JP4336520B2 - 導光体及びこれを備えたフロントライト照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、反射型液晶表示装置の暗所での視認性の向上を図るための補助光源として反射型液晶表示装置に光を照射するフロントライト照明装置等に用いられる導光体と、フロントライト照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過型液晶は屋外の直射日光があたる明るい場所では表示がほとんど見えなくなるが、反射型液晶は鮮明に見える。また反射型液晶は周囲光を利用するため消費電力が少ないというメリットがあるため、携帯電話や携帯情報端末に用いられている。しかし暗所では周囲光が利用できないため画像が認識できない。このため補助照明装置が必要であるが、反射型液晶表示装置は背面に反射膜を有しているため透過型液晶のようなバックライトを利用することができない。
【０００３】
そこで、反射型液晶パネルを照射するフロントライト照射装置が用いられている。フロントライト照明装置は、例えば特許文献１に示すようなものがある。
このフロントライト照明装置は、図１９、２０に示すように、厚さ１〜２ｍｍの導光板６０と光源７０を備えたものである。光源７０はＬＥＤ又は冷陰極管で構成されている。導光板６０は、光源７０からの光を入射する入射面６１を有しており、導光板６０の表面は、導光板６０内の光を反射させて液晶パネル側へ射出する急斜面６６と、導光板６０の内の光を表面から外方へ射出する緩斜面６５とから構成されている。
【０００４】
このフロントライト照明装置では、入射面６１から入射された光は、導光板６０の表面及び裏面で全反射を繰り返して導光板内を伝達する。そして、急斜面６６で反射した光の一部は、裏面での全反射条件からずれるため、裏面を透過して下方の液晶パネル側（図示略）に射出光ＬＡとして射出するようになっている。この液晶表示パネル側に射出した射出光ＬＡは、液晶の表示パターンの反射光となって、再び導光板６０の裏面から導光板６０に入射し表面を透過して観察者が認識できるようになっている。このフロントライト照射装置では、導光板６０内における内部光の光量は、光源７０側から離れるにしたがって徐々に減少する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１１０２２３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフロントライト照明装置では、導光板６０内における内部光の光量が光源７０側から離れるにしたがって徐々に減少しているのに対し、各急斜面６６の面積は一様であるので、光源７０側に近い急斜面６６ａで反射して射出した射出光ＬＡ１は、光源７０から遠い急斜面６６ｂで反射して射出した射出光ＬＡ２よりも明るくなる。従って、図４の曲線ａに示すように、導光板６０内における内部光の反射光量が光源７０側から離れるにつれて徐々に減少するので、導光板６０の各位置から射出する光が一様でなく、不均一となるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、導光体から射出する射出光が均一となる導光体を提供すると共に、この導光体を備えたフロントライト照明装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、光源からの光を内部に入射する入射面と、この入射面に対向する終端面と、入射面から入射された内部光を被照射物側へ射出すると共に被照射物からの反射光を入射する第１射出面と、この第１射出面に対向すると共に、反射光を観測者側へ射出する第２射出面とを有する導光体において、前記第２射出面には、線状の複数の突起部が形成されており、前記各突起部は、前記第２射出面において前記入射面から前記終端面に向かって並列に配置されていると共に、第２射出面の平坦面に対する各突起部の高さは、入射面から終端面に近づくにつれて次第に高くなるように設定し、前記各突起部は、断面三角形状の突起であり、前記入射面から最も近い突起部の高さをｈ０、前記入射面から最も近い突起部の入射面からの距離をｘ０、入射面から最も遠い突起部の高さをｈｍ、入射面から最も遠い突起部の入射面からの距離をｘｍとし、ある突起部の高さｈは入射面からその突起部までの距離をｘとして、
ｈ＝ｈ０＋（ｈｍ−ｈ０）＊（（ｘ−ｘ０)／（ｘｍ−ｘ０））＾ｎ
と表され（ｋ＾ｊはｋのｊ乗を表す）、ｈ０は０．２ｈｍ〜０．４ｈｍ、ｎは２．５〜３．５であり、前記突起部のピッチを一定としたことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜１８は本発明の実施の形態を示している。図１は本発明の導光体とこれを備えたフロントライト型照明装置と、このフロントライト照明装置の下方に配置された被照射物の斜視図である。
図１に示すように、フロントライト照明装置１は、導光体２と、光源３とを有しており、下方に配置された被照射物４に対して光源３の光を導光体２を介して照射するものである。この被照射物４は例えば反射型液晶パネル４ａとし、図１又は２に示すように、導光体２から照射された光を反射型液晶パネル４ａの表示部５側で反射して、この反射型液晶パネル４ａに導光体２を介して対向している観測者Ｅに反射型液晶パネル４ａの表示部５に表示された画像等を提供するものである。
【００１７】
