JP2008066152A - 面照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位を保ちつつ、明暗差をなくすようにした面照明装置を提供すること。また、コスト削減を図る面照明装置を提供すること。
【解決手段】ＬＣＤ５０を照明する面照明装置１において、導光板２０には、ＬＥＤ２１からの光を鏡面反射させる光面２４と、ＬＥＤ２１からの光を反射して戻り光とする反射テープ２３と、戻り光を順次下向きレンズシート４０側に出射させるプリズム面２２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話機などに使用される面照明装置に関する。詳しくは、明暗差をなくして表示品位を保つようにした面照明装置に関する。

一般に携帯電話機等では、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）により所望の画面を表示する。かかる携帯電話機等には、暗所でも画面を表示するため、ＬＣＤ背面や前面に面照明装置が設けられている。

図７は、従来の面照明装置の構成例を示す図である。面照明装置１００は、反射シート１０と、ＬＥＤ（発光ダイオード）２１と、導光板１２０と、拡散シート１３０と、互いに直交する上向きのプリズム面を夫々備える２つのレンズシート１４０、１５０から構成される。面照明装置１００は、ＬＣＤ５０を下面から照明する。所謂、バックライト方式である。

ＬＥＤ２１から発光された光は導光板１２０に入光する。導光板１２０の上面のパターン面により、ＬＥＤ２１からの光は面発光され、拡散シート１３０に向かう。一部、下面側に向かうが反射シート１０により反射し、拡散シート１３０側に向かう。

導光板１２０からの光は、拡散シート１０により拡散されて（ぼかされて）２つのレンズシート１４０、１５０に向かう。２つのレンズシート１４０、１５０の各プリズム面により横方向、縦方向に光が集光して輝度が上がり、ＬＣＤ５０を照明する。

図８は、導光板１２０内を伝播する伝播光の光路例を示す図である。ＬＥＤ２１からの光は、導光板１２０内において反射を繰り返して伝播する。その際に、導光板１２０の面により光源からの光が一部外部に出光し、残りの部分が導光板１２０内を伝播する。この反射を繰り返すことで除々に光が外部に出光するため、光源であるＬＥＤ２１から遠く離れるに従い、出射光の強度は弱くなる。

図９は、導光板１２０の上面図である。ＬＥＤ２１に近い箇所は光の強度は強いものの、ＬＥＤ２１から遠い箇所では光の強度は弱くなる。

一方、導光板１２０のＬＥＤ２１に近い側の角の領域では、ＬＥＤ２１からの光が届かないため暗所（図の斜線領域）が生じる。光の強度が強いＬＥＤ２１近傍の領域と、この暗所により、大きな明暗差が生じる。

図７乃至図９の例では、一つのＬＥＤ２１の例を示したが、複数のＬＥＤ２１を設けたとしても各ＬＥＤ間で暗所が生じ、同様に明暗差が生じる。

そこで、従来では、発光ダイオードと、導光体と、レンズとを有する照明装置において、隣り合う発光ダイオードからの発光境界線が発光面内の有効発光領域の外縁線状で交差するように、レンズの大きさ又はその湾曲形状を設定したものが開示されている（例えば、以下の特許文献１）。
特開平１０−２６０４０４号公開公報

しかしながら、上記特許文献１では、ＬＣＤの大きさを導光体全体に広げると、発光ダイオード近傍の導光体において発光領域が交差しておらず暗所が生じる。従って、発光ダイオードの近傍で暗所が生じ、表示品位は必ずしも良いものとは言えない。

また、図７乃至図９に示す従来の構成では、２つのレンズシート１４０、１５０、及び拡散シート１３０を設けなければならない。特に、レンズシート１４０、１５０は高価なものであるため、面照明装置１００全体がコスト高となる。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものでその目的は、表示品位を保ちつつ、明暗差をなくすようにした面照明装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、コスト削減を図る面照明装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一実施態様によれば、ＬＥＤと、前記ＬＥＤから点発光された光を面発光させる導光板と、前記導光板から面発光された光を集光するレンズシートとを備え、前記導光板には前記ＬＥＤが配置された面とは反対面に前記ＬＥＤからの直接光を反射する反射部材を備え、前記導光板は前記反射部材により反射された戻り光を用いて、前記ＬＥＤからの光を面発光させる面照明装置を特徴とする。

