JP3817877B2 - 照明パネルおよびそれを用いた表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、サイドライト型の照明パネルおよびそれを用いた表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
前面から光を出射する照明パネルとして、サイドライト型と呼ばれるものがある。
従来、このサイドライト型の照明パネルは、少なくとも一端面を光源からの光の入射面とし、前面を前記一端面から取り込んだ光の出射面とした導光体と、その導光体の一端面に対向させて配置した光源部とから構成されている。
【０００３】
この導光体には、一般に、アクリル系樹脂等からなる平板状の透明板が用いられており、前記光源部には、直管状の蛍光ランプや、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を整列したＬＥＤアレイ等が用いられている。
【０００４】
この照明パネルは、光源部からの光を導光体で導き、その前面のほぼ全域から出射するものであり、光源部からの光が導光体内にその一端面から取り込まれ、この導光体内で反射を繰り返えした後にその前面より出射させるものである。
【０００５】
前記照明パネルは、液晶表示素子のような光の透過を制御して表示する透過型の表示手段を用いる表示装置のバックライトなどに用いられており、例えば液晶表示素子を用いる液晶表示装置は、前記液晶表示素子の背後に対向させて前記照明パネルを配置した構成となっている。
【０００６】
この照明パネルを備えた表示装置には、前記照明パネルの光を利用する表示だけを行なうものと、前記照明パネルの光を利用する表示と自然光や室内光等の外光を利用する表示との両方を行なう、いわゆる２ウエイ表示型のものがあり、従来の２ウエイ表示装置は、上記表示手段とその背後に配置した前記照明パネルとの間に半透過反射板を配置した構成となっている。
【０００７】
この２ウエイ表示装置は、充分な明るさの外光が得られるときは外光を利用する反射型表示を行ない、充分な明るさの外光が得られないときは、前記照明パネルの光源部を点灯させて、この照明パネルの光を利用する透過型表示を行なうものである。外光を利用する反射型表示のときは、表示手段の前方側から入射する外光を半透過反射板で反射させ、再度表示手段を透過させて出射することにより表示が行われ、照明パネルの光を利用する透過型表示のときは、前記照明パネルからの光源光のうちの半透過反射板を透過した光が、表示手段への入射光となり、その光が前記表示手段を透過して出射することにより表示が行われる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の２ウエイ表示装置は、外光を利用するときも、照明パネルの光を利用するときも、明るい表示が得られないという問題をもっている。
これは、従来の照明パネルには外光を反射させ表示手段の前方に出射する機能は無く、したがって表示装置を２ウエイ表示型とするには、半透過反射板が必要不可欠であるためである。
【０００９】
すなわち、前記半透過反射板は、その反射／透過率特性に応じて入射光を反射および透過させるため、外光を利用する反射型表示では、入射した外光のうちの半透過反射板の透過率に対応した量の光が半透過反射板を透過してロス光となり、また、照明パネルの光を利用する透過型表示では、照明パネルから出射した光源光のうちの半透過反射板の反射率に対応した量の光が半透過反射板で反射されてロス光となってしまった。
【００１０】
そのため、従来の２ウエイ表示装置は、外光を利用するときも、照明パネルの光を利用するときも、光の利用効率が低く、外光を利用する表示と、照明パネルの光を利用する表示とのいずれの場合でも表示が暗くなってしまう。
【００１１】
この発明は、サイドライト型の照明パネルとして、光源部からの光と表示手段の前方から入射する外光とをそれぞれ表示手段の前方に出射することができ、しかも、光源からの光を出射するときも、表示手段の前方から入射する外光を反射させて出射するときも、それらの光を効率良く出射させて高輝度の出射光を得ることができるものを提供するとともに、この照明パネルを用いた、外光を利用する反射型表示と照明パネルの光を利用する透過型表示との両方が充分に明るい２ウエイ表示を行なうことができる表示装置を提供することを目的としたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の照明パネルは、光源と、
前記光源からの照明光が入射する少なくとも１つの端面と、前記端面と直交する複数の段面と、該複数の段面をつなぎ、前記端面から入射した前記照明光を出射する複数の段差面とからなり、前記照明光が出射される前方に配置された階段形状面と、前記各段面上に形成され、前記階段形状面に前方から入射した外光を前記前方に反射する複数の反射面とを備え、透明樹脂により一体的に形成された第１の導光体と、
前記第１の導光体の前記階段形状面側に配置され、光を出射させる前面と、前記第１の導光体の前記段差面から出射された照明光を入射させる第１の光学界面と、この入射した照明光を前面方向に内面反射させる第２の光学界面とを有する突起を備え、前記第 1 の導光体から出射した照明光を前面方向に出射し、且つ前記前面方向から入射して前記第１の導光体の段面上の反射面により反射した外光を前記前方に出射する第２の導光体とからなることを特徴とする。
【００１３】
すなわち、この発明の照明パネルは、前記光源部からの光が、第１の導光体内にその端面から取り込まれ、前記階段形状面の複数の段差面から出射し、第２の導光体の背面より取り込まれて前面より出射する。また、前記第２の導光体の前面に入射した外光は、第２の導光体の前記背面より出射して前記第１の導光体の複数の段面に設けた反射膜で反射され、その反射光が再び前記第２の導光体の背面に取り込まれ、前記前面より出射する。よって、この照明パネルは、前記光源部からの光をパネル前方に出射するだけでなく、パネル前方から入射する外光を反射させてパネル前方に出射する機能をもっている。
【００１４】
したがって、この照明パネルによれば、光源部から第１の導光体に取り込まれた光のほとんどが前記第１の導光体の前記段差面から出射し、その光が第２の導光体に取り込まれてそのパネル前方に出射するとともに、パネル前方より前記第２の導光体にその前面に入射する外光が、この第２の導光体を透過して前記第１の導光体の複数の段面の反射膜で反射され、その反射光が第２の導光体を透過してパネル前方に出射するため、光源部からの光を出射するときも、パネル前方から入射する外光を反射させて出射するときも、その光を効率良くパネル前方に出射して高輝度の出射光を得ることができる。
【００１５】
また、この発明の表示装置は、光の透過を制御して表示する透過型の表示手段と、この表示手段の背後に対向させて配置された、光源からの光と前方から入射する外光とをそれぞれ前方に出射する前記照明パネルとを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
この表示装置は、充分な明るさの外光が得られるときは外光を利用する反射型表示を行ない、充分な明るさの外光が得られないときは、前記照明パネルの光源部を点灯させて、この照明パネルの光を利用する透過型表示を行なう２ウエイ表示型のものであり、照明パネルの光を利用するときは、前記照明パネルからの光が表示手段に入射し、その光が前記表示手段を透過して出射する。また、外光を利用するときは、パネル前方から入射する外光が表示手段を透過して前記照明パネルで反射され、その反射光が再び前記表示手段を透過して出射する。
【００１７】
すなわち、この表示装置は、表示手段の背後に、光源部からの光と表示手段の前方から入射する外光とをそれぞれ表示手段の前方に出射する照明パネルを配置することにより、半透過反射板を用いずに２ウエイ表示を行なえるようにしたものであり、したがって、半透過反射板による光のロスが無く、また前記照明パネルが、光源部からの光も、表示手段の前方から入射する外光もいずれも効率良く表示手段の前方に出射するため、外光を利用する反射型表示と、照明パネルの光を利用する透過型表示との両方を充分に明るくすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明の照明パネルは、上記のように、光源と、前記光源からの照明光が入射する少なくとも１つの端面と、前記端面と直交する複数の段面と、該複数の段面をつなぎ、前記端面から入射した前記照明光を出射する複数の段差面とからなり、前記照明光が出射される前方に配置された階段形状面と、前記各段面上に形成され、前記階段形状面に前方から入射した外光を前記前方に反射する複数の反射面とを備え、透明樹脂により一体的に形成された第１の導光体と、前記第１の導光体の前記階段形状面側に配置され、光を出射させる前面と、前記第１の導光体の前記段差面から出射された照明光を入射させる第１の光学界面と、この入射した照明光を前面方向に内面反射させる第２の光学界面とを有する突起を備え、前記第 1 の導光体から出射した照明光を前面方向に出射し、且つ前記前面方向から入射して前記第１の導光体の段面上の反射面により反射した外光を前記前方に出射する第２の導光体とを有する。
【００１９】
この照明パネルでは、光源光は、第１の導光体の段差面から出射し、第２の導光体内にその背面より取り込まれて前面より出射する。また、第２の導光体の前面に入射する外光はその背面より出射し、前記第１の導光体の複数の段面上の反射膜で反射し、再び、第２の導光体にその背面より取り込まれて前面から出射する。このように、光源からの光と、パネル前方から入射する外光との両方とも、効率良くパネル前方に出射して高輝度の出射光を得るようにしたものである。
【００２０】
また、この発明の照明パネルにおいて、前記第２の導光体は、照明光が出射する前面と、前記第１の導光体の前記複数の段差面から出射する光を取り込む第１の光学界面と、前記第１の光学界面から取り込んだ光を前方へ反射または屈折させる第２の光学界面とを有する突起からなる入射部を少なくとも１つ備えた背面とを有しているので、第２の導光体をこのような構成とすることにより、前記第１の導光体の階段形状面（前面）の複数の段差面から出射する光のほとんどを、ロスなく前記第２の導光体に取り込んで出射することができるとともに、その出射光を所定方向に高い輝度で出射する指向性を持った輝度分布の光とすることができる。
【００２１】
さらに、この場合、前記第２の導光体の前記第２の光学界面は、曲面形状をなす集光屈折面とするのがより望ましく、このようにすれば、前記第１の光学界面から取り込まれて他方の第２の光学界面により、その前面側に向けて屈折される光が、前記集光屈折面の集光作用によって所定の方向に集光するため、より強い指向性を持った輝度分布の光を出射することができる。
【００２２】
さらに、前記第２の導光体の前記複数の入射部は、間隔を存して設けられており、前記第２の導光体の隣接する前記入射部の間の領域が、前記第１の導光体の前記複数の段面に対向し、光を入射および出射する第３の光学界面となっており、複数の段面から出射する光源光を第２の導光体に取り込んで出射することができる。
【００２３】