フロントライト型照明装置１の導光体２（導光板）は、薄い板状に形成され、光を内部に入射する側端側の入射面７と、この入射面７に対向する終端面８と、第１射出面９、第２射出面１０とを有している。フロントライト型照明装置１の光源３は、冷陰極管、又はＬＥＤ等から構成されており、入射面７の側方に配置され、光源３からの点又は直線状の光は、入射面７から導光体２の内部へと入射するようになっている。
【００１８】
導光体２の第１射出面９は、導光体２の裏面側の平坦な面であって、反射型液晶パネル４ａの表示部５の上部に位置するように設けられている。この第１射出面９は、入射面７から入射された内部光Ｌ１を反射型液晶パネル４ａ側へ射出（透過）すると共に反射型液晶パネル４ａからの反射光Ｌ２を入射（透過）する機能を有している。導光体２の第２射出面１０は、第１射出面９に対向する表面側の面であって、この第２射出面１０の表面には、複数の帯状（線状）の突起部１１が形成されている。この第２射出面１０は、反射型液晶パネル４ａの表示部５から反射された反射光Ｌ２を観測者Ｅ側へ射出（透過）すると共に、内部光Ｌ１を第１射出面９側に反射する機能を有している。
【００１９】
各突起部１１は、断面三角形状の突起であり、突起部１１の頂部稜線が入射面７の長手方向に略平行になるように、入射面７から終端面８に向かって複数、並列に配置している。各突起部１１の長さＬは、略一定であり、各突起部１１の配列ピッチＰは、略一定となっている。各突起部１１の高さＨ（第２射出面１０の平坦面に対する各突起部１１の高さＨ）は、入射面７から終端面８に近づくにつれて次第に高くなっている。また、突起部１１は、反射型液晶パネル４ａの表示部５からの反射光Ｌ２を透過する第１傾斜面１２と、第２傾斜面１３とから構成されている。この第１傾斜面１２は、突起部１１の頂部稜線から見て、法線Ｎから入射面７側の傾斜であり、第２傾斜面１３は、終端面８側の傾斜である。
【００２０】
図３に示すように、各突起部１１において、第１傾斜面１２は第２傾斜面１３に比べ、緩やかな傾斜となっており、第２射出面１０の平坦面に対する第１傾斜面１２の傾斜角度α、及び第２射出面１０の平坦面に対する第２傾斜面１３の傾斜角度βは一定である。第２傾斜面１３は、内部光Ｌ１を第１射出面９側に反射して、その光を、第１射出面９に沿って設けられている反射型液晶パネル４ａの表示部５に射出（照射）する機能を有している。
したがって、第１、２射出面９、１０により、入射面７から導光体２内に入射した内部光Ｌ１は次のようになる。
【００２１】
図２、３に示すように、入射面７から内部に入射した内部光Ｌ１は、第１射出面９と第２射出面１０とで反射しながら、終端面８側に向けて伝搬していき、内部光Ｌ１の一部は第２射出面１０の第２傾斜面１３で反射して、第１射出面９側へ向かい、その光は、第１射出面９から反射型液晶パネル４ａの表示部５に向けて第１射出面９から射出光Ｌ３として射出し、反射型液晶パネル４ａの表示部５側から反射した反射光Ｌ２は、第１射出面９から内部へ入射し、その反射光Ｌ２は、導光体２内を厚み方向（法線Ｎ方向）に伝搬して、第２射出面１０の第１傾斜面１２及び第２射出面１０の平坦面から観測者Ｅ側に射出する。
ここにおいて、第２傾斜面１３で反射して反射型液晶パネル４ａに入射する光は、突起部１１の構成により、均一となっている。
【００２２】
図２、３に示すように、入射面７から入射された内部光Ｌ１の一部は、各突起部１１の第２傾斜面１３により反射して、反射型液晶パネル４ａの表示部５に伝搬するので、この導光体２内を伝搬している内部光Ｌ１の光量（輝度）は、光源３から離れるにしたがって（入射面７側から終端面８側になるにつれて）徐々に減少する。
【００２３】
本実施の形態の場合、それぞれの突起部１１の長さＬが一定であり、第１、２傾斜面１２、１３の傾斜角度α、βが一定であるため、突起部１１の高さＨを入射面７から終端面８になるにしたがって（入射面７から離れるにつれて）次第に高くすると、各突起部１１の第２傾斜面１３における光の反射面積は、入射面７側から終端面８側になるにしたがって徐々に増加する。そのため、内部光Ｌ１の光量が終端面８側になるにつれて次第に減少したとしても、第２傾斜面１３の反射面積増加により第２傾斜面１３に当たる内部光Ｌ１の割合が増加するので、各第２傾斜面１３における反射光量は、略一定となり、これにより、反射型液晶パネル４ａに伝搬する射出光Ｌ３は、全体的に均一化される。
言い換えれば、内部光Ｌ１量の多い位置においては、第２傾斜面１３の反射面積を少なくすると共に、内部光Ｌ２量の少ない位置においては、第２傾斜面１３の反射面積を増加させることで、各第２傾斜面１３が反射する反射光量のばらつきをなくしている。
【００２４】
図２に示すように、突起部１１の配列ピッチＰは一定とし、この配列ピッチＰは、反射型液晶パネル４ａの表示部５の画素ピッチよりも小さいか又は同じとすれば、反射型液晶パネル４ａの表示部５の２重写りを防止すると共に、画質が低下することもない。
ここで、図３に示すように、第２射出面１０の平坦面に対する各突起部１１の第１傾斜面１２の傾斜角度αを一定、第２射出面１０の平坦面に対する各突起部１１の第２傾斜面１３の傾斜角度βを一定としたとき、第２射出面１０に形成可能な突起部１１の最大の高さは、
Ｈ＝ｐ・ｔａｎα・ｔａｎβ／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）
と表される。例えば、α＝６°（一定）、β＝４０°（一定）、Ｐ＝１００μｍとすると、最大の高さは、９．３μｍとなる。
