| 【発明の名称】 |
面状照明装置及び映像表示装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】清水 佳恵
【氏名】押谷 宏史
【氏名】藤代 一朗
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| 【要約】 |
【課題】点状光源を用いて比較的広い面積をむらなく照明できる面状照明装置及び映像表示装置を得る。
【解決手段】発光ダイオード１１，１１ａと線状導光体１５とからなる光源ユニット１０Ａ，１０Ｂと、面状導光板２０とからなる面状照明装置。線状導光体１５は両端面が反射斜面１７とされ、該反射斜面１７にて隙間なく接合され、面状導光板２０の入射端面２１に沿って配置されている。発光ダイオード１１，１１ａは線状導光体１５の上面側及び下面側に反射斜面１７に対向して配置されている。発光ダイオード１１，１１ａから放射された光は反射斜面１７から線状導光体１５の内部に入射し、その長手方向に進行しつつ背面１８で反射されて面状導光板２０に向かって出射する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 点状光源と該点状光源から照射される光を導光して長手方向に沿う側面から線状に放射する線状導光体とを備え、それぞれ点状光源が線状導光体の上面側及び／又は下面側に配置された複数の光源ユニットと、前記線状導光体から放射された光を入射端面から受け入れ、平面状の照明光として放射する面状導光板と、を備え、前記複数の光源ユニットは、前記面状導光板の入射端面に沿って直列に配置されていること、を特徴とする面状照明装置。
【請求項２】 各線状導光体はその両端に前記点状光源から放射された光を反射するための反射斜面を有し、全ての反射斜面は等しい傾き角度であることを特徴とする請求項１記載の面状照明装置。
【請求項３】 前記点状光源は前記線状導光体の両端に形成されたそれぞれの反射斜面の少なくとも一方の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の面状照明装置。
【請求項４】 前記点状光源は発光ダイオードであることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の面状照明装置。
【請求項５】 一の光源ユニットに複数の点状光源が配置されており、各点状光源はそれぞれ異なる分光特性を有することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４記載の面状照明装置。
【請求項６】 前記光源ユニットは前記線状導光体を囲む反射筐体を備えていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５記載の面状照明装置。
【請求項７】 前記反射筐体は前記光源ユニットを保持していることを特徴とする請求項５記載の面状照明装置。
【請求項８】 前記複数の光源ユニットはそれぞれ独立して点灯制御可能であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６又は請求項７記載の面状照明装置。
【請求項９】 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７又は請求項８記載の面状照明装置を反射型表示装置の表示面上に配置したことを特徴とする映像表示装置。
【請求項１０】 前記反射型表示装置は室温でコレステリック相を示す液晶を含むものであることを特徴とする請求項９記載の映像表示装置。
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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、面状照明装置及び映像表示装置、特に、反射型表示装置のフロントライトとして最適な面状照明装置及び該照明装置を備えた映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】従来、携帯電話やＰＤＡ（携帯情報端末）の普及に伴い、低消費電力で表示品位の高い映像表示装置の提供が望まれている。これを満足する表示装置として、反射型液晶表示装置が注目されている。
【０００３】この種の反射型液晶表示装置は、明るい場所では外光を照明光として利用するため、透過型液晶表示装置や半透過型液晶表示装置には常に必要なバックライトを必要としないことで、低消費電力化を達成することができる。一方、暗い場所では視認性の向上のために表示装置の表示面を上方から照明するための補助的照明手段（フロントライト）が必要になる。
