JPH08248421A

JPH08248421A - 導光部材

Info

Publication number: JPH08248421A
Application number: JP7074562A
Authority: JP
Inventors: Masao Katsumata; 匡男勝間田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-03-07
Filing date: 1995-03-07
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】外光のように不特定の方向から入射される光
を取り込んで全反射によって導光するとともに、所定の
面から効率良く光を取り出す。【構成】導光部材１Ａを２部材１０Ａ、１１Ａで構成
し、部材１０Ａのうち部材１１Ａに密着される面に形成
される複数のＶ字溝２３、２３、・・・によって部材１
０Ａと１１Ａとの間に空隙２４、２４、・・・を形成す
る。部材１１Ａの入射面の反対側に位置する部材１０
Ａ、１１Ａの端面にミラー２５を設ける。部材１１Ａへ
の入射光のうち、例えば、部材１１Ａにおいて全反射し
ながら伝播してミラー２５で反射した光が、部材１０Ａ
と部材１１Ａとの境界面で屈折して部材１０Ａに入り、
さらにＶ字溝２３の形成面で全反射されて部材１０Ａの
表面での屈折後に外部に出射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外光のように不特定の
方向から入射される光を取り込んで全反射によって導光
するとともに、全反射を利用して所定の面から効率良く
光を取り出すことができるようにした新規な導光部材を
提供しようとするものであり、例えば、液晶表示装置の
バックライト等において外光を取り入れてこれを光源と
して利用することができるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】表示装置において、それ自身に光源が内
臓されていない場合には、光源による光又は太陽光等の
外光が用いられる。例えば、液晶表示パネルの場合に
は、バックライト光源が主に用いられるが、省電力化や
輝度の増大等を目的として、バックライト光源と外光と
を併用するようにした構成が考えられる。

【０００３】例えば、面発光の蛍光管を光源とし、フレ
ネルステップが形成されたプリズム部材と、拡散層を有
する部材等を組み合わせるといった試みがなされてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、外光や光源
光の入射方向が不特定であることが原因で、入射光を効
率良く導光してこれを所望の方向に取り出すのが難しい
という問題がある。

【０００５】例えば、透明部材のある面に白色塗装等を
施こして側方から入射した光を乱反射させたり、上記の
ように拡散部材を用いる場合には、出射光の配光分布を
制御することが困難であり、また、反射や拡散の際の光
の吸収を充分考慮しなければならない等の不都合があ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、上記
した課題を解決するために、一端面から入射された光を
全反射させることによって伝播させるとともに、全反射
面に対向する面から光を取り出すようにした導光部材で
あって、全反射面に対向するように全反射部と透過部と
を形成するとともに、全反射光が透過部に到達したとき
に、該全反射光を全反射面に対して直交し又は傾斜した
方向に全反射させる反射部を透過部の近傍に形成したも
のである。

【０００７】

【作用】本発明によれば、全反射面とこれに対向する全
反射部とによって、導光部材に入射された光が全反射を
繰り返しながら伝播し、全反射光が透過部に到達した場
合に反射部での全反射によってその進行方向を変えて光
が取り出される。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明の詳細を図示した実施例に従
って説明する。

【０００９】先ず、本発明導光部材の基本的な構成を図
１に示す。

【００１０】導光部材１は、透光性を有する材料を用い
て形成されており、その一端面が入射面２とされてい
る。

【００１１】そして、導光部材１の一側面は全反射面３
とされており、該全反射面３に対向する全反射部４、
４、・・・（図に斜線で示す。）が所定の間隔をもって
配置されている。そして、全反射部４、４、・・・の間
の部分が透過部５、５、・・・とされている。

【００１２】導光部材１の外部から入射面２に入射した
光はここで屈折されるが、屈折光のうち、全反射部４に
対して臨界角より大きい入射角をもって入射した光が、
例えば、光線６に示すように、全反射部４において全反
射した後、全反射面３によって全反射され、さらに反射
光がその行き先にある全反射部４によって全反射される
という具合にして伝播していく。

