(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、対向する２つの側面に沿ってそれぞれ直線状の光源を近接配置し、複数の直線状の溝部と該溝部に隣接する平坦部とからなる光反射パターンを前記透明基板の上面に形成することにより、前記透明基板の下側に配置した表示装置を照射するサイドライト方式のフロントライト型面状照明装置において、
前記光反射パターンを構成する溝部は、その断面形状が略逆台形に形成され、
前記逆台形状の溝部の傾斜面と底面とで形成される傾斜角度の外角を３５°から５５°の角度に形成するとともに、
前記溝部の底面に溝部に沿うように、前記透明基板の上面方向に向かって、前記逆台形状の溝部の傾斜面と重ならないように、前記溝部の一方の傾斜面を透過した光をそのもう一方の傾斜面の方向に進行させないようにするための突起が設けられていることを特徴とする面状照明装置。
【請求項２】
前記光反射パターンは、前記光源の軸方向に平行あるいは一定の角度を有するように形成されてい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】
前記外角の角度はそれぞれの溝部において左右対称に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の面状照明装置。
【請求項４】
前記光反射パターンを構成するそれぞれの溝部の深さは、一定であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の面状照明装置。
【請求項５】
前記光反射パターンの隣接する溝部の間隔は、一定であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の面状照明装置。
【請求項６】
前記溝部の底面に設けられた突起の高さは、３μｍ以上溝部の深さ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の面状照明装置。
【請求項７】
前記突起の断面形状は、円弧状であることを特徴とする請求項１から６のいずれか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。このようなサイドライト方式の面状照明装置として、本願の発明者らは、特願２０００−２６８５１７に、以下に示すような従来例を提案している。
【０００３】
図３に、従来例の面状照明装置の一形態を示す。
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８ａ及び８ｂに沿って配置される光源部５ａ、５ｂと、光反射部材（フレーム）１３ａ、１３ｂとから概略構成される。そして、光源部５ａ、５ｂから出射された光が透明基板２内に入射され、透明基板２の下部に配置された液晶表示装置（図示、省略）を照射する。
【０００４】
光源部５ａ、５ｂは、棒状の透明部材からなる導光体３ａ、３ｂと、該導光体３ａ、３ｂの一端部に配置された点状光源（例えば、発光ダイオード等）４ａ、４ｂとから構成されている。また、導光体３ａ、３ｂには、光路変換手段１２ａ、１２ｂが設けられている。この光路変換手段１２ａ、１２ｂは、透明基板２の一側端面８ａ、８ｂと向かい合う面９ａ、９ｂの反対側面に、例えば、階段状または溝状の多数の光散乱部を形成することによって、点状光源４ａ、４ｂから出射した光を透明基板２の一側端面８ａ、８ｂ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３ａ、３ｂは、透明基板２の一側端面８ａ、８ｂから所定の距離をおいて、導光体３ａ、３ｂの一側面９ａ、９ｂが透明基板２の一側端面８ａ、８ｂに対向するように配置されている。
【０００５】
また、点状光源４ａ、４ｂ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３ａ、３ｂの周囲に光反射部材（フレーム）１３ａ、１３ｂが設けられている。光反射部材１３ａ、１３ｂは概略Ｕ字状に形成され、導光体３ａ、３ｂの透明基板２に向かい合う面９ａ、９ｂ以外の長手方向の周囲を覆う。尚、光反射部材１３ａ、１３ｂの導光体３ａ、３ｂ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用いられている。
【０００６】
