JP4047437B2 - 線状光投射装置ならびに平面照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線状に光を出射させる線状光投射装置およびこの線状光投射装置を組み込んだ平面照明装置に関し、特に液晶表示面の照明に利用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレィのいわゆるバックライト光源として使用される平面照明装置は、光源からの光を透明な導光板の側端面からこの導光板内に導き、導光板内での光の反射を利用して導光板の表面全域からこの光を均一に出射させるようにしたものである。平面照明装置が使用される液晶ディスプレィの特性を考慮した場合、この平面照明装置に要求される機能としては、全体として薄板状であること、および光源の電力消費を極力抑えるものであることの他に、全体に亙って均一な光を出射させることが特に重要である。
【０００３】
従来、このような平面照明装置に使用される光源としては、ＣＦＬ（冷陰極管）が最も一般的であるが、携帯用の電子機器に組み込まれる液晶ディスプレィでは、発光ダイオードアレイなども使用されている。
【０００４】
ＣＦＬを光源として使用する場合、ＣＦＬの径を小さくしたり、あるいはその肉厚を薄くすることにより、光源の小型化を図っている。また、その輝度を向上させるとともに電力消費を抑制するため、ＣＦＬの駆動周波数を高周波化するインバータを組み込んだものも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
液晶ディスプレィの薄板化のため、ＣＦＬの径を小さくしたり、その肉厚を薄くすると、長尺のＣＦＬを歪みなく正確な直線状に形成することが困難であり、しかも機械的強度が虚弱であるので、携帯用の電子機器に組み込まれる液晶ディスプレィにこれを搭載することは、信頼性の点で大きな問題が発生する。
【０００６】
また、輝度の向上や電力消費を抑制するためにインバータを組み込むことは、高周波ノイズの発生につながる上、部品点数の増加に伴う製造コストの上昇を招き、電子機器自体の小型化を阻害するおそれがある。
【０００７】
特に、携帯用の電子機器に組み込まれる液晶ディスプレィにおいては、電力消費の抑制がバッテリーの寿命を左右するために重要であり、電力消費が少なく、しかも輝度の高い光源が望まれていた。
【０００８】
【発明の目的】
本発明の第１の目的は、単一の点光源を用いて電力消費を抑制し、しかも高輝度の光を一様な分布で線状に出射させることが可能な線状光投射装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の第２の目的は、この線状光投射装置を用いたコンパクトな平面照明装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の形態は、光を投射する単一の点光源と、この点光源からの光を導入するための入射端面部，この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部，およびこの出射面部の反対側に位置する裏面部を有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する棒状の導光部材と、この導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う光反射シートとを具え、前記導光部材の前記裏面部には、前記光反射シートに向けて光を集光状態で出射させるための複数の順方向の凸部がランダムに形成され、これら順方向の凸部は、前記導光部材の前記裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が前記導光部材の前記入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、かつ前記一辺がこの三角形の当該一辺を含まない頂点よりも前記導光部材の前記入射端面部側に位置していることを特徴とする線状光投射装置にある。
【００１１】
本発明の第１の形態によると、入射端面部から導光部材内に入射した点光源からの光の一部は、導光部材の裏面部で全反射し、損失なく導光部材の出射面部から導光部材の外側に出射する。また、順方向の凸部に入射した光の一部は、光反射シートに向けて導光部材から集光状態で出射するが、光反射シートによって集光性を維持しながら散乱状態で反射し、裏面部側から導光部材内に再び入射し、最終的に導光部材の出射面部からすべて出射する。
【００１２】
また、本発明による第２の形態は、光を投射する単一の点光源と、この点光源からの光を導入するための入射端面部，この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部，およびこの出射面部の反対側に位置する裏面部を有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する棒状の導光部材と、この導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う光反射シートとを具え、前記導光部材の出射面部には、集光性と方向制御性とを有し、前記裏面部にて反射した光を当該出射面部から出射させるための複数の順方向の凸部がランダムに形成され、これら順方向の凸部は、前記出射面部に対して垂直に投影した輪郭形状が前記導光部材の前記入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、かつ前記一辺がこの三角形の当該一辺を含まない頂点よりも前記入射端面部側に位置していることを特徴とする線状光投射装置にある。
【００１３】
本発明の第２の形態によると、入射端面部から導光部材内に入射した点光源からの光の一部は、導光部材の裏面部で全反射し、損失なく導光部材の出射面部から導光部材の外側に出射する。また、順方向の凸部に入射した光の一部は、そのまま導光部材の外側に集光状態で出射し、最終的に導光部材の出射面部からすべて出射する。
【００１４】
一方、本発明による第３の形態は、光を投射する単一の点光源と、この点光源からの光を導入するための入射端面部，この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部，およびこの出射面部の反対側に位置する裏面部を有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する棒状をなす第１の導光部材と、この第１の導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う第１の光反射シートと、前記第１の導光部材の前記出射面部に接続して光を導入するための入射端面部，この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部，およびこの出射面部の反対側に位置する裏面部を有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する板状をなす第２の導光部材と、この第２の導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う第２の光反射シートとを具え、前記第１の導光部材の前記裏面部には、前記光反射シートに向けて光を集光状態で出射させるための複数の順方向の凸部がランダムに形成され、これら順方向の凸部は、前記第１の導光部材の前記裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が前記第１の導光部材の前記入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、かつ前記一辺がこの三角形の当該一辺を含まない頂点よりも前記第１の導光部材の前記入射端面部側に位置していることを特徴とする平面照明装置にある。
また、本発明による第４の形態は、光を投射する単一の点光源と、この点光源からの光を導入するための入射端面部，この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部，およびこの出射面部の反対側に位置する裏面部を有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する棒状をなす第１の導光部材と、この第１の導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う第１の光反射シートと、前記第１の導光部材の前記出射面部に接続して光を導入するための入射端面部，この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部，およびこの出射面部の反対側に位置する裏面部を有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する板状をなす第２の導光部材と、この第２の導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う第２の光反射シートとを具え、前記第１の導光部材の前記出射面部には、集光性と方向制御性とを有し、前記第１の導光部材の前記裏面部にて反射した光を前記第１の導光部材の当該出射面部から出射させるための複数の順方向の凸部がランダムに形成され、これら順方向の凸部は、前記第１の導光部材の前記出射面部に対して垂直に投影した輪郭形状が前記第１の導光部材の前記入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、かつ前記一辺がこの三角形の当該一辺を含まない頂点よりも前記第１の導光部材の前記入射端面部側に位置していることを特徴とする平面照明装置にある。
【００１５】
本発明の第３および第４の形態によると、光源から投射された光は、第１の導光部材の入射端面部から第１の導光部材内に入射し、その一部が第１の導光部材の出射面部から出射する。また、第１の導光部材の出射面部以外の部分から第１の導光部材の外側に漏出する光も、第１の光反射シートによって第１の導光部材内に再び入射し、最終的に第１の導光部材の出射面部からすべて出射する。そして、第１の導光部材の出射面部から出射した光は、第２の導光部材の入射端面部から第２の導光部材内に入射し、その一部が第２の導光部材の出射面部から出射する。また、第２の導光部材の出射面部以外の部分から第２の導光部材の外側に漏出する光も、第２の光反射シートによって第２の導光部材内に再び入射し、最終的に第２の導光部材の出射面部からすべて出射する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の形態による線状光投射装置において、出射面部から出射する光を所定の方向に偏向させるための光偏向手段を出射面部に形成するようにしてもよい。この場合、光偏向手段は、入射端面部と直交する方向に延びると共に導光部材の幅方向に沿って配列する三角柱状のプリズムであってもよいし、所定の曲率半径を持った球面レンズアレイであってもよい。
【００１７】
また、裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、この三角形の前記一辺を含まない頂点が前記一辺よりも入射端面部側に位置する複数の逆方向の凸部を裏面部にランダムに形成するようにしてもよい。これら順方向および逆方向の凸部の三角形は、二等辺三角形であることが好ましく、裏面部に対して傾斜し、かつ一辺を含む錐面と、裏面部に対してほぼ垂直な一対の錐面とからなる三角錐であってもよいし、それぞれ三角柱状をなすものであってもよい。さらに、順方向および逆方向の凸部は、一辺を共有して一体的に形成されていてもよく、この場合、全体として四角柱状をなすものであってもよい。
【００１８】
