JP4085359B2 - 面状照明装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、看板や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係り、特に液晶表示装置に用いられる面状照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低消費電力で作動する液晶表示装置は、薄型、軽量等の特長を有するので、パーソナルコンピュータ（パソコン）や携帯電話等の電気機器に多用され、需要も増大している。
【０００３】
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、太陽光や屋内照明からの光を十分に取り込めない場所で使用する場合には、液晶表示装置とは別個に液晶に光を当てる照明手段が必要となる。
また、前記パソコン（特にノートパソコン）や携帯電話においては薄型化、省電力化が望まれており、その要望に応えるものの一例としてサイドライト方式の面状照明装置がある。このようなサイドライト方式の面状照明装置の一例として図１０に示すもの（特開２０００−１１７２３公報）がある。
【０００４】
図１０において、面状照明装置１は、反射型液晶素子２の前面（図中上面）Ｆを覆うように配置される。
この面状照明装置１は、透光性材料からなる略四角形状の板状導光体（ガイドプレート）３と、透光性材料からなる断面矩形の棒状導光体（ガイドロッド）４と、発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる点状光源５，５とを備えて構成されている。板状導光体３は、その一面側（図中上面。以下、上面という。）６が観察面とされ、他面側（以下、下面という。）７が反射型液晶素子２に対面して配置される。
【０００５】
前記棒状導光体４は、その一側面８を板状導光体３の一側端面９に近接もしくは接触させて配設され、点状光源５，５のそれぞれは棒状導光体４の両端面１０，１０に別個に配置されされている。棒状導光体４における前記一側面８と反対側の側面（他側面）１１には、点状光源５，５からの光を板状導光体３の一側端面９に入射させる光路変換手段１２が形成されている。光路変換手段１２は、断面形状がほぼ三角形の多数の溝部１３と、隣接する溝部１３，１３間に形成された平坦部１４とで構成されている。
【０００６】
板状導光体３は、上面６に棒状導光体４からの光を下面７に向けて反射する光反射パターン１５を形成している。光反射パターン１５は、断面形状が略三角形で板状導光体３の一側端面９と平行に延びる多数条の溝部１６と、隣接する溝部１６，１６間に形成された平坦部１７とで構成されている。
【０００７】
このような面状照明装置１において、点状光源５，５からの光は、棒状導光体４内に入射し、その棒状導光体４の他側面１１に形成された光路変換手段１２により光路変換されて、板状導光体３の一側端面９から板状導光体３内部に入射する。
【０００８】
入射した光は、板状導光体３内部で光反射パターン１５等による反射、屈折を繰り返しながら板状導光体３の一側端面９と反対側の側端面へ向かって進行するが、その間、板状導光体３の下面７から出射する。これにより、板状導光体３の下面７に近接して配置された反射型液晶素子２が照明され、反射型液晶素子２による発光（間接発光）表示が行われる。
【０００９】
ところで、上述した面状照明装置１では、点状光源５，５からの光が棒状導光体４によって消費され、その分、板状導光体３を照明する光量が減少することになる。この対策を施したものとして、特開２００１−３５２２２公報に示す面状照明装置がある。
【００１０】
この公報に示す面状照明装置１は、図１１に示すように、板状導光体３の一隅（隅角）１８に、当該一隅１８と反対側の隅部（隅角）１９とを結ぶ線（以下、対角線という。）２０と直交するように光入射面２１を形成し、この光入射面２１に１個の発光ダイオードからなる点状光源５を近接もしくは接触させ、板状導光体３の一面側（上面）に形成される光反射パターン１５Ａを、点状光源５の発光点を中心とする円弧状でかつ径を異にした複数条の溝部１６Ａと、隣接する溝部１６Ａ，１６Ａ間に形成された平坦部１７Ａとで構成し、図１０に示す装置で用いた棒状導光体４を廃止している。そして、点状光源５からの光を板状導光体３に直接入射するようにしている。この装置では、棒状導光体４が廃止された分、光量の減少防止を図ることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した図１１に示す装置は、見る方向によっては視野範囲が狭くなってしまい改善が求められているというのが実情である。