(57)【要約】【課題】  正面に輝度のピークを持つ拡散光を出射する発光面上にプリズムシートを配置して、出射光を２方向に配光する従来の構成では、出射面から出射される光の方向を制御する事が難しく、光の利用効率が低かった。【解決手段】  光源１からの光を導光して、出射面から垂直方向に指向性をもつ光を出射する導光体２の出射面上に、出射面から出射された光を特定の２方向に配光するプリズムシート３を設けることとした。導光板を導光する光を一定の方向に揃えるために、導光板２の入光部は、凹部が形成された入光面２ａと、この入光面に接続するような放物面を備えている。さらに、導光体の下面に反射構造体を設けて、出射面へ垂直に光を導く構造とした。【選択図】  図１
2010267524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を入光部で一定の方向に揃えて内部に導入し、出射面から垂直方向に指向性をもつ光を出射する導光体と、
前記導光体の上方に配置され、前記導光体から出射される光を特定の２方向に配光するプリズムシートと、を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記入光部の入光面に、前記光源の出光部に対向するように凹部が設けられ、
前記入光部は、前記入光面と、前記光源の出光部から出光方向に放物線上にのびた放物面を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記導光体の下面に、反射構造体が形成され、
前記反射構造体は、前記入光部から導入される光を反射し、前記出射面から垂直に出射させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記プリズムシートには頂角が６０度〜１１０度のプリズムが形成され、前記頂角が前記導光体の出射面と対向するように配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記出射面に、前記入光面に直交する方向に複数の上プリズムが形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記上プリズムは前記入光部にも形成されており、前記出射面に形成された上プリズムと前記入光部に形成された上プリズムは形状が異なることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
光源と、
前記光源からの光を入光部で一定の方向に揃えて内部に導入し、出射面から垂直方向に指向性をもつ光を出射する導光体と、
前記導光体の上方に配置された非自発光型の表示素子と、
前記導光体と前記表示素子の間に配置され、前記導光体から出射される光を特定の２方向に配光するプリズムシートと、を備えることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置、及び、電子機器に用いられる表示装置に関する。特に、カーナビゲーションシステム、液晶テレビ等に用いられる液晶表示装置、及び非自発光型の表示素子を照明するフロントライトやバックライト等の照明装置に関する。また、住居やオフィス等の設備照明用装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、カーナビゲーションシステムのように、運転席と助手席といった特定の２方向に観測者が居る場合に、その２方向から最も明るく見える照明装置が提案されている。このような照明装置では、面光源の出光面に、頂角が約９０°のプリズムを持ったプリズムシートを、プリズムの頂角が出光面側を向くように配置する構成により、２方向へ光を配光することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１６４０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の図２に開示された照明装置では、出光面の正面に輝度のピークを有するように導光体の出光面の中心部から拡散した光が出光されている。このような配光特性を持つ照明装置では、導光体から出る光は特定方向に指向性をもたないので、出光方向を制御することが難しい。そのため、導光体の上にプリズムシートを配置した場合に、導光体から出光された光を効率よくプリズムシートへ入射させることができず、照明装置の輝度が低下する傾向にあった。また、プリズムシートによって配光される光の方向はある一定の角度のみに限られていた。
【０００５】
さらに、このような配光特性を持つ照明装置は、導光体の出光面に複数の光学フィルムを配置する必要があるため、照明装置の厚みが厚くなり、製造コストが増加した。また、これらの光学フィルムとプリズムシートが重ねられるため、照明装置が振動するとプリズムシートのプリズムがこすれるという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の照明装置は、光源と、光源からの光を側面から入射し上面から垂直方向に光を出射する導光体を備え、導光体上に導光体から出射された光を２方向へ配光するプリズムシートが配置される構造とした。さらに、導光体の入光面に凹部を光源に対向するように形成し、光源の出光部から出光方向に放射線状にのびた放物面が入光面に接続している。導光体の出射面と反対の対向面にはプリズムが配置され、このプリズムにより入光面からの光が反射されて垂直方向に出射する。
