(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源に対向する端面から光源光を内部に導入し、上下面で反射しながら内部に伝播するとともに上下面のいずれか一方に形成された反射体で反射した光によって被照明体を照明する導光板を有する照明装置において、
前記上下面のいずれか一方の面に反射体を形成し、該いずれか一方の面に対向する他方の面に断面形状が前記反射体を焦点とする放物線をした放物曲面鏡を形成し、前記反射体で反射した光を前記放物曲面鏡で反射して平行光線とし、前記反射体の形成された前記一方の面から被照明体に向かって投射する導光板を有することを特徴とする導光板を有する照明装置。
【請求項２】
前記導光板の前記反射体が円錐状又は角錐状に形成された凹部であり、前記放物曲面鏡が前記凹部の直下に形成された断面形状が放物線をした同心円状の凸部であり、これら反射体と放物曲面鏡の対がマトリックス状に多数配置されていることを特徴とする請求項１記載の導光板を有する照明装置。
【請求項３】
前記導光板の前記反射体がプリズム状に形成された線状の凹部であり、前記放物曲面鏡が前記凹部の直下に前記線状の凹部に平行に形成された断面形状が放物線をした線状の凸部であり、これら反射体と放物曲面鏡の対が相互に平行に多数配置されていることを特徴とする請求項１記載の導光板を有する照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等を照明するための導光板を有する面状の照明装置に関するものであり、特に、光源に対向する端面から光源光を導光板の内部に導入し、導光板の上下面で全反射を繰り返しながら内部に伝播するとともに、上下面のいずれか一方（通常は被照明体の反対側の面）に形成された反射体で反射した光によって液晶表示セル等の被照明体を照明する導光板を有する面状の照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置を照明するための照明装置としては、光源に対向する端面から光源光を導光板の内部に導入し、導光板の上下面で全反射を繰り返しながら内部に伝播するとともに、上下面のいずれか一方（バックライトでは下面、フロントライトでは上面）に形成された反射体で反射した光によって被照明体（液晶表示セル等）を照明する導光板を有する面状の照明装置によるバックライト（又はフロントライト）が主として使用されている。そして、この液晶表示装置も、昨今では、カラー液晶表示装置を使用することが多くなってきている。カラー液晶表示装置では、鮮明な色彩で表示するために、従来のモノクロの液晶表示装置よりも明るく高輝度化して照明することが必要である。しかし、より明るく照明するために光源の光量を増加させると使用する電池の寿命が短くなるため、光源の光量を増加させることなくより明るく照明すること、すなわち照明装置の内部での光の減衰を減少させることが要請されている。
【０００３】
図５は従来技術の導光板を使用した面状の照明装置の構成の１例を示す斜視図であり、図６は従来技術の導光板の断面図であって、光の伝播と反射を示す図である。図に示すように、ＬＥＤ等の光源３１から投射された光は、光源３１に対向する導光板３２の端面３２ａから導光板３２の内部に入射する。導光板３２の内部に導入された光Ｌは、図６に示すように、導光板３２の上下面３２ｂおよび３２ｃで全反射を繰り返ししながら内部に伝播するとともに、導光板３２の下面３２ｃに形成された反射体（通常、シボ、プリズム、ドット、白色ドット印刷等が用いられている）である微細なプリズム３２ｄで上方に反射し、導光板３２の上面３２ｂを透過して外部に投射される。この導光板３２の上面３２ｂに接して液晶表示セル等の被照明体（図示しない）を配置することによって、導光板３２の上面３２ｂを透過して外部に投射する光で被照明体を照明するように構成されている。
【０００４】
そして、導光板３２の下方には、導光板３２から下方に漏れた光を反射して再び導光板３２に戻す反射シート３６が設けられている。このように構成された照明装置では、導光板３２から投射される光の方向は、図６に示すように、おおむね上方に投射されるが、その方向は、プリズム３２ｄの角度やプリズム３２ｄに入射する光の角度によって異なり、全部の光が上方に向かって投射されるものではない。そのため、導光板３２の上方に拡散シート３３、プリズムシート３４、３５などを配置して、照明装置全体がほぼ均一な明るさになり、集光されてほぼ一定の方向の光のみになるように調整している。
【０００５】
ここで、拡散シート３３の光の透過率は８０〜９０％程度であり、プリズムシート３４、３５は所定の方向の光のみを透過させるので、従来技術の照明装置では、導光板３２の微細なプリズム３２ｄで上方に反射した光のかなりの部分が拡散シート３３やプリズムシート３４、３５で吸収、反射して減衰し、被照明体を照明する有効な光とはならず、その光量は、光源３１から投射された光量に比べて大幅に減少したものとなっていた。
【０００６】