また、前記第１の導光体の複数の段差面と第２の導光体の複数の入射部とは、互いに異なるピッチで設けるのが望ましく、このようにすれば、第１の導光体の段差面と第２の導光体の入射部との相対的なピッチのずれを非周期的にするか、あるいはその周期を大きくして、モアレ縞のない良好な光を出射することができる。
【００２４】
さらに、この発明の照明パネルにおいては、前記第２の導光体の前面に光拡散部材を設けてもよく、このようにすれば、光の出射角範囲を広くすることができるとともに、外光の取り込み角を大きくしてより多くの外光を取り込み、さらに高輝度の反射光を出射することができる。
【００２５】
また、この発明の表示装置は、上記のように、表示手段の背後に、光源部からの光とパネル前方から入射する外光とをそれぞれパネル前方に出射する照明パネルを配置することにより、外光を利用する表示と、照明パネルの光を利用する表示との両方が充分に明るい２ウエイ表示を行なえるようにしたものである。
この表示装置において、前記表示手段は、どのような表示方式のものであってもよく、また前記照明パネルは、上述したいずれの形態のものであってもよい。
【００２６】
【実施例】
図１および図２はこの発明の第１の実施例を示しており、図１は照明パネルを備えた２ウエイ表示装置の側面図、図２は前記照明パネルの一部分の拡大側面図である。
【００２７】
この実施例の表示装置は、光の透過を制御して表示する透過型表示手段として液晶表示素子を用いたものであり、図１に示すように、液晶表示素子１と、この液晶表示素子１の背面に対向させて配置された照明パネル１０とからなっている。
【００２８】
前記液晶表示素子１は、その内部構造は図示しないが、前後一対の透明基板２，３を枠状のシール材４を介して接合し、その両基板２，３間の前記シール材４で囲まれた領域に液晶を封入したものであり、両基板２，３の内面にはそれぞれ液晶層に電界を印加するための透明な電極が設けられている。
【００２９】
なお、この実施例で用いた液晶表示素子１は、カラー画像を表示するアクティブマトリックス液晶表示素子であり、一方の基板、例えば後側基板３の内面には、マトリックス状に配列する複数の画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）からなるスイッチング素子と、各行のＴＦＴにゲート信号を供給するゲートラインと、各列のＴＦＴにデータ信号を供給するデータラインとが設けられ、他方の基板（前側基板）２の内面には、前記各画素電極にそれぞれ対応させて交互に配列された複数の色（例えば赤、緑、青）のカラーフィルタと、前記各画素電極の全てに対向する対向電極とが設けられている。
【００３０】
また、この液晶表示素子１は、例えばＴＮ（ツィステッドネマティック）型のものであり、基板２，３間に封入された液晶の分子は、両基板２，３の内面に設けられた配向膜によりそれぞれの基板の近傍における配向方向を規制されて、両基板２，３間において所定のツイスト角でツイスト配向しており、また両基板１，２の外面にそれぞれ偏光板（図示せず）が設けられている。
【００３１】
次に、前記照明パネル１０について説明すると、この照明パネル１０は、図１および図２に示すように、第１の導光体１１と、この第１の導光体１１の側方に配置された光源部１４と、前記第１の導光体１１の前面側に配置された第２の導光体１７と、第１の導光体の背面に対向して配置された平板状の鏡面反射板２０とからなっている。
【００３２】
前記第１の導光体１１は、アクリル系樹脂等からなる透明板であり、その背面は前記反射板２０と対向する平坦面となっており、一端面が、前記光源部１４からの光を取り込む、光取り込み端面（以下、入射端面という）１１ａとなっている。
【００３３】
また、この導光体１１の前面側には、互いにほぼ平行で前記入射端面１１ａから遠ざかる方向に向かって前記背面との間隔を狭める平坦な複数の段面１２ａと、これらの段面１２ａをつなぐ段差面１２ｂとから微小ピッチの階段形状面１２が形成されており、この階段形状面１２の前記複数の段面１２ａは、その段面１２ａの面全体にアルミニウム等の高反射率金属を蒸着した反射面１３が形成されており、そして前記複数の段面１２ａから立ち上がって隣接する段面１２ａをつなぐように形成された複数の段差面１２ｂには、反射機能を持った金属膜は形成されていない。
【００３４】
すなわち、この第１の導光体１１は、光源部１４からの光を前記入射端面１１ａから取り込み、その光を複数の段差面１２ｂから出射するとともに、外部から階段形状面１２の複数の段面１２ａに入射する光を、前記各段面１２ａ上に設けた反射膜１３で反射する。
【００３５】
なお、前記光源部１４は、例えば、第１の導光体１１の入射端面１１ａの全長にわたる長さの直管状蛍光ランプ１５と、この蛍光ランプ１５からの放射光を反射させるリフレクタ１６とからなっており、この光源部１４は、第１の導光体１１の側方に、その入射端面１１ａに対向させて配置されている。
【００３６】
一方、前記第２の導光体１７は、パネル前方からその前面に入射する外光を背面に出射し、前記第１の導光体１１の階段形状面１２の各段面１２ａ上に形成された反射膜１３で反射された光をその背面から取り込んでパネル前方に出射する。
【００３７】
この第２の導光体１７は、前記第１の導光体１１とほぼ同じ横幅を有するアクリル系樹脂等からなる透明板であり、そのパネル側の前面は平坦面とされ、背面には、前記第１の導光体１１の階段形状面１２の各段差面１２ｂから出射する光を受けるための所定のピッチで一体に突設された複数の入射部１８が設けられている。
【００３８】
これらの複数の入射部１８は、この第２の導光体１７の横幅全長にわたる長さの横長形状に形成されており、前記第２の導光体１７は、その背面の複数の入射部１８の長さ方向を第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂの長さ方向と平行にするとともに、前記複数の入射部１８の先端を第１の導光体１１の複数の段面１２ａに近接または当接させて配置されている。
【００３９】
この第２の導光体１７の複数の入射部１８はそれぞれ、突起状の断面形状を有しており、第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂと対向する一方の側面が、前記段差面１２ｂからの出射光を取り込む第１の光学界面１８ａとなり、他方の側面が、前記第１の光学界面１８ａから取り込んだ光を第２の導光体１７の前面方向（すなわちパネル前方）に向けて屈折／反射させる第２の光学界面１８ｂになっている。
【００４０】
なお、前記第１の光学界面１８ａは、前記各段差面１２ｂとほぼ平行またはそれに近い傾きをもった面であり、かつ前記各段面１２ａとは９０度を越えない角度をなす面である。また、前記第２の光学界面１８ｂは、第２の導光体１７の前面の法線となす角度が前記第１の光学界面１８ａがなす角度よりも大きな傾斜角度をもつ傾斜面となっている。より望ましくは、前記第１の光学界面１８ａが５度〜１５度傾斜し、前記第２の光学界面１８ｂが２０度〜５０度傾斜した傾斜面をなす。
【００４１】
したがって、第２の導光体１７の背面には、第１の光学界面１８ａと第２の光学界面１８ｂと傾斜角度の異なる傾斜面が溝状に形成されている。
また、前記各入射部１８は間隔を存して設けられており、第２の導光体１７の背面の各入射部１８の間の領域は、前記第１の導光体１１の各段面１２ａ上に形成されれた反射膜１３に対向する第３の光学界面１９が形成されている。この第３の光学界面１９は、第１の導光体１１の各段面１２ａとほぼ平行またはそれに近い傾きをもった面である。
【００４２】
さらに、前記複数入射部１８は、前記第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂのピッチとは異なるピッチで設けられている。この実施例では、図１および図２に示したように、第２の導光体１７の複数の入射部１８を、第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂのピッチよりも小さく、かつ、前記複数の段差面１２ｂのピッチの１／２よりも大きいピッチで設けており、したがって、第１の導光体１１の各段差面１２ｂは、それぞれが必ず少なくとも１つの第２の導光体１７の入射部１８に対応している。
【００４３】
なお、図１では、便宜上、第１および第２の導光体１１，１７の階段形状面１２および各入射部１８を大きく拡大して示しているが、前記第２の導光体１７の入射部１８のピッチは、上記液晶表示素子１の画素ピッチとほぼ同じか、あるいは前記画素ピッチの整数分の１であり、第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂのピッチは、前記複数の入射部１８のピッチよりも若干大きいピッチである。
【００４４】
そして、この実施例の液晶表示装置では、上記照明パネル１０を、その光源部１４の配置側を外光の主な取り込み方向に向けて、液晶表示素子１の背後に配置している。
【００４５】
すなわち、２ウエイ表示型の液晶表示装置は、外光を利用するときは通常の反射型液晶表示装置と同様に、画面の法線に対して画面の上縁側に傾いた方向（明るい外光が得られる方向）から主に外光を取り込むように画面を向けて使用されるため、この実施例では、上記照明パネル１０を、光源部１４の配置側を外光の主な取り込み方向である画面の上縁側、つまり液晶表示素子１の上縁側（図１において左側）に向けて配置している。
【００４６】
上記液晶表示装置は、充分な明るさの外光が得られるときは外光を利用する反射型表示を行ない、充分な明るさの外光が得られないときは、前記照明パネルの光源部１４を点灯させて、この照明パネルの光を利用する透過型表示を行なう２ウエイ表示型のものであり、後述するように、照明パネルの光を利用するときは、前記照明パネル１０からの光が液晶表示素子１に入射し、その光が液晶表示素子１を透過して出射する。また、外光を利用するときは、液晶表示素子１に素子前方からその前面に入射する外光が、液晶表示素子１を透過して照明パネル１０で反射され、その反射光が再び液晶表示素子１を透過して素子前方に出射する。
【００４７】
まず、前記照明パネル１０からの光を利用する表示について説明すると、前記照明パネル１０の光源部１４は、この照明パネル１０を使用するときに点灯される。
【００４８】
この光源部１４からの光は、第１の導光体１１にその入射端面１１ａから取り込まれてこの導光体１１内を導かれ、図２に実線で示した経路のように、階段形状面１２の複数の段差面１２ｂから出射する。
【００４９】
なお、前記第１の導光体１１にその入射端面１１ａから取り込まれた光のうち、前記複数の段差面１２ｂに向かう光以外の光のうち、前記導光体背面とほぼ平行な方向に進む光、また前記各段面１２ａおよび導光体の背面に向かって進む光は、前記各段面１２ａの反射膜１３および導光体の背面と外気（空気）との界面によって反射されながら導光体１１内をその長さ方向に導かれ、その光の向きが、前記複数の段差面１２ｂの方向にかえられ、前記複数の段差面１２ｂから出射する。そして、前記第１の導光体１１の階段形状面１２の複数の段差面１２ｂから出射した光は、第２の導光体１７の背面に形成された突起状の複数の入射部１８に入射する。
【００５０】