【００２５】
また、入射面７から最も近い突起部１１の高さをｈ０、入射面７から最も近い突起部１１の入射面７からの距離をｘ０、入射面７から最も遠い突起部１１の高さをｈｍ、入射面７から最も遠い突起部１１の入射面７からの距離をｘｍとする。ある突起部１１の高さｈは入射面７から距離をｘとすると、
ｈ＝ｈ０＋（ｈｍ−ｈ０）＊（（ｘ−ｘ０)／（ｘｍ−ｘ０））＾ｎ ・・（１）
と表される（ｋ＾ｊはｋのｊ乗を表す）。ここで、例えば、ｈ０は０．２ｈｍ〜０．４ｈｍとする。
【００２６】
例えば、各突起部１１の第１傾斜面１２の傾斜角度α＝６°（一定）とし、各突起部１１の第２傾斜面１３の傾斜角度β＝４０°（一定）とし、各突起部１１の配列ピッチＰを１００μｍしたときの各突起部１１の高さｈを算出し、入射面７から最も近い突起部１１からの距離に対しての反射光量をｎ＝２．０〜４．０の範囲で測定すると、図４に示すような結果になった。図４によれば、入射面７から最も近い突起部１１から離れた位置においても比較的、反射光量は均一化している。このグラフよりｎは２．５〜３．５とするのが好ましい。特に、（１）式においてｎ＝３．０の場合、最も反射光量が均一化している。
なお、図４において、曲線ａは突起部のピッチ及び高さを一定としたときの従来のフロントライト装置の反射光量であり、従来に比べ、本実施の形態では、光源３から離れても反射光量が低下することがない。
【００２７】
ところで、図３に示すように、突起部１１の第２傾斜面１３に当たった内部光Ｌ１は、すべて第２傾斜面１３で反射するわけではなく、一部は迷光Ｌ４として観測者Ｅ側に射出する。この迷光Ｌ４が多く、且つ、この迷光Ｌ４の射出方向が法線Ｎ方向と略一致している場合、即ち、迷光Ｌ４と法線Ｎとの迷光角度ｉ２が０°近傍の場合、観測者Ｅは、反射型液晶パネル４ａの表示部５が見にくくなる恐れがある。また、迷光Ｌ４が多くなると、導光体２内を伝搬する内部光Ｌ１の減少率が増加するので、反射型液晶パネル４ａへ射出する射出光Ｌ３の輝度が減少し、コントラストが低下して、表示部４ａの視認性が悪くなる恐れがある。
【００２８】
そこで、本実施の形態では、第１射出面９の平坦面に対する第１傾斜面１２の傾斜角度αを、４°〜１０°とし、第２射出面１０の平坦面に対する第２傾斜面１３の傾斜角度βを、３５°〜４５°とすることによって、迷光Ｌ４の量を抑えて反射型液晶パネル４ａへ射出する射出光Ｌ３の輝度を向上させている。
なお、導光体２から反射型液晶パネル４ａへ射出する射出光Ｌ３の伝搬方向は、法線Ｎ方向が好ましく、通常、この導光体２から反射型液晶パネル４ａへ射出する射出光Ｌ３の法線Ｎとの射出光角度ｉ１は、０°近傍になるように、第１傾斜面１２の傾斜角度α、第２傾斜面１３の傾斜角度βは設定される。
【００２９】
例えば、第２傾斜面１３の傾斜角度βを４０°（一定）とし、第１傾斜面１２の傾斜角度αを２°〜２０°まで２°刻みに変化させたときの、射出光角度ｉ１及び迷光角度ｉ２に対する射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度及び迷い光Ｌ４（ＴＥ，ＴＭ）の光強度は、図５〜図１４のようになった。図５〜図１４に示すように、第１傾斜面１２の傾斜角度αが４°〜２０°では、射出光角度ｉ１が０°近傍での射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度は１．２以上であり、傾斜角度αの変化による差異は少ない。傾斜角度αが１０°以上になると、全体的に迷光Ｌ４（ＴＥ，ＴＭ）の光量が増加する。
したがって、図６〜９に示すように、第１傾斜面１２の傾斜角度αは、射出光Ｌ３の光強度が高く（１．２以上）、且つ、迷光Ｌ４の量の少なくなる角度、即ち、４°〜１０°の範囲で設定するのが好ましい。
【００３０】
また、第１傾斜面１２の傾斜角度αを６°（一定）とし、第２傾斜面１３の傾斜角度βを３０°〜５０°まで５°刻みに変化させたときの、射出光角度ｉ１及び迷光角度ｉ２に対する射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度及び迷い光Ｌ４（ＴＥ，ＴＭ）の光強度は、図７及び図１５〜１８に示すようになった。図１５に示すように、第２傾斜面１３の傾斜角度βが３０°では、射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度がピークとなるときの射出光角度ｉ１は、３０°前後となっており、射出光角度ｉ１は０°よりも大きくずれている。さらに、図１８に示すように、第２傾斜面１３の傾斜角度βが５０°では、射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度がピークとなるときの射出光角度ｉ１は、−２０°前後となり、射出光角度ｉ１は０°よりも大きくずれている。
したがって、図７及び図１６〜１７に示すように、第２傾斜面１３の傾斜角度βは、射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度のピークが射出光角度ｉ１が０°の近傍となる角度、即ち、３５°〜４５°の範囲で設定するのが好ましい。
【００３１】
以上、第２射出面１０の突起部１１の構成によれば、光源３（入射面７）から左右方向に離れるにしたがって、突起部１１の高さを増加させて、突起部１１における光の反射面積を増加しているので、光源２から離れた位置においても、各突起部１１における反射光量が略一定となり、さらに、突起部１１の配列ピッチＰは一定であるので、反射型液晶パネル４ａに射出する射出光Ｌ３の輝度が全体的に均一化する。