また、従来技術の導光板を有する照明装置は、図５に示すように何層にも重ね合わせたシートによって構成されているので、どうしても全体の厚さが厚くなることは避けられず、性能を落とすことなく照明装置はとして構成するためには、照明装置全体の厚さとしては約１．５ｍｍ程度は必要であって、これ以下に薄くすることは非常に困難であった。更に、プリズムシートは、シートの全面に非常に微細なプリズムを形成するために非常に高価であり、照明装置全体のコストのかなりの部分をプリズムシートで占めることになり、その結果、照明装置全体のコストを下げるのにも限界があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これら従来技術の問題点を解消することによって、光源の光量を増加させることなく被照明体（液晶表示セル）をより明るく照明すること、すなわち照明装置の内部での光の減衰を減少させること、および、照明装置全体の厚さを薄くするとともに、コストダウンすることが可能な照明装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するために、光源に対向する端面から光源光を内部に導入し、上下面で反射しながら内部に伝播するとともに上下面のいずれか一方に形成された反射体で反射した光によって被照明体を照明する導光板を有する照明装置において、前記上下面のいずれか一方の面に反射体を形成し、該いずれか一方の面に対向する他方の面に断面形状が前記反射体を焦点とする放物線をした放物曲面鏡を形成し、前記反射体で反射した光を前記放物曲面鏡で反射して平行光線とし、前記反射体の形成された前記一方の面から被照明体に向かって投射する導光板を有することを特徴とする導光板を有する照明装置を提供するものである。
【０００９】
ここで、前記導光板の前記反射体が円錐状又は角錐状に形成された凹部であり、前記放物曲面鏡が前記凹部の直下に形成された断面形状が放物線をした同心円状の凸部であり、これら反射体と放物曲面鏡の対がマトリックス状に多数配置されていることが望ましく、或いは、前記導光板の前記反射体がプリズム状に形成された線状の凹部であり、前記放物曲面鏡が前記凹部の直下に前記線状の凹部に平行に形成された断面形状が放物線をした線状の凸部であり、これら反射体と放物曲面鏡の対が相互に平行に多数配置されていることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細について、実施例を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明の導光板を有する照明装置に使用される導光板を示す平面図、図２は同断面図、図３は導光板に形成される放物面鏡の形状の１例を示す斜視図、図４は導光板の内部における光の伝播と反射を示す断面図である。
【００１１】
本発明の導光板を有する照明装置に使用される導光板は、従来技術と同様に、光源１１に対向する導光板１２の端面１２ａから光源光を内部に導入し、上下面１２ｂ、１２ｃで全反射を繰り返しながら内部に伝播するとともに、上面１２ｂ又は下面１２ｃのいずれか一方、本実施例では上面１２ｂに形成された反射体１２ｄで反射した光を、放物曲面鏡１２ｅで導光板１２の上面１２ｂに直交する平行光に変換して被照明体（液晶表示セル等）を照明するものである。この導光板１２は、一方の面である上面１２ｂに微細な円錐状又は角錐状の凹部として形成された反射体１２ｄがマトリックス状に多数形成されており、この反射体１２ｄの形成された上面１２ｂに対向する他方の面である下面１２ｃには、断面形状が反射体１２ｄを焦点とする凸部として形成された放物曲面鏡１２ｅが、同様に、マトリックス状に多数形成されている。
【００１２】
この放物曲面鏡１２ｅは、図１の左上に描かれており、図３にそのイメージを描いたように、反射体１２ｄを中心とする方形の全面を同心円状の放物曲面鏡に形成してもよく、図１の右下に描かれているように、反射体１２ｄを中心とする同心円が相互に接する位置までの範囲を放物曲面鏡に形成して、４個の円で囲まれた隅部は平面のまま残してもよい。
【００１３】
この導光板１２に光を投射する光源１１がＬＥＤのような点光源であって、導光板１２の内部に導入された光が上下面１２ｂ、１２ｃで全反射を繰り返しながら内部を伝播することによって、図２の断面形状に直交する方向を含む全ての方向にほぼ均一に投射されるときには、この光の投射方向に対応するように、反射体１２ｄの形状を円錐状にすることが望ましく、導光板１２に光を投射する光源が蛍光管のような線光源であって、導光板１２の内部に導入された光が、上下面１２ｂ、１２ｃで全反射を繰り返しながら内部を伝播する際に、主として、図２の断面形状に平行な方向にのみ投射されるときには、この光の投射方向に対応するように、反射体１２ｄの形状を角錐状にすることが望ましい。
【００１４】
また、導光板１２に光を投射する光源が蛍光管のような線光源であって、導光板１２の内部に導入された光が上下面１２ｂ、１２ｃで全反射を繰り返しながら内部を伝播する際に、図２の断面形状に平行な方向にのみ投射されるときには、前述した角錐状の反射体１２ｄを連続して、プリズム状に形成された線状の凹部とすることもできる。この場合には、放物曲面鏡１２ｅも、反射体１２ｄに平行であって、直交する断面の断面形状が放物線となる線状の放物曲面鏡とすることが望ましい。
