JP4174687B2 - 照明装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、導光板を被照明物の前面に配してその被照明物を２次元的に面照明する照明装置及びこれを用いた表示機器に係り、特に、この導光板の光拡散性を中心とする照明機能、視認性、コントラスト、省エネルギー性などを著しく向上させた照明装置及びこれを用いた表示機器に関する。
背景技術
従来、液晶表示装置などの面状の照明を必要とする表示機器に対して種々の面照明機能を発揮する照明装置が使用されている。
例えば、液晶表示パネルなどの被照明体の背面に配置する照明装置が知られており、この照明装置の場合、通常、常時照明を点灯するようになっている。また、反射機能を有する液晶表示装置に搭載する照明装置が知られている。この照明装置の場合、液晶表示パネルの背面に反射板を配置し、外部光の照明により使用していた。さらに外部が明るい時は反射を、暗いときにはバックライト照明を使い分ける照明装置として、液晶表示パネルの背面に半透過反射板とともに配置する照明装置も知られている（これらは例えば、特開昭５７−０４９２７１号、特開昭５７−０５４９２６号、特開昭５８−０９５７８０号参照）。
しかしながら、従来の照明機能だけを有する照明装置は、光源を常時点灯させているため電力消費が大きく、例えば携帯用機器の照明としては長時間使用できないという問題があった。また従来の反射機能だけを有する照明装置を液晶表示装置等に搭載した場合、表示画面のコントラストが低く、外部が暗いところでは使用できないという問題があった。さらに半透過反射板とともに用いる照明装置の場合、反射で用いたときもバックライト照明で用いたときも表示が暗いという問題を必然的に有しており、中途半端な技術のため、なかなか普及していないのが実態である。
このような状況の中で、近年、液晶表示装置などの表示機器の前面に配置する照明装置が例えば特開平６−３２４３３１号で提案されている。この提案による照明装置は薄型の液晶表示装置に組み込まれたもので、照明の点灯時および非点灯時共に高いコントラストを確保することを目的としている。具体的には、薄型の照明装置を液晶表示体の上面（前面）に配置し、液晶表示体の背面には反射板を設置する。照明装置は、導光板と、この導光板の端面またはその近傍に配置された光源とを有する。導光板の出光側面には、この面に略平行な面と略垂直な面とからなる凹凸形状が形成されている。凹凸形状は、例えば、複数個のリブ、または、円柱状もしくは角柱状の突起により形成されている。
しかしながら、この公報提案にかかる前面配置型の照明装置は、光源として棒状または線状の光源に適した構成になっている。このような光源としては、一般的には発光効率の高い蛍光管が使用されるが、蛍光管は一定以上の電力を必要とし、消費電力をそれ以下に下げられないという問題を有していた。また、ＬＥＤ、電球といった点光源を用いた場合、リブ状や角柱状の突起と出力光面とが形成する根元部の交線が直線であるため、規則的な反射に因る照明品質劣化が起こりやすいという問題があった。さらに点光源の場合、突起体のパターンの一次元的な分布制御では輝度ムラを解消できないという問題を有していた。
また、かかる前面配置型の照明装置は、導光板の外傷に弱く、傷の部分から光束が乱反射しながら出光してしまい、点灯時に液晶表示体などの被照明体のコントラストが低下するという問題点を有していた。
また、かかる前面配置型の照明装置は、光源を導光板の端面に配置するため、導光板の端部に光源を観察者から遮蔽できるだけの空間を必要とし、液晶表示体などの照明として使用するとき、表示部分の周囲に枠が必要となって空間的に無駄があり、デザイン的にも制約が大きかった。
本発明は、１つの側面として、以上のような従来の照明装置が有する種々の問題点を解決するためになされたものである。
本発明は、点光源を使用して消費電力が低く、品質の高い照明装置およびこれを用いた液晶表示装置などの表示機器を提供することを目的としている。
また、本発明は、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用することで消費電力が低く、品質の高い照明装置およびこれを用いた液晶表示装置などの表示機器を提供することを別の目的としている。
さらに、本発明は、反射機能を低下させることなく照明できる照明装置およびこれを用いた掲示板装置、液晶表示装置などの表示機器、ならびにその液晶表示装置を用いた電子機器、移動電話などの機器を提供することを別の目的としている。
さらに、本発明は、安価、簡便な手段により照明機能の劣化の少ない照明装置および表示品質の劣化の少ない液晶表示装置などの表示機器を提供することを別の目的とする。
さらに、本発明は、導光板端部から離れた位置にある光源から導光板内部に有効に光線を導くことができ、省スペースであり、デザイン的にも優れた照明装置、液晶表示装置などの表示機器、その液晶表示装置を用いた電子機器、移動電話などの機器を提供することを別の目的としている。
さらに、照明装置を搭載した表示機器という観点から、この表示機器に関する従来の反射型液晶表示装置に鑑みて、観察者に煩わしい輝線の発生を防止し、輝度ムラを解消し、省消費電力タイプで、さらに、品質の高い照明機能を具備する液晶表示装置、携帯電話機器、時計、カメラ、データターミナル機器等の各種電子機器を提供する事を目的とする。
さらに、従来、照明機能を有する掲示板装置は、透明ガラスで前面を覆った筐体を備え、掲示物の前方縁部に光源を配置して掲示物を照明する構造であった。また、光源の前方は筐体を兼ねた遮光部によって、見る人が光源を直視しない構造になっていた。
しかしながら、従来の掲示板装置は掲示物全体を照明するために充分な厚みを必要とし、また光源の近傍と離れたところで、照度差が大きいという問題を有していた。
本発明はまた、表示機器に関する別の側面として、この様な問題点を解決するもので、薄型で照度均一性の高い掲示板装置を提供することを目的とする。
発明の開示
前記課題を解決するために、本発明の照明装置は、被照明物の前面に配置され、屈折率が１．４以上の透明材料からなる平板状の導光板と、該導光板の端面に対向して配置した光源とを有する照明装置であって、前記導光板は、前記被照明物に対向する出光面と、該出光面とは反対側の反出光面とを有し、前記導光板の反出光面は、前記出光面と平行な平面で構成されており、該平面内に夫々離間して設けられた複数の点状の光取り出し構造体が設けられており、前記各点状の光取り出し構造体は、前記反出光面の平面に対して３０度以下の傾斜面を有し、前記導光板の反出光面において、前記平面で構成された領域の面積は、前記複数の点状の光取り出し構造体が設けられた領域の面積よりも大きいことを特徴とする。
本発明の照明装置において、前記光取り出し構造体は、５μｍ以上３００μｍ以下の大きさを有することは好ましい。
本発明の照明装置において、前記導光板の端部に光吸収部材を配置したことは好ましい。
本発明の照明装置において、前記光源は点状光源であることは好ましい。
本発明の照明装置において、前記光取り出し構造体を前記点状光源の近傍では相対的に疎に分布させるとともに前記点状光源から離れるに従って連続的に密に分布させたことは好ましい。
本発明の照明装置において、前記導光板の前記被照明物に対向する出光面に、前記光取り出し構造体として柱状突起を設けたことは好ましい。
本発明の照明装置において、前記導光板の前記被照明物に対向する出光面に、前記光取り出し構造体として異形柱状突起を設けたことは好ましい。
本発明の照明装置において、前記導光板の前記被照明物に対向する出光面とは反対側の反出光面に、前記光取り出し構造体として凹形状体を設けたことは好ましい。
本発明の照明装置において、前記凹形状体が概ね円錐面形状であることは好ましい。
本発明の照明装置において、前記凹形状体が概ね頂角１３０度の円錐面形状体であることは好ましい。
本発明の照明装置において、前記導光板の前記被照明物に対向する出光面とは反対側の反出光面に、前記光取り出し構造体として凸形状体を設けたことは好ましい。
本発明の照明装置において、前記凸形状体が概ね円錐面形状体であることは好ましい。
本発明の照明装置において、前記凸形状体が概ね頂角１３０度の円錐面形状体であることは好ましい。
本発明の照明装置において、前記点状光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたことは好ましい。
本発明の照明装置において、前記点状光源として電球を用いたことは好ましい。
本発明の照明装置において、前記導光板の前記被照明物に対向する出光面とは反対側の反出光面に対向してシート状の透明部材を配設したことは好ましい。
本発明の照明装置において、前記被照明物として液晶表示体を用いることは好ましい。
【図面の簡単な説明】
図１Ａおよび図１Ｂは本発明の第１の実施例を示す概略断面図および斜視図、図２Ａおよび図２Ｂは従来技術の一課題の説明図、図３は第１の実施例に対する１つの変形例の概略断面図、図４は第１の実施例に対する別の変形例の概略断面図、図５は第１の実施例に対する別の変形例の概略断面図、図６は第１の実施例に対する別の変形例の概略断面図、図７は第１の実施例に対する別の変形例の概略断面図、図８は本発明の第２の実施例を示す平面図、図９Ａおよび図９Ｂは第２の実施例に対する変形例の概略断面図、図１０は本発明の第３の実施例を示す概略断面図、図１１は別の変形例を示す説明図、図１２Ａおよび図１２Ｂは別の変形例を示す概略平面図、図１３はさらに別の変形例を示す説明図、図１４Ａおよび図１４Ｂは本発明の第４の実施例を示す概略断面図および斜視図、図１５は光取り出し構造体としての凸形状の詳細説明図、図１６Ａ乃至１６Ｄは他の凸形状の説明図、図１７は他の凸形状の説明図、図１８は第４の実施例に対する別の変形例の概略平面図、図１９は第４の実施例に対する別の変形例の概略断面図、図２０は第４の実施例に対する別の変形例の概略断面図、図２１は第４の実施例に対する別の変形例の概略断面図、図２２は第４の実施例に対する別の変形例の概略断面図、図２３Ａおよび図２３Ｂは本発明の第５の実施例を示す概略断面図および斜視図、図２４は光取り出し構造体としての凹形状の詳細説明図、図２５Ａ乃至２５Ｄは他の凹形状の説明図、図２６はほかの凹形状の説明図、図２７は本発明の第６の実施例を示す概略断面図、図２８は１つの応用例を示す機器の概略斜視図、図２９Ａおよび図２９Ｂは本発明の第７の実施例を示す概略断面図、図３０Ａおよび図３０Ｂは本発明の第７の実施例を示す概略断面図および斜視図、図３１は第７の実施例に対する変形例の概略断面図、図３０Ａおよび図３０Ｂは本発明の第７の実施例に対する変形例の概略断面図、図３３Ａおよび図３３Ｂは本発明の第８の実施例を示す概略斜視図、図３４Ａは第８の実施例に対する変形例の概略斜視図、図３４Ｂおよび図３４Ｃは第８の実施例に対する変形例の説明図、図３５は本発明の第９の実施例を示す概略断面図、図３６は第９の実施例に対する変形例の概略断面図、図３７Ａおよび図３７Ｂは本発明の第１０の実施例を示す概略断面図および斜視図、図３８は第１０の実施例に対する１つの変形例の概略断面図、図３９は第１０の実施例に対する別の変形例の概略断面図、図４０は第１０の実施例に対する別の変形例の概略断面図、図４１は第１０の実施例に対する別の変形例の概略平面図、図４２Ａおよび図４２Ｂは第１０の実施例に対する別の変形例の概略断面図および斜視図、図４３は第１０の実施例に対する変形例を示す部分的な概略断面図、図４４は第１０の実施例に対する変形例を示す部分的な概略断面図、図４５は第１０の実施例に対する別の変形例の概略断面図、図４６は第１０の実施例に対する別の変形例の概略断面図、図４７は本発明の第１１の実施例を示す概略断面図、図４８は第１１の実施例の応用例を示す斜視図、図４９は第１１の実施例の応用例の別の１つを示す斜視図、図５０は第１１の実施例の応用例の別の１つを示す斜視図、図５１は第１１の実施例の応用例の別の１つを示す斜視図、図５２Ａおよび図５２Ｂは本発明の第１２の実施例を示す概略断面図および斜視図、図５３は第１２の実施例に対する変形例の概略平面図、図５４は第１２の実施例に対する別の変形例の概略断面図、図５５は本発明の第１３の実施例を示す概略断面図、図５６は第１３の実施例に対する変形例の概略断面図、図５７Ａおよび図５７Ｂは本発明の第１４の実施例を示す概略断面図および斜視図、図５８Ａおよび図５８Ｂは本発明の第１５の実施例を示す概略断面図および斜視図、図５９は本発明の第１６の実施例に係る概略断面図、図６０は第１６の実施例に対する変形例を示す概略断面図、図６１Ａおよび６１Ｂは本発明の第１７の実施例を示す概略断面図および斜視図、図６２は従来の反射型液晶表示装置の概略を示す断面図、図６３は本発明に使用される偏光分離板の機能説明のための断面図、図６４は本発明に使用されるもう１つの偏光分離板の機能説明のための断面図、図６５は本発明に使用される偏光分離板を用いた反射型液晶表示装置の概略を示す断面図、図６６は従来の半透過型液晶表示装置の概略を示す断面図、図６７は本発明の第１８の実施例を説明する概略断面図、図６８は本発明の第１９の実施例を説明する概略断面図、図６９は本発明の第２０の実施例を説明する概略断面図、図７０は本発明の第２１の実施例を説明する概略平面図、図７１は本発明の第２２の実施例を説明する概略断面図、図７２は本発明の第２３の実施例を説明する概略平面図、図７３Ａおよび図７３Ｂは第２３の実施例の変形例の概略断面図、図７４は第２３の実施例の変形例の概略断面図、図７５は本発明の第２４の実施例を説明する概略断面図、図７６は本発明の第２５の実施例に係る表示機器の一例を示す斜視図、図７７は本発明の第２６の実施例に係る表示機器の別の一例を示す斜視図、図７８は本発明の第２７の実施例に係る表示機器の別の一例を示す斜視図、図７９は本発明の第２８の実施例に係る表示機器の別の一例を示す斜視図、図８０は本発明の第２９の実施例に係る表示機器の一例を示す斜視図、図８１Ａおよび図８１Ｂは本発明の第２９の実施例を示す概略断面図および斜視図、図８２は第２９の実施例の変形例に係る概略断面図、図８３は第２９の実施例の別の変形例に係る概略断面図、図８４は第２９の実施例の別の変形例に係る概略断面図、図８５は第２９の実施例の別の変形例に係る概略平面図、図８６は第２９の実施例の別の変形例に係る概略断面図、図８７は第２９の実施例を応用した表示機器の一例を示す斜視図、図８８は第２９の実施例を応用した表示機器の別の一例を示す斜視図、図８９は第２９の実施例を応用した表示機器の別の一例を示す斜視図、図９０は第２９の実施例を応用した表示機器の別の一例を示す斜視図、図９１Ａ乃至図９１Ｃは本発明を応用したハンディタイプの照明装置の斜視図、平面図、および側面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施例およびその変形例を図面を参照しながら説明する。