さらに、この三角形の頂点を含む二つの斜辺のなす角は、凸部を構成する材料の屈折率をｎ、凸部に入射する光線と平面部とのなす角をβとした場合、tan-1[cosβ・tan{π−２sin-1(1/n)}]以上であることが望ましい。また、出射面部の単位面積当たりに占める凸部の割合を入射端面部から離れるほど大きく設定したり、出射面部の単位面積当たりに占める順方向および逆方向の凸部の割合を入射端面部の長手方向に沿った出射面部の幅方向両側端部で相対的に大きく設定することが望ましい。これら順方向および逆方向の凸部は、裏面部にランダムに配置されていることが有効であり、これらの大きさは、１５０μm以下であることが好ましい。順方向の凸部の２つの斜辺の長さと、逆方向の凸部の２つの斜辺の長さとが相互に異なっていてもよい。
【００１９】
本発明の第２の形態による線状光投射装置において、導光部材の裏面部に入射端面部と平行な方向に配列すると共に入射端面部と直交する方向に延びる三角柱状のプリズム面を形成するようにしてもよい。
【００２０】
また、出射面部に対して垂直に投影した輪郭形状が入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、この三角形の前記一辺を含まない頂点が前記一辺よりも入射端面部側に位置する複数の逆方向の凸部を出射面部にランダムに形成するようにしてもよい。この場合、順方向および逆方向の凸部の三角形は、二等辺三角形であることが好ましく、出射面部に対して傾斜し、かつ一辺を含む錐面と、出射面部に対してほぼ垂直な一対の錐面とからなる三角錐であってもよいし、三角柱状であってもよい。これら順方向および逆方向の凸部は、一辺を共有して一体的に形成されていてもよく、この場合、全体として四角柱状をなすものであってもよい。この三角形の頂点を含む二つの斜辺のなす角は、凸部を構成する材料の屈折率をｎ、凸部に入射する光線と平面部とのなす角をβとした場合、tan-1[cosβ・tan{π−２sin-1(1/n)}]以上であることが望ましい。
【００２１】
さらに、出射面部の単位面積当たりに占める順方向の凸部の割合を入射端面部から離れるほど大きく設定したり、出射面部の単位面積当たりに占める順方向および逆方向の凸部の割合を入射端面部の長手方向に沿った出射面部の幅方向両側端部で相対的に大きく設定することが望ましく、これら順方向および逆方向の凸部は、出射面部にランダムに配置されていることが有効である。順方向の凸部の２つの斜辺の長さと、逆方向の凸部の２つの斜辺の長さとが相互に異なっていてもよい。
【００２２】
本発明の第１および第２の形態による線状光投射装置において、凸部は、導光部材の入射端面部から離れるほど裏面部または入射端面部の単位面積当たりに占める割合が大きくなるように設定されているものであってもよい。この場合、出射面部から出射する光量は、出射面部の長手方向に沿って均一化される。
【００２３】
また、点光源は、発光ダイオードか、あるいは半導体レーザであってもよい。
【００２４】
導光部材の入射端面部には、点光源からの光の入射状態を調整するための光学面が形成されていてもよい。この場合、光学面は、光を発散させる凹レンズ面か、光を収斂させる凸レンズ面か、あるいは導光部材の長手方向に対して垂直または傾斜した平面であってもよく、凹レンズ面および凸レンズ面の光軸は、導光部材の長手方向に対して平行か、あるいは傾斜しているものであってもよい。光学面を凸レンズ面とした場合には、入射端面部から導光部材に入射する光がその光軸を中心として対称に収束状態で偏向され、最終的に出射面部から出射する。光学面を凹レンズ面とした場合には、入射端面部から導光部材に入射する光がその光軸を中心として対称に発散状態で偏向され、最終的に出射面部から出射する。光学面を導光部材の長手方向に対して垂直または傾斜した平面とした場合には、入射端面部から導光部材に入射する光が所定方向に等しく偏向され、最終的に出射面部から出射する。
【００２５】
さらに、導光部材の裏面部は、この導光部材の出射面部と平行な平面であってもよい。あるいは、導光部材の入射端面部から離れるほど当該導光部材の出射面部との間隔が短くなるように傾斜した平面か、あるいは曲面であってもよい。裏面部を傾斜した平面で形成した場合には、導光部材内を伝わる光がより強く出射面部側に偏向された状態で出射面部から出射する。裏面部を曲面で形成した場合には、入射端面部から遠い裏面部ほど、より強く出射面部側に光を偏向させ、出射面部から出射させる。
【００２７】
一方、本発明の第３の形態による平面照明装置において、第１の導光部材の出射面部には、この出射面部から出射する光を所定の方向に偏向させるための光偏向手段が形成されていてもよい。また、第１の導光部材の裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が第１の導光部材の入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、この三角形の前記一辺を含まない頂点が前記一辺よりも第１の導光部材の入射端面部側に位置する複数の逆方向の凸部を第１の導光部材の裏面部にランダムに形成してもよい。
【００２８】
また、本発明の第４の形態による平面照明装置において、第１の導光部材の出射面部に対して垂直に投影した輪郭形状が第１の導光部材の入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、この三角形の前記一辺を含まない頂点が前記一辺よりも第１の導光部材の入射端面部側に位置する複数の逆方向の凸部を第１の導光部材の出射面部にランダムに形成したものであってもよい。
【００２９】
【実施例】
本発明による線状光投射装置を組み込んだ本発明による平面照明装置の実施例について、図１〜図１５を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、これらをさらに組み合わせたり、同様な課題を内包する他の分野の技術にも応用することができる。
【００３０】
本発明による平面照明装置の第１の実施例の断面構造を図１に示し、その分解した状態の外観を図２に示す。すなわち、本実施例における平面照明装置１１は、発光ダイオードや半導体レーザなどの単一の点光源１２, この点光源１２に入射端面部１３が接合される矩形の棒状をなす第１の導光部材１４, この第１の導光部材１４の入射端面部１３および出射面部１５以外の部分を覆う第１の光反射シート１６を有する線状光投射装置１７と、第１の導光部材１４の出射面部１５に入射端面部１８が連結される矩形の板状をなす第２の導光部材１９と、この第２の導光部材１９の入射端面部１８および出射面部２０以外の部分を覆う第２の光反射シート２１とを具えている。
【００３１】
点光源１２は、白色光を投射するものであることが望ましいが、特に２色成分構成のものを用いてもよく、この場合、当該２色成分に対して透過および反射する透明材料を第１および第２の導光部材１４, １９として選択し、例えば、青色および黄色成分からなる点光源１２を用いた場合には、第１および第２の導光部材１４, １９に青色透明樹脂を用いて各輝度に対応した色のコントラストを得ることが可能である。
【００３２】
本実施例における第１の導光部材１４は、屈折率が１. ４〜１. ７程度の光学的に透明な材料、例えばアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）にて形成され、相互に平行な一対の側端面部２２と、これら側端面部２２の一端側に形成されて点光源１２からの光を導入するための入射端面部１３と、この入射端面部１３の反対側に位置し、側端面部２２の他端側に形成された反射端面部２３と、これら一対の側端面部２２および入射端面部１３および反射端面部２３で囲まれて入射端面部１３から入射した光を出射させるための出射面部１５およびその反対側に位置する裏面部２４とを有する。裏面部２４は、出射面部１５とほぼ平行に設定されているが、厳密には出射面部１５と裏面部２４との間隔が入射端面部１３側に対して反射端面部２３側ほど短くなるように、出射面部１５に対して裏面部２４が０. ５度から１度程度傾斜したテーパ状となっている。
【００３３】
第２の導光部材１９も基本的な構成は第１の導光部材１４と全く同じであり、透明なアクリル樹脂にて形成され、相互に平行な一対の側端面部２５と、これら側端面部２５の一端側に形成されて第１の導光部材１４の出射面部１５からの光を導入するための入射端面部１８と、この入射端面部１８の反対側に位置し、側端面部２５の他端側に形成された反射端面部２６と、これら一対の側端面部２５および入射端面部１８および反射端面部２６で囲まれて入射端面部１８から入射した光を出射させるための出射面部２０およびその反対側に位置する裏面部２７とを有する。その詳細な構造は、以下に説明する第１の導光部材１４と基本的にまったく同じでよい。
【００３４】
前述した第１の光反射シート１６は、第１の導光部材１４の反射端面部２３と一対の側端面部２２と裏面部２４とを覆い、これらから出射する光を再び第１の導光部材１４内に反射させて第１の導光部材１４の出射面部１５から出射させるためのものであり、内面側がアルミニウム蒸着による鏡面加工が施されており、第２の光反射シート２１もこの第１の光反射シート１６と基本的にはまったく同じものである。
【００３５】
図１中のIII−III矢視断面構造を図３に示し、第１の導光部材１４の裏面部２４を図４に模式的に示し、その順方向の凸部２８（以下、これを第１の凸部と記述する）の外観を拡大して図５に示す。すなわち、第１の導光部材１４の裏面部２４には、この裏面部２４に対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなし、一対の対称な境界面２９と、これら境界面２９に接する第２の境界面３０と、三角形の頂面３１とを有する二等辺三角柱状の第１の凸部２８がランダムに配置されている。
【００３６】
これら第１の凸部２８の一対の境界面２９は、出射面部１５側から反射して第１の凸部２８に入射した光を第１の導光部材１４の外側、つまり第１の光反射シート１６の表面に向けてそれぞれ集光状態で出射させる集光出射機能を持っている。また、第１の凸部２８の第２の境界面３０および頂面３１は、第１の導光部材１４の裏面部２４側から出射して第１の光反射シート１６により散乱状態で反射する光を第１の凸部２８内に入射させる機能を有する。
【００３７】
このように、第１の凸部２８は、第１の導光部材１４内を伝搬する光の一部を第１の光反射シート１６に向けて集光状態で一旦出射させ、この出射光を第１の光反射シート１６で強く反射させることにより、第１の導光部材１４の裏面部２４や第１の凸部２８の第２の境界面３０および頂面３１から第１の導光部材１４内に導入させるものであり、光の拡散と製造の容易性とを考慮して１０μm 以上であることが望ましい。
【００３８】
また、第１の凸部２８の境界面２９, ３０は、図５の二点鎖線で示した裏面部２４に対する垂直面とのなす角φが０度から６０度程度となるように傾斜していることが好ましい。また、第１の凸部２８の第２の境界面３０の底辺３２は、入射端面部１３とほぼ平行に設定されている。
【００３９】
第１の導光部材１４の出射面部１５には、入射端面部１３と直交する方向（図１中、左右方向）に延びると共に第１の導光部材１４の幅方向に沿って配列する二等辺三角柱状のプリズム３３が本発明の光偏光手段として形成されており、本実施例におけるプリズム３３は、頂角が８０〜１１０度程度のものを採用している。このプリズム３３に代えて所定曲率半径の凹凸面を波形に形成したり、あるいは所定曲率半径の凸球面レンズアレイを第１の導光部材１４の出射面部１５に突設することも可能である。
【００４０】
ところで、第１の導光部材１４の入射端面部１３に入射角γで、すなわち出射面部１５と光線とのなす角がγで入射する光は、第１の導光部材１４を構成する材料の屈折率ｎ（本実施例のアクリル樹脂の場合、ｎ＝１. ４９）に応じて
【００４１】
０≦｜γ｜≦sin-1(１/ｎ)
を満たす入射角γの範囲で第１の導光部材１４内を進行する。そして、裏面部２４側に向けて進行する光の一部は、第１の凸部２８内に入り、一対の境界面２９からそのまま第１の導光部材１４の外側に出射し、残りは裏面部２４で全反射して出射面部１５側へ伝搬する。
【００４２】
裏面部２４や第１の凸部２８から第１の導光部材１４の外側に漏洩した光、つまり迷光は、一対の境界面２９などでの界面反射があるものの、第１の光反射シート１６の存在により裏面部２４から第１の導光部材１４内に再び入射する一方、第１の凸部２８の第２の境界面３０や頂面３１から再び第１の凸部２８内に入射し、その一部が一対の境界面２９で全反射して出射面部１５に向けて伝搬し、最終的に出射面部１５から第２の導光部材１９の入射端面部１８に向けてすべて出射する。
