(57)【要約】【課題】表示面積が大きな透過型液晶表示装置に用いられる従来の平面照明装置は、コンパクト化したり均一な配光特性を得ることが困難であり、消費電力が嵩んでしまう欠点を有する。【解決手段】光が入射する細長い光入射端面部１１ａと、この光入射端面部１１ａの反対側に位置すると共に当該光入射端面部１１ａよりも大きな面積を有し、光が出射する光出射端面部１１ｂと、この光出射端面部１１ｂと光入射端面部１１ａとの間に位置し、光入射端面部１１ａの長手方向に沿って延在する一対の傾斜端面部１１ｃとを具えた導光ブロック１１であって、光入射端面部１１ａの長手方向に沿って延在し、光入射端面部１１ａおよび光出射端面部１１ｂと交差する中心軸面１５に対し、一対の傾斜端面部１１ｃ側に近づくほど屈折率を低下させた。【選択図】        図２
2004319399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入射する細長い光入射端面部と、
この光入射端面部の反対側に位置すると共に当該光入射端面部よりも大きな面積を有し、光が出射する光出射端面部と、
この光出射端面部と前記光入射端面部との間に位置し、前記光入射端面部の長手方向に沿って延在する一対の傾斜端面部と
を具えた導光ブロックであって、前記光入射端面部の長手方向に沿って延在し、前記光入射端面部および前記光出射端面部と交差する中心軸面に対し、前記一対の傾斜端面部側に近づくほど屈折率が低下していることを特徴とする導光ブロック。
【請求項２】
屈折率の低下が段階的であることを特徴とする請求項１に記載の導光ブロック。
【請求項３】
前記光出射端面部と前記光入射端面部との間に位置すると共に前記光入射端面部の長手方向両端側に位置する一対の側端面部をさらに具えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導光ブロック。
【請求項４】
前記光入射端面部がシリンドリカル凹面であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の導光ブロック。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載の導光ブロックと、
この導光ブロックの光入射端面部と対向する細長い光源と、
この光源および前記光入射端面部を囲むリフレクタと
を具えたことを特徴とする平面照明装置。
【請求項６】
前記リフレクタと一体に形成され、前記光入射端面部および前記光出射端面部以外の前記導光ブロックの周囲を覆う光反射カバーをさらに具えたことを特徴とする請求項５に記載の平面照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、細長い光入射端面部から導入した光をこの光入射端面部と対向する光出射端面部から出射させるための導光ブロックおよび平面照明装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
透過型液晶表示装置の光源として用いられる平面照明装置は、液晶表示装置の表示面積に応じて種々の形態のものが使用されている。しかしながら、消費電力を抑制するために光源として蛍光ランプやＬＥＤアレイなどを使用し、また平面照明装置の奥行き方向のコンパクト化を図ると同時に液晶表示面での均一な配光特性を得るために平板状をなす導光板を用い、この導光板の側端面から入射させた光源からの光を導光板の表面から均一に出射させるようにしたものが大部分である。このような導光板の表面や裏面には、導光板内を伝搬する光の伝搬特性や導光板の表面からの光の出射方向を変更するための微小な凹凸が所定のパターンにて形成され、これによって導光板の表面全域からほぼ均一な光を出射させることができる。
【０００３】
液晶技術の進歩に伴い、極めて大きな表示面積を持つ液晶表示装置が製造可能となっている。このような大型の透過型液晶表示装置においては、導光板の側端面すべてに蛍光ランプを配置したとしても、液晶表示面の中央部における光量が不足気味となり、表示面の全域に亙って均一な配光特性を持たせることが困難である。このため、表示面積が非常に大きな透過型液晶表示装置に用いられる平面照明装置としては、液晶表示装置の裏面に散光板を介して蛍光ランプなどの光源を配し、これをリフレクタで覆った構造のものが一般的となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
