JP2004271871A - 導光板，面光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】部品点数を削減すると共に、液晶表示パネルを明るく照明できるようにする。
【解決手段】液晶表示装置１は、導光板２のコーナー部に切り欠くように形成された入射面１２側にＬＥＤ８を配置し、このＬＥＤ８からの光が導光板２内を伝播し、この伝播の過程において導光板２の出射面３から出射する光を導光板２の出射面３に対向するように配置したプリズムシート４で導光板２の出射面３の法線方向寄りに集光し、その集光した光で液晶表示パネル５を照明するようになっている。そして、ＬＥＤ８の光軸方向を液晶表示パネル５の導光板２側の偏光部材１０の光透過軸方向にほぼ合致させるようになっている。導光板２の裏面６側には、Ｓ偏光成分をＰ偏光成分に変換する偏光変換手段としての微細溝１３が形成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】液晶表示装置１は、導光板２のコーナー部に切り欠くように形成された入射面１２側にＬＥＤ８を配置し、このＬＥＤ８からの光が導光板２内を伝播し、この伝播の過程において導光板２の出射面３から出射する光を導光板２の出射面３に対向するように配置したプリズムシート４で導光板２の出射面３の法線方向寄りに集光し、その集光した光で液晶表示パネル５を照明するようになっている。そして、ＬＥＤ８の光軸方向を液晶表示パネル５の導光板２側の偏光部材１０の光透過軸方向にほぼ合致させるようになっている。導光板２の裏面６側には、Ｓ偏光成分をＰ偏光成分に変換する偏光変換手段としての微細溝１３が形成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、携帯電話，携帯端末装置，電子辞書，各種電子機器及びパソコン等の液晶表示パネルを背面側から照明する面光源装置の導光板に関するものであり、この導光板を使用した面光源装置及びこの面光源装置で液晶表示パネルを照明する液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、携帯電話やパソコン等に広く使用される液晶表示装置は、その軽量化及び薄型化等を図り、可搬性及び使用勝手を向上するため、液晶表示パネルを背面側から明るく照明する面光源装置を使用している。この面光源装置は、光源からの光を導光板内部に入射させ、その入射光が導光板内部を伝播する過程において、導光板の出射面に対する入射角が臨界角以下になった光を導光板の出射面から出射するようになっている。
【０００３】
一般に知られるように、このような液晶表示装置は、液晶表示パネルの偏光部材が特定の直線偏光成分（例えば、Ｐ偏光成分）の光のみを透過し、他の直線偏光成分（例えば、Ｓ偏光成分）を吸収するようになっている。しかし、この液晶表示装置に使用される面光源装置によって生成される照明光は、偏りの乏しい通常光であるため、その光エネルギーの約半分が液晶表示パネルの偏光部材によって吸収されてしまい、液晶表示パネルの照明に有効に利用される光エネルギーが約半分程度になってしまうということが知られている。
【０００４】
その結果、本出願人は、導光板と液晶表示パネルとの間には偏光分離素子を配置し、導光板の裏面側には偏光変換素子を配置し、偏光分離素子で所定偏光面の照明光を選択的に透過する一方、この所定偏光面の光に直交する偏光面の光を反射し、この反射光のうちの導光板に再入射した光で、且つ、導光板の裏面から出射した光を偏光変換素子で所定偏光面の光に偏光変換して導光板内へ戻すようにして、液晶表示パネルの照明に有効に利用されるエネルギーを多くするようにした面光源装置を既に案出している（特許文献１）。
【０００５】
また、本出願人は、所定偏光面の照明光を選択的に透過する一方、その所定偏光面に直交する偏光面の光を反射する偏光分離素子を、導光板と液晶表示パネルとの間に配置すると共に、偏光分離素子によって反射されて導光板の内部に再入射した光を導光板の裏面に形成した突起によって偏光変換し、液晶表示パネルの照明に有効に利用される光エネルギーを多くするようにした面光源装置を既に案出している（特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１３８４０６号公報（段落番号００３６〜００３８，図２参照）
【特許文献２】
特開平１１−１４２８４９号公報（段落番号００５３，００５９，００６０，図１参照）。
【０００７】