（第１の実施例）
本発明の第１の実施例を図面に基づいて説明する。図１Ａにおいて、導光板１１の端面には１個または複数の点光源２を配置する。導光板１１は図１Ｂに示すように透明板の片面に突起１２を設けており、突起１２の各面はすべて出光面１３に対して略平行な面（底面１４）と略垂直な面（側面１５）で構成される。導光板１１は概ね屈折率１．４以上の透明材料で形成される。点光源２からの光束は光線１９ａや光線１９ｂに示すように端面１６から入射したのち、導光板１１の中で全反射を繰り返し突起１２の側面１５からのみ射出するため、照明装置の背面からの出光が多く、被照明体６を効果的に照明することができる。
また、導光板１１を形成する透明材料はアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料またはそれらの複合体が用いられ、射出成形、熱硬化樹脂、光硬化樹脂、エッチング、透明樹脂またはガラス平板上にフィルムまたは樹脂層を接合する等の方法によって形成される。
点光源２としては発光ダイオード（ＬＥＤ）、電球等が用いられる。これらは、従来よく使用されていた蛍光管に比べ、昇圧装置等特別な機構を必要とせず、軽量コンパクトであり、また高周波、高電圧を用いないため安全性にも優れる。また電力制御が容易であり、低消費電力用途にも容易に対応できる。特にＬＥＤは寿命が半永久的であり、色については最近では赤、緑、青、それらの混色、白色も可能になっている。電球を用いた場合は寿命が短くなるが安価であり、交換も容易にできる可能性を持つ。
以上の構成により、本照明装置は被照明体６の前面に配置して、外光が充分にある明るいときには照明を消して被照明体６を観察し、外光が充分でない暗いときには照明を点灯して被照明体を観察できる、パートタイム照明を実現できる。
以上のような照明装置の被照明体６としては、紙等に印刷された印刷物、液晶表示体等のようなものが適している。
しかし、図２Ａに示すように導光板１１の出光面１３と突起１２の側面１５との交線部は製造上、微小な曲面を持つため、反出光面１７側（観察者側）にいくらかの反射光１９ｃが漏れ、観察者にとっては輝点として観察されることがわかっている。図２Ｂに示すように、突起１２がリブ状であり、この交線部が直線であると、点光源２と前記輝点と観察者は同一平面上に配置されることになり、観察者には導光板上の特定位置が輝点となって、観察者の目の移動に伴いその輝点も移動する。これらは被照明体６の視認性を低下させるものである。これに対して本実施例のように突起１２を例えば略円柱状にすると、輝点は導光板１１面内で移動することがないため、観察者は観察位置に関係なく、均一な視認性を得ることができる。
突起１２の大きさは、可視光の波長がおよそ３８０ｎｍから７００ｎｍ程度であることから、回折による影響が発生しないために５μｍ程度以上は必要であり、また、突起１２部が肉視で気にならない程度の大きさであるために概ね３００μｍ以下が望ましい。以上の内容に加え、製造上の利便性から突起の大きさはおよそ１０μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。また突起１２の高さと幅（略円柱であれば直径）の比は、導光板１１内での光線は平面方向の仰角が４５度以下であるため、１対１以下でよく、実際には２０度以下の光線が９０％以上を占めるため１対２程度まで充分な性能を発揮する。
１つの変形例を図３に説明する。図３において、導光板１１の反出光面１７側に凹形状１２ａを有する。凹形状１２ａは任意のサイズ、形状をもち、その凹形状１２ａに到達した光束を導光板１１平面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換する機能を有するが、中心角９０度以下の略球面にすることにより良好な特性を示すことがわかっている。
点光源２から導光板１１へ導かれた光束は導光板１１内で全反射を繰り返して導光していくが、導光板１１の反出光面１７には凹形状１２ａが設けられており、そこに到達した光束は導光板１１平面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換され、出光面１３より出光することができる。導光板１１の出光面１３側に、被照明体６を配置することにより、本構成は面状照明として機能する。また反出光面１７側の凹形状以外の面は出光面１３側と平行であるので、平板に交差する方向には光線を透過する垂直光線透過機能をも有する。
これらの凹形状１２ａは照明部の面積に対して、任意の面積比で設定することができる。しかし、凹形状１２ａの面積比を大きくとることにより、照明の効率を上げることができるが、垂直透過光線の割合を減少させ、視認性を低下させる。実際には５０％を超える面積比に設定することは現実的でなく、暗い時のパートタイム照明としては、１０％前後の面積比に設定するのが妥当である。また、前述の照明輝度の均一化のために密度を加減する際にも、１０％程度であれば、垂直透過部の面積比は８０〜９０％程度の幅であり、視認性について位置によるムラは感じられない。
凹形状１２ａの大きさは、可視光の波長がおよそ３８０ｎｍから７００ｎｍ程度であることから、回折による影響が発生しないために５μｍ程度以上は必要であり、また、凹形状１２ａ部が肉視で気にならない程度の大きさであるために概ね３００μｍ以下が望ましい。以上の内容に加え、製造上の利便性から凹形状の大きさはおよそ１０μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。
別の変形例を図４に示す。図４において、導光板１１の反出光面１７側に凸形状１２ｂを有する。凸形状１２ｂは任意のサイズ、形状をもち、その凸形状１２ｂに到達した光束を導光板１１平面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換する機能を有するが、頂角１２０度以下の略円錐面にすることにより良好な特性を示すことがわかっている。凸形状１２ｂの密度、大きさについては前述の凹形状の場合に準じる。
別の変形例を図５に示す。図５において、導光板１１の反出光面１７側に光拡散部材層１２ｃを有する。光拡散部材層１２ｃは任意のサイズ、形状をもち、その光拡散部材層１２ｃに到達した光束を導光板１１平面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換する機能を有する。すなわちこの光拡散部材層１２ｃは出光面１３側への光拡散機能と反出光面１７側への遮光性を持っている。遮光性を確保するためにさらに遮光層を設けることもできる。光拡散部材層１２ｃの密度、大きさについては前述の凹形状の場合に準じる。
別の変形例を図６に示す。図６において、以上に述べたような点状の光取り出し形状１２ｘ（光取り出し構造体）を導光板１１上において、点光源２の近傍では疎に、点光源２から離れるに従って密に分布させた例を示す。点光源２の近傍では導光板１１中の光束密度が高いが、光取り出し形状１２ｘにより光線が拡散して、点光源２から離れるに従って光束密度が下がるため、連続的に光取り出し形状１２ｘを密に配設している。これにより、より均一な照明が可能になっている。
別の変形例を図７に示す。図７において、導光板１１の反出光面１７側には透明板または透明シート８が配置される。導光板１１と透明板または透明シート８の間は密着しておらず、空気層が存在する。導光板１１表面はわずかでも傷があると、そこで内部を導光する光線が反射し、表面からは輝点や輝線として確認できる。これらは透過式の照明としては見苦しいばかりでなく、コントラストの低下等著しく視認性を低下させるものである。透明板または透明シート８は導光板１１に対して空気層を介しているため、光源２からの光束が入り込むことはなく、ここに傷が付いても、輝点、輝線がでることはない。またこの場合、傷の相対面積はわずかであるので、被照明体６に対する視認性についての影響もきわめて小さい。本導光板１１を前置面照明として使用するためには、この透明板または透明シート８の存在が必須である。透明板または透明シート８としてはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料が用いられる。また、本照明装置を組み込んだ電子機器においては、透明板または透明シート８を筐体のカバーガラスと兼用にすることもできる。
（第２の実施例）
本発明の第２の実施例を図面に基づいて説明する。図８において、導光板１１の少なくとも一つの端面には棒状光拡散体１８を配置し、さらに棒状光拡散体１８の軸方向に直交する端面には点光源２を配置する。棒状光拡散体１８は端面に配置する点光源２の光束を導光し、内部に練り込まれた拡散材や表面に配設された光拡散形状により棒状光拡散体１８の表面から均一に光束を分散させ、線状光源化する機能を持つ。棒状光拡散体１８の表面から射出した光は導光板１１の端面１６に導かれ導光板１１内に導光する。導光板１１の表面には前述のような光取り出し構造体が形成されているが、光拡散部形状が従来のリブ状や角柱状であっても、点光源が直接入射した場合のような特定位置の輝点は現れない。
棒状光拡散体１８は図９Ａのように透明樹脂の中に異なる屈折率を持つ透明体２２ａを練り込んだもの、図９Ｂのように透明樹脂の表面に印刷等により光拡散パターン２２ｂを形成したものが用いられる。
（第３の実施例）
本発明の第３の実施例を図面に基づいて説明する。ここでは、被照明体に液晶表示パネルを使用した例を図１０に示す。導光板１１は液晶表示パネル１０２の前面に配置される。液晶表示パネル１０２の背面には反射板１０３を配置し、反射型液晶表示装置を構成している。導光板１１は液晶表示パネル１０２側に光線を投射するとともに反射板１０３によって反射した光線をほとんど分散することなく、透過する機能を有する。これは外光が充分にあるときには光源２を消灯して使用し、この場合、導光板１１は単なる透明板として作用して視認性を落とさず、表示品質に影響を与えないことに有効である。また外光が充分でない暗い所では点灯して使用した場合、導光板１１は液晶表示パネル１０２を照明し、反射板１０３による反射光は導光板１１が前述の消灯時と同様に単なる透明板として機能してそのまま透過するため、高い視認性を保持するために有効である。
また照明装置を液晶表示パネルの背面に配置した透過型液晶表示装置は照明装置からの光線が液晶表示パネルを１回のみ透過して明部暗部のコントラストを発生しているのに対し、本発明のような照明装置を液晶表示パネルの前面に配置した反射型液晶表示装置は照明装置からの光線が１回液晶表示パネルを透過したのち反射板によって反射してもう１回透過するため、よりコントラストが高くなることにより高い視認性を得るために有効になっている。
以上説明したように、第１乃至第３の実施例およびその変形例によると、外光を利用する掲示物、表示体等に適した薄型面照明を提供することができる。
また携帯用電算機端末のような用途において、省電力のため明るいところでは照明を消して使用しても表示品質を落とさず、点灯時でもＬＥＤ、電球等を用いてより低消費電力でコントラストの高い液晶表示装置を提供することができる。
なお、本発明の照明装置に用いられる光源は、必ずしも上述した点光源に限定されない。例えば、光源としては図１１に示すように、短い蛍光管２３１を導光板１１の一方の光入射側端面に沿って配置させてもよい。ここで、短い蛍光管とは導光板の光入射側端面の長さよりも短いことを言う。この蛍光管の光変換効率は１０〜２０ｌｍ／Ｗ程度であり、ＬＥＤのそれが５ｌｍ／Ｗであるのに比べて効率が高く、また短く形成することで、より低電力で点灯が可能になる。
また本発明に適用可能な光取り出し構造体としての突起（突起形状）の形状も必ずしも上述したものに限定されない。これには例えば図１２Ａ、１２Ｂおよび図１３に示す異形柱状突起を代替的に形成してもよい。図１２Ａの場合、導光板１１に楕円柱状の突起２３２を２次元的に配列したもので、線状光源として用いた蛍光管２３３に対し、楕円の長径方向を導光方向（光源と突起の最短距離を結ぶ線）に垂直に配列することで、出光効率を上げることができる。また図１２Ｂの場合、導光板１１に楕円柱状の突起２３２を２次元的に配列したもので、点光源として用いたＬＥＤに対し、楕円の長径方向を導光方向（光源と突起の最短距離を結ぶ線）に垂直に配列することで、同様に出光効率を上げることができる。さらに図１３に示す構造は、丸三角（いわゆる、おむすび型）柱状の突起２３３を同様に導光板に２次元的に配列するものである。この場合、光源の数、方向に応じて、突起の半径の大きい弧が導光方向に垂直に向くように配列することが望ましく、これにより出光効率を上げることができる。
（第４の実施例）
本発明の第４の実施例を図面に基づいて説明する。図１４Ａにおいて、導光板１１の端面には光源２を配置する。導光板１１は図１４Ｂに示すように透明板の一方の面に凸形状１１Ａを設けており、凸形状１１Ａの各面はすべて導光板１１と平行な面に対して概ね３０度以下の面で構成される。導光板１１は概ね屈折率１．４以上の透明材料で形成されるが、例えば屈折率が１．４である場合、臨界角が４５度になり、端面１６から入射した光線はすべて導光板１１内を導光することができる。すなわち光源２からの光束は光線１９ａや光線１９ｂに示すように端面１６から入射すると導光板１１と平行な面に対して概ね４５度以下のベクトルをもち、導光板１１の中で全反射を繰り返す。そのうちに凸形状１１Ａに達すると凸形状１１Ａの各面で反射した光線が導光板１１と平行な面と概ね４５度を超える十分に大きい角度をなし、導光板１１から出光することができる。このことにより、照明装置の背面からの出光が多く、被照明体６を効果的に照明することができる。
図１５に示すように、凸形状１１Ａの各面は導光板１１と平行な面に対して概ね３０度以下の面で構成される。導光板１１内を進行する光線は導光板１１と平行な面に対して２０度以下の成分が多いので、導光板１１内を導光する光線の多くは凸形状１１Ａの各面に臨界角以上で到達し、その反射光は導光板１１のもう一方の面から出光できる。
図１６Ａに凸形状を円錐面にした例（凸形状１１Ａａ）、図１６Ｂに角錘面にした例（凸形状１１Ａｂ）、図１６Ｃに球面にした例（凸形状１１Ａｃ）、図１６Ｄに不定形面にした例（凸形状１１Ａｄ）を示す。以上のように導光板１１と平行な面に対して概ね３０度以下の面であれば自由な形状をとることができるが、図１６Ａに示すような円錐面やそれに準ずる形状が面の角度が一定にでき、また面方向の方向性がなくなるために有利である。
