| 【発明の名称】 |
面状照明装置及び画像表示装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】藤代 一朗
【住所又は居所】大阪市中央区安土町二丁目３番１３号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内
【氏名】押谷 宏史
【住所又は居所】大阪市中央区安土町二丁目３番１３号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内
【氏名】清水 佳恵
【住所又は居所】大阪市中央区安土町二丁目３番１３号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】点光源及び導光板を利用した面状照明装置であって、輝線、輝度ムラが抑制され状態で均一な面発光が可能であるとともに全体の平面面積を小さくする狭額縁化が可能であり、さらに、全体の中に広い面積を占める導光板を薄型に形成できる面状照明装置を提供する。
【解決手段】導光板１と、点光源２と、点光源２が側面３３に配置され、点光源からの光を光路変換して光出射面３１から線状光源光のように出射する線状導光体３と、線状導光体３からの光を導光板１の光入射端面１１へ導く反射部材４とを含み、線状導光体３は導光板１の出光面１２側又は該出光面の背面側において導光板１に重ね配置されており、導光板１の厚さが線状導光体３厚さ以下である面状照明装置。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】点光源と、前記点光源が側面に配置され、該点光源からの光を光路変換して前記側面に交差する光出射面から線状光源光のように出射する線状導光体と、光入射端面から入射される光を光路変換して出光面から面発光させる導光板と、前記線状導光体の光出射面からの光を前記導光板の光入射端面へ導く反射部材とを含み、前記線状導光体は前記導光板の前記出光面側又は該出光面の背面側において該導光板に重ね配置されており、導光板厚さが線状導光体厚さ以下であることを特徴とする面状照明装置。
【請求項２】前記反射部材は表面で光反射を行う部材である請求項１記載の面状照明装置。
【請求項３】前記反射部材はプリズムである請求項１記載の面状照明装置。
【請求項４】前記反射部材は前記線状導光体の光出射面及び前記導光板の光入射端面に対向する屈曲部を有する請求項１、２又は３記載の面状照明装置。
【請求項５】請求項１から４のいずれかに記載の面状照明装置における前記線状導光体と前記導光板との間に画像表示素子を配置してなる画像表示装置。
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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面状照明装置を利用する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日の携帯電話、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画像表示装置の提供が望まれている。これらに用いる表示素子として、液晶表示素子があり、その種類としては透過型、半透過型、反射型等が知られている。透過型や半透過型の液晶表示素子では常に補助光源（バックライト）が必要であり、一方、反射型液晶表示素子は明るい場所では外光を照明光として利用するが、暗い場所では視認性向上のため、素子観察面側から照明するための補助光源（フロントライト）が必要となる。
【０００３】フロントライトやバックライトは、面発光部材である導光板の光入射端面に線状の光源を配置するサイドライト方式が主流となっている。
【０００４】かかる線状光源としては、従来、明るい光源として冷陰極管が用いられてきたが、インバータ回路が必要なことや、消費電力が高いこと、寿命が短いことが指摘されている。このため、小型液晶表示素子（例えば携帯電話の液晶表示素子）の照明用光源には、低消費電力で済み、インバータ回路も不要であり、長寿命の発光ダイオードが用いられるようになってきた。
【０００５】しかし、上記小型液晶表示素子よりも大型の画面を持つ表示装置（例えば電子ブックなど）の画像表示装置用面状照明装置の光源には、少数の発光ダイオードでは十分な輝度が得られず、かといって多くの発光ダイオードを用いたコンパクトな線状光源は見あたらないことから、未だに冷陰極管が用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上のような現状にあるが、将来的には、特に表示素子乃至装置の大型化に際して省電力、省スペース等の観点から、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような点光源を光源とした、しかも広面積にわたり照明可能な装置が必要不可欠になると考えられる。