【００１３】ところで、全反射光の中には、光線７に示
すように、透過部５に到達するものがあり、このような
光に対しては、透過部５、５、・・・の近傍に反射部
８、８、・・・を設け、該反射部８、８、・・・によっ
て光を反射させることで光を側方に向けることができ
る。つまり、反射部８、８、・・・の形状や配置の仕方
に応じて、全反射面３に対向する面９から所望の配光分
布をもった光を取り出すことができる。

【００１４】上記の全反射部４、透過部５、反射部８を
形成するための具体的な方法としては、例えば、図２に
示すように、２つの部材を接触させる方法や、図３に示
すように、１部材中に空隙を形成する方法を挙げること
ができる。

【００１５】図２では、透明材料で形成された部材１
０、１１を用いており、部材１０の一方の面１０ａを平
坦面とし、部材１１に密着される他方の面１０ｂに略Ｖ
字状の凹溝１２、１２、・・・を、全反射光の伝播方向
に沿う方向（矢印Ａで示す。）に所定の間隔で形成する
とともに、凹溝１２と凹溝１２との間の平坦面を部材１
１の平坦面１１ａに密着させた構成を採っている。

【００１６】凹溝１２、１２、・・・によって部材１０
と部材１１との間に空隙が形成されるため、部材１１の
うち凹溝１２、１２、・・・に対応する面１３、１３、
・・・が全反射部となり、部材１０と部材１１との密着
面１４、１４、・・・が透過部となり、凹溝１２、１
２、・・・の形成面１５、１５、・・・が反射部とな
る。よって、部材１１のうち部材１０とは反対側の平坦
面１１ｂを全反射面として、該平坦面１１ｂと上記面１
３との間で光が全反射されながら伝播するとともに、密
着面１４に到達した光がここで屈折した後、形成面１５
によって全反射されて部材１０の面１０ａから出射され
る。尚、部材１１への入射光が、その入射角について広
い範囲に亘って全反射の条件を満たすためには、空気の
屈折率１に対して部材１１の屈折率を２の平方根又はこ
れに近い値にすれば良い。

【００１７】図３では、透明材料で形成された一の部材
１６の両面１６ａ、１６ｂがともに平坦面とされ、該部
材１６に対して空隙１７、１７、・・・を、全反射光の
伝播方向に沿う方向（矢印Ａで示す。）に所定の間隔で
形成した構成を採っている。

【００１８】空隙１７、１７、・・・中の空気の屈折率
は部材１６の屈折率より小さいので、空隙１７を取り囲
む３面のうち部材１６の一方の面１６ｂに対向した面１
８が全反射部となり、部材１６の他方の面１６ａ側の面
１９、１９が反射部となる。そして、空隙１７と１７と
の間の部分が透過部となる。よって、部材１６の面１６
ｂを全反射面として、該全反射面１６ｂと上記の面１
８、１８、・・・との間で光が反射されながら伝播する
とともに、透過部に到達した光が面１９によって反射さ
れて部材１６の面１６ａから出射される。

【００１９】尚、上記２例では、面１０ａ、１６ａから
空隙までの距離が全て等しい場合を示したが、必ずしも
そのような配置を採るとは限らず、また、空隙を用いた
のは、製造が簡単でコストがかからない等の理由からで
あり、要はその屈折率が部材１１、１６の屈折率に比し
て小さい材料であれば、それらによって凹溝１２や空隙
１７を充填しても構わないことは勿論である。

【００２０】また、空隙の形状や形成間隔を適宜に変更
することによって、面１０ａ、１６ａから取り出される
光の配光分布を制御することができる。

【００２１】以上のように導光部材１によれば、不特定
の方向から入射される光を、入射面２とは反対側に位置
する出射面に達する間に全反射だけを利用して側面９か
ら効率良く取り出することができる。

