JP4552082B2 - 面状照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、看板、各種反射型表示装置等の照明手段に用いられる面状照明装置に関するものであり、特に、液晶表示装置の照明手段として用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄型で占有容積が小さく、軽量であること等に特徴を有する液晶表示装置は、携帯電話やパーソナルコンピュータ等をはじめとする多くの電気製品に使用され、その需要は増大している。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、太陽光や部屋の照明の明るさを十分に取り込むことができない暗所で使用する場合には、液晶表示装置とは別個に液晶を照射する照明手段が必要となる。従って、この液晶を照射する照明手段は小型で消費電力の小さいことが望まれると同時に、観察画面における品質の高い画像を映し出すものであることが望まれる。そして、近年、薄板状のサイドライト方式（導光板方式）の面状照明装置をその手段として使用することが多い。
【０００３】
図５に、サイドライト方式を使用する面状照明装置の従来例の一形態を示す。この面状照明装置は、面状の均一発光を実現するために考案されたもの（特開２０００−１１７２３公報）であり、その内容は以下に示す通りである。
面状照明装置１'は、反射型液晶素子Ｌの上面を覆うように配置されるものであり、透光性材料からなる断面矩形状に形成された平板状の透明基板２と、その一側面３に近接配置される光源部４と、光源部４および透明基板２の一端部を覆う光反射部材（リフレクタ）１２とから概略構成されている。
【０００４】
光源部４は、長手状の導光体７と、この導光体７の両端部８、８に配置される、例えば、発光ダイオードのような点状光源９、９とから構成されている。導光体７の一側面１４には、光路変換手段１１が形成されている。光路変換手段１１は、透明基板２の一側面３に向き合う面１３の反対側面１４に形成されており、例えば、断面形状ほぼ三角形の溝部１５と、溝部１５の間に形成される平坦部１６とで形成されている。導光体７内部を進行する光の内、溝部１５で反射する光は、溝部を形成する傾斜面によって一側面１３にほぼ垂直に進行しやすく、平坦部１６で反射する光と比較して、一側面１３を透過して結果的に透明基板２内へ進行する光量が多くなる。したがって、平坦部１６の幅に対する溝部１５の幅の比率は、導光体７の端部８から遠ざかるに従って徐々に大きくなるように設定されている。このように、点状光源９からの距離と溝部１５の幅とのバランスを考慮して光路変換手段１１を形成することにより、点状光源が導光体７の端部８に配置されているにもかかわらず、光は透明基板２の一側面３に向き合う面１３において均一に放出されるというものである。
尚、光路変換手段１１の構成は、上述した形態に限定されるものではなくこの他、粗面化加工を施して微小な凹凸を形成した光散乱部と粗面化加工を施していない平坦部とからなる構成等であってもよい。
【０００５】
透明基板２の上面６には、光反射パターン１７が一側面３に沿って形成されている。光反射パターン１７は、断面形状が略三角形の多数の溝部１８と溝部１８に隣接する平坦部１９とから構成され、光源部４からの距離に左右されることなく透明基板２の面状の均一発光を実現するために、溝部１８の形成される間隔を場所によって異ならしめている。即ち、平坦部１９の幅（占有面積）に対する溝部１８の幅（占有面積）の比率が、透明基板２の一側面３から遠ざかるに従って徐々に大きくなるように設定されている。
【０００６】
また、光反射部材１２は、導光体７の透明基板２に対向する面以外の長手方向の周面および透明基板２の導光体７に近接する端部を覆い、導光体７から外部に漏れる光を回収し、導光体７の光利用効率を改善するようにしている。光反射部材１２は概略Ｕ字状に形成され、導光体７を覆う面側（内面）には、銀等の金属を蒸着したフィルム、白色フィルム等を貼り付けた硬質樹脂品、あるいはアルミ板、ステンレス板等の金属板を曲げ加工したものが貼り付けられている。
【０００７】
しかしながら、上述するような構成を有する面状照明装置では、画面を観察したときに透明基板２の一側面３に対して直交する向きに明暗の縞模様が発生するという不具合があった。この明暗の縞模様は、導光体７に設けられている光路変換手段１１に起因するものである。即ち、光路変換手段１１の光散乱部１５で反射する光は、その多くが一側面１３から出射して透明基板２内へ進行するのに対し、平坦部１６で反射する光は、その多くが全反射をするため一側面１３から出射せずに、導光体７内を進行するため、散乱部１５と平坦部１６からなるパターン設定条件によっては、一側面１３から出射される光の輝度が不均一になる。このため、透明基板２へ入射する光の輝度が不均一となり、画面には一側面３に直交する明暗の縞模様が発生する。そこで、この明暗縞の対策として、光路変換手段１１の光散乱部１５と平坦部１６のパターンを、目視によっては上述の明暗の縞模様が認識できない程度に微細化することが考えられるが、所望の加工精度を保証することが困難であるという問題があった。
【０００８】
そこで、図６に示すように、透明基板２に入射する光の輝度を均一にする手段として、導光体７と透明基板２との間に拡散板２０を設けるものが提案されている。拡散板２０は、光拡散反射物質を含有した光拡散部を薄板状の支持体上に形成する構成である。この拡散板２０の配置により、導光体７の一側面１３から出射した光は拡散板２０を透過中に拡散され、透明基板２の一側面３から入射する光の輝度を略均一にすることができるというものである（特開２０００−２３１８１４公報）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６に示す、拡散板２０を設けた面状照明装置１"は、観察画面上での光の輝度を均一にするという手段としては有効であった。しかしながら、導光体７の一側面１３から出射し、拡散板２０を透過中に拡散された光は、透明基板２の一側面３方向へ入射する光透過率が低く、光源部４からの光の利用率は低下し、画面上で所定の輝度を得るために消費電力が増加するという不具合や、製造工程において組立が容易ではなく、作業効率を低下させるという不具合があった。
