(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一面と、
前記第一面に形成され、光を散乱或いは反射する複数の光散乱体と、
前記第一面を規定する辺の中で、光の入射側に位置する入射側端部から延びた第三面と、
を備え、
前記第一面は、
第１の側端部と、
前記第１の側端部に対向する第２の側端部と、
前記第１の側端部の一端および前記第２の側端部の一端を結び、かつ、前記光散乱体に向けて入射する光の入射側に位置する前記入射側端部と、
を備え、
前記二つの側端部の間で前記第一面上に位置する第一の軸に垂直な断面に関して、個々の光散乱体の前記第一面からの高さが、前記第一の軸から前記側端部に向かって小さくなることを特徴とする反射構造体。
【請求項２】
前記反射構造体は、前記第三面の中央部に配置される光入射手段から入射した光を散乱或いは反射し、
前記第三面は、前記光入射手段から入射した光を前記第一面に向けて透過する光透過部を有し、
前記第一の軸は、前記光透過部から前記入射側端部に垂直に投影した位置を通り前記二つの側端部の間で前記第一面上に位置する請求項１に記載の反射構造体。
【請求項３】
前記第一の軸に垂直な断面に関して、個々の光散乱体の側面と前記第一面の接触点のうち前記第一の軸側の点において、前記光散乱体の接線と前記第一面とのなす角度が、前記第一の軸から前記側端部に向かって小さくなることを特徴とする請求項１または２に記載の反射構造体。
【請求項４】
前記光散乱体の形状が、球形の一部の形状であり、
前記球形の半径をｒ、前記高さをｈとした場合、ｈ／ｒの値が前記第一の軸から前記側端部に向かって小さくなることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の反射構造体。
【請求項５】
前記球形の半径ｒが全ての前記光散乱体において同じ値であることを特徴とする請求項４に記載の反射構造体。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の前記反射構造体と、
前記第一面を規定する辺の中で、前記入射側端部以外の少なくとも３つの辺から前記第一面に対して同じ側に延びた少なくとも３つの面と、を備え、前記３つの面が何れも反射面であることを特徴とする光散乱部材。
【請求項７】
透光性を有する導光板であって、前記導光板を構成する一つの面に、請求項１から５のいずれか一つに記載の前記反射構造体を備えることを特徴とする導光板。
【請求項８】
前記第一面を有する、請求項１から４のいずれか一つに記載の前記反射構造体と、
光を透過する透過面であり前記第一面と対向する第二面と、
前記第三面と対向し前記第一面と前記第二面の間に位置する第四面と、
前記側端部の一方を含む第五面と、
前記側端部の他方を含み前記第五面と対向する第六面と、を備え、
前記第三面は、光を透過する透過面を含むと共に、前記入射側端部を含み前記第一面と前記第二面の間に位置し、
前記第四面と、前記第五面と、前記第六面が何れも反射面であることを特徴とする請求項７に記載の導光板。
【請求項９】
前記第四面に回折格子が形成され、
前記回折格子のパターンが、前記第二面に向けて光を発散するパターンであることを特徴とする請求項８に記載の導光板。
【請求項１０】
前記第一面と前記第二面との離間距離が、前記第三面から前記第四面に向かうにつれて小さくなることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の導光板。
【請求項１１】
前記第二面が半円筒状の曲面であることを特徴とする請求項請求項８から１０のいずれか一つに記載の導光板。
【請求項１２】
前記第三面に回折格子が形成され、
前記回折格子のパターンが、前記第一面に向けて光を集光するパターンであることを特徴とする請求項８から１１のいずれか一つに記載の導光板。
【請求項１３】
請求項７から１２のいずれか一つに記載の前記導光板を少なくとも二つ以上備え、
各々の導光板に光が入射され、各々の導光板における前記第一面が、何れも所定の軸に沿って配置されることを特徴とする照明装置。
【請求項１４】
請求項８から1２のいずれか一つに記載の前記導光板と、