すなわち、図１２及び図１３に示すように、板状導光体３の上方に輝度計７０を配置し、溝部１６Ａに平行となる方向（以下、Ａ方向という。）及び溝部１６Ａと直交する方向（以下、Ｂ方向という。）での輝度分布を測定すると、その輝度分布は、それぞれ図１４及び図１５に示すようになり、異なった特性を示す。そして、図１４に示すように、Ａ方向の輝度分布では、正面７１を基準（正面７１の放射角度φを０°）とした放射角度φをわずかに変えただけで輝度が大きく低下し、すなわち、正面７１から目視位置を変えていくと正面７１から外れると瞬時に暗くなってしまいＡ方向の視野範囲は狭いものになっている。これは、板状導光体３（光反射パタ−ン１５Ａ）を平面視した場合、点状光源から板状導光体３に入射した光が光反射パタ−ン１５Ａを構成する溝部１６Ａに対して垂直に入射し、その結果、溝部１６Ａで反射して板状導光体３から外部に出射する光はＡ方向において偏向されることなく、正面７１方向に対して垂直に出射されるからである。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、視野範囲の拡大を図ることができる面状照明装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、透光性材料からなる略四辺形状の板状導光体と、該板状導光体の側面部又は隅角に形成した光入射面に近接もしくは接触配置される点状光源と、前記板状導光体の一面側に同心円状に形成された光反射パターンとを備えた面状照明装置において、前記光反射パターンは複数設けられ、該複数の光反射パターンの中心のうち少なくとも１つの中心は前記点状光源の発光点からずらして配置され、前記複数の光反射パターンの中心のうち少なくとも２つの中心は、前記点状光源の発光点を含んで前記光入射面と直交して延びる線分に対して対称となるように配置されることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記光反射パターンは、前記中心の回りに円弧状に形成される径の異なる複数条の溝部と隣接する溝部間に形成される平坦部とからなることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記光反射パターンは、前記中心の回りに円弧状に形成される径の異なる複数条の溝部を点状光源から離れる方向に連続的に形成して構成されることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項２又は３に記載の構成において、前記溝部は断面形状が略三角形をなすことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施の形態を図１ないし図４に基づいて説明する。
図１及び図２において、面状照明装置１Ｂは、反射型液晶素子２（図１０参照）の前面（表示面）Ｆ（図１０参照）を覆うように配置されるものである。
【００１６】
この面状照明装置１Ｂは、透光性材料からなる平面視略四角形状の平板状の板状導光体（ガイドプレート）３と、この板状導光体３に近接して配置される発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる点状光源５とを備えている。
板状導光体３の一隅（隅角）１８には、当該一隅１８と反対側の隅部（隅角）１９とを結ぶ線（対角線）２０と直交するように光入射面２１が形成されており、点状光源５はこの光入射面２１に対面して配置されている。
板状導光体３の一面側（図１紙面手前側、以下、上面という。）６には複数組（本実施の形態では２組）の光反射パターン（以下、便宜上、第１、第２光反射パターンという。）５１Ａ，５１Ｂが形成されており、後述するように反射型液晶素子２の前面Ｆ（図１３参照）全体において均一な照明を得られるようにしている。
【００１７】
第１光反射パターン５１Ａは、点状光源５の発光点から外れた部分を中心（以下、第１中心という。）５２Ａとする径を異にした複数条の円弧状の溝部５３Ａと、隣接する溝部５３Ａ間に形成される平坦部５４Ａとから構成されている。第２光反射パターン５１Ｂは、点状光源５の発光点から外れた部分を中心（以下、第２中心という。）５２Ｂとする径を異にした複数条の円弧状の溝部５３Ｂと、隣接する溝部５３Ｂ間に形成される平坦部５４Ｂとから構成されている。第１中心５２Ａ及び第２中心５２Ｂは、前記光入射面２１に沿うようにして点状光源５の発光点５５から所定長さ外れた部分に配置されており、その配置位置が対角線２０〔発光点５５を含んで光入射面２１と直交して延びる線分に相当する〕に対して対称となっている。
第１中心５２Ａ及び第２中心５２Ｂが本発明の光反射パターンの中心をなしている。
【００１８】
