JP3074482B2 - 背面照明表示器 - Google Patents

背面照明表示器

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光フィルムに係わり、特に、入射角と相対的
に予め定められた一定の角で光を反射する光学フィルム
を利用する背面照明表示器に関するものである。
従来技術、および発明が解決しようとする課題 多くの場合、光源により平行光線が得られることが要
望される。上記の平行光線を得る代表的な方法は、放物
面反射器を利用することである。しかし、放物面反射器
の使用には二つの不利点が存在する。一つの不利点は放
物面の大きさに係わるものである。光源が大きい口径を
備えることになれば放物面反射器は比較的深くなければ
ならず、従って大きな容積を囲う。これは特に、放物面
反射器が比較的短い焦点距離を備える場合に当てはま
る。自動車の尾灯や背面照明表示器のような、場所が制
限されている状況においては、このような反射器の大き
さが重大な不利点となる可能性がある。
第二の不利点は、放物面反射器により生成される光パ
ターンにおける「ホット」スポットの存在にある。この
種のホット・スポットは、放物面反射器がエッジにおけ
るよりも中心で一層効率的に光を集める、という事実に
より発生する。従って放物面反射器は、均等な強さが必
要とされる光源用として最適ではない。
ここに共通に譲渡された米国特許第4,789,921号に
は、放物面反射器の使用に対する一代替方法が示されて
いる。その出願に示された方法においては、反射器が円
すいの形状に形成された時にそれが放物面反射器の性質
を備えるようにさせるフレネル構造体を、反射器が備え
ている。その方法により反射器は同等の在来の放物面反
射器より深さが浅くなり得るが、光源全体にわたり均等
な強さを付与するという問題は解決されない。
課題を解決するための手段 本発明による背面照明表示器には、光学的窓を有する
光学的空所を画定するハウジングがある。この光学的空
所の内側には、構成面と平滑面とを有する光反射フィル
ムがある。構成面はそこに複数の三角プリズムを備えて
いる。光反射装置が前記平滑面に隣接している。光源
は、平滑面とほとんど平行な方向で光がフィルムへ入る
如く光を発出するように位置決めされる。実際の表示装
置は光学的窓内に置かれる。
実施例および作用 第１図は、構成面11と平滑面12とを有する透明フィル
ムを示す。平滑面12には光反射装置21が備え付けられて
いる。この好適な実施例の場合、反射器21は、真空蒸着
されたアルミニウムの層である。構成面11には、プリズ
ム13のような複数の三角プリズムがある。プリズム13は
面14,15を有する。この好適な実施例においては、面14,
15が直角に交わり、面12へ投影されると、その面と45゜
で交わる。従ってこの好適な実施例においては、直角部
が頂部を形成し且つ各辺が一連の溝を形成して、プリズ
ムの断面が直角二等辺三角形を形成するが、他の角を選
んでも良く、それにより他の角の反射が得られる。
プリズム13およびその他のそれと類似のものは各々、
プリズムの頂部と平行に延びる主軸を有する。フィルム
上の全てのプリズムの軸は互いに平行に延びる。
光源16は、面14,15の交りに近いプリズム13の面14を
通ってフィルム10に入る。光線16は屈折され、次いでプ
リズム13の面15から内部へ全反射される。内部への全反
射の後、光線16はフィルム10を通過し、反射器21から反
射される。次いでそれがフィルム10を他の方向に通過
し、プリズム17の面19を通って出現する。その時にそれ
が二度目に屈折され、入って来る光線16にほぼ垂直な方
向へ出現する。
第２図は、第１図の光線16の場合よりも面14,15の交
りから遠い位置で、プリズム13の面14を通って入る光線
20を示す。光線20は、面14を通過する際に屈折され、面
15により内部へ全反射される。次いでそれが反射器21に
より反射され、プリズム17の面19を通して出現する。光
線16の場合と同じく、光線20はフィルム10から出現する
際に屈折され、入って来る光線20にほぼ垂直な方向へ出
現する。
本発明の重要な特徴は、第１図および第２図に示す如
く、出て行く光線が常に、入って来る光線と相対的に予
め定められた角で出現する、という事実に係わるもので
ある。従って、出て行く光線の方向に影響を及ぼすこと
なく、プリズムの軸線と平行に延びる軸線の周りにフィ
ルム10を回転させることができる。
第１図に戻るが、プリズムの高さをＨと表示し、フィ
ルムの厚さ、即ち面12からプリズムの頂部までの距離を
Ｔと表示している。入って来る光線に垂直な方向へ光が
出現するように意図されているこの好適な実施例におい
ては、光線が通って入るそれに隣接するプリズムを通し
て出現する時に性能が最適化されるように定められてい
る。これは、Ｔが3.2152Hに等しい時に達成される。従
ってＨが0.018cmに等しければ、Ｔは0.0579cmとなるべ
きである。但し、この比により最適の性能が得られると