透明基板２の上面（観察者側の面）６には、一側面８ａ、８ｂから入射した光を、透明基板２の下面２４全体から均一に液晶表示装置（図示省略）側へ出射するために光反射パターン２９が形成されている。光反射パターン２９は、溝部２７と溝部に隣接する平坦部２８とから構成され、導光体３ａ、３ｂの軸方向に沿って複数形成されている。溝部２７は、略逆台形状を有している。即ち、台形の短辺を溝部の底面（下面２４側）とし、長辺を上面６側として形成されている。また、溝部２７は、導光体３ａ、３ｂから離れた位置に形成されるものほどその深さが深くなるように形成されている。即ち、隣接する溝部２７の深さは、それぞれ相違した深さで形成され、導光体３ａ、３ｂに近い溝部２７の深さほど浅く、逆に、導光体３ａ、３ｂから遠い位置に形成される溝部２７ほどその深さは深くなり、透明基板２の中央付近に形成される溝部２７の深さが最も深くなるように形成されている。
【０００７】
図４は、透明基板２内に入射した光が光反射パターン２９の溝部で反射し、液晶表示装置を照射する様子を模式的に表したものである。このとき、斜線を付した台形状の溝部２７において、傾斜面２１と底面２３とで形成される角の外角をθ1、傾斜面２２と底面２３とで形成される角の外角をθ2とした場合、外角θ1及びθ2は、傾斜面２１、２２でより多くの光が全反射するような角度に設定される。更に、画面が最も明るくなるようにその角度を限定すると、外角θ1、外角θ2は３５°〜５５°の範囲に設定される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような構成を有する面状照明装置においても、実際には、図４に示すような明暗縞が発生していた。そして、溝部２７の傾斜面２１、２２で反射した光は明暗縞の明るい部分を発生させていた。しかし、溝部２７の形状が台形状を有するため、溝ピッチＬに対する明暗縞のピッチＰの比が、従来のそのピッチの比よりも小さくなり、明暗縞の明暗の差は目立たず、照明品位をある程度良好にすることができた。
【０００９】
しかしながら、溝部２７の傾斜面２１に入射する光の中には、図５に示すように傾斜面２１を透過する光が存在する。即ち、透明基板２内を進行して傾斜面２１に当った光には、下面２４方向に進行して液晶表示装置を照射した後に観察者方向（図の上側方向）に進む光Ａと、傾斜面２１を透過した後に溝部２７の反対側の傾斜面２２で反射して観察者方向へ進む光Ｂとが存在する（尚、透明基板２内を図の右方向から進行してきて傾斜面２２に入射する光についても同様である）。このため、画面上では、図６に示すようなコントラスト特性となり照明品位を低下させるという不具合があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされてものであり、透明基板上に形成する光反射パターンの改良により、表示画面全体における均一な明るさと緻密な照明を可能とする面状照明装置の提供を目的とするものである。
【００１１】
【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、対向する２つの側面に沿ってそれぞれ直線状の光源を近接配置し、複数の直線状の溝部と該溝部に隣接する平坦部とからなる光反射パターンを前記透明基板の上面に形成することにより、前記透明基板の下側に配置した表示装置を照射するサイドライト方式のフロントライト型面状照明装置において、  前記光反射パターンを構成する溝部は、その断面形状が略逆台形に形成され、前記逆台形状の溝部の傾斜面と底面とで形成される傾斜角度の外角を３５°から５５°の角度に形成するとともに、前記溝部の底面に溝部に沿うように、前記透明基板の上面方向に向かって、前記逆台形状の溝部の傾斜面と重ならないように、前記溝部の一方の傾斜面を透過した光をそのもう一方の傾斜面の方向に進行させないようにするための突起が設けられていることを特徴とするものである。光反射パターンを構成する溝部の傾斜面の傾斜角度を、所定の角度に形成することによって、観察者側における良好な光分布特性を得ることができる。
【００１２】
光源部から放射された光は、透明基板内に入射し、光反射パターンを構成する溝部の傾斜面、溝部の底面、および平坦部で反射する。傾斜面で反射した光の多くは、透明基板の下側に配置された液晶表示装置方向へ進行し表示画素を照射する。また、傾斜面に当った光の一部は、傾斜面を透過して溝部内を進行するが、溝部内に形成された突起によって反射し透明基板に対して鉛直方向（観察者方向）とは相違する方向へ進行する。この様に傾斜面を透過した光を突起によって屈折させ鉛直方向に進行させないことにより、画面上でのコントラスト特性を向上させる。
【００１３】