前記第三面の透過面に対向して配置された光入射手段と、を備えた照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射構造体、光散乱部材、導光板、及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、液晶表示装置のバックライト用の導光板において、少なくとも一面に半球状の散乱体を備えたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４９８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、半球状の散乱体（又は反射体）が、高さが一定になるように配置されているため、導光板の中央から入射して中央の散乱体で反射された光が、導光板の側端部まで届き難い。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みて、反射構造体或いは導光板において側端部まで光が届くようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様に係る反射構造体は、第一面と、前記第一面に形成され、光を散乱或いは反射する複数の光散乱体と、前記第一面を規定する辺の中で、光の入射側に位置する入射側端部から延びた第三面と、を備え、前記第一面は、 第１の側端部と、前記第１の側端部に対向する第２の側端部と、前記第１の側端部の一端および前記第２の側端部の一端を結び、かつ、前記光散乱体に向けて入射する光の入射側に位置する前記入射側端部と、を備え、前記二つの側端部の間で前記第一面上に位置する第一の軸に垂直な断面に関して、個々の光散乱体の前記第一面からの高さが、前記第一の軸から前記側端部に向かって小さくなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、側端部までのそれぞれの光散乱体に届く光の量が増加し、反射構造体或いは導光板の発光効率が増加する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】導光板の概略斜視図である。
【図２】（ａ）導光板の第一面を示す底面図である。（ｂ）導光板の第二面を示す端面図である。（ｃ）導光板の第三面を示す正面図である。（ｄ）導光板の第四面を示す背面図である。（ｅ）導光板の第五面又は第六面を示す側面図である。（ｆ）第二面の形状の他の例を示す斜視図である。
【図３】（ａ）第一面の反射構造体を部分的に例示する図である。（ｂ）反射構造体における光散乱体の高さの変化を示す断面図である。（ｃ）光散乱体の側面の形態を示す断面図である。（ｄ）光散乱体の側面の他の形態を示す断面図である。
【図４】（ａ）四角錐形状の光散乱体を示す斜視図である。（ｂ）半球形状の光散乱体を示す斜視図である。（ｃ）半楕円体形状の光散乱体を示す斜視図である。
【図５】（ａ）光散乱体が半球形状である場合において光散乱体の高さの変化を示す断面図である。（ｂ）光散乱体が半楕円体形状である場合において光散乱体の高さの変化を示す断面図である。
【図６】光散乱体が球形の一部である場合に、光散乱体の高さと半径との比率が変化する状況を示す断面図である。
【図７】（ａ）第三面の回折格子パターンの一例を示す図である。（ｂ）第三面の回折格子パターンの他の例を示す図である。（ｃ）第三面の回折格子を通過する光を示す図である。
【図８】（ａ）第四面の回折格子パターンの一例を示す図である。（ｂ）第四面の回折格子パターンの他の例を示す図である。（ｃ）第四面の回折格子からの光を示す図である。
【図９】（ａ）第一面の光散乱体の分布の一例を示す図である。（ｂ）第一面の光散乱体の分布の他の一例を示す図である。（ｃ）第一面の光散乱体の分布のさらに他の一例を示す図である。
【図１０】（ａ）照明装置の構成の一例を示す図である。（ｂ）照明装置の構成の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［第一実施形態］
図１を参照して、第一実施形態に係る導光板について説明する。この導光板は、内視鏡の照明装置として使用されるものであるが、これに限定されるものではない。