いう事実にも拘わらず本発明によるフィルムは、この比
から逸脱しても適切に作用することが見いだされてい
る。
入って来る光線の方向が面12に対する平行面から非常
に広い範囲にまで逸れると、若干の光はそれが通って入
るプリズムの反射面に当たらないので、反射器の効率は
低減される。フィルムの屈折率を1.495、即ち本発明に
用いられる反射フィルムを試験する際に使用されるフィ
ルムの屈折率、と仮定すれば、入って来る光線が面12と
なすべき最大角は13.1゜であるが、20゜ほどの角でも適
切且つ容認できる結果が得られている。特定の用途で、
低い効率を許容できるならば、更に大きい角を用いても
良い。
入って来る光と面12との間の角が非常に小さくなる
と、鋭さからのわずかな逸脱が極めて重要な、プリズム
の頂部の付近へほとんどの光が入るので、効率は再び低
減される。更にまた、狭い入射角においては、プリズム
の高さの小さな偏差が一層重要となる。それ故、１゜未
満の角は、理論的には可能であっても、一般的には推奨
されない。
前述の如く、本発明のフィルムは直角二等辺プリズム
を備え、その両辺が各々、平滑面と45゜の角を形成して
いる。しかし本発明は、このようなプリズムを必要とし
ない。プリズムは90゜以外の大きさの角を包含していて
も良く、また二等辺である必要はない。90゜未満のきょ
う角を備える二等辺三角形が使用されると、フィルムは
前述のそれと同様に作用するが、反射された光線は90゜
未満の角で出現する。逆に、90゜を超えるきょう角を備
える二等辺プリズムにより、反射光線は、入って来る光
線に関し90゜を越える角で出現する。
第３図は、本発明のフィルムを使用する発光設備を示
す。この発光設備は、反射器34、レンズ31および光源32
を備える直角反射フィルム30を包含している。光源32
は、フィルム30によりその最も効率的な直角反射が得ら
れる角の範囲内にある角から、ほぼ平行な光をフィルム
30へ向ける。レンズ31は、発光設備と共に一般的に用い
られる何れの形式のレンズであっても良い。例えば第３
図の発光設備が自動車の尾灯に使用されるとすれば、レ
ンズ31は、発出された光を、制定された安全基準に適合
するように分散させる在来のピロー・レンズでも良い。
他の形式の発光設備の場合には、他の適宜のレンズを選
定すれば良い。第３図でわかるように、直角反射フィル
ム30がレンズ31に対しある角でセットされている。これ
は、光源32からの光が１゜より大きい角で直角反射フィ
ルム30に当たり且つレンズ31に対し垂直に反射され得る
ようになされる。
第３図に示された形式の発光設備は、在来の放物面反
射器を使用する在来の発光設備よりもはるかにコンパク
トである。これは、第３図の発光設備が、光源32を収容
するに足りるだけ広いことしか必要としないためであ
る。光源32も極めてコンパクトにすることができる。こ
れは、それが発光設備自体のように大きな開口を備える
必要性がないためである。従って光源32はコンパクトな
反射器を使用でき、そのためそれ自体では空間をほとん
ど占有しない。必要があれば、１組を超える光源を用い
ることもできる。
この好適な実施例においては、第３図に示す如く、直
角反射フィルム30が湾曲している。これは、光源32のよ
うな放物面光源によっては、一般に、完全に平行な光が
得られないからである。従って直角反射フィルム30に受
容される光の束密度は長さに沿って変動し、直角反射器
30が平たんであれば、光源32からより離れた直角反射フ
ィルム30の部分は更に少ない光しか受けない。図示の湾
曲を付与することにより直角反射フィルム30の全ての部
分が均等な束密度を受容し、従ってこの発光設備によ
り、直角反射フィルム30が平たんであった場合に得られ
るよりも更に均等な照明が得られる。湾曲の厳密な形状
は、言うまでもなく、光源32の特質に依存する。必要で
あれば反射フィルム30は、結果として得られた発光設備
が、光源32から遠い方の端部で更に明るく見えるような
様態に湾曲させることもできる。
第３図の光源の効率は、発光設備の光源32に対向する
端部に反射器33を包含することにより向上させることが
できる。この鏡は、光源32により発出されながらフィル
ム30に当たらない光をフィルム30内へ反射し返すもので
ある。
第４図は、本発明に用いられるフィルムの代替実施例
を示す。第４図の実施例においては、フィルム10′がプ
リズム13′のような一連のプリズムを備えている。前述
の実施例における如く直線状に配設されるのではなく、
第４図のプリズムは円形且つ同心である。これは、13″
で示す位置へプリズム13′が湾曲する行路により概略的
に示してある。この同心プリズムの曲率中心に光源を位
置させることができる。上記の光源は、フィルムが高効
率の直角反射を保証する角の範囲内の角で光をフィルム
に衝突させるような方法で向けられる。
背面照明表示パネルにとり、均等な照明の強さは特に
重要である。重要な形式のこの種表示パネルが液晶表示
