(57)【要約】【課題】  光束の利用効率を落とさずに額縁の長さが短い輝度ムラの少ない有効な出射面を持つ照明装置及び表示装置を実現する。【解決手段】  ２つの反射面１２を持つ光束方向変換部を、２つの反射面の一端が導光板２の入光面１１に接するように導光板に設け、反射面１２で光源からの光束の方向を全反射により変換させ、小さい額縁サイズでも導光体２の内部が均一な光束分布をもつような構成とする。その為、光源の発光面の垂線に対して２０.０２度以下の範囲内に反射面１２を設ける構成とした。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源の光が入光する入光面と、前記入光面から入光した光を導光して出射する出射面を有する導光板を備える照明装置において、
前記導光板には、前記光源からの光束を反射する２つ反射面を持つ光束方向変換部が形成され、
前記２つの反射面は、その一端が前記入光面に接するように形成されるとともに、前記光源の発光面の垂線に対して２０．０２度以下の角度で形成されたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光束方向変換部が、前記導光板の出射面と前記出射面に対向する対向面の少なくとも一方の面に形成された切込みであ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】
前記光束方向変換部が、前記導光板の厚み方向に形成された貫通穴であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光束方向変換部の幅方向の長さが前記光源の前記発光面よりも短い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２つの反射面は、前記入光面で接してい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】
前記入光面には開口が形成されており、この開口の一端と前記２つの反射面のうち一方の反射面の一端が接合しており、この開口の他端と前記２つの反射面のうち他方の反射面の一端が接合してい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７】
請求項１から６のいずれかに記載された構成の照明装置と、前記照明装置の発光面側に設けられた非自発光型の表示素子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、非自発光型の表示素子を照明する照明装置、及び、電子機器に用いられる表示装置に関する。特に、携帯情報機器、携帯電話、液晶テレビ等に用いられる液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶等の非自発光型の表示装置の照明装置として、光源から出射された光束を、光を導光する導光板の側面から入光し、導光板の上面から出射するエッジライト方式の照明装置が用いられている。従来のエッジライト方式の照明装置の概略を図２に模式的に示す。図示するように、ＬＥＤ１から出射された光束は導光板２に入光し、導光板内部に導光され出射面８から出射される。しかしＬＥＤ１の発光面７の幅ａは導光板２の幅ｃに対して狭く、ＬＥＤ１から入光した光束が導光板２の幅ｃまで均等に広がらない。そのため、光束が均一に出射出来ない長さ（額縁ｄ）が存在し、照明装置として有効な出射面は本来の出射面８から額縁ｄを除いた部分になる。そこで、額縁ｄを縮小する為、導光板２のＬＥＤ１からの光束の入光面側にＬＥＤ１からの光束を一部は透過させ、一部は左右に反射させ光束を拡散させる切欠きを設ける構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような構成により、光束を一様に広げ額縁ｄの長さを短くしている。
【特許文献１】特開２００１−３５２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示された照明装置では、額縁の長さを短くする為の光束を拡散させる切欠きに透過部を用いているが、光束が導光板から切欠き、切欠きから導光板と屈折率の違う面を２回透過する為、界面反射によるロスが発生し、導光板に入光した光束を利用する効率が低下する。