【００４３】
裏面部２４側から見た第１の凸部２８の平面形状を表す図６に示すように、出射面部１５側から第１の凸部２８内に入った光線Ｌが一対の境界面２９で全反射せずに第１の導光部材１４の外に出射するためには、裏面部２４と平行な平面内を進行する光線Ｌを考えた場合、一対の境界面２９に対する光線Ｌの入射角をθとすると、
【００４４】
θ≦sin-1(１/ｎ)
を満足する必要がある。ここで、円周率をπとすると、一対の境界面２９のなす角α1は、α1＝２・{(π/２)−γ}であるから、
【００４５】
α1≧π−２sin-1(１/ｎ)
となるが、実際問題として、光線Ｌの光路を含む平面は、裏面部２４に対して傾斜しており、この平面内における一対の境界面２９のなす角αは、光線Ｌと裏面部２４とのなす角をβとした時、tan(α/２)＝cosβ・tan(α1/２)であるから、
【００４６】
【数４】
α≧tan -1［ cosβ・ tan｛π−２sin -1(1/n) ｝］
を満足すればよいことが判る。
【００４７】
具体的には、屈折率ｎが１. ４９のアクリル樹脂を第１の導光部材１４として採用した本実施例では、αが約７８度以上である必要がある。また、実際問題として、光線Ｌの光路を含む平面は裏面部２４に対して傾斜しており、この光線Ｌと裏面部２４とのなす角をβとした場合、出射面部１５側から出射する光線Ｌが境界面２９で全反射せずにここから出射するためには、
【００４８】
β≦sin-1(１/ｎ)
を満足する必要がある。ここで、β＝sin-1(１/ｎ)の場合、本実施例における上述のαは約７８度、α1は９５度となるので、αが７８度から９５度の範囲に収まるように、第１の凸部２８を形成することが好ましい。しかし、実際問題として、一対の境界面２９から出射できない光は、内部反射で第１の導光部材１４の内部に戻り、この第１の導光部材１４の内部構造による散乱要素が考えられるため、αを６０度から１２０度の範囲に収まるように設定することにより、本発明の趣旨をほぼ達成することができる。
【００４９】
従って、入射角γが４２度以下の入射光線Ｌの大部分は、裏面部２４で全反射して出射面部１５側へ伝搬するが、その一部が第１の凸部２８から第１の導光部材１４の外側へ出射する。また、入射角γが４２度を越えた入射光線Ｌは、裏面部２４から第１の導光部材１４の外側に集光状態で出射するが、第１の光反射シート１６によって再び第１の導光部材１４内に拡散状態で入射し、最終的に出射面部１５から第２の導光部材１９の入射端面部１８に向けて出射する。
【００５０】
点光源１２から第１の導光部材１４に入射した光は、この第１の導光部材１４中を進行するに連れてそのエネルギが減少するため、第１の導光部材１４の裏面部２４に突設された第１の凸部２８の占有率を漸次変化させる必要がある。具体的には出射面部１５から出射する反射光がこの出射面部１５全体に亙って均一な輝度となるように、裏面部２４の単位面積当たりに占める第１の凸部２８の面積割合（以下、これを占有率と記述する）は、点光源１２からの光の進行方向（図１中、右方向）に沿った裏面部２４の位置と第１の凸部２８の占有率との関係を表す図７に示すように、反射端面部２３側ほど大きな占有率となるように設定されている。
【００５１】
この場合、第１の導光部材１４の入射端面部１３に近接する出射面部１５は、点光源１２からの光が直接透過して輝度が高くなる傾向を有するため、入射端面部１３に近接する裏面部２４における第１の凸部２８の占有率をこれに続く部分よりも小さめに設定している。同様に、第１の導光部材１４の反射端面部２３に近接する出射面部１５は、反射端面部２３からの反射光が透過して輝度が高くなる傾向を有するため、反射端面部２３に近接する裏面部２４における第１の凸部２８の占有率をこれに続く部分よりも小さめに設定している。
【００５２】
なお、点光源１２の発光領域は、実質的に第１の導光部材１４の入射端面部１３の幅寸法より短いので、第１の導光部材１４の幅方向両側端部に入射する光量が不足する傾向を持つ。このため、第１の導光部材１４の出射面部１５の幅方向両側端部における第１の凸部２８の占有率を他の部分よりも相対的に大きく設定しておくことが望ましい。何れの場合にも、本実施例では第１の凸部２８の占有率の最大値を約７０％程度に設定しているが、それ以上の値に設定することも当然可能である。
【００５３】
上述した実施例では、第１の凸部２８を三角柱状に形成したが、三角錐状に形成することも可能である。
【００５４】
このような第１の導光部材の第１の凸部の他の実施例の外観を図８に示すが、先の実施例と同一機能の部材にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施例における第１の凸部３４は、一対の対称な境界面２９と傾斜錐面３５とを有する二等辺三角錐形をなしており、さらに裏面部２４に対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなす逆方向の凸部（以下、これを第２の凸部と記述する）３６が形成されている。本実施例における第２の凸部３６は、先の実施例の第１の凸部２８の底辺３２と接して向かい合うように組み合わされ、入射端面部１３とほぼ平行に設定された底辺３２に対する頂点３７がこの底辺３２よりも入射端面部１３側に位置しており、一対の対称な境界面３８と傾斜錐面３９とを有する二等辺三角錐状をなしている。
【００５５】
従って、これらの凸部３４, ３６は、裏面部２４に対して垂直に投影した輪郭形状が菱形をなし、第１の凸部３４と第２の凸部３６とが底辺３２を対称軸とする鏡像関係に設定されている。この場合、一方の境界面２９の斜辺の長さに対して他方の境界面３８の斜辺の長さが異なっていてもよい。
【００５６】
第１の凸部３４は、主として入射端面部１３（図３参照）側から反射端面部２３（図３参照）側へ進行する光に対して上述した機能を発揮するのに対し、第２の凸部３６は、反射端面部２３側から入射端面部１３側へ第１の導光部材１４内に戻る光に対して上述した機能を発揮する。このため、先の実施例のように出射面部１５に対して裏面部２４をテーパ状に傾斜させる必要がなくなり、入射端面部１３側および反射端面部２３側共に均一な板厚に設定することが可能である。
【００５７】
このように、本実施例では反射端面部２３側から入射端面部１３側へ第１の導光部材１４内に戻る光も積極的に出射面部１５から導き出すようにしているため、第１の導光部材１４の出射面部１５と正対する方向に強い輝度の光が放射される。この場合、第２の凸部３６を第１の凸部３４と離して別々に配置し、この第１の凸部３４の分布状態に対して異なる分布状態、例えば入射端面部１３側ほど多くなるように配置することも可能であり、これによって反射端面部２３側から戻る光も、より均一に第１の導光部材１４の出射面部１５から導き出すことができる。
【００５８】
上述した実施例では、第１の凸部３４と第２の凸部３６とを組み合わせた形状に設定したが、これらの傾斜錐面３５, ３９を裏面部２４と平行に設定することによって四角柱状にすることも可能であり、この場合にも先の実施例と同様な効率の良い第１の導光部材を得ることができる。
【００５９】
このような第１の導光部材の第１の凸部の別な実施例の外観を図９に示すが、先の実施例と同一機能の部材にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施例における第２の凸部４０は、二対の境界面２９, ３８と裏面部２４（図３参照）に対して平行な頂面３１とを有し、四角錐台状に形成されている。これらの一方の対角線Ｃ1 は、他方の対角線Ｃ2 に対して直交し、入射端面部１３（図３参照）と平行に設定されている。この場合、第１の光反射シート１６（図３参照）で反射した散乱光は、裏面部２４から第１の導光部材１４（図３参照）内に入射すると共に頂面３１から第１の凸部４０内に入射する。
【００６０】
上述した実施例では、点光源１２の光軸に対して第１の導光部材１４の入射端面部１３を垂直な平面状にしてあるが、点光源１２からの光の入射状態を積極的に調整するために所望の光学面とすることも可能である。また、上述した実施例では、第１の光反射シート１６に向けて光を集光状態で出射させるための凸部２８，３４，３６，４０を第１の導光部材１４の裏面部２４に複数形成したが、集光性と方向制御性とを有し、裏面部２４にて反射した光を出射面部１５から出射させるための順方向の凸部（以下、これを第１の凸部と記述する）を出射面部１５に複数形成するようにしてもよい。
【００６１】
このような本発明による線状光投射装置の他の実施例の断面構造を図１０に模式的に示し、本実施例における線状光投射装置４１の第１の凸部４２の抽出拡大形状を図１１に示す。すなわち、第１の導光部材４３の入射端面部４４は、点光源１２の光軸に対して傾斜した光軸を有する凹レンズとなっており、点光源１２から第１の導光部材４３内に入射する光を拡散させつつ裏面部２４側へより強く偏向させる機能を持たせているが、この凹レンズを図１０の紙面に対して垂直な虚焦線を有するシリンドリカル凹レンズとしてもよく、あるいは、これら凹レンズやシリンドリカル凹レンズの代わりに、これらの焦点距離（焦線距離）を無限大に設定し、出射面部１５に対して傾斜した平面とすることも可能である。また、凹レンズやシリンドリカル凹レンズの光軸を第１の導光部材４３の長手方向に沿って点光源１２の光軸と同軸に設定するようにしてもよい。
【００６２】
なお、本実施例では、裏面部２４に第１の凸部を形成せず、平坦な鏡面としている。また、出射面部１５と裏面部２４との間隔が入射端面部４４側に対して反射端面部２３側ほど漸次短くなるように、裏面部２４を円弧面や放物面などの曲面で形成し、さらに反射端面部２３を線状に形成しており、反射端面部２３側ほど射出面部１５により強く光を偏向するように配慮している。
【００６３】
第１の導光部材４９の出射面部１５には、この出射面部１５に対して垂直に投影した輪郭形状が菱形をなす逆方向の凸部（以下、これを第２の凸部と記述する）５１が形成されている。本実施例における第２の凸部５１は、先の実施例の第１の凸部４２の底辺４７と接して向かい合うように組み合わされ、反射端面部２３とほぼ平行に設定された底辺４７に対する頂点５２がこの底辺４７よりも入射端面部５０側に位置しており、一対の対称な垂直錐面５３と傾斜錐面５４とを有する二等辺三角錐である。本実施例では、第１の凸部４２と第２の凸部５１とが底辺４７を対称軸とする鏡像関係に設定されており、この場合、一方の垂直錐面４５の斜辺の長さに対して他方の垂直錐面５３の斜辺の長さが異なっていてもよく、底辺に対して直交する対角線Ｃ2に関して対称であることが望ましい。
【００６４】
第１の凸部４２の平面形状は、図６に示した先の実施例の第１の凸部２８と実質的に同じであり、出射面部１５の側面形状を模式的に図１２に示す。すなわち、第１の凸部４２内に入った光線Ｌが一対の垂直錐面４５で全反射せずにここから出射するためには、先の実施例と同様に、屈折率ｎが１. ４９のアクリル樹脂を第１の導光部材４３として採用した場合、集光性を良くするためには、光線Ｌの光路を含む平面と一対の垂直錐面４５とのなす角αが８５〜１３５度の範囲にあることが望ましい。また、実際問題として、光線Ｌの光路を含む平面は出射面部１５に対して傾斜しており、この光線Ｌと出射面部１５とのなす角をβとした場合、これが垂直錐面４５で全反射せずにここから出射するためには、
【００６５】
β≦(３/２)・sin-1(１/ｎ）
を満足する必要がある。ここで、β＝(３/２)・sin-1(１/ｎ)の場合、本実施例における上述のαは約１３６度となるので、αが９５度から１３６度の範囲に収まるように、第１の凸部４２を形成することが好ましい。
【００６６】
つまり、上述した第１の凸部４２は出射面部１５から出射する光の向きをより垂直に偏向させるように機能する。
【００６７】
上述した実施例では、第１の導光部材４３の入射端面部４４を凹レンズとして形成したが、凸レンズにすることも可能である。また、裏面部２４にプリズムを形成して光の偏向をより強く制御することも可能である。