【００２２】そして、導光部材１を入射面２や出射面に
ついて対称的に構成すれば、入射面２と出射面の関係を
逆転させた場合にも同様に側面９から光を取り出すこと
ができる。例えば、導光部材１のうち一方の端面から外
光を入射させ、他方の端面から光源光を入射させること
によって、両者を導光部材１の側面９から取り出すこと
ができる。

【００２３】また、図４に示すように、導光部材１への
入射光のうち全反射されて最終的に出射面２０に達する
光に対して、反射手段２１を設けると、光線２２に示す
ように、反射手段２１によって導光部材１の内部に光を
戻すことができ、さらにその光が透過部５に到達した
後、反射部８により全反射されることによって、面９か
ら光を取り出すことができる。尚、反射手段２１として
は、出射面２０に対向するミラーを配置したり、出射面
２０に鏡面処理を施す等の適宜の方法を用いることがで
きる。

【００２４】図５は、上記導光部材１の第１の実施例１
Ａを示すものであり、図２に示したように、導光部材を
２部材で構成したものである。

【００２５】部材１０Ａはポリカーボネートによって板
状に形成され、また、部材１１Ａはアクリル樹脂によっ
て板状に形成されている。部材１０Ａのうち部材１１Ａ
に密着される面にはその長手方向に沿って複数のＶ字溝
２３、２３、・・・が形成されており、該Ｖ字溝２３、
２３、・・・と部材１１Ａとの間に空隙２４、２４、・
・・が形成されている。そして、部材１１Ａの一端部か
ら光が入射され、その反対側に位置する部材１０Ａ、１
１Ａの端面にはミラー２５が設けられている。

【００２６】よって、部材１１Ａへの入射光は、例え
ば、図５の光線２６に示すように、部材１１Ａにおいて
Ｖ字溝２３、２３、・・・とともに空隙２４、２４、・
・・を形成する面とこれに対向する面との間で全反射し
ながら伝播してミラー２５に到達し、ここで反射された
後、部材１０Ａと部材１１Ａとの境界面で屈折して部材
１０Ａに入り、さらにＶ字溝２３、２３、・・・の形成
面で全反射されて部材１０Ａの表面での屈折後に外部に
出射される。

【００２７】図６は、上記導光部材１の第２の実施例１
Ｂを示すものであり、図３に示したように、導光部材を
１部材で構成したものである。

【００２８】部材１６Ｂには透明のアクリル板が用いら
れ、その内部には、断面形状が三角形状をなし紙面に垂
直な方向に延びる孔２７、２７、・・・が部材１６Ｂの
長手方向に沿ってある間隔で形成されている。そして、
孔２７を形成する３面のうち三角形の底辺に当たる面２
７ａが全反射部となり、残りの２面２７ｂ、２７ｂが孔
２７と２７との間を通る光に対して反射部となってい
る。尚、上記の孔２７、２７、・・・は、これらの孔２
７、２７、・・・に対応した形状を有する金型部材を、
部材１６Ｂの型成形後に引き抜くことによって形成する
ことができる。

【００２９】部材１６Ｂの側面のうち上記面２７ａ、２
７ａ、・・・に対向する面２８は、全反射面となってお
り、部材１６Ｂへの光の入射面とは反対側の他端部には
ミラー２９が設けられている。よって、部材１６Ｂに入
射された光は、例えば、図６の光線３０に示すように、
部材１６Ｂにおいて孔２７の形成面２７ａと面２８との
間で全反射しながら伝播してミラー２９に到達し、ここ
で反射した後、孔２７と孔２７との間を通って孔２７の
形成面２７ｂによって全反射され、部材１６Ｂの表面
（面２８に対向する面）での屈折後に外部に出射され
る。