【０００４】
そこで、本発明は、界面反射のロスが発生する透過を用いずに導光板内に光束を一様に広げ、光束の利用効率を落とさずに額縁の長さが短い輝度ムラの少ない有効な出射面を持つ照明装置及び表示装置を実現する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する為、光源と、光源の光が入光する入光面と、前記入光面から入光した光を導光して出射する出射面を有する導光板を備える照明装置において、導光板に光源からの光束を反射する２つの反射面を持つ光束方向変換部を形成し、この２つの反射面は、その一端が入光面に接するように形成されるとともに、光源の発光面の垂線に対して２０．０２度以内の角度で形成されている。すなわち、本発明の照明装置は、導光板の出射面又は対向面に、入光面と一端を接する反射面を２面以上持ち、反射面は出射面又は対向面の少なくとも一方に形成された切欠き、又は、導光板の垂直方向に形成された貫通穴で構成されている。また、反射面は光源の発光面の垂線から２０．０２度以内の角度で形成されている。光源から導光板に入光した光束が反射面で反射されることで光束の方向が変換され、導光板内に配される光束を導光板の幅方向に広げることができる。さらに、反射面の一端が導光板の入光面に接しているため、入光部直後の光束の方向が変換され、反射面が入光面に接していない時よりも短い額縁で導光板の幅方向に光束を広げることができる。反射面の角度を変更することにより、導光板内に配される光束の分布を調整することができ、光の利用効率が高く額縁の長さが短い輝度ムラの少ない有効な出射面を持つ照明装置が実現できる。
【０００６】
さらに、反射面を有する光束方向変換部はＬＥＤの発光面の幅よりも狭くすることとした。これにより、ＬＥＤから入光された光束の一部は光束方向変換部で方向が変更されずに導光板内に伝達される。光束方向変換部の幅を調節することによって、反射面で反射される光と反射されない光の比率を変更し、導光板内に配される光束の分布を調整することができる。
【０００７】
入光面に光拡散部を有する場合でも、無い場合同様、光源から導光板に入光した光束が反射面で反射されることで光束の方向が変換する事が出来、光束の利用効率が高く額縁の長さが短い輝度ムラの少ない有効な出射面を作ることが出来る。
【０００８】
また、本発明の表示装置は、上記いずれかの構成の照明装置と非自発光型の表示素子を備えており、光の利用効率が高く額縁が短い輝度ムラの少ない有効な出射面を持つ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば光の利用効率が高く額縁が短い輝度ムラの少ない有効な出射面を持つ照明装置及び表示装置を実現出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は光源と導光板を備える照明装置であって、導光板は、光源からの光束が入射する入光面と、その光束を導光して出射する出射面と、その出射面に対向する対向面と、入光面と一端を接する２つの反射面を持つ光束方向変換部を備えている。この２つの反射面は、光源からの光束を反射する面であり、発光面の垂線から２０．０２度以内の角度で形成されている。この様な構成により、光の利用効率が高く額縁が短い輝度ムラの少ない有効出射面を持つ照明装置及び表示装置が実現できる。
【００１１】
さらに、光束方向変換部の幅方向の長さは光源の発光面よりも短くなっている。すなわち、光源の発光面の幅が、２つの反射面を入光面に投影したときの幅より大きくなっている。この様な構成により、反射面にぶつからないで直接に導光板の反入光面側に進む光束が存在することになるので、出射面の輝度の均一化が容易になる。
【００１２】
また、光束方向変換部を構成する２つの反射面は、それぞれの一端が入光面で接している。あるいは、２つの反射面は、それぞれの一端が間隔を持つように構成されている。この間隔は、導光板の入光面に形成された間隙に相当する。すなわち、入光面には開口が形成され、この開口の一端と２つの反射面のうち一方の反射面の一端が接合しており、この開口の他端と他方の反射面の一端が接合している。
【００１３】
また、本発明の表示装置は、上述したいずれかの構成の照明装置と、照明装置の出射面側に設けられた非自発光型の表示素子を備えている。