また、拡散板を使用せずに、光路変換手段の所望の加工精度を考慮しつつその間隔を可能な限り狭くした場合は、画面上の明暗の縞模様を十分に抑えることができないという不具合があった。
また、詳細は後述するが、上述した明暗の縞模様よりも長いピッチを有する明暗の縞模様が存在することも明らかになり、その抑制策も求められていた。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、消費電力を増加させることなく、画面全体にわたり均一な明るさを実現することができる面状照明装置の提供を目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、透光性材料からなり、表面に光反射パターンを形成した透明基板と、長手状の導光体と該導光体の端部に配置される点状光源とから構成され、前記透明基板に近接配置される光源部とを備える面状照明装置において、前記透明基板の側面に沿うように少なくとも二個以上の導光体が連接配置され、該少なくとも二個以上の導光体の側面で、前記透明基板の側面に向かう側の側面とは反対側の側面に、前記点状光源から出射された光を反射させる光路変換手段がそれぞれ設けられ、一つの導光体の光路変換手段により反射された光によって、前記透明基板上に発生する明暗差の斑を、他の導光体の光路変換手段により反射される光によって抑止するように、前記他の導光体の光路変換手段が形成されており、前記点状光源は、前記連接配置された導光体の一端部側に一個、あるいは両端部側にそれぞれ一個配置され、配置された側の全ての導光体の端面に対向していることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によると、それぞれの導光体の一側面に形成された光路変換手段により、点状光源から放射された光は透明基板方向に反射される。一つの導光体の光路変換手段により反射された光によって、透明基板上には輝度の明暗斑が生じる。この明暗斑の暗部となる位置に、他の導光体の光路変換手段により反射される光によって、透明基板上に生じる明暗斑の明部となる位置がくるように、それぞれの導光体の光路変換手段を形成することで、透明基板上の明暗斑を抑止し、画面全体の均一発光を実現している。また、連接配置した二以上の導光体のそれぞれの幅をたし合わせた幅を、点状光源の幅と略同一にして、全ての導光体の端面に対向するように配置させることにより、点状光源から出射される光を効率よく導光体内に入射させる。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記少なくとも二個以上の導光体に設けられている前記光路変換手段は、複数の溝部と該溝部に隣接する平坦部とから構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
光路変換手段を、複数の溝部とこの溝部に隣接する平坦部とから構成することにより、点状光源から出射された光は、効率よく透明基板方向に反射されるとともに、点状光源からの距離に左右されることなく略均一に反射される。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、請求項３の発明は、請求項１に記載の発明において、前記少なくとも二個以上の導光体に設けられている前記光路変換手段は、連続して形成された断面形状三角形の溝から構成されていることを特徴とするものである。光路変換手段を、連続して形成される断面形状三角形の溝によって構成することにより、点状光源から出射された光は、効率よく透明基板方向に反射されるとともに、点状光源からの距離に左右されることなく略均一に反射される。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、請求項４の発明は、請求項２または３に記載の発明において、前記他の導光体の光路変換手段は、前記他の導光体の光路変換手段は、前記一つの導光体の光路変換手段によって発生する前記透明基板上の明暗斑の暗部に対応する位置にのみ形成されていること、前記暗部に対応する位置で溝部が深く形成されていること、前記暗部に対応する位置で溝部間が狭く形成されていることのいずれか一つ又はそれらの組み合わせから構成されていることを特徴とするものである。他の導光体の側面に形成した光路変換手段の溝部を、一つの導光体の光路変換手段によって透明基板上に生じる明暗斑の前記暗部に対応する位置にのみ形成する、または前記暗部に対応する位置で深くあるいは密に形成することにより、前記暗部に対して透明基板方向への反射光量を多くすることができ、一つの導光体の光路変換手段により生じる透明基板上の前記暗部の輝度を向上させ明暗斑を抑止する。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明において、前記一つの導光体により生じる明暗差の斑を抑止するための、他の導光体の短手方向の幅は、前記一つの導光体の幅以下であることを特徴とするものである。明暗斑を抑止するために配置される他の導光体の幅を、明暗斑を生じる一つの導光体による反射光との光量のバランスを考慮して任意に設定し、透明基板上の明暗斑を抑止する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る面状照明装置の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。尚、本面状照明装置は、従来例として説明した面状照明装置の光源部を改良したものであり、全体的な構造は従来の面状照明装置と略同一であるので、同様の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明は適宜省略する。
【００２０】
図１、図２に、本発明に係る面状照明装置１に用いられる光源部４の一形態を示す。図１は、面状照明装置１の分解斜視図であり、図２は、光源部４の上面図である。