【０００７】その際には、局所的な輝線の発生を抑制し、輝度ムラを抑制するために点光源を線状光源に変換するための手段が必要となる。かかる手段の一つとして、点光源からの光を一旦線状導光体に入射し、光を線状光源様の光に均一化し、これを導光板に入射する方法を挙げることができる。しかしながら、できるだけ光を均一にするため図６に示すように、線状導光体Ｑの短手方向の側面と光出射面との距離を長くして、短手方向の導光距離を長くすると、導光板Ｐの存在する面内に大きなデッドスペースＤＳが生まれてしまい、このため導光板Ｐ及び照明装置部分ＬＳ’を含む全体の平面面積が増加し、所謂狭額縁化の要請に応えることができなくなる。なお、図６中、ＬＴは点光源である。
【０００８】また、線状導光体Ｑの光出射面は光損失抑制の観点から導光板Ｐの光入射端面Ｐ１にできるだけ合致させることが望ましいので、光源ＬＴの大きさにあわせて線状導光体Ｑを厚くすると、線状導光体Ｑの厚みＱｔの増加に伴って導光板Ｐの厚みも増加する結果となり、面積の大きい線状導光体Ｑの厚み増加により照明装置全体が大型化、重量化する。
【０００９】そこで本発明は、点光源及び導光板を利用した面状照明装置であって、輝線、輝度ムラが抑制された状態で均一な面発光が可能であるとともに全体の平面面積を小さくする狭額縁化が可能であり、さらに、全体の中に広い面積を占める導光板を薄型に形成できる面状照明装置を提供することを課題とする。
【００１０】また、本発明はかかる面状照明装置を備えた新規且つ有用な画像表示装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決するため、点光源と、前記点光源が側面に配置され、該点光源からの光を光路変換して前記側面に交差する光出射面から線状光源光のように出射する線状導光体と、光入射端面から入射される光を光路変換して出光面から面発光させる導光板と、前記線状導光体の光出射面からの光を前記導光板の光入射端面へ導く反射部材とを含み、前記線状導光体は前記導光板の前記出光面側又は該出光面の背面側において該導光板に重ね配置されており、導光板厚さが線状導光体厚さ以下であることを特徴とする面状照明装置を提供する。
【００１２】この面状照明装置によると、点光源を用いるにも拘らず、この点光源からの光を線状導光体の側面から線状導光体内へ入射させることで、線状導光体内にて光路変換して線状導光体の光出射面から線状光源からの光のように、均一に出射させることができる。すなわち、線状導光体が点光源を線状光源に変換する部材として作用する。
【００１３】特に、線状導光体は導光板の出光面側又は該出光面の背面側（反対側）において該導光板に重ね配置されており、従って、照明装置の狭額縁化を達成しつつ導光距離（線状導光体から光を出射する方向の線状導光体長さ）を長くでき、それだけ輝線、輝度ムラが抑制された状態で均一に光出射することができる。
【００１４】線状導光体の光出射面から出た線状光源様光は反射部材に反射されて、導光板の光入射端面に導かれ、該導光板内で光路変換されて導光板出光面から出射され、面発光状態が得られる。
【００１５】さらに言えば、線状導光体を導光板の出光面側又は該出光面の背面側（反対側）において該導光板に重ね配置するとともに反射部材を採用したので、導光板を薄く形成しても線状導光体からの光を導光板に導くことが可能となり、線状導光体の光出射面から出た線状光源様光は反射部材に反射されて、線状導光体厚み以下の厚みの導光板の光入射端面に集中的に低損失で導かれ、該導光板内で光路変換されて導光板出光面から均一に出射され、均一な面発光状態が得られる。
【００１６】また、導光板厚さを線状導光体厚さ以下にするので、照明装置全体が厚くなるのを防止でき、薄型化、軽量化に有利になるとともに、前記の狭額縁化の達成とも相まって携帯電話等の各種の機器類等における配置の自由度も増す。
【００１７】前記線状導光体と導光板は互いに接触配置されていてもよいが、両者間に間隙があってもよい。また、それには限定されないが、線状導光体の光出射面及び導光板の光入射端面は同じ面内に配置し、前記反射部材はこれら両面にわたって設けることが望ましい。
【００１８】前記の点光源は線状導光体の片方の側面についてのみ配置されるだけでもよいが、両側面のそれぞれに配置されてもよい。また、一つの側面に配置する点光源の数は一つでも複数でもよい。いずれにしても点光源の代表例として発光ダイオードを挙げることができる。発光ダイオード（ＬＥＤ）は従来の冷陰極管と比べると省電力、軽量、省スペース、長寿命を達成できるとともに、冷陰極管のように蛍光剤を用いないので、環境への悪影響も少ない。
【００１９】前記反射部材としては、板状の反射部材や凹曲面部材などの表面で反射を行う部材や、プリズムなどの内面で反射を行う部材などの各種のものを採用できる。次のものを例示できる。
(1) 光反射凹曲面( 例えば放物面) を含む反射部材。
【００２０】反射部材の光反射面を凹曲面にすることで、線状導光体からの光を効率よく導光板に入射させることができる。
(2) 光反射鏡面を含む部材。
【００２１】反射部材の光反射面を鏡面で形成することで、光反射面として光拡散面を採用する場合に比べ、反射の際の損失が少ない。
