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JP2004134222A - Light guide plate and lighting device - Google Patents

Light guide plate and lighting device Download PDF

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JP2004134222A
JP2004134222A JP2002297222A JP2002297222A JP2004134222A JP 2004134222 A JP2004134222 A JP 2004134222A JP 2002297222 A JP2002297222 A JP 2002297222A JP 2002297222 A JP2002297222 A JP 2002297222A JP 2004134222 A JP2004134222 A JP 2004134222A
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light
light guide
guide plate
illumination
reflection
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Tatsumaro Yamashita
山下 龍麿
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Alps Alpine Co Ltd
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Alps Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light guide plate and a lighting device that can illuminate the illumination light uniformly and efficiently only on the area that requires illumination. <P>SOLUTION: The shape of the reflection area (reflecting face) 12c is formed in a shape, for example, a circular shape, that demarcates the bounds that requires illumination out of the illuminated object. The illumination light emitted from the emitting face 12b illuminates as an illumination area 21 only the same bounds as the shape of the reflection area 12c. By forming the reflection area 12c in a size smaller than that of the base face 12d, the illumination area 21 is limited compared with the case in which the reflecting face is formed on the whole face of the base face 12d, thereby, only the bounds which require illumination can be illuminated. Since the illumination light is not lighted on the surroundings of the bounds which require illumination, perceptivity of the illumination area 21 is increased. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射面から出射面に向けて光を伝搬する導光板と、導光板を備えた照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、周囲光を光源として表示を行う反射型液晶表示装置においては、その輝度が周囲光の光量に左右されるために、暗所での使用時など十分な周囲光が得られない環境では、表示の視認性が極端に低下してしまう。そこで、反射型の液晶表示ユニット(液晶表示素子)の前面側にフロントライト(面発光照明装置)を配設して補助光源として用いる液晶表示装置が提案されている。このフロントライトを備える液晶表示装置は、昼間の屋外などの周囲光が十分に得られる環境では通常の反射型液晶表示装置として動作し、必要に応じて上記フロントライトを点灯させて光源とするものである。
【0003】
フロントライトは、液晶表示ユニットの面内をムラ無く均一に照明するために、多数の微細な溝からなる反射面を表面に形成した導光板を備えている。こうした反射面の作用で、光源として点光源や線光源を用いても広い面を均等な明るさで照明することが可能になる。(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−180631号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
フロントライトは照明能力に優れた効率的な照明手段として、様々な用途に利用が検討されつつある。こうした現状を踏まえて、それぞれの用途に応じて更に適切な照明能力を備えたフロントライトが望まれていた。
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、照明する必要のある領域だけに照明光を効率よく均一に照射可能な導光板および照明装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、光源から照射された光を導入する入射面と、前記光を出射させる出射面と、入射面から導入された光を出射面に向けて反射させる微細な溝を具備した反射面が形成された基礎面と、前記入射面と出射面との間で光を伝搬する導光部とを備え、前記反射面は前記基礎面の面積よりも小さい面積で前記基礎面の一部に形成されたことを特徴とする導光板が提供される。
【0008】
こうした導光板によれば、出射面から出射される照明光は反射面の形状と同じ範囲だけを照明範囲として照明する。反射面を基礎面よりも小さいサイズに形成して、照明範囲を基礎面全面に反射面が形成された場合よりも限定することで、実際に照明が必要な範囲だけを照明することが可能になる。照明が必要な範囲の周囲に照明光を当てないことで、周辺部と照明範囲とのコントラストの差が高まり、照明範囲の視認性は一層高められる。前記反射面は円形に形成されてもよい。また、前記入射面は前記反射面の中央部分に形成されてもよい。
【0009】