図１に示すように、光源部４は、長手状の導光体７ａ、７ｂと、導光体の両端部の端面８ａ、８ｂ、端面８ａ'、８ｂ'に対向して配置される点状光源９、９'とから構成されている。導光体７ａ、７ｂは、透明基板２の一側面３に沿って連接配置され、一側面３に向かう側の側面１３ａ、１３ｂとは反対側の側面、即ち、導光体７ａ、７ｂの一側面１４ａ、１４ｂには、点状光源９、９'から出射した光を反射させる光路変換手段１１ａ、１１ｂがそれぞれ設けられている。そして、光路変換手段１１ａ、１１ｂは、断面形状略三角形の溝部１５ａ、１５ｂ（光反射部ともいう）と溝部に隣接して配設される平坦部１６ａ、１６ｂとから構成されている。
【００２１】
導光体７ａの光路変換手段１１ａは、隣接する溝部１５ａの間隔が、それぞれの点状光源９、９'から遠ざかるにしたがって徐々に狭くなり、導光体７ａの略中央部に形成される溝部の間隔が最も狭くなるように設定されている。これは、点状光源９、９'から遠ざかるに従って低下する輝度を、導光体７ａの単位長さ当たりに形成する溝部１５ａの数を増やし、溝部１５ａで反射する光の量、即ち、透明基板２方向へ反射させる光の量を多くすることによって補い、点状光源９、９'からの距離に左右されずに、導光体７ａの全体に渡り透明基板２方向へ反射する光量を略均一化させるためである。
これに対し、導光体７ｂの光路変換手段１１ｂは、導光体７ａの光路変換手段１１ａの光反射により透明基板２上に生じる明暗斑を抑止して、より均一な発光を実現するように設けられている。
【００２２】
ここで、点状光源から導光体内に入射した光が光路変換手段により反射され、その反射光によって透明基板上に発生する別形態の明暗斑について図３に基づき説明する。
図３に示す面状照明装置は、透明基板２の側面に、長手状の導光体２７と導光体２７の一端部に配置された点状光源９とから構成される光源部４が設けられた構成を有する。尚、導光体２７の一側面１４には、点状光源９からの距離に左右されずに、導光体２７から透明基板２方向へ略均一に光を反射させるために、溝部と平坦部とから構成される光路変換手段が形成されている（図示省略）。
【００２３】
点状光源９から放出された光は、放射状に進行し、導光体２７の一側面１３および１４で反射する（一側面１４で反射し透明基板２方向へ進行する光を矢印によって示している）。点状光源９に比較的近い位置において一側面１４で反射する光は、単位面積当たりの光の量が多く（矢印の本数が多く）、これらの光によって第一の明部３１が発生する。点状光源９から遠ざかるにしたがって、一側面１４で直接反射する点状光源９からの光の量は少なくなっていくが、一側面１３で反射した光が再度、一側面１４で反射する領域が生じる。一側面１４で反射した光にこの再度反射した光が加算され（矢印の数が密となり）第二の明部３３が発生する。そして、この二つの明部３１と３３に挟まれた領域が暗部３２となり、透明基板２上には明暗斑が発生する。
【００２４】
上述したメカニズムにより、図２に示すような導光体７ａの両端部に点状光源９、９'を配置した構成を有する面状照明装置１では、透明基板２上の領域Ａ、Ｂに暗部が生じる（正確には、他にも明暗斑が生じるが、ここでは顕著に生じる二本の暗部に関して記載する）。
従って、導光体７ｂの光路変換手段１１ｂは、導光体７ａの光路変換手段１１ａの光反射により透明基板２上に生じるこの領域Ａ、Ｂの暗部を抑止するように設けられる。即ち、導光体７ｂの光路変換手段１１ｂを構成する溝部１５ｂが、導光体７ｂの一側面１４ｂ上で、暗部領域Ａ、Ｂに対応する領域に設けられる。これにより、透明基板２の暗部領域Ａ、Ｂ方向に反射する光の量を増加させることができ、領域Ａ、Ｂの暗部を抑止することができる。つまり、導光体７ａによって生じる暗部に導光体７ｂによって生じる明部を重ねることで、透明基板２上に生じる領域Ａ、Ｂの暗部を抑止している。
【００２５】
この形態においては、導光体７ａによって生じる暗部を抑止するために、導光体７ｂの一側面１４ｂに形成する溝部１５ｂを、暗部領域Ａ、Ｂに対応する領域のみに形成しているが、この形態に限定されるものではなく、例えば、点状光源９、９'から導光体７ｂ内に入射した光を効率よく透明基板２方向に反射させ、かつ領域Ａ、Ｂの暗部を抑止するために、導光体７ｂの一側面１４ｂの全体に光路変換手段１１ｂを設け、暗部領域Ａ、Ｂに対応する領域の溝部１５ｂを他の溝部の深さよりも深く形成するようにしたものであってもよい。また、導光体７ｂの一側面１４ｂの全体に光路変換手段１１ｂを設け、暗部領域Ａ、Ｂに対応する領域の溝部１５ｂ間隔を狭く形成するようにしたものであってもよい。また、導光体７ｂの一側面１４ｂの全体に光路変換手段１１ｂを設け、暗部領域Ａ、Ｂに対応する領域の溝部１５ｂを他の溝部の深さよりも深く形成すると共に、溝部１５ｂ間隔を狭く形成するようにしたものであってもよい。
【００２６】
図２において、導光体７ａの幅（短手方向の幅ともいう）をＷ1、導光体７ｂの幅（短手方向の幅ともいう）をＷ2、そして点状光源９、９'の幅をＷ0で示す。導光体の幅Ｗ1とＷ2を足し合わせた幅は、点状光源の幅Ｗ0と略等しくなるように形成されており、点状光源９は導光体７ａ、７ｂの端面８ａ、８ｂと、また、点状光源９'は導光体７ａ、７ｂの端面８ａ'、８ｂ'と略対向するように配置されている。これにより、点状光源９、９'から放射された光は効率よく導光体７ａ、７ｂ内に入射する。また、導光体の幅Ｗ1とＷ2を足し合わせた幅を点状光源９、９'の幅と略同一となるように形成しているので、点状光源９、９'は従来品と同種のものを使用することができ、点状光源の使用個数を増加させる必要がなく、コストアップを抑えることができる。また、光源部４の大きさが大きくなることもない。尚、図では構造の理解を容易とするために導光体７ａと７ｂを離隔して記載しているが、実際には両者間の隙間は微小である。
【００２７】
また、導光体７ｂは、導光体７ａの反射によって生じる明暗斑を抑止するために設けられる補助的なものであり、その設置によって透明基板２方向へ反射される導光体７ａからの光量を低下させるものであってはならない。従って、点状光源９、９'から導光体７ａ内に入射した光を透明基板２方向へ効率よく反射させ、透明基板２の高い輝度を実現させるためには、導光体７ａおよび光路変換手段１１ａ等を所定の大きさに形成する必要があり、導光体７ｂの幅Ｗ2は、導光体７ａの幅Ｗ1以下（Ｗ2≦Ｗ1）に形成されている。
