JPH0327908B2 - - Google Patents

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JPH0327908B2
JPH0327908B2 JP59156731A JP15673184A JPH0327908B2 JP H0327908 B2 JPH0327908 B2 JP H0327908B2 JP 59156731 A JP59156731 A JP 59156731A JP 15673184 A JP15673184 A JP 15673184A JP H0327908 B2 JPH0327908 B2 JP H0327908B2
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light
light source
light guide
linear fresnel
reflected
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Tadashi Kimura
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Sharp Corp
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0045—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide
    • G02B6/0046—Tapered light guide, e.g. wedge-shaped light guide
    • G02B6/0048—Tapered light guide, e.g. wedge-shaped light guide with stepwise taper

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〈技術分野〉 本発明は、受動型表示装置特に液晶表示装置の
背面照明（バツクライト）に用いられるライトガ
イドに関するものである。
〈従来技術〉 表示装置は、一般に能動型（発光型）装置と受
動型（非発光型）装置に大別することができる。
能動型装置とは、発光ダイオード、プラズマデイ
スプレイ、エレクトロルミネツセントデイスプレ
イ等のように自ら光を発することにより表示を行
なうものである。これに対して受動型装置は、液
晶表示装置（以下LCDと略す）あるいはエレク
トロクロミツタ表示装置等の様に自らは発光せ
ず、光の透過率あるいは反射率を制御することに
より自然光や他の照明源からの照射光を変調し、
パターン表示を行なうものである。従つて、受動
型装置は周囲が暗い場合には照明手段を設けない
と表示が見難くなるという問題点を有している。
LCDは消費電力が少ないという特徴を有して
おり、電卓、腕時計等の携帯用電子機器に広汎に
活用されている。しかしながら、大部分のLCD
の表示モードは液晶の光学的異方性を利用するも
のであるため、偏光板を重ね合わせることが不可
欠の構成要素となつており、この偏光板のために
照明光の50％程度はカツトされてしまう。特にカ
ラーフイルターを用いた液晶表示装置ではカラー
化のためにさらに光量が減少するので屋内での一
般的な使用に際しては装置に照明手段を付設する
ことが必須の要件になる。携帯用電子機器では電
源の制約が大きく、従つて少ない消費電力でいか
に明るい照明手段を得るかが表示装置を製作する
上での課題となる。
一方、昼間の屋外のような明るい環境下での使
用に際し内部光源による照明のみに頼つた場合、
周囲の明るさに負けないように表示装置の輝度を
高くしようとすると光源の消費電力が大きくなり
過ぎてLCDの低消費電力特性が損なわれる結果
となる。この点に関し、LCDが受動型表示装置
でかつ消費電力が低いという長所を生かす手段と
して、周囲が明るい時には周囲光を取り入れて
LCDを背面から照らし、周囲が暗い場合には内
部光源により光照射するという構成が考えられ
る。
従来より、上述の内部照明手段として用いられ
てきたバツクライトは次のようなものである。即
ち光源としては白熱豆電球や螢光灯が用いられ、
光源と表示パネルとの間に、照明面の輝度を面全
体にわたつて均一にさせるために光散乱効果を有
する乳白色のガラスあるいは合成樹脂板からなる
拡散透過板が設けられる。また反射板としては鏡
面反射板もしくは光散乱アクリル板が用いられて
いる。この反射板は、光源から発して背面に向か
う光を反射させて前面に導くことにより、光の利
用率を向上させるために設けられている。このよ
うなバツクライトを用いた場合に周囲光を利用す
るにはバツクライトをLCDの背面から移動させ
なければならない。この点に関し特開昭54−
52415号が開示されているが機構が複雑になり、
デザイン的観点からもあまり好ましいものではな
い。
一方、従来より第２図に示すようなエツジライ
トが用いられてきた。このライトガイド１では光
源２よりＣ面を介して入射した光が粗面加工され
ているＢ面で拡散反射された後、Ａ面を介して該
Ａ面に近接配置されている表示パネル３に照射さ
れる。この方式ではＢ面の輝度は光源から遠くな
るに従つて暗くなるという欠点を有するがＢ面に
直接周囲光４を入射させることができるので、上
記特開昭54−52415号よりは簡素化される。
〈発明の目的〉 本発明は上述の諸事情に鑑み、ライトガイドの
形状に技術的手段を駆使することにより内部光源
を用いる場合には周囲光を用いる場合にも光の利
用率が高く明るい表示を得ることのできる新規有
用な照明装置を提供することを目的とする。
〈実施例〉 本発明の１実施例に係る照明装置のライトガイ
ド５は第１図Ａ，Ｂに示すように例えば次のよう
な構造を具備して構成される。
(1) 照明されるべき表示パネル３の光入射面とほ
ぼ同じ形状に成形された平滑な光出射面Ａを有
する。
(2) 光出射面Ａと鋭角をなすリニアフレネル面Ｂ