また、光源から照射された光を導入する入射面と、前記光を出射させる出射面と、前記光を出射面に向けて反射させる微細な溝を具備した反射面と、前記反射面の中央部分に形成され、前記光を前記反射面に向けて屈折させるプリズムとが形成されたことを特徴とする導光板が提供される。こうした導光板によれば、入射面から入射した光がプリズムによって屈折されて反射面全体にムラ無く照射される。したがって照明範囲をムラ無く明るく照明することができ、照明範囲の視認性は一層高められる。円形の被照明物、例えばメータや時計文字盤などを効率よく鮮明に照明することが可能になる。このような導光板と光源とを照明装置に備えれば、任意の形状の被照明物を効率よく鮮明に照明することが可能な照明装置を提供することが可能になる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明の照明装置の一実施の形態であるフロントライト(照明装置)の部分斜視図であり、図2は、図1に示すフロントライトの分解斜視図である。フロントライト(照明装置)10は、透明な樹脂材料からなる平板状の導光板12と、この導光板12の入射面12a(長方形状の導光板12の短辺側の一端部)に接するバー導光体13と、バー導光体13の長さ方向の両端部に設けられた発光素子(光源)15,15と、前記バー導光体13及び発光素子15,15並びに導光板12の入射面12a側の側端部を覆うように被着されたカバー部材18とを備えて構成されている。なお、発光素子15は1個または3個以上であってもよい。
【0011】
導光板12は、透明な平板状の導光部11と、導光部11内に光を導入する入射面12aと、この入射面12aに直角に接続する基礎面(上面)12dと、この基礎面12dの一部に形成され、断面くさび型を成す多数の微細な溝14からなる反射エリア(反射面)12cとを備えている。反射エリア(反射面)12cは導光部11を伝搬する光を伝搬および反射させる。こういった構成により、導光板12は入射面12aから内部に導入された光を、反射エリア12cで反射させてその伝搬方向を変え、反射エリア12cの反対側の出射面12bから出射させる構造とされている。
【0012】
図1、図2から明らかなように、基礎面12d上に形成される反射エリア12cは、基礎面12dよりも小さいサイズに形成される。こうした反射エリア12cは、フロントライト10を用いて照明する被照明物のうち、照明が必要な範囲だけを区画する形状と同一形状に形成されれば良い。例えば照明が必要な範囲が円形であれば、反射エリア12cは円形に形成される。導光板12は、例えば透明なアクリル樹脂などの樹脂材料を平板状に射出成形した後、被照明物のうち、照明が必要な範囲を象った反射エリア12cを基礎面12dの一部に形成すればよい。導光板12を構成する材料としてはアクリル系樹脂のほか、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明な樹脂材料や、ガラスなどを用いることができる。
【0013】
このように反射エリア12cの形状を、被照明物のうち照明が必要な範囲だけを区画する形状、例えば円形に形成すれば、出射面12bから出射される照明光は反射エリア12cの形状と同じ範囲だけを照明範囲21として照明する。反射エリア12cを基礎面12dよりも小さいサイズに形成して、照明範囲21を基礎面12d全面に反射面が形成された場合よりも限定することで、実際に照明が必要な範囲だけを照明することが可能になる。照明が必要な範囲の周囲に照明光を当てないことで、照明範囲21の視認性は高められる。
【0014】
バー導光体13は、図2に示すように、例えばアクリル系樹脂やポリカーボート系樹脂などからなる略四角柱状の透明の部材であり、その一側面13aと導光板12の入射面12aとが対向するように、導光板12側端面に沿って配設されている。また、バー導光体13の長さ方向両端部に1個または複数個の発光素子15,15が配設されている。この導光体13の側面のうち、導光板12と反対側の側面は、図2に示すように、複数のくさび状の溝16が形成された反射面13bとされており、これらの溝16の方向は発光素子15が設けられた端面と平行とされている。
【0015】
そして、バー導光体13は、発光素子15,15から出射されて内部に導入された光を、この溝16を構成する面で反射させることで、導光板12側へ光の伝搬方向を変え、導光板12の入射面12aに光を照射するようになっている。バー導光体13から導光板12内へ導入された光は、導光部11の内部を伝搬し、反射エリア12cに形成されたプリズム溝14を構成する面で反射されて、その伝搬方向を変えられ、導光板12の出射面12bから出射されるようになっている。
【0016】
発光素子15は、その発光面をバー導光体13の側端面に向けて配設されている。ここで、本実施形態のフロントライトに備えられている発光素子15について、図3を参照して説明する。図3に示す発光素子15は、基板35と、基板35の中央部に配列形成されたLED(発光ダイオード)15R,15G,15Bと、これらのLEDを覆って形成された樹脂製の集光レンズ37と、集光レンズ37の両側方の基板35上に形成された電源端子36,36とを備えて構成されており、図示前面側(LEDが配設された側)に向けて発光するようになっている。また、図示されていないが、LED15R,15G,15Bそれぞれの発光強度を制御するための信号端子も基板35上に設けられている。あるいは、1つの青色LEDの発光部に黄色の蛍光体を塗布して白色光を得るものもある。
【0017】
LED15R,15G,15Bはそれぞれ赤、緑、青の発光色を有するダイオードとされており、これらのLEDの発光強度比を制御することで、集光レンズ37内で加法混色するとともに、レンズ37により集光された光をバー導光体13の端面に照射できるようになっている。このような構成の発光素子15を備えることで、本実施形態のフロントライトはその照明光を種々の色調で制御することが可能とされている。
【0018】
図3に示す発光素子15では、図示下側からそれぞれ赤、緑、青の発光色の発光体を縦方向一列に配置しているが、この配列方向及び配列順序に特に限定はなく、各LEDを三方に配置しても良い。また、上記三色のLEDに加えて白色のLEDを更に設け、輝度を高めた構成としても良い。また、集光レンズ37も、図3に示す形状に限定されるものではなく、略半球状のもの等に適宜変更することが可能である。
【0019】
さらに、本実施形態ではRGBのLED15R,15G,15Bの発光強度を自在に変更できる構成としたが、これらの発光強度は必ずしも可変にする必要はなく、発光強度比を固定して特定の発光色とすることもできる。また、発光色を固定、あるいは特定範囲で可変とする構成では、2つのLEDを組み合わせて発光色を生成する構成や、1つのLEDと集光レンズ37の色とを組み合わせて発光色を生成する構成なども適用することが可能である。
【0020】
上記の構成を備えた本実施形態のフロントライト10においては、発光素子15からバー導光体13を介して導光板12に入射した光は、導光板12の内面あるいはカバー部材18の内面側で緩斜面部は光伝搬に寄与し、急斜面部は下面に落射させるという効果を繰り返しながら、導光体13側から導光板12側へ向かう方向へ伝搬する。なお、カバー部材18の内面側に、AlやAgなどの光反射性に優れた金属薄膜からなる反射層を形成してもよい。このような反射層を形成すれば、導光体13や導光板12の内部からカバー部材18へ入射する光をほとんど減衰させることなく反射させてバー導光体13、導光板12側へ戻すことができ、フロントライト10の輝度を高めることができる。
【0021】
導光板12の反射エリア12cに形成されたプリズム溝14の詳細な構成について図4を参照して説明する。図4に示すように、プリズム溝14は、反射エリア12cの基準面に対して傾斜して形成された2つの斜面部により構成されており、その傾斜角度が比較的緩やかな斜面部が緩斜面部14aと、緩斜面部14aよりも急な傾斜角度を有して形成された急斜面部14bとされている。緩斜面部14aと急斜面部14bとは交互に形成されている。図4に示す緩斜面部14aの傾斜角度θ1は、例えば1°以上10°以下とすることが好ましく、急斜面部14bの傾斜角度θ2は、例えば41°以上45°以下とすることが好ましい。