【００２８】
また、この実施の形態においては、透明基板２に連接配置した導光体のうち、導光体７ｂを透明基板２に隣接させ、導光体７ａを導光体７ｂに隣接させる配置としているが、導光体７ａと７ｂとを逆に配置させた形態であってもよく、この場合にも同様の作用効果を得ることができる。また、複数の導光体の配置方向は、透明基板２の平面方向に限定されるものではなく、透明基板２の厚み方向に連接配置する構成であってもよい。
【００２９】
また、連接配置する導光体の数は、二個に限定されるものではなく、三個以上連接配置させる場合であってもよい。この場合には、二個以上の導光体を明暗斑を抑止するための導光体として使用することができ、明暗差をさらに小さくし、より均一な輝度を実現することができる。
【００３０】
図４は、導光体７ａ、７ｂに形成される光路変換手段の別の一形態を示すものである。連接配置された導光体７ａ、７ｂの一側面には、二つの傾斜面５１ａ、５２ａから構成される断面形状三角形の溝が連続して形成された光路変換手段５０ａ、傾斜面５１ｂ、５２ｂから構成される断面形状三角形の溝が連続して形成された光路変換手段５０ｂがそれぞれ設けられている。また、いずれの実施例とも点状光源を導光体の両端に配置させているが、いずれか一方の端部のみに点状光源を配置した構成であっても、同様の効果が得られるものである。また、複数の導光体は必ずしも分離させた状態である必要はなく、導光体の両端をはじめ溝が形成されていない部分で隣接する導光体同士が結合され、複数の導光体が一体化された構成であってもよい。
【００３１】
尚、図１、図４に示す光路変換手段は、導光体７ａ、７ｂに同一構成の光路変換手段（溝部と平坦部からなる構成、又は、二つの傾斜面からなる連続した溝部構成）を形成するものであったが、この形態に限定されるものではなく、異なる構成の光路変換手段をそれぞれの導光体に形成するものであってもよい。また、光路変換手段を構成する溝部の替わりに、白色の塗料を塗布して光散乱部を形成するものであってもよい。これらの形態においても、溝部の幅、深さ、あるいは塗布する塗料の面積等を適宜考慮することで、明暗斑の少ない均一かつ高輝度な面状発光を実現することができる。
【００３２】
また、図１は、フロントライト型の面状照明装置を示すものであるが、このタイプの面状照明装置に限定されるものではなく、バックライト型の面状照明装置に適用した場合にも同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係る面状照明装置によれば、連接配置した二個以上の導光体にそれぞれ光路変換手段を形成し、それらの光路変換手段は、一つの導光体に形成した光路変換手段の光反射によって透明基板上に生じる輝度の明暗差の斑を、他の導光体に形成した光路変換手段の光反射によって生じる輝度の明暗差により抑止するような位置関係に設けられているので、点状光源から導光体内に入射された光を効率よく透明基板方向に反射させることができるとともに、画面全体において均一かつ高輝度の発光を実現することができる。
【００３４】
また、一つの導光体に形成した光路変換手段の光反射によって透明基板上に生じる輝度の明暗差の斑を、他の導光体に形成した光路変換手段を構成する溝部が設けられる位置、溝部の深さ、溝部の密度の相違によって生じさせる明暗差により抑止しているので、透明基板上に生じる輝度の斑の明暗差に応じて、抑止する明暗差の光量を適宜変化させることができ、明暗斑のない均一な画面発光を容易に実現することができる。
【００３５】
また、連接配置した二以上の導光体の一端部側には一個の点状光源を配置させ、この点状光源が全ての導光体の端面に対向する構成を有するので、点状光源の使用個数の増加を伴なわず、消費電力を増加させることなく均一な画面発光を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る面状照明装置の一形態を示す分解斜視図である。
【図２】図１の面状照明装置を構成する光源部および透明基板の一部を示す図である。
【図３】点状光源から放出される光を模式的に示した図である。
【図４】導光体に形成される光路変換手段の一形態を示す図である。
【図５】従来の面状照明装置の一形態を示す分解斜視図である。
【図６】従来の面状照明装置の別の一形態を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 面状照明装置
２ 透明基板
４ 光源部
７ａ、７ｂ 導光体
８ａ、８ａ'、８ｂ、８ｂ' 端面
９、９' 点状光源
１１ａ、１１ｂ 光路変換手段
１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ 一側面
１５ａ、１５ｂ 溝部
１６ａ、１６ｂ 平坦部
【発明の属する技術分野】
本発明は、看板、各種反射型表示装置等の照明手段に用いられる面状照明装置に関するものであり、特に、液晶表示装置の照明手段として用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄型で占有容積が小さく、軽量であること等に特徴を有する液晶表示装置は、携帯電話やパーソナルコンピュータ等をはじめとする多くの電気製品に使用され、その需要は増大している。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、太陽光や部屋の照明の明るさを十分に取り込むことができない暗所で使用する場合には、液晶表示装置とは別個に液晶を照射する照明手段が必要となる。従って、この液晶を照射する照明手段は小型で消費電力の小さいことが望まれると同時に、観察画面における品質の高い画像を映し出すものであることが望まれる。そして、近年、薄板状のサイドライト方式（導光板方式）の面状照明装置をその手段として使用することが多い。
【０００３】