図１７に凸形状を概ね頂角１３０度の円錐面とした例を示す。導光板１１と平行な光線９１ａは円錐面で反射されると導光板１１の法線と４０度で交わり出光する。２０度の角度をなす光線９１ｂは円錐面と４５度で交わるため反射し、その反射光は導光板１１の法線と２０度で交わり出光できる。２０度を超える角度の光線９１ｃは円錐面より出光することになるが、その成分は全体からすれば少なく、頂角に概ね１３０度を選ぶことにより有効に照明光として利用できる。
導光板１１を形成する透明材料はアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料またはそれらの複合体が用いられ、射出成形、熱硬化樹脂、光硬化樹脂、エッチング、透明樹脂またはガラス平板上にフィルムまたは樹脂層を接合する等の方法によって形成される。光源２としては蛍光管、電球、発光ダイオード（ＬＥＤ）等が用いられる。蛍光管は低電力で高輝度が期待でき、白色光を容易に得ることができる特徴を持つ。ＬＥＤは寿命が半永久的であり、低電圧で駆動できるため回路が簡単で、発火、感電等に対する安全性も高い。色については最近では赤、緑、青の他にそれらの混色や白色も可能になっているため用途に応じて広く選択できる。電球を用いた場合は寿命が短いという欠点があるが、安価であり、交換も容易にできる可能性を持つ。
これらの凸形状１１Ａは照明部の面積に対して、任意の面積比で設定することができる。しかし、凸形状１１Ａの面積比を大きくとることにより、照明の効率を上げることができるが、垂直透過光線の割合を減少させ、視認性を低下させる。実際には５０％を超える面積比に設定することは現実的でなく、暗い時のパートタイム照明としては、１０％前後の面積比に設定するのが妥当である。また、前述の照明輝度の均一化のために密度を加減する際にも、１０％程度であれば、垂直透過部の面積比は８０〜９０％程度の幅であり、視認性について位置によるムラは感じられない。
凸形状１１Ａの大きさは、可視光の波長がおよそ３８０ｎｍから７００ｎｍ程度であることから、回折による影響が発生しないために５μｍ程度以上は必要であり、また、凸形状１１部が肉視で気にならない程度の大きさであるために概ね３００μｍ以下が望ましい。以上の内容に加え、製造上の利便性から凸形状１１の大きさはおよそ１０μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。
以上の構成により、本照明装置は被照明体６の前面に配置して、外光が充分にある明るいときには照明を消して被照明体６を観察し、外光が充分でない暗いときには照明を点灯して被照明体６を観察できる、パートタイム照明を実現できる。以上のような照明装置の被照明体６としては、紙等に印刷された印刷物、液晶表示体等のようなものが適している。
図１８に示す変形例において、以上に述べたような凸形状（図１８では円錐面形状の場合を示す）の密度を光源２の近傍では疎に、点光源２から離れるに従って密に分布させた例を示す。光源２の近傍では導光板１１中の光束密度が高いが、凸形状１１Ａにより光線が拡散して、光源２から離れるに従って光束密度が下がるため、連続的に凸形状１１Ａを密に配設している。これにより、より均一な照明が可能になっている。
図１９に示す別の変形例において、導光板１１の端面の内光源２の配置される面を除いた面に反射材４を配置した例を示す。導光板１１内を導光し、端面にまで達した光線を再び導光板１１内に戻す働きをする。これにより、効率の向上が図られる。反射部材４には白色や金属光沢面を持つシート、板等が用いられる。
図２０に示す変形例において、導光板１１の端面１６および光源２を覆うように、反射部材５を配置した例を示す。光源２からの光線を有効に端面１６に導くことができ、照度の向上、効率の向上に寄与する。
図２１に示す変形例において、導光板１１の照明範囲外となる周囲部に光吸収部材６Ａを配置した例を示す。例えば前述の反射部材と導光板との接合部分では、両面テープ、接着剤等が用いられることがあるが、このとき接着層内の微粒子、気泡などにより乱反射して目的外の光線が導光板から出光されることがある。光吸収部材６Ａは照明範囲外のこのような光線を吸収し、照明光を均一にする働きを持つ。
図２２に示す変形例において、導光板１１の観察者側には透明板または透明シート７が配置される。導光板１１と透明板または透明シートの間は密着しておらず、空気層が存在する導光板１１表面はわずかでも傷があると、そこで内部を導光する光線が反射し、表面からは輝点や輝線として確認できる。これらは透過式の照明としては見苦しいばかりでなく、コントラストの低下等著しく視認性を低下させるものである。透明板または透明シート７は導光板１１に対して空気層を介しているため、光源２からの光束が入り込むことはなく、ここに傷が付いても、輝点、輝線がでることはない。またこの場合、傷の相対面積はわずかであるので、被照明体６に対する視認性についての影響もきわめて小さい。本導光板１１を前置面照明として使用するためには、この透明板または透明シート７の存在が必須である。透明板または透明シート７としてはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料が用いられる。
（第５の実施例）
本発明の第５の実施例を図面に基づいて説明する。図２３Ａにおいて、導光板１１の端面には光源２を配置する。導光板１１は図２３Ｂに示すように透明板の一方の面に凹形状１１Ｂを設けており、凹形状１１Ｂの各面はすべて導光板１１と平行な面に対して概ね３０度以下の面で構成される。導光板１１は概ね屈折率１．４以上の透明材料で形成されるが、例えば屈折率が１．４である場合、臨界角が４５度になり、端面１６から入射した光線はすべて導光板１１内を導光することができる。すなわち光源２からの光束は光線１９ａや光線１９ｂに示すように端面１６から入射すると導光板１１と平行な面に対して概ね４５度以下のベクトルをもち、導光板１１の中で全反射を繰り返す。そのうちに凹形状１１Ｂに達すると凹形状１１Ｂの各面で反射した光線が導光板１１と平行な面と概ね４５度を超える十分に大きい角度をなし、導光板１１から出光することができる。このことにより、照明装置の背面からの出光が多く、被照明体６を効果的に照明することができる。
図２４に示すように、凹形状１１Ｂの各面は導光板１１と平行な面に対して既ね３０度以下の面で構成される。導光板１１内を進行する光線は導光板１１と平行な面に対して概ね２０度以下の成分が多いので、導光板１１内を導光する光線の多くは凹形状１１Ｂの各面に臨界角以上で到達し、その反射光は導光反１１のもう一方の面から出光できる。
図２５Ａに凹形状を円錐面にした例（凹形状１１Ｂａ）、図２５Ｂに角錘面にした例（凹形状１１Ｂｂ）、図２５Ｃに球面にした例（凹形状１１Ｂｃ）、図２５Ｄに不定形面にした例（凹形状１１Ｂｄ）を示す。以上のように導光板１１と平行な面に対して概ね３０度以下の面であれば自由な形状をとることができるが、図２５Ａに示すような円錐面やそれに準ずる形状面の角度が一定にできること、また方向性がなくなることにより有利である。
図２６に凹形状を頂角１３０度の円錐面とした例を示す。導光板１１と平行な光線１９１ａは円錐面で反射されると導光板１１の法線と４０度で交わり出光する。２０度の角度をなす光線１９１ｂは円錐面と４５度で交わるため反射し、その反射光は導光板１１の法線と２０度で交わり出光できる。２０度を超える角度の光線１９１ｃは円錐面より出光することになるが、その成分は全体からすれば少なく、頂角に概ね１３０度を選ぶことにより有効に照明光として利用できる。
凹形状の密度、大きさについては前述の凸形状の場合と変わるところはなく、内容もそれに準じる。
このように導光板に凹形状を設けた場合、前述の凸形状の場合と比べ、形伏が厚みに影響しないという特徴を持つ。
このため、被照明体に掲示物を用い、全体として照明機能を有する掲示板装置を構成する場合に好適であり、非常に薄型の掲示板装置を提供できる。
（第６の実施例）
被照明体に液晶表示パネルを使用した例を図２７に示す。導光板１１は液晶表示パネル２００１の前面に配置される。液晶表示パネル２００１の背面には反射板２００２を配置し、反射型液晶表示装置を構成している。導光板１１は液晶表示パネル２００１側に光線を投射するとともに反射板２００２によって反射した光線をほとんど分散することなく、透過する機能を有する。これは外光が充分にあるときには光源２を消灯して使用し、この場合、導光板１１は単なる透明板として作用して視認性を落とさず、表示品質に影響を与えないことに有効である。また外光が充分でない暗い所では点灯して使用した場合、導光板１１は液晶表示パネル２００１を照明し、反射板２００２による反射光は導光板１１が前述の消灯時と同様に単なる透明板として機能してそのまま透過するため、高い視認性を保持するために有効である。
また，照明装置を液晶表示パネルの背面に配置した透過型液晶表示装置は照明装置からの光線が液晶表示パネルを１回のみ透過して明部暗部のコントラストを発生しているのに対し、このような照明装置を液晶表示パネルの前面に配置した反射型液晶表示装置は照明装置からの光線が１回液晶表示パネルを透過したのち反射板によって反射してもう１回透過するため、よりコントラストが高くなることにより高い視認性を得るために有効になっている。
図２８に本発明の液晶表示装置を移動電話等の電子機器に使用した例を示す。移動電話４０００の表示部に前述の表示体２０００を有する。特に携帯型電子機器において省電力化を図る上において有効である。
以上説明したように、外光を利用する掲示物、液晶表示体等に適した薄型面照明を提供することができる。また携帯用電算機端末のような用途において、省電力のため明るいところでは照明を消して使用しても表示品質を落とさず、点灯時でも蛍光管、ＬＥＤ、電球等を用いてより低消費電力でコントラストの高い液晶表示装置を提供することができる。
（第７の実施例）
本発明の第７の実施例を図面に基づいて説明する。図２９Ａにおいて、導光板１１は端面に配置した光源２からの光束を照射光１９ａとして主として一方の面、すなわち出光面１３側の方向に射出する機能と、導光板１１の平板方向に交差する光線１９ｃをほとんど分散することなく透過する機能を有する。光源２の周囲にはリフレクタ２１が配置され、光源２からの光線を有効に導光板１１へ導く働きをする。導光板１１の出光面１３側には被照明体６、反出光面１７側には透明板８を隣接配置している。これにより外光が充分にあるときは光源２を消灯して使用し、この場合導光板１１は単なる透明板として機能する。また、外光が充分でないときは光源２を点灯すると被照明体６を照明することができる。
図２９Ｂにおいて、透明板８は透明膜８１に置き換えられている。
以上のような照明装置の被照明体６としては、紙等に印刷された印刷物、液晶表示体等のようなものが適している。
以上のような導光板１１を用いた照明装置を実現するための一実施例を図３０Ａに示す。光源２が導光板１１の少なくとも１つの端面に配置される。導光板１１は図３０Ｂに示すように透明板の片面に光源２と概ね平行にリブ状の突起１２を設けており、突起１２の各面はすべて出光側平面１３に対して略平行な面（底面１４）と略垂直な面（側面１５）のみで構成される。導光板１１は概ね屈折率１．４以上の透明材料で形成される。光源２からの光束は光線１９ａや光線１９ｂに示すように端面１６から入射したのち、導光板１１の中で全反射を繰り返し突起１２の側面１５からのみ射出するため、照明装置の背面からの出光が多く、被照明体６を効果的に照明することができる。
また、導光板１１を形成する透明材料はアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料またはそれらの複合体が用いられ、射出成形、熱硬化樹脂、光硬化樹脂、エッチング、透明樹脂またはガラス平板上にフィルムを接合する等の方法によって形成される。
光源２の周囲にはリフレクタ２１が配置され、光源２からの光線を有効に導光板１１へ導く働きをする。リフレクタ２１は主として、樹脂製フィルムや樹脂成形品が用いられ、白色に着色またはアルミニウムや銀の蒸着膜が施されている。これらは光線反射率が高く、電力輝度比の効率向上のために有効である。
導光板１１の反出光面１７側には透明板８が配置される。導光板１１と透明板８の間は密着しておらず、空気層が存在する。導光板１１表面はわずかでも傷があると、そこで内部を導光する光線が反射し、表面からは輝点や輝線として確認できる。これらは透過式の照明としては見苦しいばかりでなく、コントラストの低下等著しく視認性を低下させるものである。透明板８は導光板１１に対して空気層を介しているため、光源２からの光束が入り込むことはなく、ここに傷が付いても、輝点、輝線がでることはない。またこの場合、傷の相対面積はわずかであるので、被照明体６に対する視認性についての影響もきわめて小さい。本導光板１１を前置面照明として使用するためには、この透明板８の存在が必須である。透明板８としてはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料が用いられる。
図３１に示す変形例では、導光板１１の反出光面１７側に透明膜８１を配置している。導光板１１と透明膜８１の間は前述の透明板８と同様、密着しておらず空気層を介している。透明膜８１としてはポリエステル、ポリカーボネート、ポリプロピレン、アセテート等の透明樹脂フィルムが用いられる。
図３２Ａに示すように端面１６から入射した光線１９は導光板１１の長辺方向の軸に対し屈折により４５度以下の光軸を持つため、突起１２の側面に照射されるためには突起１２の幅に対してそれ以上の高さを必要とする。それ以下の場合、図３２Ｂに示すような経路により光線１９は導光板１１の上面に出光し、大きく視認性を低下させる。しかし１対１を大きく超えた場合には光学的に無意味であるばかりでなく、製造が困難になるという問題が生じる。また、本照明装置を斜めから見たときに視認性を低下させる原因にもなる。以上により、突起１２は幅と高さの比がちょうど１対１程度であることが望ましい。
突起１２の幅、高さといった大きさは、可視光の波長がおよそ３８０ｎｍから７００ｎｍ程度であることから、回折による干渉により分光の縞模様が発生しないために５μｍ程度以上は必要であり、また液晶表示パネルの画素の大きさが２００μｍから３００μｍであることから、この画素との干渉による縞模様の発生を防ぐために１００μｍ以下にすべきである。以上の内容に加え、製造上の利便性から突起１２の大きさはおよそ１０μｍ以上５０μｍ以下が望ましい。