【００６８】
このような本発明による線状光投射装置の別な実施例の断面構造を図１３に示し、その第１の凸部４２を抽出拡大して図１４に示し、図１３中のXV−XV矢視断面構造を図１５に示すが、先の実施例と同一機能の部材にはこれと同一の符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施例における線状光投射装置４８の第１の導光部材４９の入射端面部５０は、点光源１２の光軸と同軸状をなす凸レンズとなっており、点光源１２からの光を集光して第１の導光部材４９内に導くようにしているが、この凸レンズを図１３の紙面に対して垂直な焦線を有するシリンドリカル凸レンズとしてもよく、これら凸レンズやシリンドリカル凸レンズの光軸を図１０に示した実施例と同様に、点光源１２の光軸に対して傾斜させ、光を裏面部２４側により強く偏向させるようにしてもよい。
【００６９】
第１の導光部材４９の出射面部１５には、この出射面部１５に対して垂直に投影した輪郭形状が菱形をなす第２の凸部５１が形成されている。本実施例における第２の凸部５１は、先の実施例の第１の凸部４２の底辺４７と接して向かい合うように組み合わされ、反射端面部２３とほぼ平行に設定された底辺４７に対する頂点５２がこの底辺４７よりも入射端面部５０側に位置しており、一対の対称な垂直錐面５３と傾斜錐面５４とを有する二等辺三角錐である。本実施例では、第１の凸部４２と第２の凸部５１とが底辺４７を対称軸とする鏡像関係に設定されており、この場合、一方の垂直錐面４５の斜辺の長さに対して他方の垂直錐面５３の斜辺の長さが異なっていてもよく、底辺に対して直交する対角線Ｃ2 に関して対称であることが望ましい。
【００７０】
第２の凸部５１は、反射端面部２３側から入射端面部５０側へ第１の導光部材４９内を戻る光を出射面部１５の外へ導き出すのに主として機能するものである。このため、先の実施例のように出射面部１５に対して裏面部２４をテーパ状に傾斜させる必要がなくなり、入射端面部５０側および反射端面部２３側共に第１の導光部材４９を均一な板厚に設定することが可能である。
【００７１】
また、前記第１の導光部材４９の裏面部２４には、第１の導光部材４９の長手方向に沿って延びると共にこれと直角な方向に配列する周知の如き光反射機能を持つ三角柱状のプリズム５５が本発明の光偏光手段として形成されており、これら第１および第２の凸部４２, ５１とプリズム５５とによって、第１の導光部材４９の出射面部１５からほぼ垂直の方向に光が出射するように制御している。
【００７２】
このように、本実施例では反射端面部２３側から入射端面部５０側へ第１の導光部材４９内を戻る光も積極的に出射面部１５から導き出すようにしているため、第１の導光部材４９の出射面部１５と正対する第２の導光部材１９の入射端面部１８（図１参照）に強い輝度の光が放射される。
【００７３】
上述した実施例では、第１の凸部４２と第２の凸部５１とを組み合わせた形状に設定したが、傾斜錐面４６, ５４を出射面部１５と平行に設定することによって四角柱状にする（図９参照）ことも可能であり、この場合にも先の実施例と同様な効率の良い第１の導光板を得ることができる。また、第２の凸部５１を第１の凸部４２と離して別々に配置し、この第１の凸部４２の分布状態に対して異なる分布状態、例えば入射端面部５０側ほど多くなるように配置することも可能であり、これによって反射端面部２３側から戻る光もより均一に第１の導光部材４９の出射面部１５から導き出すことができる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の第１の形態の線状光投射装置によると、単一の点光源を用いているため、電力消費を最小限に抑制することができる上、装置全体をコンパクトにすることができる。しかも、導光部材の入射端面部から入射した光の一部を光反射シートに向けて集光状態で出射させるための複数の順方向の凸部を導光部材の裏面部にランダムに形成したので、導光部材の出射面部から高輝度の光を均一な分布で出射させることができる。
【００７５】
本発明の第２の形態の線状光投射装置によると、集光性と方向制御性とを有し、裏面部にて反射した光を出射面部から出射させるための複数の順方向の凸部を導光部材の出射面部にランダムに形成したので、導光部材の出射面部から高輝度の光を均一な分布で出射させることができる。
【００７６】
本発明の第１および第２の形態の線状光投射装置おいて、導光部材の入射端面部から離れるほど裏面部の単位面積当たりに占める割合が大きくなるように凸部を設定した場合には、出射面部から出射する光量を出射面部の長手方向に沿って均一化することができる。
【００７７】
本発明の第３の形態の平面照明装置によると、単一の点光源を用いているため、電力消費を最小限に抑制することができる上、装置全体をコンパクトにすることができる。また、第１の導光部材の入射端面部から入射した光の一部を第１の光反射シートに向けて集光状態で出射させるための複数の順方向の凸部を第１の導光部材の裏面部にランダムに形成したので、第２の導光部材の出射面部から高輝度の光を均一な分布で出射させることができる。
【００７９】
本発明の第４の形態の平面照明装置によると、集光性と方向制御性とを有し、第１の導光部材の裏面部にて反射した光を第１の導光部材の出射面部から出射させるため複数の順方向の凸部を第１の導光部材の出射面部にランダムに形成したので、第２の導光部材の出射面部から高輝度の光を均一な分布で出射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による平面照明装置の一実施例の概略構造を表す断面図である。
【図２】図１に示した平面照明装置の分解斜視図である。
【図３】図１中の III−III 矢視断面図である。
【図４】図１に示した実施例における第１の導光部材の裏面部の外観を模式的に表す平面図である。
【図５】図１に示した実施例における第１の凸部の外観を抽出して表す拡大斜視図である。
【図６】図１に示した実施例における第１の凸部の平面図である。
【図７】入射端面部から反射端面部に至る第１の導光部材の裏面部の位置と、その単位面積当たりの第１の凸部の占有率との関係を表すグラフである。
【図８】第１の導光部材の第１の凸部および第２の凸部の他の実施例の外観を抽出して表す拡大斜視図である。
【図９】第１の導光部材の第１の凸部および第２の凸部の他の実施例の外観を抽出して表す拡大斜視図である。
【図１０】本発明による線状光投射装置のさらに他の実施例の概略構造を模式的に表す断面図である。
【図１１】図１０に示した実施例における第１の凸部の外観を抽出して表す拡大斜視図である。
【図１２】図１０に示した実施例における第１の導光部材の側面形状を模式的に表す概念図である。
【図１３】本発明による線状光投射装置のさらに別な実施例の概略構造を模式的に表す断面図である。
【図１４】図１３に示した実施例における第１の凸部および第２の凸部の外観を抽出して表す拡大斜視図である。
【図１５】図１３中のXV−XV矢視断面図である。
【符号の説明】
１１ 平面照明装置
１２ 点光源
１３ 入射端面部
１４ 第１の導光部材
１５ 出射面部
１６ 第１の光反射シート
１７ 線状光投射装置
１８ 入射端面部
１９ 第２の導光部材
２０ 出射面部
２１ 第２の光反射シート
２２ 側端面部
２３ 反射端面部
２４ 裏面部
２５ 側端面部
２６ 反射端面部
２７ 裏面部
２８ 第１（順方向）の凸部
２９ 境界面
３０ 第２の境界面
３１ 頂面
３２ 底辺
３３ プリズム
３４ 第１（順方向）の凸部
３５ 傾斜錐面
３６ 第２（逆方向）の凸部
３７ 頂点
３８ 境界面
３９ 傾斜錐面
４０ 第２（逆方向）の凸部
４１ 線状光投射装置
４２ 第１（順方向）の凸部
４３ 第１の導光部材
４４ 入射端面部
４５ 垂直錐面
４６ 傾斜錐面
４７ 底辺
４８ 線状光投射装置
４９ 第１の導光部材
５０ 入射端面部
５１ 第２（逆方向）の凸部
５２ 頂点
５３ 垂直錐面
５４ 傾斜錐面
５５ プリズム
Ｌ 光線
α1 一対の境界面のなす角
β 光線と裏面部とのなす角
Ｃ1，Ｃ2 対角線
【発明の属する技術分野】
本発明は、線状に光を出射させる線状光投射装置およびこの線状光投射装置を組み込んだ平面照明装置に関し、特に液晶表示面の照明に利用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレィのいわゆるバックライト光源として使用される平面照明装置は、光源からの光を透明な導光板の側端面からこの導光板内に導き、導光板内での光の反射を利用して導光板の表面全域からこの光を均一に出射させるようにしたものである。平面照明装置が使用される液晶ディスプレィの特性を考慮した場合、この平面照明装置に要求される機能としては、全体として薄板状であること、および光源の電力消費を極力抑えるものであることの他に、全体に亙って均一な光を出射させることが特に重要である。
【０００３】
従来、このような平面照明装置に使用される光源としては、ＣＦＬ（冷陰極管）が最も一般的であるが、携帯用の電子機器に組み込まれる液晶ディスプレィでは、発光ダイオードアレイなども使用されている。
【０００４】
ＣＦＬを光源として使用する場合、ＣＦＬの径を小さくしたり、あるいはその肉厚を薄くすることにより、光源の小型化を図っている。また、その輝度を向上させるとともに電力消費を抑制するため、ＣＦＬの駆動周波数を高周波化するインバータを組み込んだものも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
液晶ディスプレィの薄板化のため、ＣＦＬの径を小さくしたり、その肉厚を薄くすると、長尺のＣＦＬを歪みなく正確な直線状に形成することが困難であり、しかも機械的強度が虚弱であるので、携帯用の電子機器に組み込まれる液晶ディスプレィにこれを搭載することは、信頼性の点で大きな問題が発生する。
【０００６】
また、輝度の向上や電力消費を抑制するためにインバータを組み込むことは、高周波ノイズの発生につながる上、部品点数の増加に伴う製造コストの上昇を招き、電子機器自体の小型化を阻害するおそれがある。
【０００７】
特に、携帯用の電子機器に組み込まれる液晶ディスプレィにおいては、電力消費の抑制がバッテリーの寿命を左右するために重要であり、電力消費が少なく、しかも輝度の高い光源が望まれていた。
【０００８】
【発明の目的】
本発明の第１の目的は、単一の点光源を用いて電力消費を抑制し、しかも高輝度の光を一様な分布で線状に出射させることが可能な線状光投射装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の第２の目的は、この線状光投射装置を用いたコンパクトな平面照明装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の形態は、光を投射する単一の点光源と、この点光源からの光を導入するための入射端面部，この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部，およびこの出射面部の反対側に位置する裏面部を有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する棒状の導光部材と、この導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う光反射シートとを具え、前記導光部材の前記裏面部には、前記光反射シートに向けて光を集光状態で出射させるための複数の順方向の凸部がランダムに形成され、これら順方向の凸部は、前記導光部材の前記裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が前記導光部材の前記入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、かつ前記一辺がこの三角形の当該一辺を含まない頂点よりも前記導光部材の前記入射端面部側に位置していることを特徴とする線状光投射装置にある。
【００１１】
