JP5928212B2 - 光偏向素子並びに当該素子を用いた照光スイッチ及び面光源装置 - Google Patents
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Description
特許文献1は、光学組立体の一例を開示している。この光学組立体は、光源、導光体及び光線拡散素子(光偏向素子)によって構成されている。導光体は、上下に貫通した貫通孔をその中心に有しており、当該貫通孔内の下部に光源が配置され、貫通孔の上部に光線拡散素子が納められている。光線拡散素子の上面全体には、その中心から外周縁に向けて複数のプリズムが放射状に設けられており、下面には同心円状の凹凸溝条が形成されている。また、導光体の上面には、同心円状の凹凸溝条が形成されており、下面全体には複数のプリズムが放射状に形成されている。
特許文献2は、別な光学組立体を開示している。特許文献2の光学組立体は、光源、反射層及び構造化表面要素(光偏向素子)によって構成されている。構造化表面要素の上面全体には、その中心から外周縁に向けて複数のプリズムが放射状に設けられている。光源は反射層の上面中央に配置され、その上方に構造化表面要素が配置される。
〔照光スイッチの構造〕
以下、図1−6を参照して本発明の実施形態1による照光スイッチの構造を説明する。図1、図2及び図3は、本発明の実施形態1による照光スイッチ11の斜視図、分解斜視図、図1のX−X線断面図である。図4は照光スイッチ11に用いられるスイッチ基板12の斜視図である。図5A及び図5Bは、照光スイッチ11に用いられる光偏向素子、すなわち光制御板31の裏面側から見た斜視図と、その光入射領域の拡大正面図である。図6A及び図6Bは、光制御板31の一部破断した斜視図と断面図である。なお、図1及び図2は、照光スイッチ11を立てた状態で表しているが、以下において上下方向とは、図1や図2などによらず、図3の断面図における上下方向を指すものとする(例えば、光源25や第1の接点22a、第2の接点22bなどから、導光領域37や押ボタン14に向かう方向を上方向という)。
この照光スイッチ11は、つぎのようにして第1の接点22aと第2の接点22bの間を開閉される。図3に示すように、押ボタン14が押されていない場合には、反転バネ26が第1の接点22aから離間していて第1の接点22aに接触していないので、第1の接点22aと第2の接点22bの間は開かれている。
つぎに、光制御板31の形状を詳細に説明する。図5Aは、光制御板31の裏面側から見た斜視図であって、図5Bは、光制御板31の光入射領域32を示す拡大図である。図6Aは、光制御板31の一部破断した斜視図である。図6Bは、光制御板31の断面図である。
この照光スイッチ11では、光源25及び端子バネ18a、18bは、第1及び第2の接点22a、22bや反転バネ26等からなるスイッチ部分と独立した回路となっており、光源25は、外部端子21a、21bから電流を流すことによって発光する。この照光スイッチ11の光源25をスイッチ部分と関係付けるためには、照光スイッチ11の外部端子13a、13b、21a、21bを制御回路に接続する。
つぎに、光源25が発光しているときの光の挙動を説明する。いま、押ボタン14が押されていないが、光源25が発光していて照光スイッチ11が点灯している場合を考える。
つぎに、本発明の実施形態1による照光スイッチ11において、押ボタン14を押している状態と押ボタン14を押していない状態(復帰状態)とのそれぞれの発光エリアの輝度分布をシミュレーションにより求めた結果を説明する。図14は、縦横各20mmの発光エリアを有する照光スイッチ11において、発光エリアの中心を通過し、いずれかの辺と平行な線分上における輝度の分布を表したグラフである。実線のグラフは押ボタン14を押していない場合の輝度分布であり、破線のグラフは押ボタン14を押しているときの輝度分布である。図14の横軸は、光源の中心(中心軸C)から測った距離を表し、縦軸は輝度(任意単位)を表している。