導光板１１上の突起１２の密度を加減することにより、照射輝度の均一性を高めることができる。実際には光源２の近傍では突起１２を疎に配置し、離れるに従い連続的に密に配置していく。この場合、突起１２の大きさを一定にして密度を可変する方法、密度を一定にして大きさを可変する方法、両方を可変する方法等が取られるが、実際の加工においては突起１２の大きさを一定にして密度を可変する方法が容易であり、有利である
（第８の実施例）
本発明の第８の実施例を図３３Ａに示す。突起１２を角柱状に形成した場合もリブと同等の効果が得られる。突起１２の光源２と垂直をなす側面は光線が臨界角以上で照射されるため、全反射され出光にはいっさい関係しない。図３３Ｂに示すように概長方形の導光板１１上に正方形の底面を持った角柱を形成した場合、隣合う二辺に光源２を配置し、二辺から入射した光線を突起１２の各側面から出光させることができる。
他の実施例として突起１２を円柱状に形成した場合を図３４Ａに示す。突起１２の円柱面に臨界角以下で照射された光線１９は出光し、臨界角以上で照射された光線は円柱面で反射を繰り返したのち、突起１２の底面で反転し、さらに円柱面で反射を繰り返して、再び導光板内を進行する経路をたどる。円柱面から出光した光線１９は図３４Ｂに示す角柱のときの場合に比べ図３４Ｃに示すように照射範囲を広くすることができる。
（第９の実施例）
第９の実施例として被照明体に液晶表示パネルを使用した例を図３５Ａに示す。照明装置１０１は液晶表示パネル１０２の前面に配置される。液晶表示パネル１０２の背面には反射板１０３を配置し、反射型液晶表示装置を構成している。照明装置１０１は液晶表示パネル１０２側に光線を投射するとともに反射板１０３によって反射した光線をほとんど分散することなく、透過する機能を有する。これは外光が充分にあるときには照明装置１０１を消灯して使用し、この場合、照明装置１０１は単なる透明板として作用して視認性を落とさず、表示品質に影響を与えないことに有効である。また外光が充分でない暗い所では点灯して使用した場合、照明装置１０１は液晶表示パネル１０２を照明し、反射板１０３による反射光は照明装置１０１が前述の消灯時と同様に単なる透明板として機能してそのまま透過するため高い視認性を保持するために有効である。
また照明装置を液晶表示パネルの背面に配置した透過型液晶表示装置は照明装置からの光線が液晶表示パネルを１回のみ透過して明部暗部のコントラストを発生しているのに対し、本発明のような照明装置を液晶表示パネルの前面に配置した反射型液晶表示装置は照明装置からの光線が１回液晶表示パネルを透過したのち反射板によって反射してもう１回透過するため、よりコントラストが高くなることにより高い視認性を得るために有効になっている。
他の実施例を図３６に示す。液晶表示体の直上に導光板１１を重ね、偏光板１０４を導光板１１のさらに上に重ねている。液晶表示体には上下に各１枚ずつの偏光板があるが、導光板上の偏光板１０４の偏光軸はこれらに対応させてある。この偏光板は導光板の上方への散乱光をカットするため、液晶表示体の視認性を向上させることができる。
以上説明したように、第７乃至第９の実施例およびその変形例によれば、外光を利用する掲示物、表示体等に適した薄型面照明を提供することができる。また携帯用電算機端末のような用途において、省電力のため明るいところでは照明を消して使用しても表示品質を落とさず、点灯時でもコントラストの高い液晶表示装置を提供することができる。
（第１０の実施例）
以下に第１０の実施例を図面に基づいて説明する。図３７Ａにおいて、導光板１１の端面には１個または複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）２を配設する。導光板１１は図３７Ｂに示すように透明板の片面に突起１２を設けており、突起１２の各面はすべて出光面１３に対して略平行な面（底面１４）と略垂直な面（側面１５）で構成される。導光板１１は概ね屈折率１．４以上の透明材料で形成される。ＬＥＤ２からの光束は光線１９ａや光線１９ｂに示すように、導光板１１の中で全反射を繰り返し突起１２の側面１５からのみ射出するため、照明装置の背面からの出光が多く、被照明体６を効果的に照明することができる。
また、導光板１１はＬＥＤと一体で形成されるため、透明材料としてはエポキシを用いるのが適しているが、他にアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料またはそれらの複合体が用いられ、射出成形、熱硬化樹脂、光硬化樹脂、エッチング、透明樹脂またはガラス平板上にフィルムまたは樹脂層を接合する等の方法によって形成することもできる。
光源として、ＬＥＤは、従来よく使用されていた蛍光管に比べ、昇圧装置等特別な機構を必要とせず、軽量コンパクトであり、また高周波、高電圧を用いないため安全性にも優れる。また電力制御が容易であり、低消費電力用途にも容易に対応できる。またＬＥＤは寿命が半永久的であり、色については最近では赤、黄緑、青、それらの混色、白色も可能になっている。
以上の構成により、本照明装置は被照明体６の前面に配置して、外光が充分にある明るいときには照明を消して被照明体６を観察し、外光が充分でない暗いときには照明を点灯して被照明体６を観察できるパートタイム照明を実現できる。
以上のような照明装置の被照明体６としては、紙等に印刷された印刷物、液晶表示体等のようなものが適している。
突起１２の大きさは、可視光の波長がおよそ３８０ｎｍから７００ｎｍ程度であることから、回折による影響が発生しないために５μｍ程度以上は必要であり、また、突起１２部が肉視で気にならない程度の大きさであるために概ね３００μｍ以下が望ましい。以上の内容に加え、製造上の利便性から突起の大きさはおよそ１０μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。また突起１２の高さと幅（略円柱であれば直径）の比は、導光板１１内での光線は平面方向の仰角が４５度以下であるため、１対１以下でよく、実際には２０度以下の光線が９０％以上を占めるため１対２程度まで充分な性能を発揮する。
図３８に示す変形例において、導光板１１の反出光面１７側に凹形状１２ａを有する。凹形状１２ａは任意のサイズ、形状をもち、その凹形状１２ａに到達した光束を導光板１１平面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換する機能を有するが、中心角９０度以下の略球面にすることにより良好な特性を示すことがわかっている。
ＬＥＤ２から導光板１１へ導かれた光束は導光板１１内で全反射を繰り返して導光していくが、導光板１１の反出光面１７には凹形状１２ａが設けられており、そこに到達した光束は導光板１１平面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換され、出光面１３より出光することができる。導光板１１の出光面１３側に、被照明体６を配置することにより、本構成は面状照明として機能する。また反出光面１７側の凹形状以外の面は出光面１３側と平行であるので、平板に交差する方向には光線を透過する垂直光線透過機能をも有する。
これらの凹形状１２ａは照明部の面積に対して、任意の面積比で設定することができる。しかし、凹形状１２ａの面積比を大きくとることにより、照明の効率を上げることができるが、垂直透過光線の割合を減少させ、視認性を低下させる。実際には５０％を超える面積比に設定することは現実的でなく、暗い時のパートタイム照明としては、１０％前後の面積比に設定するのが妥当である。また、前述の照明輝度の均一化のために密度を加減する際にも、１０％程度であれば、垂直透過部の面積比は８０〜９０％程度の幅であり、視認性について位置によるムラは感じられない。
凹形状１２ａの大きさは、可視光の波長がおよそ３８０ｎｍから７００ｎｍ程度であることから、回折による影響が発生しないために５μｍ程度以上は必要であり、また、凹形状１２ａ部が肉視で気にならない程度の大きさであるために概ね３００μｍ以下が望ましい。以上の内容に加え、製造上の利便性から凹形状の大きさはおよそ１０μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。
図３９に示す変形例において、導光板１１の反出光面１７側に凸形状１２ｂを有する。凸形状１２ｂは任意のサイズ、形状をもち、その凸形状１２ｂに到達した光束を導光板１１平面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換する機能を有するが、頂角１２０度以下の略円錐面にすることにより良好な特性を示すことがわかっている。凸形状１２ｂの密度、大きさについては前述の凹形状の場合に準じる。
図４０に示す変形例において、導光板１１の反出光面１７側に光拡散部材層１２ｃを有する。光拡散部材層１２ｃは任意のサイズ、形状をもち、その光拡散部材層１２ｃに到達した光束を導光板１１平面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換する機能を有する。すなわちこの光拡散部材層１２ｃは出光面１３側への光拡散機能と反出光面１７側への遮光性を持っている。遮光性を確保するためにさらに遮光層を設けることもできる。光拡散部材層１２ｃの密度、大きさについては前述の凹形状の場合に準じる。
図４１に示す変形例において、以上に述べたような点状の光取り出し形状１２ｘを導光板１１上において、ＬＥＤ２の近傍では疎に、点光源２から離れるに従って密に分布させた例を示す。ＬＥＤ２の近傍では導光板１１中の光束密度が高いが、光取り出し形状１２ｘにより光線が拡散して、ＬＥＤ２から離れるに従って光束密度が下がるため、連続的に光取り出し形状１２ｘを密に配設している。これにより、より均一な照明が可能になっている。
図４２Ａまたは図４２Ｂに示す変形例にあっては、導光板１１上の光取り出し形状１２ｄの形成部とＬＥＤ２部の間に空隙１６ｄを設けた例を示す。ＬＥＤ２は点光源であり、導光体１１内部で発光するため、光線は全方向に放射されるが、導光板１１内部で全反射して導光する成分は導光板１１の平板方向に対する仰角が約４５度以下のものだけである。空隙１６ｄはＬＥＤ２からの光線を一度空気界面を透過させることにより、導光板１１に再入射する際に仰角４５度以下の光線にそろえることができる。
図４３に示す変形例では、空隙１６ｅ部のＬＥＤ２側側面にレンズ形状１８ｅを形成した例を示す。レンズ形状１８ｅによりＬＥＤ２からの光線が空隙１６ｅに射出する際に分散するのを防止し、有効に導光板１１に再入射させる働きを有する。
図４４に示す変形例では、ＬＥＤ２部の後方に反射部材２１ｆを配置した例を示す。ＬＥＤ２は点光源であり、導光板１１後方への導光もあるため、反射部材２１ｆにより前方へ反射させている。また反射部材２１ｆを凹面鏡にすることにより、導光板１１の面に対する仰角を概ね４５度以下かそれに近い角度に集光させている。
図４５に示す変形例において、導光板１１の反出光面１７側には透明板または透明シート８が配置される。導光板１１と透明板または透明シート８の間は密着しておらず、空気層が存在する。導光板１１表面はわずかでも傷があると、そこで内部を導光する光線が反射し、表面からは輝点や輝線として確認できる。これらは透過式の照明としては見苦しいばかりでなく、コントラストの低下等著しく視認性を低下させるものである。透明板または透明シート８は導光板１１に対して空気層を介しているため、光源２からの光束が入り込むことはなく、ここに傷が付いても、輝点、輝線がでることはない。またこの場合、傷の相対面積はわずかであるので、被照明体６に対する視認性についての影響もきわめて小さい。本導光板１１を前置面照明として使用するためには、この透明板または透明シート８の存在が必須である。透明板または透明シート８としてはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料が用いられる。
図４６に示す変形例において導光板１１の端面には反射部材２２が隣接配置されている。光取り出し形状１２ｘにより拡散され、出光面から出光した光線以外の多くは端面に到達し、出光してしまうので、反射部材２２で再び導光板１１内に戻すことにより光線を有効に使うことができる。
（第１１の実施例）
以下に第１１の実施例を図面に基づいて説明する。他の実施形態として被照明体に液晶表示パネルを使用した例を図４７に示す。導光板１１は液晶表示パネル１０２の前面に配置される。液晶表示パネル１０２の背面には反射板１０３を配置し、反射型液晶表示装置を構成している。導光板１１は液晶表示パネル１０２側に光線を投射するとともに反射板１０３によって反射した光線をほとんど分散することなく、透過する機能を有する。これは外光が充分にあるときには光源２を消灯して使用し、この場合、導光板１１は単なる透明板として作用して視認性を落とさず、表示品質に影響を与えないことに有効である。また外光が充分でない暗い所では点灯して使用した場合、導光板１１は液晶表示パネル１０２を照明し、反射板１０３による反射光は導光板１１が前述の消灯時と同様に単なる透明板として機能してそのまま透過するため、高い視認性を保持するために有効である。
また照明装置を液晶表示パネルの背面に配置した透過型液晶表示装置は照明装置からの光線が液晶表示パネルを１回のみ透過して明部暗部のコントラストを発生しているのに対し、本発明のような照明装置を液晶表示パネルの前面に配置した反射型液晶表示装置は照明装置からの光線が１回液晶表示パネルを透過したのち反射板によって反射してもう１回透過するため、よりコントラストが高くなることにより高い視認性を得るために有効になっている。
以下に本発明の電子機器について図面に基づいて説明する。本発明の液晶表示装置は非常に低消費電力で照明機能を有する表示が行なえるため、携帯型の電子機器に対して有効である。携帯型の電子機器については、移動電話（図４８）、情報端末（図４９）、時計（図５０）、カメラ（図５１）等がある。
以上説明したように、第１０乃至第１１の実施例およびその変形例によれば、外光を利用する掲示物、表示体等に適した薄型面照明を提供することができる。また携帯用情報端末のような用途において、省電力のため明るいところでは照明を消して使用しても表示品質を落とさず、点灯時でもＬＥＤ、電球等を用いてより低消費電力でコントラストの高い液晶表示装置を提供することができる。
