JP2003161839A - 導光体、面発光体および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出射光に充分な輝度が得られると共に照明ム
ラも軽減された導光体、およびこれを用いた面発光体並
びに液晶表示装置を得る。 【解決手段】 受光端面２１から入射した光を長手方向
に沿う出射面２２から帯状光束として出射するように構
成された柱状の導光体２０において、前記受光端面２１
が凸面形状に成形されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は導光体、面発光体お
よび液晶表示装置に係り、特に、液晶表示装置の照明に
用いるとき優れた画像輝度と照明の均一性とが得られる
導光体、この導光体を構成要素として含む面発光体、お
よびこの面発光体を用いた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話機や携帯用表示端末機などに多
く用いられる反射型液晶表示装置は、一般に表示画面の
照明を外光に依存しているので、外光が不足する環境下
では表示画像の視認性が極端に低下するという問題があ
った。この問題を解決するために、反射型の液晶表示ユ
ニットの表示面上にフロントライトと呼ばれる面発光体
を装備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。この面発光体を備えた液晶表示装置は、昼間
の屋外や明るい室内など外光が十分に得られる環境では
外光により表示画面を照明し、暗い環境下では前記面発
光体を発光させて表示画面全体を照明している。

【０００３】従来から用いられている前記液晶表示装置
の一例を図１９および図２０（ａ）（ｂ）に示す。図１
９は前記液晶表示装置の斜視図であり、図２０（ａ）は
前記液晶表示装置の一部を表示面側から見た平面図、図
２０（ｂ）はその線Ｘ−Ｘで切った断面図である。この
液晶表示装置１００は、面発光体１０１と液晶表示ユニ
ット５０とからなっている。面発光体１０１は概略、光
源１０と導光体１２０と板状導光部３０とからなってい
る。光源１０は冷陰極管またはＬＥＤなどの発光素子か
らなり、導光体１２０および板状導光部３０は透明なア
クリル樹脂などを射出成形して形成されている。液晶表
示ユニット５０は板面の垂線方向に透光性の液晶表示板
５１と反射層５２とからなっている。

【０００４】導光体１２０は、細長い角柱状に成形さ
れ、その受光端面１２１が光源１０からの光を受光する
と、入射した光を長手方向（図１９のＺ−Ｚ方向）に沿
う出射面１２２から帯状光束Ｌ₁として出射するように
構成されている。この導光体１２０は、その出射面１２
２と対向する側面（反射面）１２３に、複数のプリズム
状傾斜面１２４…が形成されている。このプリズム状傾
斜面１２４…は何れもその稜線１２５が出射面１２２の
幅方向（図１９のＹ軸方向）に延びていて、光源１０か
ら導光体１２０に入射した光のうち、このプリズム状傾
斜面１２４…に射突した光の多くは反射して出射面１２
２から帯状光束Ｌ₁として出射される。このときプリズ
ム状傾斜面１２４…の数や配置、それぞれの傾斜角など
を適宜に選択することにより導光体１２０の出射面１２
２から出射される帯状光束Ｌ₁の輝度と均一性が良好に
バランスするよう調整される。

【０００５】板状導光部３０は板状に成形され、導光体
１２０の出射面１２２から出射した帯状光束Ｌ₁を側面
（入射側面）３１から受光し、板面の一方である発光面
３２から面状光束Ｌ₂として液晶表示ユニット５０の液
晶表示板５１に向けて出射するように構成されている。
板状導光部３０の発光面３２と対向する面（対向面）３
３には、複数のプリズム状傾斜面３４…が形成されてい
る。このプリズム状傾斜面３４…は何れもその稜線３５
が導光体１２０の長手（Ｚ−Ｚ）方向に延びていて、入
射側面３１から入射した帯状光のうち、このプリズム状
傾斜面３４…に射突した光の多くは反射して発光面３２
から面状光束Ｌ₂として出射される。このときプリズム
状傾斜面３４…の数や配置、それぞれの傾斜角などを適
宜に選択することにより板状導光部３０の発光面３２か
ら出射される面状光束Ｌ₂の輝度と均一性が良好にバラ
ンスするよう調整される。

【０００６】液晶表示ユニット５０の液晶表示板５１は
一般に用いられているものであって、液晶分子の駆動に
よって、表示面に垂直な光の透過／不透過が動的に制御
される。液晶表示板５１に向けて出射された光のうち、
液晶分子の配向によって板面の垂線方向に光透過性とさ
れた液晶表示板５１の部分を透過した光は、反射層５２
によって反射され、再び液晶表示板５１を垂直方向に透
過し、更に板状導光部３０も透過する。これによって液
晶表示板５１により形成された画像が板状導光部３０の
上方から視認できるようになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記構成の液晶表示装
置１００は小型の携帯用機器に多く用いられるので、面
発光体１０１による照明に際しては、光源１０の小型化
と共に消費電力を極力低減し、なおかつ充分な輝度と照
明の均一性とを得ることが求められる。しかし、光源１
０からの光は一般に拡散性であることに加え、面発光体
１０１は前記のように光の進路が導光体１２０内と面状
導光部３０内との２箇所でほぼ直角方向に反射を繰り返
し、しかもその反射が入射光の一部しか利用できない前
記プリズム状傾斜面に依存しているので導光損失が大き
く、出射光に充分な輝度が得られないばかりか照明ムラ
も大きかった。特に導光体１２０における導光効率の悪
さが指摘されていた。本発明は前記の課題を解決するた
めになされたものであり、従ってその目的は、出射光に
高い輝度が得られると共に照明ムラも軽減された導光
体、およびこれを用いた面発光体並びに液晶表示装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに本発明は、端面から入射した光を長手方向に沿う側
面（出射面）から帯状光束として出射するように構成さ
れた柱状の導光体であって、前記光を受光する端面（受
光端面）が凸面形状に成形された導光体を提供する。本
発明者らは、小型省電力の光源を用い、しかも反射型液
晶表示装置のフロントライトとして充分な照度と照明の
均一性が得られる面発光体を開発すべく鋭意研究の結
果、面発光体の構成要素である導光体の受光端面を凸面
形状に成形することにより、光源から入射された光の拡
散を適度に制御し、導光体の出射面から光を帯状光束と
して効率よく均一に出射させ得ることを見出し本発明に
到達した。すなわち、従来のこの種の導光体において
は、受光端面が平坦であったので、光源から入射した光
が導光体内で広い角度に拡散し、出射面以外の側面から
光が漏洩したり直進したりして充分な光量が出射面から
出射せず、光の利用効率が悪かった。本発明の導光体に
よれば、導光体内部の光の拡散が好適に制御され、出射
面以外の側面から漏洩したり直進したりすることによる
光の損失を抑制することができ、出射面からより多くの
光をより均一な輝度の帯状光束として出射させることが
できる。