図５に、サイドライト方式を使用する面状照明装置の従来例の一形態を示す。この面状照明装置は、面状の均一発光を実現するために考案されたもの（特開２０００−１１７２３公報）であり、その内容は以下に示す通りである。
面状照明装置１'は、反射型液晶素子Ｌの上面を覆うように配置されるものであり、透光性材料からなる断面矩形状に形成された平板状の透明基板２と、その一側面３に近接配置される光源部４と、光源部４および透明基板２の一端部を覆う光反射部材（リフレクタ）１２とから概略構成されている。
【０００４】
光源部４は、長手状の導光体７と、この導光体７の両端部８、８に配置される、例えば、発光ダイオードのような点状光源９、９とから構成されている。導光体７の一側面１４には、光路変換手段１１が形成されている。光路変換手段１１は、透明基板２の一側面３に向き合う面１３の反対側面１４に形成されており、例えば、断面形状ほぼ三角形の溝部１５と、溝部１５の間に形成される平坦部１６とで形成されている。導光体７内部を進行する光の内、溝部１５で反射する光は、溝部を形成する傾斜面によって一側面１３にほぼ垂直に進行しやすく、平坦部１６で反射する光と比較して、一側面１３を透過して結果的に透明基板２内へ進行する光量が多くなる。したがって、平坦部１６の幅に対する溝部１５の幅の比率は、導光体７の端部８から遠ざかるに従って徐々に大きくなるように設定されている。このように、点状光源９からの距離と溝部１５の幅とのバランスを考慮して光路変換手段１１を形成することにより、点状光源が導光体７の端部８に配置されているにもかかわらず、光は透明基板２の一側面３に向き合う面１３において均一に放出されるというものである。
尚、光路変換手段１１の構成は、上述した形態に限定されるものではなくこの他、粗面化加工を施して微小な凹凸を形成した光散乱部と粗面化加工を施していない平坦部とからなる構成等であってもよい。
【０００５】
透明基板２の上面６には、光反射パターン１７が一側面３に沿って形成されている。光反射パターン１７は、断面形状が略三角形の多数の溝部１８と溝部１８に隣接する平坦部１９とから構成され、光源部４からの距離に左右されることなく透明基板２の面状の均一発光を実現するために、溝部１８の形成される間隔を場所によって異ならしめている。即ち、平坦部１９の幅（占有面積）に対する溝部１８の幅（占有面積）の比率が、透明基板２の一側面３から遠ざかるに従って徐々に大きくなるように設定されている。
【０００６】
また、光反射部材１２は、導光体７の透明基板２に対向する面以外の長手方向の周面および透明基板２の導光体７に近接する端部を覆い、導光体７から外部に漏れる光を回収し、導光体７の光利用効率を改善するようにしている。光反射部材１２は概略Ｕ字状に形成され、導光体７を覆う面側（内面）には、銀等の金属を蒸着したフィルム、白色フィルム等を貼り付けた硬質樹脂品、あるいはアルミ板、ステンレス板等の金属板を曲げ加工したものが貼り付けられている。
【０００７】
しかしながら、上述するような構成を有する面状照明装置では、画面を観察したときに透明基板２の一側面３に対して直交する向きに明暗の縞模様が発生するという不具合があった。この明暗の縞模様は、導光体７に設けられている光路変換手段１１に起因するものである。即ち、光路変換手段１１の光散乱部１５で反射する光は、その多くが一側面１３から出射して透明基板２内へ進行するのに対し、平坦部１６で反射する光は、その多くが全反射をするため一側面１３から出射せずに、導光体７内を進行するため、散乱部１５と平坦部１６からなるパターン設定条件によっては、一側面１３から出射される光の輝度が不均一になる。このため、透明基板２へ入射する光の輝度が不均一となり、画面には一側面３に直交する明暗の縞模様が発生する。そこで、この明暗縞の対策として、光路変換手段１１の光散乱部１５と平坦部１６のパターンを、目視によっては上述の明暗の縞模様が認識できない程度に微細化することが考えられるが、所望の加工精度を保証することが困難であるという問題があった。
【０００８】
そこで、図６に示すように、透明基板２に入射する光の輝度を均一にする手段として、導光体７と透明基板２との間に拡散板２０を設けるものが提案されている。拡散板２０は、光拡散反射物質を含有した光拡散部を薄板状の支持体上に形成する構成である。この拡散板２０の配置により、導光体７の一側面１３から出射した光は拡散板２０を透過中に拡散され、透明基板２の一側面３から入射する光の輝度を略均一にすることができるというものである（特開２０００−２３１８１４公報）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６に示す、拡散板２０を設けた面状照明装置１"は、観察画面上での光の輝度を均一にするという手段としては有効であった。しかしながら、導光体７の一側面１３から出射し、拡散板２０を透過中に拡散された光は、透明基板２の一側面３方向へ入射する光透過率が低く、光源部４からの光の利用率は低下し、画面上で所定の輝度を得るために消費電力が増加するという不具合や、製造工程において組立が容易ではなく、作業効率を低下させるという不具合があった。
また、拡散板を使用せずに、光路変換手段の所望の加工精度を考慮しつつその間隔を可能な限り狭くした場合は、画面上の明暗の縞模様を十分に抑えることができないという不具合があった。
