反射効率を高くし、透明基板２方向へ進行する光の量を多くすることができる。一側面１４上に塗料を塗布する方法は、スクリーン印刷、その他の一般的な印刷、あるいはスプレー塗装等の一般的な塗装方法が適用可能である。
【００２５】図３は、一側面１４上に形成する拡散反射膜２８の別の一形態として拡散性マット膜２８ｂを使用したものである。図に示すようの、拡散性マット膜２８ｂは、一側面１４上に形成されている全ての溝部１５および平坦部１６を覆うように、一側面１４の全面に形成されている。ここで、マットとは、クリアビーズを含んだ液を塗布して形成されるものをいい、最大粒径４.５μｍのクリアビーズを拡散した懸濁液を塗布して形成する。また、クリアビーズの材質としてはシリカ材等が用いられる。更に、艶消しマットを使用してもよい。これらの拡散性マット膜を形成することにより、導光体２７の一側面１４側における光の反射効率を高くし、透明基板２方向へ進行する光の量を多くすることができる。尚、拡散性マット膜２８ｂを形成した場合には、点状光源から放射された光の一部が拡散性マット膜２８ｂを透過して導光体２７の外部方向に出射するため、白色膜２８ａを形成した場合と比較して先送り光の量は多くなる。
【００２６】図４は、一側面１４上に形成する拡散反射膜のさらに別の一形態を示す。これは一側面１４上の所定の部分に拡散反射膜を形成するものであり、図にはその一例として拡散性マット膜２８ｃを形成したものを示している。拡散性マット膜２８ｃは、観察画面上に発生する明暗差の斑の暗部に対応する一側面１４上の位置に形成する。拡散性マット膜２８ｃを形成した部分の透明基板２方向への光の反射率、即ち、観察画面上の暗部となっていた部分へ反射する光の量を増加させることにより、明暗差の斑を抑え輝度の均一化を図ることができる。
【００２７】尚、導光体に形成する光路変換手段の形態は、図１に示すような形態のものに限定されず、例えば、図５に示すようなものであってもよい。この光路変換手段の構成は、断面形状略三角形となるような二つの傾斜面５１、５２からなる山部を連続的に形成し平坦部を省略したものである。かかる構成の場合にも、山部の設置間隔を点状光源９、９'からの距離に応じて徐々に変化させることにより、図１で説明した光路変換手段と同様の作用効果を得ることができる。さらに、図１に示すような複数の溝部とそれに隣接する平坦部とから構成される光路変換手段であって、平坦部間の距離に対する溝部の幅を徐々に変化させるものであっても同様の作用効果を得ることができる。
【００２８】
【実施例】以下、導光体の２７の一側面１４に拡散反射膜２８を形成した場合と形成しない場合とで光強度の変化、即ち、明暗差の斑を比較する。図６から図９は、透明基板２上の測定箇所■から■における光強度を示すグラフである。また、図１０は面状照明装置の概略構成と光強度の測定箇所■から■を示す図である。図６、図７は拡散反射膜２８として白色膜２８ａを形成した場合であり、そのうち、図６は、導光体２７の端部に点状光源９（Ｂ）を一つ配置させたもの、図７は、導光体２７の両端部に点状光源９'（Ａ）、９（Ｂ）の二つを配置させたものである。
【００２９】図６、図７に示すように、白色膜２８ａを形成しない場合（白色膜無：×印）には、測定箇所■から■において光強度に凹凸部が生じ、観察画面上に輝度の明暗差の斑が発生することを示している。ここで、この明暗差の斑の発生のメカニズムを図１１に基づいて説明する。点状光源９から放出された光は、放射状に進行し一側面１３および１４で反射する（一側面１４で反射し透明基板２方向へ進行する光を矢印によって示している）。点状光源９に比較的近い位置において一側面１４で反射した光は、単位面積当たりの光の量が多く（矢印の本数が多く）、これらの光によって第一の明部３１が発生する。点状光源９から遠ざかるにしたがって、一側面１４で反射する光の量は少なくなっていくが、一側面１３で反射した光が再度、一側面１４で反射する領域が生じる。一側面１４で反射した光にこの再度反射した光が加算され（矢印の数が密となり）第二の明部３３が発生する。そして、この二つの明部３１と３３に挟まれた領域が暗部３２となって発生する。