（LCD）である。LCDは今日、フラットパネル・テレビジ
ョン自動車用計器板および低電力消費計算機表示として
使用されている。この種の表示の審美的な魅力と可読性
との両者を最大とするためには、均等な照明が決定的な
ものである。
背面照明表示器に一層すぐれた照明の均等性を付与す
るため、従来技術においては、各種の案が用いられてい
る。この種の一つの案を第５図に示す。第５図の従来技
術の背面照明表示器においては、ハウジング40が光学的
空所42を画定している。この光学的空所42は光学的窓44
を備えている。光学的窓44内には拡散体46と表示体48と
がある。光学的空所42の内側には光源50がある。一般に
ハウジング40の内壁52は反射するようにされている。第
５図からわかるように、拡散体46は、それがそのエッジ
におけるよりも光源50付近で一層厚くなるようにテーパ
を付されている。拡散体46は光源50のごく近くで厚くな
るので、その領域では、エッジにおいて吸収されるより
も多くの光が吸収される。その結果、表示体48を通る更
に均等なレベルの照明が得られる。
第５図のテーパ付き拡散体の使用については、二つの
不利点がある。第一の不利点は、この種のテーパ付き拡
散体の製作の困難さである。第二の不利点は、若干の領
域でより多くの光を吸収することにより照明の均等性が
達成されるため、所望の明るさのレベルを達成するに
は、更に多くの光の総量を供給しなければならないこと
である。
第６図は、本発明による背面照明表示器を示す。第６
図の実施例には、光学的空所62を画定するハウジング60
が包含されている。光学的空所62は光学的窓64を備えて
いる。光学的窓64内には拡散体66と表示体68とがある。
光学的空所62の内側には、構成面71と反射するようにさ
れた面72とを有する直角フィルム70と、直角フィルム70
の両エッジの光源74,76とがある。光源74,76は、直角反
射フィルム70の平たん面72とほとんど平行な方向へ、ほ
ぼ平行な光線を発出するように設計され且つ位置決めさ
れる。直角反射フィルム70の両側での光源の使用は、表
示体68の全区域にわたり均等な照明を付与するのに役立
つ。光源74,76は、何れの形式の発光エレメントであっ
ても良い。一つの可能性は、発光ダイオード（LED）の
使用である。LEDは、低電力消費量が必要とされる用途
に対して特に有利である。この種の用途の一例が、電池
消費量を最小化すべき携帯式計算機用の表示器である。
第７図は、本発明の別の実施例を示す。第７図におい
ては、ハウジング80が光学的空所82を画定している。光
学的空所82は光学的窓84を備えている。光学的窓84内に
は拡散フィルム86と表示体88とがある。光学的空所82の
内側には、構成面91と平たんな、反射するようにされた
面92とを有する直角反射フィルム90がある。光学的空所
82の内側にはまた、直角反射フィルム90の一方のエッジ
に置かれた光源94がある。光源94は、平たん面92とほと
んど平行な方向で直角反射フィルム90へ向かうように配
置され、従ってある程度平行な光が拡散体86と表示体88
とを通して向けられる。直角反射フィルム90は、光学的
窓84の全区域にわたり均等な照明を生成するために湾曲
される。
第６図および第７図の背面照明表示器は、それらが第
５図のテーパ付き拡散体を必要とせず、またそれらが利
用可能ないかなる光をも故意に棄却することなく均等な
照明を生成する、という点で、第５図の従来技術の表示
器より以上に有利である。従ってそれらは、一層容易に
製作でき、故意に光を棄却してエネルギを浪費すること
はない。更にまた本発明の表示器は極めて薄く作ること
ができ、それらをコンパクトにさせ、且つそれらの重量
を軽くさせる。
本出願の第８図は、本発明の別の実施例を示す。第８
図の実施例においては、光源に発生器100と直角フィル
ム102とが包含されている。発光器100はなるべくなら効
果的に、平行な点光源であることが望ましい。それは例
えば、平行反射器を備えた白熱灯、発光ダイオード（LE
D）またはレーザーであっても良い。発光器100からの光
は、直角フィルム102の平滑面にほとんど平行な方向へ
進む。
直角フィルム102の効果は発光器100からの光を広げる
ことであり、従って直角フィルム104の光源は線光源で
ある。光は、直角フィルム104の平滑面にほとんど平行
な方向で、直角フィルム102を離れる。直角フィルム104
による反射の後、それが拡散体106と表示体108とを通過
する。フィルム102,104の曲率を適切に選ぶことによ
り、表示体108の全体にわたり、均等なレベルの照明を
達成することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に用いられるフィルムと、一つの三角プ
リズムの頂部付近でフィルムへ入る光線との略図、第２
図は一つの三角プリズムの中心に向かって光線が入る、
本発明に用いられるフィルムの略図、第３図は本発明に
用いられるフィルムを使用した照明エレメントの略図、