【０００９】前記受光端面は、稜線が前記出射面の幅方
向に延びる１以上の筒形凸レンズの形状に成形されてい
ることが好ましい。前記筒形凸レンズ形状の曲率半径
は、当該形状の弦長の０．５倍〜１．０倍の範囲内とさ
れていることが好ましい。稜線が出射面の幅方向に延び
る筒形凸レンズ（シリンドリカルレンズ）形状を受光端
面に形成すれば、この筒形凸レンズ形状の曲率を選択す
ることにより出射面と、これに対向する側面（反射面）
との間の光の拡散角を好適に制御することができ、帯状
光束の出射光量を向上させることができる。筒形凸レン
ズ形状は受光端面に１条だけ形成されていてもよく、２
条以上が平行して形成されていてもよい。実験の結果、
筒形凸レンズ形状の曲率半径は、当該筒形凸レンズ形状
の弦長（断面弧の弦の長さ）の０．５倍〜１．０倍の範
囲内とすることがより効果的であることがわかった。

【００１０】前記受光端面は、１以上の球面凸レンズの
形状に成形されていてもよい。前記球面凸レンズ形状の
曲率半径は、当該形状の弦長の０．５倍〜１．０倍の範
囲内とされていることが好ましい。受光端面に球面凸レ
ンズ形状を形成すれば、この球面凸レンズ形状の曲率を
選択することにより出射面と反射面との間の光の拡散角
を好適に制御することができるばかりでなく、導光体の
他の側面に対する光の拡散も制御できるので、帯状光束
の出射光量と均一性とを更に向上させることができる。
球面凸レンズ形状は受光端面全体を覆うように１個だけ
成形されていてもよく、２個以上が隣接は位置された形
状に成形されていてもよい。実験の結果、球面凸レンズ
形状の曲率半径は、当該球面凸レンズ形状の弦長の０．
５倍〜１．０倍の範囲内とすると、より効果的であるこ
とがわかった。球面凸レンズ形状の曲率は帯状光束の出
射方向と出射面の幅方向とで同じでも異なっていてもよ
い。

【００１１】更に前記受光端面は、稜線が前記出射面の
幅方向に延びる１以上の凸プリズムの形状に成形に成形
されていてもよい。前記凸プリズム形状の底辺を挟む仰
角は、２°〜４０°の範囲内とされていることが好まし
い。受光端面に凸プリズム形状（断面三角形）を形成す
れば、この凸プリズム形状の仰角を選択することにより
出射面と反射面との間の光の拡散角を好適に制御するこ
とができ、帯状光束の出射光量と均一性とを向上させる
ことができる。凸プリズム形状は受光端面に１条だけ形
成されていてもよく、２条以上が平行して形成されてい
てもよい。実験の結果、凸プリズム形状の仰角（底辺と
斜辺とが挟む角）は、２°〜４０°の範囲内とすること
がより効果的であることがわかった。凸プリズム形状の
仰角は底辺を挟む双方が同じでも異なっていてもよい。

【００１２】更に前記受光端面は、稜線が前記出射面の
幅方向に延びる４分割筒形凸レンズ部と、前記稜線を共
有する片側傾斜面のプリズム部とからなる１以上の複合
型凸面形状に成形されていてもよい。ここで「４分割筒
形凸レンズ部」とは、円柱を軸心に沿って４等分した形
状を意味する。この複合型凸面形状によっても、出射面
と反射面との間の光の拡散角を好適に制御することがで
き、帯状光束の出射光量と均一性とを向上させることが
できることがわかった。前記複合型凸面形状は受光端面
に１条だけ形成されていてもよく、２条以上が平行して
形成されていてもよい。また４分割筒形凸レンズ部とプ
リズム部とは、これらの組が１稜線を共有していればよ
いので、それらの配列順序は特に限定されない。

【００１３】本発明の導光体は、前記出射面と対向する
側面（反射面）に、前記受光端面から入射した光を前記
出射面方向に反射する反射手段が形成されていることが
好ましい。この反射手段は、稜線が反射面の幅方向に延
びる複数のプリズム状傾斜面からなっていることが好ま
しい。これによって帯状光束の輝度と均一性を更に向上
することができる。

【００１４】本発明はまた、前記の何れかに記載の導光
体と板状導光部とを有し、前記板状導光部は、前記導光
体から出射した前記帯状光束を側面（入射側面）で受光
し、板面から面状光束として出射するように構成された
面発光体を提供する。ここで面状光束は板状導光部の一
方の板面から出射されてもよくまたは双方の板面から同
時に出射されてもよい。また、面状光束が出射しない側
の板面は、板面の垂線方向に光透過性であっても光反射
性であってもよい。面発光体の面状光束を出射する側の
板面を「発光面」、これと対向する側の板面を「対向
面」という。この面発光体は、前記導光体が従来型の導
光体よりも出射光の輝度および均一性において優れてい
るので、板状導光部が従来型のものであっても、全体と
して発光面から出射される面状光束の輝度と均一性が向
上している。