【００１０】
光源からの光が、光ファイババンドル等のライトガイド３を通って導光板１に導入される。導光板１、ライトガイド３、及び、光源は照明装置を構成する。導光板１の材料は、透明な部材であればよく、例えば、透明な樹脂材料又は透光性を有する樹脂材料であり、ポリカーボネート材料やアクリル樹脂であってよい。また、導光板１の材料は、ガラスであってもよい。
【００１１】
導光板１は、図２（ａ）−（ｅ）にそれぞれ示すように第一面１１、第二面１２、第三面１３、第四面１４、第五面１５、第六面１６を有する。第一面１１と第二面１２が対向し、第三面１３と第四面１４が対向し、第五面１５と第六面１６が対向する。第三面１３、第四面１４、第五面１５、第六面１６は、第一面１１と第二面１２の間に位置する。
【００１２】
導光板１の第一面１１（図２（ａ））には、導光板１に導入された光を散乱する複数の光散乱体２１が形成されている。第一面１１の複数の光散乱体２１は反射構造体を構成する。これにより、導光板１に入射した入射光を第一面１１で散乱させ、第一面１１に対向する第二面１２から空気中に光を広範囲に射出することができる。例えば、図２（ａ）のように、複数の光散乱体２１は、正方格子状に密度を略均一にして配置されている。
【００１３】
第二面１２（図２（ｂ））は、光を透過する透過面である。第二面１２は、半円筒状（シリンダー形状）の曲面である。このため、広範囲を照明するように大きな角度で第二面に向かう光が、第二面で全反射することが防止される。なお、半円筒状の曲面とは、円筒をその回転対称軸に平行な面で切り取った曲面部分である。なお、図２（ｆ）のように、第二面１２は、簡単には屋根型形状にすることもできる。
【００１４】
ライトガイド３の出口端面は、第三面１３（図２（ｃ））内に位置する。第三面１３において、ライトガイド３の出口端面に対応する少なくとも一部が光を透過する透過面１３aになっている。図１では、透過面１３aは、第三面１３の長手方向中央部付近で第一面１１側に位置するが、これに限定されるものではない。ライトガイド３は、第三面１３の透過面１３ａに対向して配置された光入射手段（光入射部）を構成する。
【００１５】
第四面１４（図２（ｄ））は、第三面１３と同様の形状であるが、第四面１４において、第一面１１と第二面１２との離間距離（高さ）が、第三面１３より小さくなっている。
【００１６】
第四面１４、第五面１５と、第六面１６は、何れも反射面である。第四面１４、第五面１５と、第六面１６は、第一面１１を規定する３つの辺から、第一面１１に対して同じ側に延びる。このように導光板１を反射面で囲むことにより、所望の方向（第二面１２）から光を射出することができる。また、第三面１３（入光部）および第二面１２を除く面が反射面であることで、第二面１２から射出する光の発光効率が向上する。なお、発光効率は、導光板１に単位時間当たりに入る光量と導光板１から単位時間当たりに出る光量の比率である。
【００１７】
また、第五面１５（第六面１６）が図２（ｅ）のような形状を有することにより、第一面１１と第二面１２との離間距離が、第三面１３から第四面１４に向かうにつれて小さくなる。これは、第三面１３から離れるに従って入射光が届きにくくなることへの対策である。これにより入射光の光軸３aに対して第一面１１が傾き、第四面１４の近傍においても入射光が第一面１１の反射構造体に衝突する確率が向上し、発光効率が上昇する。
【００１８】
次に、図３（ａ）（ｂ）を参照して、第一面１１の反射構造体の構成について詳細に説明する。
【００１９】
反射構造体の光散乱体２１は、導光板１の透明又は透過性を有する材料と屈折率が異なるものであり、光を散乱或いは反射する。光散乱体２１は、第一面１１に形成された凹み（又は溝）であってよい、導光板１の材料と凹み内の空気の屈折率が異なるため、光を散乱することができる。なお、導光板１の材料が樹脂材料であれば、複数の光散乱体２１を凹みとして形成することが容易になる。或いは、光散乱体２１は、導光板１の材料とは屈折率の異なる材料であり、第一面１１に埋め込まれたものでもよい。
【００２０】