【００３２】
また、第１傾斜面１２、及び、第２傾斜面１３の傾斜角度α、βを上記のように設定することによって、導光体２から射出する迷光Ｌ４の量を減少させることができ、これにより、光源３の光の効率を向上させ、フロントライト照明装置１において省電力化が図ることが可能となる。
さらに、各突起部１１の配列ピッチＰと反射型液晶パネル４ａの表示部５の画素ピッチとを対応させれば、表示部５の１画素当たりの（単位面積当たり）の入射する光量を略一定とすることが可能である。
【００３３】
本発明は、上記記載の実施の形態に限定されることなく適宜に設計変更が可能である。上記の実施の形態では、互いの突起部１１の配列ピッチＰを一定としたが、被照射物の形態に合わせて、不規則にしてもよい。
【００３４】
また、上記の実施の形態では、入射面７とそれに対向する終端面８を設けていたが、これに代え、終端面８を他の入射面７’として、その入射面７’の側方に光源３を設け、導光体２の左右両端面から光を導光体２内に入射するようにしてもよい。この場合、突起部１１の高さは、光源２（入射面７及び入射面７’）から離れるにしたがって高くすればよいので、導光体２の左右方向中心部に位置する突起部１１が最も高く、その突起部１１から入射面７、入射面７’方向に近づくにしたがって徐々に突起部１１の高さを低くすればよい。
【００３５】
また、フロントライト照明装置１と反射型液晶パネル４ａとを備えた反射型液晶装置は、各種の画像表示装置等に搭載することができる。この反射型液晶装置は、例えば、パーソナルコンピュータ（ノートパソコン）、携帯端末（ＰＤＡ）、ポータブルテレビジョン等に搭載できる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、導光体及びそれを備えたフロントライト照明装置では、被照射物へ照射する射出光を均一化することが可能となる。また、導光体から射出する迷光の量を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導光体とそれを備えたフロントライト照明装置の下方に配置された被照射物（反射型液晶パネル）の分解斜視図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】内部光の伝搬と突起部の説明図である。
【図４】距離ｘにおける反射光量の分布図である。
【図５】第１傾斜角度（α＝２°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図６】第１傾斜角度（α＝４°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図７】第１傾斜角度（α＝６°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図８】第１傾斜角度（α＝８°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図９】第１傾斜角度（α＝１０°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１０】第１傾斜角度（α＝１２°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１１】第１傾斜角度（α＝１４°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１２】第１傾斜角度（α＝１６°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１３】第１傾斜角度（α＝１８°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１４】第１傾斜角度（α＝２０°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１５】第１傾斜角度（α＝６°）、第２傾斜角度（β＝３０°）における射出光強度の特性図である。
【図１６】第１傾斜角度（α＝６°）、第２傾斜角度（β＝３５°）における射出光強度の特性図である。
【図１７】第１傾斜角度（α＝６°）、第２傾斜角度（β＝４５°）における射出光強度の特性図である。
【図１８】第１傾斜角度（α＝６°）、第２傾斜角度（β＝５０°）における射出光強度の特性図である。
【図１９】従来のフロントライト照明装置の斜視図である。
【図２０】従来のフロントライト照明装置の側面図である。
【符号の説明】
１ フロントライト照明装置
２ 導光体
３ 光源
４ 被照射物
５ 表示部
７ 入射面
８ 終端面
９ 第１射出面
１０ 第２射出面
１１ 突起部
１２ 第１傾斜面
１３ 第２傾斜面
Ｅ 観測者
Ｌ１ 内部光
Ｌ２ 反射光
Ｌ３ 射出光
Ｌ４ 迷光
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、反射型液晶表示装置の暗所での視認性の向上を図るための補助光源として反射型液晶表示装置に光を照射するフロントライト照明装置等に用いられる導光体と、フロントライト照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過型液晶は屋外の直射日光があたる明るい場所では表示がほとんど見えなくなるが、反射型液晶は鮮明に見える。また反射型液晶は周囲光を利用するため消費電力が少ないというメリットがあるため、携帯電話や携帯情報端末に用いられている。しかし暗所では周囲光が利用できないため画像が認識できない。このため補助照明装置が必要であるが、反射型液晶表示装置は背面に反射膜を有しているため透過型液晶のようなバックライトを利用することができない。