これら特許文献１及び２に開示された従来の面光源装置は、液晶表示パネルの偏光部材を選択的に透過する所定偏光面の光を多く出射し、液晶表示パネルの表示輝度を高め、明るく見やすい画像を表示させることができるという優れた照明性能を発揮するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来の面光源装置は、導光板の他に、偏光分離素子と偏光変換素子を別部材として備えており、部品点数が多くなる分だけ、光のロスを生じる虞があった。
【０００９】
また、上述の特許文献２は、導光板の裏面に形成した突起で偏光変換するようになっており、光のロスを生じる危険性が特許文献１の技術よりも少ないが、偏光分離素子が導光板とは別に配置されるため、その偏光分離素子を配置する分だけ、光のロスを生じる虞があった。
【００１０】
そこで、本発明は、導光板の形状や光源の配置を工夫することにより、従来技術よりも少ない部品点数でもって、液晶表示パネルを明るく照明することができるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、光源からの光が前記導光板内を伝播し、この伝播の過程において前記導光板の出射面から出射する光を前記導光板の前記出射面に対向するように配置した光制御部材で前記導光板の前記出射面の法線方向寄りに偏向し、その偏向した光で液晶表示パネルを照明するようにした面光源装置に関するものである。そして、本発明の面光源装置は、前記光源を前記導光板のコーナー部に配置し、その光源の光軸方向を前記液晶表示パネルの前記導光板側の偏光部材の光透過軸方向にほぼ合致させることを特徴としている。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明に係る面光源装置において、前記導光板の前記出射面と反対側の面に、前記光軸方向とほぼ同一方向に延びる溝を多数平行に形成したことを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明は、前記請求項１又は２の発明に係る面光源装置と、この面光源装置によって照明される液晶表示パネルとを備えたことを特徴とする液晶表示装置に関するものである。
【００１４】
請求項４の発明は、光源からの光を内部に入射させ、その内部に入射した光を伝播の過程において出射面から出射し、その出射した光で液晶表示パネルを照明するようにした導光板に関するものである。そして、本発明の導光板は、前記光源をコーナー部に配置し、この光源の光軸方向を前記液晶表示パネルの前記出射面に対向する面側の偏光部材の光透過軸方向にほぼ合致させることを特徴としている。
【００１５】
請求項５の発明は、前記請求項４の発明に係る導光板において、前記出射面と反対側の面に、前記光軸方向とほぼ同一方向に延びる溝を多数平行に形成したことを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。
【００１７】
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置１を示すものである。このうち、図１は、液晶表示装置１の分解斜視図を示すものである。また、図２は、後述する液晶表示パネル及び光制御部材を二点鎖線で示す液晶表示装置１の平面図である。また、図３は、図２のＡａ−Ａａ線に沿って切断して示す液晶表示装置１の断面図である。
【００１８】
（液晶表示装置の概略構成）
これらの図に示すように、液晶表示装置１は、導光板２の出射面３側に光制御部材４及び液晶表示パネル５を順次重ね合わせ、導光板２の裏面（出射面３と反対側の面）６側に対向するように反射部材７を配置してある。そして、導光板２のコーナー部の一箇所には、光源としてのＬＥＤ（発光ダイオード）８が配置されている。ここで、液晶表示パネル５の導光板２側の偏光部材１０は、光透過軸Ｌ１方向が矩形形状の液晶表示パネル５のほぼ対角線方向に向くように傾けて形成されており、特定の直線偏光としてのＰ偏光成分を透過できるようになっている。尚、これらの図において、導光板２，ＬＥＤ８，反射部材７及び光制御部材４が、液晶表示パネル５を裏面側から照明する面光源装置１１を構成する。
【００１９】
（導光板）
導光板２は、ポリカーボネート（ＰＣ），ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ），シクロオレフィン系樹脂材料等の光透過性に優れた材料を使用して形成されている。この導光板２は、図２に示すように、平面形状（出射面形状）が略矩形形状を呈しており、且つ、その板厚がＬＥＤ８から遠ざかるに従って薄くなるような断面略楔形形状に形成されている（図３参照）。尚、導光板２は、その裏面６がＬＥＤ８から遠ざかるに従って出射面３に近づくように傾斜している。
