JP4528902B2 - 光源装置、照明装置および表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、光源装置、照明装置および表示装置に係り、さらに詳しくは、光源に指向性の強い点光源、例えば発光ダイオードなどを用いた光源装置およびこの光源装置を用いて広い面積で均一な照明光を得ることができる照明装置または表示装置に関するものである。これらの装置は、液晶パネル用バックライト、各種の表示装置などにも使用できるものである。

近年、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）の研究、開発が急速に進み、様々なタイプのＬＥＤが開発・製品化されて、広い分野で使用され始めている。これらのＬＥＤは、照明分野においても使用されるようになって来ている。この照明分野では、現在、例えば液晶パネル用バックライト、各種の表示板、電光掲示板などの照明装置として使用されている。

液晶パネル用バックライトに使用される照明装置は、概ね、所定の肉厚および面積の板状体からなる拡散板を用いて、この拡散板の真下に蛍光灯などの光源を配設して、この光源で拡散板を直接照射して拡散板面を発光させる直下型と、所定の肉厚および面積の板状体からなる導光板を用いて、この導光板の少なくとも一辺に蛍光灯、ＬＥＤ等の光源を配設して、導光板面を発光させるエッジライト型となっている。

これらの直下型およびエッジライト型のうち、直下型は、光源と拡散板との間に所定の隙間、すなわち所定距離をあける構造である。この距離を短縮すると拡散板に光源の外形などが映し出されて見苦しくなり、照明品質が低下する恐れがある。また、光源に指向性の強いものを使用すると、光源真上の拡散板の輝度が極度に高くなり、他の照明エリアとの間に輝度差が発生して、均一な照明光を得ることができなくなる恐れがある。また、この輝度を均一化する方法として、拡散板と光源との距離を大きくすることが考えられるが、この方法を採用すると、距離が離れるとその距離に比例して全体が暗くなって所望の照明光を得ることができず、また薄型化ができないなどの課題が出現する。
直下型はこのような課題を抱えているので、用途によっては、このような直下型の照明装置を採用し難いことがある。

この直下型の照明装置が上記のような課題を抱えていることから、この直下型の照明装置に代わってエッジライト型の照明装置が使用され、このタイプの照明装置が多く提案されている（例えば、下記特許文献１〜３参照）。

例えば、下記特許文献１には、エッジライト型の照明装置が開示されている。この照明装置は、発光ダイオードと、光導入部が平坦面に形成された官製ハガキ程度の大きさの導光板と、発光ダイオードからの光を反射する反射鏡とを備え、導光板の平坦面に発光ダイオードを装着するとともに、この発光ダイオードが反射鏡で覆われた構成となっている。そして、発光ダイオードからの照射光は、反射鏡に照射されて、導光板に導入されるようになっている。この照明装置によると、発光ダイオードからの照射光は導光板に効率よく取り込まれることになる。

また、下記特許文献２には、ＬＥＤおよび光源ロッドからなる光源装置と、この光源装置からの照射光を導光する導光板とで構成された照明装置が開示されている。光源ロッドは、所定形状のプリズムアレイで構成されている。そして、この光源ロッドによって、ＬＥＤからの照射光が導光板を介して被照射物に照射されて、輝度が均等化されるようになっている。

下記特許文献３には、導光体の入光面に複数の発光ダイオードを等間隔に配置し、この発光ダイオードからの光を反射体で乱反射させ、その散乱光により導光体の出光面を面発光させて、導光体の出光面に対向配置された表示体を照光するレジ案内灯が開示されている。

特開２００５−１４９８４８号公報（段落〔００１２〕、図１） 特開２００１−２３６８１１号公報（段落〔００１２〕〜〔００１４〕、図１） 特開２００５−９９４０６号公報（段落〔００１６〕、〔００１７〕、図３）

上記特許文献１〜３の照明装置は、いずれも光源に指向性の強い光源としてＬＥＤを使用し、このＬＥＤを矩形状導光板の一辺又は全辺に１個ないし複数個を配設して導光面から均一な照明光を得ることができるエッジライト型の照明装置となっている。
しかしながら、このタイプの照明装置には、以下の課題が内在している。すなわち、その一つの課題は、所定の肉厚および大きさを有し比較的高価な導光板を必要とするので、大型化が難しくなっていることである。例えば、上記特許文献１の照明装置は、導光板が官製ハガキ程度のガラス或いはアクリル板を使用したものとなっているので、これ以上の大型化が難しい。また、強いて大型化しようとすると、大型の導光板が必要になり、しかも上記特許文献３の照明装置のように、複数個の発光ダイオードが必要となって、これら複数個の発光ダイオードを導光板の全辺の受光面に配設しなければならなくなる。そのために、照明装置の重量が増大し、かつ部品点数も多くなって組立て作業が面倒になり、さらにコストが高騰することになる。さらに、上記特許文献２の照明装置は、特殊形状の光源ロッドを必要としているが、この光源ロッドを使用しても大型化が難しくなっている。