【０００３】
そこで、反射型液晶パネルを照射するフロントライト照射装置が用いられている。フロントライト照明装置は、例えば特許文献１に示すようなものがある。
このフロントライト照明装置は、図１９、２０に示すように、厚さ１〜２ｍｍの導光板６０と光源７０を備えたものである。光源７０はＬＥＤ又は冷陰極管で構成されている。導光板６０は、光源７０からの光を入射する入射面６１を有しており、導光板６０の表面は、導光板６０内の光を反射させて液晶パネル側へ射出する急斜面６６と、導光板６０の内の光を表面から外方へ射出する緩斜面６５とから構成されている。
【０００４】
このフロントライト照明装置では、入射面６１から入射された光は、導光板６０の表面及び裏面で全反射を繰り返して導光板内を伝達する。そして、急斜面６６で反射した光の一部は、裏面での全反射条件からずれるため、裏面を透過して下方の液晶パネル側（図示略）に射出光ＬＡとして射出するようになっている。この液晶表示パネル側に射出した射出光ＬＡは、液晶の表示パターンの反射光となって、再び導光板６０の裏面から導光板６０に入射し表面を透過して観察者が認識できるようになっている。このフロントライト照射装置では、導光板６０内における内部光の光量は、光源７０側から離れるにしたがって徐々に減少する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１１０２２３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフロントライト照明装置では、導光板６０内における内部光の光量が光源７０側から離れるにしたがって徐々に減少しているのに対し、各急斜面６６の面積は一様であるので、光源７０側に近い急斜面６６ａで反射して射出した射出光ＬＡ１は、光源７０から遠い急斜面６６ｂで反射して射出した射出光ＬＡ２よりも明るくなる。従って、図４の曲線ａに示すように、導光板６０内における内部光の反射光量が光源７０側から離れるにつれて徐々に減少するので、導光板６０の各位置から射出する光が一様でなく、不均一となるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、導光体から射出する射出光が均一となる導光体を提供すると共に、この導光体を備えたフロントライト照明装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、光源からの光を内部に入射する入射面と、この入射面に対向する終端面と、入射面から入射された内部光を被照射物側へ射出すると共に被照射物からの反射光を入射する第１射出面と、この第１射出面に対向すると共に、反射光を観測者側へ射出する第２射出面とを有する導光体において、前記第２射出面には、線状の複数の突起部が形成されており、前記各突起部は、前記第２射出面において前記入射面から前記終端面に向かって並列に配置されていると共に、第２射出面の平坦面に対する各突起部の高さは、入射面から終端面に近づくにつれて次第に高くなるように設定し、前記各突起部は、断面三角形状の突起であり、前記入射面から最も近い突起部の高さをｈ０、前記入射面から最も近い突起部の入射面からの距離をｘ０、入射面から最も遠い突起部の高さをｈｍ、入射面から最も遠い突起部の入射面からの距離をｘｍとし、ある突起部の高さｈは入射面からその突起部までの距離をｘとして、
ｈ＝ｈ０＋（ｈｍ−ｈ０）＊（（ｘ−ｘ０)／（ｘｍ−ｘ０））＾ｎ
と表され（ｋ＾ｊはｋのｊ乗を表す）、ｈ０は０．２ｈｍ〜０．４ｈｍ、ｎは２．５〜３．５であり、前記突起部のピッチを一定としたことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜１８は本発明の実施の形態を示している。図１は本発明の導光体とこれを備えたフロントライト型照明装置と、このフロントライト照明装置の下方に配置された被照射物の斜視図である。
図１に示すように、フロントライト照明装置１は、導光体２と、光源３とを有しており、下方に配置された被照射物４に対して光源３の光を導光体２を介して照射するものである。この被照射物４は例えば反射型液晶パネル４ａとし、図１又は２に示すように、導光体２から照射された光を反射型液晶パネル４ａの表示部５側で反射して、この反射型液晶パネル４ａに導光体２を介して対向している観測者Ｅに反射型液晶パネル４ａの表示部５に表示された画像等を提供するものである。
【００１７】
フロントライト型照明装置１の導光体２（導光板）は、薄い板状に形成され、光を内部に入射する側端側の入射面７と、この入射面７に対向する終端面８と、第１射出面９、第２射出面１０とを有している。フロントライト型照明装置１の光源３は、冷陰極管、又はＬＥＤ等から構成されており、入射面７の側方に配置され、光源３からの点又は直線状の光は、入射面７から導光体２の内部へと入射するようになっている。
【００１８】