これらの範囲に制御されたプリズム溝を形成することで、出射面12bの面方向で出射光量の均一なフロントライトとすることができる。
【0022】
上記緩斜面部14aの傾斜角度θ1が1°未満の場合には、照明装置として十分な輝度が得られず、10°を越える場合には、導光板の出射面からの出射光量の均一性が低下するので好ましくない。また、前記急斜面部の傾斜角度θ2が、41°未満の場合、及び45°を越える場合には、照明装置の輝度が低下するため好ましくない。また、被照明物に規則性のあるパターンが存在する場合には、プリズム溝14のピッチPを適宜変更することで、被照明物に干渉縞が生じるのを抑えることもできる。
【0023】
また、本実施形態のフロントライト10においては、バー導光体13の構造を適切なものとすることにより、出射光量の均一化を実現している。このバー導光体13の構成について図5を参照して以下に詳細に説明する。図5は、図2に示すバー導光体13の一部を拡大して示す部分平面図であり、バー導光体の反射面13bには、反射膜19が設けられている。この反射膜19は、AlやAg等からなる金属薄膜であり、バー導光体13内部を伝搬する光が、反射面13bから外部へ漏洩するのを防ぎ、導光板12へ入射する光量を増加させるために設けられている。
【0024】
本実施形態に係るバー導光体13の反射面13bには、複数のくさび状の溝16が形成されており、これらの溝16は、バー導光体13の出射面13aに対して傾斜して形成された2つの斜面部16a、16bから構成され、これらの斜面部16a、16bどうしが成す角度αは、例えば105度以上115度以下とされている。角度αが105度未満の場合には、望ましい方向への出射光が得られず、結果として輝度が低下する。また角度αが115度を超える場合には、出射光量分布の均一性が保てない。前記角度αは、108度以上112度以下とすることがより好ましい。このような範囲とするならば、導光板12方向へ出射される光量をより増加させることができ、フロントライト10の輝度をさらに高めることができる。
【0025】
次に、上述したフロントライト10を乗用車のスピードメータ照明用に用いた例について、図6Aおよび図6Bを参照しつつ説明する。本実施形態のフロントライト10は、乗用車の運転席に取り付けられた計器パネル41内に取り付けられている。フロントライト10の出射面12b側には、例えばスピードメータ42が取り付けられている。フロントライト10の反射エリア(反射面)12c側の上面は計器パネル41のカバーガラス43で覆われる。フロントライト10の反射面13bはスピードメータ42を構成する円形の目盛りパネル42aと同じ大きさの円形に形成される。
【0026】
反射エリア12cは反射エリア12cの基準面に対して傾斜して形成された2つの斜面部により構成されており、その傾斜角度が比較的緩やかな斜面部が緩斜面部14aと、緩斜面部14aよりも急な傾斜角度を有して形成された急斜面部14bとされている。そして、反射エリア12cにおいては、緩斜面部14aと急斜面部14bとが交互に形成されている。これら緩斜面部14aと急斜面部14bからなるプリズム溝14を形成することで、出射面12bの面方向で出射光量の均一なフロントライトとすることができる。
【0027】
夜間の運転時など、スピードメータ42の照明時にフロントライト10の発光素子15が点灯すると、発光素子15から照射された光は、まず導光体13の内部に導入され、導光体13の反射面13bで反射されてその伝搬方向を変えられ、導光板13の出射面と対向して配置された導光板12の入射面12aから導光板12内へ導入される。そして、導光板12内部を伝搬する光が、導光板12の反射エリア12cで反射されることで、その伝搬方向を変えられ、導光板12の出射面12bからスピードメータ42を照明する光が出射される。
【0028】
導光板12はスピードメータ42を構成する円形の目盛りパネル42aと同等の大きさの円形に形成されているので、導光板12内部を伝搬する光のうち、目盛りパネル42aの範囲に相当する光だけが出射面12b向けて伝搬方向を変えられる。その結果、出射面12bからはスピードメータ42の目盛りパネル42aと同じサイズの円形領域だけを照らす照明光が照射される。出射面12bから照射された円形の照明光はスピードメータ42の目盛りパネル42aの範囲だけを明るく照らし出す。運転者はカバーガラス43から透明な反射面13bを介してスピードメータ42を監視する。
【0029】
フロントライト10はスピードメータ42の目盛りパネル42aの範囲だけを明るく照らし出し、目盛りパネル42aの周囲は照明しないので、高いコントラストでスピードメータ42を容易に読み取ることができる。また、スピードメータ42の目盛りパネル42aの範囲だけに照明光を集中させる作用によりスピードメータ42へ照射される光量を多くすることができるので、高輝度の表示を得ることができる。動作中に照明光の色を切替ながら表示させれば、装飾性、機能性を高めることもできる。
【0030】
図7に示すように、フロントライト40の基礎面41上に複数の反射エリア(反射面)42を形成しても良い。大型の導光板43の基礎面41には、3つの反射エリア(反射面)42a,42b,42cが形成されている。反射エリア42は2つの斜面部により構成されており、その傾斜角度が比較的緩やかな斜面部が緩斜面部14aと、緩斜面部14aよりも急な傾斜角度を有して形成された急斜面部14bとされている。そして、反射エリア42においては、緩斜面部14aと急斜面部14bとが交互に形成されている。これら緩斜面部14aと急斜面部14bからなるプリズム溝14を形成することで、出射光量の均一なフロントライトとすることができる。
【0031】
この反射エリア(反射面)42a,42b,42cは、例えば乗用車の計器パネルを構成するスピードメータ、回転数メータ、および燃料メータにそれぞれ対応した大きさの円形とされている。そして、2つの光源44,44から導光板43の両側の入射面に向けて光を入射させれば、導光板43の出射面45からは反射エリア42a,42b,42cのサイズに相当する円形の照明光が照射される。乗用車の計器パネル上にフロントライト40を配置すれば、スピードメータ、回転数メータ、および燃料メータだけを明るく照らし出す。そして、その周囲まで照らし出して視認性を低下させることが無い。夜間でも計器パネルの各メータを鮮明に読み取ることができる。
【0032】
また、フロントライト自体がメータの目盛り板の機能を果たしてもよい。図8に示す実施形態では、フロントライト60の出射面61側を覆うカバーガラス62には、メータ63の指針64が取り付けられている。そしてフロントライト60の出射面61にはメータ63の目盛り65が貼付されている。フロントライト60の反射エリア(反射面)66の中心には入射面67が形成され、この入射面67に対面して光源である発光素子68が形成されている。また、出射面61の中心にはプリズム69が形成されている。反射エリア(反射面)66は2つの斜面部により構成されており、その傾斜角度が比較的緩やかな斜面部が緩斜面部14aと、緩斜面部14aよりも急な傾斜角度を有して形成された急斜面部14bとされている。これら緩斜面部14aと急斜面部14bからなるプリズム溝14を形成することで、出射光量の均一なフロントライトとすることができる。
【0033】