【０００４】フロントライトとしては、面状に光を放射する面状導光板の入射端面に線状光源を配置するサイドライト方式が主流である。従来では明るい線状光源として冷陰極管が用いられていたが、インバータ回路が必要なことや、消費電力が高いこと、寿命が短いことなどの課題を有した。そこで、携帯電話などの小型の表示装置の照明光源としては、インバータ回路が不要で低消費電力であり、寿命の長い発光ダイオードが用いられるようになってきた。
【０００５】例えば、特開平１０−２６０４０５号公報には、線状導光体の両端面に発光ダイオードを配置した面状照明装置が開示されている。しかし、電子書籍装置などの比較的大型の表示面を有する映像表示装置の光源として発光ダイオードでは十分な光量が得られず、線状導光体が長尺になると長さ方向の光量にばらつきが生じる（特に、中央部分の光量が低下する）という問題点を有している。光量不足に対しては、線状導光体の両端面にそれぞれ複数の発光ダイオードを配置することが考えられるが、これでは線状導光体の短辺方向の幅が大きくなって携帯用の映像表示装置に搭載することが難しくなる。
【０００６】また、特開２０００−３３０１１２号公報には、線状導光体の一端面に発光ダイオードを配置した光源ユニットを面状導光板の入射端面に沿って直列に配置した面状照明装置が開示されている。しかし、この装置では、発光ダイオードの放射光は発光ダイオードに向き合う線状導光体にのみ向かうため、発光ダイオードの配置部分が映像表示面上に暗線として現れてしまうという問題点が残されている。
【０００７】そこで、本発明の目的は、点状光源を用いて比較的広い面積をむらなく照明できる面状照明装置及び映像表示装置を提供することにある。
【０００８】また、本発明の他の目的は、コンパクトな構成を有する面状照明装置及び映像表示装置を提供することにある。
【０００９】
【発明の構成、作用及び効果】以上の目的を達成するため、本発明に係る面状照明装置は、点状光源と該点状光源から照射される光を導光して長手方向に沿う側面から線状に放射する線状導光体とを備え、それぞれ点状光源が線状導光体の上面側及び／又は下面側に配置された複数の光源ユニットと、前記線状導光体から放射された光を入射端面から受け入れ、平面状の照明光として放射する面状導光板と、を備え、前記複数の光源ユニットは、前記面状導光板の入射端面に沿って直列に配置されていること、を特徴とする。
【００１０】以上の構成からなる面状照明装置においては、複数の光源ユニットを面状導光板の入射端面に沿って直列に配置したため、光源として点状光源を使用するにも拘わらず比較的長い距離を明るくかつ均一な光量で光を面状導光板に入射することができ、ひいては広い面積をむらなく照明することができる。特に、各光源ユニットの点状光源は線状導光体の上面側及び／又は下面側に、いわば立体的に配置されており、線状導光体を切れ目なく直列に配置することができ、面状導光板に暗線が発生することなく線状導光体の長手方向の光量むらを抑えることができる。
【００１１】一の光源ユニットに複数の点状光源を設けてもよい。即ち、線状導光体の上面側及び下面側に複数の点状光源を設けてもよい。このように複数の点状光源を配置することにより、光量が増大し、かつ、光量むらがさらに小さくなる。なお、複数の点状光源を線状導光体の上面側及び下面側に配置する場合でも、線状導光体の短辺方向の幅は大きくならずコンパクトな構成とすることができる。
【００１２】一の光源ユニットに設ける複数の点状光源はそれぞれ独立して点灯制御可能であってもよい。表示装置の特性や外光の特性に応じて所定の分光特性を持つ点状光源を選択的に点灯することにより、光源ユニットの照明光の分光特性を変化させることができ、表示装置の色バランスを調整することができる。
【００１３】本発明に係る面状照明装置において、各線状導光体はその両端に前記点状光源から放射された光を反射するための反射斜面を有し、全ての反射斜面は等しい傾き角度であることが好ましい。両端の反射斜面の傾き角度を等しくすれば、複数の線状導光体を隙間なく直列に配置することができ、面状導光板の入射端面に対して長手方向にむらなく光を入射させることができる。
【００１４】また、点状光源は各線状導光体の両端に形成されたそれぞれの反射斜面の少なくとも一方の近傍に配置することが好ましい。点状光源から照射された光は、上面及び／又は下面を通って光源近傍の反射斜面に到達し、反射斜面で反射され線状導光体の内部へと導かれる。
【００１５】また、前記点状光源としては発光ダイオードを使用することが好ましい。発光ダイオードは、省電力で長寿命であり、その駆動回路を含めて小型化、軽量化が達成でき、冷陰極管のように割れるなどの危険性がない。さらに、一の光源ユニットに複数の点状光源を設ける場合は、各点状光源としてそれぞれ異なる分光特性を有するものを使用してもよい。異なる分光特性の点状光源を組み合わせることで、任意の分光特性を備えた光源とすることができ、表示装置の色バランスを調整することができる。