導光体２の第１射出面９は、導光体２の裏面側の平坦な面であって、反射型液晶パネル４ａの表示部５の上部に位置するように設けられている。この第１射出面９は、入射面７から入射された内部光Ｌ１を反射型液晶パネル４ａ側へ射出（透過）すると共に反射型液晶パネル４ａからの反射光Ｌ２を入射（透過）する機能を有している。導光体２の第２射出面１０は、第１射出面９に対向する表面側の面であって、この第２射出面１０の表面には、複数の帯状（線状）の突起部１１が形成されている。この第２射出面１０は、反射型液晶パネル４ａの表示部５から反射された反射光Ｌ２を観測者Ｅ側へ射出（透過）すると共に、内部光Ｌ１を第１射出面９側に反射する機能を有している。
【００１９】
各突起部１１は、断面三角形状の突起であり、突起部１１の頂部稜線が入射面７の長手方向に略平行になるように、入射面７から終端面８に向かって複数、並列に配置している。各突起部１１の長さＬは、略一定であり、各突起部１１の配列ピッチＰは、略一定となっている。各突起部１１の高さＨ（第２射出面１０の平坦面に対する各突起部１１の高さＨ）は、入射面７から終端面８に近づくにつれて次第に高くなっている。また、突起部１１は、反射型液晶パネル４ａの表示部５からの反射光Ｌ２を透過する第１傾斜面１２と、第２傾斜面１３とから構成されている。この第１傾斜面１２は、突起部１１の頂部稜線から見て、法線Ｎから入射面７側の傾斜であり、第２傾斜面１３は、終端面８側の傾斜である。
【００２０】
図３に示すように、各突起部１１において、第１傾斜面１２は第２傾斜面１３に比べ、緩やかな傾斜となっており、第２射出面１０の平坦面に対する第１傾斜面１２の傾斜角度α、及び第２射出面１０の平坦面に対する第２傾斜面１３の傾斜角度βは一定である。第２傾斜面１３は、内部光Ｌ１を第１射出面９側に反射して、その光を、第１射出面９に沿って設けられている反射型液晶パネル４ａの表示部５に射出（照射）する機能を有している。
したがって、第１、２射出面９、１０により、入射面７から導光体２内に入射した内部光Ｌ１は次のようになる。
【００２１】
図２、３に示すように、入射面７から内部に入射した内部光Ｌ１は、第１射出面９と第２射出面１０とで反射しながら、終端面８側に向けて伝搬していき、内部光Ｌ１の一部は第２射出面１０の第２傾斜面１３で反射して、第１射出面９側へ向かい、その光は、第１射出面９から反射型液晶パネル４ａの表示部５に向けて第１射出面９から射出光Ｌ３として射出し、反射型液晶パネル４ａの表示部５側から反射した反射光Ｌ２は、第１射出面９から内部へ入射し、その反射光Ｌ２は、導光体２内を厚み方向（法線Ｎ方向）に伝搬して、第２射出面１０の第１傾斜面１２及び第２射出面１０の平坦面から観測者Ｅ側に射出する。
ここにおいて、第２傾斜面１３で反射して反射型液晶パネル４ａに入射する光は、突起部１１の構成により、均一となっている。
【００２２】
図２、３に示すように、入射面７から入射された内部光Ｌ１の一部は、各突起部１１の第２傾斜面１３により反射して、反射型液晶パネル４ａの表示部５に伝搬するので、この導光体２内を伝搬している内部光Ｌ１の光量（輝度）は、光源３から離れるにしたがって（入射面７側から終端面８側になるにつれて）徐々に減少する。
【００２３】
本実施の形態の場合、それぞれの突起部１１の長さＬが一定であり、第１、２傾斜面１２、１３の傾斜角度α、βが一定であるため、突起部１１の高さＨを入射面７から終端面８になるにしたがって（入射面７から離れるにつれて）次第に高くすると、各突起部１１の第２傾斜面１３における光の反射面積は、入射面７側から終端面８側になるにしたがって徐々に増加する。そのため、内部光Ｌ１の光量が終端面８側になるにつれて次第に減少したとしても、第２傾斜面１３の反射面積増加により第２傾斜面１３に当たる内部光Ｌ１の割合が増加するので、各第２傾斜面１３における反射光量は、略一定となり、これにより、反射型液晶パネル４ａに伝搬する射出光Ｌ３は、全体的に均一化される。
言い換えれば、内部光Ｌ１量の多い位置においては、第２傾斜面１３の反射面積を少なくすると共に、内部光Ｌ２量の少ない位置においては、第２傾斜面１３の反射面積を増加させることで、各第２傾斜面１３が反射する反射光量のばらつきをなくしている。
【００２４】
図２に示すように、突起部１１の配列ピッチＰは一定とし、この配列ピッチＰは、反射型液晶パネル４ａの表示部５の画素ピッチよりも小さいか又は同じとすれば、反射型液晶パネル４ａの表示部５の２重写りを防止すると共に、画質が低下することもない。
ここで、図３に示すように、第２射出面１０の平坦面に対する各突起部１１の第１傾斜面１２の傾斜角度αを一定、第２射出面１０の平坦面に対する各突起部１１の第２傾斜面１３の傾斜角度βを一定としたとき、第２射出面１０に形成可能な突起部１１の最大の高さは、
Ｈ＝ｐ・ｔａｎα・ｔａｎβ／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）
と表される。例えば、α＝６°（一定）、β＝４０°（一定）、Ｐ＝１００μｍとすると、最大の高さは、９．３μｍとなる。
【００２５】
また、入射面７から最も近い突起部１１の高さをｈ０、入射面７から最も近い突起部１１の入射面７からの距離をｘ０、入射面７から最も遠い突起部１１の高さをｈｍ、入射面７から最も遠い突起部１１の入射面７からの距離をｘｍとする。ある突起部１１の高さｈは入射面７から距離をｘとすると、
ｈ＝ｈ０＋（ｈｍ−ｈ０）＊（（ｘ−ｘ０)／（ｘｍ−ｘ０））＾ｎ ・・（１）
と表される（ｋ＾ｊはｋのｊ乗を表す）。ここで、例えば、ｈ０は０．２ｈｍ〜０．４ｈｍとする。
【００２６】