また、詳細は後述するが、上述した明暗の縞模様よりも長いピッチを有する明暗の縞模様が存在することも明らかになり、その抑制策も求められていた。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、消費電力を増加させることなく、画面全体にわたり均一な明るさを実現することができる面状照明装置の提供を目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、透光性材料からなり、表面に光反射パターンを形成した透明基板と、長手状の導光体と該導光体の端部に配置される点状光源とから構成され、前記透明基板に近接配置される光源部とを備える面状照明装置において、前記透明基板の側面に沿うように少なくとも二個以上の導光体が連接配置され、該少なくとも二個以上の導光体の側面で、前記透明基板の側面に向かう側の側面とは反対側の側面に、前記点状光源から出射された光を反射させる光路変換手段がそれぞれ設けられ、一つの導光体の光路変換手段により反射された光によって、前記透明基板上に発生する明暗差の斑を、他の導光体の光路変換手段により反射される光によって抑止するように、前記他の導光体の光路変換手段が形成されており、前記点状光源は、前記連接配置された導光体の一端部側に一個、あるいは両端部側にそれぞれ一個配置され、配置された側の全ての導光体の端面に対向していることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によると、それぞれの導光体の一側面に形成された光路変換手段により、点状光源から放射された光は透明基板方向に反射される。一つの導光体の光路変換手段により反射された光によって、透明基板上には輝度の明暗斑が生じる。この明暗斑の暗部となる位置に、他の導光体の光路変換手段により反射される光によって、透明基板上に生じる明暗斑の明部となる位置がくるように、それぞれの導光体の光路変換手段を形成することで、透明基板上の明暗斑を抑止し、画面全体の均一発光を実現している。また、連接配置した二以上の導光体のそれぞれの幅をたし合わせた幅を、点状光源の幅と略同一にして、全ての導光体の端面に対向するように配置させることにより、点状光源から出射される光を効率よく導光体内に入射させる。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記少なくとも二個以上の導光体に設けられている前記光路変換手段は、複数の溝部と該溝部に隣接する平坦部とから構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
光路変換手段を、複数の溝部とこの溝部に隣接する平坦部とから構成することにより、点状光源から出射された光は、効率よく透明基板方向に反射されるとともに、点状光源からの距離に左右されることなく略均一に反射される。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、請求項３の発明は、請求項１に記載の発明において、前記少なくとも二個以上の導光体に設けられている前記光路変換手段は、連続して形成された断面形状三角形の溝から構成されていることを特徴とするものである。光路変換手段を、連続して形成される断面形状三角形の溝によって構成することにより、点状光源から出射された光は、効率よく透明基板方向に反射されるとともに、点状光源からの距離に左右されることなく略均一に反射される。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、請求項４の発明は、請求項２または３に記載の発明において、前記他の導光体の光路変換手段は、前記他の導光体の光路変換手段は、前記一つの導光体の光路変換手段によって発生する前記透明基板上の明暗斑の暗部に対応する位置にのみ形成されていること、前記暗部に対応する位置で溝部が深く形成されていること、前記暗部に対応する位置で溝部間が狭く形成されていることのいずれか一つ又はそれらの組み合わせから構成されていることを特徴とするものである。他の導光体の側面に形成した光路変換手段の溝部を、一つの導光体の光路変換手段によって透明基板上に生じる明暗斑の前記暗部に対応する位置にのみ形成する、または前記暗部に対応する位置で深くあるいは密に形成することにより、前記暗部に対して透明基板方向への反射光量を多くすることができ、一つの導光体の光路変換手段により生じる透明基板上の前記暗部の輝度を向上させ明暗斑を抑止する。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明において、前記一つの導光体により生じる明暗差の斑を抑止するための、他の導光体の短手方向の幅は、前記一つの導光体の幅以下であることを特徴とするものである。明暗斑を抑止するために配置される他の導光体の幅を、明暗斑を生じる一つの導光体による反射光との光量のバランスを考慮して任意に設定し、透明基板上の明暗斑を抑止する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る面状照明装置の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。尚、本面状照明装置は、従来例として説明した面状照明装置の光源部を改良したものであり、全体的な構造は従来の面状照明装置と略同一であるので、同様の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明は適宜省略する。
【００２０】
図１、図２に、本発明に係る面状照明装置１に用いられる光源部４の一形態を示す。図１は、面状照明装置１の分解斜視図であり、図２は、光源部４の上面図である。
図１に示すように、光源部４は、長手状の導光体７ａ、７ｂと、導光体の両端部の端面８ａ、８ｂ、端面８ａ'、８ｂ'に対向して配置される点状光源９、９'とから構成されている。導光体７ａ、７ｂは、透明基板２の一側面３に沿って連接配置され、一側面３に向かう側の側面１３ａ、１３ｂとは反対側の側面、即ち、導光体７ａ、７ｂの一側面１４ａ、１４ｂには、点状光源９、９'から出射した光を反射させる光路変換手段１１ａ、１１ｂがそれぞれ設けられている。そして、光路変換手段１１ａ、１１ｂは、断面形状略三角形の溝部１５ａ、１５ｂ（光反射部ともいう）と溝部に隣接して配設される平坦部１６ａ、１６ｂとから構成されている。
【００２１】
導光体７ａの光路変換手段１１ａは、隣接する溝部１５ａの間隔が、それぞれの点状光源９、９'から遠ざかるにしたがって徐々に狭くなり、導光体７ａの略中央部に形成される溝部の間隔が最も狭くなるように設定されている。これは、点状光源９、９'から遠ざかるに従って低下する輝度を、導光体７ａの単位長さ当たりに形成する溝部１５ａの数を増やし、溝部１５ａで反射する光の量、即ち、透明基板２方向へ反射させる光の量を多くすることによって補い、点状光源９、９'からの距離に左右されずに、導光体７ａの全体に渡り透明基板２方向へ反射する光量を略均一化させるためである。