また、本発明の他の実施態様によれば、前記レンズシートは前記導光板側に第１のプリズム面を備えた下向きレンズシートであることを特徴とする。

更に、本発明の他の実施態様によれば、前記導光板には、更に、前記レンズシートが配置された面とは反対面に前記戻り光を前記レンズシートの配置された面側に反射させる第２のプリズム面を備えることを特徴とする。

更に、本発明の他の実施態様によれば、前記導光板は、更に、前記レンズシートが配置された面を、前記ＬＥＤからの直接光を反射するとともに前記第２のプリズム面からの光を出射させる鏡面で構成することを特徴とする。

更に、本発明の他の実施態様によれば、前記第２のプリズム面の平面に対する角度は、前記下向きレンズシートから出射する光が前記面照明装置により照明される液晶ディスプレイの面に略直交して入射するように設けられていることを特徴とする。

更に、本発明の他の実施態様によれば、前記第１のプリズム面の平面に対する角度は、前記導光板から面発光された光を前記照明装置により照明される液晶ディスプレイの面に略直交して入射するように設けられていることを特徴とする。

更に、本発明の他の実施態様によれば、前記反射部材は反射テープにより構成されることを特徴とする。

更に、本発明の他の実施態様によれば、前記反射部材は頂角が略９０°の第３のプリズム面により構成されることを特徴とする。

更に、本発明の他の実施態様によれば、前記反射部材は、複数の前記第３のプリズム面により構成されることを特徴とする。

更に、本発明の他の実施態様によれば、前記反射部材は頂角が略９０°の第４のプリズム面により構成され、前記各第４のプリズム面の頂角の軸は前記ＬＥＤに向けて設けられていることを特徴とする。

更に、本発明の他の実施態様によれば、前記反射部材は、非球面により構成されることを特徴とする。

本発明によれば、表示品位を保ちつつ、明暗差をなくすようにした面照明装置を提供することができる。また、本発明によれば、コスト削減を図る面照明装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明が適用される面照明装置１の構成例を示す図である。図７等に示す従来の構成と同一の部分には同一の符号が付されている。図１に示す面照明装置１は、携帯電話機に適用される例である。

面照明装置１は、反射シート１０と、ＬＥＤ２１と、導光板２０と、及び下向きレンズシート４０を備える。面照明装置１は、ＬＣＤ５０を下面から照明する。所謂、バックライト方式である。

反射シート１０は、視点位置（ＬＣＤ５０の上方位置）とは最も遠い位置に配置され、反射シート１０の上面に導光板２０及びＬＥＤ２１が配置され、導光板２０の上面に下向きレンズシート４０が配置され、更に、下向きレンズシート４０の上面にＬＣＤ５０が配置される。

尚、ＬＥＤ２１は、所謂、エッジライト方式として導光板２０の側面に設けられている。図１に示す例では、導光板２０の短辺側に設けられているが、本実施例では長辺側に設けられていてもよい。いずれも、導光板２０はＬＥＤ２１から点発光された光を面発光に変換する。

また、導光板２０は、ＬＣＤ５０の位置する面とは反対面（図面上、下面側）に階段状のプリズム面２２と、ＬＥＤ２１の位置する面とは反対面に反射部材としての反射テープ２３と、ＬＣＤ５０の位置する面側に鏡面２４を備える。

ＬＥＤ２１から発光された光は導光板２０に入射し、その光の多くは反射テープ２３に到達する。光の一部は、導光板２０の鏡面２４により全反射される。従って、ＬＥＤ２１からの光は、その殆んどが反射テープ２３に向かう。

反射テープ２３に向けて発光された光は、当該反射テープ２３で反射され、戻り光として階段状のプリズム面２２に向かう。そして、戻り光は各プリズム面２２で順次反射され、鏡面２４に向かう。

プリズム面２２で反射した光は鏡面２４に対して臨界角の範囲内のため、鏡面２４で反射せずに出射し、面全体から面発光する。その原理については後述する。

鏡面２４から面発光した光は下向きレンズシート４０のプリズム面４１により、ＬＣＤ５０に略直交する向きに向けられる。この詳細も後述する。

そして、下向きレンズシート４０から出射した光はＬＣＤ５０を照明することになる。

図２（Ａ）及び同図（Ｂ）は、導光板２０の鏡面２４における臨界角と鏡面反射の関係を示す図である。

上述したように、ＬＥＤ２１から発光した光の一部は、鏡面２４に向かう。フレネルの法則によれば、ある物質内を透過して光学的に平滑な表面への入射光はその角度がある角度（臨界角という）を超えると略全反射し、臨界角内であれば入射光は出光する。図２（Ａ）に示すように、臨界角をθ（例えば、「４２°」から「４３°」の範囲、勿論、物質の種類のより異なる値を取り得る）とすると、ＬＥＤ２１からの直接光は鏡面２４に対して、θを超えて入射する。従って、直接光は略全反射する。

