JP4085360B2

JP4085360B2 - 面状照明装置

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Publication number: JP4085360B2
Application number: JP2002046066A
Authority: JP
Inventors: 仁水谷; 信吾鈴木; 元二江川
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2022-02-22
Also published as: JP2003249111A

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の棒状導光体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（溝部１６Ａの接線方向。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（視野角度分布）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の中心は前記隅角に設定され、前記点状光源は前記光入射面に複数個、並列配置され、前記光入射面は所定の角度をもって連接される複数の平面からなり、各平面には点状光源がそれぞれ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または請求項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】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の形態の説明に先立って、参考例としての面状照明装置１Ｂ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２個の点状光源（以下、第１、第２点状光源という。）５ａ，５ｂ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が形成されている。光入射面２１における対角線２０を間にするようにした両側部分（以下、それぞれ光入射面一方側部分２１ａ、光入射面他方側部分２１ｂという。）に前記第１、第２点状光源５ａ，５ｂが対面して配置されている。第１、第２点状光源５ａ，５ｂの配置は、対角線２０からは所定長さ離れ、かつ対角線２０に直交する光入射面２１に対して並列したものになっている。
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には光反射パターン１５Ｂ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１０参照）全体において均一な照明を得られるようにしている。
【００１７】
光反射パターン１５Ｂは、光入射面２１（一隅１８）における対角線２０との交点（光入射面一方側部分２１ａ、光入射面他方側部分２１ｂに区画される境の部分。以下、光反射パターン中心部という。）５０を中心とする径を異にした複数条の円弧状の溝部１６Ｂと、隣接する溝部１６Ｂ間に形成される平坦部１７Ｂとから構成されている。板状導光体３には、第１、第２点状光源５ａ，５ｂで発せられた光が光入射面一方側部分２１ａ、光入射面他方側部分２１ｂのそれぞれから入光される。前記光反射パターン中心部５０は本発明の光反射パターンの中心を構成する。
【００１８】
溝部１６Ｂ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１６Ｂの点状光源５側の傾斜壁２５が平坦部１７Ｂとなす角度（便宜上、第１傾斜角と言う。）θ１は所定の大きさ（本参考例では５０°）とされ、溝部１６Ｂ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１７Ｂとなす角度（便宜上、第２傾斜角と言う。）θ２は所定の大きさ（本参考例では７０°）とされている。隣接する溝部１６Ｂ間の間隔Ｐは、一定の大きさ（本参考例では１００μｍ）に設定されている。
【００１９】
この面状照明装置１Ｂでは、第１、第２点状光源５ａ，５ｂ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内部で光反射パターン１５Ｂ等による反射、屈折を繰り返しながら放射方向に進行するが、その間、板状導光体３の下面７から出射される。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、対角線２０と直交する光入射面一方側部分２１ａ、光入射面他方側部分２１ｂ（光入射面２１）にそれぞれ対面させて第１、第２点状光源５ａ，５ｂを配置しており、第１、第２点状光源５ａ，５ｂは対角線２０と直交する方向に並列にかつ対角線２０から所定距離を空けて配置されている。そして、光反射パターン１５Ｂへの各点状光源からの光の入射は、光反射パターン１５Ｂのいずれの点においても９０°を挟んだ相異なる角度で行われる。この結果、光反射パターン１５Ｂの各点（図１では点６１で例示する。）では、第１、第２点状光源５ａ，５ｂからの光が相異なる２方向から入射することになる。
【００２１】
光反射パタ−ン１５Ｂに入射する角度に広がりを持てば、光反射パタ−ン１５Ｂ（溝部１６Ｂ）で反射し、板状導光体３の外部に出射する光の、溝部１６Ｂの接線方向における角度も広がる。このため、溝部１６Ｂの接線方向（Ａ方向）の輝度分布（視野角度分布）がなだらかなものになり、その分、視野範囲が拡大されることになる。
【００２２】
本参考例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、本参考例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。
【００２３】
すなわち、本参考例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１６Ｂに平行となる方向（Ａ方向）及び前記溝部１６Ｂ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、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。
【００２４】
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方向の視野範囲は狭いものになっている（図１３、図１４）が、本参考例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。
【００２５】
以下、本発明の第 1 実施の形態に係る面状照明装置（以下、便宜上、参考例と同等の符号１Ｂで示す。）を、図５に基づき、前記参考例（図１〜図４）を参照して説明する。前記参考例では、第１、第２点状光源５ａ，５ｂを同一平面である光入射面一方側部分２１ａ、光入射面他方側部分２１ｂ（光入射面２１）にそれぞれ対面して設けているが、この第 1 実施の形態に係る面状照明装置１Ｂは、図５に示すように構成されている。
