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【発明の名称】 面状照明装置
【発明者】 【氏名】鈴木 信吾
【住所又は居所】静岡県磐田郡浅羽町浅名１７４３−１ ミネベア株式会社浜松製作所内

【氏名】國持 亨
【住所又は居所】静岡県磐田郡浅羽町浅名１７４３−１ ミネベア株式会社浜松製作所内
【要約】 【課題】光源からの光を有効利用し輝度を向上させる面状照明装置を提供する。

【解決手段】光源部を棒状導光体２７と点状光源により構成する。棒状導光体２７の一側面２７ｂにＶ形状溝部２９と平坦部３０とから構成される光路変換手段８を形成する。光路変換手段８上に銀あるいはアルミニウム等からなる反射率の高い金属膜（反射層２８）を形成し、一側面２７ｂから棒状導光体２７の外部に進行する漏れ光を防止する。Ｖ形状溝部２９を形成する斜面２９ａ、２９ｂのうち点状光源７側の斜面２９ａの水平面３１に対する角度αを、斜面２９ａで反射した光が板状導光体方向（図の下側）により多く進行する３０°〜４０°の範囲に設定する。これにより観察画面の正面方向の輝度を最も向上させることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 透光性材料からなる板状導光体の側面に沿って、透光性材料からなる棒状の導光体と該棒状導光体の端面に対向して配置される点状光源とから構成された光源部を近接配置した面状照明装置において、前記棒状導光体は断面が四角形状であり、前記棒状導光体の前記板状導光体の側面に対向する一側面の反対側の一側面には、前記点状光源から出射された光を前記板状導光体方向へ進行させる複数のＶ形状の溝部と該溝部に隣接する平坦部によって、または、Ｖ形状の溝部が連続して配置される階段状プリズムによって構成された光路変換手段が形成され、さらに該光路変換手段が形成された一側面上には反射層が設けられ、前記光路変換手段のＶ形状の溝部を形成する二つの斜面のうち、前記点状光源側の斜面の水平面に対する角度が３０°から４０°の範囲に設定されることを特徴とする面状照明装置。
【請求項２】 前記反射層は、金属膜、誘電体多層膜または塗料膜のいずれかにより構成されることを特徴とする面状照明装置。
【請求項３】 前記金属膜は、銀またはアルミニウムからなることを特徴とする請求項２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５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、本願発明者等が特開２０００−１１７２３で提案したものであり、その内容は以下に示す通りである。面状照明装置１は、透光性材料からなる断面矩形状に形成された板状導光体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および板状導光体２の一端部（一側面３側の一部分）を覆う保持部材（リフレクタ）１０とから概略構成されている。
【０００４】光源部４は、透光性材料からなる棒状導光体６と、この棒状導光体６の一端面６ｃに近接して配置される、例えば、発光ダイオードのような点状光源７とから構成されている。棒状導光体６の一側面６ｃには、光路変換手段８が形成されている。光路変換手段８は、板状導光体２の一側面３と向き合う面６ａの反対側面６ｂに形成されており、例えば、断面形状が三角形で棒状導光体６の厚み方向（図５上下方向）に延び、棒状導光体６の長手方向（図５左下から右上方向）に複数個配置された溝部から構成されている。光路変換手段８は、点状光源７から出射された光を板状導光体２の一側面３にほぼ均一に入射させるためのものであり、点状光源７から離れるに従って溝部の深さが徐々に深くなるように形成されている。
【０００５】この他、光路変換手段８の形態としては、光拡散反射物質を含んだ媒体を塗布した光散乱部と塗布しない平坦部とから構成されるものであってもよい（図示省略）。光拡散反射物質を含んだ媒体を塗布した光散乱部で反射した光は、平坦部で反射した光と比べ、一側面６ａから出射して板状導光体２内へ進行する光の量が多くなる。従って、光散乱部の面積は点状光源７から遠ざかるに従って大きくなるように形成される。このように点状光源７からの距離と光散乱部の面積とのバランスを考慮して光路変換手段８を形成することにより、点状光源７が棒状導光体６の端部に配置されているにもかかわらず、光は棒状導光体６の一側面６ａから板状導光体２の一側面３に均一に放出される。更に、光路変換手段８の形態は、上述したものの他、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構成されるものであってもよい。