つぎに、偏向パターン52と直接出射光生成面54の種々の形状(変形例)を説明する。上記パターン領域では、図16Aに示すように、平らな斜面で形成されたV溝53a,53bによって偏向パターン52が形成され、偏向パターン52間に平らな直接出射光生成面54が形成されている。しかし、偏向パターン52及び直接出射光生成面54の形状はこれに限るものでなく、種々の断面形状が可能である。たとえば、図16Bに示すパターン領域では、偏向パターン52の谷部を平坦に形成して当該平坦面を直接出射光生成面54としている。また、図16Cに示すパターン領域では、偏向パターン52間に平らな直接出射光生成面54を形成するとともに、偏向パターン52の谷部を平坦に形成して当該平坦面を直接出射光生成面54としている。光制御板31を金型を用いて成形する場合では、図16Aのような形状であれば、金型の直接出射光生成面54を形成する部分の形状がバイトの先端形状で決まるので、バラツキが小さくなり、図16Bのような形状であれば、直接出射光生成面54の割合の自由度が高くなる(光制御板31に直接加工して偏向パターン52又は直接出射光生成面54を形成する場合には、この効果は反対になる。)。図16Cのような形状であれば、直接出射光生成面54が分散するので、押ボタン14を通して見たとき直接出射光生成面54が光って目立つことがなくなる。
図24A及び図24Bは、本発明の実施形態2による光制御板の一部、すなわちパターン領域を拡大して示す下面図と、その拡大断面図である。この実施形態2の光制御板では、光制御板31の裏面に設けられた光入射領域32の中心に球面状の凸部56を形成し、凸部56の周囲に多数の偏向パターン52を放射状に配列させている。偏向パターン52は、図8に示したような形状を有しおり、偏向パターン52の中心側の端は、凸部56の縁に位置している。光制御板のその他の構造は、実施形態1と同様であるので、説明は省略する(以下の実施形態においても同様)。
図25A及び図25Bは、本発明の実施形態3による光制御板の一部、すなわちパターン領域を拡大して示す下面図と、その拡大断面図である。この実施形態2の光制御板では、光制御板31の裏面に設けられた光入射領域32にドットパターン状をした多数の偏向パターン52を離散的に分布させている。図26A及び図26Bは、ドットパターン状をした偏向パターン52の斜視図と平面図である。この偏向パターン52は4つの斜面によってダイヤ状に形成されており、光入射領域32の中心を中心として放射状に配置されている。偏向パターン52の円周方向に沿った中央の断面における頂角εは約60°となっており、偏向パターン52を上方から見たときの半径方向に位置する角の角度τは30°となっている。図25Aでは、偏向パターン52はある程度規則性を持たせて配列されているが、ランダムに配置していてもよい。また、この実施形態では、光入射領域32のうち、偏向パターン52の設けられていない部分の全体が直接出射光生成面54となっている。なお、偏向パターン52が放射状に配置されていれば、このような直接出射光生成面54も放射状に形成されているといえる。
図27Aは、本発明の実施形態4による光制御板61を示す裏面側からの斜視図である。図27Bは、この光制御板61の断面図である。この光制御板61の下面51には、光拡散部、すなわち多数の円環状をした凹凸パターン62が同心円状に形成されている。このように光制御板61の下面に凹凸パターン62を形成していると、下面51で反射する光が拡散するので、発光エリアにおける輝度の均一性が向上する。
図30は、本発明の実施形態5による液晶表示装置71を示す概略断面図である。この液晶表示装置71は、液晶パネル72の背面にバックライトとなる面光源装置73を配置したものである。面光源装置73は、本発明に係る光制御板74(たとえば、実施形態1の光制御板)の上面に拡散シート75を配置し、光入射領域32に対向させて光源25を置き、光制御板74の下面に対向させて反射シート76を配置したものである。
12 スイッチ基板
14 押ボタン
15 フレーム
25 光源
26 反転バネ
28 光分割作用面
29 傾斜面
31 光制御板
32 光入射領域
37 導光領域
41 拡散シート
51 下面
52 偏向パターン
53a、53b 斜面
54 直接出射光生成面
61 光制御板
62 凹凸パターン
71 液晶表示装置