他の課題は、発光面積を大きくするために大型化すると、それに比例して大型の導光板が必須となって、このような導光板は肉厚の厚いガラス板或いはプラスチック板が使用されるので、その重量が重くなり、それを組み込んだ照明装置の重量が増大し、価格も高騰することである。また、このような大型の導光板を用いると、光源から発光面までの光経路が長くなり、そのために光の減衰が大きくなり、均一な照明光を得るのが難しく、しかも照度の高い照明光を得るのも難しくなる。なお、このような高い照度を得ようとすると、ハイパワーの光源が必須となってコストの高騰を招くことにもなる。
また、他の課題は、上記課題と関連するが上記特許文献１、２の照明装置にみられるように、光源を導光板の一辺に配置しても、光源から発光面までの光経路が長くなり、そのために光減衰が大きくなり、結局、導光板の大きさが制限されるので、大型化ができないことである。

したがって、これまでのエッジライト型の照明装置は、導光板を用い、この導光板の周辺に光源を配設する構造となるので、小型の照明装置としては好適であるが、大型化に限界があるものとなっている。

本発明者は、これまでのエッジライト型の照明装置には、導光板が使用され、そのために大面積の面状照明光を得難くなっていることに鑑みて、指向性の強い光源であっても導光板を使用しないで、如何にすれば大面積の面状照明光が得られるかを、試行錯誤を繰り返して探求した。その結果、光源として指向性の強い点光源、例えばＬＥＤを所定の反射・透過パターンを設けた反射板一端辺部に配設することにより、ＬＥＤからの出射光を該反射板の一端辺部から離れた他端辺部まで効率よく、しかも略均一分散させて伝達できることを見出して、この知見に基づいて本発明を完成させるに至ったものである。

そこで、この発明の目的は、エッジライト型の装置であって、光源に指向性の強い点光源を用いても、従来技術が必須としていた導光板を不要にして、広い面積で且つ均一な照明光を得ることができる光源装置、照明装置および表示装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、任意の形状、例えば直方体、円錐および角錐体などに作製できる軽量且つ安価な光源装置、照明装置および表示装置を提供することにある。

前記目的は以下の手段によって達成できる。すなわち本願の請求項１にかかる発明は、指向性の強い点光源と、前記点光源が設けられた所定の面積を有する光源取付け部と、前記光源取付け部の周囲から所定の高さ立設された側方反射部とを有し、前記光源取付け部および前記側方反射部で囲まれた内壁面が反射面で形成された光源装置において、前記側方反射部は、少なくともその一部に前記点光源からの光の一部を反射および透過させる複数の反射・透過部を設けた反射・透過パターンを有する光導通反射板で形成されて、前記反射・透過パターンは、前記点光源から前記光導通反射板面へ所定角度で複数本の仮想の放射線が引かれて、前記放射線上にあって前記点光源から同じ距離にある前記反射・透過部の反射率および透過率が前記点光源の指向角度が小さい放射線上の反射率をＲｅ１および透過率をＴｒ１、指向角度が大きい放射線上の反射・透過部の反射率をＲｅ２および透過率をＴｒ２として、これらの関係が以下の関係、すなわち、Ｒｅ１＞Ｒｅ２、Ｔｒ１＜Ｔｒ２に設定されていることを特徴とする。

なお、本発明における「指向角度」とは、点光源の光軸と、点光源と所定位置とを通る直線とがなす角度のことを指す。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光源装置において、前記反射・透過パターンの反射・透過部は、同一放射線上において、前記点光源から離れるにしたがってそれぞれの反射率が小さく且つ透過率が大きくなっていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の光源装置において、前記反射・透過パターンの反射・透過部は、前記光導通反射板が反射部材で構成されて、前記反射部材には所定大きさの開口を有する貫通孔が形成されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３に記載の光源装置において、前記光導通反射板は、前記点光源の近傍領域に設けられている前記貫通孔に代えて、未貫通穴が形成されている又は肉薄に形成されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１又は２に記載の光源装置において、前記反射・透過パターンの反射・透過部は、前記光導通反射板が透明基板で構成されて、前記透明基板に所定大きさの反射ドットが形成されていることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の光源装置において、前記側方反射部は、前記光導通反射板の少なくとも２枚を対向させて構成されていることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の光源装置において、前記側方反射部は、筒状体又は錐体状であることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項７に記載の光源装置において、前記筒状体は、前記光源取付け部と対向する面に反射板が設けられて、前記反射板に他の点光源が設けられ、前記光導通反射部材は、前記他の点光源に対応して前記反射・透過パターンが設けられていることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項１に記載の光源装置において、前記点光源は、発光ダイオード又はレーザーダイオードであることを特徴とする。