【００１４】
以下に、本発明に係る照明装置、及び、表示装置の実施例について図を参照して説明する。本実施例では、光源としてＬＥＤ素子を、非自発光型の表示素子として液晶パネルと用いた構成を例に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１に本実施例の照明装置を有する表示装置の模式的な構成を斜視図で示す。図示する様に、ＬＥＤ１の側方にＬＥＤ１から出射された光束を導光する導光板２が配置されている。導光板２には、ＬＥＤ１からの光を入光する入光面１１、光束を出射する出射面８、出射面８と対向する対向面９がある。入光面と接する２つの反射面を持つ光束方向変換部１０として、導光板に垂直な貫通穴が設けられている。すなわち、貫通穴により形成された側面が反射面となっている。導光板２の対向面側には光を反射する反射シート３が配置され、導光板２の出射面の上方には、光を拡散する為の拡散シート４と、拡散シートからの光束の方向を変えるための２枚のプリズムシート５が配置されている。さらに、プリズムシート５の上方には、非自発光型の表示素子である液晶パネル６が配置されている。
【００１６】
次に光束方向変換部１０の断面方向の形状を説明する。図３は本実施例の照明装置の導光板２とＬＥＤ１を、出射面側から見た平面図である。図３のＡ−Ａでの断面を図４に示す。図４（ａ）〜（ｇ）は光束方向変換部の断面形状を例示する断面図である。
【００１７】
図４（ａ）は、光束方向変換部１０が導光板２に出射面８側から形成された切欠きで構成された場合、図４（ｂ）は、導光板２に対向面側から形成された切欠きで構成された場合、図４（ｃ）は、出射面８、対向面９の両側から導光板２に形成された２つの切欠きで構成された場合を示している。導光板２に形成される切欠きの深さを変えることによって方向変換される光束量を調整することが出来る。
【００１８】
図４（ｄ）は、光束方向変換部１０が導光板２の垂直方向に形成された貫通穴で構成された場合を示している。
【００１９】
図４（ｅ）は、光束方向変換部１０が導光板２に出射面側から形成された切欠きで構成され、切欠きの深さが一定ではない場合を示している。切欠きの深さを変化させることにより、方向変換される光束量を調整することが出来る。図４（ｂ）の切欠きを対向面９から形成した場合、図４（ｃ）の出射面８、対向面９の両側から形成した場合でも、切欠きの深さを変化させて方向変換される光束量を調整することができる。
【００２０】
図４（ｆ）は、光束方向変換部１０が導光板２に出射面側から形成されたテーパを持った切欠きで構成された場合を示している。反射面が出射面８に垂直でなくとも、発光面７の垂線から２０．０２度以下の角度に反射面が存在すれば、光束方向変換部は有効に機能する。図４（ｂ）や図４（ｃ）で示した切欠きの場合も、発光面の垂線から２０．０２度以下の角度に反射面が存在すれば、光束方向変換部は有効に機能する。図４（ｇ）は、出射面に対してテーパを持った貫通穴が形成された構成の光束方向変換部を示している。この場合でも、発光面７の垂線から２０．０２度以内の角度に反射面が存在すれば、光束方向変換部は有効に機能する。
【００２１】
次に、光束方向変換部の平面形状を、図５に示す。図５（ａ）〜（ｆ）は、図４（ａ）〜（ｆ）で示した切欠き又は貫通穴である。図５（ａ）は光束方向変換部が３つの平面で構成された例である。光束方向変換部は光束を反射する反射面１２を２つ有する。２つの反射面１２は、ＬＥＤ１からの光束が入光する入光面１１に一端を接し、ＬＥＤ１の発光面７の垂線に対する角度αが２０．０２度以内になるように構成されている。角度αを調整することで光束の変換方向を調整することができる。反射面１２のＬＥＤ１の発光面７に平行な幅ｂはＬＥＤ１の発光幅ａよりも狭くなっている。幅ｂを変えることにより、方向変換される光束量が調整できる。残る１面はＬＥＤ１からの光束が直接当たらない為、光束の方向変換機能を持たない。
【００２２】
図５（ｂ）は光束方向変換部が５つの平面で構成された例である。光束方向変換部は光束を反射する反射面１２を２つ有する。図５（ａ）の構成とは、ＬＥＤ１の発光面に対して垂直な面を２面備えているという点で異なっている。光源の発光面に垂直な面は光束に与える影響が少ないため、光束方向変換機能を損なうことがない。光束方向変換機能を損なうことなく光束方向変換部の構成面を増やすことができるので、光束方向変換部を色々な形状にすることができ、光束方向変換部の製法の選択肢を増やすことも可能になる。