【０００６】板状導光体２の上面５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板状導光体２の面状の均一発光を実現するために、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、板状導光体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。
【０００７】保持部材１０は、棒状導光体６の板状導光体２に対向する面６ａ以外の長手方向の周面および板状導光体２の一側面３側の端部を覆うように取り付けられる。保持部材１０は、棒状導光体６と板状導光体２を一体に保持すると共に、点状光源７から棒状導光体６内に放出された光を効率よく板状導光体２内へ導くために内面側に反射層が設けられており、概略コの字状に形成されている。保持部材１０の反射層としては、銀等の金属を蒸着したフィルム、白色フィルム等が用いられ、また、保持部材１０の本体には、硬質樹脂の成形品、あるいはアルミ板、ステンレス板等の金属板曲げ加工品が用いられている。また、内面側を鏡面研磨したアルミ、ステンレス等の金属板の曲げ加工品を使用する場合もある。
【０００８】
【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、点状光源７から放出され棒状導光体６の外部に進行した光を、保持部材１０の内面に蒸着した金属等により再度棒状導光体６内に反射させることができ、光の利用効率を向上させる手段としては有効であったが、保持部材１０で反射させた光を十分に有効利用できないという点において、即ち、観察画面の鉛直方向へ出射する光量を十分に増加させることができないという点において不具合があった。
【０００９】図６に、点状光源７から出射された光が棒状導光体６内を進行する様子を模式的に示す。棒状導光体６内を進行する光Ａ、Ｂのうち光Ａは、棒状導光体６の一側面６ｂに形成された光路変換手段８の溝部９を形成する斜面９ａで反射し、一側面６ａに対して、即ち、板状導光体２の一側面３に対して略鉛直に進行（光Ａ'）する。このような方向に進行した光は、板状導光体２の光反射パターン１７で反射し、液晶表示装置を照射した後、観察画面の鉛直方向に有効光として出射される。一方、光Ｂは溝部９の斜面９ａを透過して棒状導光体６の外部に進行し（いわゆる漏れ光となり）、保持部材１０で反射する（光Ｂ'）。この漏れ光の中には保持部材１０で反射する角度の違いによって、再度、棒状導光体６内に入射して、上述した光Ａ'の進行方向と同じように一側面３に対して略鉛直に進行し有効光となるものと、再度、棒状導光体６内に入射した後に、一側面３に対して鉛直に進行しないために観察画面に対して鉛直方向に出射せず斜め方向に非有効光として出射するものとがある。
【００１０】上述した面状照明装置１について、図示しない輝度計（計測手段）を用い視野角度θを変えて光量特性を調べると、図７に示すような特性が得られ、これにより前記有効光や前記非有効光の発生状況を把握することができる。具体的な計測方法としては、板状導光体２の上部に、板状導光体２の面内における棒状導光体６の長手方向と直交する方向に延びる軸（図示省略）を中心にして輝度計を回動可能に配置し、視野角度（回動角度）θを変えて板状導光体２からの光の光量（出射光量）を計測する。
【００１１】この計測により図７に示すような、視野角度θに応じて光量が波状に変化する特性が得られる。視野角度θが０°近傍領域では大きい山形状になり、略６０〜７０°の領域では前記山形部分に比して小さい山形状になり、この二つの山形部分をつなぐ部分が凹んだ形状の光量特性になる。視野角度θが０°近傍領域の山形部分が前記有効光に対応し、略６０〜７０°の領域の山形部分が前記非有効光に対応する。したがって、保持部材１０を設けた場合には、観察画面の鉛直方向への光り（有効光）の出射光量が幾分かは増加するものの、非有効光となる成分も多いことから、輝度の向上が不十分であるという不具合があった。
【００１２】尚、図８に示すような、断面形状が三角形の複数の溝部１１と、それぞれの溝部１１の間に形成される平坦部１２とからなる光路変換手段８Ａを備えた棒状導光体６Ａの場合にも、上述した形態と同様に非有効光が発生し、フロントライトまたはバックライトとして有効には利用されず、観察画面の鉛直方向の輝度が向上しないという不具合があった。