こうした構成のフロントライト60によれば、発光素子68から照射された光はプリズム69の作用で反射エリア66の斜面66aに向けて伝搬方向を変えられる。そして反射エリア66で反射された光はメータ63の指針64を照明するとともに、出射面61に貼付されたメータ63の目盛り65を浮かび上がらせる。観察者は、くっきりと表示された目盛り65と指針64からメータ63を容易に読み取ることができる。
【0034】
光源、例えば発光素子の交換を容易に行える構成にしても良い。図9に示す実施形態では、メータ71の上部に配置されたフロントライト70の反射エリア(反射面)72の中央に入射面73が形成されている。そして、メータ71およびフロントライト70を覆うカバーガラス74の中央には素子ソケット75が形成される。この素子ソケット75に着脱自在に発光素子76が取り付けられ、発光素子76は入射面73に対面する。反射エリア(反射面)72は2つの斜面部により構成されており、その傾斜角度が比較的緩やかな斜面部が緩斜面部14aと、緩斜面部14aよりも急な傾斜角度を有して形成された急斜面部14bとされている。これら緩斜面部14aと急斜面部14bからなるプリズム溝14を形成することで、出射光量の均一なフロントライトとすることができる。こうした構成によれば、発光素子76はカバーガラス74の外側(視認側)から容易に着脱、交換することができ、メンテナンス性を高めるのに役立つ。
【0035】
光ファイバーや導光パイプを用いて発光素子の交換を容易に行える構成にしても良い。図10に示す実施形態では、ライト80の反射エリア(反射面)81の中央に入射面82が形成され、この入射面82から導光パイプ83がメータ84の取り付けパネル85に向けて延びている。導光パイプ83の端面は、素子ソケット86に着脱自在に取り付けられた発光素子87と対面する。反射エリア(反射面)81は2つの斜面部により構成されており、その傾斜角度が比較的緩やかな斜面部が緩斜面部14aと、緩斜面部14aよりも急な傾斜角度を有して形成された急斜面部14bとされている。これら緩斜面部14aと急斜面部14bからなるプリズム溝14を形成することで、出射光量の均一な一種のバックライトとすることができる。こうした構成によれば、発光素子87は取り付けパネル85の外側から容易に交換することができ、メンテナンス性を高めるのに役立つ。
【0036】
フロントライトに直接光源を着脱できる構成にしても良い。図11に示す実施形態では、フロントライト90には発光素子を内蔵したライトパイプ91を挿脱可能な光源挿入部92が形成される。反射エリア(反射面)93は2つの斜面部により構成されており、その傾斜角度が比較的緩やかな斜面部が緩斜面部14aと、緩斜面部14aよりも急な傾斜角度を有して形成された急斜面部14bとされている。これら緩斜面部14aと急斜面部14bからなるプリズム溝14を形成することで、出射光量の均一なフロントライトとすることができる。こうした構成によれば、光源を容易に交換することができ、メンテナンス性を高めるのに役立つとともに、各種発光色のライトパイプ91を交換することで、被照明物の装飾性、機能性を高めることもできる。
【0037】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の導光板および照明装置によれば、出射面から出射される照明光は反射面の形状と同じ範囲だけを照明範囲として照明する。反射面を基礎面よりも小さいサイズに形成して、照明範囲を基礎面全面に反射面が形成された場合よりも限定することで、実際に照明が必要な範囲だけを照明することが可能になる。照明が必要な範囲の周囲に照明光を当てないことで、照明範囲の視認性は高められる。また、光源の光を照明範囲だけに照射すれば、照明範囲の照度が高められる。照明する必要のある領域だけに照明光を効率よく均一に照射可能な導光板および照明装置を提供することを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の照明装置の一実施の形態であるフロントライト(照明装置)の部分斜視図である。
【図2】図2は、図1に示すフロントライトの分解斜視図である。
【図3】図3は、フロントライトに備えられている発光素子を示す拡大斜視図である。
【図4】図4は、導光板の反射エリア(反射面)に形成されたプリズム溝の構成をしめす断面図である。
【図5】図5は、バー導光体の一部を拡大して示す部分平面図である。
【図6】図6は、本発明のフロントライトをメータの照明に用いた実施形態を示す説明図である。
【図7】図7は、本発明のフロントライトの他の実施形態を示す斜視図である。
【図8】図8は、本発明のフロントライトの他の実施形態を示す断面図である。
【図9】図9は、本発明のフロントライトの他の実施形態を示す断面図である。
【図10】図10は、本発明のフロントライトの他の実施形態を示す断面図である。
【図11】図11は、本発明のフロントライトの他の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
10 フロントライト(照明装置)
11 導光部
12 導光板
12a 入射面
12b 出射面
12c 反射エリア(反射面)
12d 基礎面
14 プリズム溝(溝)
15 発光素子(光源)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light guide plate that propagates light from an incident surface to an emission surface, and a lighting device including the light guide plate.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a reflection type liquid crystal display device that performs display using ambient light as a light source, since the brightness depends on the amount of ambient light, in an environment where sufficient ambient light is not available, such as when used in a dark place, The visibility of the display is extremely reduced. Therefore, there has been proposed a liquid crystal display device in which a front light (surface emitting lighting device) is disposed on the front side of a reflective liquid crystal display unit (liquid crystal display element) and is used as an auxiliary light source. A liquid crystal display device equipped with this front light operates as a normal reflection type liquid crystal display device in an environment such as outdoors during the day when sufficient ambient light can be obtained, and turns on the front light as a light source as necessary. It is.