【００２３】
図５（ｃ）は光束方向変換部が５つの平面で構成された例である。光束方向変換部は光束を反射する反射面１２を２つ有する。図５（ａ）の構成とは、ＬＥＤ１の発光面の影になる面を２面備えているという点で異なっている。光源の発光面の影になる面は光束に与える影響が少ないため、光束方向変換機能を損なうことがない。光束方向変換機能を損なうことなく光束方向変換部の構成面を増やすことができるので、光束方向変換部を色々な形状にすることができ、光束方向変換部の製法の選択肢を増やすことも可能になる。
【００２４】
図５（ｄ）は光束方向変換部が２つの平面と１つの曲面で構成された例である。光束方向変換部は光束を反射する反射面１２を２面有する。曲面はＬＥＤ１からの光束が直接当たらない為、光束の方向変換機能を持たない。そのため、どのような曲面で構成してもよく、光束方向変換部の製法の選択肢を増やすことが可能になる。
【００２５】
図５（ｅ）は光束方向変換部が４つの平面と１つの曲面で構成された例である。光束方向変換部は光束を反射する反射面１２を２つ有する。２つの反射面と１つの曲面を繋ぐように、発光面７に垂直な面が２面設けられている。また、曲面は光束が直接当たらない部分に配置されている。発光面７に垂直な面は光束に与える影響が少ないため、光束方向変換機能を損なうことなく光束方向変換部を色々な形状にすることができ、光束方向変換部の製法の選択肢も増やすことが可能になる。
【００２６】
図５（ｆ）は光束方向変換部が５つの平面で構成された例である。光束方向変換部は光束を反射する反射面１２を２つ有する。図示するように、この２つの反射面は接触しておらず、２つの反射面の端部には間隔が形成されている。この間隔は入光面１１に設けられた隙間として存在している。このとき、角度αを２０．０２度以下にすることにより、反射面は光源が出射したほとんどの光束の方向を変換する。２つの反射面の端部に間隔を設けること、すなわち、入光面に隙間を有する形状にする事で光束方向変換部の製法の選択肢を増やすことが可能になる。
【００２７】
上述した図５（ｂ）〜（ｆ）の構成でも、図５（ａ）の構成と同様に、２つの反射面１２は、ＬＥＤ１からの光束が入光する入光面１１に一端を接し、ＬＥＤ１の発光面７の垂線に対する角度αが２０．０２度以内である。角度αを変えることにより光束の変換方向を調整することができる。また、２つの反射面１２がなすＬＥＤ１の発光面７に平行な幅ｂは、ＬＥＤ１の発光幅ａよりも狭くなっている。この幅ｂを変えることにより、方向変換される光束の量が調整できる。
【００２８】
次に光束方向変換部を持つ反射面の働きについて図面に基づいて説明する。図６は、光束方向変換部１０として切欠きが設けられた導光板２とＬＥＤ１の関係を拡大して示す部分平面図である。また、本発明との比較のため、２つの反射面がＬＥＤの発光面に対する垂線に対して２０．０２度より大きく、また、２つの反射面で構成される幅がＬＥＤの発光面７の幅よりも大きい場合の部分平面図を図７に示す。図６に示すように、ＬＥＤ１から出射された出射角γの光束１４は、屈折率ｎの導光板２に入光する際に、スネルの法則により数式１に示すβ度に方向を変換され、光束１５となって導光板の内部を進むことになる。
【００２９】
【数１】
2008084848.tif 000003
【００３０】
図６に示すように、この光束１５がＬＥＤ１の発光面７の垂線に対してα度傾いた反射面１２で反射すると、ε度に方向が変換されて光束１６となる。このときの角度εは、以下の数式２で求められる。
【００３１】
【数２】
2008084848.tif 000004
【００３２】
このように、反射面１２が導光板内に入った光束の方向を変えることとなる。光束の方向が変えられるために、導光板内を伝達する光束方向の分布を調整することが可能となる。そのため、光束が導光板の全体に均一に伝達されることとなる。ＬＥＤ発光面の垂線に対する反射面１２の角度αが大きいほど、数式２による変換された光束の角度εが大きくなるので、光束方向の分布の調整範囲を大きくできる。しかし、反射面１２の角度αが大きいほど、反射面１２の垂線と光束のなす角度σが小さくなる。そして、σの値が以下の数式３で求められる値の未満の場合、光束は反射面１２で反射せずに透過し光束の方向を変える機能が果たせなくなる。透過した光は再び導光板内に入射するものの、界面での反射を繰り返すことになるので、効率が低下する。反射面１２に入射した全ての光束を全反射するためには、反射面１２の角度を、以下の数式３、数式４、数式５により求められる角度α以下の角度にする必要がある。