【００１６】また、前記光源ユニットは線状導光体を囲む反射筐体を備えていてもよい。線状導光体から漏れた光を反射筐体で反射して再度線状導光体に入射させることで光を有効に用いることができる。さらに、この反射筐体を光源ユニットの保持部材として使用すれば、光源ユニットをコンパクトに構成することができる。
【００１７】また、複数の光源ユニットはそれぞれ独立して点灯制御可能であってもよい。表示装置の使用方法に合わせて必要な部分のみ点灯させることにより、省電力化を図ることができる。
【００１８】また、本発明に係る映像表示装置は、前記面状照明装置を反射型表示装置の表示面上に配置したことを特徴とする。これにて、明るくて光量むらの少ない映像表示が可能となる。
【００１９】さらに、反射型表示装置は室温でコレステリック相を示す液晶を含むものであることが好ましい。この種の液晶を用いた表示装置は、小型、軽量で薄型でもあり、表示駆動の終了後は電力の供給を停止しても表示状態を維持できるので消費電力が少なくて済む利点を有している。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る面状照明装置及び映像表示装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２１】（第１実施形態、図１，２参照）図１に第１実施形態である面状照明装置１の分解状態での構成を示し、図２に組み立てた状態での断面を示す。
【００２２】この面状照明装置１は、光源ユニット１０Ａ，１０Ｂが面状導光板２０の入射端面２１に沿って直列に配置されている。各光源ユニット１０Ａ，１０Ｂは、点状光源である発光ダイオード１１と、該発光ダイオード１１からの光を線状に変換して長手方向に沿う側面（出射面）１６から前記入射端面２１に向かって放射する線状導光体１５とで構成されている。発光ダイオード１１としては、白色光を放射するチップタイプの高輝度発光ダイオードを使用することが好ましい。
【００２３】各線状導光体１５の両端面は反射斜面１７とされており、各反射斜面１７の傾斜角度は例えば４５°で等しく形成され、互いに密着状態で接合されている。また、線状導光体１５の背面１８には所定間隔でＶ形状の溝部１８ａが形成されている。
【００２４】発光ダイオード１１は一端の反射斜面１７に近傍の各線状導光体１５の上面に対向するように設けられている。各発光ダイオード１１から放射された光は、反射斜面１７で反射して各線状導光体１５の内部に導かれ、内部で全反射を繰り返しながら長手方向に均一に広がると共に、Ｖ形状の溝部１８ａに当たった光線が向きを変えて出射面１６から面状導光板２０の入射端面２１に向かって放射される。
【００２５】面状導光板２０は、底面２２を平面とし、上面２３には鋸歯状の複数の不等辺プリズムを形成した周知のものである。前記線状導光体１５の出射面１６から放射された光線は、入射端面２１から面状導光板２０に入射してその内部で全反射を繰り返しながら面状に広がり、上面２３（マイクロプリズム面）で光路を下方に変換され、底面２２から均一な面状の照明光として放射される。図１，２には示されていないが、反射型の液晶表示装置はこの底面２２に表示面が対向するように設置される。
【００２６】発光ダイオード１１と線状導光体１５はリフレクタ（反射筐体）１４にて保持され、該リフレクタ１４の内面は反射面とされている。リフレクタ１４は線状導光体１５の出射面１６以外を取り囲み、出射面１６以外から漏れた光を反射して再度線状導光体１５に入射させ、光の有効利用を図っている。
【００２７】また、線状導光体１５の反射斜面１７には図示しない反射シートが透明な接着シートを用いて貼り付けられている。線状導光体１５が接合される反射斜面１７には両面反射シートが用いられる。なお、反射シートに代えて反射膜をコーティングしてもよく、それ以外の手法で反射面を構成してもよい。
【００２８】以上の構成からなる面状照明装置１においては、複数の光源ユニット１０Ａ，１０Ｂを長手方向に直列に配置したため、面状導光板２０の入射端面２１が長くなっても、光源ユニットの数を増加すればよく、各光源ユニット自体はそれほど長くなることはなく、点状光源を使用しているにも拘わらず長手方向に均一な明るい光量を得ることができる。
【００２９】特に、発光ダイオード１１は線状導光体１５の上面に配置（下面でもよい）されており、各線状導光体１５は切れ目なく接合されているため、面状導光板２０に暗線が発生することがなく、線状導光体１５の長手方向の光量むらが解消される。
【００３０】線状導光体１５の背面１８に設けるＶ形状の溝部１８ａを、発光ダイオード１１から遠くの部分が密になるように配置すると、長手方向により均一な光量を得ることができる。