[0003]
The front light is provided with a light guide plate having a reflective surface formed of a large number of fine grooves on the surface in order to uniformly illuminate the surface of the liquid crystal display unit without unevenness. Due to the function of the reflecting surface, even when a point light source or a line light source is used as a light source, a wide surface can be illuminated with uniform brightness. (For example, refer to Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-180631 A
[Problems to be solved by the invention]
The use of front lights for various applications is being studied as efficient lighting means with excellent lighting capabilities. Under such circumstances, there has been a demand for a front light having more appropriate lighting ability according to each application.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a light guide plate and a lighting device capable of efficiently and uniformly irradiating illumination light only to a region that needs to be illuminated.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, an incident surface for introducing light emitted from a light source, an exit surface for emitting the light, and a light introduced from the incident surface directed toward the exit surface A base surface on which a reflection surface having fine grooves for reflection is formed, and a light guide portion that propagates light between the incident surface and the emission surface, wherein the reflection surface is larger than an area of the base surface. A light guide plate having a small area and formed on a part of the base surface is provided.
[0008]
According to such a light guide plate, the illumination light emitted from the emission surface illuminates only the same range as the shape of the reflection surface as the illumination range. By forming the reflective surface smaller than the base surface and limiting the illumination range to the case where the reflective surface is formed on the entire base surface, it is possible to illuminate only the area that actually requires illumination Become. By not illuminating the area around the area where illumination is required, the difference in contrast between the peripheral area and the illumination area is increased, and the visibility of the illumination area is further enhanced. The reflection surface may be formed in a circular shape. Further, the incident surface may be formed at a central portion of the reflection surface.
[0009]
Further, an incident surface for introducing light emitted from the light source, an emission surface for emitting the light, a reflection surface having fine grooves for reflecting the light toward the emission surface, and a central portion of the reflection surface And a prism for refracting the light toward the reflection surface. According to such a light guide plate, the light incident from the incident surface is refracted by the prism and irradiates the entire reflecting surface without unevenness. Therefore, the illumination range can be brightly illuminated without unevenness, and the visibility of the illumination range can be further enhanced. It becomes possible to efficiently and clearly illuminate a circular object to be illuminated, for example, a meter or a clock face. When such a light guide plate and a light source are provided in a lighting device, it is possible to provide a lighting device capable of efficiently and clearly illuminating an object to be illuminated in an arbitrary shape.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial perspective view of a front light (illumination device) which is an embodiment of the illumination device of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the front light shown in FIG. The front light (illumination device) 10 includes a flat light guide plate 12 made of a transparent resin material, and a bar guide in contact with an incident surface 12a of the light guide plate 12 (one end on the short side of the rectangular light guide plate 12). The light body 13, light emitting elements (light sources) 15, 15 provided at both ends in the length direction of the bar light guide 13, and the entrance surfaces of the bar light guide 13, the light emitting elements 15, 15 and the light guide plate 12. And a cover member 18 attached to cover the side end on the 12a side. The number of the light emitting elements 15 may be one or three or more.
[0011]
The light guide plate 12 includes a transparent flat light guide 11, an incident surface 12 a for introducing light into the light guide 11, a base surface (upper surface) 12 d connected to the incident surface 12 a at right angles, and A reflection area (reflection surface) 12c is formed on a part of the surface 12d and includes a number of fine grooves 14 having a wedge-shaped cross section. The reflection area (reflection surface) 12c propagates and reflects light propagating through the light guide 11. With such a configuration, the light guide plate 12 has a structure in which light introduced into the inside from the incident surface 12a is reflected by the reflection area 12c to change its propagation direction, and is emitted from the emission surface 12b on the opposite side of the reflection area 12c. Have been.
[0012]
As is clear from FIGS. 1 and 2, the reflection area 12c formed on the base surface 12d is formed in a smaller size than the base surface 12d. Such a reflection area 12c may be formed in the same shape as that of the object to be illuminated using the front light 10 and that divides only a necessary range of illumination. For example, if the range requiring illumination is circular, the reflection area 12c is formed in a circular shape. The light guide plate 12 is formed, for example, by injection molding a resin material such as a transparent acrylic resin into a flat plate, and then forming a reflection area 12c in a part of the basic surface 12d, which represents an area to be illuminated, of the illuminated object. do it. The light guide plate 12 may be made of a transparent resin material such as a polycarbonate resin or an epoxy resin, glass, or the like, in addition to an acrylic resin.
[0013]
If the shape of the reflection area 12c is formed in such a manner as to define only a necessary area of the object to be illuminated, for example, a circle, the illumination light emitted from the emission surface 12b is the same as the shape of the reflection area 12c. Only the range is illuminated as the illumination range 21. The reflection area 12c is formed to be smaller in size than the base surface 12d, and the illumination range 21 is more limited than when the reflection surface is formed on the entire base surface 12d, so that only the range where illumination is actually required is illuminated. It becomes possible. By not illuminating the area around the area where illumination is required, the visibility of the illumination area 21 is improved.
[0014]
As shown in FIG. 2, the bar light guide 13 is a substantially quadrangular prism-shaped transparent member made of, for example, an acrylic resin or a polycarbonate resin, and has one side surface 13a and the incident surface 12a of the light guide plate 12. It is arranged along the light guide plate 12 side end face so as to face each other. Further, one or a plurality of light emitting elements 15, 15 are disposed at both ends in the length direction of the bar light guide 13. As shown in FIG. 2, a side surface of the light guide 13 opposite to the light guide plate 12 is a reflection surface 13b having a plurality of wedge-shaped grooves 16 formed therein. Is parallel to the end face on which the light emitting element 15 is provided.
[0015]
The bar light guide 13 changes the propagation direction of the light toward the light guide plate 12 by reflecting the light emitted from the light emitting elements 15 and introduced into the inside of the bar light guide on the surface constituting the groove 16. The light guide plate 12 is configured to irradiate light to the incident surface 12a. The light introduced from the bar light guide 13 into the light guide plate 12 propagates inside the light guide portion 11 and is reflected by a surface constituting the prism groove 14 formed in the reflection area 12c, and the propagation direction is changed. In this case, the light is emitted from the emission surface 12b of the light guide plate 12.