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、前記光反射パターンは、前記光源の軸方向に平行あるいは一定の角度を有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。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、請求項３の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記外角の角度はそれぞれの溝部において左右対称に形成されていることを特徴とするものである。溝部の左右の傾斜面角度を対称に形成することにより、より良好な光分布特性を得ることができる。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の発明において、前記光反射パターンを構成するそれぞれの溝部の深さは、一定であることを特徴とするものである。溝部の深さを一定にした光反射パターンを形成することで、さらに、良好な光分布特性を得る。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の発明において、前記光反射パターンの隣接する溝部の間隔は、一定であることを特徴とするものである。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、請求項６の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の発明において、前記溝部の底面に設けられた突起の高さは、３μｍ以上溝部の深さ以下であることを特徴とするものである。また、請求項７の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の発明において、前記突起の断面形状は、円弧状であることを特徴とするものである。溝の底面に設ける突起の高さを溝の深さに応じた所定の高さに設定することにより、また、溝部を所定の形状に形成することにより、溝部の傾斜面を透過した光が反対側の傾斜面に到達するのを確実に防ぐ。
【００１９】
【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透明基板上に形成された光反射パターン、詳しくは、光反射パターンを構成する溝部の形状を改良したものであり、従来の面状照明装置と同様の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２０】
図１は、本発明に係る面状照明装置の透明基板２上に形成される光反射パターンの一形態を示す図（透明基板の側面図）である。
透明基板２（図３参照）の上面６（観察者側の面）には、複数の溝部１７とその溝部１７に隣接する平坦部１８とから構成される光反射パターン１９が設けられている。光反射パターン１９は、導光体３ａ、３ｂの長手方向に沿って形成され、光反射パターン１９を構成している溝部１７の深さおよび隣接する溝部間の距離は一定に設定されている。尚、透明基板２の対向する側面（一側面８ａと８ｂ）には、光源部５ａと５ｂが配置されている。図１において、光源部５ａ、５ｂは、左右方向に配置されている。
【００２１】
それぞれの溝部１７は、逆台形の溝の底面３３に光源の軸方向に沿うように観察者方向に向かって突起３４（例えば、この形態では円弧状の突起）を設けた形状を有している。即ち、台形の短辺を溝部の底面側（下面２４側）とし、台形の長辺を上面６側として形成し、底面３３上に上面６側に向かって延びる突起３４を設けている。突起３４は、光が溝部１７の一方の傾斜面を透過してその溝部１７の反対側の傾斜面に向かって進行するのを防止する機能を有する。図１の矢印は、透明基板２内を進行する光を模式的に示したものである。以下に、溝部１７の傾斜面で反射する光について説明する。
【００２２】
導光体３ａ、３ｂからの光は、一側面８ａ、８ｂから透明基板２内に入射し、反射を繰り返しながら対向面８ｂ、８ａへ向かって進行する。透明基板２内を進行する光のうちのある光は、例えば、矢印Ｐあるいは矢印Ｑの方向に進行し、溝部１７の傾斜面３１あるいは傾斜面３２に到達する。説明上、矢印Ｐを導光体３ａから入射した光、矢印Ｑを導光体３ｂから入射した光とする。矢印Ｐの方向へ進行した光のうち、傾斜面３１において反射した光は、透明基板２の下面２４方向、即ち矢印Ｃ方向に進行する。そして、透明基板２の下側に配置された液晶表示装置を照射し、その反射光が矢印Ａ方向、即ち、観察者方向へ進行する。
【００２３】
これに対して、矢印Ｐの方向へ進行した光のうち、傾斜面３１に対して臨界角以下で入射した光は、傾斜面３１を透過して透明基板２の外部へ進行する。そして、この外部に進行した光は、溝部１７の底面３３上に形成された突起３４に反射し矢印Ｂ'方向に進行する。これにより、従来（底面３３上に突起３４を設けていなかった場合）、傾斜面３１を透過した後に、同一溝部１７内の反対側の傾斜面３２で反射して観察者方向へ進行していた光（図５に示す光Ｂ）を無くすことができ、画面上のコントラスト特性（図６に示す特性）を改善することができる。
【００２４】