一方、反射テープ２３からの戻り光をプリズム面２２により反射させると、図２（Ｂ）に示すように、臨界角θ内で鏡面２４に入射する。従って、その光は全反射せず、導光板２０から出光する。

図３は、戻り光の光路を示す図である。導光板２０のプリズム面２２と、下向きレンズシート４０のプリズム面４１の関係を示す図でもある。

導光板２０から出射した光は、下向きレンズシート４０のプリズム面４１に入射する。プリズム面４１の平面に対する角度をβとしたとき、プリズム面４１にある角度で入射した光は、図３に示すように、真上に向けて出射する。

一方、導光板２０のプリズム面２２の平面に対する角度をαとしたとき、下向きレンズシート４０のプリズム面４１には、出射した光が真上に向かうように（ＬＣＤ５０の面に略直交するように）入射する。即ち、導光板２０のプリズム面２２の角度αは、プリズム面４１に入射した光がプリズム面４１から真上に出射するように、設計すればよい。従って、下向きレンズシート４０のプリズム面４１の角度βが決まっているときは、導光板２０のプリズム面２２の角度αを上述のように設ければよいことになる。

逆に、導光板２０のプリズム面２２の角度αが決まっているときは、下向きレンズシート４０の角度βを上述のように設ければよいことになる。

図４は、導光板２０の上面図である。ＬＥＤ２１の位置する面と反対面側には、反射テープ２３が貼り付けられている。反射テープ２３は、例えば銀色にすると、ＬＥＤ２１からの光は鏡面反射する。白色にすると、拡散反射する。本実施例では、ＬＥＤ２１からの光が反射すればどのような色の反射テープ２３でも実施可能である。

図５乃至図６は、反射部材を反射テープ２３以外で構成したときの導光板２０の例を示す図である。図５（Ａ）に示す例は、反射面をプリズム加工にした例である。即ち、導光板２０は、ＬＥＤ２１とは反対面側に頂角が略「９０°」のプリズム面２５を備える。ＬＥＤ２１からの線状光は、このプリズム面２５に反射され戻り光となる。この戻り光は、導光板２０の各プリズム面２２に反射して、図４と同様の経路をとる。

図５（Ｂ）は、同様に反射面をプリズム加工にしているが、図５（Ａ）とは異なり複数のプリズム面２６により構成される例である。このプリズム面２６も、頂角が略「９０°」であり、ＬＥＤ２１からの線状光を反射して戻り光として、導光板２０の各プリズム面２２に向かう。その後の経路は図４と同様である。

図６（Ａ）は、導光板２０の上面図である。この例は、同様に反射面を加工して、頂角が略「９０°」のプリズム面２７を形成しているが、その頂角の軸２７Ａ〜２７ＥをＬＥＤ２１の位置する側に向けてずらした例である。同図（Ａ）に示すように、最も外側の軸２７Ａ、２７Ｅが、中心軸でもある軸２７Ｃから最もずれており、中央の軸２７Ｃが中心軸に略一致する。この軸２７Ａ〜２７Ｅを傾かせる角度は、戻り光が導光板２０内で略平行になるように最適化すればよい。戻り光は、上述の例と同様に各プリズム面２２で反射して図３と同様の経路をたどる。

図６（Ｂ）も導光板２０の上面図を示す。反射面を非球面２８とした例である。この非球面２８の曲率等、非球面２８の形を特徴づける各値は、各戻り光が平行になるように設計すればよい。この例も、戻り光は各プリズム面２２で反射して図３と同様の経路をたどることになる。

以上説明してきたように、本面照明装置１は導光板２０において、戻り光を導光板２０から出射させるようにしており、導光板２０の階段状の各プリズム面２２を同じ大きさに形成すれば、戻り光の反射光は導光板２０から略同じ光の強さで面発光する。従って、導光板２０の上面では明暗差はなくなり、表示品位を保ちつつ明暗差をなくした面照明装置１を提供することができる。

