(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性材料からなる透明基板の側面に近接して、直線状の導光体とその端部に配置した点状光源とからなる長手状の光源部を備えたサイドライト方式の面状照明装置において、
前記導光体は複数の板状導光体を導光体の厚み方向に積層した多層導光体からなり、
前記積層した各板状導光体の側面には複数の溝部からなる光路変換手段が設けられ、
前記各層のそれぞれの溝部は、導光体の厚み方向に沿って形成されると共に、隣接する層のそれぞれの溝部の一部と重複するような位置に形成されて、前記多層導光体全体の溝部として見たとき、前記重複する各層の溝部は前記多層導光体の厚み方向に対して傾斜する多条の溝部として形成されており、
前記多条の溝部のそれぞれは、隣接する条の溝部の照射範囲の少なくとも一部が前記多層導光体の長手方向に重複するように形成されていることを特徴とする面状照明装置。
【請求項２】
前記導光体に形成する光路変換手段の溝部は、三角形の断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項３】
前記導光体に形成する光路変換手段の溝部は、台形の断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、看板、各種反射型表示装置等の照明手段に用いられる面状照明装置に関するものであり、特に、液晶表示装置の照明手段として用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
薄型で占有容積が小さく、軽量であること等に特徴を有する液晶表示装置は、携帯電話やパーソナルコンピュータ等をはじめとする多くの電気製品に使用され、その需要は増大している。ところで、液晶表示装置の液晶自体は自ら発光しないため、太陽光や部屋の照明の明るさを十分に取り込むことができない暗所で使用する場合には、液晶表示装置とは別個に液晶を照射する照明手段が必要となる。従って、この液晶を照射する照明手段も小型で消費電力が小さいことが望まれ、近年、薄板状のサイドライト方式（導光板方式）の面状照明装置をその手段として使用することが多い。
【０００３】
図５に、サイドライト方式を使用する面状照明装置の従来例の一形態を示す。図に示すように、面状照明装置１'は、透光性材料からなる透明基板２と、その透明基板２の一側面８に近接して配置された長手状の光源部５とから概略構成される。そして、光源部５から出射された光は透明基板２内に入射され、透明基板２の下部に設けられた液晶表示装置（図示、省略）を照射する。
【０００４】
透明基板２の上面４６には、複数の光反射パターン４９が形成されている。光反射パターン４９は、断面形状が三角形の溝部４７と、それに隣接する平坦部４８とから構成され、導光体３の長手方向（以下、軸方向ともいう）と平行にそれぞれ所定の間隔を置いて形成されている。溝部４７は、導光体３から入射した光が、導光体３からの距離に左右されることなく透明基板２の全体面においてほぼ均一に反射され、透明基板２の下部に設けられた液晶表示装置（図示省略）を照射することができるように、それぞれ相違した深さに設定されている。即ち、溝部４７の深さは、導光体３から遠ざかるに従って徐々に深くなるように形成されている。尚、透明基板２に形成される光反射パターン４９の溝部４７は、非常に微細であるため画面の観察においては目視で確認することはできない。
【０００５】
光源部５は、直線状の透明材料からなる導光体３と、該導光体３の端面６に対面して配置された点状光源（例えば、発光ダイオード等）４とから構成されている。また、導光体３には、光路変換手段１２'が設けられている。この光路変換手段１２'は、透明基板２の一側面８と向き合う面（一側面）９の反対側面（一側面）１０に、例えば、断面形状が三角形の溝部を導光体３の厚さ方向に形成することによって、点状光源４から出射した光を透明基板２の一側面８にほぼ均一に入射させる機能を有するものである。尚、導光体３は、透明基板２の一側面８から所定の距離をおいて、導光体３の一側面９が透明基板２の一側面８に沿うように配置されている。
【０００６】