【００１３】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、光源からの光の有効利用を図り、輝度を向上させるとともに消費電力の増加を抑え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。
【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板状導光体の側面に沿って、透光性材料からなる棒状の導光体と該棒状導光体の端面に対向して配置される点状光源とから構成された光源部を近接配置した面状照明装置において、前記棒状導光体は断面が四角形状であり、前記棒状導光体の前記板状導光体の側面に対向する一側面の反対側の一側面には、前記点状光源から出射された光を前記板状導光体方向へ進行させる複数のＶ形状の溝部と該溝部に隣接する平坦部によって、または、Ｖ形状の溝部が連続して配置される階段状プリズムによって構成された光路変換手段が形成され、さらに該光路変換手段が形成された一側面上には反射層が設けられ、前記光路変換手段のＶ形状の溝部を形成する二つの斜面のうち、前記点状光源側の斜面の水平面に対する角度が３０°から４０°の範囲に設定されることを特徴とするものである。
【００１５】本発明によれば、点状光源から出射され棒状導光体の一側面に形成されたＶ形状の溝部に衝突した光は、溝部上に設けられた反射層により高い反射率で反射される。このため棒状導光体の外部に進行する透過光（漏れ光）の発生は抑えられ、光の高い利用効率を実現する。また、Ｖ形状の溝部を形成する斜面の角度を所定角度に設定することにより、溝部で反射した光のうちのより多くの光を板状導光体に対して鉛直方向に進行させ、面状照明装置の観察画面の鉛直方向へ出射する有効光の光量を増加させるとともに非有効光の光量を低下させ、観察画面の鉛直方向の輝度を向上させる。
【００１６】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、前記反射層は、金属膜、誘電体多層膜または塗料膜のいずれかにより構成されることを特徴とするものである。点状光源から出射され棒状導光体に形成されたＶ形状の溝部に衝突した光を高い反射率で反射される。
【００１７】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、前記金属膜は、銀またはアルミニウムからなることを特徴とするものである。点状光源から出射され棒状導光体に形成されたＶ形状の溝部に衝突した光を、より高い反射率で反射される。
【００１８】
【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。
【００１９】図１に、本発明の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、透光性材料からなり細長い四角柱状を有する（断面が四角形状を有する）棒状導光体２７と、棒状導光体２７の一端面２７ｃに対向して配置される点状光源７とから構成されている。棒状導光体２７の一側面２７ｂには、複数の光散乱部２９（この形態では、断面形状略三角形(Ｖ形状)の溝部からなる。以下、Ｖ形状溝部という。）と、隣り合う二つのＶ形状溝部２９間に配置された平坦部３０から構成される光路変換手段８が形成されている。そして、この光路変換手段８の設けられている一側面２７ｂを覆うように反射層２８が形成されている。
【００２０】光路変換手段８が形成される一側面２７ｂは、図５に示す場合と同様に、板状導光体２の一側面３に対向する棒状導光体６の一側面（６ａ）の反対側に位置している（図５の一側面６ｂの位置）。また、光路変換手段８を構成するＶ形状溝部２９の間隔は、点状光源７から遠ざかるにしたがって徐々に狭くなように設定されている。これは、点状光源７から離隔することによる輝度の低下を、棒状導光体２７の単位長さ当たりに形成するＶ形状溝部２９の数を増やすことにより補い、棒状導光体２７の全体に渡る輝度の均一化を図るためである。従って、輝度の均一化を図ることができる形態であればＶ形状溝部２９の間隔を徐々に狭くする形態に限定されるものではなく、例えば、点状光源７から遠ざかるに従ってＶ形状溝部２９の深さを徐々に深く設定する形態等であってもよい。