請求項１０の照明装置に係る発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の光源装置が該光源装置と相似形状の光透過性材料からなるケースに収容されていることを特徴とする。

請求項１１に係る表示装置は、請求項１０の照明装置のケースの少なくとも一部に、表示板が装着されていることを特徴とする。

請求項１、２の発明によれば、従来技術で必要としていた導光板が不要になり、軽量化および低価格化ができて、しかも大面積で均一な照明光を得ることができる。すなわち、導光板がなくなるので、軽量化および低価格化が可能になり、さらに、反射・透過パターンを設けることにより、点光源からの出射光を均一にして、広い面積で均一な照明光を得ることが可能になる。また、反射・透過パターンは、側方反射部の一部又は全部に設けることによって、片面又は両面から照明光が得られる光源装置を作製できて用途の拡大を図ることができる。

請求項３〜５の発明によれば、光導通反射板に設ける反射・透過パターンを簡単に作成できる。

請求項６〜８の発明によれば、任意の形状の光源装置を作製できて、用途の拡大を図ることができる。

請求項９の発明によれば、点光源に、発光ダイオード又はレーザーダイオードを用いるので、長寿命でしかも消費電力が少なくなり、照明装置を省エネルギー化することができる。

請求項１０、１１の発明によれば、前記光源装置の作用効果を奏する照明装置及び表示装置を提供できる。

図１は本発明の実施形態１に係る表示装置の斜視図である。 図２は図１の表示装置をＩＩ―ＩＩ線で切断した概略断面図である。 図３は図１の照明装置に組込まれた光源装置の分解斜視図である。 図４は図３の光源装置を構成する光導通反射板の正面図である。 図５は図４のＡ部分を拡大した拡大図である。 図６Ａ、Ｂは点光源から離れた箇所の照度を求める方法を説明する説明図である。 図７はＬＥＤの配光特性図である。 図８は図１の変形例の表示装置を示す斜視図である。 図９は図１の他の変形例の表示装置を示す斜視図である。 図１０は図９Ａ、図９Ｃの表示装置に組込まれる光導通反射板の正面図である。 図１１は本発明の実施形態２に係る光源装置、照明装置および表示装置に用いる光導通反射板の正面図である。 図１２は図１１の光導通反射板の変形例を示す正面図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための光源装置、照明装置および表示装置を例示するものであって、本発明をこれらに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。

まず、図１、図２を参照して、本発明の実施形態１に係る光源装置および照明装置が組込まれた表示装置の概要を説明する。なお、図１は本発明の実施形態１に係る表示装置の斜視図、図２は図１の表示装置をＩＩ―ＩＩ線で切断した概略断面図である。
表示装置１は、図１、図２に示すように、対向する一対の短辺枠２ａ、２ｄおよび長辺枠２ｂ、２ｃを有し、表裏面に所定大きさの窓口２ｅ、２ｅ'が設けられた額縁状の枠体２と、この枠体内に組込まれた照明装置３と、これらの各窓口２ｅ、２ｅ'に嵌め込まれた一対の表示板９Ａ、９Ａ'とで構成されている。照明装置３は、少なくとも一個のＬＥＤ５が収容された光源装置４と、この光源装置からの照射光を拡散させる一対の拡散板８Ａ、８Ａ'とで構成されている。枠体２は、表示装置１および照明装置３に共通なものとなっている。すなわち、この枠体２は、表示装置１および照明装置３の設計に合わせて作製されて使用される。これらの枠体は、合成樹脂成型体或いは金属板材で形成されている。