また、点状光源４から放出される光を効率よく透明基板２内に入射させるために、導光体３の周囲に光反射部材（フレーム）１３が設けられる。光反射部材１３は、例えば、概略Ｕ字状に形成され、導光体３の透明基板２に向かい合う面９以外の長手方向の周囲、および透明基板２の上下面であって一側面８近傍の位置を覆うように配置され、導光体３の漏れ光を回収する。尚、光反射部材１３の導光体３を覆う面側（内面）には、銀等の金属を蒸着したフィルム、白色フィルム等を貼り付けた硬質樹脂品、あるいはアルミ板、ステンレス板等の金属板を曲げ加工したものが貼り付けられている。
【０００７】
しかしながら、例えば、導光体３の光路変換手段１２を図６に示すように複数の溝部１５および溝部１５に隣接する平坦部１６によって構成した場合、点状光源４から放出された光は、ほぼ溝部１５にのみ反射して透明基板２内に入光する。よって、透明基板２内に入射した光は、透明基板２を多条の光Ｌで照らした状態となり、観察面上には帯状の明暗縞が発生する。そこで、このような欠点を改善するために、本出願人は、図７に示すように、光路変換手段１２を構成する溝部１５を導光体３の厚み方向に対して一定の傾斜角度を持たせて形成することにより、溝部１５の一条当りの照射範囲を広げ、均一な発光を可能とするという内容のものを提案している（特願２０００−３０６０８０）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図７に示す光路変換手段１２は、観察画面上の明暗縞を抑制する手段としては有効であったが、溝部１５に傾斜角度を持たせることにより画面輝度の低下を招くという不具合を有するものであった。溝部１５をその断面形状が略三角形または台形となるように形成した場合、画面の発光の均一性は、溝部１５の傾斜角度を増加させるほど向上する。しかしながら、画面の輝度は、溝部１５の傾斜角度を増加させるほど低下し、傾斜角度がある角度以上になると、例えば、本出願人が、特開２０００−２３１８１４公報において開示した、画面の発光の均一性を増加させるために導光体と透明基板の間に拡散板を挿入する場合の輝度の低下率よりも低下するという欠点があった。これは、溝部１５が平面で構成されているため、溝部１５の傾斜角度が増加すると溝部１５で反射した光の傾きも増加し、従来は導光体３から透明基板２内に直接入射していた光の内、導光体３内で反射してから透明基板２内に入射する光の割合が増加するからである。臨界角以上の角度で導光体３の面に当った光は外部に漏れるか、あるいは導光体３の外側に配置された光反射部材１３に反射して再び導光体３内に戻るが、いずれの場合にも光の損失が生じ輝度の低下を招く。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、画面全体にわたり均一な明るさを可能とし、且つ、画面の高輝度化を図ることができる面状照明装置の提供を目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、透光性材料からなる透明基板の側面に近接して、直線状の導光体とその端部に配置した点状光源とからなる長手状の光源部を備えたサイドライト方式の面状照明装置において、前記導光体は複数の板状導光体を導光体の厚み方向に積層した多層導光体からなり、前記積層した各板状導光体の側面には複数の溝部からなる光路変換手段が設けられ、前記各層のそれぞれの溝部は、導光体の厚み方向に沿って形成されると共に、隣接する層のそれぞれの溝部の一部と重複するような位置に形成されて、前記多層導光体全体の溝部として見たとき、前記重複する各層の溝部は前記多層導光体の厚み方向に対して傾斜する多条の溝部として形成されており、前記多条の溝部のそれぞれは、隣接する条の溝部の照射範囲の少なくとも一部が前記多層導光体の長手方向に重複するように形成されていることを特徴とするものである。各導光体の側面に光路変換手段を形成した後にそれらを積層して多層の導光体を形成しているので、導光体の光路変換手段の形状を各導光体に形成した光路変換手段の形状の組合わせとすることができ、導光体全体としての光路変換手段の形状の自由度が増す。
【００１１】
また、この構成によれば、複数の溝部が光を反射する光散乱部として機能し、導光体から透明基板内へ光を反射させる。
【００１３】
また、各層の導光体に形成される溝部は、導光体の厚み方向に対して傾斜角度を有していないので、溝部で反射した光を効率よく透明基板内に入射させることができ、観察画面上の輝度の低下を抑制する。
【００１４】
また、各層のそれぞれの溝部により反射される光の範囲は、隣接する層のそれぞれの溝部から発せられる光同士で重複することとなり、各層の導光体から透明基板へ入射する光を導光体の軸方向で連続させることができる。
【００１５】