【００１５】前記において板状導光部は板面の垂線方向
に光透過性であり、かつ前記入射側面から入射した前記
帯状光束を一方の板面（発光面）から面状光束として出
射する反射手段が設けられていることが好ましい。この
反射手段は、対向面に形成され、稜線が導光体の長手方
向に延びる複数のプリズム状傾斜面からなっていること
が好ましい。これによって本発明の面発光体は面状光束
を１方向（発光面）に指向して出射できるようになり、
かつ光が前記面発光体を垂直に透過できるようになり、
本発明の面発光体を反射型液晶表示装置のフロントライ
トとして使用できるようになる。

【００１６】本発明は更に、前記の面発光体と液晶表示
ユニットとを備えた液晶表示装置を提供する。本発明の
液晶表示装置は、前記本発明の面発光体を液晶表示面の
照明に用いるので小型省電力の光源を用いながら明るく
視認性の高い画面が得られる。前記の面発光体と液晶表
示ユニットとの組合わせ順序は特に限定されない。例え
ば板状導光部が板面の垂線方向に光透過性であり、かつ
入射側面から入射した帯状光束が面状光束として一方の
発光面から出射されるタイプの面発光体を上層に配置
し、その下に反射型液晶表示ユニットを表示面が前記発
光面と対向するように配置すれば、本発明の面発光体を
フロントライトとする反射型液晶表示装置が得られる。
また反射層を持たない透光性の液晶表示板を上層に配置
し、その下に、板状導光部の対向面を光反射性とした本
発明の面発光体を、その発光面が液晶表示板の裏面と対
向するように配置すれば、前記面発光体をバックライト
とする反射型液晶表示装置が得られる。

【００１７】

【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が、本発明は以下の実施の形態に限
定されるものではない。また、本実施の形態において参
照される各図面は、本発明の思想を説明するためのもの
であり、各部の形状寸法は実際のものと異なる。

【００１８】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１の面発光体を示す平面図である。この面発光体１は概
略、二つの光源部１０，１０と、この光源部１０，１０
に挟まれた角柱状の導光体２０と、導光体２０の一側面
（出射面２２）に入射側面３１を対向させて延びる方形
の板状導光部３０とからなっている。図１においてこの
面発光体１は中央線（Ｘ−Ｘ）に関して左右対称に構成
されている。光源部１０，１０は発光素子１１としてＬ
ＥＤを内蔵するランプハウスからなり、それぞれ、一方
に設けられた照射窓から導光体２０のそれぞれの受光端
面２１に向けて光を照射するように配置されている。導
光体２０および板状導光部３０はいずれも透明なアクリ
ル樹脂から成形されている。

【００１９】図２は、導光体２０の端部近辺を示す斜視
図である。図１および図２において、導光体２０は概
略、細長い角柱状に成形され、その長手方向に延びる４
側面のうち、図示しない板状導光部３０の入射側面３１
と対向して配置された側面が導光体２０に入射した光を
出射する出射面２２とされ、この出射面２２と対向する
側面が反射面２３とされている。反射面２３には複数の
プリズム状傾斜面２４…が形成されている。このプリズ
ム状傾斜面２４…は、何れもその稜線２５が出射面２２
の幅方向、すなわち導光体２０の厚みＴ方向に延びてい
て、導光体２０に入射した光を出射面２２側に均一に反
射する形状に成形されている。図示しないが出射面２２
を除く導光体２０の３方の側面は全て反射膜により覆わ
れている。

【００２０】導光体２０の双方の端面は、それぞれ光源
部１０から照射された光を受光する受光端面２１とされ
ている。これらの受光端面２１，２１は何れもそれぞれ
の光源部１０方向に凸となる筒形凸レンズ（シリンドリ
カルレンズ）の形状に成形されている。この筒形凸レン
ズ形状は、図２のＹ−Ｙで示す稜線の方向が、導光体２
０の厚みＴ方向に延びていて、その曲率半径ｒは、この
筒形凸レンズ形状の弦長Ｃ（この場合は導光体２０の幅
Ｗに等しい）の０．５倍〜１．０倍の範囲内とされてい
る。ここで弦長Ｃとは筒形凸レンズ形状の断面弧の弦の
長さであり、導光体の幅Ｗとは、出射面２２と反射面２
３との離間距離である。この受光端面２１の筒形凸レン
ズ形状が本実施形態の特徴となっている。

【００２１】図３は本実施形態の面発光体１と液晶表示
ユニット５０とを組合わせて構成した本発明の液晶表示
装置の一例を示す、図１の線Ｘ−Ｘで切った断面図であ
る。図１および図３において、板状導光部３０は概略方
形の平板状に成形されてなり、その一方の側面が入射側
面３１として導光体２０の出射面２２に対向して配置さ
れ、板状導光部３０の受光面とされている。

【００２２】板状導光部３０の板面の一方は液晶表示ユ
ニット５０の表示面５３と対向するように配置され、発
光面３２とされている。発光面３２と対向する外側の板
面は対向面３３とされている。対向面３３には複数のプ
リズム状傾斜面３４…が形成されている。このプリズム
状傾斜面３４…は、何れもその稜線３５が導光体２０の
出射面２２が延びる方向と平行になるように成形され、
かつ導光体２０から板状導光部３０に入射した光を発光
面３２の方向に均一に反射する形状に成形されている。