[0016]
The light emitting element 15 is disposed with its light emitting surface facing the side end surface of the bar light guide 13. Here, the light emitting element 15 provided in the front light of the present embodiment will be described with reference to FIG. The light-emitting element 15 shown in FIG. 3 includes a substrate 35, LEDs (light-emitting diodes) 15R, 15G, and 15B arranged in the center of the substrate 35, and a resin condensing lens formed to cover these LEDs. 37, and power supply terminals 36, 36 formed on the substrate 35 on both sides of the condenser lens 37, and emits light toward the front side in the figure (the side on which the LEDs are provided). It has become. Although not shown, a signal terminal for controlling the light emission intensity of each of the LEDs 15R, 15G, and 15B is also provided on the substrate 35. Alternatively, there is a type in which a yellow phosphor is applied to a light emitting portion of one blue LED to obtain white light.
[0017]
The LEDs 15R, 15G, and 15B are diodes having emission colors of red, green, and blue, respectively. By controlling the emission intensity ratio of these LEDs, additive color mixing is performed in the condenser lens 37, and the LEDs 37 are used. The condensed light can be applied to the end face of the bar light guide 13. With the light emitting element 15 having such a configuration, the front light of the present embodiment can control the illumination light with various colors.
[0018]
In the light emitting element 15 shown in FIG. 3, the luminous bodies of the red, green, and blue luminescent colors are arranged in a line in the vertical direction from the lower side in the figure. However, the arrangement direction and the arrangement order are not particularly limited. May be arranged on three sides. Further, in addition to the three-color LED, a white LED may be further provided to increase the luminance. Further, the condensing lens 37 is not limited to the shape shown in FIG. 3 but can be appropriately changed to a substantially hemispherical shape or the like.
[0019]
Further, in the present embodiment, the light emission intensity of the RGB LEDs 15R, 15G, and 15B can be freely changed. However, the light emission intensity does not necessarily have to be variable. It can also be. In a configuration in which the emission color is fixed or variable in a specific range, the emission color is generated by combining two LEDs, or the emission color is generated by combining one LED and the color of the condenser lens 37. A configuration or the like can be applied.
[0020]
In the front light 10 of the present embodiment having the above configuration, light incident on the light guide plate 12 from the light emitting element 15 via the bar light guide 13 is directed to the inner surface of the light guide plate 12 or the inner surface of the cover member 18. The gentle slope portion contributes to light propagation, and the steep slope portion propagates in the direction from the light guide 13 side to the light guide plate 12 while repeating the effect of falling on the lower surface. In addition, a reflective layer made of a metal thin film having excellent light reflectivity such as Al or Ag may be formed on the inner surface side of the cover member 18. By forming such a reflective layer, light incident on the cover member 18 from the inside of the light guide 13 or the light guide plate 12 is reflected with almost no attenuation and returned to the bar light guide 13 or the light guide plate 12 side. And the brightness of the front light 10 can be increased.
[0021]
The detailed configuration of the prism groove 14 formed in the reflection area 12c of the light guide plate 12 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the prism groove 14 is constituted by two slopes formed to be inclined with respect to the reference surface of the reflection area 12c, and the slope having a relatively gentle inclination angle is formed by a gentle slope. A portion 14a and a steep slope portion 14b formed with an inclination angle steeper than the gentle slope portion 14a. The gentle slopes 14a and the steep slopes 14b are formed alternately. The inclination angle θ1 of the gentle slope portion 14a shown in FIG. 4 is preferably, for example, 1 ° or more and 10 ° or less, and the inclination angle θ2 of the steep slope portion 14b is preferably, for example, 41 ° or more and 45 ° or less.
By forming the controlled prism grooves in these ranges, it is possible to provide a front light having a uniform emission light amount in the surface direction of the emission surface 12b.
[0022]
If the inclination angle θ1 of the gentle slope portion 14a is less than 1 °, sufficient luminance cannot be obtained as an illuminating device, and if it exceeds 10 °, the uniformity of the amount of light emitted from the light exit surface of the light guide plate is reduced. It is not preferable because it lowers. Further, when the inclination angle θ2 of the steep slope portion is less than 41 ° or more than 45 °, the luminance of the lighting device is undesirably reduced. Further, when a pattern having regularity is present on the illuminated object, the occurrence of interference fringes on the illuminated object can be suppressed by appropriately changing the pitch P of the prism grooves 14.
[0023]
Further, in the front light 10 of the present embodiment, by making the structure of the bar light guide 13 appropriate, the outgoing light amount is made uniform. The configuration of the bar light guide 13 will be described in detail below with reference to FIG. FIG. 5 is a partial plan view showing a part of the bar light guide 13 shown in FIG. 2 in an enlarged manner. A reflection film 19 is provided on the reflection surface 13b of the bar light guide. The reflection film 19 is a metal thin film made of Al, Ag, or the like, and prevents light propagating inside the bar light guide 13 from leaking from the reflection surface 13b to the outside, and increases the amount of light incident on the light guide plate 12. It is provided for the purpose.
[0024]
A plurality of wedge-shaped grooves 16 are formed on the reflection surface 13 b of the bar light guide 13 according to the present embodiment, and these grooves 16 are inclined with respect to the emission surface 13 a of the bar light guide 13. The angle α formed by the two inclined surfaces 16a and 16b is, for example, not less than 105 degrees and not more than 115 degrees. If the angle α is less than 105 degrees, emitted light in a desired direction cannot be obtained, and as a result, the brightness decreases. If the angle α exceeds 115 degrees, the uniformity of the emitted light amount distribution cannot be maintained. More preferably, the angle α is not less than 108 degrees and not more than 112 degrees. With such a range, the amount of light emitted toward the light guide plate 12 can be further increased, and the brightness of the front light 10 can be further increased.