すなわち、図５において、板状導光体３の一隅１８には２つの平面（以下、第１、第２光入射面という。）２１ｃ，２１ｄからなる光入射面２１Ｇが形成されている。第１、第２光入射面２１ｃ，２１ｄは、平面視、所定の角度αをもって連接されている。第１，第２光入射面２１ｃ，２１ｄは対角線２０を間にするようにして設けられ、第１、第２光入射面２１ｃ，２１ｄの連接部分に前記光反射パターン中心部５０が配置されるようになっている。
第１点状光源５ａは第１光入射面２１ｃに対面して配置され、また、第２点状光源５ｂは第２光入射面２１ｄに対面して配置されている。
【００２６】
対角線２０を間にするようにして第１，第２光入射面２１ｃ，２１ｄが設けられ、第１，第２光入射面２１ｃ，２１ｄに対面して第１、第２点状光源５ａ，５ｂが配置されているので、参考例（図１）で説明した作用により溝部１６Ｂの接線方向（Ａ方向）の輝度分布（視野角度分布）が拡大されるとともに、点状光源から出射する光の指向性を考慮して角度αを調整することにより、板状導光体３全面から出射する光の輝度分布を改善することができる。
【００２７】
この第１実施の形態では、光入射面２１を第１、第２光入射面２１ｃ，２１ｄから構成した場合を例にしたが、これに代えて、図６に示すように構成した面状照明装置１Ｂとしてもよい（第２実施の形態）。
図６において、板状導光体３の一隅１８には３つの平面（以下、第１、第２、第３光入射面という。）２１ｃ，２１ｄ，２１ｅからなる光入射面２１Ｈが形成されている。第１、第２，第３光入射面２１ｃ，２１ｄ，２１ｅは、平面視、所定の角度βをもって連接されている。第２光入射面２１ｄの中央部分に前記光反射パターン中心部５０が配置されるように構成されている。
第１、第２，第３光入射面２１ｃ，２１ｄ，２１ｅにそれぞれ対面するようにして第１、第２、第３点状光源５ａ，５ｂ，５ｃが配置されている。
【００２８】
なお、参考例（図１）において、第１、第２点状光源５ａ，５ｂに加えて第３点状光源５ｃを備え、光入射面２１に対面するようにして第１、第２、第３点状光源５ａ，５ｂ，５ｃを配置するように構成してもよい。
【００２９】
上記第１実施の形態（図５）では、板状導光体３の一隅１８に光入射面２１（又は２１Ｇ）を形成し、当該光入射面２１（又は２１Ｇ）に第１、第２点状光源５ａ，５ｂ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を形成し、当該光入射面に複数の点状光源を近接もしくは接触配置するように構成してもよい。また、第２実施の形態（図６）では、板状導光体３の一隅１８に光入射面２１Ｈを形成し、当該光入射面２１に第１、第２、第３点状光源５ａ，５ｂ，５ｃ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を形成し、当該光入射面に複数の点状光源を近接もしくは接触配置するように構成してもよい。
【００３０】
上記各実施の形態では、溝部１６Ｂ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に示すように曲面によって構成してもよい。また、隣接する溝部間の間隔も板状導光体全域のわたって一定である必要はなく、不規則あるいは一定の割合で可変してもよい。
【００３１】
また、溝部１６Ｂは必ずしも円周方向に連続して形成されている必要はなく、円周方向にも離散する形態であってもよい。また、上記各実施の形態では、光反射パターン１５Ｂは、溝部１６Ｂと平坦部１７Ｂ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１６ｃを点状光源５を中心として円弧状に形成し、溝部１６ｃ，１６ｃ間に平坦部を形成せずに点状光源（第１、第２点状光源５ａ，５ｂ等）から離れる方向に溝部１６ｃを連続的に設けて構成される光反射パターン１５Ｃを用いるようにしてもよい。
【００３２】
上記各実施の形態では、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。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１から請求項４に記載の発明によれば、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の中心は前記隅角に設定され、前記点状光源は前記光入射面に複数個、並列配置されるので、光反射パターンの所定の部分への前記点状光源からの光の入射は、種々の方向から行なわれる。このため、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。
さらに、光入射面は所定の角度をもって連接される複数の平面からなり、各平面には点状光源がそれぞれ配置されるので、点状光源から出射する光の指向性を考慮して前記所定の角度を調整することにより、板状導光体全面から出射する光の輝度分布を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例としての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６】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７】図１の溝部に代る断面略矩形の溝部を示す断面図である。
【図８】図１の溝部に代る断面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反射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】点状光源（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】輝度計測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
５ａ，５ｂ第１，第２点状光源
１５Ｂ光反射パターン
１８一隅（隅角）
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
５０光反射パターン中心部（光反射パターンの中心）

Claims

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の中心は前記隅角に設定され、前記点状光源は前記光入射面に複数個、並列配置され、前記光入射面は所定の角度をもって連接される複数の平面からなり、各平面には点状光源がそれぞれ配置されることを特徴とする面状照明装置。
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。
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。
請求項２または請求項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。