内部を伝搬する光の伝搬特性や表面からの光の出射方向を変更するための微小な凹凸を所定のパターンに形成した大きな導光板は、ロール成形などが根本的にできないため、射出成形によって製造されるが、導光板の面積が大きくなるに連れて成形圧力も大きくしなければならず、極めて大型の射出成形装置が必要となり、設備コストが嵩む欠点を有する。
【０００５】
散光板とリフレクタとの間に光源を配した構造のものは、散光板の全域に亙って均一な配光特性を持たせるために散光板から光源までの距離をある程度離す必要があり、光源からの光が散光板まで気中伝搬状態となる。このため、散光板を使用していることと相俟って光の減衰が大きく、散光板の全域に亙って均一な配光特性が得られたとしても、十分な照度を得るためには消費電力の大きな光源を用いる必要がある。逆に、散光板に対して光源を近接させて配置した場合には、散光板からの出射光の強度をある程度確保することができるものの、散光板の全域に亙って均一な配光特性を持たせることが実質的に不可能である。
【０００６】
【発明の目的】
本発明の目的は、光出射面から均一な配光特性を持った高輝度の光を効率よく出射させることができる導光ブロックを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、このような導光ブロックを用いることにより、表示面積が大きな透過型液晶表示装置であっても、これに対して均一な配光特性を得ることができる低消費電力の平面照明装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の形態は、光が入射する細長い光入射端面部と、この光入射端面部の反対側に位置すると共に当該光入射端面部よりも大きな面積を有し、光が出射する光出射端面部と、この光出射端面部と前記光入射端面部との間に位置し、前記光入射端面部の長手方向に沿って延在する一対の傾斜端面部とを具えた導光ブロックであって、前記光入射端面部の長手方向に沿って延在し、前記光入射端面部および前記光出射端面部と交差する中心軸面に対し、前記一対の傾斜端面部側に近づくほど屈折率が低下していることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明によると、光入射端面部から拡散状態で導光ブロック内に入射した光は、導光ブロック内で最も屈折率の高い中心軸面側に次第に曲げられ、その進行方向が揃った状態で光出射端面部から出射する。つまり、導光ブロックはシリンドリカルレンズと同様なレンズ作用により、光入射端面部から導光ブロック内に入射した光の進行方向を制御する。
【００１０】
本発明の第２の形態は、本発明の第１の形態による導光ブロックと、この導光ブロックの光入射端面部と対向する細長い光源と、この光源および前記光入射端面部を囲むリフレクタとを具えたことを特徴とする平面照明装置にある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の形態による導光ブロックにおいて、屈折率の低下が段階的であっても、または連続的であってもよい。
【００１２】
光出射端面部と光入射端面部との間に位置すると共に光入射端面部の長手方向両端側に位置する一対の側端面部をさらに具えることができる。
【００１３】
光入射端面部がシリンドリカル凹面であってよい。
【００１４】
本発明の第２の形態による平面照明装置において、リフレクタと一体に形成され、光入射端面部および光出射端面部以外の導光ブロックの周囲を覆う光反射カバーをさらに具えることができる。
【００１５】
【実施例】
本発明による導光ブロックを用いた平面照明装置の一実施例について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例のみに限らず、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。
【００１６】
本実施例における平面照明装置の外観を図１に分解状態で示し、その縦断面構造を図２に示す。本実施例における平面照明装置１０は、ほぼ三角柱状をなす導光ブロック１１と、この導光ブロック１１の後述する光入射端面部１１ａと対向する細長い光源１２と、この光源１２および光入射端面部１１ａを囲むリフレクタ１３と、このリフレクタ１３と一体に形成され、光入射端面部１１ａおよび後述する光出射端面部１１ｂ以外の導光ブロック１１の周囲を覆う光反射カバー１４とを具えている。