例えば、各突起部１１の第１傾斜面１２の傾斜角度α＝６°（一定）とし、各突起部１１の第２傾斜面１３の傾斜角度β＝４０°（一定）とし、各突起部１１の配列ピッチＰを１００μｍしたときの各突起部１１の高さｈを算出し、入射面７から最も近い突起部１１からの距離に対しての反射光量をｎ＝２．０〜４．０の範囲で測定すると、図４に示すような結果になった。図４によれば、入射面７から最も近い突起部１１から離れた位置においても比較的、反射光量は均一化している。このグラフよりｎは２．５〜３．５とするのが好ましい。特に、（１）式においてｎ＝３．０の場合、最も反射光量が均一化している。
なお、図４において、曲線ａは突起部のピッチ及び高さを一定としたときの従来のフロントライト装置の反射光量であり、従来に比べ、本実施の形態では、光源３から離れても反射光量が低下することがない。
【００２７】
ところで、図３に示すように、突起部１１の第２傾斜面１３に当たった内部光Ｌ１は、すべて第２傾斜面１３で反射するわけではなく、一部は迷光Ｌ４として観測者Ｅ側に射出する。この迷光Ｌ４が多く、且つ、この迷光Ｌ４の射出方向が法線Ｎ方向と略一致している場合、即ち、迷光Ｌ４と法線Ｎとの迷光角度ｉ２が０°近傍の場合、観測者Ｅは、反射型液晶パネル４ａの表示部５が見にくくなる恐れがある。また、迷光Ｌ４が多くなると、導光体２内を伝搬する内部光Ｌ１の減少率が増加するので、反射型液晶パネル４ａへ射出する射出光Ｌ３の輝度が減少し、コントラストが低下して、表示部４ａの視認性が悪くなる恐れがある。
【００２８】
そこで、本実施の形態では、第１射出面９の平坦面に対する第１傾斜面１２の傾斜角度αを、４°〜１０°とし、第２射出面１０の平坦面に対する第２傾斜面１３の傾斜角度βを、３５°〜４５°とすることによって、迷光Ｌ４の量を抑えて反射型液晶パネル４ａへ射出する射出光Ｌ３の輝度を向上させている。
なお、導光体２から反射型液晶パネル４ａへ射出する射出光Ｌ３の伝搬方向は、法線Ｎ方向が好ましく、通常、この導光体２から反射型液晶パネル４ａへ射出する射出光Ｌ３の法線Ｎとの射出光角度ｉ１は、０°近傍になるように、第１傾斜面１２の傾斜角度α、第２傾斜面１３の傾斜角度βは設定される。
【００２９】
例えば、第２傾斜面１３の傾斜角度βを４０°（一定）とし、第１傾斜面１２の傾斜角度αを２°〜２０°まで２°刻みに変化させたときの、射出光角度ｉ１及び迷光角度ｉ２に対する射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度及び迷い光Ｌ４（ＴＥ，ＴＭ）の光強度は、図５〜図１４のようになった。図５〜図１４に示すように、第１傾斜面１２の傾斜角度αが４°〜２０°では、射出光角度ｉ１が０°近傍での射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度は１．２以上であり、傾斜角度αの変化による差異は少ない。傾斜角度αが１０°以上になると、全体的に迷光Ｌ４（ＴＥ，ＴＭ）の光量が増加する。
したがって、図６〜９に示すように、第１傾斜面１２の傾斜角度αは、射出光Ｌ３の光強度が高く（１．２以上）、且つ、迷光Ｌ４の量の少なくなる角度、即ち、４°〜１０°の範囲で設定するのが好ましい。
【００３０】
また、第１傾斜面１２の傾斜角度αを６°（一定）とし、第２傾斜面１３の傾斜角度βを３０°〜５０°まで５°刻みに変化させたときの、射出光角度ｉ１及び迷光角度ｉ２に対する射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度及び迷い光Ｌ４（ＴＥ，ＴＭ）の光強度は、図７及び図１５〜１８に示すようになった。図１５に示すように、第２傾斜面１３の傾斜角度βが３０°では、射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度がピークとなるときの射出光角度ｉ１は、３０°前後となっており、射出光角度ｉ１は０°よりも大きくずれている。さらに、図１８に示すように、第２傾斜面１３の傾斜角度βが５０°では、射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度がピークとなるときの射出光角度ｉ１は、−２０°前後となり、射出光角度ｉ１は０°よりも大きくずれている。
したがって、図７及び図１６〜１７に示すように、第２傾斜面１３の傾斜角度βは、射出光Ｌ３（ＴＥ，ＴＭ）の光強度のピークが射出光角度ｉ１が０°の近傍となる角度、即ち、３５°〜４５°の範囲で設定するのが好ましい。
【００３１】
以上、第２射出面１０の突起部１１の構成によれば、光源３（入射面７）から左右方向に離れるにしたがって、突起部１１の高さを増加させて、突起部１１における光の反射面積を増加しているので、光源２から離れた位置においても、各突起部１１における反射光量が略一定となり、さらに、突起部１１の配列ピッチＰは一定であるので、反射型液晶パネル４ａに射出する射出光Ｌ３の輝度が全体的に均一化する。
【００３２】
また、第１傾斜面１２、及び、第２傾斜面１３の傾斜角度α、βを上記のように設定することによって、導光体２から射出する迷光Ｌ４の量を減少させることができ、これにより、光源３の光の効率を向上させ、フロントライト照明装置１において省電力化が図ることが可能となる。
さらに、各突起部１１の配列ピッチＰと反射型液晶パネル４ａの表示部５の画素ピッチとを対応させれば、表示部５の１画素当たりの（単位面積当たり）の入射する光量を略一定とすることが可能である。
【００３３】