また、各条の溝部により反射される光の範囲は、隣接する溝部から発せられる光同士で重複することとなり、導光体から透明基板へ入射する光を導光体の軸方向で連続させることができる。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記導光体に形成する光路変換手段の溝部は、三角形の断面形状を有することを特徴とし、また、請求項３の発明は、請求項１に記載の発明において、前記導光体に形成する光路変換手段の溝部は、台形の断面形状を有することを特徴とするものである。溝部をかかる形状とすることにより、溝部は光を反射する光散乱部として機能し、導光体から透明基板内へ光を反射させる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る面状照明装置の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。尚、本面状照明装置は、従来例として説明した面状照明装置の光源部、特に導光体を改良したものであるので、従来技術と同一部分または相当する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は適宜省略する。
【００１９】
図１は、本発明に係る面状照明装置の一形態を示す分解斜視図である。図に示すように、面状照明装置１は、透明基板２と、透明基板２の一側面８および１８に沿って配置される光源部５、５と、光反射部材（フレーム）１３、１３とから概略構成される。
【００２０】
透明基板２の上面４６に形成された複数の光反射パターン４９は、二つの導光体３、３から入射した光を、導光体からの距離に左右されることなく透明基板２の全体面においてほぼ均一に反射することができるように、それぞれの導光体３、３から遠ざかるにしたがって溝部４７の深さが徐々に深くなるように形成され、透明基板２の中央付近に形成される溝部の深さが最も深くなってるように設定されている。
【００２１】
光源部５は、直線状の導光体３と点状光源４とから構成されている。導光体３の一側面で、透明基板２の一側面８と向かい合う面（一側面）９の反対側面１０（以下、単に一側面１０という）には、光路変換手段１２が形成されている。光路変換手段１２は、断面形状が三角形の溝部１５とそれに隣接する平坦部１６とから構成されている。光路変換手段１２の溝部１５は、非常に微細であるため目視では正確に認識できないが、それぞれの溝部１５が導光体３の厚み方向に対して一定の傾斜角度を有するように形成されている（詳細は後述する）。点状光源４は、導光体３の端部、即ち、導光体３の端面７に対面して近接配置される。また、光反射部材１３は、面状照明装置１を構成する各部材が組み合わされたとき導光体３を覆うように配置される。
【００２２】
図２、図３（ａ）、（ｂ）に、導光体に形成された光路変換手段の一形態を示す。図２は光源部（導光体、点状光源）および透明基板を示す斜視図であり、図３（ａ）は単一の導光体を示す斜視図であり、図３（ｂ）は光路変換手段が形成されている導光体の一側面図である。
導光体３は、複数の板状の導光体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅを積層して形成した多層導光体からなっている。各層の導光体（以下、各導光体、または単に、導光体ともいう）３ａ〜３ｅの一側面１０には、複数の各溝部（以下、単に、溝部ともいう）１５ａ〜１５ｅとそれに隣接する各平坦部（以下、単に、平坦部ともいう）１６ａ〜１６ｅとからなる光路変換手段（１２ａ〜１２ｅ）が形成され、それぞれの溝部は断面形状が三角形状を有している。また、各導光体３ａ〜３ｅのそれぞれの溝部１５ａ〜１５ｅは、各導光体３ａ〜３ｅの厚み方向（導光体３の厚み方向も同じ）に沿って形成されている。
【００２３】
各導光体３ａ〜３ｅに形成されたそれぞれの溝部１５ａ〜１５ｅは、隣接する各導光体（層）のそれぞれの溝部１５ａ〜１５ｅの一部と重複する位置に形成されている。即ち、例えば、導光体３ａの一番左側（図２では点状光源４に最も近い位置）に形成された溝部１５ａは、隣接する導光体３ｂの一番左側に形成された溝部１５ｂと導光体の長手方向（軸方向）において一部が重複する位置に、また、導光体３ｃの一番左側に形成された溝部１５ｃは、隣接する導光体３ｂおよび３ｄの一番左側に形成された溝部１５ｂおよび１５ｄと導光体の長手方向において一部が重複する位置に形成されている。同様に、各導光体３ａ〜３ｅの左から二番目に形成されたそれぞれの溝部は、隣接する導光体の左から二番目に形成された溝部と導光体の長手方向において一部が重複する位置に形成されている。