【００１７】
光学的に透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネートなどで形成される導光ブロック１１は、光が入射する細長い光入射端面部１１ａと、この光入射端面部１１ａの反対側に位置し、光入射端面部１１ａよりも大きな面積を有し、光が出射する矩形の光出射端面部１１ｂと、この光出射端面部１１ｂと光入射端面部１１ａとの間に位置し、光入射端面部１１ａの長手方向に沿って延在する一対の傾斜端面部１１ｃと、光出射端面部１１ｂと光入射端面部１１ａとの間に位置すると共に光入射端面部１１ａの長手方向両端側に位置する一対の側端面部１１ｄとを具えている。この導光ブロック１１は、光入射端面部１１ａの長手方向に沿って延在し、光入射端面部１１ａおよび光出射端面部１１ｂと本実施例では垂直に交差する中心軸面１５に対し、一対の傾斜端面部１１ｃ側に近づくほど屈折率が低下した構成を有し、図３に示すような放物線などの二次関数で表される屈折率分布が理想的である。この場合、光入射端面部１１ａおよび光出射端面部１１ｂの中央における屈折率の最高値と、傾斜端面部１１ｃに位置するこれらの屈折率の最低値とは同じであり、中心軸面１５から傾斜端面部１１ｃに至る屈折率の変化率が光入射端面部１１ａ側ほど急激であり、光出射端面部１１ｂ側ほど緩やかになっている。
【００１８】
本実施例では、このような屈折率の変化を段階的に設定しており、その製造原理の一例を図４に示す。すなわち屈折率の異なる複数種、例えば４種類の楔状板材（屈折率がそれぞれ１．７１，１．６８，１．５７，１．３８）１１ｎ０，１１ｎ１，１１ｎ２，１１ｎ３を用い、中央に位置する屈折率が最大の楔状板材１１ｎ０を両側から挟むように順次低屈折率の楔状板材１１ｎ１〜１１ｎ３を融着接合したのち、光入射端面部１１ａおよび光出射端面部１１ｂを所定形状に整形することによって製造することができる。図３に示すような連続的な屈折率分布ではなく、このような段階的な屈折率分布を導光ブロック１１に持たせても、本発明の目的を充分達成することができる。この場合、隣接する楔状板材１１ｎ０，１１ｎ１または１１ｎ１，１１ｎ２または１１ｎ２，１１ｎ３の界面での屈折率の急変を回避するため、特に傾斜端面部１１ｃ側に近い方で相互に隣接する２つの楔状板材１１ｎ１，１１ｎ２または１１ｎ２，１１ｎ３に対して中間の屈折率を持つシート材をこれら２つの楔状板材１１ｎ１，１１ｎ２または１１ｎ２，１１ｎ３の間にそれぞれ介在させ、これらを一体的に融着接合することも有効である。
【００１９】
従って、図２に示すように、光入射端面部１１ａから入射する拡散光Ｌは、次第に屈折率の高い中央側に曲げらて光出射端面部１１ｂから出射する。この場合、導光ブロック１１の屈折率分布に対して光入射端面部１１ａから光出射端面部１１ｂまでの距離を適切に選択することにより、光出射端面部１１ｂから出射する光を収束させたり、中心軸面１５に対してコリメートさせたりすることができる。つまり、この導光ブロック１１にはシリンドリカルレンズとほぼ同様な光学的特性を持たせることが可能であり、指向性の高い高輝度の光を光出射端面部１１ｂから出射させることができる。
【００２０】
本実施例では、光入射端面部１１ａをシリンドリカル凹面に設定しており、これによって光源１２からその周囲に出射する光をより多量に直接、導光ブロック１１内へと効率よく入射させることができる。
【００２１】
また、本実施例における光出射端面部１１ｂには、光制御要素１６がランダムに配されており、これによって光出射端面部１１ｂの全域に亙ってより均一な光量の出射光を出射させることができる。個々の光制御要素１６は、例えば曲率半径が５０μｍの半球状をなす凸面にて形成され、光出射端面部１１ｂからの突出高さが例えば１μｍに設定されている。光出射端面部１１ｂにおける個々の光制御要素１６の面積は、７×１０−８ｃｍ２以上であることが必要であり、これよりも光制御要素１６の面積が小さくなると、光出射端面部１１ｂが梨地加工のような状態となって光制御要素１６による乱反射が大きくなり、光出射端面部１１ｂから指向性の強い高輝度の光を出射させることが困難となる。
【００２２】
光制御要素１６の形状は、本実施例以外に半球状の凹面あるいは柱状または錐状をなし、円形，楕円形または多角形状を有するものであってもよい。