【００１５】
更に、放物曲面鏡１２ｅの下面には、入射した光を高い効率で反射するように反射膜１３がコーティングされている。そして、この反射体１２ｄと放物曲面鏡１２ｅが対となってマトリックス状又は相互に平行に配列されるピッチは、目視によって判別できない程度の間隔、例えば０．２ｍｍ程度以下とすることが望ましい。このように、ピッチを目視によって判別できない程度の間隔にすることによって、反射体１２ｄによって反射する光の光量が放物曲面鏡１２ｅの位置によって異なって明暗の縞が生じたとしても、この縞を視認することができず均一な明るさであると認識することになる。
【００１６】
以上の説明で明らかなように、本発明の導光板１２を使用する照明装置の断面形状は、光の伝播する方向に沿って放物曲面鏡の最凸部をつなぐ断面で切断すると、前述した放物曲面鏡の形状に関わりなく同一の断面形状となるので、以下、この断面形状を示す図２及び図４を参照しながら光の伝播と反射について説明する。すなわち、図２に示すように、ＬＥＤや蛍光管等の光源１１から投射された光は、光源１１に対向する導光板１２の端面１２ａから導光板１２の内部に入射する。そして、導光板１２の内部に導入された光Ｌは、図４に示すように、導光板１２の上下面１２ｂ及び１２ｃに入射する入射角が小さいので全反射を繰り返しながら内部に伝播するとともに、導光板１２の上面１２ｂに形成された微細な反射体１２ｄに当たった光は、下方に向かって反射して下面１２ｃに形成された放物曲面鏡１２ｅに入射する。
【００１７】
放物曲面鏡は、焦点の方向から投射された光を平行光線として反射する特性を有しているので、放物曲面鏡の焦点の位置に形成された反射体１２ｄで反射して放物曲面鏡１２ｅに入射する光は、放物曲面鏡１２ｅで反射して、導光板１２の上面１２ｂに直交する平行光線となって反射し、導光板１２の上面１２ｂを透過して外部に投射される。この導光板１２の上面１２ｂに接して液晶表示セル等の被照明体（図示しない）を配置すれば、導光板１２の上面１２ｂを透過して外部に投射する平行光線で被照明体を照明することができる。
【００１８】
このように、本発明の導光板１２を使用する照明装置では、導光板１２から外部に投射される光のほとんど全部が導光板１２の上面１２ｂに直交する平行光線となっているので、従来技術のように、拡散シートやプリズムシートを重ねて使用することによって導光板１２の上面１２ｂに直交する平行光線に変換する必要はなく、そのまま被照明体を照明することができる。勿論、照明装置の前面に、均一な光量にするための拡散シートを使用することは支障ない。
【００１９】
以上、本発明の導光板を有する照明装置について説明したが、本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において各種の変更や改良を行えることは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の導光板を有する照明装置は、以上に説明したように、導光板の上下面の一方の面に反射体を形成し、他方の面に反射体を焦点とする断面形状が放物線をした放物曲面鏡を形成することによって、反射体で反射した光を放物曲面鏡で再び反射して平行光線とし、一方の面（実施例では上面）から被照明体に向かって投射するので、導光板から投射された光を拡散、集光して導光板の一方の面に直交する平行光線に変換する必要はなく、拡散シートやプリズムシートが不要となり、拡散シートやプリズムシートによる光量の減衰が生じない。このため、光源の光量を増加させることなく被照明体（液晶表示セル等）をより明るく照明することが可能になるとともに、拡散シートやプリズムシートの厚さだけ照明装置全体の厚さを薄くすることがにでき、更に、拡散シートやプリズムシート、特に高価なリズムシートが不要となるので、大幅にコストダウンすることが可能な照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導光板を有する照明装置に使用される導光板を示す平面図である。
【図２】本発明の導光板を有する照明装置に使用される導光板を示す断面図である。
【図３】導光板に形成される放物面鏡の形状の１例を示す斜視図である。
【図４】導光板の内部における光の伝播と反射を示す断面図である。
【図５】従来技術の導光板を使用した照明装置の構成の１例を示す斜視図である。
【図６】従来技術の導光板の断面図であって、光の伝播と反射を示す図である。
【符号の説明】
１１  光源
１２  導光板
１２ａ  端面
１２ｂ  上面
１２ｃ  下面
１２ｄ  反射体
１２ｅ  放物面鏡
１３  反射膜
【図１】
0004349741.tif 000002
【図２】
0004349741.tif 000003
【図３】
0004349741.tif 000004
【図４】
0004349741.tif 000005
【図５】
0004349741.tif 000006
【図６】
0004349741.tif 000007