これに対し、導光体７ｂの光路変換手段１１ｂは、導光体７ａの光路変換手段１１ａの光反射により透明基板２上に生じる明暗斑を抑止して、より均一な発光を実現するように設けられている。
【００２２】
ここで、点状光源から導光体内に入射した光が光路変換手段により反射され、その反射光によって透明基板上に発生する別形態の明暗斑について図３に基づき説明する。
図３に示す面状照明装置は、透明基板２の側面に、長手状の導光体２７と導光体２７の一端部に配置された点状光源９とから構成される光源部４が設けられた構成を有する。尚、導光体２７の一側面１４には、点状光源９からの距離に左右されずに、導光体２７から透明基板２方向へ略均一に光を反射させるために、溝部と平坦部とから構成される光路変換手段が形成されている（図示省略）。
【００２３】
点状光源９から放出された光は、放射状に進行し、導光体２７の一側面１３および１４で反射する（一側面１４で反射し透明基板２方向へ進行する光を矢印によって示している）。点状光源９に比較的近い位置において一側面１４で反射する光は、単位面積当たりの光の量が多く（矢印の本数が多く）、これらの光によって第一の明部３１が発生する。点状光源９から遠ざかるにしたがって、一側面１４で直接反射する点状光源９からの光の量は少なくなっていくが、一側面１３で反射した光が再度、一側面１４で反射する領域が生じる。一側面１４で反射した光にこの再度反射した光が加算され（矢印の数が密となり）第二の明部３３が発生する。そして、この二つの明部３１と３３に挟まれた領域が暗部３２となり、透明基板２上には明暗斑が発生する。
【００２４】
上述したメカニズムにより、図２に示すような導光体７ａの両端部に点状光源９、９'を配置した構成を有する面状照明装置１では、透明基板２上の領域Ａ、Ｂに暗部が生じる（正確には、他にも明暗斑が生じるが、ここでは顕著に生じる二本の暗部に関して記載する）。
従って、導光体７ｂの光路変換手段１１ｂは、導光体７ａの光路変換手段１１ａの光反射により透明基板２上に生じるこの領域Ａ、Ｂの暗部を抑止するように設けられる。即ち、導光体７ｂの光路変換手段１１ｂを構成する溝部１５ｂが、導光体７ｂの一側面１４ｂ上で、暗部領域Ａ、Ｂに対応する領域に設けられる。これにより、透明基板２の暗部領域Ａ、Ｂ方向に反射する光の量を増加させることができ、領域Ａ、Ｂの暗部を抑止することができる。つまり、導光体７ａによって生じる暗部に導光体７ｂによって生じる明部を重ねることで、透明基板２上に生じる領域Ａ、Ｂの暗部を抑止している。
【００２５】
この形態においては、導光体７ａによって生じる暗部を抑止するために、導光体７ｂの一側面１４ｂに形成する溝部１５ｂを、暗部領域Ａ、Ｂに対応する領域のみに形成しているが、この形態に限定されるものではなく、例えば、点状光源９、９'から導光体７ｂ内に入射した光を効率よく透明基板２方向に反射させ、かつ領域Ａ、Ｂの暗部を抑止するために、導光体７ｂの一側面１４ｂの全体に光路変換手段１１ｂを設け、暗部領域Ａ、Ｂに対応する領域の溝部１５ｂを他の溝部の深さよりも深く形成するようにしたものであってもよい。また、導光体７ｂの一側面１４ｂの全体に光路変換手段１１ｂを設け、暗部領域Ａ、Ｂに対応する領域の溝部１５ｂ間隔を狭く形成するようにしたものであってもよい。また、導光体７ｂの一側面１４ｂの全体に光路変換手段１１ｂを設け、暗部領域Ａ、Ｂに対応する領域の溝部１５ｂを他の溝部の深さよりも深く形成すると共に、溝部１５ｂ間隔を狭く形成するようにしたものであってもよい。
【００２６】
図２において、導光体７ａの幅（短手方向の幅ともいう）をＷ1、導光体７ｂの幅（短手方向の幅ともいう）をＷ2、そして点状光源９、９'の幅をＷ0で示す。導光体の幅Ｗ1とＷ2を足し合わせた幅は、点状光源の幅Ｗ0と略等しくなるように形成されており、点状光源９は導光体７ａ、７ｂの端面８ａ、８ｂと、また、点状光源９'は導光体７ａ、７ｂの端面８ａ'、８ｂ'と略対向するように配置されている。これにより、点状光源９、９'から放射された光は効率よく導光体７ａ、７ｂ内に入射する。また、導光体の幅Ｗ1とＷ2を足し合わせた幅を点状光源９、９'の幅と略同一となるように形成しているので、点状光源９、９'は従来品と同種のものを使用することができ、点状光源の使用個数を増加させる必要がなく、コストアップを抑えることができる。また、光源部４の大きさが大きくなることもない。尚、図では構造の理解を容易とするために導光体７ａと７ｂを離隔して記載しているが、実際には両者間の隙間は微小である。
【００２７】
また、導光体７ｂは、導光体７ａの反射によって生じる明暗斑を抑止するために設けられる補助的なものであり、その設置によって透明基板２方向へ反射される導光体７ａからの光量を低下させるものであってはならない。従って、点状光源９、９'から導光体７ａ内に入射した光を透明基板２方向へ効率よく反射させ、透明基板２の高い輝度を実現させるためには、導光体７ａおよび光路変換手段１１ａ等を所定の大きさに形成する必要があり、導光体７ｂの幅Ｗ2は、導光体７ａの幅Ｗ1以下（Ｗ2≦Ｗ1）に形成されている。
【００２８】
また、この実施の形態においては、透明基板２に連接配置した導光体のうち、導光体７ｂを透明基板２に隣接させ、導光体７ａを導光体７ｂに隣接させる配置としているが、導光体７ａと７ｂとを逆に配置させた形態であってもよく、この場合にも同様の作用効果を得ることができる。また、複数の導光体の配置方向は、透明基板２の平面方向に限定されるものではなく、透明基板２の厚み方向に連接配置する構成であってもよい。
【００２９】
また、連接配置する導光体の数は、二個に限定されるものではなく、三個以上連接配置させる場合であってもよい。この場合には、二個以上の導光体を明暗斑を抑止するための導光体として使用することができ、明暗差をさらに小さくし、より均一な輝度を実現することができる。
【００３０】