また、低消費電力で電池寿命の長い、移動電話機、情報端末等の電子機器を提供することができる。
（第１２の実施例）
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図５２Ａにおいて、導光板１１の端面には傾斜面１６があり、導光板平板部に光源２を隣接配置する。導光板１１は図５２Ｂに示すように透明板の一方の面に凸形状１１Ａを設けており、凸形状１１Ａの各面はすべて導光板１１と平行な面に対して概ね３０度以下の面で構成される。導光板１１は概ね屈折率１．４以上の透明材料で形成されるが、例えば屈折率が１．４である場合、臨界角が４５度になり、光源２から入射した光線は、導光板１１の法線方向に対して４５度以下になるが、実際には２０度以下の成分が多い。傾斜面１６は導光板１１に平行な面に対して概ね３０度から５０度の角度をなすが、光源２から導光板１１へ入射した光線を導光板１１に平行な面に対して４５度以下の光線に変換する働きを持つ。すなわち光源２からの光束は光線１９ａや光線１９ｂに示すように導光板１１へ入射すると、まず傾斜面１６で反射し導光板１１と平行な面に対して概ね４５度以下のベクトルをもつ光線に変換され、導光板１１の中で全反射を繰り返す。そのうちに凸形状１１Ａに到達すると凸形状１１Ａの各面で反射した光線が導光板１１と平行な面と概ね４５度を超える十分に大きい角度をなし、導光板１１から出光することができる。このことにより、照明装置の背面からの出光が多く、被照明体６を効果的に照明することができる。
前述した図１５と同様に、凸形状１１Ａの各面は導光板１１と平行な面に対して概ね３０度以下の面で構成される。導光板１１内を進行する光線は導光板１１と平行な面に対して２０度以下の成分が多いので、導光板１１内を導光する光線の多くは凸形状１１Ａの各面に臨界角以上で到達し、その反射光は導光板１１のもう一方の面から出光できる。以上のように導光板１１と平行な面に対して概ね３０度以下の面であれば自由な形状をとることができるが、円錐面やそれに準ずる形状が面の角度が一定にでき、また面方向の方向性がなくなるために有利である。
前述した図１７と同様に、凸形状１１Ａを概ね頂角１３０度の円錐面に形成できる。導光板１１と平行な光線９１ａは円錐面で反射されると導光板１１の法線と４０度で交わり出光する。２０度の角度をなす光線９１ｂは円錐面と４５度で交わるため反射し、その反射光は導光板１１の法線と２０度で交わり出光できる。２０度を超える角度の光線９１ｃは円錐面より出光することになるが、その成分は全体からすれば少なく、頂角に概ね１３０度を選ぶことにより有効に照明光として利用できる。
導光板１１を形成する透明材料はアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料またはそれらの複合体が用いられ、射出成形、熱硬化樹脂、光硬化樹脂、エッチング、透明樹脂またはガラス平板上にフィルムまたは樹脂層を接合する等の方法によって形成される。
光源２としては蛍光管、電球、発光ダイオード（ＬＥＤ）等が用いられる。蛍光管は低電力で高輝度が期待でき、白色光を容易に得ることができる特徴を持つ。ＬＥＤは寿命が半永久的であり、低電圧で駆動できるため回路が簡単で、発火、感電等に対する安全性も高い。色については最近では赤、緑、青の他にそれらの混色や白色も可能になっているため用途に応じて広く選択できる。電球を用いた場合は寿命が短いという欠点があるが、安価であり、交換も容易にできる可能性を持つ。
これらの凸形状１１Ａは照明部の面積に対して、任意の面積比で設定することができる。しかし、凸形状１１Ａの面積比を大きくとることにより、照明の効率を上げることができるが、垂直透過光線の割合を減少させ、視認性を低下させる。実際には５０％を超える面積比に設定することは現実的でなく、暗い時のパートタイム照明としては、１０％前後の面積比に設定するのが妥当である。また、前述の照明輝度の均一化のために密度を加減する際にも、１０％程度であれば、垂直透過部の面積比は８０〜９０％程度の幅であり、視認性について位置によるムラは感じられない。
凸形状１１Ａの大きさは、可視光の波長がおよそ３８０ｎｍから７００ｎｍ程度であることから、回折による影響が発生しないために５μｍ程度以上は必要であり、また、凸形状１１Ａ部が肉視で気にならない程度の大きさであるために概ね３００μｍ以下が望ましい。以上の内容に加え、製造上の利便性から凸形状１１Ａの大きさはおよそ１０μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。
以上の構成により、本照明装置は被照明体６の前面に配置して、外光が充分にある明るいときには照明を消して被照明体６を観察し、外光が充分でない暗いときには照明を点灯して被照明体６を観察できる、パートタイム照明を実現できる。
以上のような照明装置の被照明体６としては、紙等に印刷された印刷物、液晶表示体等のようなものが適している。
図５３に示す変形例において、以上に述べたような凸形状（図５３では円錐面形状の場合を示す）の密度を光源２の近傍では疎に、点光源２から離れるに従って密に分布させた例を示す。光源２の近傍では導光板１１中の光束密度が高いが、凸形状１１Ａにより光線が拡散して、光源２から離れるに従って光束密度が下がるため、連続的に凸形状１１Ａを密に配設している。これにより、より均一な照明が可能になっている。
図５４に示す変形例において、導光板１１の観察者側には透明板または透明シート８が配置される。導光板１１と透明板または透明シート８の間は密着しておらず、空気層が存在する。導光板１１表面はわずかでも傷があると、そこで内部を導光する光線が反射し、表面からは輝点や輝線として確認できる。これらは透過式の照明としては見苦しいばかりでなく、コントラストの低下等著しく視認性を低下させるものである。透明板または透明シート８は導光板１１に対して空気層を介しているため、光源２からの光束が入り込むことはなく、ここに傷が付いても、輝点、輝線がでることはない。またこの場合、傷の相対面積はわずかであるので、被照明体６に対する視認性についての影響もきわめて小さい。本導光板１１を前置面照明として使用するためには、この透明板または透明シート８の存在が必須である。透明板または透明シート８としてはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料が用いられる。また、実際に電子機器や移動電話等に組み込んで使用するときには、透明板または透明シート８を外装のガラスと共用にすることもできる。
（第１３の実施例）
以下に第１３の実施例を図面に基づいて説明する。図５５において導光板１１と光源２の間に、導光部材１３を配置している。導光部材１３は概ね直方体、円柱等の形状をした透明体であり、アクリル樹脂等、導光体１１と同様な材質からなる。導光板１１と光源２の間に距離がある場合に、光源２からの光線を有効に導光板１１に導くことができるという特徴がある。
図５６に、導光板に導光部材１３ｂを一体で形成した例を示す。射出成形等で製造する場合に適している。
（第１４の実施例）
第１４の実施例を図面に基づいて説明する。図５７Ａにおいて、導光板１１の端部には光源２を配置する。導光板１１は図５７Ｂに示すように透明板の一方の面に凹形状１１Ｂを設けており、凹形状１１Ｂの各面はすべて導光板１１と平行な面に対して概ね３０度以下の面で構成される。導光板１１は概ね屈折率１．４以上の透明材料で形成されるが、例えば屈折率が１．４である場合、臨界角が４５度になる。すなわち光源２からの光束は光線１９ａや光線１９ｂに示すように端部から入射すると傾斜面１６により反射し導光板１１と平行な面に対して概ね４５度以下のベクトルをもつ光線に変換され、導光板１１の中で全反射を繰り返す。そのうちに凹形状１１Ｂに到達すると凹形状１１Ｂの各面で反射した光線が導光板１１と平行な面と概ね４５度を超える十分に大きい角度をなし、導光板１１から出光することができる。このことにより、照明装置の背面からの出光が多く、被照明体６を効果的に照明することができる。
前述の図２４と同様に、凹形状１１Ｂの各面は導光板１１と平行な面に対して概ね３０度以下の面で構成される。導光板１１内を進行する光線は導光板１１と平行な面に対して概ね２０度以下の成分が多いので、導光板１１内を導光する光線の多くは凹形状１１Ｂの各面に臨界角以上で到達し、その反射光は導光板１１のもう一方の面から出光できる。以上のように導光板１１と平行な面に対して概ね３０度以下の面であれば自由な形状をとることができるが、円錐面やそれに準ずる形状が面の角度が一定にできること、また方向性がなくなるために有利である。
前述した図２６と同様に、凹形状を頂角１３０度の円錐面とした例を示す。導光板１１と平行な光線１９１ａは円錐面で反射されると導光板１１の法線と４０度で交わり出光する。２０度の角度をなす光線１９１ｂは円錐面と４５度で交わるため反射し、その反射光は導光板１１の法線と２０度で交わり出光できる。２０度を超える角度の光線１９１ｃは円錐面より出光することになるが、その成分は全体からすれば少なく、頂角に概ね１３０度を選ぶことにより有効に照明光として利用できる。
凹形状の密度、大きさについては前述の凸形状の場合と変わるところはなく、内容もそれに準じる。
このように導光板に凹形状を設けた場合、前述の凸形状の場合と比べ、形状が厚みに影響しないという特徴を有している。
（第１５の実施例）
以下に本発明の他の実施形態を図面に基づいて説明する。図５８Ａにおいて、導光板１１の端部には光源２を配置する。導光板１１は図５８Ｂに示すように透明板の一方の面に突起形状１２を設けており、突起形状１２の各面はすべて導光板１１と概ね垂直な面および概ね平行な面で構成される。導光板１１は概ね屈折率１．４以上の透明材料で形成されるが、例えば屈折率が１．４である場合、臨界角が４５度になる。すなわち光源２からの光束は光線１０９ａや光線１０９ｂに示すように端部から入射すると傾斜面２１２で反射し、導光板１１と平行な面に対して概ね４５度以下のベクトルをもつ光線に変換され、導光板１１の中で全反射を繰り返す。そのうちに突起形状１２の側面に到達すると出光することができる。このことにより、照明装置の背面からの出光が多く、被照明体６を効果的に照明することができる。
突起形状１２の各面は導光板１１と概ね垂直な面および概ね平行な面で構成される。導光板１１内を進行する光線は導光板１１と平行な面に対して概ね２０度以下の成分が多いので、導光板１１内を導光する光線の多くは突起形状１２の側面に臨界角以上で到達し、導光板１１から出光できる。以上のように導光板１１と概ね垂直な面および概ね平行な面であれば自由な形状をとることができるが、円柱面やそれに準ずる形状が面の角度が一定にできること、また方向性がなくなるために有利である。
突起形状の密度、大きさについては前述までの凸形状または凹形状の場合と変わるところはなく、内容もそれに準じる。
このように導光板に突起形状を設けた場合、前述までの凸形状および凹形状の場合と比べ、観察者側の出光が少なく効率が良いという特徴を持つ。
（第１６の実施例）
被照明体に液晶表示パネルを使用した例を図５９に示す。導光板１１は液晶表示パネル２００１の前面に配置される。液晶表示パネル２００１の背面には反射板２００２を配置し、反射型液晶表示装置を構成している。導光板１１は液晶表示パネル２００１側に光線を投射するとともに反射板２００２によって反射した光線をほとんど分散することなく、透過する機能を有する。これは外光が充分にあるときには光源２を消灯して使用し、この場合、導光板１１は単なる透明板として作用して視認性を落とさず、表示品質に影響を与えないことに有効である。また外光が充分でない暗い所では点灯して使用した場合、導光板１１は液晶表示パネル２００１を照明し、反射板２００２による反射光は導光板３０１が前述の消灯時と同様に単なる透明板として機能してそのまま透過するため、高い視認性を保持するために有効である。
また照明装置を液晶表示パネルの背面に配置した透過型液晶表示装置は照明装置からの光線が液晶表示パネルを１回のみ透過して明部暗部のコントラストを発生しているのに対し、このような照明装置を液晶表示パネルの前面に配置した反射型液晶表示装置は照明装置からの光線が１回液晶表示パネルを透過したのち反射板によって反射してもう１回透過するため、よりコントラストが高くなることにより高い視認性を得るために有効になっている。
図６０に基板２００３上に光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）２を配置し、液晶表示パネル２００１、反射板２００２、導光体１１をユニットにした例を示す。本発明の照明装置によりこのような構成が可能となる。
この液晶表示装置を移動電話等の電子機器に使用し、移動電話の表示部に前述の表示体２０００を備えることができる。特に携帯型電子機器において省電力化を図る上において有効である。
以上説明したように、第１２乃至第１６の実施例およびその変形例によれば、外光を利用する掲示物、液晶表示体等に適した薄型面照明を提供することができる。また携帯用電算機端末のような用途において、省電力のため明るいところでは照明を消して使用しても表示品質を落とさず、点灯時でも蛍光管、ＬＥＤ、電球等を用いてより低消費電力でコントラストの高い液晶表示装置を提供することができる。
（第１７の実施例）
最初に、第１７乃至第２８の実施例に関して、これらの実施例が具体化する発明の背景を説明する。
本発明の１つの側面である、照明装置を搭載した表示機器という観点から、この表示機器に関する従来の技術を、反射型液晶表示装置を例にとり説明する。
反射型液晶表示装置は、微小電力で動作する表示装置として、ウオッチ、電卓、携帯電話、小型情報機器、各種家電製品等の情報伝達媒体として、大きな発展、普及を遂げてきた。表示モードも、ＴＮ型（ツイスティッド・ネマチック）、ＳＴＮ型（スーパーツイスティッド・ネマチック）、強誘電型等、多種類のものが開発されてきた。