【００２４】
このように各導光体３ａ〜３ｅに形成するそれぞれの溝部１５ａ〜１５ｅを導光体の厚み方向に沿って形成することにより、溝部１５ａ〜１５ｅを形成する平面で反射した光は効率よく透明基板２内に入射し、輝度の低下を防止することができる。また、各導光体３ａ〜３ｅの溝部１５ａ〜１５ｅを、隣接する導光体の溝部と一部が重複するように形成しているので、重複している溝部１５ａから溝部１５ｅまでを一条の溝部１５としてみると、導光体３の一側面１０には多条の溝部１５が形成されていることとなり、且つ、それぞれの一条の溝部１５は導光体３の厚み方向に対して傾斜角度を有して形成されていることとなるため、図２に示すように、導光体３の長手方向における溝部１５一条当りの透明基板２への照射範囲Ｌ１、Ｌ２…Ｌ５を広げることができ、画面上の発光の均一性を向上させることできる。
【００２５】
重複している溝部１５ａから溝部１５ｅでなる一条の溝部１５は、それぞれ隣接する条の溝部１５と導光体３の長手方向において一部が重複するように形成されている。即ち、図３（ｂ）において、例えば、導光体３の一番左側に形成された一条の溝部１５を構成している溝部１５ｅは、導光体３の長手方向において、隣接する一条の溝部１５（導光体３の左から二番目に形成された一条の溝部）を構成している少なくとも一つの溝部（溝部１５ａ）と重複する位置に形成されている。
【００２６】
これにより、図２に示すように、溝部１５一条当りの透明基板２への照射範囲Ｌ１、Ｌ２…Ｌ５はオーバーラップすることとなる。即ち、照射範囲Ｌ２は隣接する照射範囲Ｌ１およびＬ３とオーバーラップし、照射範囲Ｌ４は隣接する照射範囲Ｌ３およびＬ５とオーバーラップし、全体として、導光体３から透明基板２へ入射する光を、導光体３の長手方向で連続させることができる。よって、導光体３において、光路変換手段１２からの反射光が出射されない部分はなくなり、導光体３は連続して線状に発光する光源となる。
【００２７】
図４は、導光体に形成された光路変換手段の別の一形態を示す図である。
この光路変換手段の形態は、各導光体３ａ〜３ｅに形成された溝部１５ａ〜１５ｅの位置が、隣接する各導光体のそれぞれの溝部の位置と重複しない位置（ずれた位置）に形成されているところに特徴を有している。
【００２８】
詳しくは、導光体３は複数の板状の導光体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅを積層して形成した多層導光体からなり、各導光体３ａ〜３ｅの一側面１０には、複数の各溝部１５ａ〜１５ｅとそれに隣接する各平坦部１６ａ〜１６ｅとからなる光路変換手段（１２ａ〜１２ｅ）が形成され、それぞれの溝部は断面形状が三角形状を有している。また、各導光体３ａ〜３ｅのそれぞれの溝部１５ａ〜１５ｅは、各導光体３ａ〜３ｅの厚み方向に沿って形成されている。そして、導光体３の長手方向において、導光体３ａに形成されたそれぞれの平坦部１６ａの位置の略中央の位置に、導光体３ｂのそれぞれの溝部１５ｂが形成されている。さらに平坦部１６ｂの形成されている位置の略中央の位置に、導光体３ｃのそれぞれの溝部１５ｃが形成され、平坦部１６ｃの形成されている位置の略中央の位置に、導光体３ｄのそれぞれの溝部１５ｄが形成される配置となっている。即ち、導光体３の長手方向において、導光体３ａ、３ｃ、３ｅに形成されたそれぞれの溝部１５ａ、１５ｃ、１５ｅの位置が略同一（重複する）の位置に、導光体３ｂ、３ｄに形成されたそれぞれの溝部１５ｂ、１５ｄの位置が略同一の位置となるように形成されている。
【００２９】
各導光体３ａ〜３ｅに形成される溝部１５ａ〜１５ｅの位置は上述した形態（隣接する導光体の平坦部の略中央の位置に形成する）に限定されるものではなく、例えば、導光体３ａに形成された平坦部１６ａの位置の略中央の位置に導光体３ｂのそれぞれの溝部１５ｂを形成し、溝部１５ａの位置と溝部１５ｂの位置の略中央の位置に導光体３ｃのそれぞれの溝部１５ｃを形成し、溝部１５ｂの位置と溝部１５ａの位置の略中央の位置に導光体３ｄのそれぞれの溝部１５ｄを形成するようなものであってもよい。
【００３０】
尚、各導光体３ａ〜３ｅに形成する溝部１５ａ〜１５ｅのそれぞれの形状は、断面形状が三角形のものに限定されず、例えば、断面形状が略台形状を有する溝部であってもよい。また、光路変換手段１２の形状を、平坦部のない三角形溝部からなる、いわゆる階段状のプリズムとするものであってもよい。