図４は、導光体７ａ、７ｂに形成される光路変換手段の別の一形態を示すものである。連接配置された導光体７ａ、７ｂの一側面には、二つの傾斜面５１ａ、５２ａから構成される断面形状三角形の溝が連続して形成された光路変換手段５０ａ、傾斜面５１ｂ、５２ｂから構成される断面形状三角形の溝が連続して形成された光路変換手段５０ｂがそれぞれ設けられている。また、いずれの実施例とも点状光源を導光体の両端に配置させているが、いずれか一方の端部のみに点状光源を配置した構成であっても、同様の効果が得られるものである。また、複数の導光体は必ずしも分離させた状態である必要はなく、導光体の両端をはじめ溝が形成されていない部分で隣接する導光体同士が結合され、複数の導光体が一体化された構成であってもよい。
【００３１】
尚、図１、図４に示す光路変換手段は、導光体７ａ、７ｂに同一構成の光路変換手段（溝部と平坦部からなる構成、又は、二つの傾斜面からなる連続した溝部構成）を形成するものであったが、この形態に限定されるものではなく、異なる構成の光路変換手段をそれぞれの導光体に形成するものであってもよい。また、光路変換手段を構成する溝部の替わりに、白色の塗料を塗布して光散乱部を形成するものであってもよい。これらの形態においても、溝部の幅、深さ、あるいは塗布する塗料の面積等を適宜考慮することで、明暗斑の少ない均一かつ高輝度な面状発光を実現することができる。
【００３２】
また、図１は、フロントライト型の面状照明装置を示すものであるが、このタイプの面状照明装置に限定されるものではなく、バックライト型の面状照明装置に適用した場合にも同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係る面状照明装置によれば、連接配置した二個以上の導光体にそれぞれ光路変換手段を形成し、それらの光路変換手段は、一つの導光体に形成した光路変換手段の光反射によって透明基板上に生じる輝度の明暗差の斑を、他の導光体に形成した光路変換手段の光反射によって生じる輝度の明暗差により抑止するような位置関係に設けられているので、点状光源から導光体内に入射された光を効率よく透明基板方向に反射させることができるとともに、画面全体において均一かつ高輝度の発光を実現することができる。
【００３４】
また、一つの導光体に形成した光路変換手段の光反射によって透明基板上に生じる輝度の明暗差の斑を、他の導光体に形成した光路変換手段を構成する溝部が設けられる位置、溝部の深さ、溝部の密度の相違によって生じさせる明暗差により抑止しているので、透明基板上に生じる輝度の斑の明暗差に応じて、抑止する明暗差の光量を適宜変化させることができ、明暗斑のない均一な画面発光を容易に実現することができる。
【００３５】
また、連接配置した二以上の導光体の一端部側には一個の点状光源を配置させ、この点状光源が全ての導光体の端面に対向する構成を有するので、点状光源の使用個数の増加を伴なわず、消費電力を増加させることなく均一な画面発光を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る面状照明装置の一形態を示す分解斜視図である。
【図２】図１の面状照明装置を構成する光源部および透明基板の一部を示す図である。
【図３】点状光源から放出される光を模式的に示した図である。
【図４】導光体に形成される光路変換手段の一形態を示す図である。
【図５】従来の面状照明装置の一形態を示す分解斜視図である。
【図６】従来の面状照明装置の別の一形態を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 面状照明装置
２ 透明基板
４ 光源部
７ａ、７ｂ 導光体
８ａ、８ａ'、８ｂ、８ｂ' 端面
９、９' 点状光源
１１ａ、１１ｂ 光路変換手段
１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ 一側面
１５ａ、１５ｂ 溝部
１６ａ、１６ｂ 平坦部
Claims (5)
- 透光性材料からなり、表面に光反射パターンを形成した透明基板と、長手状の導光体と該導光体の端部に配置される点状光源とから構成され、前記透明基板に近接配置される光源部とを備える面状照明装置において、前記透明基板の側面に沿うように少なくとも二個以上の導光体が連接配置され、該少なくとも二個以上の導光体の側面で、前記透明基板の側面に向かう側の側面とは反対側の側面に、前記点状光源から出射された光を反射させる光路変換手段がそれぞれ設けられ、一つの導光体の光路変換手段により反射された光によって前記透明基板上に発生する明暗差の斑を、他の導光体の光路変換手段により反射される光によって抑止するように前記他の導光体の光路変換手段が形成されており、前記点状光源は、前記連接配置された導光体の一端部側に一個、あるいは両端部側にそれぞれ一個配置され、配置された側の全ての導光体の端面に対向していることを特徴とする面状照明装置。
- 前記少なくとも二個以上の導光体に設けられている前記光路変換手段は、複数の溝部と該溝部に隣接する平坦部とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
- 前記少なくとも二個以上の導光体に設けられている前記光路変換手段は、連続して形成された断面形状三角形の溝から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
- 前記他の導光体の光路変換手段は、前記一つの導光体の光路変換手段によって発生する前記透明基板上の明暗斑の暗部に対応する位置にのみ形成されていること、前記暗部に対応する位置で溝部が深く形成されていること、前記暗部に対応する位置で溝部間が狭く形成されていることのいずれか一つ又はそれらの組み合わせから構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の面状照明装置。
- 前記一つの導光体により生じる明暗差の斑を抑止するための他の導光体の短手方向の幅は、前記一つの導光体の幅以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の面状照明装置。
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