【００２０】
導光板２のコーナー部の一箇所には、ＬＥＤ８からの光を採り入れる入射面１２が切り欠いたように形成されている。この導光板２の入射面１２は、その出射面３の一方の対角線Ｌ２にほぼ直交するように形成されている。そして、この導光板２の入射面１２に対向するように、ＬＥＤ８が配置されている。このＬＥＤ８は、その光軸が導光板２の入射面１２にほぼ直交するように配置されており、液晶表示パネル５の導光板側偏光部材１０の光透過軸Ｌ１方向にほぼ合致するようになっている。すなわち、ＬＥＤ８の光軸は、導光板２の出射面３における対角線Ｌ２に合致するようになっている。そこで、以下の説明において、ＬＥＤ８の光軸を対角線の符号Ｌ２で表すことにする。
【００２１】
そして、この導光板２の裏面６には、Ｓ偏光成分をＰ偏光成分に偏光変換する偏光変換手段としての微細溝１３が形成されている。この微細溝１３は、図４，図５及び図７に示すように、入射面１２にほぼ直交する方向（ＬＥＤ８の光軸Ｌ２にほぼ沿う方向）に延びるように形成されており、ＬＥＤ８の光軸Ｌ２に対してほぼ直交する方向に連続して複数形成されている。そして、この微細溝１３は、入射面１２の近傍位置において、ＬＥＤ８に近づくに従って、その断面形状が少しずつ変化するようになっている。
【００２２】
より詳しく説明すれば、微細溝１３は、断面形状の変化態様が異なる第１微細溝１３Ａと第２微細溝１３Ｂの２種類があり、この第１微細溝１３Ａと第２微細溝１３Ｂとが導光板２の裏面６に交互に形成されるようになっている（図５参照）。そして、第１微細溝１３Ａ及び第２微細溝１３Ｂは、図４，図５及び図７に示すように、対角線Ｌ３よりもＬＥＤ８から離れた位置であって、且つ、Ａ−Ａ線に沿って切断して示す断面において、第１微細溝１３Ａ及び第２微細溝１３Ｂの断面形状が全て同様の略三角形状を呈している。また、これら両微細溝１３Ａ，１３Ｂにおいて、先ず第１微細溝１３Ａは、対角線Ｌ３よりもＬＥＤ８に近い位置で、且つ、対角線Ｌ３の近傍位置のＢ−Ｂ線に沿って切断して示す断面において、断面略円弧形状となるように形成されており、Ｃ−Ｃ線に沿う断面からＥ−Ｅ線に沿う断面に向かうに従って（ＬＥＤ８に近づくに従って）、溝深さが漸減するように形成されている。
【００２３】
一方、第２微細溝１３Ｂは、対角線Ｌ３よりもＬＥＤ８に近い位置で、且つ、対角線Ｌ３の近傍位置のＢ−Ｂ線に沿って切断して示す断面において、前述のＡ−Ａ線に沿って切断して示す断面の形状と同様の断面略三角形状に形成されている。また、この第２微細溝１３Ｂは、Ｂ−Ｂ線よりもＬＥＤ８寄りのＣ−Ｃ線に沿って切断して示す断面において、第１微細溝１３Ａの断面形状とほぼ同様の円弧形状に形成されている。そして、この第２微細溝１３Ｂは、隣りの第１微細溝１３Ａよりも急に溝深さを浅くし、Ｄ−Ｄ線に沿って切断して示す断面において、第１微細溝１３Ａよりも溝深さの浅い円弧形状に形成されている。さらに、この第２微細溝１３Ｂは、ＬＥＤ８に近づくに従って溝深さを浅くし、Ｄ−Ｄ線とＥ−Ｅ線との間において溝１３が切り上がり、Ｅ−Ｅ線に沿って切断して示す断面において、僅かに円弧状に出っ張る突起に変形するようになっている。尚、この僅かに円弧状に出っ張る突起部分は、溝ではないが、説明の便宜上において、第２微細溝１３Ａの一部として扱うことにする。また、上述の第１微細溝１３Ａ及び第２微細溝１３Ｂは、Ａ−Ａ線に沿って切断して示す断面形状からＥ−Ｅ線に沿って切断して示す断面形状まで滑らかに変形するように形成されている。また、本実施の形態の導光板２において、第１微細溝１３Ａ及び第２微細溝１３Ｂは、共に溝間ピッチを変えることなく、円弧の曲率半径を漸増させることにより、各溝深さを漸減させるようになっている。
【００２４】
このように、第１微細溝１３Ａ及び第２微細溝１３Ｂを形成することにより、ＬＥＤ８の近傍においては、ＬＥＤ８からの光が導光板２の幅方向（板厚方向と直交する方向）に伝播するのを第１微細溝１３Ａ及び第２微細溝１３Ｂで阻害されないようにし、且つ、導光板２の内部に凸となる曲面によりＬＥＤ８からの光を多方向に反射させて、ＬＥＤ８からの光を導光板２内部に広く伝播させることができる。その結果、このような本実施の形態の導光板２は、導光板２の幅方向端部（例えば、図４の対角線Ｌ３の両端部近傍）の暗部が生じやすい部分の輝度アップを図ることができ、導光板２からの出射光輝度の均一化を図ることができる。一方、ＬＥＤ８から一定距離以上離れた部分においては、第１微細溝１３Ａ及び第２微細溝１３Ｂによる集光機能が十分に発揮され、ＬＥＤ８からの光を効率的に出射することができる。これにより、導光板２の出射面３からの出射光の輝度が均一化すると共に、出射光の輝度アップが図られるようになっている。