図６２は現在一般的に使用されている反射型液晶表示装置の断面図である。２１、２２はそれぞれ上、下基板で、互いに対向する面上にそれぞれ透明電極膜２６、２７、および２８を有する。２９は該上、下基板２１と２２との間に挿入された液晶層で、該液晶層２９の液晶材料、液晶分子配列を選択することにより、前述したＴＮ型、ＳＴＮ型、強誘電型等の表示モードを任意に選択できるが、基本的な反射型液晶表示装置の断面構造は図６２に示した通りである。２３は上偏光板、２４は下偏光板、２５は反射板である。次に基本的な動作について説明する。入射光３０、３１は上偏光板２３を通過することにより偏光となる。この後、電圧印加部（ここでは、透明電極２６と透明電極２８とに挟持された領域とする）と、電庄無印加部（ここでは、透明電極２７と透明電極２８とに挟持された領域とする）とでは、液晶層内の光学的性質が変わり、結果的に該液晶層２９を通過した各々の偏光３０と３１の各偏光軸は互いに略直交の方位を取り下偏光板２４に到達する。ここで、下偏光板２４の偏光軸の方位を最適に設定すれば、図６２に示すように、入射光３０は該下偏光板２４に吸収され黒い表示外観となり、入射光３１は該下偏光板２４を透過し反射板２５で反射され再度、下偏光板２４を透過し、液晶層２９、上偏光板２３を通って外部に出射される。従って、電庄無印加部の表示外観は白色（詳しくは灰色）となる。以上の動作は上記液晶層がＴＮ型、ＳＴＮ型、強誘電型いずれも共通である。詳しい動作原理については文献１（「液晶デバイスハンドブック」、日本学術振興会第１４２委員会編、日刊工業新間社発行、Ｐ３０３〜３８６）に記載されている。ここで、反射型液晶表示装置として重要な課題は、如何にして明るい反射型表示装置を実現するかである。前述した現在の反射型液晶表示装置においては、黒表示部分はほぼ充分な黒色を表現しているが、白色表示部は通常の紙の白さには全く及ばず、少し薄暗い所では非常に見にくい表示となってしまう。この好ましい白色表示が得られない理由としては、
（１）上偏光板２３により、入射光３１のほぼ６０％の光が吸収されてしまい、残りの４０％の光が液晶層２９に到達する。
（２）さらに、下偏光板２４で約５％、さらに反射板２５で約１０％、さらに再度下偏光板２４で約５％、そして上偏光板２３で約５％の光が各々吸収される。結果的に、白色光として外部に戻る光３２の強度Ｉは、
Ｉ≒０．４０×０．９５×０．９×０．９５×０．９５×Ｉ０・・・（１）
≒０．３×Ｉ０
（Ｉ０・・・・入射光３１の強度）
となり、結果的に入射光の約３０％の明るさの画面しか得られず、紙のように、入射光の７０〜８０％を反射する明るさを持った白色紙表示に比べて、従来の反射型液晶表示装置は暗くて見にくい表示装置であった。
しかし最近、引用例１（ＰＣＴ ＷＯ９５／１７６９２）、および引用例２（Ｊ．Ｐｈｙｓ，Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．８，１９７５，Ｐ１４４１〜１４４８）に示される様な偏光分離機能を持った偏光分離板を前記下偏光板２４と反射板２５の代わりに用いれば、原理的に出射光の強度を入射光の３６％程度まで高めることができ、図６２に示す従来の反射型液晶表示装置に比べ約２０％の明るさの向上が見込まれ、将来の有望な反射型液晶表示装置として期待される。図６３は、上記引用例１に基づく新規な偏光分離板の一例で、多層膜偏光反射板の機能説明図である。該多層膜偏光反射板３５は、Ａ、Ｂ２種類の透明フィルムを交互に積層した１００層以上（図６３では、省略して４層のみ描いている）の多層膜からなる。上記多層膜偏光反射板３５の上部から入射した光３６は該多層膜偏光反射板３５により、一方の偏光成分（Ｓ波またはＰ波）のみ透過（３７）し、他方の偏光成分（Ｐ波またはＳ波）を反射（３８）させる偏光分離機能を持つ。従って、従来の偏光板とは異なり、光を吸収することが無いため、光を有効に利用できることは明かである。
図６４は、上記引用例２に基づくもう一つの偏光分離板の例で、１／４波長板４１とコレステリック液晶層４２と光吸収板４３とが積層された構造を存する。機能は前述した多層膜偏光反射板と同じで、一方の偏光成分４４（ここでは紙面に平行な偏光軸をもった光）は、１／４波長板４１とコレステリック液晶層４２を透過（４６）し、下の光吸収層４３に到達する。また、他方の偏光成分４５（ここでは紙面に垂直な偏光軸を持った光）は、１／４波長板４１とコレステリック液晶層４２で反射され反射光４７となる。上述した偏光分離の詳しい原理については上記引用例１、２を参照されたい。
図６５は、上記偏光分離板を用いた反射型液晶表示装置の断面図である。５１、５２は、それぞれ上、下基板で互いに対向する面上に透明電極膜５５、５６および５４を有する。５９は上偏光板、５３は液晶層、５７は偏光分離板で、ここでは上述した多層膜偏光反射板を使用している。もちろん、上述した１／４波長板とコレステリック液晶層とを組み合わせた偏光分離板を代わりに用いてもその基本的な動作は変わらない。５８は光吸収部で、黒色の他、赤、緑、青色等任意の色でもよい。次に表示動作について説明する。入射光６０、６１とも上偏光板５９で偏光となり、それぞれ液晶層５３に進む。前述したように、電庄印加領域６３と電圧無印加領域６４とでは該液晶層５３の光学的状態が異なるため、それぞれの入射光６０と６１は該液晶層５３を通過した後では、各々の偏光軸は互いにほぼ直交した向きの偏光として該多層膜偏光反射板５７に達する。ここでは、入射光６０は該多層膜偏光反射板５７をそのまま透過し、光吸収部５８に到達し、そこで吸収される様にあらかじめ該多層膜偏光反射板５７の光軸を設定しておく。従って、上記電庄印加領域６３では黒、もしくは光吸収部５８の着色色となる。一方、入射光６１は上記多層膜偏光反射板５７で反射され、出射光６２となって外へ出る。従って、上記電圧無印加領域６４では、白色外観（詳しくは灰色外観）を呈する。ここでは、図６２における下偏光板２４と反射板２５の代わりに多層膜偏光反射板５７と光吸収部５８とを用いているため、入射光６１は光吸収による損失を受けること無く反射されるため、図６２の従来の表示装置に比べ明るい反射型液晶表示装置となる。つまり、入射光６１は、上偏光板５９で約６０％の光が吸収されるが、多層膜偏光反射板５７では光吸収を受けずにそのまま反射され、再度通過する上偏光板５９で約５％の光吸収を受けるだけで外部に放出され反射光６２となる。
従って、反射光６２の強度は下式（２）に示すようになる。
Ｉ≒０．４×０．９５×Ｉ０≒０．３８×Ｉ０・・・（２）
（Ｉ：出射光６２の光強度，Ｉ０：入射光６１の光強度）
ここでさらに上記偏光分離板内における光散乱等による光の損失を５％加味しても（１）式に比べて約２０％明るさが向上した反射型液晶表示装置が得られる。従って、今後の反射型液晶表示装置としては、明るさと見やすさの改良のため上述した偏光分離板を従来の下偏光板に代わって使用することが好ましい。
しかし、ここで一つ大きな謀題がある。
それは、暗所での照明方法である。反射型液晶表示装置は、前述したように、時計、携帯電話、データターミナル等、夜間にも充分表示機能を果たせるように照明装置が必須の電子機器に搭載されるケースが多い。上記要求を充たすため、図６２に示した従来の反射型液晶表示装置では、図６６に示す半透過型液晶表示装置のように液晶表示装置６５の反射板として半透過型反射板６８を用いている。該半透過型反射板６８としては多種、商品化されているが、一般的なものとして８０％の光を反射し、１０％の光を透過させるものが多い（残りの１０％は、反射層での光吸収損失である）。従って、明るい環境下では上面から入射した光の８０％を反射させ反射型液晶表示装置として機能させる。一方、暗い環境下では、上記液晶表示装置６５の背面に配された発光体７０からの光を透過率１０％の該半透過型反射板６８を通して裏面より照射して表示を読み取らせている。ここで、背面に配された発光体７０は、図６６に示すように、導光板６６と該導光板６６の端部に配された発光源６７と同じく下面に配された反射板６９とから少なくとも構成される。この発光体としては、発光源６７から発せられた光を該導光板６６に導入し、該導光板６６に設けられた光散乱核により散乱させ、該導光板６６の上面より光を出射させる発光体が一般的であるが、この他の発光体として平面型のＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）発光体が用いられることもウオッチなどでは多い。
このような背面に配置された発光体を、図６５に示された改良された新しい反射型液晶表示装置に採用することはできない。その理由は、図６５にも示す通り、光吸収層５８により裏面からの光は遮断され上面に光を導入することができない。勿論、光吸収層５８に一部透過性（例えば、１０％の光透過性）を付与すれば、従来と同じように背面照明も可能となるが二つの問題がある。
その一つは、反射型表示の時、黒表示部分が１００％の光を吸収しないため、やや灰色がかった黒表示となり表示コントラスト比が下がってしまう。二つ目は、偏光分離板の原理から明らかなように、表示面の白黒表示が、前面から光が当たった場合と背面から光が当たった場合とではその表示が全く反転（白表示→黒表示、黒表示→白表示）してしまい、余り好ましくない。
以上の様に偏光分離板を用いて明るさを改良した反射型液晶表示装置の暗い環境下に於ける照明方法については、従来の背面照明方法が使えず、大きな課題を残していた。
そこで、前述したような偏光分離板を従来の下偏光板と反射板の代わりに用いた明るい反射型液晶表示装置に於いては、特開平６−２８９３９１号や特開平６−３２４３３１号に示される様なフロントライト、つまり、液晶表示装置の上面に配置した透過型の照明装置を用いる事が、暗い環境下での表示読み取り機能実現のために有効である。
一方、前述した携帯電話、時計、カメラ、データターミナル等の小型携帯型の電子機器に用いられる液晶表示装置の発光源としてはＬＥＤ（発光ダイオード）、豆電球等、点状光源が広く用いられている。これらは、従来よく使用されていた蛍光管に比べ、昇圧装置等特別な機構を必要とせず、軽量コンパクトであり、また高周波、高電圧を用いないため安全性に優れ、電波障害発生源にもならない。また電力制御が容易であり、低消費電力用途にも容易に対応できる。特にＬＥＤは寿命が半永久的であり、色については最近では赤、緑、青、それらの混色、白色も可能になっている。電球を用いた場合は寿命が短くなるが安価であり、交換も容易にできる。以上の理由から、前述した小型携帯機器の表示を照明する光源としては、ＬＥＤ、豆電球等、点状光源が最も好ましい。
そこで、前述した特開平６−２８９３９１号や特開平６−３２４３３１号に示されるフロントライトのうち前述した図２Ａ及び図２Ｂに示すリブ状突起を用いた導光板（図２Ａは部分断面図、図２Ｂは全体の斜視図である）と、該導光板の端部に発光源としてＬＥＤや豆電球等の点状光源を配したフロントライトを使用してみると、導光板１１の出光面１３と突起１２の側面１５との交線部は製造上、微小な曲面を持っため、反出光面１７側（観察者側）にいくらかの反射光１９ｃが漏れ、観察者にとっては輝点として観察されることがわかった。図２Ｂに示すように、突起１２がリブ状であり、この交線部が直線であると、点状光源１４と前記輝点と観察者は同一平面上に配置されることになり、観察者には導光板上の特定位置が輝点となって、該輝点が各リブ状突起の根元に現れ全体として連続的な輝線が発生したように見えるとともに、観察者の目の移動に伴いその輝線も移動する。これらは該フロントライトの下部に配置される被照明物である反射型液晶表示装置の視認性を著しく低下させるものである事が判った。
そこで、第１７乃至第２８の実施例に関わる表示機器では、上述したように偏光分離板を用いた明るい反射型液晶表示装置に於いて、その照明手段として、フロントライトを用い、その発光源としてＬＥＤ、豆ランプ等、点状光源を使用した時に発生するリブ形状の根元部に於ける規則的な反射による前記輝線の発生を防止すること、更には、点状光源であるため突起パターンの１次元な配列から生じる輝度ムラの解消といった課題を解決する事を目的とし、点状光源を使用し省消費電力が可能で、品質の高い照明手段を具備する液晶表示装置ならびに、該液晶表示装置を表示部に有する携帯電話機器、時計、カメラ、データターミナル機器等の各種電子機器を提供する事を目的としている。
さて、上述した背景を踏まえて第１７の実施例を説明する。
図６１Ａ、６１Ｂは本発明に基づくフロントライトの断面図ならびに外観図で、導光板１１の端面には１個または複数の点状光源２を配置する。導光板１１は図６１Ｂに示すように透明板の片面に突起１２を設けており、突起１２の各面はすべて出光面１３に対して略平行な面（底面１４）と略垂直な面（側面１５）で構成される。導光板１１は概ね屈折率１．４以上の透明材料で形成される。点状光源２からの光束は光線１９ａや光線１９ｂに示すように端面１６から入射したのち、導光板１１の中て全反射を繰り返し突起１２の側面１５に達し、そこからのみ射出するため、照明装置の下面からの出光が多く、被照明物８６（ここでは、前述したような偏光分離板を下部に配した反射型液晶表示装置である。以下、本実施例では被照明物とは上記反射型液晶表示装置を指す）効果的に照明することができる。
導光板１を形成する透明材料は、例えば、前述したものと同様のものを使用できる。また点状光源２としては発光ダイオード（ＬＥＤ）、電球等が用いられる。
以上の構成により、本照明装置は被照明物８６の前面に配置して、外光が充分にある明るいときには照明を消して被照明物８６を観察し（この時、該導光板１１はあたかも透明平板が被照射物８６の上に載置されたと同様な外観であり、該被照射物の表示性能には殆ど影響しないことが確認されている）、外光が充分でない暗いときには照明を点灯して被照明物８６を観察できる、パートタイム照明を実現できる。
更に、本実施例によれば、導光板１１の下面に複数の点状の光拡散部１２を設け、その形状を突起のように略円柱状にすると、前述した課題であった輝点は導光板１１面内一様に分布し、前述した表示の見やすさを損ねる直線的な強い輝線が発生しない事が確認された。更に、観察位置に関係なく、均一な視認性を得ることが確認できた。
また、前述したように従来の半透過型反射板を用いた反射型液晶表示装置に於いては、反射型表示の明るさを犠牲にするとともに、夜間の照明にっいても上記半透過型反射板を通して裏面より照明してきたため、照明光源の発光量の１０％以下のエネルギーしか照明に寄与できないためエネルギーの無駄が大きく、特に電池をエネルギー源とする電子機器、例えば携帯費話機器、時計、カメラ、データターミナル機器等の電池寿命を縮める問題があったが、本発明にもとづくフロントライトを用いれば、照明エネルギーの５０％以上も照明光として利用できるため、上記各種電子機器の電池寿命を延ばす事に有効な手段となる。
以上のフロントライトを有する液晶表示装置を表示部に持つ電子機器は、従来の半透過型反射板を使用した液晶表示装置を持つ電子機器に比べ、昼間は明るい反射型表示が得られるとともに、夜間には照明に要する電力の利用効率が高く省消費電力化が可能で、特定輝線の発生が無い均一で明るい表示照明を持った電子機器を提供できる。