【００２３】図３に示した液晶表示ユニット５０は液晶
表示板５１とその下層に配された反射層５２とからなっ
ている。液晶表示板５１は液晶層５４と、図示しないが
液晶層を駆動する電極と、この電極に断続的に電位を印
加する駆動回路と、偏光膜やカラーフィルタなどの光制
御板とを有し、液晶層５４の液晶分子の配向により透光
／遮光のスイッチングが行われるようになっている。液
晶表示板５１の構成や駆動方式は特に限定されるもので
はない。反射層５２は、一例を図４に示すように、有機
膜５５の表面に内面が球面の一部をなす多数の凹部５６
ａ…が重なり合うように連続して形成されており、この
有機膜５５上に反射膜５７が成膜されてなっている。液
晶表示板５１と反射層５２とは、液晶表示板５１の表示
面５３が板状導光部３０の発光面３２と対向するように
積層されることで、反射型液晶表示ユニットを構成して
いる。

【００２４】次に図１〜図３を用い、本実施形態の面発
光体１の作用について説明する。まず概略の光の経路を
説明すると、光源部１０，１０から放射されたＬＥＤ光
は導光体２０のそれぞれの受光端面２１，２１から入射
し、導光体２０内に導入される。導光体２０内に導入さ
れた光は反射面２３に成形された複数のプリズム状傾斜
面２４…によって大部分の光は出射面２２の方向に反射
され、出射面２２から、この細長い面全体が光る帯状光
束Ｌ₁として出射し、入射側面３１から板状導光部３０
内に導入される。板状導光部３０内に導入された光は、
対向面３３に成形された複数のプリズム状傾斜面３４…
によって大部分の光は発光面３２の方向に反射され、発
光面３２から、面全体が光る面状光束Ｌ₂として液晶表
示ユニット５０の表示面５３を照射する。

【００２５】液晶表示ユニットの表示面５３を照射した
光の内、液晶分子の配向によって遮光されることなく液
晶層５４を透過した光は反射層５２に達し、この反射層
５２によって反射され、再び液晶層５４を透過し、更に
板状導光部３０を透過して直進する。板状導光部３０
は、板面に対してほぼ垂直に入射する液晶表示ユニット
からの反射光を透過することができるので、液晶層５４
がパターン形成する画像光Ｌ₃は対向面３３から外部に
出射され視認されるようになる。この板状導光部３０
は、入射側面３１以外の側面や上下の板面が、外光や光
源光の余分な反射や散乱に起因するヘイズやグレアを防
止し画像コントラストを高めるために反射防止膜が施さ
れていてもよい。

【００２６】前記実施形態の面発光体１において、導光
体２０の受光端面２１の形状の効果を調べるため、筒形
凸レンズ形状の曲率半径ｒを種々変化させた導光体の試
作品を作成し、出射面２２から帯状光束として出射する
光の輝度とその分布を測定した。出射光の輝度の測定
は、出射面２２の長手方向に一方の端部から中央線Ｘ−
Ｘまでの長さ（半長）を１７等分してそれぞれを測定点
とし、図５に示すように、各測定点において、垂直線か
ら出射面２２の長手方向に±２０°の範囲内で測定視野
を振って輝度を測定し、その平均値を測定点における輝
度とした。

【００２７】（測定例１：平均出射光輝度）受光端面２
１の曲率半径ｒを０．５Ｃ〜２．５Ｃ（Ｃは弦長）の範
囲内で変化させた実施例と、受光端面２１が平坦な比較
例について前記各測定点で測定した輝度を、各曲率半径
ごとに平均し、それぞれの比曲率半径（ｒ／Ｃ）におい
て出射面２２全体から出射される帯状光束の平均輝度を
求めた。測定結果を図６に示す。図６の結果から、受光
端面２１を筒形凸レンズ形状に成形した本実施形態の導
光体２０は、受光端面が平坦な従来型の導光体より板状
導光部３０に入射する光の平均輝度が明らかに勝ってお
り、特に０．５ｒ／Ｃ〜１．０ｒ／Ｃの範囲内では従来
型の導光体より１３％以上平均輝度が向上していること
がわかる。

【００２８】（測定例２：出射光輝度の均一性）受光端
面２１の曲率半径ｒを０．５Ｃ〜２．５Ｃの範囲内で変
化させた実施例と、受光端面２１が平坦な比較例につい
て前記各測定点で出射される光の輝度を測定し、それぞ
れの曲率半径における前記１７の測定点の輝度の内、最
小値（min）と最大値（max）との比（min／max）を計算
し、導光体の長手方向に沿う出射光輝度の均一性の指標
とした。比較例のmin／maxは０．３であった。min／max
値は大きい方が均一性が高い。測定結果を図７に示す。
図７の結果から、受光端面２１を筒形凸レンズ形状に成
形した本実施形態の導光体２０は、受光端面が平坦な従
来型の導光体より導光体の長手方向に沿う出射光輝度の
均一性が明らかに勝っており、部分的な出力ムラが少な
くなっていることがわかる。

【００２９】（測定例３：長手方向の出射光輝度均一
性）前記測定例２に関連して、前記１７測定点のそれぞ
れにおける出射光輝度を、本実施形態の一例である曲率
半径ｒが０．６Ｃである導光体と、受光端面が平坦な従
来型の導光体とについて測定した。測定結果を図８に示
す。測定位置は導光体の半長を１として表示した。図８
の結果から、実施形態の場合も比較例の場合も導光体の
中央部に向かって輝度が上昇する傾向は見られるが、実
施形態の場合は比較例に比べ端部と中央部との輝度出力
の差が小さく、帯状光束の全長に亘って輝度の均一性が
改善されていることがわかる。