本発明の第１の形態によると、入射端面部から導光部材内に入射した点光源からの光の一部は、導光部材の裏面部で全反射し、損失なく導光部材の出射面部から導光部材の外側に出射する。また、順方向の凸部に入射した光の一部は、光反射シートに向けて導光部材から集光状態で出射するが、光反射シートによって集光性を維持しながら散乱状態で反射し、裏面部側から導光部材内に再び入射し、最終的に導光部材の出射面部からすべて出射する。
【００１２】
また、本発明による第２の形態は、光を投射する単一の点光源と、この点光源からの光を導入するための入射端面部，この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部，およびこの出射面部の反対側に位置する裏面部を有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する棒状の導光部材と、この導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う光反射シートとを具え、前記導光部材の出射面部には、集光性と方向制御性とを有し、前記裏面部にて反射した光を当該出射面部から出射させるための複数の順方向の凸部がランダムに形成され、これら順方向の凸部は、前記出射面部に対して垂直に投影した輪郭形状が前記導光部材の前記入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、かつ前記一辺がこの三角形の当該一辺を含まない頂点よりも前記入射端面部側に位置していることを特徴とする線状光投射装置にある。
【００１３】
本発明の第２の形態によると、入射端面部から導光部材内に入射した点光源からの光の一部は、導光部材の裏面部で全反射し、損失なく導光部材の出射面部から導光部材の外側に出射する。また、順方向の凸部に入射した光の一部は、そのまま導光部材の外側に集光状態で出射し、最終的に導光部材の出射面部からすべて出射する。
【００１４】
一方、本発明による第３の形態は、光を投射する単一の点光源と、この点光源からの光を導入するための入射端面部，この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部，およびこの出射面部の反対側に位置する裏面部を有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する棒状をなす第１の導光部材と、この第１の導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う第１の光反射シートと、前記第１の導光部材の前記出射面部に接続して光を導入するための入射端面部，この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部，およびこの出射面部の反対側に位置する裏面部を有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する板状をなす第２の導光部材と、この第２の導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う第２の光反射シートとを具え、前記第１の導光部材の前記裏面部には、前記光反射シートに向けて光を集光状態で出射させるための複数の順方向の凸部がランダムに形成され、これら順方向の凸部は、前記第１の導光部材の前記裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が前記第１の導光部材の前記入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、かつ前記一辺がこの三角形の当該一辺を含まない頂点よりも前記第１の導光部材の前記入射端面部側に位置していることを特徴とする平面照明装置にある。
また、本発明による第４の形態は、光を投射する単一の点光源と、この点光源からの光を導入するための入射端面部，この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部，およびこの出射面部の反対側に位置する裏面部を有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する棒状をなす第１の導光部材と、この第１の導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う第１の光反射シートと、前記第１の導光部材の前記出射面部に接続して光を導入するための入射端面部，この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部，およびこの出射面部の反対側に位置する裏面部を有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する板状をなす第２の導光部材と、この第２の導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う第２の光反射シートとを具え、前記第１の導光部材の前記出射面部には、集光性と方向制御性とを有し、前記第１の導光部材の前記裏面部にて反射した光を前記第１の導光部材の当該出射面部から出射させるための複数の順方向の凸部がランダムに形成され、これら順方向の凸部は、前記第１の導光部材の前記出射面部に対して垂直に投影した輪郭形状が前記第１の導光部材の前記入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、かつ前記一辺がこの三角形の当該一辺を含まない頂点よりも前記第１の導光部材の前記入射端面部側に位置していることを特徴とする平面照明装置にある。
【００１５】
本発明の第３および第４の形態によると、光源から投射された光は、第１の導光部材の入射端面部から第１の導光部材内に入射し、その一部が第１の導光部材の出射面部から出射する。また、第１の導光部材の出射面部以外の部分から第１の導光部材の外側に漏出する光も、第１の光反射シートによって第１の導光部材内に再び入射し、最終的に第１の導光部材の出射面部からすべて出射する。そして、第１の導光部材の出射面部から出射した光は、第２の導光部材の入射端面部から第２の導光部材内に入射し、その一部が第２の導光部材の出射面部から出射する。また、第２の導光部材の出射面部以外の部分から第２の導光部材の外側に漏出する光も、第２の光反射シートによって第２の導光部材内に再び入射し、最終的に第２の導光部材の出射面部からすべて出射する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の形態による線状光投射装置において、出射面部から出射する光を所定の方向に偏向させるための光偏向手段を出射面部に形成するようにしてもよい。この場合、光偏向手段は、入射端面部と直交する方向に延びると共に導光部材の幅方向に沿って配列する三角柱状のプリズムであってもよいし、所定の曲率半径を持った球面レンズアレイであってもよい。
【００１７】
また、裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、この三角形の前記一辺を含まない頂点が前記一辺よりも入射端面部側に位置する複数の逆方向の凸部を裏面部にランダムに形成するようにしてもよい。これら順方向および逆方向の凸部の三角形は、二等辺三角形であることが好ましく、裏面部に対して傾斜し、かつ一辺を含む錐面と、裏面部に対してほぼ垂直な一対の錐面とからなる三角錐であってもよいし、それぞれ三角柱状をなすものであってもよい。さらに、順方向および逆方向の凸部は、一辺を共有して一体的に形成されていてもよく、この場合、全体として四角柱状をなすものであってもよい。
【００１８】
さらに、この三角形の頂点を含む二つの斜辺のなす角は、凸部を構成する材料の屈折率をｎ、凸部に入射する光線と平面部とのなす角をβとした場合、tan-1[cosβ・tan{π−２sin-1(1/n)}]以上であることが望ましい。また、出射面部の単位面積当たりに占める凸部の割合を入射端面部から離れるほど大きく設定したり、出射面部の単位面積当たりに占める順方向および逆方向の凸部の割合を入射端面部の長手方向に沿った出射面部の幅方向両側端部で相対的に大きく設定することが望ましい。これら順方向および逆方向の凸部は、裏面部にランダムに配置されていることが有効であり、これらの大きさは、１５０μm以下であることが好ましい。順方向の凸部の２つの斜辺の長さと、逆方向の凸部の２つの斜辺の長さとが相互に異なっていてもよい。
【００１９】
本発明の第２の形態による線状光投射装置において、導光部材の裏面部に入射端面部と平行な方向に配列すると共に入射端面部と直交する方向に延びる三角柱状のプリズム面を形成するようにしてもよい。
【００２０】
また、出射面部に対して垂直に投影した輪郭形状が入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、この三角形の前記一辺を含まない頂点が前記一辺よりも入射端面部側に位置する複数の逆方向の凸部を出射面部にランダムに形成するようにしてもよい。この場合、順方向および逆方向の凸部の三角形は、二等辺三角形であることが好ましく、出射面部に対して傾斜し、かつ一辺を含む錐面と、出射面部に対してほぼ垂直な一対の錐面とからなる三角錐であってもよいし、三角柱状であってもよい。これら順方向および逆方向の凸部は、一辺を共有して一体的に形成されていてもよく、この場合、全体として四角柱状をなすものであってもよい。この三角形の頂点を含む二つの斜辺のなす角は、凸部を構成する材料の屈折率をｎ、凸部に入射する光線と平面部とのなす角をβとした場合、tan-1[cosβ・tan{π−２sin-1(1/n)}]以上であることが望ましい。
【００２１】
さらに、出射面部の単位面積当たりに占める順方向の凸部の割合を入射端面部から離れるほど大きく設定したり、出射面部の単位面積当たりに占める順方向および逆方向の凸部の割合を入射端面部の長手方向に沿った出射面部の幅方向両側端部で相対的に大きく設定することが望ましく、これら順方向および逆方向の凸部は、出射面部にランダムに配置されていることが有効である。順方向の凸部の２つの斜辺の長さと、逆方向の凸部の２つの斜辺の長さとが相互に異なっていてもよい。
【００２２】
本発明の第１および第２の形態による線状光投射装置において、凸部は、導光部材の入射端面部から離れるほど裏面部または入射端面部の単位面積当たりに占める割合が大きくなるように設定されているものであってもよい。この場合、出射面部から出射する光量は、出射面部の長手方向に沿って均一化される。
【００２３】
また、点光源は、発光ダイオードか、あるいは半導体レーザであってもよい。
【００２４】
導光部材の入射端面部には、点光源からの光の入射状態を調整するための光学面が形成されていてもよい。この場合、光学面は、光を発散させる凹レンズ面か、光を収斂させる凸レンズ面か、あるいは導光部材の長手方向に対して垂直または傾斜した平面であってもよく、凹レンズ面および凸レンズ面の光軸は、導光部材の長手方向に対して平行か、あるいは傾斜しているものであってもよい。光学面を凸レンズ面とした場合には、入射端面部から導光部材に入射する光がその光軸を中心として対称に収束状態で偏向され、最終的に出射面部から出射する。光学面を凹レンズ面とした場合には、入射端面部から導光部材に入射する光がその光軸を中心として対称に発散状態で偏向され、最終的に出射面部から出射する。光学面を導光部材の長手方向に対して垂直または傾斜した平面とした場合には、入射端面部から導光部材に入射する光が所定方向に等しく偏向され、最終的に出射面部から出射する。
【００２５】
さらに、導光部材の裏面部は、この導光部材の出射面部と平行な平面であってもよい。あるいは、導光部材の入射端面部から離れるほど当該導光部材の出射面部との間隔が短くなるように傾斜した平面か、あるいは曲面であってもよい。裏面部を傾斜した平面で形成した場合には、導光部材内を伝わる光がより強く出射面部側に偏向された状態で出射面部から出射する。裏面部を曲面で形成した場合には、入射端面部から遠い裏面部ほど、より強く出射面部側に光を偏向させ、出射面部から出射させる。
【００２７】