【００３０】これに対し、図６において白色膜２８ａを形成した場合（白色膜有：・印）には、測定箇所■から■へ進むにしたがって（点状光源９から遠ざかるにしたがって）、略直線的に光強度が低下している。即ち、観察画面上に輝度の明暗差の斑が発生しないことを示している。また、点状光源９に近い位置（観測箇所■、■）では白色膜２８ａを形成していない場合の光強度よりも光が強く、遠い位置（観測箇所■、■、■）では光が弱い。そして、点状光源９から遠ざかる（観測箇所■、■…となる）につれての明るさの低下率は白色膜２８ａを形成していない場合の低下率よりも大きい。これは前述した理由と同様に、白色膜２８ａを形成することにより、導光体２７の一側面１４側で反射して透明基板２方向へ進行する光の量が増加し、いわゆる先送りの光の量が減少するからである。
【００３１】そして、図７において（点状光源を導光体の両端部に配置した場合において）白色膜２８ａを形成した場合（白色膜有：・印）には、図６に示す光強度の直線的な変化の特性が利用され、観察画面上において略明暗差の斑のない均一な輝度が実現される。また、白色膜を形成しない場合と比較して略同等の画面輝度を得ている。
【００３２】図８、図９は拡散反射膜２８として拡散性マット膜２８ｂを形成した場合であり、そのうち、図８は、導光体２７の端部に点状光源９（Ｂ）を一つ配置させたもの、図９は、導光体２７の両端部に点状光源９'（Ａ）、９（Ｂ）の二つを配置させたものである。図８、図９に示すように、拡散性マット膜２８ｂを形成しない場合（白色膜無：×印）の光強度の変化は、上述した図６、図７における白色膜２８ａを形成しない場合の変化と同様である。
【００３３】これに対し、図８において拡散性マット膜２８ｂを形成した場合（白色膜有：・印）には、測定箇所■から■へ進むにしたがって（点状光源９から遠ざかるにしたがって）、略直線的に光強度が低下している。即ち、観察画面上に輝度の明暗差の斑が発生しないことを示している。また、点状光源９から遠ざかる（観測箇所■、■、■、…となる）にしたがって低下する明るさの割合が、上述の白色膜２８ａを形成した場合の低下の割合に比較して小さい。これは前述した理由と同様に、拡散性マット膜２８ｂを形成した場合には、点状光源から放射された光の一部が拡散性マット膜２８ｂを透過して導光体２７の外部方向に出射するため、白色膜２８ａを形成した場合と比較して先送り光の量が多くなるためである。
【００３４】そして、図９において（点状光源を導光体の両端部に配置した場合において）拡散性マット膜２８ｂを形成した場合（白色膜有：・印）にも、図８に示す光強度の直線的な変化の特性（点状光源を端部に一つ配置した場合の特性）が利用され、観察画面上において略明暗差の斑のない均一な輝度が実現されている。また、拡散性マット膜を形成しない場合と比較して略同等の画面輝度を得ている。
【００３５】
【発明の効果】本発明に係る面状照明装置によれば、光路変換手段を設けた導光体の一側面上に拡散反射膜を形成することによって、点状光源から遠ざかるにしたがって変化する、導光体から透明基板方向へ反射される光の量を略直線的に低下させることができる。そして、この直線的に低下する光の量の特性を利用して、導光体から透明基板方向へ出射される光の量を点状光源からの距離にかかわらず略一定とすることができ、観察画面全体の輝度の均一化を実現することができる。また、拡散反射膜として具体的構成を示したことにより確実に輝度の均一化を実施することができる。また、予め拡散反射膜を導光体に塗布するため、面状照明装置の組付け作業効率が向上する。

【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３月３０日（２００１．３．３０）
【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２００２－２９８６２８（Ｐ２００２－２９８６２８Ａ）
【公開日】	平成１４年１０月１１日（２００２．１０．１１）
【出願番号】	特願２００１－１００７３３（Ｐ２００１－１００７３３）