を有する。
(3) リニアフレネル面Ｂは第１図Ｂに拡大図で示
す如く、光出射面Ａにほぼ平行な面B1と、B1
面に対して角度αをなすB2面とが交互に階段
状に形成されたものである。
(4) αは表示パネルの最適視角をθ、ライトガイ
ドの材料の屈折率をｎとすると α＝１／2sin-1（sinθ／ｎ）＋135゜ …(1) で与えられる。
(5) 光出射面Ａとリニアフレネル面Ｂとがつくる
型の開いた部分に半円筒面または放物柱面状の
反射面Ｃが形成されている。
(6) 反射面Ｃの中心軸または焦線近傍に円筒状の
中空部Ｄが形成されている。
(7) 中空部Ｄには管状の光源６が収納される。
このように構成された照明装置に於いて光源６
から出た光が表示パネル３に達するまでの経路を
説明する。
まず光出射面Ａに平行な成分は第３図に示すよ
うにB2面のいずれかにより全反射されＡ面から
パネル側へ出ていく。ライトガイド５の構成材料
としてアクリル樹脂（ｎ＝1.49、臨界角42゜）を
用いると、(1)式に於いてθ＝0゜の時でもα＝135゜
となり全反射の条件を満たす。
一方、Ａ面に平行でない成分については第４図
に示すように考える。
B2面で一度だけ反射してＡ面から出て行く光
は、B2による光源６の鏡像L1をB2の位置にある
スリツトを通して見た場合と同じ結果になる。Ａ
面で反射した後B2面で反射してＡ面から出てい
く光は光源６のＡ面による鏡像L2のさらにB2面
による鏡像L3から出た光をB2の位置にあるスリ
ツトを通して見た場合と同じ結果になる。同様に
B1面で反射した後B2面で反射してＡ面から出て
いく光は光源６のB1面による鏡像L4のさらにB2
面による鏡像L5をB2の位置にあるスリツトを通
して見た場合と同じ結果になる。さらにＡ面と
B1面との間の多重反射を考えると、L3，L5の隣
にも鏡像が並ぶことになるが反射回数が増加する
に従つて損失が増えるので暗くなる。従つてＡ面
から出て行く光はθ方向をピークとする配光分布
になる。
反射面Ｃはリニアフレネル面Ｂとは反対方向に
向かう光を反射させ有効に利用する為のものであ
る。反射面Ｃに対して垂直に近い角度で入射した
光は光源に逆戻りするが、斜めに入射した光は中
空部Ｄの内壁と反射面Ｃとの間を何回か反射して
リニアフレネル側へ導かれる。従つて前述の説明
では光源の鏡像は帯状に分離し間隙が空いていた
が、その間隙部も反射面Ｃの効果により光つて見
えるので、結果としてB2の位置に置かれたスリ
ツトを通して面光源を見た場合と等価になる。
光源６をライトガイドの中空部Ｄに収納するこ
とはさらに次のような効果を生み出す。現在実用
化されている白色の小型光源としては螢光灯（熱
陰極螢光放電管）が発光効率（全光束／消費電
力）の点で最も優れているが、発光効果の温度依
存性が大きいという欠点がある。これは水銀の蒸
気圧の温度依存性によるもので低温になれば発光
効率の低下は著しい。この現象の対策として螢光
灯の温度が下がらないようにすることが考えられ
る。本実施例のライトガイドでは中空部Ｄの内壁
に接しないように螢光灯が収納配置され、両者の
間隙の空気が保温層として働き、螢光灯の自己加
熱による熱を逃げ難くするので、周囲温度が低下
しても発光効率はあまり低下しないという効果を
有する。第５図は螢光灯の周囲温度の変化に対す
る発光効率を求めたもので図中実線は管球のみの
場合、破線は本実施例のライトガイドを用いた場
合の特性曲線である。
尚、表示パネル側から本ライトガイドを見ると
B2面のみがストライプ状に輝いて見えるが、こ
れが不都合な場合にはＡ面と表示パネルの中間に
拡散透過性を有する板またはシートを設けるとよ
い。この場合、拡散度があまり良くないものを用
いる方が光の損失が少なく良好な結果を与える。
次に、ライトガイド背面から周囲光を取り入れ
る場合について説明する。第３図に示す如くB2
面に入射した周囲光４は側方に屈折されるがB1
面に入射した光はB1面がＡ面と平行なので入射
角と同じ角度でＡ面から出射される。一般的な設
計ではB2面に比べてB1面は相対的に広く、ライ
トガイドに入射した周囲光の大部分を有効に活用
することができる。
本発明のライトガイドの材質としてはアクリル
樹脂、スチレン樹脂、ポリカーポネイト樹脂等が
透明で加工性に優れているが必ずしもこれらに限
定されるものではない。
〈考案の効果〉 以上の説明で明らかなように、本発明の照明装
置を用いれば内部光源、周囲光のいずれも効率良
く利用することができ、さらに内部光源として螢
光灯を用いた場合にはその温度特性を向上させる
効果を得ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図Ａ，Ｂは本発明の１実施例を説明する照
明装置の構成図及びリニアフレネル面の拡大図で
ある。第２図は従来の照明装置の構成図である。
第３図及び第４図は第１図に示す照明装置の光照
射経路図である。第５図は螢光灯の発光効率の周
囲温度依存性を示す特性図である。 ３……表示パネル、４……周囲光、５……ライ
トガイド、６……光源。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 一端に光源が配されているライトガイドを備
    え、 該ライトガイドにはその出射面にほぼ平行な第
    １面と、該第１面に対して予め設定されている所
    定の角度をなす第２面とを交互に階段状に連設し
    てなるリニアフレンネル反射面を有してなり、 上記光源からの光が該リニアフレンネル反射面
    で反射し上記出射面から導出される一方で外部の
    光がリニアフレンネル反射面を透過し出射面から
    導出されるようにしていることを特徴とする照明
    装置。
JP15673184A 1984-07-26 1984-07-26 照明装置 Granted JPS6134583A (ja)

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