なお、前記複数の段差面１２ｂからの出射光のなかには、図２に示したように、次の段面１２ａに向かって出射する光もあるが、その光は、次の段面１２ａ上の反射膜１３で反射されて前記入射部１８に入射する。また、第１の導光体の背面と外気（空気）との界面に入射した光のうち、この界面を透過した光は、前記第１の導光体の背面に対向して設けられた反射板２０により反射されて、再び第１の導光体に入射し、前記各段面１２ａの反射膜１３および導光体の背面と外気（空気）との界面及び反射され前記反射板２０との間で複数回の反射を繰り返すことにより、その光の向きが前記複数の段差面１２ｂの方向にかえられ、前記複数の段差面１２ｂから出射する。このため、反射板２０を前記第１の導光体の背面に配置することにより、第１の導光体の背面から漏れる光を無駄無く段差面１２ｂから出射させることができる。
【００５１】
また、上述したように、第１の導光体の各段差面１２ｂは、全て第２の導光体１７の複数の入射部１８のうち少なくとも１つに必ず対向しているため、第１の導光体１１の各段差面１２ｂから出射した光は、ほとんどロス光となることなく、いずれかの入射部１８に入射する。
【００５２】
そして、前記複数の入射部１８に入射した光は、これら入射部１８の第１の光学界面１８ａから入射部１８内に取り込まれ、その反対側の導光体と外気との第２の光学界面１８ｂで全反射されて、第２の導光体１７の前面方向に向けて出射する。
【００５３】
この実施例では、前記複数の入射部１８の第２の光学界面１８ｂの傾斜角を、この面で反射された光の向きが、第２の導光体１７の前面の法線近傍の方向（正面方向）になるように設定しており、したがって、第２の導光体１７の前方に出射する光は、この導光体１７の正面方向の輝度が高い指向性を持った分布の光である。
【００５４】
なお、前記第２の光学界面１８ｂの傾斜角は、第２の導光体１７の前面の法線に対して２０度〜５０度の範囲にした場合にもっとも光を正面方向を集めることができる。
【００５５】
そして、前記第２の導光体１７の前方に出射した光、つまり照明パネル１０からの出射光は、液晶表示素子１にその背面から入射し、この液晶表示素子１を透過してその素子前方に出射する。
【００５６】
次に、外光を利用する表示について説明すると、このときは、液晶表示素子１にその素子前方から入射した外光が、前記液晶表示素子１を透過して前記照明パネル１０の第２の導光体１７にその前方から入射する。
【００５７】
この実施例では、上述したように、照明パネル１０を、その光源部１４の配置側を液晶表示装置の外光の主な取り込み方向である画面の上縁側（液晶表示素子１の上縁側）に向けて配置しているため、前記第２の導光体１７に入射する光は、主に光源部１４の配置側から入射する。
【００５８】
前記第２の導光体１７にその前方から入射した外光は、図２に破線で示した経路のように、この導光体１７をその厚さ方向に導かれてその背面から出射し、第１の導光体１１の複数の段面１２ａ上に形成された反射膜１３で反射される。
【００５９】
なお、前記第２の導光体１７にその前方から入射する外光は、図２に示したように様々な入射角で入射するが、この第２の導光体１７に入射した光のうち、その背面の各入射部１８の前記第２の光学界面１８ｂと、前記隣接する入射部１８の間の第３の光学界面１９に向かう光は、これらの面１８ｂ，１９と外気との界面を透過して背面より出射し、第１の導光体１１の複数の段面１２ａ上に形成された反射膜１３で反射される。
【００６０】
また、前面より前記各入射部１８の第１の光学界面１８ａに向かう光は、この第１の光学界面１８ａと外気との界面で全反射されて向きを変え、前記第２の光学界面１８ｂまたは第３の光学界面１９から背面に出射して、第１の導光体１１の各段面１２ａ上の反射膜１３で反射される。
【００６１】
前記第１の導光体１１の複数の段面１２ａ上の反射膜１３で反射された反射光は、前記第２の導光体１７にその背面から取り込まれ、この導光体１７内を厚さ方向に導かれてその前方より出射する。
【００６２】
このとき、第１の導光体１１の複数の段面１２ａ上の反射膜１３で反射した光は、前記各段面１２ａと前記各入射部１８の第１の光学界面１８ａとのなす角度が大きいので、前記反射光は、そのほとんどが第２の光学界面１８ｂおよび第３の光学界面１９から取り込まれるが、その取り込まれた光のうち、第１の光学界面１８ａに向かう光は、この面１８ａと外気との界面で全反射されて向きを変え、前記第２の光学界面１８ｂおよび第３の光学界面１９から直接導光体前面に向かう光の方向に近い方向に向かうため、第２の導光体１７の前方に出射する光は、この第２の導光体１７にその前方から入射した光が集光された高輝度の光であり、また、この出射光も、導光体１７の正面方向に出射する光の輝度が高い輝度分布の光である。
【００６３】
そして、前記第２の導光体１７の前面からパネル前方に出射した光、つまり前方から入射した外光を照明パネル１０で反射された光は、液晶表示素子１にその背面から入射し、この液晶表示素子１を透過してその素子前方に出射する。
【００６４】
すなわち、上記照明パネル１０は、光源部１４からの光を第１の導光体１１にその入射端面１１ａから取り込んでこの導光体１１の複数の段差面１２ｂから出射し、その光を第２の導光体１７にその背面から取り込んでこの導光体１７の前面に出射するとともに、前記第２の導光体１７にその前方から入射する光をこの導光体１７の背面に出射して前記第１の導光体１１の各段面１２ａで反射させ、その反射光を前記第２の導光体１７にその背面から取り込んでこの導光体１７の前面よりパネル前方に出射するものである。さらに、この照明パネル１０は、前記光源部１４からの光をパネル前方に出射するだけでなく、パネル前方から入射する外光を反射させてパネル前方に出射する機能ももっている。
【００６５】
したがって、この照明パネル１０によれば、光源部１４からの光とパネル前方から入射する外光とをそれぞれパネル前方に出射することができ、また、第１の導光体１１に取り込まれた光源部１４からの光のほとんどが前記第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂから出射し、その光が第２の導光体１７に取り込まれてその前面より前方に出射するとともに、前記第２の導光体１７にそのパネル前方から前面に入射する外光が、この第２の導光体１７を透過して前記第１の導光体１１の複数の段面１２ａで反射され、その反射光が第２の導光体１７を透過してその前面より前方に出射するため、光源部１４からの光を出射するときも、パネル前方から入射する外光を出射するときも、その光を効率良くパネル前方に出射して高輝度の出射光を得ることができる。
【００６６】
すなわち、上記照明パネル１０は、原理的には、光源部１４からの光をほぼ１００％出射するとともに、パネル前方から入射した外光もほぼ１００％反射させて出射できるものである。さらに、上記実施例では、前記第２の導光体１７を、前記複数の入射部１８を間隔を存して設け、導光体後面の前記各入射部１８の間の領域を、前記第１の導光体の各段面１２ａ上の反射面１３に対応する第３の光学界面１９とした構成としているため、この第２の導光体１７の前方から入射した外光を、この導光体１７の背面側の前記各入射部１８およびその間の第３の光学界面１９から出射させるとともに、前記第１の導光体１１の各段面１２ａで反射された光を、前記各入射部１８およびその間の第３の光学界面１９から第２の導光体１７に取り込んで、その光をパネル前方に出射することができる。
【００６７】
また、上記照明パネル１０は、前面を階段形状面とした第１の導光体１１の前面側と、第２の導光体１７の複数の入射部１８を設けた背面側とを対向させて配置したものであるが、前記第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂと第２の導光体１７の複数の入射部１８とを、互いに異なるピッチで設けているが、第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂと第２の導光体１７の複数の入射部１８との相対的なピッチのずれを非周期的にするか、あるいはその周期を大きくしても、モアレ縞の無い良好な光を出射することができる。
【００６８】
すなわち、前記第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂのピッチと第２の導光体１７の複数の入射部１８のピッチとを同じにする場合は、それぞれの導光体１１，１７の加工精度に全く誤差がなければ、出射光にモアレ縞が生ずることはないが、現実には、ある程度の誤差は避けられず、前記導光体１１，１７の加工精度に誤差があると、第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂのピッチと第２の導光体１７の複数の入射部１８のピッチとが周期的にずれるため、出射光にモアレ縞が発生する。
【００６９】
しかし、上記実施例のように、第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂのピッチと第２の導光体１７の複数の入射部１８のピッチとを互いに異なるピッチになるように設計すれば、導光体１１，１７の製作精度の誤差の有無にかかわらず、第１の導光体１１の段差面１２ｂと第２の導光体１７の入射部１８との相対的なピッチのずれが非周期的になるか、あるいは周期的であってもその周期が大きくなるため、出射光にモアレ縞が生じることはない。
【００７０】
そして、上記液晶表示装置は、液晶表示素子１の背後に、光源部１４からの光とパネル前方から入射する外光とをそれぞれパネル前方に出射する上記照明パネル１０を配置したものであり、したがって、半透過反射板を用いずに２ウエイ表示を行なうことができる。
【００７１】
そのため、前記液晶表示装置によれば、半透過反射板による光のロスが無く、また前記照明パネル１０が、光源部１４からの光も、パネル前方から入射する外光も効率良くパネル前方に出射できるため、外光を利用する表示と、照明パネル１０の光を利用する表示との両方を充分に明るくすることができる。
【００７２】
しかも、上記照明パネル１０は、上述したように、所定方向に出射する光の輝度が高い輝度分布の光を出射するため、この照明パネル１０を、正面方向に出射する光の輝度が高い輝度分布の光を出射するように設計（前記第２の光学界面１８ｂの傾斜角を設計）することにより、正面輝度の高い画像を表示することができる。また、上記照明パネル１０は、上述したようにモアレ縞の無い光を出射するため、前記液晶表示装置の表示画像は、モアレ縞の無い良好な画像である。
【００７３】
図３はこの発明の第２の実施例を示す照明パネルの一部分の拡大側面図であり、この実施例の照明パネル１０は、前記第２の導光体１７の前方に、光拡散部材３０を設けたものである。
【００７４】
なお、この実施例の照明パネル１０は、その出射面である前面に光拡散部材３０を設けたものであるが、その他の構成は図１および図２に示した第１の実施例と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【００７５】