次に、図２、図３を参照して、表示装置に組込まれた光源装置の概要を説明する。なお、図３は図１の照明装置に組込まれた光源装置の分解斜視図である。
光源装置４は、図２、図３に示すように、所定大きさの平板状の基板５ａに固定された一個のＬＥＤ５と、このＬＥＤが一辺に装着されて前後に所定大きさの開口を設け内部に所定大きさの空間を有する矩形状の枠体からなる反射枠体６と、前後の開口を覆って取付けられる対向する一対の光導通反射板７Ａ、７Ａ'とを有している。
反射枠体６は、図３に示すように、所定の幅長および長さを有する矩形状の底板部６Ａと、この底板部の短辺から上方へ所定高さ立設した対向する一対の側板部６Ｂ、６Ｃと、両側板部の頂部間を繋ぐ天井板部６Ｄとを有し、内部に所定大きさの空間を有し、前後にそれぞれ開口６_０が設けられた矩形状の枠体で構成されている。この反射枠体６は、底板部６Ａ、側板部６Ｂ、６Ｃおよび天井板部６Ｄで囲まれて、その内壁面は光吸収率が低くしかも高反射率で乱反射する材料からなる反射面で形成されている。この反射枠体６は、例えば超微細発泡反射材を用いて作成するのが好ましい。その他のものとして、基板などに反射材、例えば、チタンホワイトの微粒子をエマルジョン化したもの、ポリテトラフロロエチレンの微粒子をエマルジョン化したものを塗布したもので構成してもよい。

ＬＥＤ５は、平板板状の基板５ａに装着されて、反射枠体６の底板部６Ａに固定される。すなわち、このＬＥＤ５は、図２に示すように、底板部６Ａの略中央部にあって、対向する一対の光導通反射板７Ａ、７Ａ'との間にそれぞれ等しい距離Ｇ_１、Ｇ_１の隙間があいた中間の位置に固定される。距離Ｇ_１は、例えば２０ｍｍである。この隙間には、導光板などを装着しないので、組立てた光源装置が軽量になる。基板５ａは、所定大きさの金属板体で形成されて、放熱作用を有するものとなっている。
ＬＥＤ５には、１個の発光素子又は複数個の発光素子を集合したものが使用される。このＬＥＤは蛍光灯や白熱電球などに比べ使用電圧が低く、寿命も長い。その結果、蛍光灯や白熱電球などに比べて省エネルギー化が可能になる。また、このＬＥＤ５は色の三原色、すなわちＲ、Ｇ、Ｂを発光するＬＥＤを使用してもよい。このようなＬＥＤを使用することによって、様々な色の照明光を得ることが可能となる。このようなＬＥＤを設けた光源装置を表示装置に組込むと、安全な時は青、危険な時は赤に変わるというような非常灯を簡単に作製できる。この実施形態では、ＬＥＤを用いているが、他の光源、例えばレーザーダイオードなどを使用してもよい。ＬＥＤ或いはレーザーダイオードは、発光部にレンズなどを装着したものでもよい。また、この実施形態では一個のＬＥＤを反射枠体に設けたが、複数個用いてもよい。複数個を配設する場合は、密集させ或いは所定の間隔をあけて設ける。所定の間隔をあけて配設する場合は、後述する光導通反射板の反射・透過パターンは、それぞれのＬＥＤに合わせて形成される。

図４〜図６を参照して、光源装置を構成する光導通反射板を説明する。なお、図４は図３の光源装置を構成する一枚の光導通反射板の正面図、図５は図４のＡ部分を拡大した拡大図、図６Ａ、Ｂは点光源（ＬＥＤ）から離れた箇所の照度を求める方法を説明する説明図、図７はＬＥＤの配光特性図である。
一対の光導通反射板７Ａ、７Ａ'は、同じ構成となっている。一方の光導通反射板を符号７で表して説明する。
図４の曲線Ｃｕは、ＬＥＤ５から等距離の箇所或いは領域を結んだ等距離曲線を表している。ＬＥＤ５と等距離曲線Ｃｕとを結ぶ直線が等距離線となる。これらの等距離線は、ＬＥＤ５から光導通反射板面へ向かって放射状に引かれる放射線の一部となっている。一方、ＬＥＤ５は、所定の配光特性（図７参照）を持っているので、この配光特性と等距離線とを重ね合わせると、図４の単位領域Ｈ_５，１は、ＬＥＤ５の指向角度が略零度の等距離線Ｌ_１上に位置し、一方、単位領域Ｈ_１，５は指向角度が略９０度の等距離線Ｌ_２上に位置している。
これらの単位領域には、それぞれＬＥＤからの光の一部を反射及び透過させる反射・透過部が形成されて、これらの反射・透過部はそれそれぞれ所定の反射率及び透過率に設定される。すなわち、一方の単位領域Ｈ_５，１における反射率をＲｅ１、透過率をＴｒ１、他方の単位領域Ｈ_１，５における反射率をＲｅ２、透過率をＴｒ２とすると、これらの関係が、Ｒｅ１＞Ｒｅ２、Ｔｒ１＜Ｔｒ２に設定される。すなわち、指向角が略９０度の等距離線Ｌ_２線上での反射率および透過率と指向角略零度の等距離線Ｌ_１上の反射率および透過率とが、前者の反射率が低く且つ透過率が高く、一方、後者が前者より反射率が高く且つ透過率が低くなるように設定される。この設定により、光導通反射板を通過する通過光量が後者で制限され、前者で増えるので、Ｌ_２上のエリアが等距離線Ｌ_１のエリアに比べて暗くなることがない。