突起１２の大きさ（円柱の底面１４の直径）は、可視光の波長がおよそ３８０ｎｍから７００ｎｍ程度であることから、回折による影響が発生しないために５μｍ程度以上は必要であり、また、突起１２部が肉視で気にならない程度の大きさであるために概ね３００μｍ以下が望ましい。これに加え、製造上の利便性から突起の大きさはおよそ１０μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。また突起１２の高さと幅（円柱の底面１４の直径）の比は、導光板１１内での光線は平面方向の仰角（光線と平面（図６１Ａでは１３叉は１７の面）との為す角）が４５度以下であるため、１対１以下でよく、実際には２０度以下の光線が９０％以上を占めるため１対２程度まで充分な性能を発揮する。
（第１８の実施例）
図６７において、導光板１１の反出光面１７側に凹形状１２ａを有する。凹形状１２ａは任意のサイズ、形状（多角錘、円錐、楕円球、球等）をもち、その凹形状１２ａに到達した光束を導光板１１平面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換する機能を有するが、中心角９０度以下の略球面にすることにより良好な特性を示すことがわかった。
点状光源２から導光板１１へ導かれた光束は導光板１１内で全反射を繰り返して導光していくが、導光板１１の反出光面１７には凹形状１２ａが設けられており、そこに到達した光束は導光板１１平面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換され、出光面１３より出光することができる。導光板１１の出光面１３側に、被照明物８６を配置することにより、本構成は面状照明として機能する。また反出光面１７側の凹形状以外の面は出光面１３側と平行であるので、平板に交差する方向からの光（つまり、上部、下部からの光）に対しては光線を透過する垂直光線透過機能をも有する。このことにより、明るい環境下で点状光源２を消灯し外光により液晶表示を観察する際、導光板１１は、殆ど透明平板と同様に見え特に表示外観を劣化させる事は無い。
これらの凹形状１２ａは照明部の面積に対して、任意の面積比て設定することができる。しかし、凹形状１２ａの面積比を大きくとることにより、照明効率を上げることができるが、垂直透過光線の割合を減少させ、表示の視認性を低下させる。実際には５０％を超える面積比に設定することは現実的でなく、暗い時のパートタイム照明としては、１０％前後の面積比に設定するのが妥当である。また、前述の照明輝度の均一化のために密度を加減する際にも、１０％程度であれば、垂直透過部の面積比は８０〜９０％程度の幅であり、視認性について位置によるムラは感じられない。
凹形状１２ａの大きさ（直径叉は最大径）は、可視光の波長がおよそ３８０ｎｍから７００ｎｍ程度であることから、回折による影響が発生しないために５μｍ程度以上は必要であり、また、凹形状１２ａ部が肉視で気にならない程度の大きさであるために概ね３００μｍ以下が望ましい。以上の内容に加え、製造上の利便性から凹形状の大きさはおよそ１０μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。
本実施例に於いても、前述した課題であった輝点は導光板１１面内−様に分布し、前述した課題であった表示の見やすさを損ねる直線的な強い輝線が発生しない事が観察された。更に、観祭位置に関係なく、均一な視認性を得ることが確認できた。そして、特に本実施例に於いては、被照射物８６への出光光線の入射角が第１７の実施例に示した導光板の場合よりもより垂直に近くなり照明効率がより向上する事が認められた。
以上のフロントライトを有する液晶表示装置を表示部に持つ電子機器は、従来の半透過型反射板を使用した液晶表示装置を持つ電子機器に比べ、昼間は明るい反射型表示が得られるとともに、夜間には照明に要する電力が少なく、特定輝線の発生が無い均一で明るい表示照明を持った電子機器が実現できた。
（第１９の実施例）
図６８において、導光板１１の反出光面１７側に凸形状１２ｂを有する。凸形状１２ｂは任意のサイズ、形状（多角錘、円錐、楕円球、球等）をもち、その凸形状１２ｂに到達した光束を導光板１１の面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換する機能を有するが、頂角１２０度以下の略円錐面にすることにより良好な特性を示すことがわかっている。凸形状１２ｂの密度、大きさについては前述の凹形状の場合に準じる。
本実施例に於いても、前述した輝点は導光板１１面に一様に分布し、前述した課題であった表示の見やすさを損ねる直線的な強い輝線が発生しない事が観察された。更に、観察位置に関係なく、均一な視認性を得ることが確認できた。そして、第１８の実施例と同様に第１７の実施例に比べて照明効率がより向上する事が認められた。
以上のフロントライトを有する液晶表示装置を表示部に持つ電子機器は、従来の半透過型反射板を使用した液晶表示装置を持つ電子機器に比べ、昼間は明るい表示が得られるとともに、夜問には照明に要する電力が少なく、特定輝線の発生が無い均一で明るい表示照明を持った電子機器が実現できた。
（第２０の実施例）
図６９において、導光板１１の反出光面１７側に光拡散部材層１２ｃを有する。光拡散部材層１２ｃは任意のサイズ、形状をもち、その光拡散部材層１２ｃに到達した光束を導光板１１の面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換する機能を有す為する。すなわちこの光拡散部材層１２ｃは出光面１３側への光拡散機能と反出光面１７側への遮光性を持っている。遮光性を確保するためにさらに遮光層を被けることもてきる。光拡散部材層１２ｃの密度、大きさについては前述の凹形状の場合に準じる。
本実施例に於いても、前述した輝点は導光板１１面内に一様に分布し、前述した課題であった表示の見やすさを損ねる直線的な強い輝線が発生しない事が観察された。更に、観察位置に関係なく、均一な視認性を得ることが確認できた。
また、本実施例に示されたフロントライトを用いた電子機器に於いても前述した実施例と同様に明るさと省電力照明の効果が確認された。
（第２１の実施例）
図７０において、以上に述べたような点状の光取り出し形状１２ｘを導光板１１上において、点状光源２の近傍では疎に、点状光源２から離れるに従って密に分布させた例を示す。点状光源２の近傍では導光板１７中の光束密度が高いが、光取り出し形状１２ｘにより光線が拡散して、点状光源２から離れるに従って光束密度が下がるため、連続的に光取り出し形状１２ｘを密に配設している。これにより、より均一な照明が可能になった。
本実施例に於いても、前述した輝点は導光板１１面内に一様に分布し、前述した課題であった表示の見やすさを損ねる直線的な強い輝線が発生しない事が確認された。更に、観察位置に関係なく、均一な視認性を得ることが確認できた。そして、本実施例のフロントライトを用いた電子機器に於いても、同様の効果が確認された。
（第２２の実施例）
図７２において、導光板１１の反出光面１７側には透明板または透明シート１２８が配置される。導光板１１と透明板または透明シート１２８の間は密着しておらず、空気層が存在する。導光板１１表面はわずかでも傷があると、そこで内部を導光する光線が反射し、表面からは輝点や輝線として確認できる。これらは被照明物８６の前面に配置する照明としては見苦しいばかりでなく、表示コントラストの低下等著しく視認性を低下させるものである。透明板または透明シート１２８は導光板１１に対して空気層を介しているため、光源２からの光束が入り込むことはなく、ここに傷が付いても、輝点、輝線がでることはない。またこの場合、傷の相対面積はわずかであるので、被照明物８６に対する視認性についての影響もきわめて小さい。本導光板１１を前置面照明として使用するためには、この透明板または透明シート１２８の存在が好ましい。透明板または透明シート１２８としてはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料が用いられる。
なお、この透明シート１２８は、携帯電話機器、時計、カメラ、データターミナル機器等、電子機器に一般的に用いられている液晶表示部を保護するための透明カバー板と兼用させれば、部品点数を減らす事になるとともに、表面反射による反射型表示性能の低下をより少なくする事ができ好ましい。
（第２３の実施例）
図７３において、導光板１１の少なくとも一つの端面にはライトガイドとして棒状光拡散体１８を配置し、さらに棒状光拡散体１３１８の端面には点状光源２を配置する。棒状光拡散体１３１８は端面に配置する点状光源２の光束を導光し、内部に練り込まれた拡散材や表面に配設された光拡散形状により棒状光拡散体１８の表面から均一に光束を分散させ、線状光源化する機能を持つ。棒状光拡散体１８の表面から射出した光は導光体１１の端面１６に導かれ導光板１１内に導光する。導光板１１の表面には前述のような光取り出し形状が形成されているが、光取り出し形状が特開平６−２８９３９１号や特開平６−３２４３３１号に示される様なリブ状や角柱状であっても、図２Ｂに示すように点状光源が直接入射した場合のような特定位置の輝点は現れないことが確認された。
棒状光拡散体１３１８は図７３Ａのように透明樹脂の中に異なる屈折率を持つ透明体１４２２ａを練り込んだもの、図７３Ｂのように透明樹脂の表面に印刷等により光拡散パターン１４２２ｂを形成したものが用いられる。
図７４は、図７３Ａや７３Ｂに示された物と同様な棒状光拡散体１６０２とリブ状の突起１６１２を有する導光板１１とからなるフロントライトで、この他、ＬＥＤ等点状光源が該棒状光拡散体１６０２の端部に配されているが図面では省略されている。上述したように、棒状光拡散体１６０２側面からは光が略一様に出光して導光板１１に入射し、リブ状突起部の側面より下方へ出光して被照射物を照明する。このように、点状光源からの光は、棒状光拡散体によりあたかも線状光源のように変換されて導光板１１に入射するため、リブ状突起を有する導光板でも前述し課題であった輝点ならびに輝線の発生の無い均一で明るいフロントライトが実現できる。
（第２４の実施例）
以上、本発明に基づく各種フロントライトの実施例をもとに説明してきたが、下部に偏光分離板を有する反射型液晶表示装置に前述した具体例に基づくフロントライトを搭載した実施例を図７５に示す。
導光板１１はその端部に配置された点状光源１２とともに液晶表示パネル１５２の前面に配置される。液晶表示パネル１５２の背面には前記偏光分離板と着色光吸収層とからなる１５３を配置し、反射型液晶表示装置を構成している。導光板１１は液晶表示パネル１５２側に光線を投射するとともに偏光分離板１５３によって反射した光線をほとんど分散することなく、透過する機能を有する。また外光が充分にあるときには光源１２を消灯して使用し、この場合、導光板１１は単なる透明板として作用して視認性を落とさず、表示品質にあまり影響を与えない。
本実施例に基づく反射型液晶表示装置に於いては、前述した実施例に基づく導光板を使用しているため課題であった照明時の輝線の発生が無く、明るく表示視認性のよい反射型液晶表示装置が得られる。
また照明装置を液晶表示パネルの背面に配置した従来の透過型液晶表示装置は照明装置からの光線が液晶表示パネルを１回のみ透過して明部暗部のコントラストを発生しているのに対し、本発明のような照明装置を液晶表示パネルの前面に配置した反射型液晶表示装置は照明装置からの光線が１回液晶表示パネルを透過したのち反射板によって反射してもう１回透過するため、よりコントラストが高くなることにより高い視認性を得るために有効になっている。
更に、裏面に発光体を配した従来の半透過型液晶表示装置の場合には、前述したように、透過率１０％前後の半透過反射板を通して背面から照射するため照明光量の１０％以下しか液晶表示装置の照明に寄与していない。それに比べて、このフロントライトを使用した場合には、照明光量の５０％以上を反射型液晶表示装置の照明に寄与させる事ができ、エネルギーの利用効率を格段に向上させ、低電力化が図れる。この事は、主に電池をエネルギー源とする小型携帯電子機器にとっては特に有利な点てある。
（第２５の実施例）
図７６は、前述したような偏光分離板と光吸収層とを従来の下偏光板と反射板の代わりに用いた明るい反射型の液晶表示体と該液晶表示体の上面に配置された本発明で示した第１７乃至第２４の実施例のいづれかに示したフロントライトとからなる液晶表示装置１７１を搭載した携帯電話機器である。
明るい環境下ではフロントライトの光源を消し外光により明るく見やすい表示外観が得られるとともに、暗い環境下に於いては該フロントライトの光源を点灯させ表示読み取りを可能にする。この場合、前述したように従来の半透過型液晶表示装置に比べて少ない電力で表示面を照射できるため電力消費を抑え電池寿命を延長させる事ができる。更に、前述したようにＬＥＤ、豆電球等、点状光源を使用しても輝線の発生が無い均一で明るく読み易い夜間照明が実現できる。
（第２６の実施例）
図７７は、前述したような偏光分離板と光吸収層とを従来の下偏光板と反射板の代わりに用いた明るい反射型の液晶表示体と該液晶表示体の上面に配置された第１７乃至第２４の実施例のいづれかに示したフロントライトとからなる液晶表示装置１８１を搭載した時計である。この例でも前述と同様に輝線の発生が無く均−で見やすく、しかも消費電力を抑え電池寿命を延長した時計が実現できる。
（第２７の実施例）
図７８は、前述したような偏光分離板と光吸収層とを従来の下偏光板と反射板の代わりに用いた明るい反射型の液晶表示体と該液晶表示体の上面に配置された第１７乃至第２４の実施例のいづれかに示したフロントライトとからなる液晶表示装置１９１を搭載したデータターミナル機器である。この例でも前述と同様に輝線の発生が無く均一で見やすく、しかも消費電力を抑え電池寿命を延長したデータターミナル機器が実現できる。倉庫のような比較的暗い環境下で使用されることが多いデータターミナル機器には本発明は特に有効である。
（第２８の実施例）
図７９は、前述したような偏光分離板と光吸収層とを従来の下偏光板と反射板の代わりに用いた明るい反射型の液晶表示体と該液晶表示体の上面に配置された第１７乃至第２４の実施例のいづれかに示したフロントライトとからなる液晶表示装置（２０１と２０２）を搭載したカメラてある。この例でも前述と同様に輝線の発生が無く均一で見やすく、しかも消費電力を抑え電池寿命を延長したカメラが実現できる。