【００２１】反射層２８は、光を高効率で反射させる層であり、この層２８を棒状導光体２７の一側面２７ｂに光路変換手段８を覆うように形成することで、点状光源７から放出され棒状導光体２７の一側面２７ｂに入射する光を、高効率で板状導光体２方向へ反射させることができる。即ち、従来、光路変換手段８に入射し屈折した後に棒状導光体２７の一側面２７ｂから棒状導光体２７の外部に出射していた光（いわゆる、漏れ光）を、光路変換手段８上に形成した反射膜２８によって板状導光体２方向へ反射させることができる。
【００２２】図２は、棒状導光体２７の上面図である。図示は省略されているが点状光源７は図の左側方向に配置されている。図に示すように、反射層２８は、一側面２７ｂ上に形成されている全てのＶ形状溝部２９および平坦部３０を覆うように、一側面２７ｂの全面に設けられている。そして、反射層２８は、銀またはアルミニウム等の金属膜、屈折率の異なる２種の誘電体薄膜を重ねた誘電体多層膜、または白色の塗料等を塗布した塗料膜のいずれかによって構成されている。
【００２３】反射層２８としての金属膜は、可視光線を全域に渡って高効率に反射させることができる材料であることが望ましい。具体的には、銀の金属膜が最も好ましいが、これに替えてアルミニウムからなる金属膜であっても高効率に光を反射させることができる。また、金属膜は蒸着により形成され、その膜の厚さは金属膜を透過する光（漏れ光）が極力少なくなるような厚さに設定することが望ましい。さらに、金属膜の表面にはSiO2、MgF2等を保護膜として形成することが望ましい。
【００２４】反射層２８としての誘電体多層膜は、透過率が大きく、屈折率の相違する２種類の誘電体薄膜を交互に重ねて多層の膜を形成した増反射膜であり、光が屈折率の高い誘電体薄膜から屈折率の低い誘電体薄膜に入射する際、またはその逆に入射する際の反射光の位相の違いを利用して、それぞれの誘電体膜の厚さを所定の厚さに設定することで高い反射率を実現することができる。具体的には、TiO2（屈折率の高い誘電体）とMgF2（屈折率の低い誘電体）の組合せ等が使用される。
【００２５】反射層２８としての塗料膜は、白色（乳白色でも可）の塗料を塗布して形成して白色膜が一般的であるが、この他、金属フィラーを含有した塗料を塗布した塗料膜等を使用してもよい。塗料を塗布する方法としては、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用いられる。
【００２６】このように反射層２８を一側面２７ｂ上に形成されている全てのＶ形状溝部２９および平坦部３０を覆うように、一側面２７ｂの全面に設けた場合、一側面２７ｂ側から棒状導光体２７の外部に進行する漏れ光を防止することができるので、図５に示されている保持部材１０（棒状導光体６の板状導光体２に対向する面６ａ以外の長手方向の周面および板状導光体２の一側面３側の端部を覆う）のうち、棒状導光体２７の一側面２７ｂを覆う部分の保持部材を削除することも可能である。
【００２７】尚、反射層２８を設ける領域は、上述した一側面２７ｂの全面に設ける形態に限定されるものではなく、図３に示すように光路変換手段８のＶ形状溝部２９のみを覆うような形態であってもよい。光源部４から板状導光体２方向へ放射される光は、その多くが光路変換手段８のＶ形状溝部２９によって反射された光であるため、Ｖ形状溝部２９のみを覆うように反射層２８を設けた場合にも、光反射率を高めることができ漏れ光を防止することができる。
【００２８】図２に示されるように、Ｖ形状溝部２９は二つの斜面２９ａ、２９ｂによって形成されている。そして、この二つの斜面２９ａ、２９ｂのうち点状光源７側（図の左側）の斜面２９ａと、棒状導光体２７の一側面２７ａに平行な面３１（以下、水平面３１という）とのなす角度αは３０°〜４０°の範囲の値に設定されている。この設定角度αの範囲は、角度αを所定の角度に設定し、設定したそれぞれの所定の角度における視野角度θと出射光量との関係を輝度計を用いて測定した結果により得られたものである。尚、視野角度θとは、面状照明装置の観察面の鉛直方向に対する角度のことをいい、鉛直方向を視野角度０°とし、光源部４が観察面の上部側に配置されている場合には鉛直方向に対して右側の視野角度を＋（プラス）角度、鉛直方向に対して左側の視野角度を−（マイナス）角度としている。