この実施例では、前記光拡散部材３０として、拡散板または、板面に垂直で特定の方向に沿った面に対して所定角度以上傾いた角度範囲の入射角で入射した光に対して散乱性を示し、前記所定角度より小さい角度範囲の入射角で入射した光に対してはほとんど散乱性を示さない選択散乱特性を有する散乱板を用いている。
【００７６】
この実施例の照明パネル１０によれば、光源部１４（図１参照）からの光を出射するときも、パネル前方から入射する外光を出射するときも、図に実線および破線で示した経路のように、第２の導光体１７の前面よりパネル前方に出射する光が前記光拡散部材３０により拡散されるため、光の出射角範囲を広くすることができる。
【００７７】
また、この実施例によれば、その前記光拡散部材３０の表面に対してかなり小さい入射角で入射する外光も、前記光拡散部材３０で拡散されて図に破線で示したように入射するため、外光の取り込み角を大きくしてより多くの外光を取り込み、さらに高輝度の反射光を出射することができる。
【００７８】
したがって、この実施例の照明パネル１０を用いれば、前記液晶表示装置の表示の視野角を広げるとともに、外光を利用する表示をより明るくすることができる。図４はこの発明の第３の実施例を示す照明パネルの一部分の拡大側面図であり、この実施例の照明パネル１０は、前記第２の導光体１７の各入射部１８の第１の光学界面１８ａとは反対側の第２の光学界面１８ｂを、曲面からなる集光屈折面１８ｂ′としたものである。
【００７９】
なお、この実施例の照明パネル１０は、第２の導光体１７の複数の入射部１８の第２の光学界面１８ｂを集光屈折面１８ｂ′としたものであるが、その他の構成は図１および図２に示した第１の実施例と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【００８０】
この実施例の照明パネル１０によれば、第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂから出射し、第２の導光体１７の複数の入射部１８の第１の光学界面１８ａから取り込まれて、反対側に設けた曲率半径が数百μｍ程度の曲面からなる集光屈折面１８ｂ′によりその前面方向に向けて屈折される光が、図に実線で示した経路のように前記集光屈折面１８ｂ′の集光作用によって所定の方向により集光されるため、例えば正面方向の輝度が高い輝度分布の光を出射することができる。
【００８１】
なお、図４には外光の入反射経路は示していないが、外光も、前記集光屈折面１８ｂ′の集光作用により、前記所定方向の輝度が高い輝度分布の光を出射することができる。
【００８２】
したがって、この実施例の照明パネル１０を用いれば、この照明パネル１０を、正面方向に出射する光の輝度が高い輝度分布の光を出射するように設計（前記集光屈折面１８ｂ′を設計）することにより、さらに正面輝度の高い画像を表示することができる。
【００８３】
また、この実施例の照明パネル１０においても、上記第２の実施例と同様に、出射面となる第２の導光体１７の前面に光拡散部材３０を設ければ、照明パネル１０からの光の出射角範囲を広くし、また外光の取り込み角を大きくしてさらに高輝度の反射光を出射することができるため、前記液晶表示装置の表示の視野角を広げるとともに、外光を利用する表示をより明るくすることができる。
【００８４】
また、上記各実施例では、第２の導光体１７として、その背面に複数の入射部１８を設けたものを用いたが、第２の導光体は、第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂから出射する光を背面から取り込んでその光をその前面に出射するとともに、パネル前方から入射する光をその背面に出射し、前記第１の導光体１１の複数の段面１２ａ上の反射膜１３で反射された光をその背面から取り込んでパネル前方に出射するものであれば、どのような構成のものでもよい。
【００８５】
また、上記照明パネル１０の光源部１４は、蛍光ランプ４を用いるものに限らず、例えば複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を整列させたＬＥＤアレイ等を用いるものでもよい。
【００８６】
さらに、上記実施例の液晶表示装置は、アクティブマトリックス方式のＴＮ型液晶表示素子１を用いたものであるが、液晶表示素子は、単純マトリックス方式やセグメント方式などのものでもよく、また、ＴＮ型に限らず、ＳＴＮ（スパーツィステッドネマティック）型、ＥＣＢ（複屈折効果）型、動的散乱効果型、強誘電性液晶を用いる液晶表示素子などであってもよい。
【００８７】
また、上記実施例の表示装置は、表示手段に液晶表示素子１を用いたものであるが、この発明は、液晶表示装置に限らず、他の電気光学表示素子や、透光性の画像印刷フィルムなどを表示手段とする表示装置にも適用することができるし、また、この発明の照明パネルは、表示装置に限らず、各種用途に広く用いることができる。
【００８８】
【発明の効果】
この発明の照明パネルは、光源と、前記光源からの照明光が入射する少なくとも１つの端面と、前記端面と直交する複数の段面と、該複数の段面をつなぎ、前記端面から入射した前記照明光を出射する複数の段差面とからなり、前記照明光が出射される前方に配置された階段形状面と、前記各段面上に形成され、前記階段形状面に前方から入射した外光を前記前方に反射する複数の反射面とを備え、透明樹脂により一体的に形成された第１の導光体と、前記第１の導光体の前記階段形状面側に配置され、光を出射させる前面と、前記第１の導光体の前記段差面から出射された照明光を入射させる第１の光学界面と、この入射した照明光を前面方向に内面反射させる第２の光学界面とを有する突起を備え、前記第 1 の導光体から出射した照明光を前面方向に出射し、且つ前記前面方向から入射して前記第１の導光体の段面上の反射面により反射した外光を前記前方に出射する第２の導光体とを有した照明パネルである。
【００８９】
光源光は、第１の導光体の段差面から出射し、第２の導光体内にその背面より取り込まれて前面より出射する。また、第２の導光体の前面にパネル前方より入射した外光はその背面より出射し、前記第１の導光体の複数の段面上の反射膜で反射し、再び、第２の導光体にその背面より取り込まれて前面から出射する。このように、本発明の照明パネルは、光源からの光と、パネル前方から入射する外光との両方とも、効率良くパネル前方に出射して高輝度の出射光を得ることができる。
【００９０】
この発明の照明パネルにおいて、前記第２の導光体を、その背面に、前記第１の導光体の複数の段差面に対して光の出射方向が対向する複数の入射部を突設し、前記段差面に対向する前記入射部の一方の側面を、前記段差面からの出射光を受光する第１の光学界面とし、他方の側面を、前記第１の光学界面で取り込んだ光をその前面方向に向けて反射／屈折させる第２の光学界面とした構成とすることにより、前記第１の導光体の複数の段差面から出射する光のほとんどを、ロスなく前記第２の導光体に取り込んでその前面より出射することができるとともに、その出射光を所定方向に出射する光の輝度が高い輝度分布の光とすることができる。
【００９１】
この場合、前記第２の光学界面を、曲面からなる集光屈折面とすることにより、前記第１の光学界面から取り込まれて第２の光学界面により前面方向に向けて反射／屈折される光が、第２の光学界面である前記集光屈折面の集光作用によって所定の方向に集光するため、パネル前方に高い輝度分布の光を出射することができる。
【００９２】
さらに、前記第２の導光体を、前記複数の入射部を間隔を存して設け、その導光体背面の前記複数の入射部の間の領域を、前記第１の導光体の段部の前面に対向する第３の光学界面とした構成とすることにより、前記第２の導光体の前面から入射した外光を、この導光体の後面の前記各受光部およびその間の第３の光学界面から出射させるとともに、前記第１の導光体の複数の段面上の反射膜で反射された光を、前記複数の入射部およびその間の第３の光学界面から第２の導光体に取り込んで、その光をパネル前方に出射することができる。
【００９３】
また、前記第１の導光体の複数の段差面と第２の導光体の複数の入射部とを、互いに異なるピッチで設けるか、第１の導光体の複数の段差面と第２の導光体の複数の入射部との相対的なピッチのずれを非周期的にするか、あるいはその周期を大きくして、モアレ縞の無い良好な光を出射することができる。
【００９４】
さらに、この発明の照明パネルにおいて、前記第２の導光体の前面に光拡散部材を設ければ、光の出射角範囲を広くすることができるとともに、パネル前方より入射する外光の取り込み角を大きくしてより多くの外光を取り込み、さらに高輝度の反射光を出射することができる。
【００９５】
また、この発明の表示装置は、表示手段である液晶表示素子の背後に、光源部からの光とパネル前方から前面に入射する外光とをそれぞれパネル前方に出射する前記照明パネルを配置したものであるから、外光を利用する表示と、照明パネルの光を利用する表示との両方が充分に明るい２ウエイ表示を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す照明パネルを備えた２ウエイ表示装置の側面図。
【図２】前記照明パネルの一部分の拡大側面図。
【図３】この発明の第２の実施例を示す照明パネルの一部分の側面図。
【図４】この発明の第３の実施例を示す照明パネルの一部分の側面図。
【符号の説明】
１…液晶表示素子
１０…照明パネル
１１…第１の導光体
１１ａ…入射端面
１２…階段形状面
１２ａ…段面
１２ｂ…段差面
１３…反射膜
１４…光源部
１７…第２の導光体
１８…入射部
１８ａ…第１の光学界面
１８ｂ…第２の光学界面
１８ｂ′…集光屈折
１９…第３の光学界面
２０…反射板
３０…光拡散部材
【発明の属する技術分野】
この発明は、サイドライト型の照明パネルおよびそれを用いた表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
前面から光を出射する照明パネルとして、サイドライト型と呼ばれるものがある。
従来、このサイドライト型の照明パネルは、少なくとも一端面を光源からの光の入射面とし、前面を前記一端面から取り込んだ光の出射面とした導光体と、その導光体の一端面に対向させて配置した光源部とから構成されている。
【０００３】
この導光体には、一般に、アクリル系樹脂等からなる平板状の透明板が用いられており、前記光源部には、直管状の蛍光ランプや、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を整列したＬＥＤアレイ等が用いられている。
【０００４】
この照明パネルは、光源部からの光を導光体で導き、その前面のほぼ全域から出射するものであり、光源部からの光が導光体内にその一端面から取り込まれ、この導光体内で反射を繰り返えした後にその前面より出射させるものである。
【０００５】
前記照明パネルは、液晶表示素子のような光の透過を制御して表示する透過型の表示手段を用いる表示装置のバックライトなどに用いられており、例えば液晶表示素子を用いる液晶表示装置は、前記液晶表示素子の背後に対向させて前記照明パネルを配置した構成となっている。
【０００６】
この照明パネルを備えた表示装置には、前記照明パネルの光を利用する表示だけを行なうものと、前記照明パネルの光を利用する表示と自然光や室内光等の外光を利用する表示との両方を行なう、いわゆる２ウエイ表示型のものがあり、従来の２ウエイ表示装置は、上記表示手段とその背後に配置した前記照明パネルとの間に半透過反射板を配置した構成となっている。