Ｒｅ１＞Ｒｅ２、Ｔｒ１＜Ｔｒ２の関係は、ＬＥＤ５と等距離曲線とを結ぶ他の等距離線Ｌ_１、Ｌ_２以外、Ｌ_１、Ｌ_２間の等距離線上でも設定されている。また、これらの等距離線を含む同一放射線上にあっては、ＬＥＤ５から離れるにしたがって反射・透過部の反射率が小さく、透過率が大きくなるように設定される。
Ｒｅ１＞Ｒｅ２、Ｔｒ１＜Ｔｒ２の関係は、光導通反射板７に所定の反射・透過パターンを設けることによって実現される。この反射・透過パターンは、例えば、光導通反射板に高い反射率を有する反射板を用いて、この反射板に所定大きさの開口を有する貫通孔を設ける方法、或いは光導通反射板に透明基板を用いて、この透明基板に所定面積を有する反射ドットを設ける方法で形成される。

以下、光導通反射板７に、所定大きさの開口を有する貫通孔を設ける方法による反射・透過パターンを説明する。

光導通反射板７は、図４に示すように、対向する短辺７ａ、７ｂおよび長辺７ｃ、７ｄ並びに所定の肉厚を有し、反射枠体６の開口６_０を塞ぐ大きさの長方形状の板状体からなり、高光反射率、低光透過率および低光吸収率の材料、例えば超微細発泡反射板で形成されている。なお、超微細発泡反射板には、反射率９８％、光透過率１％、光吸収率１％程度のものが知られているので、この材料のものを用いるのが好ましい。その他の材料として、透明基板などに反射材、例えば、チタンホワイトの微粒子をエマルジョン化したもの、ポリテトラフロロエチレンの微粒子をエマルジョン化したものを塗布或いはスクリーン印刷したものでもよい。

この光導通反射板７は、同一形状（例えば正方形状）の複数個の単位領域に区分されて、これらの単位領域に所定の光量を通過させる所定大きさの開口を有する光導通孔が形成される。なお、図４の格子状の点線で囲まれた領域が単位領域となっている。なお、図４の単位領域Ｄｉ、ｊは、記号Ｄが所定位置における単位領域であって、記号ｉは一方の短辺７ａから他方の短辺７ｂに向かって等間隔な平行線上にある行を表し、記号ｊは該平行線上にあってＬＥＤ５を中心にして、このＬＥＤから左右に離れた領域の位置を表している。また、記号Ｈｉ，ｊは、単位領域Ｄｉ，ｊでの開口を表している。例えば、開口Ｈ_１７，５は、１７行にあって、ＬＥＤ５から右の５列目の開口を示している。

所定単位領域Ｄｉ，ｊにおける開口Ｈｉ，ｊの大きさは、以下の方法で決められる。まず、照度Ｉを演算により算出（後述する）し、照度Ｉが最も低くなる所定領域Ｄｍａｘに、最大の半径Ｒｍａｘである円形の開口を設ける（図５参照）。この半径Ｒｍａｘは、所定領域の一辺の長さの４０％、つまり直径を一辺の長さの８０％としている。これ以上径を大きくすると隣接する開口間を連結する繋ぎ部分（以下、桟という）が細くなることから、機械的強度が弱くなり、光導通反射板７の耐久性に影響することになる。なお、光導通反射板７を機械的強度の高いものにして、直径を一辺の９０％程度にしてもよい。また、開口は、任意の形状、円形だけでなく例えば三角形、四角形および星型などにしてもよい。

次に、Ｄｍａｘ以外の所定領域Ｄｉ，ｊに設ける開口の大きさを、Ｄｍａｘに設けた半径Ｒｍａｘを基にして求める。まず、ＬＥＤ５から所定領域Ｄｉ，ｊ内の所定位置Ｐｉ，ｊ（所定領域Ｄｉ，ｊの重心位置やＬＥＤ５からの最短位置など）までの距離Ｌｉ，ｊと、指向角φｉ，ｊと、所定位置Ｐｉ，ｊでの法線方向の直線と、ＬＥＤ５と所定位置Ｐｉ，ｊとを通る直線とのなす角ψｉ，ｊとを測定する。所定領域Ｄｉ，ｊにおける照度Ｉｉ，ｊは照度計を用いて測定してもよいし、また、演算によって概算値を求めてもよい。