【００３１】（第２実施形態、図３参照）図３に第２実施形態である面状照明装置２の分解状態での構成を示す。この面状照明装置２は、線状導光体１５の背面１８を、前記溝部１８ａを形成することに代えて、それと同等の機能を有する光拡散面又は回折格子面又はホログラム面としたものである。他の構成及び作用効果は前記第１実施形態である面状照明装置１と同様であり、図３では図１と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００３２】（第３実施形態、図４，５参照）図４に第３実施形態である面状照明装置３の分解状態での構成を示し、図５に組み立てた状態での断面を示す。
【００３３】この面状照明装置３は、各光源ユニット１０Ａ，１０Ｂの線状導光体１５の下面側にも反射斜面１７に対向する発光ダイオード１１ａを配置したものである。即ち、発光ダイオード１１，１１ａによって各線状導光体１５の両側から光を入射させることにより光量を増大させ、かつ、光量のより均一化を図ることができる。
【００３４】さらに、線状導光体１５の背面１８に形成したＶ形状の溝部１８ａは端部が粗に、中央部が密になるように配置した。発光ダイオード１１，１１ａから遠い中央部に位置する溝部１８ａの密度を高くすることにより、長手方向により均一な光量を得ることができる。
【００３５】なお、面状照明装置３の他の構成及び作用効果は前記第１実施形態である面状照明装置１と同様であり、図４，５では図１，２と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００３６】（第４実施形態、図６参照）第４実施形態である面状照明装置は、構成としては前記第３実施形態である面状照明装置３と同様であり、特徴的なのは各光源ユニット１０Ａ，１０Ｂに配置される発光ダイオード１１，１１ａに分光特性の異なるものを使用した点にある。例えば、面状導光板２０の直下に配置される液晶表示装置において、赤色の分光反射率（又は分光透過率）が著しく低い場合は、白色発光ダイオードと赤色発光ダイオードをそれぞれの光源ユニット１０Ａ，１０Ｂに配置する。このように、赤色が不足している表示装置の場合は、赤色発光ダイオードを点灯することにより赤色の発色を補うことができる。
【００３７】図６に光源ユニット１０Ａ，１０Ｂを制御する回路の一例を示す。この制御回路は、電源１０２と、電源１０２から各発光ダイオード１１，１１ａへの電力の供給をオン、オフするためのスイッチング回路１０１と、スイッチング回路１０１の動作を制御する制御部１００を備えている。スイッチング回路１０１は制御部１００からの指示により、発光ダイオード１１，１１ａを独立してオン、オフする。
【００３８】このように、両端部から入射される光を導光して線状に放射する線状導光体と、線状導光体の両端部に光を照射する複数の点状光源と、線状導光体から放射される光を導光して平面状の照明光として放射する面状導光板と、各点状光源を独立してオン、オフする制御手段とを備えた面状照明装置及びこれを備えた表示装置とすることにより、面状照明装置からの照明光の分光特性を変化させることができる。これによって、表示装置の発色を面状照明装置の照明光によって補正し、トータルで良好な色バランスを得ることができる。
【００３９】また、この面状照明装置を反射型の表示装置と組み合わせて使用する場合（外光を照明光として使用する場合）は、暗環境での補助照明としてだけではなく、所定の分光輝度特性を持つ光源を選択的に点灯することにより（本第４実施形態では、例えば赤色ダイオードのみを点灯することにより）、明視野においても色バランス補正用の手段として用いることができる。
【００４０】（第５実施形態、図７，８参照）図７に第５実施形態である面状照明装置５の分解状態での構成を示す。この面状照明装置５は、三つの光源ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを直列に配置し、各光源ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃをそれぞれ独立して点灯制御可能としたものである。上面２３が不等辺三角形のマイクロプリズムアレイによって構成された面状導光板２０にあっては、入射端面２１から入射した光をプリズムの稜線に垂直な方向に導光する。即ち、各光源ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから放射された光は専ら領域Ａ，Ｂ，Ｃをそれぞれ照明する。
【００４１】そこで、領域Ａ，Ｂ，Ｃの少なくともいずれかの映像のみを観察できればよい場合には、光源ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを選択的に点灯すれば、不要な電力消費を防ぐことができる。図７では光源ユニット１０Ａを点灯し、光源ユニット１０Ｂ，１０Ｃを消灯している状態を示す。さらに、各光源ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいて、発光ダイオード１１，１１ａも独立して点灯制御可能としてもよい。