【００２３】
冷陰極管などにて構成される細長い光源１２は、反射面が凹曲面となったリフレクタ１３で囲まれており、光源１２からの光は、リフレクタ１３からの反射光と共に導光ブロック１１の光入射端面部１１ａから導光ブロック１１内にそれぞれ入射するようになっている。このリフレクタ１３は、白色の絶縁性材料やアルミニウムなどの金属を蒸着したシート状のものからなり、導光ブロック１１の光入射端面部１１ａと光源１２とをそれぞれ包囲し、導光ブロック１１の光入射端面部１１ａ以外から光が漏洩しないように配慮している。
【００２４】
光反射カバー１４は、導光ブロック１１の周囲の一対の傾斜端面部１１ｃおよび一対の側端面部１１ｄを覆い、これらから導光ブロック１１の外側に漏洩する光を再び導光ブロック１１内に反射させて最終的にすべての光を導光ブロック１１の光出射端面部１１ｂから出射させるためのものである。この光反射カバー１４として、非導電性のフィルムなどにアルミニウムなどの金属蒸着したものや金属フィルムを貼付したもの、あるいはチタン酸バリウムなどを混入またはコートした樹脂などを使用することができ、さらにこれらフィルムや樹脂の表面に微細な凸凹加工を施すことが好ましい。
【００２５】
何れにしろ、導光ブロック１１内に入射する光は、導光ブロック１１内の高屈折率側に曲げられ、最終的にすべての光が光出射端面部１１ｂから出射することとなる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の導光ブロックによると、その光入射端面部の長手方向に沿って延在し、光入射端面部および光出射端面部と交差する中心軸面に対し、一対の傾斜端面部側ほど屈折率を低下させたので、光入射端面部から導光ブロック内に入射した光は、導光ブロック内で屈折率の高い中心軸面側に次第に曲げられて光出射端面部から出射する結果、光入射端面部と光出射端面部との距離を適切に設定することにより、出射方向が揃った高輝度の光を光出射端面部から均一な配光特性にて出射させることができる。
【００２７】
屈折率の低下を段階的に設定した場合、屈折率の異なるシート材料をこれらの屈折率の順に積層した状態で溶融して一体化させることにより、導光ブロックを容易に製造することができる。
【００２８】
光出射端面部と光入射端面部との間に位置すると共に光入射端面部の長手方向両端側に位置する一対の側端面部をさらに具えた場合には、光出射端面部が矩形となった導光ブロックを得ることができる。
【００２９】
光入射端面部がシリンドリカル凹面の場合には、光入射端面部に入射する光の入射範囲を広げることができるため、より多量の光を導光ブロック内に導くことができる。
【００３０】
本発明の平面照明装置によると、本発明による導光ブロックと、この導光ブロックの光入射端面部と対向する細長い光源と、この光源および光入射端面部を囲むリフレクタとを具えたので、出射方向が揃った高輝度の光を光出射端面部から均一な配光特性にて効率よく出射させることができる。
【００３１】
リフレクタと一体に形成され、光入射端面部および光出射端面部以外の導光ブロックの周囲を覆う光反射カバーをさらに設けた場合、光出射端面部以外の導光ブロックの部分からの漏光をすべて光出射端面部から出射させることができ、光源からの光をさらに効率よく光出射端面部に導くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による平面照明装置の一実施例の分解斜視図である。
【図２】図１に示した平面照明装置の縦断面図である。
【図３】図１に示した平面照明装置における導光ブロックの幅方向に沿った屈折率分布を表すグラフである。
【図４】図１に示した平面照明装置における導光ブロックの製造原理を表す模式図である。
【符号の説明】
１０  平面照明装置
１１  導光ブロック
１１ａ  光入射端面部
１１ｂ  光出射端面部
１１ｃ  傾斜端面部
１１ｄ  側端面部
１１ｎ０，１１ｎ１，１１ｎ２，１１ｎ３  楔状板材
１２  光源
１３  リフレクタ
１４  光反射カバー
１５  中心軸面
１６  光制御要素
Ｌ  拡散光
【図１】
2004319399.tif 000003
【図２】
2004319399.tif 000004
【図３】
2004319399.tif 000005
【図４】
2004319399.tif 000006