【０００７】
この２ウエイ表示装置は、充分な明るさの外光が得られるときは外光を利用する反射型表示を行ない、充分な明るさの外光が得られないときは、前記照明パネルの光源部を点灯させて、この照明パネルの光を利用する透過型表示を行なうものである。外光を利用する反射型表示のときは、表示手段の前方側から入射する外光を半透過反射板で反射させ、再度表示手段を透過させて出射することにより表示が行われ、照明パネルの光を利用する透過型表示のときは、前記照明パネルからの光源光のうちの半透過反射板を透過した光が、表示手段への入射光となり、その光が前記表示手段を透過して出射することにより表示が行われる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の２ウエイ表示装置は、外光を利用するときも、照明パネルの光を利用するときも、明るい表示が得られないという問題をもっている。
これは、従来の照明パネルには外光を反射させ表示手段の前方に出射する機能は無く、したがって表示装置を２ウエイ表示型とするには、半透過反射板が必要不可欠であるためである。
【０００９】
すなわち、前記半透過反射板は、その反射／透過率特性に応じて入射光を反射および透過させるため、外光を利用する反射型表示では、入射した外光のうちの半透過反射板の透過率に対応した量の光が半透過反射板を透過してロス光となり、また、照明パネルの光を利用する透過型表示では、照明パネルから出射した光源光のうちの半透過反射板の反射率に対応した量の光が半透過反射板で反射されてロス光となってしまった。
【００１０】
そのため、従来の２ウエイ表示装置は、外光を利用するときも、照明パネルの光を利用するときも、光の利用効率が低く、外光を利用する表示と、照明パネルの光を利用する表示とのいずれの場合でも表示が暗くなってしまう。
【００１１】
この発明は、サイドライト型の照明パネルとして、光源部からの光と表示手段の前方から入射する外光とをそれぞれ表示手段の前方に出射することができ、しかも、光源からの光を出射するときも、表示手段の前方から入射する外光を反射させて出射するときも、それらの光を効率良く出射させて高輝度の出射光を得ることができるものを提供するとともに、この照明パネルを用いた、外光を利用する反射型表示と照明パネルの光を利用する透過型表示との両方が充分に明るい２ウエイ表示を行なうことができる表示装置を提供することを目的としたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の照明パネルは、光源と、
前記光源からの照明光が入射する少なくとも１つの端面と、前記端面と直交する複数の段面と、該複数の段面をつなぎ、前記端面から入射した前記照明光を出射する複数の段差面とからなり、前記照明光が出射される前方に配置された階段形状面と、前記各段面上に形成され、前記階段形状面に前方から入射した外光を前記前方に反射する複数の反射面とを備え、透明樹脂により一体的に形成された第１の導光体と、
前記第１の導光体の前記階段形状面側に配置され、光を出射させる前面と、前記第１の導光体の前記段差面から出射された照明光を入射させる第１の光学界面と、この入射した照明光を前面方向に内面反射させる第２の光学界面とを有する突起を備え、前記第 1 の導光体から出射した照明光を前面方向に出射し、且つ前記前面方向から入射して前記第１の導光体の段面上の反射面により反射した外光を前記前方に出射する第２の導光体とからなることを特徴とする。
【００１３】
すなわち、この発明の照明パネルは、前記光源部からの光が、第１の導光体内にその端面から取り込まれ、前記階段形状面の複数の段差面から出射し、第２の導光体の背面より取り込まれて前面より出射する。また、前記第２の導光体の前面に入射した外光は、第２の導光体の前記背面より出射して前記第１の導光体の複数の段面に設けた反射膜で反射され、その反射光が再び前記第２の導光体の背面に取り込まれ、前記前面より出射する。よって、この照明パネルは、前記光源部からの光をパネル前方に出射するだけでなく、パネル前方から入射する外光を反射させてパネル前方に出射する機能をもっている。
【００１４】
したがって、この照明パネルによれば、光源部から第１の導光体に取り込まれた光のほとんどが前記第１の導光体の前記段差面から出射し、その光が第２の導光体に取り込まれてそのパネル前方に出射するとともに、パネル前方より前記第２の導光体にその前面に入射する外光が、この第２の導光体を透過して前記第１の導光体の複数の段面の反射膜で反射され、その反射光が第２の導光体を透過してパネル前方に出射するため、光源部からの光を出射するときも、パネル前方から入射する外光を反射させて出射するときも、その光を効率良くパネル前方に出射して高輝度の出射光を得ることができる。
【００１５】
また、この発明の表示装置は、光の透過を制御して表示する透過型の表示手段と、この表示手段の背後に対向させて配置された、光源からの光と前方から入射する外光とをそれぞれ前方に出射する前記照明パネルとを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
この表示装置は、充分な明るさの外光が得られるときは外光を利用する反射型表示を行ない、充分な明るさの外光が得られないときは、前記照明パネルの光源部を点灯させて、この照明パネルの光を利用する透過型表示を行なう２ウエイ表示型のものであり、照明パネルの光を利用するときは、前記照明パネルからの光が表示手段に入射し、その光が前記表示手段を透過して出射する。また、外光を利用するときは、パネル前方から入射する外光が表示手段を透過して前記照明パネルで反射され、その反射光が再び前記表示手段を透過して出射する。
【００１７】
すなわち、この表示装置は、表示手段の背後に、光源部からの光と表示手段の前方から入射する外光とをそれぞれ表示手段の前方に出射する照明パネルを配置することにより、半透過反射板を用いずに２ウエイ表示を行なえるようにしたものであり、したがって、半透過反射板による光のロスが無く、また前記照明パネルが、光源部からの光も、表示手段の前方から入射する外光もいずれも効率良く表示手段の前方に出射するため、外光を利用する反射型表示と、照明パネルの光を利用する透過型表示との両方を充分に明るくすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明の照明パネルは、上記のように、光源と、前記光源からの照明光が入射する少なくとも１つの端面と、前記端面と直交する複数の段面と、該複数の段面をつなぎ、前記端面から入射した前記照明光を出射する複数の段差面とからなり、前記照明光が出射される前方に配置された階段形状面と、前記各段面上に形成され、前記階段形状面に前方から入射した外光を前記前方に反射する複数の反射面とを備え、透明樹脂により一体的に形成された第１の導光体と、前記第１の導光体の前記階段形状面側に配置され、光を出射させる前面と、前記第１の導光体の前記段差面から出射された照明光を入射させる第１の光学界面と、この入射した照明光を前面方向に内面反射させる第２の光学界面とを有する突起を備え、前記第 1 の導光体から出射した照明光を前面方向に出射し、且つ前記前面方向から入射して前記第１の導光体の段面上の反射面により反射した外光を前記前方に出射する第２の導光体とを有する。
【００１９】
この照明パネルでは、光源光は、第１の導光体の段差面から出射し、第２の導光体内にその背面より取り込まれて前面より出射する。また、第２の導光体の前面に入射する外光はその背面より出射し、前記第１の導光体の複数の段面上の反射膜で反射し、再び、第２の導光体にその背面より取り込まれて前面から出射する。このように、光源からの光と、パネル前方から入射する外光との両方とも、効率良くパネル前方に出射して高輝度の出射光を得るようにしたものである。
【００２０】
また、この発明の照明パネルにおいて、前記第２の導光体は、照明光が出射する前面と、前記第１の導光体の前記複数の段差面から出射する光を取り込む第１の光学界面と、前記第１の光学界面から取り込んだ光を前方へ反射または屈折させる第２の光学界面とを有する突起からなる入射部を少なくとも１つ備えた背面とを有しているので、第２の導光体をこのような構成とすることにより、前記第１の導光体の階段形状面（前面）の複数の段差面から出射する光のほとんどを、ロスなく前記第２の導光体に取り込んで出射することができるとともに、その出射光を所定方向に高い輝度で出射する指向性を持った輝度分布の光とすることができる。
【００２１】
さらに、この場合、前記第２の導光体の前記第２の光学界面は、曲面形状をなす集光屈折面とするのがより望ましく、このようにすれば、前記第１の光学界面から取り込まれて他方の第２の光学界面により、その前面側に向けて屈折される光が、前記集光屈折面の集光作用によって所定の方向に集光するため、より強い指向性を持った輝度分布の光を出射することができる。
【００２２】
さらに、前記第２の導光体の前記複数の入射部は、間隔を存して設けられており、前記第２の導光体の隣接する前記入射部の間の領域が、前記第１の導光体の前記複数の段面に対向し、光を入射および出射する第３の光学界面となっており、複数の段面から出射する光源光を第２の導光体に取り込んで出射することができる。
【００２３】
また、前記第１の導光体の複数の段差面と第２の導光体の複数の入射部とは、互いに異なるピッチで設けるのが望ましく、このようにすれば、第１の導光体の段差面と第２の導光体の入射部との相対的なピッチのずれを非周期的にするか、あるいはその周期を大きくして、モアレ縞のない良好な光を出射することができる。
【００２４】
さらに、この発明の照明パネルにおいては、前記第２の導光体の前面に光拡散部材を設けてもよく、このようにすれば、光の出射角範囲を広くすることができるとともに、外光の取り込み角を大きくしてより多くの外光を取り込み、さらに高輝度の反射光を出射することができる。
【００２５】
また、この発明の表示装置は、上記のように、表示手段の背後に、光源部からの光とパネル前方から入射する外光とをそれぞれパネル前方に出射する照明パネルを配置することにより、外光を利用する表示と、照明パネルの光を利用する表示との両方が充分に明るい２ウエイ表示を行なえるようにしたものである。
この表示装置において、前記表示手段は、どのような表示方式のものであってもよく、また前記照明パネルは、上述したいずれの形態のものであってもよい。
【００２６】
【実施例】
図１および図２はこの発明の第１の実施例を示しており、図１は照明パネルを備えた２ウエイ表示装置の側面図、図２は前記照明パネルの一部分の拡大側面図である。
【００２７】
この実施例の表示装置は、光の透過を制御して表示する透過型表示手段として液晶表示素子を用いたものであり、図１に示すように、液晶表示素子１と、この液晶表示素子１の背面に対向させて配置された照明パネル１０とからなっている。
【００２８】
前記液晶表示素子１は、その内部構造は図示しないが、前後一対の透明基板２，３を枠状のシール材４を介して接合し、その両基板２，３間の前記シール材４で囲まれた領域に液晶を封入したものであり、両基板２，３の内面にはそれぞれ液晶層に電界を印加するための透明な電極が設けられている。