【００３０】以上説明した測定例１〜測定例３の結果か
ら、受光端面が筒形凸レンズ形状に成形された本実施形
態の導光体は、受光端面が平坦な従来型の導光体より出
射光輝度が向上し、かつ帯状光束全体に亘って輝度の均
一性が改善されていることがわかる。特に筒形凸レンズ
部の曲率半径が弦長の０．５倍〜１．０倍の範囲内のと
きその効果が顕著である。一般に光源からの拡散光の進
路に凸レンズを挿入すれば、拡散する光が収束する結
果、直進光が増大すると予想される。しかし本導光体の
構成においては、導光体内を長手方向に直進する光は反
射面２３で反射されることなく無駄になるので好ましく
ない。本発明はこの予想を覆し、意外にも光の進路に凸
レンズを置くことで出射面２２からの光出力が増大しか
つ帯状光束全体に亘って輝度ムラが改善されることを見
出したことによりもたらされたものである。

【００３１】（実施形態２）実施形態２の面発光体は、
導光体の受光端面形状が異なる以外は実施形態１と同様
の構成を有する。従ってここでは主として導光体の受光
端面形状について詳しく説明する。図９は、この実施形
態における導光体２０の一方の受光端面付近を示す斜視
図である。図９において、この導光体２０は、実施形態
１の場合と同様に長手方向に延びる４側面のうち、板状
導光部の端面（図示せず）と対向して配置された側面が
光を出射する出射面２２とされ、この出射面２２と対向
する側面が反射面２３とされている。反射面２３には複
数のプリズム状傾斜面２４…が形成されている。このプ
リズム状傾斜面２４…は、実施形態１と同様に何れもそ
の稜線が導光体２０の厚みＴ方向に延びていて、導光体
２０に入射した光を出射面２２側に反射する形状に成形
されている。図示しないが出射面２２を除く導光体の３
方の側面は全て反射膜により覆われている。

【００３２】導光体２０の受光端面２６は、図示しない
光源部から照射された光を受光する位置に配置されてい
る。実施形態２の受光端面２６は、光源部方向に凸とな
る２条の筒形凸レンズ２６ａ，２６ｂの形状に成形され
ている。この筒形凸レンズ２６ａ，２６ｂは、いずれも
稜線の方向Ｚａ，Ｚｂが導光体２０の厚みＴ方向に延び
ている。筒形凸レンズ２６ａ，２６ｂの曲率半径は同じ
でも異なっていてもよく、それぞれの弦長Ｃ（この場合
弦長Ｃはそれぞれ導光体２０の半幅Ｗ／２とされている
が、互いの弦長は異なっていてもよい）の０．５倍〜
１．０倍の範囲内とされている。

【００３３】実施形態２の導光体は、実施形態１の場合
と同様に反射型液晶表示ユニットの表示面上に重ねて点
灯するとき、実施形態１の場合と実質的に同様に明るく
かつ照明ムラのない照明効果が得られた。

【００３４】（実施形態３）実施形態３の面発光体は、
導光体の受光端面形状が異なる以外は実施形態１と同様
の構成を有する。従ってここでは主として導光体の受光
端面形状について詳しく説明する。図１０は、この実施
形態における導光体２０の一方の受光端面付近を示す斜
視図である。図１０において、この導光体２０は、実施
形態１の場合と同様に長手方向に延びる４側面のうち、
板状導光部の端面（図示せず）と対向して配置された側
面が光を出射する出射面２２とされ、この出射面２２と
対向する側面が反射面２３とされている。

【００３５】導光体２０の受光端面２７は、図示しない
光源部から照射された光を受光する位置に配置されてい
る。実施形態３の受光端面２７は、光源部方向に凸とな
る球面凸レンズの形状に成形されている。この球面凸レ
ンズ形状は、その曲率半径が弦長Ｃ、この場合は導光体
２０の対角線長の０．５倍〜１．０倍の範囲内とされて
いる。

【００３６】実施形態３の導光体は、実施形態１の場合
と同様に反射型液晶表示ユニットの表示面上に重ねて点
灯するとき、実施形態１の場合と実質的に同様に明るく
かつ照明ムラのない照明効果が得られた。

【００３７】（実施形態４）実施形態４の面発光体は、
導光体の受光端面形状が異なる以外は実施形態１と同様
の構成を有する。従ってここでは主として導光体の受光
端面形状について詳しく説明する。図１１は、この実施
形態における導光体２０の受光端面付近を示す平面図で
ある。図１１において、この導光体２０は、実施形態１
の場合と同様に長手方向に延びる４側面のうち、板状導
光部３０の入射側面３１と対向して配置された側面が光
を出射する出射面２２とされ、この出射面２２と対向す
る側面が反射面２３とされている。

【００３８】導光体２０の受光端面２８は、光源部１０
から照射された光を受光する位置に配置されている。実
施形態４の受光端面２８は、光源部１０方向に凸となる
凸プリズムの形状に成形されている。この凸プリズムの
稜線は出射面２２の幅方向に延びている。凸プリズム形
状の底辺を挟む双方の仰角θ，θは同じでも異なっても
よいが、２°〜４０°の範囲内とされている。

【００３９】次に本実施形態の面発光体の作用について
図１１を用いて説明する。まず概略の光の経路を説明す
ると、光源部１０から放射されたＬＥＤ光は導光体２０
の受光端面２８から入射し、導光体２０内に導入され
る。導光体２０内に導入された光は反射面２３に成形さ
れた複数のプリズム状傾斜面２４…によって大部分の光
が出射面２２の方向に反射され、出射面２２から、この
面全体が光る帯状光束として出射し、板状導光部３０の
入射側面３１から板状導光部３０内に導入される。板状
導光部３０内に導入された光は対向面３３に成形された
複数のプリズム状傾斜面３４…によって大部分の光は発
光面３２の方向に反射され、発光面３２から、面全体が
光る面状光束として図示しない液晶表示ユニットの表示
面を照射する。