【００２９】角度αの値は、棒状導光体２７の光路変換手段８上に反射膜を形成しない場合には、一般的に、角度αを４０°〜５０°に設定したときに良好な出射光量特性（視野角度０°近傍領域の光量をより大きくする）を得ることができるとされている。しかしながら光路変換手段８上に反射膜を形成した場合には、４０°〜５０°の設定値では適切ではなく、反射膜により漏れ光を防止することができ（図７における２つの山形状の光量特性のうち非有効光に相当する右側の山の出射光量のピーク値を抑えることができ）、光の利用効率を高めることができるが、そのときの出射光量特性のピーク値（図７における有効光に相当する左側の山の出射光量のピーク値）がマイナスの視野角度方向に移動してしまうという不具合が生じる。具体的には、角度αを４５°に設定した場合、出射光量特性のピーク値は視野角度θ＝−４０°近傍領域に移動する。そこでこの不具合を防止して、出射光量特性のピーク値が視野角度θ＝０°となる（有効光となる）良好な出射光量特性を得るためには、上述した測定の結果から斜面２９ａの角度αを３０°〜４０°の範囲に設定することが必要であるとわかった。尚、図３においても同様にである。これにより斜面２９ａで反射する光のより多くを板状導光体２方向へ進行させることができる（例えば、矢印Ｃ、Ｄに示す光の進行）。
【００３０】上述の形態では、棒状導光体２７の一側面２７ｂに形成する光路変換手段８として、複数のＶ形状溝部２９とＶ形状溝部２９間に配置された平坦部３０から構成されるものについて説明したが、この形態に限定されるものではなく、例えば図４に示すように、光散乱部２９'（この形態では、断面形状略三角形(Ｖ形状)の溝部からなる）が連続して配置される階段状プリズムによって構成された光路変換手段８であってもよい。Ｖ形状溝部２９'は二つの斜面２９'ａ、２９'ｂによって形成される。そして、この形態の光路変換手段８でも二つの斜面２９'ａ、２９'ｂのうち点状光源７側（図の左側）の斜面２９'ａと、水平面３１とのなす角度α'は３０°〜４０°の範囲の値に設定される。尚、光路変換手段８上に設ける反射層２８は、一側面２７ｂの全面を覆うように設ける場合（図４は全面を覆うように設けられている）であっても、あるいは斜面２９'ａのみを覆うように設ける場合であってもよい。
【００３１】これにより点状光源７から出射された光は光路変換手段８上に形成された反射層２８により高効率で反射され、棒状導光体２７の外部に進行する漏れ光が防止される。また、板状導光体２方向（図の下側）へ反射させる光量の多い斜面２９'ａの角度α'の値が３０°〜４０°の範囲に設定されているので、より多くの光を板状導光体２方向へ進行させる（例えば、矢印Ｃ'、Ｄ'に示す光の進行）。
【００３２】
【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棒状導光体の一側面上に金属膜、誘電体多層膜、あるいは塗料膜からなる反射層を形成することによって、前記一側面における光の反射率を高めることができ、棒状導光体の外部に進行していた漏れ光を防止することができる。そしてＶ形状溝部を形成する斜面のうち点状光源側の斜面、即ち、板状導光体方向へ反射させる光量の多い斜面の傾斜角度を３０°〜４０°の範囲に設定することにより、より多くの光を板状導光体に対して鉛直方向に入射させることができるので、面状照明装置の観察面における鉛直方向への出射光量を最大にすることができ（点状光源から出射された光を最大限に有効利用することができ）、観察面の鉛直方向の輝度を向上させることができる。また、光の有効利用により消費電力の増加を抑え、より高い輝度を得ることができる。
【００３３】また、金属膜を銀またはアルミニウムから構成することにより、光の反射率を十分に高めることができるので、棒状導光体からの漏れ光を防止することができ、Ｖ形状溝部を形成する斜面の傾斜角度を３０°〜４０の範囲に設定することと組合せて、さらに点状光源から出射された光を有効利用することができ、観察面の鉛直方向の輝度を向上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
【住所又は居所】長野県北佐久郡御代田町大字御代田４１０６―７３
【出願日】 平成１４年３月２５日（２００２．３．２５）
【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２００３−２８１９１４（Ｐ２００３−２８１９１４Ａ）
【公開日】 平成１５年１０月３日（２００３．１０．３）
【出願番号】 特願２００２−８４１９１（Ｐ２００２−８４１９１）