【００３０】図７及び図９は、上記導光部材１Ａの適用
例を示すものである。

【００３１】図７に示す光学系は、複数の導光部材１Ａ
が横一列に配列された積層構造を有する導光ブロック３
１を用いて、光路変更を行うようにしたものである。

【００３２】即ち、導光ブロック３１は、導光部材１Ａ
と同じ構造をもった複数の導光ユニット３１ａ、３１
ａ、・・・の集合体として形成されており、その積層方
向に直交する一方の面に光が入射され、他方の面全体を
覆うようにミラー３２が形成されている。

【００３３】導光ユニット３１ａ、３１ａ、・・・のう
ち、図の左端に位置するものを除く導光ユニット３１ａ
に入射した光は、当該導光ユニット３１ａに隣接する導
光ユニット３１ａに次々と入射されていき、最終的には
左端の導光ユニット３１ａから出射される。

【００３４】図の左端に位置する導光ブロック３１の出
射面には、透明材料で形成された３角柱状の反射ブロッ
ク３３の入射面が密接されており、該反射ブロック３３
に設けられた傾斜ミラー３４によって、導光ブロック３
１からの光が反射されて、光路の向きが変更される。

【００３５】反射ブロック３３の出射面側には、導光ブ
ロック３１と同様の構造をもった別の導光ブロック３５
が配置されており、その入射面に、矢印Ｄ１に示すよう
に、反射ブロック３３の出射光が入射された後、矢印Ｄ
２に示すように、導光ブロック３５の出射面から光が取
り出される。

【００３６】このような光学系は、例えば、液晶表示装
置に用いることができる。即ち、導光ブロック３５の入
射面から反射ブロック３３による光を取り入れ、導光ブ
ロック３５の出射面側に液晶表示部３６を配置するとと
もに、導光ブロック３５を挟んでその反射側にバックラ
イト３７を配置する。これによって、導光ブロック３１
に入射した外光が、上述したように反射ブロック３３、
導光ブロック３５を通して液晶表示部３６を照らし、バ
ックライト３７による光が導光ブロック３５を通して液
晶表示部３６を照らすことになるので、両者の光を調整
することによって省電力化や輝度の向上等を図ることが
できる。例えば、ビデオカメラのビューファインダーに
適用した場合には、屋外でのビデオ撮影時に太陽光を利
用したり、また、夜間におけるビデオ撮影時には、照明
光等を取り入れることで、バックライト３７の消費電力
を低減することができる。

【００３７】そして、導光ユニット３１ａでは、その入
射部分の厚みを薄くすることが可能であり、これによっ
て導光ブロック３１の薄型化を図り、装置の小型化を図
ることができる。

【００３８】尚、導光部材１Ａの代わりに、図８に示す
ように、前記導光部材１Ｂと同様の構造を用いれば、一
部材で多層構造の導光ブロック３１Ｂを容易にかつ低コ
ストで作成することができる。

【００３９】図９は、導光部材１Ａと同様の構成とされ
た導光部材３８を用いたバックライト装置３９を示すも
のである。

【００４０】導光部材３８の入射面には、蛍光管４０と
リフレクタ４１とからなる光源が設けられており、蛍光
管４０の直射光やリフレクタ４１による反射光が部材１
１Ａに入射される。

【００４１】そして、部材１１Ａの入射面とは反対側の
面には、これに対向するように僅な間隙をおいてミラー
４２が配置されている。

【００４２】導光部材３８に入射した光は、部材１１Ａ
から部材１０Ａを通して取り出されるが、部材１０Ａに
形成されるＶ字溝２３、２３、・・・の形状や大きさ、
形成間隔等を変えることによって、所望の配光分布を有
するバックライト光を得ることができ、光学設計の自由
度を高めることができる。

【００４３】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、請求項１に係る発明によれば、全反射面とこれに対
向する全反射部とによって、導光部材に入射された光が
全反射を繰り返しながら伝播し、全反射光が透過部に到
達した場合に反射部での全反射によりその進行方向を変
えることで光を効率良く取り出すことができ、また、全
反射部、透過部、反射部の３者の光学的配置を適宜に変
更することによって出射光の配光分布を制御することが
できる。