溝部５３Ａ及び溝部５３Ｂは対角線２０を含むその近傍部分で部分的に重なる（交差する）ようになっている。また、平坦部５４Ａ及び平坦部５４Ｂは、第１、第２光反射パターン５１Ａ，５１Ｂに対して部分的に共通して用いられるものになっている。
溝部５３Ａは、図２に示すように断面形状が三角形をなしている。溝部５３Ａの点状光源５側の傾斜壁２５が平坦部５４Ａとなす角度（便宜上、第１傾斜角と言う。）θ１は所定の大きさ（本実施の形態では５０°）とされ、溝部５３Ａの点状光源５側の傾斜壁２５と対向する傾斜壁２６が平坦部５４Ａとなす角度（便宜上、第２傾斜角と言う。）θ２は所定の大きさ（本実施の形態では７０°）とされている。隣接する溝部５３Ａ間の間隔Ｐは、一定の大きさ（本実施の形態では１００μｍ）に設定されている。
溝部５３Ｂについても溝部５３Ａと同様（図示省略）に構成されている。
【００１９】
この面状照明装置１Ｂでは、点状光源５からの光が板状導光体３に直接入射される。板状導光体３に入射した光は、板状導光体３内部で第１，第２光反射パターン５１Ａ，５１Ｂ等による反射、屈折を繰り返しながら対角線２０を含む放射方向に進行するが、その間、板状導光体３の下面７から出射する。これにより、板状導光体３の下面７に近接して配置された反射型液晶素子２（図１０参照）が照明され、反射型液晶素子２による発光（間接発光）表示が行われる。
この装置では、図１０の装置で用いられた棒状導光体４が廃止され、その分、光量の減少防止を図ることができる。
【００２０】
また、第１反射パターン５１Ａの溝部５３Ａ及び第２光反射パターン５１Ｂの溝部５３Ｂについては対角線２０を含むその近傍部分で重なるように配置され、第１中心５２Ａ及び第２中心５２Ｂは、前記光入射面２１に沿うようにして点状光源５の発光点５５から反対方向にずらして配置されている。このため、板状導光体を面方向に見た場合、板状導光体３内を進行する光が常に一定の角度（９０°）で光反射パタ−ンを構成する溝部に入射することはなくなり、前述の構成の場合には隣接する溝部５３Ａ、５３Ｂ毎に入射する角度が交互に変わることから、板状導光体３から出射する光の角度の偏りが抑制され、ひいては視野範囲の拡大を図ることができる。
【００２１】
本実施の形態によって視野範囲が拡大されることを検証するために、上記図１３に示すのと同様にして、輝度計７０を用いて輝度を測定した。この結果、図３及び図４に示すような測定データが得られ、本実施の形態によって視野範囲の拡大が図れることを確認することができた。
【００２２】
すなわち、本実施の形態に係る面状照明装置１Ｂの板状導光体３の上方に輝度計７０（図１３参照）を配置し、溝部５３Ａ及び溝部５３Ｂの中間の線分(溝部５３Ａ及び溝部５３Ｂを近似するように，発光点５５を中心にした円弧状の線分)Ｊに平行となる方向（Ａ方向）及び前記線分と直交する方向（Ｂ方向）での輝度分布を測定すると、その輝度分布は、それぞれ図３及び図４に示すようになる。
そして、図３に示すようにＡ方向の輝度分布では、正面７１を基準とした放射角度φを変えても放射角度φの０度付近（正面７１近傍）では輝度が大きく低下することがない。また、図４に示すようにＢ方向の輝度分布では、正面７１を基準とした放射角度φを変えても放射角度φの０度付近では輝度が大きく低下することがない。このため、Ａ方向及びＢ方向について広い視野範囲を確保することができる。
【００２３】
上述した従来技術では正面７１から目視位置を変えていくと正面７１から外れると瞬時に暗くなってしまいＡ方向（図１３）の視野範囲は狭いものになっている（図１４）が、この本実施の形態に係る面状照明装置では、前記従来技術が有する問題点を招くことがなく、上述したように視野範囲の拡大を図ることができる。
【００２４】
上記実施の形態では、板状導光体３の上面６に第１、第２光反射パターン５１Ａ，５１Ｂを形成した場合を例にしたが、図５に示すように、さらに、第３光反射パターン５１Ｃを形成するようにしてもよい（第２実施の形態）。この場合、第３光反射パターン５１Ｃも、第１、第２光反射パターン５１Ａ，５１Ｂと同様に構成され、複数条の円弧状の溝部５３Ｃと、隣接する溝部５３Ｃ間に形成される平坦部５４Ｃとから構成されている。なお、溝部５３Ｃの中心（第３中心）５２Ｃは点状光源５の発光点５５と一致したものになっている。
【００２５】
上記第１、第２実施の形態では、板状導光体３の一隅１８に光入射面２１を形成し、当該光入射面２１に点状光源５を近接もしくは接触配置した場合を例にしたが、さらに他の隅部に光入射面２１を形成し、当該光入射面２１に点状光源５を近接もしくは接触配置するように構成してもよい。