【００４０】液晶表示ユニットの表示面を照射した光の
内、液晶層において液晶分子の配向によって遮光される
ことなく透過した光は反射層に達し、この反射層によっ
て反射され、再び液晶表示板を透過し、更に板状導光部
３０を透過して直進し、対向面３３から外部に放射され
視認されることになる。この板状導光部３０は、導光体
から光が入射する入射側面３１以外の側面や上下の板面
は、外光や光源光の余分な反射や散乱に起因するヘイズ
やグレアを防止し画像コントラストを高めるために反射
防止膜が施されていてもよい。

【００４１】前記実施形態の導光体において、導光体の
受光端面２７の仰角θを種々変化させた試作品を作成
し、出射面２２から帯状光束として出射する光の輝度を
測定した。ただし凸プリズム形状の双方の仰角θ，θは
等しくした。輝度の測定は、実施形態１の場合と同様に
出射面２２の長手方向に一方の端部から中央線Ｘ−Ｘま
での長さ（半長）を１７等分してそれぞれを測定点と
し、各測定点において、垂直線から出射面２２の長手方
向に±２０°の範囲内で測定視野を振って輝度を測定
し、その平均値を測定点における輝度とした。

【００４２】（測定例５：平均出射光輝度）受光端面２
８の仰角θを０°〜５０°の範囲内で変化させ、前記各
測定点で出力される出射光輝度を測定し、更に各仰角ご
とに前記輝度の平均値を計算し、それぞれの仰角におい
て出射面２２全体から出射される帯状光束の平均輝度を
求めた。比較例は仰角θが０°の平坦面の場合である。
測定結果を図１２に示す。図１２の結果から、受光端面
２８を凸プリズム形状に成形した本実施形態の導光体
は、受光端面が平坦な従来型の導光体より板状導光部３
０に入射する光の平均輝度が勝っており、特に２°〜４
０°の範囲内では従来型の導光体より明らかに平均の出
射光輝度が向上していることがわかる。特に仰角が２０
°〜３０°の範囲内では従来型の導光体より１３％も平
均出射光輝度が向上している。

【００４３】（測定例６：輝度の均一性）受光端面２８
の仰角θを２°〜５０°の範囲内で変化させた実施例
と、受光端面が平坦な比較例（θ＝０°）について前記
各測定点で出射される光の輝度を測定し、それぞれの仰
角θにおける前記１７の測定点の輝度の内、最小値（mi
n）と最大値（max）との比（min／max）を計算し、導光
体の長手方向に沿う出射光輝度の均一性の指標とした。
比較例のmin／maxは０．３であった。min／max値は大き
い方が均一性が高い。測定結果を図１３に示す。図１３
の結果から、受光端面２８をプリズム状に成形した本実
施形態の導光体は、受光端面が平坦な従来型の導光体よ
り導光体の長手方向に沿う出射光輝度の均一性が勝って
おり、部分的な出力ムラが少なくなっていることがわか
る。

【００４４】（測定例７：長手方向の出射光輝度均一
性）前記測定例６に関連して、前記１７測定点のそれぞ
れにおける出射光輝度を、本実施形態の一例である端面
プリズムの仰角が３０°である導光体と、受光端面が平
坦な従来型の導光体とについて測定した。測定結果を図
１４に示す。測定位置は導光体の半長を１として表示し
た。図１４の結果から、比較例の場合は導光体の中央部
に向かって輝度が漸次上昇する傾向が見られる。これに
対して本実施形態の場合は端部と中央部の輝度が高く中
間部では輝度が低下して比較例と同程度になるが全域を
通して出射光輝度の差が小さく、帯状光束の全長に亘っ
て輝度の均一性が改善されていることがわかる。

【００４５】以上説明した測定例５〜測定例７の結果か
ら、導光体の受光端面をプリズム形状に成形した本実施
形態の導光体は、受光端面が平坦な従来型の導光体より
出射光輝度が向上し、かつ帯状光束全体に亘って出射光
輝度の均一性が改善されていることがわかる。特に仰角
が２°〜４０°の範囲内のときその効果が顕著であっ
た。

【００４６】（実施形態５）実施形態５の面発光体は、
導光体の受光端面形状が異なる以外は実施形態１と同様
の構成を有する。従ってここでは主として導光体の受光
端面形状について詳しく説明する。図１５は、この実施
形態における導光体２０の受光端面付近を示す平面図で
ある。図１５において、この導光体２０は、実施形態１
の場合と同様に長手方向に延びる４側面のうち、板状導
光部３０の受光端面３１と対向して配置された側面が出
射面２２とされ、この出射面２２と対向する側面が反射
面２３とされている。反射面２３には複数のプリズム状
傾斜面２４…が形成されている。

【００４７】導光体２０の受光端面２９は、光源部１０
から照射された光を受光する位置に配置されている。実
施形態５の受光端面２９は、光源部１０方向に凸となる
２条の凸プリズム形状２９ａ，２９ｂに成形されてい
る。この凸プリズム形状２９ａ，２９ｂは、いずれも稜
線の方向が導光体２０の厚み方向に延びている。凸プリ
ズム形状２９ａ，２９ｂの各仰角はそれぞれが同じでも
異なっていてもよいが、いずれも２°〜４０°の範囲内
とされている。

【００４８】実施形態５の面発光体は、実施形態１の場
合と同様に反射型液晶表示ユニットの表示面上に重ねて
点灯するとき、実施形態１の場合と実質的に同様に明る
くかつ照明ムラのない照明効果が得られた。

【００４９】（実施形態６）実施形態６の面発光体は、
導光体の受光端面形状が異なる以外は実施形態１と同様
の構成を有する。従ってここでは主として導光体の受光
端面形状について詳しく説明する。図１６は、この実施
形態における導光体２０の受光端面付近を示す平面図で
ある。図９において、この導光体２０は、実施形態１の
場合と同様に長手方向に延びる４側面のうち、板状導光
部３０の受光端面３１と対向して配置された側面が出射
面２２とされ、この出射面２２と対向する側面が反射面
２３とされている。