所定位置Ｐｉ，ｊでの照度Ｉｉ，ｊを、距離Ｌｉ，ｊと、指向角φｉ，ｊと、所定位置Ｐｉ，ｊでの法線方向の直線と、ＬＥＤ５と所定位置Ｐｉ，ｊとを通る直線とのなす角ψｉ，ｊとによって演算で求める。
図６に示すようにＬＥＤ５を原点とし、ｘ軸を光導通反射板７と平行な方向、ｙ軸を基板５ａと平行な平面上であってｘ軸に垂直に交わる方向、ｚ軸を基板５ａに対して垂直な方向にとり、所定位置Ｐｉ，ｊの直交座標を（ｘ_ｉ，ｊ、ｙ_ｉ，ｊ、ｚ_ｉ，ｊ）とする。ＬＥＤ５から射出される最大光度ＬＩｍａｘは図６に示すように、ｚ軸正の方向であり、所定位置Ｐｉ，ｊ方向への光度は、ＬＩｍａｘ・ｃｏｓφｉ，ｊに比例する。所定領域Ｄｉ，ｊで受ける光全体の光束Ｆｉ，ｊは、ＬＥＤ５から所定領域Ｄｉ，ｊを見込む立体角をΔωｉ，ｊ、所定領域Ｄｉ，ｊの面積をΔＡｉ，ｊ、比例定数をＫとすると、
Ｆｉ，ｊ＝Ｋ・ＬＩｍａｘ・ｃｏｓφｉ，ｊ・Δωｉ，ｊ
＝Ｋ'・ｃｏｓφｉ，ｊ・ΔＡｉ，ｊ・ｃｏｓψｉ，ｊ／Ｌｉ，ｊ^２
となる。ここで、Ｋ・ＬＩｍａｘをＫ'とした。
照度は単位面積あたりに入射する光束量であるので、所定位置Ｐｉ，ｊでの照度Ｉｉ，ｊは、
Ｉｉ，ｊ＝Ｆｉ，ｊ／ΔＡｉ，ｊ
＝Ｋ'・ｃｏｓφｉ，ｊ・ｃｏｓψｉ，ｊ／Ｌｉ，ｊ^２
ここで、
ｃｏｓφｉ，ｊ＝ｚ_ｉ，ｊ／（ｘ_ｉ，ｊ ^２＋ｙ_ｉ，ｊ ^２＋ｚ_ｉ，ｊ ^２）^１／２、
ｃｏｓψｉ，ｊ＝ｙ_ｉ，ｊ／（ｘ_ｉ，ｊ ^２＋ｙ_ｉ，ｊ ^２＋ｚ_ｉ，ｊ ^２）^１／２、
Ｌｉ，ｊ＝（ｘ_ｉ，ｊ ^２＋ｙ_ｉ，ｊ ^２＋ｚ_ｉ，ｊ ^２）^１／２
であるから、
Ｉｉ，ｊ＝Ｋ'・ｙ_ｉ，ｊ・ｚ_ｉ，ｊ／（ｘ_ｉ，ｊ ^２＋ｙ_ｉ，ｊ ^２＋ｚ_ｉ，ｊ ^２）^２
となる。
ｙ軸方向の距離は一定であるので、所定位置Ｐｉ，ｊでの照度Ｉｉ，ｊは、光導通反射板７の面上で、ｘ軸方向、ｚ軸方向の距離を求めることによって簡単に算出することができる。

所定位置Ｐｉ，ｊにおける開口の半径Ｒｉ，ｊの大きさは、上記算出した照度、Ｉｉ，ｊと、所定領域Ｄｍａｘにおける照度Ｉｍｉｎとの比のルートによって算出する。つまり、
Ｒｉ，ｊ＝Ｒｍａｘ・√（Ｉｍｉｎ／Ｉｉ，ｊ）
とする。したがって、所定位置Ｐｉ，ｊにおける照度Ｉｉ，ｊが高いほど、所定位置Ｐｉ，ｊにおける開口の面積は小さくなる。

ＬＥＤ５は、通常、図７に示す配光特性を有している。このＬＥＤの光度は、光軸からの傾きが大きくなればなる程弱くなる。しかしながら、上記方法で開口を決めると、図４に示すように、ＬＥＤ５から等距離にあっても、基板５ａに垂直な方向にある開口Ｈ_５，１よりも、基板５ａに平行な方向にある開口Ｈ_１，５の方が、その開口面積が大きくなり、特に、ＬＥＤ５近傍エリアの照度を均一化することができる。