上記第１、第２実施の形態では、板状導光体３の一隅１８に光入射面２１を形成し、当該光入射面２１に点状光源５を近接もしくは接触配置した場合を例にしたが、これに代えて、図６に示すように板状導光体３の一側端面（側面部）９に点状光源５を近接もしくは接触して配置するようにしてもよい（第３実施の形態）。この場合、第１光反射パターン５１Ａの第１中心５２Ａ及び第２光反射パターン５１Ｂの第２中心５２Ｂは、点状光源５の発光点５５を含んで光入射面２１と直交して延びる線分７３に対して対称となっている。
【００２６】
上記実施の形態では、溝部５３Ａ（５３Ｂ，５３Ｃ）の断面形状を略三角形に構成した場合を例にしたが、これに限らず、光線の出射量が板状導光体３の下面７側で略均一になるように適宜設定可能であり、例えば図７に示すように四角形でもよいし、またそれ以上の多角形にしてもよい。さらには、図８に示すように曲面あるいは曲面と平面の組み合わせによって構成してもよい。
【００２７】
また、光反射パターン５１Ａ（５１Ｂ，５１Ｃ）は、溝部５３Ａ（５３Ｂ，５３Ｃ）と平坦部５４Ａ（５４Ｂ，５４Ｃ）とで構成されるものとしたが、これに限らず、図９に示すように、断面三角形状で径寸法の異なる溝部５３Ｇを点状光源５を中心として円弧状に形成し、溝部５３Ｇ，５３Ｇ間に平坦部を形成せずに点状光源５から離れる方向に溝部５３Ｇを連続的に設けて構成される光反射パターン５１Ｇを用いるようにしてもよい。
【００２８】
上記実施の形態では、面状照明装置１Ｂを反射型液晶素子２の前面（表示面）Ｆ側に配置して用いる場合を例にしたが、これに代えて、液晶素子等の被照明体の背面側に配置して用いる（いわゆる透過型として用いる）ようにしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１から４に記載の発明によれば、光反射パターンは複数設けられ、該複数の光反射パターンの中心のうち少なくとも１つの中心は点状光源の発光点からずらして配置されており、複数の光反射パターンによる光の反射、屈折は種々の方向に行なわれるので、見る方向が異なることによる輝度分布の大きな偏りが抑制され、ひいては視野範囲の拡大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る面状照明装置を模式的に示す平面図である。
【図２】図１の光反射パターンを模式的に示す断面図である。
【図３】図１の板状導光体のＡ方向の放射角度―輝度特性を示す図である。
【図４】図１の板状導光体のＢ方向の放射角度―輝度特性を示す図である。
【図５】本発明の第２実施の形態に係る面状照明装置を模式的に示す平面図である。
【図６】本発明の第３実施の形態に係る面状照明装置を模式的に示す平面図である。
【図７】図１の溝部に代る略矩形の溝部を示す断面図である。
【図８】図１の溝部に代る略曲面状の溝部を示す断面図である。
【図９】断面形状が三角形の溝部を連続して構成される光パターンを示す断面図である。
【図１０】面状照明装置の従来の一例を示す分解斜視図である。
【図１１】発光ダイオードを板状導光体の隅部に近接配置した面状照明装置の一例を示す平面である。
【図１２】輝度分布のＡ方向及びＢ方向を示すための板状導光体の平面図である。
【図１３】輝度計７０を用いた測定を示すための斜視図である。
【図１４】図１１の板状導光体のＡ方向の放射角度―輝度特性を示す図である。
【図１５】図１１の板状導光体のＢ方向の放射角度―輝度特性を示す図である。
【符号の説明】
３ 板状導光体
５ 点状光源
２０ 対角線（点状光源の発光点を含んで光入射面と直交して延びる線分）
２１ 光入射面
５１Ａ，５１Ｂ 第１、第２光反射パターン
５２Ａ，５２Ｂ 第１、第２中心（光反射パターンの中心）
５３Ａ，５３Ｂ 溝部
５５ 点状光源の発光点

Claims (4)

1. 透光性材料からなる略四辺形状の板状導光体と、該板状導光体の側面部又は隅角に形成した光入射面に近接もしくは接触配置される点状光源と、前記板状導光体の一面側に同心円状に形成された光反射パターンとを備えた面状照明装置において、前記光反射パターンは複数設けられ、該複数の光反射パターンの中心のうち少なくとも１つの中心は前記点状光源の発光点からずらして配置され、前記複数の光反射パターンの中心のうち少なくとも２つの中心は、前記点状光源の発光点を含んで前記光入射面と直交して延びる線分に対して対称となるように配置されることを特徴とする面状照明装置。
2. 請求項１に記載の構成において、前記光反射パターンは、前記中心の回りに円弧状に形成される径の異なる複数条の溝部と隣接する溝部間に形成される平坦部とからなることを特徴とする面状照明装置。
3. 請求項１に記載の構成において、前記光反射パターンは、前記中心の回りに円弧状に形成される径の異なる複数条の溝部を点状光源から離れる方向に連続的に形成して構成されることを特徴とする面状照明装置。
4. 請求項２又は３に記載の構成において、前記溝部は断面形状が略三角形をなすことを特徴とする面状照明装置。

Images