また、導光体３から透明基板２へより均一に光を反射させるために、溝部１５の深さ、あるいは階段状プリズムの段差を点状光源４から遠ざかるに従って徐々に深く（大きく）なるように形成することが望ましい。
【００３１】
また、本発明の実施の形態は、図１に示すように、光源部５を透明基板２の対向する一側面８、１８に設ける場合のみならず、透明基板２の一側面（例えば、一側面８）のみに設ける場合にも対応することができる。また、光源部５を一側面のみあるいは対向する一側面に設ける場合において、点状光源４を導光体３の両端部に配置させる場合であってもよい。更に、導光体３の形状を、点状光源４から離れるに従ってその厚み、幅の少なくとも一方を減少させる、いわゆる楔型形状とする場合であってもよい。これらの場合には、透明基板２に形成する光反射パターン４９の構成もそれぞれの場合に適宜対応した構成となる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る面状照明装置によれば、各導光体の側面に光路変換手段を形成し、それらの導光体を積層して多層の導光体（全体の導光体）を形成しているので、各導光体の光路変換手段の形状の組合わせにより全体の導光体の光路変換手段を形成することができ、バリエーションに富んだ光路変換手段の形状とすることができる。従って、画面の輝度特性に、より対応した光路変換手段を形成することができ輝度の均一性を図ることができる。
【００３３】
また、導光体の厚み方向に沿った複数の溝部を形成したことにより、溝部で反射した光を透明基板内に効率よく入射させることができ、画面の高輝度化を図ることができるとともに、より均一に画面を発光させることができる。
【００３４】
また、各導光体の溝部を隣接する導光体の溝部と重複するような位置に形成することにより、これらの重複する溝部を、導光体全体として見たときに、導光体の厚み方向に対して傾斜角度を有する一条の溝部とすることができるので、画面をより均一発光させることができる。更に、導光体の厚み方向に対する傾斜角度は、各導光体に形成する溝部の位置によって変化させることができるので、容易に所定の傾斜角度に設定することができ、製造効率を高めることができる。
【００３５】
また、隣接するそれぞれの一条の溝部は、導光体の軸方向において重複するように形成されているので、導光体から透明基板へ入射する光を軸方向で連続させることができ、画面をより均一に発光させることができる。
【００３７】
また、導光体に形成する光路変換手段を平坦部のない三角形溝部からなる、いわゆる階段状のプリズムにすることにより、あるいは溝部の断面形状を三角形もしくは台形状とすることにより、点状光源から発せられた光を効率よく透明基板方向に反射させることができ、画面をより均一に発光させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る面状照明装置の一形態を示す分解斜視図である。
【図２】本発明に係る面状照明装置の導光体に形成した光路変換手段の一形態を示す図である。
【図３】（ａ）は、図２に示す導光体の内の単一の導光体を示す斜視図である。
（ｂ）は、図２に示す導光体の光路変換手段が形成された一側面を示す平面図である。
【図４】本発明に係る面状照明装置の導光体に形成した光路変換手段の別の一形態を示す図である。
【図５】従来の面状照明装置の一形態を示す分解斜視図である。
【図６】従来の面状照明装置において、一条の溝部に反射して透明基板内に入射する光を示す図である。
【図７】従来の面状照明装置において、透明基板に入射する光の一条当りの照射範囲を示す図である。
【符号の説明】
１    面状照明装置
２    透明基板
３    導光体
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ  各導光体（導光体）
４    点状光源
５    光源部
７    端面
８、９、１０、１８  一側面
１２  光路変換手段
１３  光反射部材（フレーム）
１５、４７  溝部
１５ａ〜１５ｅ  各溝部（溝部）
１６、４８  平坦部
１６ａ〜１６ｅ  各平坦部（平坦部）
４９  光反射パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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