第４図は円形の形態を利用した、本発明に用いられるフ
ィルムの代替実施例の略図、第５図は従来技術の背面照
明表示器の略図、第６図は本発明による第一背面照明表
示器の略図、第７図は本発明による第二背面照明表示器
の略図、第８図は本発明による第三背面照明表示器の略
図である。 10,70,90,104:光反射フィルム 11,71,91:第一面 12,72,92:第二面 13,17:三角プリズム 21:光反射装置 60,80:ハウジング 62,82:光学的空所 64:84:光学的窓 66,86,106:光拡散装置 68,88,108:表示装置 74:第一光源 76:第二光源 94:光源 100:発光装置 102:光源反射フィルム。
フロントページの続き (72)発明者 リチャード アラン ミラー アメリカ合衆国ミネソタ州 セント ポ ール，３エム センター（番地なし) (56)参考文献 特開 平２−32320（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−148303（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−143181（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−185123（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−65676（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G09F 9/00 G09F 13/00 - 13/46

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光学的窓を有する光学的空所を画定するハ
    ウジングと、前記光学的空所内の光反射フィルムとを含
    み、前記光反射フィルムが第一および第二主要面を有
    し、前記第一面が複数の三角プリズムをその上に備える
    構成面であり且つ前記第二面が平滑面であり、前記第一
    面から前記第二面へ接近する光を反射させる前記第二面
    に隣接する光反射装置を有し、前記フィルムの前記第二
    面にほとんど平行な方向で前記光が前記フィルムへ接近
    するように位置決めされた第一光源と、前記光学的窓内
    の表示装置とを含む背面照明表示器。
  2. 【請求項２】請求項１に記載された背面照明表示器にお
    いて、前記表示装置が液晶表示体を包含するようにした
    背面照明表示器。
  3. 【請求項３】請求項１に記載された背面照明表示器にし
    て、前記反射フィルムと前記表示装置との間に光拡散装
    置を含む背面照明表示器。
  4. 【請求項４】請求項１に記載された背面照明表示器にお
    いて、前記第二面と20゜以下の角をなす方向で光線が前
    記フィルムに接近するように前記光源が位置決めされる
    ようにした背面照明表示器。
  5. 【請求項５】請求項１に記載された背面照明表示器にし
    て、前記フィルムの前記第二面にほとんど平行な方向で
    前記光が前記フィルムへ接近するように位置決めされた
    第二光源を含み、前記の第一および第二光源が前記フィ
    ルムの対向する両端部に隣接して位置されるようにした
    背面照明表示器。
  6. 【請求項６】請求項５に記載された背面照明表示器にお
    いて、前記表示装置が液晶表示体を包含するようにした
    背面照明表示器。
  7. 【請求項７】請求項１に記載された背面照明表示器にお
    いて、前記フィルムの一方の端部に隣接して前記光源が
    位置決めされ、前記光源に隣接する前記フィルムの前記
    端部が前記フィルムの対向端部よりも前記表示装置から
    離れるように前記フィルムが湾曲するようにした背面照
    明表示器。
  8. 【請求項８】請求項７に記載された背面照明表示器にお
    いて、前記表示装置が液晶表示体を包含するようにした
    背面照明表示器。
  9. 【請求項９】請求項１に記載された背面照明表示器にお
    いて、第一および第二主要面を有し、前記第一面が複数
    の三角プリズムをその上に備える構成面であり且つ前記
    第二面が平滑面であり、前記第一面から前記第二面へ接
    近する光を反射させる前記第二面に隣接する光反射装置
    を有する光反射フィルムと、前記光源反射フィルムの前
    記第二面にほとんど平行な方向で前記光線が前記光源反
    射フィルムへ接近するように位置決めされた発光装置と
    を前記光源が含むようにした背面照明表示器。
  10. 【請求項１０】請求項７に記載された背面照明表示器に
    おいて、前記表示装置が液晶表示体を包含するようにし
    た背面照明表示器。
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