一方、本発明の第３の形態による平面照明装置において、第１の導光部材の出射面部には、この出射面部から出射する光を所定の方向に偏向させるための光偏向手段が形成されていてもよい。また、第１の導光部材の裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が第１の導光部材の入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、この三角形の前記一辺を含まない頂点が前記一辺よりも第１の導光部材の入射端面部側に位置する複数の逆方向の凸部を第１の導光部材の裏面部にランダムに形成してもよい。
【００２８】
また、本発明の第４の形態による平面照明装置において、第１の導光部材の出射面部に対して垂直に投影した輪郭形状が第１の導光部材の入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、この三角形の前記一辺を含まない頂点が前記一辺よりも第１の導光部材の入射端面部側に位置する複数の逆方向の凸部を第１の導光部材の出射面部にランダムに形成したものであってもよい。
【００２９】
【実施例】
本発明による線状光投射装置を組み込んだ本発明による平面照明装置の実施例について、図１〜図１５を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、これらをさらに組み合わせたり、同様な課題を内包する他の分野の技術にも応用することができる。
【００３０】
本発明による平面照明装置の第１の実施例の断面構造を図１に示し、その分解した状態の外観を図２に示す。すなわち、本実施例における平面照明装置１１は、発光ダイオードや半導体レーザなどの単一の点光源１２, この点光源１２に入射端面部１３が接合される矩形の棒状をなす第１の導光部材１４, この第１の導光部材１４の入射端面部１３および出射面部１５以外の部分を覆う第１の光反射シート１６を有する線状光投射装置１７と、第１の導光部材１４の出射面部１５に入射端面部１８が連結される矩形の板状をなす第２の導光部材１９と、この第２の導光部材１９の入射端面部１８および出射面部２０以外の部分を覆う第２の光反射シート２１とを具えている。
【００３１】
点光源１２は、白色光を投射するものであることが望ましいが、特に２色成分構成のものを用いてもよく、この場合、当該２色成分に対して透過および反射する透明材料を第１および第２の導光部材１４, １９として選択し、例えば、青色および黄色成分からなる点光源１２を用いた場合には、第１および第２の導光部材１４, １９に青色透明樹脂を用いて各輝度に対応した色のコントラストを得ることが可能である。
【００３２】
本実施例における第１の導光部材１４は、屈折率が１. ４〜１. ７程度の光学的に透明な材料、例えばアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）にて形成され、相互に平行な一対の側端面部２２と、これら側端面部２２の一端側に形成されて点光源１２からの光を導入するための入射端面部１３と、この入射端面部１３の反対側に位置し、側端面部２２の他端側に形成された反射端面部２３と、これら一対の側端面部２２および入射端面部１３および反射端面部２３で囲まれて入射端面部１３から入射した光を出射させるための出射面部１５およびその反対側に位置する裏面部２４とを有する。裏面部２４は、出射面部１５とほぼ平行に設定されているが、厳密には出射面部１５と裏面部２４との間隔が入射端面部１３側に対して反射端面部２３側ほど短くなるように、出射面部１５に対して裏面部２４が０. ５度から１度程度傾斜したテーパ状となっている。
【００３３】
第２の導光部材１９も基本的な構成は第１の導光部材１４と全く同じであり、透明なアクリル樹脂にて形成され、相互に平行な一対の側端面部２５と、これら側端面部２５の一端側に形成されて第１の導光部材１４の出射面部１５からの光を導入するための入射端面部１８と、この入射端面部１８の反対側に位置し、側端面部２５の他端側に形成された反射端面部２６と、これら一対の側端面部２５および入射端面部１８および反射端面部２６で囲まれて入射端面部１８から入射した光を出射させるための出射面部２０およびその反対側に位置する裏面部２７とを有する。その詳細な構造は、以下に説明する第１の導光部材１４と基本的にまったく同じでよい。
【００３４】
前述した第１の光反射シート１６は、第１の導光部材１４の反射端面部２３と一対の側端面部２２と裏面部２４とを覆い、これらから出射する光を再び第１の導光部材１４内に反射させて第１の導光部材１４の出射面部１５から出射させるためのものであり、内面側がアルミニウム蒸着による鏡面加工が施されており、第２の光反射シート２１もこの第１の光反射シート１６と基本的にはまったく同じものである。
【００３５】
図１中のIII−III矢視断面構造を図３に示し、第１の導光部材１４の裏面部２４を図４に模式的に示し、その順方向の凸部２８（以下、これを第１の凸部と記述する）の外観を拡大して図５に示す。すなわち、第１の導光部材１４の裏面部２４には、この裏面部２４に対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなし、一対の対称な境界面２９と、これら境界面２９に接する第２の境界面３０と、三角形の頂面３１とを有する二等辺三角柱状の第１の凸部２８がランダムに配置されている。
【００３６】
これら第１の凸部２８の一対の境界面２９は、出射面部１５側から反射して第１の凸部２８に入射した光を第１の導光部材１４の外側、つまり第１の光反射シート１６の表面に向けてそれぞれ集光状態で出射させる集光出射機能を持っている。また、第１の凸部２８の第２の境界面３０および頂面３１は、第１の導光部材１４の裏面部２４側から出射して第１の光反射シート１６により散乱状態で反射する光を第１の凸部２８内に入射させる機能を有する。
【００３７】
このように、第１の凸部２８は、第１の導光部材１４内を伝搬する光の一部を第１の光反射シート１６に向けて集光状態で一旦出射させ、この出射光を第１の光反射シート１６で強く反射させることにより、第１の導光部材１４の裏面部２４や第１の凸部２８の第２の境界面３０および頂面３１から第１の導光部材１４内に導入させるものであり、光の拡散と製造の容易性とを考慮して１０μm 以上であることが望ましい。
【００３８】
また、第１の凸部２８の境界面２９, ３０は、図５の二点鎖線で示した裏面部２４に対する垂直面とのなす角φが０度から６０度程度となるように傾斜していることが好ましい。また、第１の凸部２８の第２の境界面３０の底辺３２は、入射端面部１３とほぼ平行に設定されている。
【００３９】
第１の導光部材１４の出射面部１５には、入射端面部１３と直交する方向（図１中、左右方向）に延びると共に第１の導光部材１４の幅方向に沿って配列する二等辺三角柱状のプリズム３３が本発明の光偏光手段として形成されており、本実施例におけるプリズム３３は、頂角が８０〜１１０度程度のものを採用している。このプリズム３３に代えて所定曲率半径の凹凸面を波形に形成したり、あるいは所定曲率半径の凸球面レンズアレイを第１の導光部材１４の出射面部１５に突設することも可能である。
【００４０】
ところで、第１の導光部材１４の入射端面部１３に入射角γで、すなわち出射面部１５と光線とのなす角がγで入射する光は、第１の導光部材１４を構成する材料の屈折率ｎ（本実施例のアクリル樹脂の場合、ｎ＝１. ４９）に応じて
【００４１】
０≦｜γ｜≦sin-1(１/ｎ)
を満たす入射角γの範囲で第１の導光部材１４内を進行する。そして、裏面部２４側に向けて進行する光の一部は、第１の凸部２８内に入り、一対の境界面２９からそのまま第１の導光部材１４の外側に出射し、残りは裏面部２４で全反射して出射面部１５側へ伝搬する。
【００４２】
裏面部２４や第１の凸部２８から第１の導光部材１４の外側に漏洩した光、つまり迷光は、一対の境界面２９などでの界面反射があるものの、第１の光反射シート１６の存在により裏面部２４から第１の導光部材１４内に再び入射する一方、第１の凸部２８の第２の境界面３０や頂面３１から再び第１の凸部２８内に入射し、その一部が一対の境界面２９で全反射して出射面部１５に向けて伝搬し、最終的に出射面部１５から第２の導光部材１９の入射端面部１８に向けてすべて出射する。
【００４３】
裏面部２４側から見た第１の凸部２８の平面形状を表す図６に示すように、出射面部１５側から第１の凸部２８内に入った光線Ｌが一対の境界面２９で全反射せずに第１の導光部材１４の外に出射するためには、裏面部２４と平行な平面内を進行する光線Ｌを考えた場合、一対の境界面２９に対する光線Ｌの入射角をθとすると、
【００４４】
θ≦sin-1(１/ｎ)
を満足する必要がある。ここで、円周率をπとすると、一対の境界面２９のなす角α1は、α1＝２・{(π/２)−γ}であるから、
【００４５】
α1≧π−２sin-1(１/ｎ)
となるが、実際問題として、光線Ｌの光路を含む平面は、裏面部２４に対して傾斜しており、この平面内における一対の境界面２９のなす角αは、光線Ｌと裏面部２４とのなす角をβとした時、tan(α/２)＝cosβ・tan(α1/２)であるから、
【００４６】
【数４】
α≧tan -1［ cosβ・ tan｛π−２sin -1(1/n) ｝］
を満足すればよいことが判る。
【００４７】
具体的には、屈折率ｎが１. ４９のアクリル樹脂を第１の導光部材１４として採用した本実施例では、αが約７８度以上である必要がある。また、実際問題として、光線Ｌの光路を含む平面は裏面部２４に対して傾斜しており、この光線Ｌと裏面部２４とのなす角をβとした場合、出射面部１５側から出射する光線Ｌが境界面２９で全反射せずにここから出射するためには、
【００４８】
β≦sin-1(１/ｎ)
を満足する必要がある。ここで、β＝sin-1(１/ｎ)の場合、本実施例における上述のαは約７８度、α1は９５度となるので、αが７８度から９５度の範囲に収まるように、第１の凸部２８を形成することが好ましい。しかし、実際問題として、一対の境界面２９から出射できない光は、内部反射で第１の導光部材１４の内部に戻り、この第１の導光部材１４の内部構造による散乱要素が考えられるため、αを６０度から１２０度の範囲に収まるように設定することにより、本発明の趣旨をほぼ達成することができる。
【００４９】
従って、入射角γが４２度以下の入射光線Ｌの大部分は、裏面部２４で全反射して出射面部１５側へ伝搬するが、その一部が第１の凸部２８から第１の導光部材１４の外側へ出射する。また、入射角γが４２度を越えた入射光線Ｌは、裏面部２４から第１の導光部材１４の外側に集光状態で出射するが、第１の光反射シート１６によって再び第１の導光部材１４内に拡散状態で入射し、最終的に出射面部１５から第２の導光部材１９の入射端面部１８に向けて出射する。
【００５０】
点光源１２から第１の導光部材１４に入射した光は、この第１の導光部材１４中を進行するに連れてそのエネルギが減少するため、第１の導光部材１４の裏面部２４に突設された第１の凸部２８の占有率を漸次変化させる必要がある。具体的には出射面部１５から出射する反射光がこの出射面部１５全体に亙って均一な輝度となるように、裏面部２４の単位面積当たりに占める第１の凸部２８の面積割合（以下、これを占有率と記述する）は、点光源１２からの光の進行方向（図１中、右方向）に沿った裏面部２４の位置と第１の凸部２８の占有率との関係を表す図７に示すように、反射端面部２３側ほど大きな占有率となるように設定されている。
【００５１】
この場合、第１の導光部材１４の入射端面部１３に近接する出射面部１５は、点光源１２からの光が直接透過して輝度が高くなる傾向を有するため、入射端面部１３に近接する裏面部２４における第１の凸部２８の占有率をこれに続く部分よりも小さめに設定している。同様に、第１の導光部材１４の反射端面部２３に近接する出射面部１５は、反射端面部２３からの反射光が透過して輝度が高くなる傾向を有するため、反射端面部２３に近接する裏面部２４における第１の凸部２８の占有率をこれに続く部分よりも小さめに設定している。
【００５２】