【００２９】
なお、この実施例で用いた液晶表示素子１は、カラー画像を表示するアクティブマトリックス液晶表示素子であり、一方の基板、例えば後側基板３の内面には、マトリックス状に配列する複数の画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）からなるスイッチング素子と、各行のＴＦＴにゲート信号を供給するゲートラインと、各列のＴＦＴにデータ信号を供給するデータラインとが設けられ、他方の基板（前側基板）２の内面には、前記各画素電極にそれぞれ対応させて交互に配列された複数の色（例えば赤、緑、青）のカラーフィルタと、前記各画素電極の全てに対向する対向電極とが設けられている。
【００３０】
また、この液晶表示素子１は、例えばＴＮ（ツィステッドネマティック）型のものであり、基板２，３間に封入された液晶の分子は、両基板２，３の内面に設けられた配向膜によりそれぞれの基板の近傍における配向方向を規制されて、両基板２，３間において所定のツイスト角でツイスト配向しており、また両基板１，２の外面にそれぞれ偏光板（図示せず）が設けられている。
【００３１】
次に、前記照明パネル１０について説明すると、この照明パネル１０は、図１および図２に示すように、第１の導光体１１と、この第１の導光体１１の側方に配置された光源部１４と、前記第１の導光体１１の前面側に配置された第２の導光体１７と、第１の導光体の背面に対向して配置された平板状の鏡面反射板２０とからなっている。
【００３２】
前記第１の導光体１１は、アクリル系樹脂等からなる透明板であり、その背面は前記反射板２０と対向する平坦面となっており、一端面が、前記光源部１４からの光を取り込む、光取り込み端面（以下、入射端面という）１１ａとなっている。
【００３３】
また、この導光体１１の前面側には、互いにほぼ平行で前記入射端面１１ａから遠ざかる方向に向かって前記背面との間隔を狭める平坦な複数の段面１２ａと、これらの段面１２ａをつなぐ段差面１２ｂとから微小ピッチの階段形状面１２が形成されており、この階段形状面１２の前記複数の段面１２ａは、その段面１２ａの面全体にアルミニウム等の高反射率金属を蒸着した反射面１３が形成されており、そして前記複数の段面１２ａから立ち上がって隣接する段面１２ａをつなぐように形成された複数の段差面１２ｂには、反射機能を持った金属膜は形成されていない。
【００３４】
すなわち、この第１の導光体１１は、光源部１４からの光を前記入射端面１１ａから取り込み、その光を複数の段差面１２ｂから出射するとともに、外部から階段形状面１２の複数の段面１２ａに入射する光を、前記各段面１２ａ上に設けた反射膜１３で反射する。
【００３５】
なお、前記光源部１４は、例えば、第１の導光体１１の入射端面１１ａの全長にわたる長さの直管状蛍光ランプ１５と、この蛍光ランプ１５からの放射光を反射させるリフレクタ１６とからなっており、この光源部１４は、第１の導光体１１の側方に、その入射端面１１ａに対向させて配置されている。
【００３６】
一方、前記第２の導光体１７は、パネル前方からその前面に入射する外光を背面に出射し、前記第１の導光体１１の階段形状面１２の各段面１２ａ上に形成された反射膜１３で反射された光をその背面から取り込んでパネル前方に出射する。
【００３７】
この第２の導光体１７は、前記第１の導光体１１とほぼ同じ横幅を有するアクリル系樹脂等からなる透明板であり、そのパネル側の前面は平坦面とされ、背面には、前記第１の導光体１１の階段形状面１２の各段差面１２ｂから出射する光を受けるための所定のピッチで一体に突設された複数の入射部１８が設けられている。
【００３８】
これらの複数の入射部１８は、この第２の導光体１７の横幅全長にわたる長さの横長形状に形成されており、前記第２の導光体１７は、その背面の複数の入射部１８の長さ方向を第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂの長さ方向と平行にするとともに、前記複数の入射部１８の先端を第１の導光体１１の複数の段面１２ａに近接または当接させて配置されている。
【００３９】
この第２の導光体１７の複数の入射部１８はそれぞれ、突起状の断面形状を有しており、第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂと対向する一方の側面が、前記段差面１２ｂからの出射光を取り込む第１の光学界面１８ａとなり、他方の側面が、前記第１の光学界面１８ａから取り込んだ光を第２の導光体１７の前面方向（すなわちパネル前方）に向けて屈折／反射させる第２の光学界面１８ｂになっている。
【００４０】
なお、前記第１の光学界面１８ａは、前記各段差面１２ｂとほぼ平行またはそれに近い傾きをもった面であり、かつ前記各段面１２ａとは９０度を越えない角度をなす面である。また、前記第２の光学界面１８ｂは、第２の導光体１７の前面の法線となす角度が前記第１の光学界面１８ａがなす角度よりも大きな傾斜角度をもつ傾斜面となっている。より望ましくは、前記第１の光学界面１８ａが５度〜１５度傾斜し、前記第２の光学界面１８ｂが２０度〜５０度傾斜した傾斜面をなす。
【００４１】
したがって、第２の導光体１７の背面には、第１の光学界面１８ａと第２の光学界面１８ｂと傾斜角度の異なる傾斜面が溝状に形成されている。
また、前記各入射部１８は間隔を存して設けられており、第２の導光体１７の背面の各入射部１８の間の領域は、前記第１の導光体１１の各段面１２ａ上に形成されれた反射膜１３に対向する第３の光学界面１９が形成されている。この第３の光学界面１９は、第１の導光体１１の各段面１２ａとほぼ平行またはそれに近い傾きをもった面である。
【００４２】
さらに、前記複数入射部１８は、前記第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂのピッチとは異なるピッチで設けられている。この実施例では、図１および図２に示したように、第２の導光体１７の複数の入射部１８を、第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂのピッチよりも小さく、かつ、前記複数の段差面１２ｂのピッチの１／２よりも大きいピッチで設けており、したがって、第１の導光体１１の各段差面１２ｂは、それぞれが必ず少なくとも１つの第２の導光体１７の入射部１８に対応している。
【００４３】
なお、図１では、便宜上、第１および第２の導光体１１，１７の階段形状面１２および各入射部１８を大きく拡大して示しているが、前記第２の導光体１７の入射部１８のピッチは、上記液晶表示素子１の画素ピッチとほぼ同じか、あるいは前記画素ピッチの整数分の１であり、第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂのピッチは、前記複数の入射部１８のピッチよりも若干大きいピッチである。
【００４４】
そして、この実施例の液晶表示装置では、上記照明パネル１０を、その光源部１４の配置側を外光の主な取り込み方向に向けて、液晶表示素子１の背後に配置している。
【００４５】
すなわち、２ウエイ表示型の液晶表示装置は、外光を利用するときは通常の反射型液晶表示装置と同様に、画面の法線に対して画面の上縁側に傾いた方向（明るい外光が得られる方向）から主に外光を取り込むように画面を向けて使用されるため、この実施例では、上記照明パネル１０を、光源部１４の配置側を外光の主な取り込み方向である画面の上縁側、つまり液晶表示素子１の上縁側（図１において左側）に向けて配置している。
【００４６】
上記液晶表示装置は、充分な明るさの外光が得られるときは外光を利用する反射型表示を行ない、充分な明るさの外光が得られないときは、前記照明パネルの光源部１４を点灯させて、この照明パネルの光を利用する透過型表示を行なう２ウエイ表示型のものであり、後述するように、照明パネルの光を利用するときは、前記照明パネル１０からの光が液晶表示素子１に入射し、その光が液晶表示素子１を透過して出射する。また、外光を利用するときは、液晶表示素子１に素子前方からその前面に入射する外光が、液晶表示素子１を透過して照明パネル１０で反射され、その反射光が再び液晶表示素子１を透過して素子前方に出射する。
【００４７】
まず、前記照明パネル１０からの光を利用する表示について説明すると、前記照明パネル１０の光源部１４は、この照明パネル１０を使用するときに点灯される。
【００４８】
この光源部１４からの光は、第１の導光体１１にその入射端面１１ａから取り込まれてこの導光体１１内を導かれ、図２に実線で示した経路のように、階段形状面１２の複数の段差面１２ｂから出射する。
【００４９】
なお、前記第１の導光体１１にその入射端面１１ａから取り込まれた光のうち、前記複数の段差面１２ｂに向かう光以外の光のうち、前記導光体背面とほぼ平行な方向に進む光、また前記各段面１２ａおよび導光体の背面に向かって進む光は、前記各段面１２ａの反射膜１３および導光体の背面と外気（空気）との界面によって反射されながら導光体１１内をその長さ方向に導かれ、その光の向きが、前記複数の段差面１２ｂの方向にかえられ、前記複数の段差面１２ｂから出射する。そして、前記第１の導光体１１の階段形状面１２の複数の段差面１２ｂから出射した光は、第２の導光体１７の背面に形成された突起状の複数の入射部１８に入射する。
【００５０】
なお、前記複数の段差面１２ｂからの出射光のなかには、図２に示したように、次の段面１２ａに向かって出射する光もあるが、その光は、次の段面１２ａ上の反射膜１３で反射されて前記入射部１８に入射する。また、第１の導光体の背面と外気（空気）との界面に入射した光のうち、この界面を透過した光は、前記第１の導光体の背面に対向して設けられた反射板２０により反射されて、再び第１の導光体に入射し、前記各段面１２ａの反射膜１３および導光体の背面と外気（空気）との界面及び反射され前記反射板２０との間で複数回の反射を繰り返すことにより、その光の向きが前記複数の段差面１２ｂの方向にかえられ、前記複数の段差面１２ｂから出射する。このため、反射板２０を前記第１の導光体の背面に配置することにより、第１の導光体の背面から漏れる光を無駄無く段差面１２ｂから出射させることができる。
【００５１】
また、上述したように、第１の導光体の各段差面１２ｂは、全て第２の導光体１７の複数の入射部１８のうち少なくとも１つに必ず対向しているため、第１の導光体１１の各段差面１２ｂから出射した光は、ほとんどロス光となることなく、いずれかの入射部１８に入射する。
【００５２】
そして、前記複数の入射部１８に入射した光は、これら入射部１８の第１の光学界面１８ａから入射部１８内に取り込まれ、その反対側の導光体と外気との第２の光学界面１８ｂで全反射されて、第２の導光体１７の前面方向に向けて出射する。
【００５３】
この実施例では、前記複数の入射部１８の第２の光学界面１８ｂの傾斜角を、この面で反射された光の向きが、第２の導光体１７の前面の法線近傍の方向（正面方向）になるように設定しており、したがって、第２の導光体１７の前方に出射する光は、この導光体１７の正面方向の輝度が高い指向性を持った分布の光である。
【００５４】