光散乱体２１は、種々の形状をとることができるが、本実施形態では図３（ａ）のように光散乱体２１は略円錐形状を有する場合を特に説明する。例えば、各光散乱体２１の底部２１ａ（第一面内にある）は、略同一直径の円形状を有するが、これに限定されるものではない。なお、光散乱体２１以外の第一面１１の部分は、反射面であることが好ましい。
【００２１】
第一面１１は、互いに対向する二つの側端部１１a、１１ｂを有する。軸１１ｃは、第一面１１内で二つの側端部１１a、１１ｂの間の中央部またはその近傍に位置するように設定される。軸１１ｃは、側端部１１a、１１ｂに略平行であってよい。図３（ｂ）のように、軸１１ｃに垂直な断面内で、光散乱体２１の第一面１１からの高さｈが、軸１１ｃから一方の側端部１１aに向かって除々に小さくなるとともに、軸１１ｃから他方の側端部１１ｂに向かっても除々に小さくなる。これにより導光板１の中央付近に高い光散乱体が配置され、側端部１１a、１１ｂに近付くに従って光散乱体が低くなる。中央の高い光散乱体で散乱された光は側端部まで届きやすくなる。従って、側端部までのそれぞれの光散乱体に届く光の量が増加し、導光板１の発光効率が増加する。
【００２２】
なお、軸１１ｃは、ライトガイド３から導光板１へ入射する入射光の光軸３aを第一面１１に垂直に投影したものに設定することもできる。これにより、入射光の光軸付近における光散乱体による拡散効果が向上し、さらに、側端部に届く光の量が増加する。また、軸１１ｃと第三面１３との交点近傍に第三面の透過面１３ａが位置することになる。光散乱体２１が大きいために拡散効果が大きくなる軸１１ｃ付近から光を入射させることで効果的に光を散乱できる。なお、軸１１ｃに対して一方の側端部側に多少ずれた位置にある透過面１３ａから光を入射させる場合、ずれた方向への光の射出割合が増加する。
【００２３】
図３（ｃ）のように、軸１１ｃに垂直な断面に関し、個々の光散乱体２１の側面２１ｂと第一面１１の接触点のうち軸側の点２１ｃにおいて、光散乱体の側面２１ｂの接線と第一面１１とのなす角度θ１とする。この場合、角度θ１は、軸１１ｃから側端部１１a、１１ｂに向かって徐々に小さくなってよい。これにより、光散乱体２１の側面２１ｂの法線方向を軸１１ｃから離れるにしたがって徐々に変化させる。このため、複数の光散乱体２１からの光の反射（散乱）方向が様々になり、射出面である第二面１２からの光の射出角度を広くすることができる。
【００２４】
なお、図３（ｄ）のように、角度θ１を一定にしてもよい。この場合には、個々の光散乱体２１の形状を同じにして作製することができ、加工が容易になる。例えば、樹脂材料において同じ型の凹みとして光散乱体２１を容易な加工で作製できる。
【００２５】
他の光散乱体２１の形状としては図４（ａ）−（ｃ）のように、四角錐、半球、半楕円体とすることもできる。図５（ａ）（ｂ）に、光散乱体２１の形状が半球、半楕円体である場合の高さの変化を例示する。軸１１ｃに垂直な断面内で、光散乱体２１の第一面１１からの高さｈが、軸１１ｃから側端部１１a、１１ｂに向かって除々に小さくなる。なお、図５（ａ）では、半球の半径が軸１１ｃから側端部１１a、１１ｂに向かって除々に小さくなるが、第一面１１からの高さｈと球形の半径ｒとの比率ｈ／ｒは１で一定である。ここで、個々の光散乱体２１の側面２１ｂの法線方向と第一面１１の法線方向とのなす角度θが、連続的に変化する。
【００２６】
−作用効果−
導光板１に入射した入射光を第一面１１に形成した反射構造体で散乱させ、第一面１１に対向する第二面１２から空気中に光を広範囲に射出することができる。光散乱体２１の第一面１１からの高さが軸１１ｃから側端部１１a、１１ｂに向かって小さくなる。このため、側端部までのそれぞれの光散乱体に届く光の量が増加し導光板の発光効率が増加する。実際にシミュレーションによると、従来技術に比して数％の発光効率の向上が確認できる。光散乱体の接線と第一面１１とのなす角度θ１を軸１１ｃから側端部１１a、１１ｂに向かって小さくしてよい。この場合、第二面１２（射出面）からの光の射出角度を広くすることができる。
【００２７】