【００４４】請求項２に係る発明によれば、一端面に入
射された光が全反射により伝播した後出射される他端面
に対向するように反射手段を設けることで、反射手段に
よりその内部に戻された光の全反射が継続され、透過部
の近傍に形成された反射部によって光を効率良く取り出
すことができる。

【００４５】また、請求項３、請求項４に係る発明によ
れば、全反射部、透過部、反射部の形成を一の部材にお
ける空隙の形成によって一挙に実現することで、部品点
数やコストの低減を図ることができる。

【００４６】そして、請求項５乃至請求項８に係る発明
によれば、導光部材を全反射面に対して略直交する方向
に沿って複数配置し又は積層状に形成することによっ
て、光量が増大した場合でも、各導光部材への入射光を
隣接する導光部材に順次に伝えていくことで、最終的に
導光部材の一端部から光を効率的に取り出すことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る導光部材の構成について説明する
ための図である。

【図２】２部材を接触させることによって全反射部、透
過部、反射部を形成するようにした構成例を示す図であ
る。

【図３】１部材に孔を形成することによって全反射部、
透過部、反射部を形成するようにした構成例を示す図で
ある。

【図４】導光部材の一端部に反射手段を設けた構成を示
す図である。

【図５】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図７】本発明の適用例を示す図である。

【図８】図７の適用例における導光ブロックに第２の実
施例に係る導光部材を用いた例を示す図である。

【図９】図７とは別の適用例を示す図である。

【符号の説明】

１導光部材３全反射面４全反射部５透過部８反射部１７空隙２１反射手段１Ａ導光部材２４空隙２５ミラー（反射手段）１Ｂ導光部材２７孔（空隙）２９ミラー（反射手段）３１、３１Ｂ導光ブロック（導光部材）３８導光部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端面から入射された光を全反射させる
ことによって伝播させるとともに、全反射面に対向する
面から光を取り出すようにした導光部材であって、全反射面に対向するように全反射部と透過部とを形成す
るとともに、全反射光が透過部に到達したときに、該全反射光を全反
射面に対して直交し又は傾斜した方向に全反射させる反
射部を透過部の近傍に形成したことを特徴とする導光部
材。
【請求項２】請求項１に記載の導光部材において、一端面から入射された光が全反射により伝播した後出射
される他端面に対向するように反射手段を設け、該反射手段での反射により戻された光が透過部の近傍に
形成された反射部に到達したときに該反射部によって全
反射面に対して直交又は傾斜した方向に反射されること
を特徴とする導光部材。
【請求項３】請求項１に記載の導光部材において、導光部材を一の部材により形成するとともに、その内部に空隙を形成して、空隙と空隙との間の部分を
透過部とし、空隙を囲む面の一部を全反射部とし、他の
部分を反射部としたことを特徴とする導光部材。
【請求項４】請求項２に記載の導光部材において、導光部材を一の部材により形成するとともに、その内部に空隙を形成して、空隙と空隙との間の部分を
透過部とし、空隙を囲む面の一部を全反射部とし、他の
部分を反射部としたことを特徴とする導光部材。
【請求項５】請求項１に記載の導光部材において、導光部材を全反射面に対して略直交する方向に沿って複
数配置し又は積層状に形成したことを特徴とする導光部
材。
【請求項６】請求項２に記載の導光部材において、導光部材を全反射面に対して略直交する方向に沿って複
数配置し又は積層状に形成したことを特徴とする導光部
材。
【請求項７】請求項３に記載の導光部材において、導光部材を全反射面に対して略直交する方向に沿って複
数配置し又は積層状に形成したことを特徴とする導光部
材。
【請求項８】請求項４に記載の導光部材において、導光部材を全反射面に対して略直交する方向に沿って複
数配置し又は積層状に形成したことを特徴とする導光部
材。