【００５０】導光体２０の受光端面４０は、光源部１０
から照射された光を受光する位置に配置されている。実
施形態６の受光端面４０は、４分割筒形凸レンズの形状
を有するレンズ部４０ａと片側傾斜面の形状を有するプ
リズム部４０ｂとが合体して１条の凸面が形成された複
合型凸面形状となっている。ここで「４分割筒形凸レン
ズ部」とは、円柱を軸心に沿って４等分した形状であ
る。レンズ部４０ａとプリズム部４０ｂとが合体して形
成される凸面の稜線は導光体２０の厚み方向（すなわち
幅Ｗに対して垂直方向）に延びている。試作した導光体
６Ａ，６Ｂ，６Ｃの受光端面におけるレンズ部４０ａの
曲率半径ｒとプリズム部４０ｂの底辺長さＬとの関係
を、導光体２０の幅Ｗに対する比として図１６に表示し
た。

【００５１】実施形態６の面発光体は、導光体の受光端
面の形状が図１６に示す６Ａ，６Ｂ，６Ｃの何れであっ
ても、反射型液晶表示ユニットの表示面上に重ねて点灯
するとき、実施形態１の場合と実質的に同様に明るくか
つ照明ムラのない照明効果が得られた。

【００５２】（実施形態７）実施形態７の面発光体は、
導光体の受光端面形状が異なる以外は実施形態１と同様
の構成を有する。従ってここでは主として導光体の受光
端面形状について詳しく説明する。図１７は、この実施
形態における導光体２０の受光端面付近を示す平面図で
ある。図１７において、この導光体２０は、実施形態６
の場合と同様に長手方向に延びる４側面のうち、板状導
光部３０の受光端面３１と対向して配置された側面が出
射面２２とされ、この出射面２２と対向する側面が反射
面２３とされている。

【００５３】導光体２０の受光端面４１は、光源部１０
から照射された光を受光する位置に配置されている。実
施形態７の受光端面４１は、実施形態６と同様に４分割
筒形凸レンズの形状を有するレンズ部４１ａと片側傾斜
面の形状を有するプリズム部４１ｂとが合体して１条の
凸面が形成された複合型凸面形状となっている。ただし
レンズ部４１ａとプリズム部４１ｂとの板状導光部３０
に向かっての配列順序が実施形態６の場合とは逆になっ
ている。すなわちレンズ部４１ａが板状導光部３０側に
配置されている。試作した導光体７Ａ，７Ｂ，７Ｃの受
光端面におけるレンズ部４１ａの曲率半径ｒとプリズム
部４１ｂの底辺長さＬとの関係を、導光体２０の幅Ｗに
対する比として図１７に表示した。

【００５４】実施形態７の面発光体は、導光体の受光端
面の形状が図１７に示す７Ａ，７Ｂ，７Ｃの何れであっ
ても、反射型液晶表示ユニットの表示面上に重ねて点灯
するとき、実施形態１の場合と実質的に同様に明るくか
つ照明ムラのない照明効果が得られた。

【００５５】（実施形態８）実施形態８の面発光体は、
導光体の受光端面形状が異なる以外は実施形態１と同様
の構成を有する。従ってここでは主として導光体の受光
端面形状について詳しく説明する。図１８（ａ）は、こ
の実施形態における導光体２０の受光端面付近を示す平
面図である。図１８（ａ）において、この導光体２０
は、実施形態１の場合と同様に長手方向に延びる４側面
のうち、板状導光部３０の受光端面３１と対向して配置
された側面が出射面２２とされ、この出射面２２と対向
する側面が反射面２３とされている。

【００５６】導光体２０の受光端面４２は、光源部１０
から照射された光を受光する位置に配置されている。実
施形態８の受光端面４２は、４分割筒形凸レンズの形状
を有するレンズ部４２ａと片側傾斜面の形状を有するプ
リズム部４２ｂとが合体して１条の凸面を形成し、この
複合型凸面形状がプリズム部４２ｂ，４２ｂを内側にし
て対称的に２条配列されている。いずれも稜線の方向は
導光体２０の厚み方向（すなわち幅Ｗに対して垂直方
向）に延びている。

【００５７】図１８（ａ）に示した受光端面４２の配列
順序は、板状導光部３０の側から［レンズ部４２ａ−プ
リズム部４２ｂ−プリズム部４２ｂ−レンズ部４２ａ］
となっている。試作例として、図１８（ｂ）〜図１８
（ｄ）に示すようにそれぞれレンズ部４２ａとプリズム
部４２ｂとの配列順序を変更し、ただし必ずレンズ部４
２ａとプリズム部４２ｂとが組合わされて１条の凸面を
形成するようにして導光体を作成した。図番と前記組合
わせとの関係を以下に示す。 図１８（ｂ）：［レンズ部４２ａ−プリズム部４２ｂ−
レンズ部４２ａ−プリズム部４２ｂ］ 図１８（ｃ）：［プリズム部４２ｂ−レンズ部４２ａ−
レンズ部４２ａ−プリズム部４２ｂ］ 図１８（ｄ）：［プリズム部４２ｂ−レンズ部４２ａ−
プリズム部４２ｂ−レンズ部４２ａ］

【００５８】実施形態８の面発光体は、図１８（ａ）〜
図１８（ｄ）に示す何れの組合わせのものも、反射型液
晶表示ユニットの表示面上に重ねて点灯するとき、実施
形態１の場合と実質的に同様に明るくかつ照明ムラのな
い照明効果が得られた。