Claims (17)
- 互いに対向する光入射側の面と光出射側の面を有し、
前記光入射側の面の光入射領域には、前記光入射領域に入射する光の光軸を中心とする円周方向に傾いた複数の斜面が形成され、
前記斜面は、少なくとも一部の前記斜面の間に間隙をあけて配置され、
前記光入射側の面と前記光出射側の面との間において、前記光入射領域の外周側には、光を外周方向へ向けて導光させるための導光領域を有し、
前記光出射側の面は、前記斜面を透過して入射した光を前記導光領域へ向けて反射させるとともに、前記斜面以外の領域を透過して入射した光を前記出射側の面から外部へ出射させることができる形状に形成されていることを特徴とする光偏向素子。 - 複数の前記斜面によって偏向パターンが形成され、
複数の前記偏向パターンが前記光軸を中心として放射状に配列し、
前記偏向パターンは、前記偏向パターンの長さ方向に垂直な断面において、前記光軸に関して反対向きに傾斜した複数種類の前記斜面によって構成されており、
前記偏向パターン間又は前記偏向パターンの内部に前記間隙が形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の光偏向素子。 - 前記間隙は、前記光出射側の面の前記光入射領域と対向する領域への入射角が小さくなるように透過する光を屈折させる直接出射光生成面となっていることを特徴とする、請求項1に記載の光偏向素子。
- 前記間隙は、平坦面、湾曲面又は屈曲面となっていることを特徴とする、請求項1に記載の光偏向素子。
- 前記偏向パターン及び前記間隙は、全体として断面が正弦波状に形成されていることを特徴とする、請求項2に記載の光偏向素子。
- 前記導光領域は、前記光軸から離れるに従って次第に厚みが小さくなっていることを特徴とする、請求項1に記載の光偏向素子。
- 前記光出射側の面の前記光入射領域に対向する領域のうち内側の領域は、前記光軸から離れるに従って光出射側へ向かうように傾斜し、
前記光出射側の面の前記光入射領域に対向する領域のうち前記内側の領域よりも外側の領域は、前記光入射領域から遠くなる方向へ突出するように湾曲し、
前記光出射側の面の前記光入射領域に対向する領域は、前記光軸を中心とする回転対称な形状を有していることを特徴とする、請求項1に記載の光偏向素子。 - 前記光入射領域は、前記斜面を均したときには、少なくとも中央部が平面であることを特徴とする、請求項1に記載の光偏向素子。
- 前記光入射領域は、前記斜面を均したときには、前記光軸を中心とする回転対称な曲面であることを特徴とする、請求項1に記載の光偏向素子。
- 前記光入射領域の前記光軸近傍には前記斜面が設けられていないことを特徴とする、請求項1に記載の光偏向素子。
- 前記導光領域において、前記入射側の面に、光を拡散させるための光拡散部を設けたことを特徴とする、請求項1に記載の光偏向素子。
- 前記斜面の角度が、斜面ごとに異なっていることを特徴とする、請求項1に記載の光偏向素子。
- 請求項1から12のいずれか1項に記載の光偏向素子と、
前記光偏向素子の前記光入射領域に対向させて配置された光源と、
を備えた光学組立体。 - 押ボタンと、
前記押ボタンに対向させて前記押ボタンの後方に配置された、請求項1から12のいずれか1項に記載の光偏向素子と、
前記光偏向素子の前記光入射領域に対向させて配置された光源と、
前記押ボタンを押さえたとき互いに電気的に導通する第1の接点及び第2の接点と、
を備えた照光スイッチ。 - 前記押ボタンを押している状態における光源発光時の発光エリアの輝度分布と、前記押ボタンを押していない状態における光源発光時の発光エリアの輝度分布とが、互いに異なる、請求項14に記載の照光スイッチ。
- 請求項1から12のいずれか1項に記載の光偏向素子と、
前記光偏向素子の前記光入射領域に対向させて配置された光源と、
前記光偏向素子の光出射側に配置された拡散シートと、
を備えた面光源装置。 - 請求項16に記載の面光源装置と、
前記面光源装置の光出射側に配置した液晶パネルと、
を備えた液晶表示装置。
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