【０００７】
さらに、導光体の出射面にプリズムを設けることにより、プリズムシートを透過する光の角度と強度を補正した。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、導光体の出射面から出射される光を制御することができ、光を効率よく利用した高輝度で薄型の照明装置を提供することができる。また、プリズムシートによって配光される光の角度や強度を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の照明装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の照明装置の構成の一部分を模式的に示す拡大図である。
【図３】本発明の照明装置の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の照明装置の入光部を説明する模式図である
【図５】本発明の照明装置の構成の一部分を模式的に示す拡大図である。
【図６】本発明の照明装置の断面構成を示す模式図である。
【図７】本発明の照明装置の構成の一部分を示す模式図である。
【図８】本発明の照明装置の光の挙動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の照明装置を、図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本発明の照明装置を模式的に示す俯瞰図である。図示するように、光源１からの光を導光して出射面から垂直方向に指向性をもつ光を出射する導光体２の出射面上に、出射面から出射された光を特定の２方向に配光するプリズムシート３が設けられている。導光体２は入光部２ａと発光部に大別できる。入光部２ａは、光源１の出光部に向かい合う入光面と、光源１の出光部から出光方向に放物線状に形成された放物面を備えている。図示するように、光源が複数個設けられている場合、各光源１の間隔と対向する入光部２ａに放物面が形成されることとなる。また、入光部２aの入光面に近接して光源１が配置されている。導光体２は、入光部２ａの入光面から入射した光を導光して発光部の出射面から出射する。入光部２ａの入光面には光源１の出光部に対向するように凹部が形成されている。入光部２ａで光源１からの光は一定の方向に揃えられて導光体２の内部に導入され、出射面から垂直方向に指向性を有する光が出射する。
【００１１】
図２は、図１の照明装置を光源の後方から見た側面図である。図示するように、導光体２の出射面の上方には、導光体２の出射面からの光を２方向へ配光するプリズムシート３が配置されている。プリズムシート３はプリズムの頂角が導光体２の出射面と対向するように配置されている。図３は図２の一部を拡大した図面で、本照明装置の光の挙動を表している。光源１から出光した光は導光体２へ入光し、導光体２の出射面２ｅからほぼ垂直に出射してプリズムシート３に入射する。プリズムシート３のプリズムは出射面２ｅからの出射光を２方向に配光する機能をもつ。プリズムシート３のプリズムの頂角は６０度〜１１０度が望ましい。垂直な光の成分を持つ出射光７のうち、プリズムを構成する斜面３ａにあたった光は、屈折して出射光７ａとなり、プリズムシートの上面から出光する。また、同様に、出射光７のうち、プリズムを構成する斜面３ｂにあたった光も屈折して出射光７ｂとなり、プリズムシートの上面から出光する。このようにして、垂直な光の成分を有する出射光７はプリズムシートのプリズムによって特定の２方向に配光され、プリズムシート３から出光する。
【００１２】
次に、光源１から出光した光を導光体２の出射面２ｅからほぼ垂直に出射させる構成について図１をもとに説明する。前述のように、入光部を、凹部が形成された入光面と放物面で構成することによって、広範囲に発光される光源の光を一定の方向に揃えて導光体２の内部に導入させることが可能になる。そして、導光体２には、入光面から入射した光を出射面から出すために反射構造体が形成されている。入光部により一定方向に揃った光はこの反射構造体で反射され、導光体２の出射面から垂直に出射する。
【００１３】
このとき、反射構造体のピッチを等間隔にして、高さを変化させてもよい。すなわち、反射構造体の高さを光源から遠くなるほど高くする。あるいは、反射構造体の高さを一定とし、ピッチを可変としてもよい。すなわち、反射構造体のピッチを光源から遠くなるにつれて狭くする。
【００１４】