【００３３】
数式３は、屈折率ｎの導光板の反射面１２が全反射できる光束の最小角を算出するもので、スネルの法則から導かれる。したがって、この角度より小さい入射角の光束は全反射されずに透過する。
【００３４】
【数３】
2008084848.tif 000005
【００３５】
数式４は、ＬＥＤからの光束１４が導光板に入射した時に変換された光束１５の角度βの最大角を算出するもので、スネルの法則から導かれる。
【００３６】
【数４】
2008084848.tif 000006
【００３７】
数式５は、反射面１２に届いた光束１５が全反射する時の反射面の最大の角度を示すものである。すなわち、数式５で算出される値より大きい角度の反射面では、反射面に入射する光束の全てを全反射することができない。図６に示した様に、反射面１２の角度αは角度βと角度σから求められ、ＬＥＤが出射する全ての光束を全反射する反射面１２の角度αの最大値は、角度αを求める数式「α＝９０°−β−σ」に角度βの最大値と角度σの最小値を代入した値となる。ＬＥＤ発光面の垂線に対する反射面１２の角度が数式５で示される角度αの値より小さい時、反射面１２に入射される光束はすべて反射されることとなる。
【００３８】
【数５】
2008084848.tif 000007
【００３９】
屈折率がｎ＝１．５９のポリカボネートの場合、数式５により、導光板に入射した光束１５が全て全反射されるためには、反射面１２の角度を１２．０６度以下にする必要があることが解る。
【００４０】
ところでＬＥＤはすべての角度（方向）に均等に発光してはおらず、ＬＥＤの発光面の垂線に対して角度が大きくなるほど、光束量が減少する。光束量が最大値の半分となる角度を半値角と称し、エッジライト方式の照明装置ではＬＥＤの発光面の垂線に対して半値角５５度のＬＥＤが使われている。ＬＥＤから出射される光束の多くは半値角以下の角度より出ているので、反射面１２はＬＥＤの半値角以下の光束を反射すれば良い。ＬＥＤから出射された半値角以下の光束を全て全反射するためには、反射面１２の角度を、数式３及び、以下の、数式６、数式７により求められる角度α以下の角度にすればよい。
【００４１】
数式６は、ＬＥＤの半値角５５°の光束１４が導光板に入射した時に変換された光束１５の角度βを算出するもので、スネルの法則から導かれる。
【００４２】
【数６】
2008084848.tif 000008
【００４３】
数式７は、ＬＥＤの半値角以下の光束が導光板に入射して変換された光束１５が全反射する時の反射面１２の最大の角度を示すものである。数式５での説明と同様に、反射面１２に届くＬＥＤの半値角以下のすべての光束を全反射する反射面１２の角度αの最大値は角度αを求める数式にＬＥＤの半値角の光束が導光板に入射した時の角度βと反射面が全反射する光束の最小入射角の角度σを代入した値となる。ＬＥＤ発光面の垂線に対する反射面１２の角度が数式７で示される角度αの値より小さい時、反射面１２に入射されるＬＥＤの半値角以下の光束はすべて反射されることとなる。
【００４４】
【数７】
2008084848.tif 000009
【００４５】
導光板の材質が屈折率ｎ＝１．５９のポリカボネードの場合、数式７により、導光板に入射したＬＥＤの半値角の光束１５が反射面１２に全反射される時の反射面１２の角度αは２０．０２度になる。導光板には色々な種類の材質を用いることができるが、考慮して導光板の材質を選択する必要がある。導光板の材質を屈折率ｎ＝１．４９のアクリルにすると数式７により導光板に入射したＬＥＤの半値角の光束１５が反射面１２に全反射される時の反射面１２の角度αは１６．９１度以下となり、ポリカボネードの時の角度αより小さい角度になる。よって、導光板の屈折率がｎ＝１．５９以下の時の光束反射面１２のＬＥＤ１の発光面７の垂線に対する角度αの最大値は２０．０２度になる。
【００４６】