なお、点光源１２の発光領域は、実質的に第１の導光部材１４の入射端面部１３の幅寸法より短いので、第１の導光部材１４の幅方向両側端部に入射する光量が不足する傾向を持つ。このため、第１の導光部材１４の出射面部１５の幅方向両側端部における第１の凸部２８の占有率を他の部分よりも相対的に大きく設定しておくことが望ましい。何れの場合にも、本実施例では第１の凸部２８の占有率の最大値を約７０％程度に設定しているが、それ以上の値に設定することも当然可能である。
【００５３】
上述した実施例では、第１の凸部２８を三角柱状に形成したが、三角錐状に形成することも可能である。
【００５４】
このような第１の導光部材の第１の凸部の他の実施例の外観を図８に示すが、先の実施例と同一機能の部材にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施例における第１の凸部３４は、一対の対称な境界面２９と傾斜錐面３５とを有する二等辺三角錐形をなしており、さらに裏面部２４に対して垂直に投影した輪郭形状が三角形をなす逆方向の凸部（以下、これを第２の凸部と記述する）３６が形成されている。本実施例における第２の凸部３６は、先の実施例の第１の凸部２８の底辺３２と接して向かい合うように組み合わされ、入射端面部１３とほぼ平行に設定された底辺３２に対する頂点３７がこの底辺３２よりも入射端面部１３側に位置しており、一対の対称な境界面３８と傾斜錐面３９とを有する二等辺三角錐状をなしている。
【００５５】
従って、これらの凸部３４, ３６は、裏面部２４に対して垂直に投影した輪郭形状が菱形をなし、第１の凸部３４と第２の凸部３６とが底辺３２を対称軸とする鏡像関係に設定されている。この場合、一方の境界面２９の斜辺の長さに対して他方の境界面３８の斜辺の長さが異なっていてもよい。
【００５６】
第１の凸部３４は、主として入射端面部１３（図３参照）側から反射端面部２３（図３参照）側へ進行する光に対して上述した機能を発揮するのに対し、第２の凸部３６は、反射端面部２３側から入射端面部１３側へ第１の導光部材１４内に戻る光に対して上述した機能を発揮する。このため、先の実施例のように出射面部１５に対して裏面部２４をテーパ状に傾斜させる必要がなくなり、入射端面部１３側および反射端面部２３側共に均一な板厚に設定することが可能である。
【００５７】
このように、本実施例では反射端面部２３側から入射端面部１３側へ第１の導光部材１４内に戻る光も積極的に出射面部１５から導き出すようにしているため、第１の導光部材１４の出射面部１５と正対する方向に強い輝度の光が放射される。この場合、第２の凸部３６を第１の凸部３４と離して別々に配置し、この第１の凸部３４の分布状態に対して異なる分布状態、例えば入射端面部１３側ほど多くなるように配置することも可能であり、これによって反射端面部２３側から戻る光も、より均一に第１の導光部材１４の出射面部１５から導き出すことができる。
【００５８】
上述した実施例では、第１の凸部３４と第２の凸部３６とを組み合わせた形状に設定したが、これらの傾斜錐面３５, ３９を裏面部２４と平行に設定することによって四角柱状にすることも可能であり、この場合にも先の実施例と同様な効率の良い第１の導光部材を得ることができる。
【００５９】
このような第１の導光部材の第１の凸部の別な実施例の外観を図９に示すが、先の実施例と同一機能の部材にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施例における第２の凸部４０は、二対の境界面２９, ３８と裏面部２４（図３参照）に対して平行な頂面３１とを有し、四角錐台状に形成されている。これらの一方の対角線Ｃ1 は、他方の対角線Ｃ2 に対して直交し、入射端面部１３（図３参照）と平行に設定されている。この場合、第１の光反射シート１６（図３参照）で反射した散乱光は、裏面部２４から第１の導光部材１４（図３参照）内に入射すると共に頂面３１から第１の凸部４０内に入射する。
【００６０】
上述した実施例では、点光源１２の光軸に対して第１の導光部材１４の入射端面部１３を垂直な平面状にしてあるが、点光源１２からの光の入射状態を積極的に調整するために所望の光学面とすることも可能である。また、上述した実施例では、第１の光反射シート１６に向けて光を集光状態で出射させるための凸部２８，３４，３６，４０を第１の導光部材１４の裏面部２４に複数形成したが、集光性と方向制御性とを有し、裏面部２４にて反射した光を出射面部１５から出射させるための順方向の凸部（以下、これを第１の凸部と記述する）を出射面部１５に複数形成するようにしてもよい。
【００６１】
このような本発明による線状光投射装置の他の実施例の断面構造を図１０に模式的に示し、本実施例における線状光投射装置４１の第１の凸部４２の抽出拡大形状を図１１に示す。すなわち、第１の導光部材４３の入射端面部４４は、点光源１２の光軸に対して傾斜した光軸を有する凹レンズとなっており、点光源１２から第１の導光部材４３内に入射する光を拡散させつつ裏面部２４側へより強く偏向させる機能を持たせているが、この凹レンズを図１０の紙面に対して垂直な虚焦線を有するシリンドリカル凹レンズとしてもよく、あるいは、これら凹レンズやシリンドリカル凹レンズの代わりに、これらの焦点距離（焦線距離）を無限大に設定し、出射面部１５に対して傾斜した平面とすることも可能である。また、凹レンズやシリンドリカル凹レンズの光軸を第１の導光部材４３の長手方向に沿って点光源１２の光軸と同軸に設定するようにしてもよい。
【００６２】
なお、本実施例では、裏面部２４に第１の凸部を形成せず、平坦な鏡面としている。また、出射面部１５と裏面部２４との間隔が入射端面部４４側に対して反射端面部２３側ほど漸次短くなるように、裏面部２４を円弧面や放物面などの曲面で形成し、さらに反射端面部２３を線状に形成しており、反射端面部２３側ほど射出面部１５により強く光を偏向するように配慮している。
【００６３】
第１の導光部材４９の出射面部１５には、この出射面部１５に対して垂直に投影した輪郭形状が菱形をなす逆方向の凸部（以下、これを第２の凸部と記述する）５１が形成されている。本実施例における第２の凸部５１は、先の実施例の第１の凸部４２の底辺４７と接して向かい合うように組み合わされ、反射端面部２３とほぼ平行に設定された底辺４７に対する頂点５２がこの底辺４７よりも入射端面部５０側に位置しており、一対の対称な垂直錐面５３と傾斜錐面５４とを有する二等辺三角錐である。本実施例では、第１の凸部４２と第２の凸部５１とが底辺４７を対称軸とする鏡像関係に設定されており、この場合、一方の垂直錐面４５の斜辺の長さに対して他方の垂直錐面５３の斜辺の長さが異なっていてもよく、底辺に対して直交する対角線Ｃ2に関して対称であることが望ましい。
【００６４】
第１の凸部４２の平面形状は、図６に示した先の実施例の第１の凸部２８と実質的に同じであり、出射面部１５の側面形状を模式的に図１２に示す。すなわち、第１の凸部４２内に入った光線Ｌが一対の垂直錐面４５で全反射せずにここから出射するためには、先の実施例と同様に、屈折率ｎが１. ４９のアクリル樹脂を第１の導光部材４３として採用した場合、集光性を良くするためには、光線Ｌの光路を含む平面と一対の垂直錐面４５とのなす角αが８５〜１３５度の範囲にあることが望ましい。また、実際問題として、光線Ｌの光路を含む平面は出射面部１５に対して傾斜しており、この光線Ｌと出射面部１５とのなす角をβとした場合、これが垂直錐面４５で全反射せずにここから出射するためには、
【００６５】
β≦(３/２)・sin-1(１/ｎ）
を満足する必要がある。ここで、β＝(３/２)・sin-1(１/ｎ)の場合、本実施例における上述のαは約１３６度となるので、αが９５度から１３６度の範囲に収まるように、第１の凸部４２を形成することが好ましい。
【００６６】
つまり、上述した第１の凸部４２は出射面部１５から出射する光の向きをより垂直に偏向させるように機能する。
【００６７】
上述した実施例では、第１の導光部材４３の入射端面部４４を凹レンズとして形成したが、凸レンズにすることも可能である。また、裏面部２４にプリズムを形成して光の偏向をより強く制御することも可能である。
【００６８】
このような本発明による線状光投射装置の別な実施例の断面構造を図１３に示し、その第１の凸部４２を抽出拡大して図１４に示し、図１３中のXV−XV矢視断面構造を図１５に示すが、先の実施例と同一機能の部材にはこれと同一の符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施例における線状光投射装置４８の第１の導光部材４９の入射端面部５０は、点光源１２の光軸と同軸状をなす凸レンズとなっており、点光源１２からの光を集光して第１の導光部材４９内に導くようにしているが、この凸レンズを図１３の紙面に対して垂直な焦線を有するシリンドリカル凸レンズとしてもよく、これら凸レンズやシリンドリカル凸レンズの光軸を図１０に示した実施例と同様に、点光源１２の光軸に対して傾斜させ、光を裏面部２４側により強く偏向させるようにしてもよい。
【００６９】
第１の導光部材４９の出射面部１５には、この出射面部１５に対して垂直に投影した輪郭形状が菱形をなす第２の凸部５１が形成されている。本実施例における第２の凸部５１は、先の実施例の第１の凸部４２の底辺４７と接して向かい合うように組み合わされ、反射端面部２３とほぼ平行に設定された底辺４７に対する頂点５２がこの底辺４７よりも入射端面部５０側に位置しており、一対の対称な垂直錐面５３と傾斜錐面５４とを有する二等辺三角錐である。本実施例では、第１の凸部４２と第２の凸部５１とが底辺４７を対称軸とする鏡像関係に設定されており、この場合、一方の垂直錐面４５の斜辺の長さに対して他方の垂直錐面５３の斜辺の長さが異なっていてもよく、底辺に対して直交する対角線Ｃ2 に関して対称であることが望ましい。
【００７０】
第２の凸部５１は、反射端面部２３側から入射端面部５０側へ第１の導光部材４９内を戻る光を出射面部１５の外へ導き出すのに主として機能するものである。このため、先の実施例のように出射面部１５に対して裏面部２４をテーパ状に傾斜させる必要がなくなり、入射端面部５０側および反射端面部２３側共に第１の導光部材４９を均一な板厚に設定することが可能である。
【００７１】
また、前記第１の導光部材４９の裏面部２４には、第１の導光部材４９の長手方向に沿って延びると共にこれと直角な方向に配列する周知の如き光反射機能を持つ三角柱状のプリズム５５が本発明の光偏光手段として形成されており、これら第１および第２の凸部４２, ５１とプリズム５５とによって、第１の導光部材４９の出射面部１５からほぼ垂直の方向に光が出射するように制御している。
【００７２】
このように、本実施例では反射端面部２３側から入射端面部５０側へ第１の導光部材４９内を戻る光も積極的に出射面部１５から導き出すようにしているため、第１の導光部材４９の出射面部１５と正対する第２の導光部材１９の入射端面部１８（図１参照）に強い輝度の光が放射される。
【００７３】
上述した実施例では、第１の凸部４２と第２の凸部５１とを組み合わせた形状に設定したが、傾斜錐面４６, ５４を出射面部１５と平行に設定することによって四角柱状にする（図９参照）ことも可能であり、この場合にも先の実施例と同様な効率の良い第１の導光板を得ることができる。また、第２の凸部５１を第１の凸部４２と離して別々に配置し、この第１の凸部４２の分布状態に対して異なる分布状態、例えば入射端面部５０側ほど多くなるように配置することも可能であり、これによって反射端面部２３側から戻る光もより均一に第１の導光部材４９の出射面部１５から導き出すことができる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の第１の形態の線状光投射装置によると、単一の点光源を用いているため、電力消費を最小限に抑制することができる上、装置全体をコンパクトにすることができる。しかも、導光部材の入射端面部から入射した光の一部を光反射シートに向けて集光状態で出射させるための複数の順方向の凸部を導光部材の裏面部にランダムに形成したので、導光部材の出射面部から高輝度の光を均一な分布で出射させることができる。
【００７５】
本発明の第２の形態の線状光投射装置によると、集光性と方向制御性とを有し、裏面部にて反射した光を出射面部から出射させるための複数の順方向の凸部を導光部材の出射面部にランダムに形成したので、導光部材の出射面部から高輝度の光を均一な分布で出射させることができる。