【００５９】

【発明の効果】本発明の導光体は、受光端面から入射し
た光を出射面から帯状光束として出射するように構成さ
れ、前記受光端面が凸面形状に成形されているので、端
面が平坦な従来の導光体に比べ、出射面から出射される
帯状光束の輝度および均一性が向上している。本発明の
面発光体は、前記本発明の導光体と板状導光部とを有
し、前記板状導光部が、前記導光体から出射された帯状
光束を入射側面から受光し、板面から面状光束として出
射するように構成されているので、端面が平坦な導光体
を用いた従来の面発光体に比べ、板状導光部の板面から
出射される面状光束の輝度および均一性が向上してい
る。本発明の液晶表示装置は、前記本発明の面発光体と
液晶表示ユニットとを備えているので、従来の面発光体
を用いたものに比べ、表示画像が明るく、かつ明るさの
均一性が向上している。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の面発光体を示す平面図
である。

【図２】 前記実施形態の導光体の端部近辺を示す斜視
図である。

【図３】 前記実施形態の面発光体と液晶表示ユニット
とを組合わせて構成した本発明の液晶表示装置の一例を
示す断面図である。

【図４】 前記液晶表示装置に用いられる反射層の一例
を示す斜視図である。

【図５】 導光体の出射面から出射される出射光の輝度
を測定する方法を示す平面図である。

【図６】 平均出射光輝度の測定結果を示すグラフであ
る。

【図７】 出射光輝度の均一性の測定結果を示すグラフ
である。

【図８】 導光体の長手方向の出射光輝度均一性の測定
結果を示すグラフである。

【図９】 実施形態２における導光体の受光端面付近を
示す斜視図である。

【図１０】 実施形態３における導光体の受光端面付近
を示す斜視図である。

【図１１】 実施形態４における導光体の受光端面付近
を示す平面図である。

【図１２】 平均出射光輝度の測定結果を示すグラフで
ある。

【図１３】 出射光輝度の均一性の測定結果を示すグラ
フである。

【図１４】 導光体の長手方向の出射光輝度均一性の測
定結果を示すグラフである。

【図１５】 実施形態５における導光体の受光端面付近
を示す平面図である。

【図１６】 実施形態６における導光体２０の受光端面
付近を示す平面図である。

【図１７】 実施形態７における導光体の受光端面付近
を示す平面図である。

【図１８】 （ａ）〜（ｄ）は何れも、実施形態８にお
ける導光体の受光端面付近を示す平面図である。

【図１９】 従来から用いられている液晶表示装置の一
例を示す斜視図である。

【図２０】 （ａ）は前記従来の液晶表示装置の一部を
表示面側から見た平面図、（ｂ）はその線Ｘ−Ｘで切っ
た断面図である。

【符号の説明】

１０…光源部、２０…導光体、２１…受光端面、２２…
出射面、２３…反射面、３０…板状導光部、３１…入射
側面、３２…発光面、３３…対向面、５０…液晶表示ユ
ニット、５１…液晶表示板、５２…反射層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆターム(参考） 2H038 AA52 AA55 BA06 2H091 FA23X FA26X FA45X FB02 FC17 FD06 GA02 LA18

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端面から入射した光を長手方向に沿う側
   面（出射面）から帯状光束として出射するように構成さ
   れた柱状の導光体であって、 前記光を受光する端面（受光端面）が凸面形状に成形さ
   れたことを特徴とする導光体。
2. 【請求項２】 前記受光端面は、稜線が前記出射面の幅
   方向に延びる１以上の筒形凸レンズの形状に成形された
   ことを特徴とする請求項１に記載の導光体。
3. 【請求項３】 前記筒形凸レンズ形状の曲率半径は、当
   該形状の弦長の０．５倍〜１．０倍の範囲内とされたこ
   とを特徴とする請求項２に記載の導光体。
4. 【請求項４】 前記受光端面は、１以上の球面凸レンズ
   の形状に成形されたことを特徴とする請求項１に記載の
   導光体。
5. 【請求項５】 前記球面凸レンズ形状の曲率半径は、当
   該形状の弦長の０．５倍〜１．０倍の範囲内とされたこ
   とを特徴とする請求項４に記載の導光体。
6. 【請求項６】 前記受光端面は、稜線が前記出射面の幅
   方向に延びる１以上の凸プリズムの形状に成形されたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の導光体。
7. 【請求項７】 前記凸プリズム形状の底辺を挟む仰角
   は、２°〜４０°の範囲内とされたことを特徴とする請
   求項６に記載の導光体。
8. 【請求項８】 前記受光端面は、稜線が前記出射面の幅
   方向に延びる４分割筒形凸レンズ部と、前記稜線を共有
   する片側傾斜面のプリズム部とからなる１以上の複合型
   凸面形状に成形されたことを特徴とする請求項１に記載
   の導光体。
9. 【請求項９】 前記出射面と対向する側面に、前記受光
   端面から入射した光を前記出射面方向に反射する反射手
   段が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項８の
   何れかに記載の導光体。
10. 【請求項１０】 請求項１〜請求項９の何れかに記載の
    導光体と板状導光部とを有し、 前記板状導光部は、前記導光体から出射した前記帯状光
    束を側面（入射側面）で受光し、板面から面状光束とし
    て出射するように構成されたことを特徴とする面発光
    体。
11. 【請求項１１】 前記板状導光部は、板面の垂線方向に
    光透過性であり、かつ前記入射側面から入射した前記帯
    状光束を一方の板面（発光面）から面状光束として出射
    する反射手段が設けられたことを特徴とする請求項１０
    に記載の面発光体。
12. 【請求項１２】 請求項１０または請求項１１に記載の
    面発光体と液晶表示ユニットとを備えたことを特徴とす
    る液晶表示装置。