図７に、反射面１２の角度がＬＥＤの発光面に対する垂線に対して２０．０２度よりも大きく、光束方向変換部である切欠きの幅ｂがＬＥＤの発光面の幅ａより大きい構成を模式的に示す。この様な構成の場合、ＬＥＤ１の発光面７の垂線方向に光束が進むためには光束１７の様に光束方向変換部の反射面１２を透過させ、再び導光板に光束を入射させる必要があり、界面反射を繰り返す為に効率が低下する。図５の様にＬＥＤ１の発光面７の幅ａよりも光束方向変換部である切欠きの幅ｂを小さくする事により、図６中の光束１８の様にＬＥＤ１の発光面７の垂線方向に界面反射をしないで進行する光束が存在することとなる。また、切欠きの幅ｂを変える事で、反射面１２で反射される光束とＬＥＤ１の発光面７の垂線方向に進む光束の比率を調整することが出来る。
【００４７】
図８は導光板２の入光部に光拡散部１３を設けた構成を示す拡大図である。光拡散部１３は導光板２に入光された光束の角度の範囲を広げる機能を持つ。上述した反射面１２と光拡散部１３を組み合わせることで、導光板内に伝達される光束の分布をコントロールできる範囲が広げられることとなり、光束を導光板内に均一に伝達させやすくなる。すなわち、導光板の出射面からも均一に光を出射することが可能になり、導光板端部でも十分な光量が得られるので、いわゆる額縁を減らすことができる。このとき、光拡散部１３で導光板２に入光された光束の角度の範囲が広がるので、ＬＥＤ１の発光面７の垂線に対する光束反射面１２の角度を２０．０２度より小さくして反射面１２で全反射しない光束を減らす必要がある。
【００４８】
図９（ａ）、（ｂ）は反射面１２が入光面と接している場合と接していない場合を示した平面図である。ＬＥＤ１の発光面７の垂線からの角度α、入光された光束の角度β、反射面１２の端部から光束が導光板へ入射した点の幅ｇが同じ場合、反射面１２で反射された光束が反射面１２の端部から距離ｈに到達した時、光束と入光面の距離ｆは入光面と反射面１２の端部との距離ｉの相応分長くなる。額縁を短くするためには、反射面１２が入光面と接している必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
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、テレビ等の表示装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の表示装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】従来のエッジライト方式の照明装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】本実施例の照明装置を模式的に示す平面図である。
【図４】光束方向変換部の構成例を示す、図３のＡ−Ａ断面での断面図である。
【図５】光束方向変換部の平面形状例を模式的に示す平面図である。
【図６】光束方向変換部の反射面の働きを説明する拡大図である。
【図７】光束反射面がＬＥＤの発光面に対する垂線に対して２０．０２度よりも大きくＬＥＤの発光面幅よりも大きい場合を示した拡大図である。
【図８】導光板の入光部に光拡散部を設けた構成を示す拡大平面図である。
【図９】反射面と入光面の位置関係を説明する平面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  ＬＥＤ
２  導光板
３  反射シート
４  拡散シート
５  プリズムシート
６  液晶パネル
７  ＬＥＤ発光面
８  出射面
９  対向面
１０  光束方向変換部
１１  入光面
１２  反射面
【図１】
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【図２】
2008084848.tif 000011
【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】
2008084848.tif 000016
【図８】
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【図９】
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