さらに、導光体２の出射面とプリズムシート３の間に、出射面からの光の方向や強度を補正する第二反射構造体を設けた。導光体の入光面と略直角を成す上プリズムを導光体２の出射面に形成して、第二反射構造体としてもよい。この上プリズムの頂角は、４０°〜１７０°の範囲である。上プリズムは、導光体２の発光部の全面だけでなく入光部にも形成されることが望ましい。光源にできるだけ近い位置まで上プリズムを形成するとよい。このとき、入光部には発光部の出射面に形成されたプリズムの形状と異なる形状のプリズムを形成する。入光部の上プリズムは入光部から出る光の方向が揃うような形状とし、発光部の上プリズムは出射面からの光の方向や強度を補正するような形状とする。
【００１５】
また、本発明の表示装置は、非自発光型の表示素子を上述のいずれかの構成の照明装置で照明する構成とした。
【実施例１】
【００１６】
本実施例を図４〜図６を用いて説明する。図４に、導光体２の入光部２ａの形状を拡大して示す。図示するように、光源１と対向する入光面に台形状の凹部２ｂが設けられている。台形の短辺は０．２〜０．６ｍｍ、長辺は１．０〜１．２ｍｍ、高さは０．５〜１．０ｍｍ程度であり、最適値は光源１の配光特性等によって異なる。また、光源１の出光部から出光方向に沿って放物線状に放物面２ｄが伸びている。放物面２ｄの曲線は放物面２ｄを形成する放物線の焦点位置によって決められ、焦点位置は光源１から出射面に沿って水平におおよそ０．５〜０．７ｍｍの範囲内である。凹部の形状、放物線およびその焦点位置は光源１の配光特性に合せて最適化される。本実施例では凹部形状を台形としたが、半円や、三角形、もしくは多角形等の形状であっても同様の効果が得られる。また、本実施例では、放物面２ｄを曲面により形成したが、角度をつけて組み合わされた複数の平面によって形成し、多角形状としてもよい。放物面２ｄを多角形状とした場合には、配光を自在に制御でき、より高輝度かつ高均一な照明装置が実現できる。
【００１７】
導光体２の出射面や対向面にはプリズムやドットなどの反射構造体が形成されている。導光体２に入光した光は、導光体内部を導光しながら進行し、反射構造体にあたることにより導光体２の出射面から出光する。本実施例の入光部２ａは、反射構造体にあたったときに、出射面から垂直に（言い換えると、観察者の方向に）出るような光の成分をより多く導光体内に入射させることができる。入光部２ａは光源１の光を三方向に分けつつ、一部の成分の方向を変換する機能を有している。光源１から出光した光は、台形状の凹部２ｂにぶつかり、台形の短辺から導光体２に入光してそのままほぼ直線状に進む直進成分８ａと、台形の２つの斜辺から屈折して入光する成分にわかれる。この成分は放物面２ｄにあたり、多くの成分が全反射して反射成分８ｂとなり、直進成分８ａとほぼ同じ方向に進む。すなわち、入光部の入光面に台形状の凹部２ｂと放物面２ｄを設けることにより、光源１からの光の方向をそろえることができる。放物面２ｄの焦点距離は光源１から０．５〜０．７ｍｍ程度である。直進成分８ａと反射成分８ｂの光は導光体２に形成された反射構造体にあたり、出射面から出射する。
【００１８】
次に、図５に、反射構造体として導光体の対向面に下プリズムが形成された照明装置の要部を模式的に示す。導光体２には前述の入光部２ａが形成されているため、光源１から出光した光は、大部分が下プリズム５に対して垂直な成分となる。下プリズム５の頂線に対して垂直な方向の光は、下プリズム５で反射して出射面から垂直に出射することになる。そのため、導光体からの出光効率を非常に高くすることができる。
【００１９】
下プリズム５が形成された導光体２を持つ照明装置の断面構成を図６に模式的に示す。
導光体２は出射面２ｅと対向面を有する。出射面２ｅの上方には、プリズムシート３のプリズムの頂角が出射面２ｅと対向するように、プリズムシート３が配置されている。プリズムシート３のプリズムは頂角がおよそ６０°〜１１０°である。基本的に、プリズム頂角が小さいほど２方向に配光される光の相対角度が広く、頂角が広がるほど２方向に配光される光の相対角度は狭くなる。プリズムの頂角が６０度を下回る場合、導光体２から出光した出射面に垂直な光の多くがプリズムを形成する斜面で反射するため、２方向へ配光される光の強度が弱まる。また、プリズム頂角が１１０°以上の場合は、プリズムシート内部へ光が導光される際に、光の角度変化が小さくなり、明確に２方向へ光を配光する事が困難となる。
【００２０】
導光体２の対向面の下方には、反射シート４が設置されている。反射シート４はＰＥＴ等の透明フィルムに銀やアルミニウムを蒸着したようなタイプや、白色ＰＥＴや住友３Ｍ社製のＥＳＲ等が使用されることが多い。光源１、導光体２、反射シート４を機構的に支持し、かつ漏れ光を防止し光の利用効率を向上するためにフレーム６を用いた。すなわち、フレーム６の上に反射シート４を配置し、反射シート４の反射面と対向面が向かい合うように導光体２を配置する。フレーム６は白色ポリカーボネート等の樹脂成形品の場合が多い。フレーム６を更にアルミニウム等のメタルフレームで覆うこともある。
【００２１】