本発明は、上記記載の実施の形態に限定されることなく適宜に設計変更が可能である。上記の実施の形態では、互いの突起部１１の配列ピッチＰを一定としたが、被照射物の形態に合わせて、不規則にしてもよい。
【００３４】
また、上記の実施の形態では、入射面７とそれに対向する終端面８を設けていたが、これに代え、終端面８を他の入射面７’として、その入射面７’の側方に光源３を設け、導光体２の左右両端面から光を導光体２内に入射するようにしてもよい。この場合、突起部１１の高さは、光源２（入射面７及び入射面７’）から離れるにしたがって高くすればよいので、導光体２の左右方向中心部に位置する突起部１１が最も高く、その突起部１１から入射面７、入射面７’方向に近づくにしたがって徐々に突起部１１の高さを低くすればよい。
【００３５】
また、フロントライト照明装置１と反射型液晶パネル４ａとを備えた反射型液晶装置は、各種の画像表示装置等に搭載することができる。この反射型液晶装置は、例えば、パーソナルコンピュータ（ノートパソコン）、携帯端末（ＰＤＡ）、ポータブルテレビジョン等に搭載できる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、導光体及びそれを備えたフロントライト照明装置では、被照射物へ照射する射出光を均一化することが可能となる。また、導光体から射出する迷光の量を減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導光体とそれを備えたフロントライト照明装置の下方に配置された被照射物（反射型液晶パネル）の分解斜視図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】内部光の伝搬と突起部の説明図である。
【図４】距離ｘにおける反射光量の分布図である。
【図５】第１傾斜角度（α＝２°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図６】第１傾斜角度（α＝４°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図７】第１傾斜角度（α＝６°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図８】第１傾斜角度（α＝８°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図９】第１傾斜角度（α＝１０°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１０】第１傾斜角度（α＝１２°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１１】第１傾斜角度（α＝１４°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１２】第１傾斜角度（α＝１６°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１３】第１傾斜角度（α＝１８°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１４】第１傾斜角度（α＝２０°）、第２傾斜角度（β＝４０°）における射出光強度の特性図である。
【図１５】第１傾斜角度（α＝６°）、第２傾斜角度（β＝３０°）における射出光強度の特性図である。
【図１６】第１傾斜角度（α＝６°）、第２傾斜角度（β＝３５°）における射出光強度の特性図である。
【図１７】第１傾斜角度（α＝６°）、第２傾斜角度（β＝４５°）における射出光強度の特性図である。
【図１８】第１傾斜角度（α＝６°）、第２傾斜角度（β＝５０°）における射出光強度の特性図である。
【図１９】従来のフロントライト照明装置の斜視図である。
【図２０】従来のフロントライト照明装置の側面図である。
【符号の説明】
１ フロントライト照明装置
２ 導光体
３ 光源
４ 被照射物
５ 表示部
７ 入射面
８ 終端面
９ 第１射出面
１０ 第２射出面
１１ 突起部
１２ 第１傾斜面
１３ 第２傾斜面
Ｅ 観測者
Ｌ１ 内部光
Ｌ２ 反射光
Ｌ３ 射出光
Ｌ４ 迷光
Claims (1)
- 光源からの光を内部に入射する入射面と、この入射面に対向する終端面と、入射面から入射された内部光を被照射物側へ射出すると共に被照射物からの反射光を入射する第１射出面と、この第１射出面に対向すると共に、反射光を観測者側へ射出する第２射出面とを有する導光体において、
前記第２射出面には、線状の複数の突起部が形成されており、前記各突起部は、前記第２射出面において前記入射面から前記終端面に向かって並列に配置されていると共に、第２射出面の平坦面に対する各突起部の高さは、入射面から終端面に近づくにつれて次第に高くなるように設定し、
前記各突起部は、断面三角形状の突起であり、前記入射面から最も近い突起部の高さをｈ０、前記入射面から最も近い突起部の入射面からの距離をｘ０、入射面から最も遠い突起部の高さをｈｍ、入射面から最も遠い突起部の入射面からの距離をｘｍとし、ある突起部の高さｈは入射面からその突起部までの距離をｘとして、
ｈ＝ｈ０＋（ｈｍ−ｈ０）＊（（ｘ−ｘ０)／（ｘｍ−ｘ０））＾ｎ
と表され（ｋ＾ｊはｋのｊ乗を表す）、ｈ０は０．２ｈｍ〜０．４ｈｍ、ｎは２．５〜３．５であり、前記突起部のピッチを一定としたことを特徴とする導光体。
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