なお、前記第２の光学界面１８ｂの傾斜角は、第２の導光体１７の前面の法線に対して２０度〜５０度の範囲にした場合にもっとも光を正面方向を集めることができる。
【００５５】
そして、前記第２の導光体１７の前方に出射した光、つまり照明パネル１０からの出射光は、液晶表示素子１にその背面から入射し、この液晶表示素子１を透過してその素子前方に出射する。
【００５６】
次に、外光を利用する表示について説明すると、このときは、液晶表示素子１にその素子前方から入射した外光が、前記液晶表示素子１を透過して前記照明パネル１０の第２の導光体１７にその前方から入射する。
【００５７】
この実施例では、上述したように、照明パネル１０を、その光源部１４の配置側を液晶表示装置の外光の主な取り込み方向である画面の上縁側（液晶表示素子１の上縁側）に向けて配置しているため、前記第２の導光体１７に入射する光は、主に光源部１４の配置側から入射する。
【００５８】
前記第２の導光体１７にその前方から入射した外光は、図２に破線で示した経路のように、この導光体１７をその厚さ方向に導かれてその背面から出射し、第１の導光体１１の複数の段面１２ａ上に形成された反射膜１３で反射される。
【００５９】
なお、前記第２の導光体１７にその前方から入射する外光は、図２に示したように様々な入射角で入射するが、この第２の導光体１７に入射した光のうち、その背面の各入射部１８の前記第２の光学界面１８ｂと、前記隣接する入射部１８の間の第３の光学界面１９に向かう光は、これらの面１８ｂ，１９と外気との界面を透過して背面より出射し、第１の導光体１１の複数の段面１２ａ上に形成された反射膜１３で反射される。
【００６０】
また、前面より前記各入射部１８の第１の光学界面１８ａに向かう光は、この第１の光学界面１８ａと外気との界面で全反射されて向きを変え、前記第２の光学界面１８ｂまたは第３の光学界面１９から背面に出射して、第１の導光体１１の各段面１２ａ上の反射膜１３で反射される。
【００６１】
前記第１の導光体１１の複数の段面１２ａ上の反射膜１３で反射された反射光は、前記第２の導光体１７にその背面から取り込まれ、この導光体１７内を厚さ方向に導かれてその前方より出射する。
【００６２】
このとき、第１の導光体１１の複数の段面１２ａ上の反射膜１３で反射した光は、前記各段面１２ａと前記各入射部１８の第１の光学界面１８ａとのなす角度が大きいので、前記反射光は、そのほとんどが第２の光学界面１８ｂおよび第３の光学界面１９から取り込まれるが、その取り込まれた光のうち、第１の光学界面１８ａに向かう光は、この面１８ａと外気との界面で全反射されて向きを変え、前記第２の光学界面１８ｂおよび第３の光学界面１９から直接導光体前面に向かう光の方向に近い方向に向かうため、第２の導光体１７の前方に出射する光は、この第２の導光体１７にその前方から入射した光が集光された高輝度の光であり、また、この出射光も、導光体１７の正面方向に出射する光の輝度が高い輝度分布の光である。
【００６３】
そして、前記第２の導光体１７の前面からパネル前方に出射した光、つまり前方から入射した外光を照明パネル１０で反射された光は、液晶表示素子１にその背面から入射し、この液晶表示素子１を透過してその素子前方に出射する。
【００６４】
すなわち、上記照明パネル１０は、光源部１４からの光を第１の導光体１１にその入射端面１１ａから取り込んでこの導光体１１の複数の段差面１２ｂから出射し、その光を第２の導光体１７にその背面から取り込んでこの導光体１７の前面に出射するとともに、前記第２の導光体１７にその前方から入射する光をこの導光体１７の背面に出射して前記第１の導光体１１の各段面１２ａで反射させ、その反射光を前記第２の導光体１７にその背面から取り込んでこの導光体１７の前面よりパネル前方に出射するものである。さらに、この照明パネル１０は、前記光源部１４からの光をパネル前方に出射するだけでなく、パネル前方から入射する外光を反射させてパネル前方に出射する機能ももっている。
【００６５】
したがって、この照明パネル１０によれば、光源部１４からの光とパネル前方から入射する外光とをそれぞれパネル前方に出射することができ、また、第１の導光体１１に取り込まれた光源部１４からの光のほとんどが前記第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂから出射し、その光が第２の導光体１７に取り込まれてその前面より前方に出射するとともに、前記第２の導光体１７にそのパネル前方から前面に入射する外光が、この第２の導光体１７を透過して前記第１の導光体１１の複数の段面１２ａで反射され、その反射光が第２の導光体１７を透過してその前面より前方に出射するため、光源部１４からの光を出射するときも、パネル前方から入射する外光を出射するときも、その光を効率良くパネル前方に出射して高輝度の出射光を得ることができる。
【００６６】
すなわち、上記照明パネル１０は、原理的には、光源部１４からの光をほぼ１００％出射するとともに、パネル前方から入射した外光もほぼ１００％反射させて出射できるものである。さらに、上記実施例では、前記第２の導光体１７を、前記複数の入射部１８を間隔を存して設け、導光体後面の前記各入射部１８の間の領域を、前記第１の導光体の各段面１２ａ上の反射面１３に対応する第３の光学界面１９とした構成としているため、この第２の導光体１７の前方から入射した外光を、この導光体１７の背面側の前記各入射部１８およびその間の第３の光学界面１９から出射させるとともに、前記第１の導光体１１の各段面１２ａで反射された光を、前記各入射部１８およびその間の第３の光学界面１９から第２の導光体１７に取り込んで、その光をパネル前方に出射することができる。
【００６７】
また、上記照明パネル１０は、前面を階段形状面とした第１の導光体１１の前面側と、第２の導光体１７の複数の入射部１８を設けた背面側とを対向させて配置したものであるが、前記第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂと第２の導光体１７の複数の入射部１８とを、互いに異なるピッチで設けているが、第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂと第２の導光体１７の複数の入射部１８との相対的なピッチのずれを非周期的にするか、あるいはその周期を大きくしても、モアレ縞の無い良好な光を出射することができる。
【００６８】
すなわち、前記第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂのピッチと第２の導光体１７の複数の入射部１８のピッチとを同じにする場合は、それぞれの導光体１１，１７の加工精度に全く誤差がなければ、出射光にモアレ縞が生ずることはないが、現実には、ある程度の誤差は避けられず、前記導光体１１，１７の加工精度に誤差があると、第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂのピッチと第２の導光体１７の複数の入射部１８のピッチとが周期的にずれるため、出射光にモアレ縞が発生する。
【００６９】
しかし、上記実施例のように、第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂのピッチと第２の導光体１７の複数の入射部１８のピッチとを互いに異なるピッチになるように設計すれば、導光体１１，１７の製作精度の誤差の有無にかかわらず、第１の導光体１１の段差面１２ｂと第２の導光体１７の入射部１８との相対的なピッチのずれが非周期的になるか、あるいは周期的であってもその周期が大きくなるため、出射光にモアレ縞が生じることはない。
【００７０】
そして、上記液晶表示装置は、液晶表示素子１の背後に、光源部１４からの光とパネル前方から入射する外光とをそれぞれパネル前方に出射する上記照明パネル１０を配置したものであり、したがって、半透過反射板を用いずに２ウエイ表示を行なうことができる。
【００７１】
そのため、前記液晶表示装置によれば、半透過反射板による光のロスが無く、また前記照明パネル１０が、光源部１４からの光も、パネル前方から入射する外光も効率良くパネル前方に出射できるため、外光を利用する表示と、照明パネル１０の光を利用する表示との両方を充分に明るくすることができる。
【００７２】
しかも、上記照明パネル１０は、上述したように、所定方向に出射する光の輝度が高い輝度分布の光を出射するため、この照明パネル１０を、正面方向に出射する光の輝度が高い輝度分布の光を出射するように設計（前記第２の光学界面１８ｂの傾斜角を設計）することにより、正面輝度の高い画像を表示することができる。また、上記照明パネル１０は、上述したようにモアレ縞の無い光を出射するため、前記液晶表示装置の表示画像は、モアレ縞の無い良好な画像である。
【００７３】
図３はこの発明の第２の実施例を示す照明パネルの一部分の拡大側面図であり、この実施例の照明パネル１０は、前記第２の導光体１７の前方に、光拡散部材３０を設けたものである。
【００７４】
なお、この実施例の照明パネル１０は、その出射面である前面に光拡散部材３０を設けたものであるが、その他の構成は図１および図２に示した第１の実施例と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【００７５】
この実施例では、前記光拡散部材３０として、拡散板または、板面に垂直で特定の方向に沿った面に対して所定角度以上傾いた角度範囲の入射角で入射した光に対して散乱性を示し、前記所定角度より小さい角度範囲の入射角で入射した光に対してはほとんど散乱性を示さない選択散乱特性を有する散乱板を用いている。
【００７６】
この実施例の照明パネル１０によれば、光源部１４（図１参照）からの光を出射するときも、パネル前方から入射する外光を出射するときも、図に実線および破線で示した経路のように、第２の導光体１７の前面よりパネル前方に出射する光が前記光拡散部材３０により拡散されるため、光の出射角範囲を広くすることができる。
【００７７】
また、この実施例によれば、その前記光拡散部材３０の表面に対してかなり小さい入射角で入射する外光も、前記光拡散部材３０で拡散されて図に破線で示したように入射するため、外光の取り込み角を大きくしてより多くの外光を取り込み、さらに高輝度の反射光を出射することができる。
【００７８】
したがって、この実施例の照明パネル１０を用いれば、前記液晶表示装置の表示の視野角を広げるとともに、外光を利用する表示をより明るくすることができる。図４はこの発明の第３の実施例を示す照明パネルの一部分の拡大側面図であり、この実施例の照明パネル１０は、前記第２の導光体１７の各入射部１８の第１の光学界面１８ａとは反対側の第２の光学界面１８ｂを、曲面からなる集光屈折面１８ｂ′としたものである。
【００７９】
なお、この実施例の照明パネル１０は、第２の導光体１７の複数の入射部１８の第２の光学界面１８ｂを集光屈折面１８ｂ′としたものであるが、その他の構成は図１および図２に示した第１の実施例と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
【００８０】