【００２２】複数の鏡面を組み合わせてもよい。
(3) プリズム。
【００２３】反射部材をプリズムにすることによって、構造が簡素化され、保持安定性も増す。
(4) 線状導光体と一体的に形成されたプリズム。
【００２４】プリズムと線状導光体を−体化することで、生産性が向上する。また、反射部材を線状導光体と別個に固定する必要がなくなり、それだけ全体構造が安定化する。
【００２５】いずれにしても、前記反射部材は前記線状導光体の光出射面及び前記導光板の光入射端面に対向する屈曲部を有していてもよい（なお、「屈曲部」には、前記凹曲面を含む部材の該曲面の頂上部も含まれる。）。光反射鏡面を含む部材、プリズム及び線状導光体と一体的に形成されたプリズムにおいては、導光効率を向上させる観点から該屈曲部の屈曲角度を９０°とすることができる。
【００２６】以上説明した面状照明装置は画像表示素子（液晶表示素子等）のバックライトとしても、フロントライトとしても利用でき、また、広く一般に面状照明装置が要求される分野で利用できる。
【００２７】例えば、前記のいずれかの面状照明装置における前記線状導光体と前記導光板との間に画像表示素子を配置して、コンパクトな画像表示装置を得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２９】図１（Ａ）は面状照明装置の１例の斜視図であり、図１（Ｂ）は同装置の側面図、図１（Ｃ）は同装置における導光板の一部の拡大側面図、図１（Ｄ）は同装置における線状導光体の一部の拡大平面図である。
【００３０】この照明装置は、平板状の導光板１と、その片方の端部に対し設けられた光源部ＬＳとで構成されている。光源部ＬＳは、点光源２、点光源２を線状光源に変換するための線状導光体３、線状導光体３からの出射光を導光板１の光入射端面１１に入射させるための反射部材４からなっている。
【００３１】導光板１は一端部に前記の光入射端面１１を有しており、下面１２が出光面となっているとともに反対側の面（上面）１３は凹凸面に形成されており（図１（Ｃ）参照）、該凹凸上面１３は、導光板１内を全反射しつつ進む光の一部を出光面１２へ導き出射する光路変換機構を提供している。
【００３２】点光源２は線状導光体３の光出射面３１に直交する両側面３３のそれぞれに一つずつ設置されている。各点光源２は発光ダイオードである。図示していないが、外部損失を無くすため、白色拡散面又は鏡面の反射シート等からなる反射材によって、点光源２、線状導光体３及び反射部材４の外側を全体的に覆うことが好ましい。
【００３３】線状導光体３は導光板１の光入射端面１１に沿って延在しており、前記光出射面３１と反対側の面３２は、図１（Ｄ）に示すように線状導光体外面に所定の間隔でＶ字溝を設けることで凹凸面に形成されており、この凹凸面３２は線状導光体３内を全反射しつつ進行する光の一部を光出射面３１へ導く光路変換機構を提供している。
【００３４】線状導光体３は、導光板１の出光面１２に対向配置され、導光板１に重なるように配置されている。線状導光体３の光出射方向の長さ（光出射方向の導光距離）Ｓは、光出射面３１の全体から、輝線、輝度ムラが抑制された状態の均一な光を、線状光源からの光のように出射できるように長くされている。このように導光距離Ｓが長いにも拘らず、線状導光体３は導光板１に重ね配置されているので、照明装置全体の平面サイズを大きくしてしまうデッドスペースは形成されず、いわゆる狭額縁化が達成されている。
【００３５】線状導光体３の光出射面３１は導光板１の光入射端面１１と同一平面に配置されている。
【００３６】ここで、導光板１と線状導光体３の厚みの関係は、本例では導光板１の厚さ＜線状導光体３の厚さの関係にある。
【００３７】このように導光板１は薄型に形成されているので、照明装置全体がそれだけ薄型、軽量化されている。
【００３８】反射部材４は線状導光体の光出射面３１と導光板の光入射端面１１とに跨がって配置されたプリズムであり、それら両面に対向するコーナ部（屈曲部）が９０度のプリズムである。
【００３９】以上説明した照明装置によると、各点光源２から出射された光は線状導光体３の側面から線状導光体３内に導かれる。線状導光体３内に導入された光源２からの光は、線状導光体３の内面で全反射を繰り返しながら、均−に広がると同時に、前記Ｖ溝のある内面３２に当たった光線は、光出射面３１の方へ向きを変え、射出される。線状導光体３から射出された光線は反射部材４によって反射されて進路を変え、線状導光体３厚みより厚みの小さい導光板１の光入射端面１１に集中的に低損失で導かれ、導光板１内に入射し、導光板１内で全反射を繰り返しながら面状に均−に広がる。また、導光板１の内部を進む光線の一部が光路変換機構面１３により出光面１２へ向かい、これにより導光板１の出光面１２より面状の均−な照明光（面発光）が得られ、図示を省略した被照明体に射出される。
【００４０】かくして上記した照明装置によると、輝線、輝度ムラが抑制され状態で均一な面発光が可能であるとともに全体の平面面積を小さくする狭額縁化が可能であり、さらに、全体の中に広い面積を占める導光板を薄型に形成できる。