以上説明したように、第１７乃至第２８の実施形態およびその変形例によれば、偏光分離板を用いた明るい反射型液晶表示体の上面に載置された均一で明るい、かつ省電力で動作するフロントライトを有した液晶表示装置が実現できるとともに、特に、暗い環境下でも使用されるケースの多い携帯電話、時計、データターミナル機器、カメラ等の携帯機器に上記液晶表示装置を搭載する事は有効である。
（第２９の実施例）
以下に第２９の実施例を図面に基づいて説明する。図８０において、薄い箱状の筐体５３内部に掲示物５６を配置し、掲示物の観察者側面には導光板１１が全体を覆って配置されている。光源２は筐体５３の縁部に収納され、かつ導光板１１の端面１６に隣接配置される。よって観察者側からは筐体５３の縁部前面の遮光部５４によって隠され、光源２を直接見ることはない。導光板１１は図８１Ａまたは８１Ｂに示すように透明板の片面に突起１２を設けており、突起１２の各面はすべて出光面１３に対して略平行な面（底面１４）と略垂直な面（側面１５）で構成される。導光板１は概ね屈折率１．４以上の透明材料で形成される。光源２からの光束は光線１９ａや光線１９ｂに示すように端面１６から入射したのち、導光板１１の中で全反射を繰り返し突起１２の側面１５からのみ射出するため、照明装置の背面からの出光が多く、掲示物５６を効果的に照明することができる。
また、導光板１１を形成する透明材料はアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル樹脂やポリオレフィン樹脂等の透明フィルム、ガラス等の無機透明材料またはそれらの複合体が用いられる。製造法としては、射出成形、押出成形、熱硬化成形、光（紫外線）硬化成形、エッチング、透明樹脂またはガラス平板上にフィルムまたは樹脂層を接合する等の方法、透明樹脂板や透明フィルムをロール型等により転写して成形する方法等がとられる。
光源２としては蛍光管、電球、発光ダイオード（ＬＥＤ）等が用いられる。蛍光管は低電力で高輝度が期待でき、白色光を容易に得ることができるため掲示板への用途に適している。ＬＥＤは寿命が半永久的であり、低電圧で駆動できるため回路が簡単で、安全性も高い。色については最近では赤、緑、青の他にそれらの混色や白色も可能になっている。電球を用いた場合は寿命が短いという欠点があるが安価であり、交換も容易にできる可能性を持つ。
以上の構成により、本掲示板装置は掲示物の前面に配置して、外光が充分にある明るいときには照明を消して掲示物を観察し、外光が充分でない暗いときには照明を点灯して掲示物を観察できる、非常に薄型のパートタイム照明が可能な掲示板装置を実現できる。また照明時においても、光源から非常に近接した位置での照明であるため、一層の低消費電力化を図ることができる。
突起１２の大きさは、可視光の波長がおよそ３８０ｎｍから７００ｎｍ程度であることから、回折による影響が発生しないために５μｍ程度以上は必要であり、また、突起１２部が肉視で気にならない程度の大きさであるために概ね１ｍｍ以下が望ましい。また突起１２の高さと幅（略円柱であれば直径）の比は、導光板１内での光線は平面方向の仰角が４５度以下であるため、１対１以下でよく、実際には２０度以下の光線が９０％以上を占めるため１対２程度まで充分な性能を発揮する。
図８２において、導光板１１の反出光面１７側に凹形状１２ａを有する。凹形状１２ａは任意のサイズ、形状をもち、その凹形状１２ａに到達した光束を導光板１１平面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換する機能を有するが、中心角９０度以下の略球面にすることにより良好な特性を示すことがわかっている。
点光源２から導光板１１へ導かれた光束は導光板１１内で全反射を繰り返して導光していくが、導光板１１の反出光面１７には凹形状１２ａが設けられており、そこに到達した光束は導光板１１平面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換され、出光面１３より出光することができる。導光板１１の出光面１３側に、掲示物５６を配置することにより、本構成は面状照明として機能する。また反出光面１７側の凹形状以外の面は出光面１３側と略平行であるので、平板に交差する方向には光線をそのまま透過する垂直光線透過機能をも有する。
これらの凹形状１２ａは照明部の面積に対して、任意の面積比で設定することができる。しかし、凹形状１２ａの面積比を大きくとることにより、照明の効率を上げることができるが、垂直透過光線の割合を減少させ、視認性を低下させる。実際には５０％を超える面積比に設定することは現実的でなく、暗い時のパートタイム照明としては、１０％前後の面積比に設定するのが妥当である。また、前述の照明輝度の均一化のために密度を加減する際にも、１０％程度であれば、垂直透過部の面積比は８０〜９０％程度の幅であり、視認性について位置によるムラは感じられない。
凹形状１２ａの大きさは、可視光の波長がおよそ３８０ｎｍから７００ｎｍ程度であることから、回折による影響が発生しないために５μｍ程度以上は必要であり、また、凹形状１２ａ部が肉視で気にならない程度の大きさであるために概ね１ｍｍ以下が望ましい。
図８３において、導光板１１の反出光面１７側に凸形状１２ｂを有する。凸形状１２ｂは任意のサイズ、形状をもち、その凸形状１２ｂに到達した光束を導光板１１平面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換する機能を有するが、頂角１２０度以下の略円錐面にすることにより良好な特性を示すことがわかっている。凸形状１２ｂの密度、大きさについては前述の凹形状の場合に準じる。
図８４において、導光板１１の反出光面１７側に光拡散部材層１２ｃを有する。光拡散部材層１２ｃは任意のサイズ、形状をもち、その光拡散部材層１２ｃに到達した光束を導光板１１平面に対して、大きい仰角を持つ光束に変換する機能を有する。すなわちこの光拡散部材層１２ｃは出光面１３側への光拡散機能と反出光面１７側への遮光性を持っている。遮光性を確保するためにさらに遮光層を設けることもできる。光拡散部材層１２ｃは印刷、エッチング等で形成することができ、遮光層についても印刷、金属膜蒸着等の方法で形成される。光拡散部材層１２ｃの密度、大きさについては前述の凹形状の場合に準じる。
図８５において、以上に述べたような点状の光取り出し形状１２ｘを導光板１１上において、光源２の近傍では疎に、光源２から離れるに従って密に分布させた例を示す。光源２の近傍では導光板１ｘ中の光束密度が高いが、光取り出し形状１２ｘにより光線が拡散して、光源２から離れるに従って光束密度が下がるため、連続的に光取り出し形状１２ｘを密に配設している。これにより、より均一な照明が可能になっている。
図８６において、導光板１１の反出光面１７側には透明板または透明シート８が配置される。導光板１１と透明板または透明シート８の間は密着しておらず、空気層が存在する。導光板１表面はわずかでも傷があると、そこで内部を導光する光線が反射し、表面からは輝点や輝線として確認できる。これらは透過式の照明としては見苦しいばかりでなく、コントラストの低下等著しく視認性を低下させるものである。透明板または透明シート８は導光板１１に対して空気層を介しているため、光源２からの光束が入り込むことはなく、ここに傷が付いても、輝点、輝線がでることはない。またこの場合、傷の相対面積はわずかであるので、掲示物５６に対する視認性についての影響もきわめて小さい。本導光板１１を前置面照明として使用するためには、この透明板または透明シート８の存在が必須である。透明板または透明シート８としてはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料が用いられる。
図８７において、掲示板装置として交通標識８００に使用した例を示す。交通標識の持っている、自動車の前照灯からの光線による反射機能を損なうことなく夜間でも確認しやすい標識を実現できる。
図８８において、掲示板装置としてバス停標識８０１に使用した例を示す。低消費電力な標識が実現できる。
図８９において、掲示板装置として額縁８０２に使用した例を示す。暗所でも確認できる額縁を実現できる。
図９０において、掲示板装置として時計文字盤８０３に使用した例を示す。公共な場所に設置される時計等に低消費電力な照明が実現できる。
以上説明したように、第２９の実施例およびその応用例によれば、簡単な構成により、薄型で照度均一性が高く、省電力な照明機能を有する掲示板装置および掲示板装置を用いた標識等を提供することができる。
なお、上述した実施例および変形例によって例示された本発明の照明装置には既に説明した表示機器を含め、種々の用途がある。これを再度、概括的に例示してみると、
● 携帯電話、小型情報機器、腕時計などの携帯機器の照明装置
● 飾り棚照明、三面鏡ライト、テーブルのガラス部などの家具用の照明装置
● 屋外大型クロックの夜間照明、公共地図、バス停留所などの時刻表示板などの照明装置
● 自動車のサンルーフ部、インパネ部などの照明装置
● 歯科医用ミラーライトなどの医療用品の照明装置
● 文庫本用コンパクト照明、飛行機内読書用照明、アウトドア用マップ照明などに使用する照明装置
● ショーケース用照明、ディスプレイ、美術館展示品照明などに使用する照明装置
● ルーペ照明、フォトフレーム照明、額縁照明などの家庭内小物に使用する照明装置
● 窓、シャワールーム、玄関常夜灯、屋内壁照明、壁はめ込みフレーム照明などの建築用の照明装置
● 自動販売機の商品照明、プールの水中照明、屋外社名ボード照明などの照明装置
など、非常に広範囲の産業上の用途がある。
この内、アウトドア用マップ照明などに使用する照明装置の一例を図９１Ａ〜図９１Ｃに示す。この装置は手のひらに乗せることができる程度のコンパクトな大きさであり（例えば葉書と同程度の大きさ）、優れた可搬性を有している。この照明装置は導光板２３５の上下面それぞれに透明の保護シート２３６を貼り付け、３方の側面には反射シート２３７を各々貼り付けている。導光板２３５、保護シート２３６、および反射シート２３７の機能は上述したものと同一または同等である。導光板２３５の残りの光入射側側面の部分にはその一部を覆うように長方形箱型のケース２３８が取り付けてある。このケースには、電源としての電池２３９、点灯回路（インバータ）２４０、線状光源としての蛍光管２４１、スイッチ２４２などが収納されている。蛍光管２４１はリフレクタ２４２により覆われている。これにより、点灯回路２４０は電池２３９からの電力で蛍光管２４１を必要時に点灯でき、前述した作用効果を得ることができる。したがって、アウトドアで地図を見るときに便利な高品質の照明機能を備えたハンディタイプの照明装置を提供できる。
なお、本発明は上述した実施例および変形例に記載の構成に限定されるものではなく、当業者であれば請求の範囲記載の本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能なことは勿論である。

Claims (17)

1. 被照明物の前面に配置され、屈折率が１．４以上の透明材料からなる平板状の導光板と、該導光板の端面に対向して配置した光源とを有する照明装置であって、
   前記導光板は、前記被照明物に対向する出光面と、該出光面とは反対側の反出光面とを有し、
   前記導光板の反出光面は、前記出光面と平行な平面で構成されており、該平面内に夫々離間して設けられた複数の点状の光取り出し構造体が設けられており、
   前記各点状の光取り出し構造体は、前記反出光面の平面に対して３０度以下の傾斜面を有し、
   前記導光板の反出光面において、前記平面で構成された領域の面積は、前記複数の点状の光取り出し構造体が設けられた領域の面積よりも大きいことを特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置において、
   前記光取り出し構造体は、５μｍ以上３００μｍ以下の大きさを有することを特徴とする照明装置。
3. 請求項１に記載の照明装置において、
   前記導光板の端部に光吸収部材を配置したことを特徴とする照明装置。
4. 請求項１に記載の照明装置において、
   前記光源は点状光源であることを特徴とした照明装置。
5. 請求項１に記載の照明装置において、
   前記光取り出し構造体を前記点状光源の近傍では相対的に疎に分布させるとともに前記点状光源から離れるに従って連続的に密に分布させたことを特徴とする照明装置。
6. 請求項４に記載の照明装置において、
   前記導光板の前記被照明物に対向する出光面に、前記光取り出し構造体として柱状突起を設けたことを特徴とする照明装置。
7. 請求項４に記載の照明装置において、
   前記導光板の前記被照明物に対向する出光面に、前記光取り出し構造体として異形柱状突起を設けたことを特徴とする照明装置。
8. 請求項１に記載の照明装置において、
   前記導光板の前記被照明物に対向する出光面とは反対側の反出光面に、前記光取り出し構造体として凹形状体を設けたことを特徴とする照明装置。
9. 請求項８に記載の照明装置において、
   前記凹形状体が概ね円錐面形状であることを特徴とする照明装置。
10. 請求項９に記載の照明装置において、
    前記凹形状体が概ね頂角１３０度の円錐面形状体であることを特徴とする照明装置。
11. 請求項１に記載の照明装置において、
    前記導光板の前記被照明物に対向する出光面とは反対側の反出光面に、前記光取り出し構造体として凸形状体を設けたことを特徴とする照明装置。
12. 請求項１１に記載の照明装置において、
    前記凸形状体が概ね円錐面形状体であることを特徴とする照明装置。
13. 請求項１２に記載の照明装置において、
    前記凸形状体が概ね頂角１３０度の円錐面形状体であることを特徴とする照明装置。
14. 請求項４に記載の照明装置において、
    前記点状光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたことを特徴とする照明装置。
15. 請求項４に記載の照明装置において、
    前記点状光源として電球を用いたことを特徴とする照明装置。
16. 請求項１に記載の照明装置において、
    前記導光板の前記被照明物に対向する出光面とは反対側の反出光面に対向してシート状の透明部材を配設したことを特徴とする照明装置。
17. 請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の照明装置において、
    前記被照明物として液晶表示体を用いたことを特徴する液晶表示装置。

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