【００２５】
このような形状の導光板２は、ＬＥＤ８からの光が入射面１２から内部に入射すると、その入射した光を出射面３と裏面（反射面）６とで反射しながら楔形状の先端１４側に向かって伝播させるようになっている。そして、このような導光板２の内部の光の伝播の過程において、導光板２の出射面３に対する入射角が臨界角以下の光が導光板２の出射面３から出射する。
【００２６】
この導光板２から出射する光の強度分布は、導光板２の出射面３の法線方向に対してほぼ７０度近傍において最も強くなっていることが実測データから知られている。ここで、導光板２の屈折率を１．５とすると、導光板２の出射面３から最も多く出射する光が導光板２の出射面３に入射する角は、約３９度になる。そして、この入射角３９度は、導光板２と空気との境界面におけるブルースター角（約３４度）に近い数値である。このブルースター角に近い入射角（約３９度）で出射面３に入射する光のうち、出射面３から出射する光と出射面３で反射される光の割合は、図１３に示すような、入射角θ１と反射率との関係を示すグラフから容易に算出することができる。
【００２７】
この図１３の既知のデータ（例えば、株式会社オーム社発行「応用光学」（発行日：平成１３年１２月１０日）の第９４頁の図４．７参照）を参酌し、導光板２の内部の光の伝播状態を示したのが図６である。この図６に示すように、導光板２の内部を伝播する光のうちで、導光板２の出射面３に約３９度で入射する光は、Ｐ偏光成分が１００％であり、Ｓ偏光成分が１００％であって、偏りのない光である。しかし、導光板２の出射面３から空気中に出射する光は、Ｐ偏光成分が９５．７％であり、Ｓ偏光成分が７０．５％となる。一方、導光板２の出射面３によって反射される光は、Ｐ偏光成分が４．３％であり、Ｓ偏光成分が２９．５％となる。すなわち、反射光のうちの９割近くがＳ偏光成分となる。したがって、このＳ偏光成分をＰ偏光成分に偏光変換して、その偏光変換された光を出射面３に入射させれば、出射面３から出射する光の割合が多くなり、出射面３で反射される光の割合が少なくなる。すなわち、導光板２の出射面３からの光の出射が促進され、Ｐ偏光成分の光が多く出射されることになる。そこで、本実施の形態は、図８に示すように、導光板２の裏面６に形成した第１微細溝１３Ａと第２微細溝１３Ｂとの間の斜面１５，１６によって出射面３側で反射された光を２回内部反射させて、光の偏向状態に乱れを生じさせて、Ｓ偏光光線の偏光面をねじり、光の偏光成分の一部をＳ偏光成分からＰ偏光成分に変換（Ｓ−Ｐ変換）させるようになっている。
【００２８】
以上のように、導光板２の出射面３からは、光軸方向（対角線Ｌ２方向）が液晶表示パネル５の導光板２側の偏光部材１０の光透過軸Ｌ１方向にほぼ合致し、且つ、出射面３の法線方向に対して約７０度傾いた方向に光の最大強度が向くような指向性のある光が出射する。そして、この導光板２の出射面３から出射した光は、後述する光制御部材としてのプリズムシート４によって、偏光状態がほぼ維持されたままその進行方向が導光板２の出射面３の法線方向寄りになるような指向性の光に変換させられることになる。ここで、液晶表示パネル５の導光板２側の偏光部材１０は、特定の直線偏光成分であるＰ偏光成分を透過するようになっているため、本実施の形態の導光板２を液晶表示装置１の構成部材として使用すれば、導光板２から出射した光のうち、液晶表示パネル５の照明光として有効に利用される割合が多くなり、液晶表示パネル５の照明輝度を高め、液晶表示パネル５の表示画面を見やすくすることが可能になる。
【００２９】
（光制御部材）
光制御部材としてのプリズムシート４は、図１に示すように、光透過性に優れたプラスチック材料（例えば、ＰＥＴ，ＰＭＭＡ，ＰＣ）により形成されており、導光板２の出射面３とほぼ同様の平面形状に形成されている。そして、このプリズムシート４は、導光板２の出射面３に対向する面側に、導光板２の微細溝１３と直交する方向に延びる微細なプリズム突起１７が平行に複数形成されている。このプリズムシート４のプリズム突起１７は、その断面形状が略三角形状であり、導光板２からの出射光を導光板２の出射面３のほぼ法線方向寄りに偏向するように機能する。