また、本面照明装置１は、従来の面照明装置１００と比較して、拡散シート１３０とレンズシートの一方１４０又は１５０がない構成である。従って、その分コスト削減を図ることができる。

上述した例では、ＬＥＤ２１が一個の例で説明したが、勿論、複数のＬＥＤ２１により面照明装置１を構成しても上述した例と同様の作用効果を奏する。

また、上述した例では、所謂、バックライト方式の面照明装置１について説明した。勿論、フロントライト方式の面照明装置でも適用可能で同様の作用効果を奏する。この場合、図１の面照明装置１において、反射シート１０の位置にＬＣＤ５０を配置し、導光板２０の上面に階段状のプリズム面を設けるようにすればよい。

更に、上述した例では、本面照明装置１を携帯電話に適用した例について説明したが、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）や、携帯型ゲーム装置などの情報携帯端末に適用しても上述した例と同様に実施可能で、同様の作用効果を奏する。

本面照明装置は、例えば、携帯電話機やＰＤＡ、携帯型ゲーム装置などの情報携帯端末のディスプレイに利用される。

図１は面照明装置の構成例を示す図である。 図２（Ａ）及び同図（Ｂ）は臨界角と鏡面反射の関係を示す図である。 図３は、戻り光の光路を示す図である。 図４は導光板の構成例を示す図である。 図５（Ａ）及び同図（Ｂ）は導光板の構成例を示す図である。 図６（Ａ）及び同図（Ｂ）は導光板の構成例を示す図である。 図７は従来の面照明装置の構成例を示す図である。 図８は従来の面照明装置における伝播光の光路例を示す図である。 図９は従来の面照明装置における導光板の明暗差を示す図である。

符号の説明

１ 面照明装置、 １０ 反射シート、 ２０ 導光板、 ２１ ＬＥＤ（発光ダイオード）、 ２２ プリズム面、 ２３ 反射テープ、 ２４ 鏡面、 ２５〜２７ プリズム面、 ２７Ａ〜２７Ｅ 頂角の軸、 ２８ 非球面、 ４０ 下向きレンズシート、 ４１ プリズム面、 ５０ ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、 α 導光板のプリズム面の平面に対する角度、 β 下向きレンズシートのプリズム面の平面に対する角度

Claims (11)

1. ＬＥＤと、
   前記ＬＥＤから点発光された光を面発光させる導光板と、
   前記導光板から面発光された光を集光するレンズシートとを備え、
   前記導光板には前記ＬＥＤが配置された面とは反対面に前記ＬＥＤからの直接光を反射する反射部材を備え、前記導光板は前記反射部材により反射された戻り光を用いて、前記ＬＥＤからの光を面発光させることを特徴とする面照明装置。
2. 前記レンズシートは前記導光板側に第１のプリズム面を備えた下向きレンズシートであることを特徴とする請求項１記載の面照明装置。
3. 前記導光板には、更に、前記レンズシートが配置された面とは反対面に前記戻り光を前記レンズシートの配置された面側に反射させる第２のプリズム面を備えることを特徴とする請求項１記載の面照明装置。
4. 前記導光板は、更に、前記レンズシートが配置された面を、前記ＬＥＤからの直接光を反射するとともに前記第２のプリズム面からの光を出射させる鏡面で構成することを特徴とする請求項２記載の面照明装置。
5. 前記第２のプリズム面の平面に対する角度は、前記下向きレンズシートから出射する光が前記面照明装置により照明される液晶ディスプレイの面に略直交して入射するように設けられていることを特徴とする請求項４記載の面照明装置。
6. 前記第１のプリズム面の平面に対する角度は、前記導光板から面発光された光を前記照明装置により照明される液晶ディスプレイの面に略直交して入射するように設けられていることを特徴とする請求項４記載の面照明装置。
7. 前記反射部材は反射テープにより構成されることを特徴とする請求項１記載の面照明装置。
8. 前記反射部材は頂角が略９０°の第３のプリズム面により構成されることを特徴とする請求項１記載の面照明装置。
9. 前記反射部材は、複数の前記第３のプリズム面により構成されることを特徴とする請求項８記載の面照明装置。
10. 前記反射部材は頂角が略９０°の第４のプリズム面により構成され、前記各第４のプリズム面の頂角の軸は前記ＬＥＤに向けて設けられていることを特徴とする請求項１記載の面照明装置。
11. 前記反射部材は、非球面により構成されることを特徴とする請求項１記載の面照明装置。

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