【００７６】
本発明の第１および第２の形態の線状光投射装置おいて、導光部材の入射端面部から離れるほど裏面部の単位面積当たりに占める割合が大きくなるように凸部を設定した場合には、出射面部から出射する光量を出射面部の長手方向に沿って均一化することができる。
【００７７】
本発明の第３の形態の平面照明装置によると、単一の点光源を用いているため、電力消費を最小限に抑制することができる上、装置全体をコンパクトにすることができる。また、第１の導光部材の入射端面部から入射した光の一部を第１の光反射シートに向けて集光状態で出射させるための複数の順方向の凸部を第１の導光部材の裏面部にランダムに形成したので、第２の導光部材の出射面部から高輝度の光を均一な分布で出射させることができる。
【００７９】
本発明の第４の形態の平面照明装置によると、集光性と方向制御性とを有し、第１の導光部材の裏面部にて反射した光を第１の導光部材の出射面部から出射させるため複数の順方向の凸部を第１の導光部材の出射面部にランダムに形成したので、第２の導光部材の出射面部から高輝度の光を均一な分布で出射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による平面照明装置の一実施例の概略構造を表す断面図である。
【図２】図１に示した平面照明装置の分解斜視図である。
【図３】図１中の III−III 矢視断面図である。
【図４】図１に示した実施例における第１の導光部材の裏面部の外観を模式的に表す平面図である。
【図５】図１に示した実施例における第１の凸部の外観を抽出して表す拡大斜視図である。
【図６】図１に示した実施例における第１の凸部の平面図である。
【図７】入射端面部から反射端面部に至る第１の導光部材の裏面部の位置と、その単位面積当たりの第１の凸部の占有率との関係を表すグラフである。
【図８】第１の導光部材の第１の凸部および第２の凸部の他の実施例の外観を抽出して表す拡大斜視図である。
【図９】第１の導光部材の第１の凸部および第２の凸部の他の実施例の外観を抽出して表す拡大斜視図である。
【図１０】本発明による線状光投射装置のさらに他の実施例の概略構造を模式的に表す断面図である。
【図１１】図１０に示した実施例における第１の凸部の外観を抽出して表す拡大斜視図である。
【図１２】図１０に示した実施例における第１の導光部材の側面形状を模式的に表す概念図である。
【図１３】本発明による線状光投射装置のさらに別な実施例の概略構造を模式的に表す断面図である。
【図１４】図１３に示した実施例における第１の凸部および第２の凸部の外観を抽出して表す拡大斜視図である。
【図１５】図１３中のXV−XV矢視断面図である。
【符号の説明】
１１ 平面照明装置
１２ 点光源
１３ 入射端面部
１４ 第１の導光部材
１５ 出射面部
１６ 第１の光反射シート
１７ 線状光投射装置
１８ 入射端面部
１９ 第２の導光部材
２０ 出射面部
２１ 第２の光反射シート
２２ 側端面部
２３ 反射端面部
２４ 裏面部
２５ 側端面部
２６ 反射端面部
２７ 裏面部
２８ 第１（順方向）の凸部
２９ 境界面
３０ 第２の境界面
３１ 頂面
３２ 底辺
３３ プリズム
３４ 第１（順方向）の凸部
３５ 傾斜錐面
３６ 第２（逆方向）の凸部
３７ 頂点
３８ 境界面
３９ 傾斜錐面
４０ 第２（逆方向）の凸部
４１ 線状光投射装置
４２ 第１（順方向）の凸部
４３ 第１の導光部材
４４ 入射端面部
４５ 垂直錐面
４６ 傾斜錐面
４７ 底辺
４８ 線状光投射装置
４９ 第１の導光部材
５０ 入射端面部
５１ 第２（逆方向）の凸部
５２ 頂点
５３ 垂直錐面
５４ 傾斜錐面
５５ プリズム
Ｌ 光線
α1 一対の境界面のなす角
β 光線と裏面部とのなす角
Ｃ1，Ｃ2 対角線
Claims (10)
- 光を投射する単一の点光源と、
この点光源からの光を導入するための入射端面部と、この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部と、この出射面部の反対側に位置する裏面部とを有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する棒状の導光部材と、
この導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う光反射シートと
を具え、前記導光部材の前記裏面部には、前記光反射シートに向けて光を集光状態で出射させるための複数の順方向の凸部がランダムに形成され、これら順方向の凸部は、前記導光部材の前記裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が前記導光部材の前記入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、かつ前記一辺がこの三角形の当該一辺を含まない頂点よりも前記導光部材の前記入射端面部側に位置していることを特徴とする線状光投射装置。 - 前記出射面部には、この出射面部から出射する光を所定の方向に偏向させるための光偏向手段が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の線状光投射装置。
- 前記裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が前記入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、この三角形の前記一辺を含まない頂点が前記一辺よりも前記入射端面部側に位置する複数の逆方向の凸部を前記裏面部にランダムに形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の線状光投射装置。
- 光を投射する単一の点光源と、
この点光源からの光を導入するための入射端面部と、この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部と、この出射面部の反対側に位置する裏面部とを有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する棒状の導光部材と、
この導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う光反射シートと
を具え、前記導光部材の出射面部には、集光性と方向制御性とを有し、前記裏面部にて反射した光を当該出射面部から出射させるための複数の順方向の凸部がランダムに形成され、これら順方向の凸部は、前記出射面部に対して垂直に投影した輪郭形状が前記導光部材の前記入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、かつ前記一辺がこの三角形の当該一辺を含まない頂点よりも前記入射端面部側に位置していることを特徴とする線状光投射装置。 - 前記出射面部に対して垂直に投影した輪郭形状が前記入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、この三角形の前記一辺を含まない頂点が前記一辺よりも前記入射端面部側に位置する複数の逆方向の凸部を前記出射面部にランダムに形成したことを特徴とする請求項４に記載の線状光投射装置。
- 光を投射する単一の点光源と、
この点光源からの光を導入するための入射端面部と、この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部と、この出射面部の反対側に位置する裏面部とを有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する棒状をなす第１の導光部材と、
この第１の導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う第１の光反射シートと、
前記第１の導光部材の前記出射面部に接続して光を導入するための入射端面部と、この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部と、この出射面部の反対側に位置する裏面部とを有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する板状をなす第２の導光部材と、
この第２の導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う第２の光反射シートと
を具え、前記第１の導光部材の前記裏面部には、前記光反射シートに向けて光を集光状態で出射させるための複数の順方向の凸部がランダムに形成され、これら順方向の凸部は、前記第１の導光部材の前記裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が前記第１の導光部材の前記入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、かつ前記一辺がこの三角形の当該一辺を含まない頂点よりも前記第１の導光部材の前記入射端面部側に位置していることを特徴とする平面照明装置。 - 前記第１の導光部材の前記出射面部には、この出射面部から出射する光を所定の方向に偏向させるための光偏向手段が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の平面照明装置。
- 前記第１の導光部材の前記裏面部に対して垂直に投影した輪郭形状が前記第１の導光部材の前記入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、この三角形の前記一辺を含まない頂点が前記一辺よりも前記第１の導光部材の前記入射端面部側に位置する複数の逆方向の凸部を前記第１の導光部材の前記裏面部にランダムに形成したことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の平面照明装置。
- 光を投射する単一の点光源と、
この点光源からの光を導入するための入射端面部と、この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部と、この出射面部の反対側に位置する裏面部とを有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する棒状をなす第１の導光部材と、
この第１の導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う第１の光反射シートと、
前記第１の導光部材の前記出射面部に接続して光を導入するための入射端面部と、この入射端面部から入射した光を出射させるための出射面部と、この出射面部の反対側に位置する裏面部とを有し、前記入射端面部が前記出射面部および前記裏面部の一端側に位置する板状をなす第２の導光部材と、
この第２の導光部材の前記入射端面部および前記出射面部以外の部分を覆う第２の光反射シートと
を具え、前記第１の導光部材の前記出射面部には、集光性と方向制御性とを有し、前記第１の導光部材の前記裏面部にて反射した光を前記第１の導光部材の当該出射面部から出射させるための複数の順方向の凸部がランダムに形成され、これら順方向の凸部は、前記第１の導光部材の前記出射面部に対して垂直に投影した輪郭形状が前記第１の導光部材の前記入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、かつ前記一辺がこの三角形の当該一辺を含まない頂点よりも前記第１の導光部材の前記入射端面部側に位置していることを特徴とする平面照明装置。 - 前記第１の導光部材の前記出射面部に対して垂直に投影した輪郭形状が前記第１の導光部材の前記入射端面部とほぼ平行な一辺を有する三角形をなし、この三角形の前記一辺を含まない頂点が前記一辺よりも前記第１の導光部材の前記入射端面部側に位置する複数の逆方向の凸部を前記第１の導光部材の前記出射面部にランダムに形成したことを特徴とする請求項９に記載の平面照明装置。
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