第四面１４、第五面１５と、第六面１６は、何れも反射面であってよい。この場合、透過面である第二面１２から光を射出することができる。第一面１１と第二面１２との離間距離が、第三面１３から第四面１４に向かうにつれて小さくなってよい。この場合、入射光の光軸３aに対して第一面１１が傾いて、第四面１４の近傍まで入射光が第一面１１の反射構造体に衝突する。第二面１２が半円筒状の曲面であってよい。この場合、広範囲を照明するように大きな角度で第二面１２に向かう光が、第二面１２で全反射することを防止できる。軸１１ｃが、第三面１３の透過面から入射する光の光軸３aを、第一面１１に垂直に投影したものに相当してよい。この場合、入射光の光軸付近における光の拡散効果が向上し、さらに、側端部に届く光の量が増加する。
【００２８】
［第二実施形態］
第二実施形態では、光散乱体の形状が、球形（半径ｒ）の一部である場合を示す。他の構成は、第一実施形態と同様である。図６において、θ２は、光散乱体２１の側面２１ｂと第一面１１の接触点２１ｃにおける法線方向と、第一面１１の法線方向とのなす角度である。
【００２９】
図６のように、第一面１１からの光散乱体の高さｈと球形の半径ｒとの比率ｈ／ｒが、軸１１ｃに垂直な断面内で、軸１１ｃから側端部１１a、１１ｂに向かって除々に小さくなる。個々の光散乱体２１の側面２１ｂの法線方向と第一面１１の法線方向とのなす角度θが、角度−θ２から角度θ２までの範囲内で、連続的に変化する。
【００３０】
このように、側面２１ｂとして球面を有する光散乱体２１を配置することにより、反射構造体は、反射方向に指向性なく広範囲に光を散乱する。また、ｈ／ｒの値が徐々に小さくなることで、角度θが軸１１ｃから側端部１１ａ、１１ｂに向かって除々に小さくなり、広範囲に光が散乱される。
【００３１】
本実施形態では、球形の半径ｒが全ての光散乱体２１において同じ値になっており、高さｈのみが変化するが、これに限られず半径ｒも変化させてよい。なお、球形の半径ｒが全ての光散乱体２１において同じ値をとる場合、一律の球形の形状をとることで、複数の光散乱体２１の形成（機械加工等）が容易になる。
【００３２】
また、第一実施形態と同様に、軸１１ｃに垂直な断面内で、光散乱体２１の第一面１１からの高さｈが、一つの軸１１ｃから一方の側端部１１aに向かって除々に小さくなるとともに、軸１１ｃから他方の側端部１１ｂに向かって除々に小さくなる。
【００３３】
−作用効果−
ｈ／ｒの値が徐々に小さくなることで、光散乱体２１の側面２１ｂの法線方向の角度が、軸１１ｃから側端部１１ａ、１１ｂに向かって除々に小さくなり、広範囲に光が散乱される。光散乱体２１の球形の半径ｒが全ての光散乱体２１において同じ値をとる場合、複数の光散乱体２１の形成（機械加工等）が容易になる。
【００３４】
［第三実施形態］
第三実施形態において、第三面１３及び／又は第四面１４に回折格子が形成されている。他の構成は、第一実施形態と同様である。
【００３５】
図７（ａ）（ｂ）に、第三面１３の回折格子３１のパターン（グレーティングパターン）が示される。図７（ａ）は、同心円状のグレーティングパターンを示す。図７（ｂ）は、平行な直線状のグレーティングパターンを示す。これらのグレーティングパターンは、図７（ｃ）のように第一面１１に向けて光を集光する。
【００３６】
図７（ａ）のグレーティングパターンでは、第一面１１の軸１１ｃ近傍に光を集光することができ、光が第一面１１の光散乱体２１に衝突しやすくなり発光効率が上昇する。これは、第一面１１の軸１１ｃ近傍で光散乱体２１の高さｈが高いためである。また、第一面１１の軸１１ｃ近傍に光が集光するため、光は軸１１ｃに対して斜めに入射する。その後、光は、軸１１ｃに対して斜めに反射される。すなわち、第三面から入射した光は、軸１１ｃを横切る方向に、第一面１１に対して入射し、かつ第一面１１から反射するため、広範囲に光が散乱される。一方、図７（ｂ）のグレーティングパターンは、図７（ａ）のグレーティングパターンより形成が容易である。
【００３７】
図８（ａ）（ｂ）に、第四面１４の回折格子３３のパターン（グレーティングパターン）が示される。図８（ａ）は、同心円状のグレーティングパターンを示す。図８（ｂ）は、平行な直線状のグレーティングパターンを示す。これらのグレーティングパターンは、図８（ｃ）のように第二面１２に光を向けるため発光効率を向上させる。