[0025]
Next, an example in which the above-described front light 10 is used for speedometer illumination of a passenger car will be described with reference to FIGS. 6A and 6B. The front light 10 of the present embodiment is mounted in an instrument panel 41 mounted on a driver's seat of a passenger car. On the emission surface 12b side of the front light 10, for example, a speedometer 42 is attached. The upper surface on the reflection area (reflection surface) 12c side of the front light 10 is covered with a cover glass 43 of the instrument panel 41. The reflection surface 13b of the front light 10 is formed in a circular shape having the same size as the circular scale panel 42a constituting the speedometer 42.
[0026]
The reflection area 12c is composed of two slopes formed to be inclined with respect to the reference plane of the reflection area 12c. The slopes having a relatively gentle inclination angle are a gentle slope 14a and a gentle slope 14a. It is a steep slope portion 14b formed with a steeper inclination angle. In the reflection area 12c, gentle slopes 14a and steep slopes 14b are formed alternately. By forming the prism groove 14 including the gentle slope portion 14a and the steep slope portion 14b, it is possible to provide a front light in which the amount of emitted light is uniform in the surface direction of the emission surface 12b.
[0027]
When the light-emitting element 15 of the front light 10 is turned on when the speedometer 42 is illuminated, such as during night driving, light emitted from the light-emitting element 15 is first introduced into the light guide 13 and reflected by the light guide 13. The light is reflected by the surface 13 b, its propagation direction is changed, and the light is introduced into the light guide plate 12 from the incident surface 12 a of the light guide plate 12 arranged opposite to the emission surface of the light guide plate 13. The light propagating inside the light guide plate 12 is reflected by the reflection area 12 c of the light guide plate 12 to change its propagation direction, and the light illuminating the speedometer 42 is emitted from the emission surface 12 b of the light guide plate 12. Is done.
[0028]
Since the light guide plate 12 is formed in a circle having the same size as the circular scale panel 42a constituting the speedometer 42, only the light corresponding to the range of the scale panel 42a among the light propagating inside the light guide plate 12 is used. Can change the propagation direction toward the emission surface 12b. As a result, illumination light that illuminates only a circular area having the same size as the scale panel 42a of the speedometer 42 is emitted from the emission surface 12b. The circular illumination light emitted from the emission surface 12b brightly illuminates only the area of the scale panel 42a of the speedometer 42. The driver monitors the speedometer 42 from the cover glass 43 via the transparent reflection surface 13b.
[0029]
The front light 10 brightly illuminates only the area of the scale panel 42a of the speedometer 42 and does not illuminate the periphery of the scale panel 42a, so that the speedometer 42 can be easily read with high contrast. Further, since the amount of light applied to the speedometer 42 can be increased by concentrating the illumination light only in the range of the scale panel 42a of the speedometer 42, a high-luminance display can be obtained. If the illumination light is displayed while being switched during operation, the decorativeness and the functionality can be enhanced.
[0030]
As shown in FIG. 7, a plurality of reflection areas (reflection surfaces) 42 may be formed on the base surface 41 of the front light 40. On the base surface 41 of the large light guide plate 43, three reflection areas (reflection surfaces) 42a, 42b and 42c are formed. The reflection area 42 is composed of two slopes, the slopes of which the slopes are relatively gentle are the gentle slopes 14a, and the steep slopes formed with the slopes steeper than the gentle slopes 14a. 14b. In the reflection area 42, gentle slopes 14a and steep slopes 14b are formed alternately. By forming the prism groove 14 including the gentle slope portion 14a and the steep slope portion 14b, a front light having a uniform emission light amount can be obtained.
[0031]
The reflection areas (reflection surfaces) 42a, 42b, and 42c are circular in size corresponding to, for example, a speedometer, a rotation speed meter, and a fuel meter that constitute an instrument panel of a passenger car. Then, when light is incident from the two light sources 44, 44 toward the incident surfaces on both sides of the light guide plate 43, a circular shape corresponding to the size of the reflection areas 42a, 42b, 42c from the emission surface 45 of the light guide plate 43. Illumination light is emitted. Placing the front light 40 on the instrument panel of the passenger car brightly illuminates only the speedometer, speed meter, and fuel meter. Then, the surrounding area is not illuminated to lower the visibility. Even at night, each meter on the instrument panel can be read clearly.
[0032]
Further, the front light itself may function as a scale plate of the meter. In the embodiment shown in FIG. 8, a pointer 64 of a meter 63 is attached to a cover glass 62 that covers an emission surface 61 side of a front light 60. A scale 65 of a meter 63 is attached to an emission surface 61 of the front light 60. An entrance surface 67 is formed at the center of a reflection area (reflection surface) 66 of the front light 60, and a light emitting element 68 as a light source is formed facing the entrance surface 67. A prism 69 is formed at the center of the light exit surface 61. The reflection area (reflection surface) 66 is composed of two slopes, and the slope having a relatively gentle slope has a gentle slope 14a and a slope having a steeper slope than the gentle slope 14a. The steep slope portion 14b is formed. By forming the prism groove 14 including the gentle slope portion 14a and the steep slope portion 14b, a front light having a uniform emission light amount can be obtained.
[0033]
According to the front light 60 having such a configuration, the light emitted from the light emitting element 68 can change its propagation direction toward the slope 66 a of the reflection area 66 by the action of the prism 69. The light reflected by the reflection area 66 illuminates the pointer 64 of the meter 63 and raises the scale 65 of the meter 63 attached to the emission surface 61. The observer can easily read the meter 63 from the scale 65 and the pointer 64 that are clearly displayed.
[0034]
The light source, for example, the light emitting element may be easily replaced. In the embodiment shown in FIG. 9, an entrance surface 73 is formed at the center of a reflection area (reflection surface) 72 of a front light 70 arranged above a meter 71. An element socket 75 is formed at the center of the cover glass 74 that covers the meter 71 and the front light 70. A light emitting element 76 is detachably attached to the element socket 75, and the light emitting element 76 faces the incident surface 73. The reflection area (reflection surface) 72 is composed of two slopes, and the slope having a relatively gentle inclination angle is formed to have a gentle slope 14a and an inclination that is steeper than the gentle slope 14a. The steep slope portion 14b is formed. By forming the prism groove 14 including the gentle slope portion 14a and the steep slope portion 14b, a front light having a uniform emission light amount can be obtained. According to such a configuration, the light emitting element 76 can be easily attached and detached and replaced from the outside (viewing side) of the cover glass 74, which helps to improve maintainability.
