JP3591825B2 - 表示器に使用するための背面照明 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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イルムを利用する背面照明表示器に関するものである。
【０００２】
【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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による表示器に使用するための背面照明には、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、透明材料である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。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、第一主要面および第二主要面をなす構成面１１と平滑面１２とを有する透明材料であ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、構成体をなすプリズム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。
【０００７】
プリズム１３およびその他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。
【０００８】
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。光源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。
【０００９】
図２は、図１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。
【００１０】
本発明の重要な特徴は、図１および図２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。
【００１１】
図１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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
図３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、フイルム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に向ける。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。例えば図３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。図３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。
【００１６】
図３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、図３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。
【００１７】
この好適な実施例においては、図３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。
【００１８】
図３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。
【００１９】
図４は、本発明に用いられるフィルムの代替実施例を示す。図４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、図４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。
【００２０】
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。
【００２１】
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図５に示す。図５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。図５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。
【００２２】
図５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。
【００２３】
図６は、本発明による表示器に使用するための背面照明を示す。図６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背面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。
【００２４】
図７は、本発明の別の実施例を示す。図７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６８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。
【００２５】
図６および図７の背面照明表示器においては、それらが図５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背面照明を生成する、という点で、図５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。
【００２６】
本出願の図８は、本発明の別の実施例を示す。図８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（ＬＥＤ）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。
【００２７】
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の光源は線光線である。光は、直角フィルム１０４の平滑面にほとんど平行な方向で、直角フイルム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、均等なレベルの背面照明を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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である。
【図２】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である。
【図３】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である。
【図４】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である。
【図５】従来技術の背面照明表示器の略図である。
【図６】本発明による第一背面照明表示器の略図である。
【図７】本発明による第二背面照明表示器の略図である。
【図８】本発明による第三背面照明表示器の略図である。
【符号の説明】
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

Claims (3)

  1. 光学的窓を有する光学的空所を画成するハウジングと、
    第一および第二主要面を有し、その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、その第二面が平滑である、前記光学的空所内の光反射フィルムと、
    前記フィルムの前記第二面にほとんど平行な方向で光が前記フィルムへ接近し、かつ、その光が主に前記第一面から進入するように位置決めされた光源とを含む、表示器に使用するための背面照明装置。
  2. 前記第二面と２０o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請求項１に記載の背面照明装置。
  3. 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、前記フィルムの他方の端部が、前記光源に連接する前記フィルムの端部より、前記光学窓により近い位置になるように前記フィルムが湾曲するようにした背面照明装置。
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