図２は、溝部１７の底面３３上に突起３４を形成したときの画面上のコントラスト特性を示す図である。図６において出射角０°付近に存在していた凹凸状のコントラスト特性（出射角０°でのコントラストの低下）を改善することができ、観察者方向、即ち、出射角０°方向のコントラストを最も高くして、鮮明な画像を再現することができる。
【００２５】
溝部の底面上に形成する突起の具体的な大きさとしては、例えば、導光体の長手方向の透明基板の長さを１００ｍｍ、短手方向の長さを８０ｍｍとして、溝部の深さを約８μｍ、隣接する溝部間の距離を約１５μｍに形成したときに、光が溝部１７の一方の傾斜面を透過して、その溝部１７の反対側の傾斜面に向かって進行するのを防止するためには、突起を底面から３μｍ〜８μｍの円弧状の高さのものに形成することが望ましい。
【００２６】
また、溝部１７を形成する傾斜面３１、３２の傾斜角度は以下のように設定される。図１の斜線を付した溝部１７において、傾斜面３１と底面３３とで形成される角の外角をθ1、傾斜面３２と底面３３とで形成される角の外角をθ2とする。外角θ1及びθ2は、傾斜面３１、３２でより多くの光が反射するような角度に設定される。更に、画面が最も明るくなるようにその角度を限定する。これらのことを考慮すると、この形態における透明基板２では、外角θ1、外角θ2は、共に４５°のとき最も効率よく光を反射させることができる。しかし、透明基板の形状や使用目的に応じて適宜設定することが望ましく、これらを考慮すると外角θ1、外角θ2は３５°〜５５°の範囲に設定される。
【００２７】
尚、溝部１７の底面３３上に形成する突起の形状は、この形態で示す円弧状のものに限定されるものではなく、一方の傾斜面を透過して進行した光が反対側の傾斜面に到達するのを防ぐことができ、且つ、突起で反射した光を観察者方向（図１の矢印Ａの方向）とは相違する方向へ反射させることができる形状のものであればよい。また、底面上に形成する突起の位置も、同様に反対側の傾斜面に進行する光を防ぐことができる位置であれば底面上のいずれの位置であってもよい。また、光反射パターンは、光源の軸方向に対して所定の角度をもって形成されていてもよい。
【００２８】
上述の形態では、図１において、導光体３ａから入射した矢印Ｐの光について説明したが、導光体３ｂから入射した矢印Ｑの光についても同様であり、傾斜面３２を透過した光を突起３４によって観察者方向とは相違する方向へ反射させることができコントラスト特性のよい鮮明な画像を再現することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係る面状照明装置によれば、断面形状が略台形状の溝部の底面上に突起を設けることにより、溝部の一方の傾斜面を透過した光が他方の傾斜面に到達するのを遮ることができ、コントラスト特性のよい鮮明な画像を実現することができる。
また、溝部を形成する傾斜面の傾斜角度を所定の角度に限定することによって、導光体から透明基板内に入射した光を効率よく透明基板の下面から出射させることができる。
また、溝部の深さおよび隣接する溝部間の距離を一定とした場合にも、液晶表示装置を照射する透明基板からの光を基板全体で均一にすることができるので、製造工程における歩留まりを向上させることができる。
更に、溝部の底面上に形成する突起の高さを所定の値に限定することにより、一方の傾斜面を透過した光が他方の傾斜面に到達するのをより確実に遮ることができ、コントラスト特性のよい鮮明な画像を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る面状照明装置の、透明基板上に形成された光反射パターンの一形態を示す側面図である。
【図２】図１に示す光反射パターンによって得られるコントラスト特性を示す図である。
【図３】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４】図３に示す面状照明装置の、透明基板上に形成された光反射パターンを示す側面図である。
【図５】図４に示す光反射パターンの溝部で反射する光を示す図である。
【図６】図５に示す光反射パターンによって得られるコントラスト特性を示す図である。
【符号の説明】
１    面状照明装置
２    透明基板
３ａ、３ｂ    導光体
４ａ、４ｂ    点状光源
５ａ、５ｂ    光源部
６    上面（観察者側の面）
８ａ、８ｂ    一側面
１２ａ、１２ｂ  光路変換手段
１３ａ、１３ｂ  光反射部材
１７  溝部
１８  平坦部
１９  光路変換手段
２４  下面
３１、３２  傾斜面
３３  底面
３４  突起
【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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