この実施例の照明パネル１０によれば、第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂから出射し、第２の導光体１７の複数の入射部１８の第１の光学界面１８ａから取り込まれて、反対側に設けた曲率半径が数百μｍ程度の曲面からなる集光屈折面１８ｂ′によりその前面方向に向けて屈折される光が、図に実線で示した経路のように前記集光屈折面１８ｂ′の集光作用によって所定の方向により集光されるため、例えば正面方向の輝度が高い輝度分布の光を出射することができる。
【００８１】
なお、図４には外光の入反射経路は示していないが、外光も、前記集光屈折面１８ｂ′の集光作用により、前記所定方向の輝度が高い輝度分布の光を出射することができる。
【００８２】
したがって、この実施例の照明パネル１０を用いれば、この照明パネル１０を、正面方向に出射する光の輝度が高い輝度分布の光を出射するように設計（前記集光屈折面１８ｂ′を設計）することにより、さらに正面輝度の高い画像を表示することができる。
【００８３】
また、この実施例の照明パネル１０においても、上記第２の実施例と同様に、出射面となる第２の導光体１７の前面に光拡散部材３０を設ければ、照明パネル１０からの光の出射角範囲を広くし、また外光の取り込み角を大きくしてさらに高輝度の反射光を出射することができるため、前記液晶表示装置の表示の視野角を広げるとともに、外光を利用する表示をより明るくすることができる。
【００８４】
また、上記各実施例では、第２の導光体１７として、その背面に複数の入射部１８を設けたものを用いたが、第２の導光体は、第１の導光体１１の複数の段差面１２ｂから出射する光を背面から取り込んでその光をその前面に出射するとともに、パネル前方から入射する光をその背面に出射し、前記第１の導光体１１の複数の段面１２ａ上の反射膜１３で反射された光をその背面から取り込んでパネル前方に出射するものであれば、どのような構成のものでもよい。
【００８５】
また、上記照明パネル１０の光源部１４は、蛍光ランプ４を用いるものに限らず、例えば複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を整列させたＬＥＤアレイ等を用いるものでもよい。
【００８６】
さらに、上記実施例の液晶表示装置は、アクティブマトリックス方式のＴＮ型液晶表示素子１を用いたものであるが、液晶表示素子は、単純マトリックス方式やセグメント方式などのものでもよく、また、ＴＮ型に限らず、ＳＴＮ（スパーツィステッドネマティック）型、ＥＣＢ（複屈折効果）型、動的散乱効果型、強誘電性液晶を用いる液晶表示素子などであってもよい。
【００８７】
また、上記実施例の表示装置は、表示手段に液晶表示素子１を用いたものであるが、この発明は、液晶表示装置に限らず、他の電気光学表示素子や、透光性の画像印刷フィルムなどを表示手段とする表示装置にも適用することができるし、また、この発明の照明パネルは、表示装置に限らず、各種用途に広く用いることができる。
【００８８】
【発明の効果】
この発明の照明パネルは、光源と、前記光源からの照明光が入射する少なくとも１つの端面と、前記端面と直交する複数の段面と、該複数の段面をつなぎ、前記端面から入射した前記照明光を出射する複数の段差面とからなり、前記照明光が出射される前方に配置された階段形状面と、前記各段面上に形成され、前記階段形状面に前方から入射した外光を前記前方に反射する複数の反射面とを備え、透明樹脂により一体的に形成された第１の導光体と、前記第１の導光体の前記階段形状面側に配置され、光を出射させる前面と、前記第１の導光体の前記段差面から出射された照明光を入射させる第１の光学界面と、この入射した照明光を前面方向に内面反射させる第２の光学界面とを有する突起を備え、前記第 1 の導光体から出射した照明光を前面方向に出射し、且つ前記前面方向から入射して前記第１の導光体の段面上の反射面により反射した外光を前記前方に出射する第２の導光体とを有した照明パネルである。
【００８９】
光源光は、第１の導光体の段差面から出射し、第２の導光体内にその背面より取り込まれて前面より出射する。また、第２の導光体の前面にパネル前方より入射した外光はその背面より出射し、前記第１の導光体の複数の段面上の反射膜で反射し、再び、第２の導光体にその背面より取り込まれて前面から出射する。このように、本発明の照明パネルは、光源からの光と、パネル前方から入射する外光との両方とも、効率良くパネル前方に出射して高輝度の出射光を得ることができる。
【００９０】
この発明の照明パネルにおいて、前記第２の導光体を、その背面に、前記第１の導光体の複数の段差面に対して光の出射方向が対向する複数の入射部を突設し、前記段差面に対向する前記入射部の一方の側面を、前記段差面からの出射光を受光する第１の光学界面とし、他方の側面を、前記第１の光学界面で取り込んだ光をその前面方向に向けて反射／屈折させる第２の光学界面とした構成とすることにより、前記第１の導光体の複数の段差面から出射する光のほとんどを、ロスなく前記第２の導光体に取り込んでその前面より出射することができるとともに、その出射光を所定方向に出射する光の輝度が高い輝度分布の光とすることができる。
【００９１】
この場合、前記第２の光学界面を、曲面からなる集光屈折面とすることにより、前記第１の光学界面から取り込まれて第２の光学界面により前面方向に向けて反射／屈折される光が、第２の光学界面である前記集光屈折面の集光作用によって所定の方向に集光するため、パネル前方に高い輝度分布の光を出射することができる。
【００９２】
さらに、前記第２の導光体を、前記複数の入射部を間隔を存して設け、その導光体背面の前記複数の入射部の間の領域を、前記第１の導光体の段部の前面に対向する第３の光学界面とした構成とすることにより、前記第２の導光体の前面から入射した外光を、この導光体の後面の前記各受光部およびその間の第３の光学界面から出射させるとともに、前記第１の導光体の複数の段面上の反射膜で反射された光を、前記複数の入射部およびその間の第３の光学界面から第２の導光体に取り込んで、その光をパネル前方に出射することができる。
【００９３】
また、前記第１の導光体の複数の段差面と第２の導光体の複数の入射部とを、互いに異なるピッチで設けるか、第１の導光体の複数の段差面と第２の導光体の複数の入射部との相対的なピッチのずれを非周期的にするか、あるいはその周期を大きくして、モアレ縞の無い良好な光を出射することができる。
【００９４】
さらに、この発明の照明パネルにおいて、前記第２の導光体の前面に光拡散部材を設ければ、光の出射角範囲を広くすることができるとともに、パネル前方より入射する外光の取り込み角を大きくしてより多くの外光を取り込み、さらに高輝度の反射光を出射することができる。
【００９５】
また、この発明の表示装置は、表示手段である液晶表示素子の背後に、光源部からの光とパネル前方から前面に入射する外光とをそれぞれパネル前方に出射する前記照明パネルを配置したものであるから、外光を利用する表示と、照明パネルの光を利用する表示との両方が充分に明るい２ウエイ表示を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す照明パネルを備えた２ウエイ表示装置の側面図。
【図２】前記照明パネルの一部分の拡大側面図。
【図３】この発明の第２の実施例を示す照明パネルの一部分の側面図。
【図４】この発明の第３の実施例を示す照明パネルの一部分の側面図。
【符号の説明】
１…液晶表示素子
１０…照明パネル
１１…第１の導光体
１１ａ…入射端面
１２…階段形状面
１２ａ…段面
１２ｂ…段差面
１３…反射膜
１４…光源部
１７…第２の導光体
１８…入射部
１８ａ…第１の光学界面
１８ｂ…第２の光学界面
１８ｂ′…集光屈折
１９…第３の光学界面
２０…反射板
３０…光拡散部材
Claims (8)
- 光源と、
前記光源からの照明光が入射する少なくとも１つの端面と、前記端面と直交する複数の段面と、該複数の段面をつなぎ、前記端面から入射した前記照明光を出射する複数の段差面とからなり、前記照明光が出射される前方に配置された階段形状面と、前記各段面上に形成され、前記階段形状面に前方から入射した外光を前記前方に反射する複数の反射面とを備え、透明樹脂により一体的に形成された第１の導光体と、
前記第１の導光体の前記階段形状面側に配置され、光を出射させる前面と、前記第１の導光体の前記段差面から出射された照明光を入射させる第１の光学界面と、この入射した照明光を前面方向に内面反射させる第２の光学界面とを有する突起を備え、前記第 1 の導光体から出射した照明光を前面方向に出射し、且つ前記前面方向から入射して前記第１の導光体の段面上の反射面により反射した外光を前記前方に出射する第２の導光体とからなることを特徴とする照明パネル。 - 前記第２の導光体の前記第１の光学界面と前記第２の光学界面とがそれぞれ、前記第１の光学界面が前記前面の法線に対して５度〜１５度傾斜し、前記第２の光学界面が前記前面に法線に対して２０度〜５０度傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の照明パネル。
- 前記第２の導光体の前記第２の光学界面は、曲面形状をなす集光反射面であることを特徴とする請求項１に記載の照明パネル。
- 前記第２の導光体の前記複数の突起は、間隔を存して設けられており、隣接する前記突起の間の領域が、前記第１の導光体の前記段面に対向し、光を入射および出射させる第３の光学界面となっていることを特徴とする請求項１に記載の照明パネル。
- 前記第１の導光体の前記複数の段面と前記第２の導光体の前記複数の突起とは、互いに異なるピッチで設けられていることを特徴とする請求項１に記載の照明パネル。
- 前記第１の導光体は、前記段面に対向する背面を備えており、前記背面には平板状の反射手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の照明パネル。
- 前記第２の導光体の前記前面上に、光拡散部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の照明パネル。
- 光の透過を制御して表示する透過型表示手段と、この表示手段の背面側に対向させて配置された照明パネルとを備え、
前記照明パネルは、光源と、前記光源からの照明光が入射する少なくとも１つの端面と、前記端面と直交する複数の段面と、該複数の段面をつなぎ、前記端面から入射した前記照明光を出射する複数の段差面とからなり、前記照明光が出射される前方に配置された階段形状面と、前記段面上に形成され、前記階段形状面に前向から入射した外光を前記前方に反射する複数の反射面とを備え、透明樹脂により一体的に形成された第１の導光体と、
前記第１の導光体の前記階段形状面側に配置され、光を出射させる前面と、前記第１の導光体の前記段差面から出射された照明光を入射させる第１の光学界面と、この入射した照明光を前面方向に内面反射させる第２の光学界面とを有する突起を備え、前記第 1 の導光体から出射した照明光を前面方向に出射し、且つ前記前面方向から入射して前記第１の導光体の段面上の反射面により反射した外光を前記前方に出射する第２の導光体とからなることを特徴とする表示装置。
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