上記の方法は、ＬＥＤからの直接光のみで開口の面積を求めたが、光導通反射板７や反射枠６で反射した光を考慮して開口の面積を決める方がより照度が
均一になる。この場合、反射光の反射位置を仮想光源とし、仮想光源では完全拡散しているものと仮定して、仮想光源からの距離と、仮想光源と所定位置Ｐｉ，ｊとのなす角度によって定まる反射照度を計算して加算し、その合計照度を基に開口率を決定する。

この反射・透過パターンは、光導通反射板の個々の単位領域に所定大きさの開口を有する貫通孔のパターンで形成したが、このような貫通孔を設ける方法によると、ＬＥＤ５の近傍エリアにおいて開口面積が小さくなり過ぎて、小さい開口面積を有する貫通孔を設けるのが技術的に難しくなる。そこで、光導通反射板の近傍エリアに貫通孔に代えて、肉薄、未貫通穴或いは所定形状の溝で形成するのが好ましい。

この実施形態では、光導通反射板に開口を有する貫通孔を設けた反射・透過パターンを説明したが、光導通反射板に透明基板を用いて、この透明基板に所定面積を有する反射ドットを設けた反射・透過パターンで構成してもよい。
この反射・透過パターンは、光導通反射板に透明基板を用いるので、単位領域における反射率および透過率が上記の反射・透過パターンと逆のパターンとなる。

図１、図２に戻って、表示装置および照明装置を説明する。
表示装置１は、両側面にそれぞれ窓口２ｅ、２ｅ'を有する額縁状の枠体２内に、光源装置４と、この光源装置からの照射光を拡散する２枚の光拡散板８Ａ、８Ａ'と、２枚の表示板９Ａ、９Ａ'とが収容されたもので構成される。２枚の光拡散板８Ａ、８Ａ'は、図２に示しように、光源装置４の各光導通反射板７Ａ、７Ａ'から所定の距離（隙間）Ｇ_２離して配設され、各表示板９Ａ、９Ａ'は各光拡散板８Ａ、８Ａ'から所定の距離（隙間）Ｇ_３離して対向して配設されている。距離（隙間）Ｇ_２は、例えば１５ｍｍとなっている。
この表示装置によれば、各表示板と各光導通反射板との間に光拡散板が設けられているので、表示板と光導通反射板との距離を短くすることができる。また、光拡散板によって光が散乱し、光導通反射板の反射・透過パターンが隠されて、見苦しくなることがない。表示板は、任意の文字或いは絵などが設けられたものである。このような文字などが付いた表示板を用いることにより、各種の表示灯として利用することができる。

また、表示装置１は、光源装置と表示板との間に光拡散板を設けたが、この光拡散板を省いてもよい。光拡散板を省いた場合は、光源装置と表示板間の隙間を上記最大径Ｒｍａｘの２〜３倍程度の距離にするのが好ましい。その理由は、この隙間が小さい、すなわち各光導通反射板７Ａ、７Ａ'と各表示板９Ａ、９Ａ'間の距離が接近し過ぎると、それぞれの表示板に各光導通反射板に設けた反射・透過パターンの影が映り込んでしまい、見苦しくなりしかも照明品質を損ねる恐れがあるからである。

照明装置３は、表示装置１からそれぞれの表示板９Ａ、９Ａ'を無くしたもので構成されている。この照明装置は、室内灯などに使用することができる。

以上、本発明の実施形態１に係る光源装置、照明装置および表示装置を説明した。これらの装置は、表裏両面からそれぞれ照明光が照射される両面照明装置となっているが、片面の照明装置或いは側面全方向の照明装置にしてもよい。片面の照明装置は、光源装置４の一対の光導通反射板７Ａ、７Ａ'のうちの、いずれか一方の光導通反射板を反射・透過パターンを設けない反射板で構成し、この反射板にした側の、照明装置および表示装置の光拡散板および表示板を無くしたもので構成する。また、側面全方向に照明光を照射する照明装置は、図８に示すように、４側面にそれぞれ光導通反射板を設けることによって構成する。また、図８の照明装置は、直方体形状であるが、図９Ｂのように円筒体形状にしてもよい。なお、側面だけでなく、天井板部にも光導通反射板を設けてもよい。さらに、照明装置の形状は、図９Ａ、図９Ｃに示すように、円錐形状、角錐形状にしてもよい。これらの形状に使用する光導通反射板は例えば図１０に示すような反射・透過パターンを持ったものとなる。