【００４１】図２は面状照明装置の他の例の一部の側面図である。この照明装置は図１（Ａ）に示す照明装置における反射部材４を反射部材５に変えたものである。それ以外の点は図１（Ａ）の装置と同様であり、図１（Ａ）の装置と同じ部品、部分には同じ参照符号を付してある。
【００４２】反射部材５は鏡面である光反射凹曲面( ここでは放物面) ５１を含む反射部材である。この反射部材によると、線状導光体３からの光を効率よく導光板１に入射させることができる。
【００４３】図３は面状照明装置のさらに他の例の一部の側面図である。この照明装置は図１（Ａ）に示す照明装置における反射部材４を反射部材６に変えるとともに点光源２を線状導光体３の各側面３１に２個ずつ配置したものである。それ以外の点は図１（Ａ）の装置と同様であり、図１（Ａ）の装置と同じ部品、部分には同じ参照符号を付してある。
【００４４】反射部材６は、相互の突き合わせコーナ部（屈曲部）６２が９０度となるように組み合わせた２枚の鏡面６１を含むものである。また、点光源２を４個有することで、高輝度の照明装置となっている。
【００４５】図４は面状照明装置のさらに他の例の一部の側面図である。この照明装置は図１（Ａ）に示す照明装置における反射部材４を反射部材７に変えたものである。それ以外の点は図１（Ａ）の装置と同様であり、図１（Ａ）の装置と同じ部品、部分には同じ参照符号を付してある。
【００４６】反射部材７はコーナ部（屈曲部）が９０度のプリズムであるが、線状導光体３と一体的に形成されている。このようにプリズム７と線状導光体３を−体化することで、生産性が向上する。また、反射部材７を線状導光体３と別個に固定する必要がなくなり、それだけ全体構造が安定化する。また、部品点数も減り、照明装置の生産性が向上する。
【００４７】図５は図１（Ａ）に示す照明装置において線状導光体３と導光板１との間に隙間を設け、そこに反射型の液晶表示素子８を配置し、照明装置部分をフロントライトとして利用するコンパクトな構造の画像表示装置である。素子８の画像は導光板１の、図中上側から（図中矢印方向ＯＶ）から観察できる。照明装置部分における図１（Ａ）に示す装置と同じ部分、部品には図１（Ａ）と同じ参照符号を付してある。
【００４８】導光板１と表示素子８との間は空気層でもよく、導光板１の屈折率ｎ１より低屈折率ｎ２の透明な充填剤若しくは接着剤や接着シートがあってもよい。
【００４９】線状導光体３とプリズム４は、これら双方に屈折率の近い透明接着剤で接着している。導光板１とプリズム４とを同様の接着剤で接着してもよい。
【００５０】なお、図１（Ａ）の装置における導光板１の光入射端面１１、線状導光体３の光出射端面３１それぞれとプリズム４との結合、図４の装置における導光板１の光入射端面１１とプリズム７の光出射面との結合も同様の接着剤を用いて行える。
【００５１】以上説明した各照明装置は導光板１を裏返しにして取り付ける等してバックライトとしても利用できる。
【００５２】また、上記各照明装置において、線状導光体３を含む光源部ＬＳを導光板１の、互いに向かい合う両端面に配置し、光量を増大させるようにしてもよい。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によると、点光源及び導光板を利用した面状照明装置であって、輝線、輝度ムラが抑制され状態で均一な面発光が可能であるとともに全体の平面面積を小さくする狭額縁化が可能であり、さらに、全体の中に広い面積を占める導光板を薄型に形成できる面状照明装置を提供することができる。
【００５４】また本発明によると、かかる面状照明装置を備えた新規且つ有用な画像表示装置を提供することができる。
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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
【住所又は居所】大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番１３号 大阪国際ビル
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| 【出願日】 |
平成１３年７月１０日（２００１．７．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７４１２５
【弁理士】
【氏名又は名称】谷川 昌夫
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| 【公開番号】 |
特開２００３−３１０１６（Ｐ２００３−３１０１６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１月３１日（２００３．１．３１） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２０９６２８（Ｐ２００１−２０９６２８） |
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