下プリズム５は導光体２の下表面（対向面）に形成された凹部であり、少なくとも二つの面で構成されている。この二つの面のうち、光源１に近い面が反射面２ｆである。光源１から導光体２に入光した光は、前述の通り、直進成分８ａと反射成分８ｂとに分かれ、下プリズム５の頂線に対して垂直に下プリズム５にぶつかる。そのため、多くの成分が出射面２ｅから出射しやすい。また、プリズム角度（下プリズム５の反射面２ｆが導光体の出射面２ｅとなす角度）が４０〜５０度の範囲にあれば、多くの成分が下プリズム５の反射面２ｆで導光体２の出射面２ｅと垂直な方向に全反射する。本実施例では、下プリズム５のピッチを等間隔とし、高さを変化させるように設定した。光源１に近いほど下プリズム５は低く、遠くなるほど高い。プリズムが形成された導光体と液晶パネルと組み合わせて使用する場合、液晶パネルのドットピッチと干渉しやすいプリズムのピッチが存在する場合がある。本実施例のように、ピッチが一定であれば、液晶パネルとの干渉を回避しやすいメリットがある。
【００２２】
また、導光体２の厚みやサイズよって下プリズム５の高さを非常に小さくしなければならない場合は、逆に、反射構造体の高さを一定とし、ピッチを可変とすることで同等の効果を得ることができる。
【００２３】
以上のような構成により、導光体２の出射面２ｅから出射される光の出射方向が、垂直方向に揃えられ、光を効率よくプリズムシートに入射させることができる。
【実施例２】
【００２４】
本実施例の照明装置は、導光体２の出射面２ｅにプリズムを設けた点で実施例１と異なり、その他の構造で実施例１と同じである。図７に導光体２の出射面２ｅにプリズムが形成された構成を模式的に示す。図示するように、導光体２の出射面２ｅには、下プリズム５の配列方向に対して直交する配列方向をもつ上プリズム９が形成されている。このような上プリズム９を形成することで、導光体２から出射しプリズムシート３へ入射する光の方向や強度を補正することが出来る。
【００２５】
上プリズム９の頂角は、４０°〜１７０°という広い範囲で設定される可能性がある。上プリズム９は、導光体２の発光部全面だけでなく、入光部２ａの上面にも形成されることが望ましい。すなわち、光源１にできるだけ近い位置まで形成することが望ましい。入光部２ａの上面まで上プリズム９を形成することにより、直進成分８ａと反射成分８ｂをより均一に混合することができる。直進成分８ａと反射成分８ｂを均一に混合するための上プリズム頂角の最適値と、導光体２からプリズムシート３へ入射する光の方向や強度を補正するための上プリズム頂角の最適値は異なることが多い。そのため、入光部２ａの上面（光源１に近い部位の導光体２）に設けられた上プリズム形状と、導光体２の発光部に設けられた上プリズム形状を個別に最適化すると尚良い。すなわち、光源に近い入光部の上面に形成されたプリズムの頂角は、入光部から出る光の方向を揃えるように設定され、発光部の上面に形成されたプリズムの頂角は出射面２ｅから出射される光の方向や強度を補正するように設定される。
【００２６】
本実施例における照明装置の光の挙動を図８（ａ）〜（ｃ）に示す。図示するように、導光体２の出射面２ｅ上には上プリズムが設けられており、それぞれ上プリズムの頂角が異なる。図８（ａ）と図８（ｂ）では、図８（ａ）の上プリズムのほうが大きな頂角になるように形成されている。導光体２の上プリズムの頂角を大きくすると、図８(ａ)に示すように、出射光７は、出射面２ｅと垂直な光の成分を多く持つようになる。出射光７はプリズムシート３に垂直に入射し、プリズムシート３により特定の２方向に配光される。
【００２７】
一方、上プリズムの頂角を小さくすると、図８(ｂ)に示すように、導光体２からの出射光７の視角を広くでき、プリズムシート３から出光する２方向の光の相対角度を大きくすることができる。
【００２８】
このように、上プリズムの頂角の大きさを調整することにより、プリズムシート３によって配光される２方向の光の角度を変化させることができる。
【００２９】
図８（ｃ）では、上プリズムの頂角が導光体２の出射面２ｅに垂直な方向から傾けられて配置されている。これにより、導光体２からの出射光７の成分を出射面２ｅに垂直な方向から傾けることができ、プリズムシート３を通過して２方向に配光された光の強度を変化させる事ができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明に係る照明装置、及び、表示装置は、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、カーナビゲーション、テレビ等の表示機器に適用できる。また、住居やオフィス等の設備照明用装置にも適用できる。
【符号の説明】
【００３１】
１  光源
２  導光体
２ａ  入光部
２ｂ  凹部
２ｄ  放物面
２ｅ  出射面
２ｆ  反射面
３  プリズムシート
４  反射シート
５  下プリズム
６  フレーム
７  出射光
８ａ  直進成分
８ｂ  反射成分
９  上プリズム
【図１】
2010267524.tif 000003
【図２】
2010267524.tif 000004
【図３】
2010267524.tif 000005
【図４】
2010267524.tif 000006
【図５】
2010267524.tif 000007
【図６】
2010267524.tif 000008
【図７】
2010267524.tif 000009
【図８】
2010267524.tif 000010