次に、図１１、図１２を参照して、本発明の実施形態２に係る光源装置、照明装置および表示装置を説明する。なお、図１１は本発明の実施形態２に係る光源装置、照明装置および表示装置に用いる光導通反射板の正面図、図１２は図１１の光導通反射板の変形例を示す正面図である。
本発明の実施形態２に係る光源装置、照明装置および表示装置は、実施形態１に係る装置において、点光源、すなわちＬＥＤの数を増設し、このＬＥＤの増設に伴い光導通反射板の反射・透過パターンの一部を変更したものとなっている。そこで、これらの装置と実施形態１の各装置との間で共通する構成には同じ符号を付して重複説明を省略し、異なる構成について説明する。
これらの光源装置、照明装置および表示装置は、反射枠体６の天井板部６ＤにＬＥＤ５'が増設されて、実施形態１の装置の各光導通反射板７Ａ、７Ａ'に代えて、光導通反射板７Ｃ（図１１参照）が装着されたものとなっている。この光導通反射板７Ｃは、増設したＬＥＤ５'に対応して、この反射板に光導通反射板７（図４参照）に設けた反射・透過パターンが設けられたものとなっている。
これらの装置によれば、ＬＥＤが増設された分、光源装置、照明装置および表示装置の高さを長くしたものを得ることができる。

この光導通反射板７Ｃは、光導通反射板７に設けた反射・透過パターンを各ＬＥＤに対応して、光導通反射板７Ｂの対向する短辺に形成したが、この構成によると、図１１に示すように、細長になるので、行方向の反射・透過部を一行毎に削除した光導通反射板７Ｄを形成してもよい（図１２参照）。この反射・透過パターンを用いることにより、装置を縦長から若干横長にでき、ＬＥＤが増設された分、照度の高い均一な照明光を得ることができる。

１、１Ａ〜１Ｄ 表示装置
２ 枠体
３、３Ａ〜３Ｄ 照明装置
４ 光源装置
５ ＬＥＤ
６ 反射枠
７、７Ａ、７Ａ'、７Ｂ〜７Ｄ 光導通反射板
８Ａ、８Ａ' 光拡散板
９Ａ、９Ａ' 表示板

Claims (11)

1. 指向性の強い点光源と、前記点光源が設けられた所定の面積を有する光源取付け部と、前記光源取付け部の周囲から所定の高さ立設された側方反射部とを有し、前記光源取付け部および前記側方反射部で囲まれた内壁面が反射面で形成された光源装置において、
   前記側方反射部は、少なくともその一部に前記点光源からの光の一部を反射および透過させる複数の反射・透過部を設けた反射・透過パターンを有する光導通反射板で形成されて、
   前記反射・透過パターンは、前記点光源から前記光導通反射板面へ所定角度で複数本の仮想の放射線が引かれて、前記放射線上にあって前記点光源から同じ距離にある前記反射・透過部の反射率および透過率が前記点光源の指向角度が小さい放射線上の反射率をＲｅ１および透過率をＴｒ１、指向角度が大きい放射線上の反射・透過部の反射率をＲｅ２および透過率をＴｒ２として、これらの関係が以下の関係、すなわち、Ｒｅ１＞Ｒｅ２、Ｔｒ１＜Ｔｒ２に設定されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記反射・透過パターンの反射・透過部は、同一放射線上において、前記点光源から離れるにしたがってそれぞれの反射率が小さく且つ透過率が大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記反射・透過パターンの反射・透過部は、前記光導通反射板が反射部材で構成されて、前記反射部材には所定大きさの開口を有する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記光導通反射板は、前記点光源の近傍領域に設けられている前記貫通孔に代えて、未貫通穴が形成されている又は肉薄に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記反射・透過パターンの反射・透過部は、前記光導通反射板が透明基板で構成されて、前記透明基板に所定大きさの反射ドットが形成されていることを
   特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
6. 前記側方反射部は、前記光導通反射板の少なくとも２枚を対向させて構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光源装置。
7. 前記側方反射部は、筒状体又は錐体状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光源装置。
8. 前記筒状体は、前記光源取付け部と対向する面に反射板が設けられて、前記反射板に他の点光源が設けられ、前記光導通反射部材は、前記他の点光源に対応して前記反射・透過パターンが設けられていることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
9. 前記点光源は、発光ダイオード又はレーザーダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の光源装置が該光源装置と相似形状の光透過性材料からなるケースに収容されていることを特徴とする照明装置。
11. 請求項１０の照明装置のケースの少なくとも一部に、表示板が装着されていることを特徴とする表示装置。

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