【００３８】
図８（ａ）のグレーティングパターンでは、第二面１２に向けて光を大きく発散することができる。一方、図８（ｂ）のグレーティングパターンは、図８（ａ）のグレーティングパターンより形成が容易である。
【００３９】
なお、第三実施形態において、光が回折しやすくなるように、光源は、少なくとも一種類の単色光を生じるものであることが好ましい。
【００４０】
−作用効果−
第三面１３に回折格子３１が形成され、回折格子３１のパターンが、第一面１１に向けて光を集光するパターンであるため、導光板１の発光効率が向上する。第四面１４に回折格子３３が形成され、回折格子３３のパターンが、第二面１２に向けて光を発散するパターンであるため、導光板１の発光効率が向上する。
【００４１】
［第四実施形態］
第四実施形態において、第一面の複数の光散乱体２１の分布が第一実施形態から変えられている。他の構成は、第一実施形態と同様である。なお、第一実施形態では、図２（ａ）のように複数の光散乱体２１が正方格子状に密度を略均一にして配置されている。
【００４２】
第四実施形態において、図９（ａ）のように、光散乱体２１の列を交互にずらして、複数の光散乱体２１が三角格子状に配置されてもよい。図９（ｂ）のように、光散乱体２１同士の間隔（従って、光散乱体２１の密度）を、軸１１ｃから側端部１１a、１１ｂに向かって除々に小さくしてよい。図９（ｃ）のように、光散乱体２１同士の間隔（従って、光散乱体２１の密度）を、軸１１ｃの方向に第三面１３から第四面１４側に向かって小さくしてよい。
【００４３】
−作用効果−
第四実施形態では、種々の反射構造体により第一実施形態と同様の効果が得られる。
【００４４】
［第五実施形態］
第五実施形態において、複数の導光板１が組合わされて照明装置５が構成されている。他の構成は、第一実施形態と同様である。
【００４５】
図１０（ａ）のように、照明装置５において、複数の導光板１が、所定の軸４１の周りで軸４１に関して略軸対称に配置される。個々の導光板１の第一面１１は、いずれも軸４１に沿ってこれと平行に配置されている。複数の導光板１を組合せることで、照明装置は、広範囲を均等に照明できる。例えば、導光板１の個数は４つであるがこれに限定されるものではない。
【００４６】
なお、図１０（ｂ）のように、複数の導光板１が、所定の軸４１に関して非対称に配置されてもよい。この場合には、いくつかの導光板において、第三面の透過面１３ａ（即ち、ライトガイド３の出口端面）を軸１１ｃに対して一方の側端部側にずらして、ずれた方向への光の射出割合を増加させる。これにより、導光板間の隙間が広い場合に、導光板間の隙間が広い側に向かって射出する光の量が増えるように調整することができる。
【００４７】
−作用効果−
照明装置は、導光板を少なくとも二つ以上備え、各々の導光板に光が入射され、各々の導光板における第一面が、何れも所定の軸に沿って配置される。このため、この所定の軸周りの広範囲の角度を照射することができる。
【００４８】
本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【符号の説明】
【００４９】
１  導光板
３  ライトガイド（光入射手段）
５  照明装置
１１  第一面
１１a、１１ｂ  側端部
１１ｃ  軸
１２  第二面
１３  第三面
１３ａ  透過面
１４  第四面
１５  第五面
１６  第六面
２１  光散乱体
２１ａ  底部
２１ｂ  側面
３１、３３  回折格子
４１  軸
【図１】
0005420320.tif 000002
【図２】
0005420320.tif 000003
【図３】
0005420320.tif 000004
【図４】
0005420320.tif 000005
【図５】
0005420320.tif 000006
【図６】
0005420320.tif 000007
【図７】
0005420320.tif 000008
【図８】
0005420320.tif 000009
【図９】
0005420320.tif 000010
【図１０】
0005420320.tif 000011