【００４２】図８に光源ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを制御する回路の一例を示す。この制御回路は、電源１１２と、電源１１２から各発光ダイオード１１，１１ａへの電力の供給をオン、オフするためのスイッチング回路１１１と、スイッチング回路１１１の動作を制御する制御部１１０を備えている。スイッチング回路１１１は制御部１１０からの指示により、発光ダイオード１１，１１ａを領域Ａ，Ｂ，Ｃごとに独立してオン、オフする。
【００４３】なお、面状照明装置５の他の構成及び作用効果は前記第１実施形態及び第３実施形態である面状照明装置１，３と同様であり、図７では図１，４と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００４４】（第６実施形態、図９参照）図９に第６実施形態である映像表示装置６０の断面を示す。この映像表示装置６０は、前記面状照明装置３と反射型液晶表示装置６１とを組み合わせたものであり、面状導光板２０の底面２２と表示装置６１の表示面６１ａとが対向するように配置されている。
【００４５】反射型液晶表示装置６１は、偏光板、波長板及び液晶セルを積層してなる液晶表示素子６２と、液晶表示素子６２の下面に設けた反射部材６３とで構成されている。液晶セルは室温でコレステリック相を示す液晶、例えば、ネマチック液晶にコレステリック相を示すのに充分な量のカイラル剤を添加してなるカイラルネマティック液晶を一対のプラスチック製フィルム基板間に、フィルムギャップが所定の間隔を保持するように挟着したものである。
【００４６】この映像表示装置６０において、面状導光板２０の底面２２から射出された照明光は表示装置６１で反射、変調され、映像光として再び面状導光板２０に入射する。さらに、この映像光は面状導光板２０を透過して上面２３から上方に出射する。面状照明装置３を使用することによって、明るくむらのない映像を得ることができる。
【００４７】なお、液晶表示装置６１と前記面状照明装置１，２，３，５のいずれを組み合わせてもよいことは勿論であり、以下に示す第７実施形態でも同様である。
【００４８】（第７実施形態、図１０参照）図１０に第７実施形態である映像表示装置７０の断面を示す。この映像表示装置７０は、前記面状照明装置３とフルカラーの反射型液晶表示装置７１とを組み合わせたものであり、面状導光板２０の底面２２と表示装置７１の表示面７１ａとが対向するように配置されている。
【００４９】液晶表示装置７１は、青色の選択反射を行う液晶セル７２Ｂ、緑色の選択反射を行う液晶セル７２Ｇ、赤色選択反射を行う液晶セル７２Ｒの３層構造からなり、最下層には各液晶セルで反射されなかった光を吸収するための光吸収層７３が配置されている。
【００５０】この映像表示装置７０における照明光の作用は前記第６実施形態と同様であり、面状照明装置３を使用することによって、明るくむらのない映像を得ることができる。
【００５１】（他の実施形態）なお、本発明に係る面状照明装置及び映像表示装置は前記各実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００５２】特に、線状導光体や面状導光板の詳細な構造、形状は任意であり、反射型液晶表示装置の詳細な構成も任意である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０７９
【氏名又は名称】ミノルタ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年５月１８日（２００１．５．１８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９１４３２
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 武一
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| 【公開番号】 |
特開２００２−３４３１２５（Ｐ２００２−３４３１２５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１１月２９日（２００２．１１．２９） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１５００７７（Ｐ２００１−１５００７７） |
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