[0035]
The light emitting element may be easily replaced using an optical fiber or a light guide pipe. In the embodiment shown in FIG. 10, an entrance surface 82 is formed at the center of a reflection area (reflection surface) 81 of a light 80, and a light guide pipe 83 extends from this entrance surface 82 toward a mounting panel 85 of a meter 84. . The end face of the light guide pipe 83 faces the light emitting element 87 detachably attached to the element socket 86. The reflection area (reflection surface) 81 is composed of two slopes, and the slope having a relatively gentle slope has a gentle slope 14a and a slope that is steeper than the gentle slope 14a. The steep slope portion 14b is formed. By forming the prism groove 14 including the gentle slope portion 14a and the steep slope portion 14b, it is possible to form a kind of backlight having a uniform emission light amount. According to such a configuration, the light emitting element 87 can be easily replaced from the outside of the mounting panel 85, which helps to improve maintainability.
[0036]
The light source may be directly attached to and detached from the front light. In the embodiment shown in FIG. 11, the front light 90 is formed with a light source insertion portion 92 through which a light pipe 91 containing a light emitting element can be inserted and removed. The reflection area (reflection surface) 93 is composed of two slopes, the slope of which the inclination is relatively gentle is formed with the gentle slope 14a and the inclination of which is steeper than the slope 14a. The steep slope portion 14b is formed. By forming the prism groove 14 including the gentle slope portion 14a and the steep slope portion 14b, a front light having a uniform emission light amount can be obtained. According to such a configuration, the light source can be easily replaced, which is useful for improving the maintainability, and by exchanging the light pipes 91 of various emission colors, the decoration and the functionality of the illuminated object can be improved. You can also.
[0037]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the light guide plate and the illumination device of the present invention, the illumination light emitted from the emission surface illuminates only the same range as the shape of the reflection surface as the illumination range. By forming the reflective surface smaller than the base surface and limiting the illumination range to the case where the reflective surface is formed on the entire base surface, it is possible to illuminate only the area that actually requires illumination Become. By not illuminating the area around the area where illumination is required, the visibility of the illumination area can be increased. In addition, when the light of the light source is applied only to the illumination range, the illuminance of the illumination range is increased. It is possible to provide a light guide plate and a lighting device capable of efficiently and uniformly irradiating the illuminating light only to a region that needs to be illuminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial perspective view of a front light (illumination device) which is an embodiment of an illumination device of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the front light shown in FIG. 1;
FIG. 3 is an enlarged perspective view showing a light emitting element provided in a front light.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a prism groove formed in a reflection area (reflection surface) of the light guide plate.
FIG. 5 is an enlarged partial plan view showing a part of a bar light guide.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an embodiment in which the front light of the present invention is used for illuminating a meter.
FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment of the front light of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing another embodiment of the front light of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing another embodiment of the front light of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view showing another embodiment of the front light of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view showing another embodiment of the front light of the present invention.
[Explanation of symbols]
10. Front light (lighting device)
11 Light Guide 12 Light Guide 12a Incident Surface 12b Outgoing Surface 12c Reflection Area (Reflection Surface)
12d basic surface 14 prism groove (groove)
15 Light-emitting element (light source)

Claims (8)

光源から照射された光を導入する入射面と、前記光を出射させる出射面と、入射面から導入された光を出射面に向けて反射させる微細な溝を具備した反射面が形成された基礎面と、前記入射面と出射面との間で光を伝搬する導光部とを備え、前記反射面は前記基礎面の面積よりも小さい面積で前記基礎面の一部に形成されたことを特徴とする導光板。A base on which an entrance surface for introducing light emitted from a light source, an exit surface for emitting the light, and a reflection surface having a fine groove for reflecting light introduced from the entrance surface toward the exit surface are formed. Surface, and a light guide that propagates light between the entrance surface and the exit surface, wherein the reflection surface is formed on a part of the base surface with an area smaller than the area of the base surface. Characteristic light guide plate. 前記反射面は円形に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の導光板。The light guide plate according to claim 1, wherein the reflection surface is formed in a circular shape. 前記入射面は前記反射面の中央部分に形成されたことを特徴とする請求項1または2に記載の導光板。The light guide plate according to claim 1, wherein the incident surface is formed at a central portion of the reflection surface. 光源から照射された光を導入する入射面と、前記光を出射させる出射面と、前記光を出射面に向けて反射させる微細な溝を具備した反射面と、前記反射面の中央部分に形成され、前記光を前記反射面に向けて屈折させるプリズムとが形成されたことを特徴とする導光板。An entrance surface for introducing light emitted from a light source, an exit surface for emitting the light, a reflective surface having a fine groove for reflecting the light toward the exit surface, and a central portion of the reflective surface. And a prism for refracting the light toward the reflection surface. 前記反射面は一定角度で入射した光を透過させる光透過性を備えたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の導光板。The light guide plate according to any one of claims 1 to 4, wherein the reflection surface has a light transmissivity for transmitting light incident at a predetermined angle. 請求項1から5のいずれか1項に記載の導光板と、前記導光板の入射面に向けて光を照射する光源とを備えたことを特徴とする照明装置。An illumination device comprising: the light guide plate according to any one of claims 1 to 5; and a light source that emits light toward an incident surface of the light guide plate. 前記光源は前記導光板に着脱自在に取り付けられたことを特徴とする請求項6に記載の照明装置。The lighting device according to claim 6, wherein the light source is detachably attached to the light guide plate. 視認側から前記光源の着脱を可能にしたことを特徴とする請求項7に記載の照明装置。The lighting device according to claim 7, wherein the light source is detachable from a viewing side.
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