【００３０】
（反射部材）
反射部材７は、図１に示すように、白色の顔料を混ぜてシート状した光反射性に優れたＰＥＴシートや、アルミニウム等の光反射性に優れた金属を蒸着したフィルム等であり、略矩形形状の導光板２の裏面６とほぼ同様の平面形状に形成されている。そして、この反射部材７は、導光板２の裏面６側から出射した光を反射して導光板２内部に戻すように機能する。尚、反射部材７は、導光板２が収容される筐体の内部を光反射性に優れた表面（白色化した表面）とし、光反射機能を備えた筐体自体を反射部材としてもよい。
【００３１】
（本実施の形態の効果）
図９〜図１２は、本実施の形態に係る液晶表示装置１の効果を説明するための図である。このうち、図９〜図１０は、本実施の形態に係る液晶表示装置１の表示画面の輝度を測定したものであり、ＬＥＤ８の光軸（Ｌ２）方向と液晶表示パネル５の偏光部材１０の光透過軸Ｌ１方向とを合致させた場合における液晶表示パネル５の表示画面の輝度を測定したものである。また、図１１〜図１２は、本実施の形態に係る面光源装置１１のＬＥＤ８の光軸Ｌ２方向に対し、液晶表示パネル５の偏光部材１０の光透過軸Ｌ１方向が直交するように配置した場合の液晶表示装置１の表示画面の輝度測定結果を示すものである。
【００３２】
これらの図の比較から明らかなように、図９〜図１０に示す本実施の形態によれば、図１１〜図１２に示す態様の場合と比較し、中央部の輝度において１５％の輝度増加があり、平均輝度においても１５％の輝度増加があった。これらの結果から、ＬＥＤ８の光軸Ｌ２方向と液晶表示パネル５の導光板２側の偏光部材１０の光透過軸Ｌ１方向を合致させることにより、導光板２からの光を照明光として有効利用する割合が増し、液晶表示パネル５の表示画面を明るくすることができるということが理解される。
【００３３】
以上のことから明らかなように、本実施の形態の液晶表示装置１は、ＬＥＤ８の光軸Ｌ２方向が液晶表示パネル５の導光板２側に位置する偏光部材１０の光透過軸Ｌ１方向にほぼ合致し、しかも、液晶表示パネル５の導光板２側の偏光部材１０を透過する特定の直線偏光（Ｐ偏光成分）が導光板２から多く出射するようになっているため、液晶表示パネル５の照明光として利用される光が多くなり、液晶表示パネル５の画面の表示輝度が高く、液晶表示パネル５の画面が見やすくなる。
【００３４】
また、本実施の形態によれば、導光板２の出射面３と液晶表示パネル５との間に光制御部材としてのプリズムシート４を配置し、導光板２から出射した光を導光板２の出射面３の法線方向寄りに偏向させるようになっているため、上記本実施の形態の効果と相俟って、液晶表示パネル５をより一層明るく照明することが可能になる。
【００３５】
また、本実施の形態によれば、導光板２の裏面６側に偏光変換手段としての微細溝１３を一体に形成するようになっており、導光板２の他に偏光変換手段を別途設置するような構造でないため、面光源装置１１及びこの面光源装置１１を備えた液晶表示装置１の部品点数を削減することができ、薄型化及び軽量化を図ることができると共に、製品価格の低廉化を図ることができる。
【００３６】
尚、本実施の形態において、光軸（Ｌ２）の方向は、液晶表示パネル５の導光板２側の偏光部材１０の光透過軸Ｌ１方向にほぼ合致するようになっている。その結果、本実施の形態においては、図２に示すように、光軸（Ｌ２）の方向が、略正方形の平面形状である導光板２のほぼ対角線方向に向くように設定される。
しかし、導光板２の対角線Ｌ２の方向が液晶表示パネル１の導光板２側の光透過軸Ｌ１の方向とずれている場合には、光軸の方向を導光板２の対角線Ｌ２に対してずらしてもよい。
【００３７】
また、本実施の形態において、導光板２は、その光軸方向に沿った断面形状が楔形形状のものを例示したが、これに限られず、同一厚さのものを使用するようにしてもよい。また、導光板２は、図２において、その入射面１２に対向する導光板２のコーナー部にも別途追加入射面を形成し、この追加入射面に対向するようにＬＥＤを配置し、対向する複数のＬＥＤからの光を入射させるようにしてもよい。
【００３８】
［第２の実施の形態］
図１４〜図１６は、本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置１を示すものである。このうち、図１４は、液晶表示装置の分解斜視図である。また、図１５は、液晶表示装置を光軸方向に沿って切断して示す断面図である。また、図１６は、図１５に示す導光板の断面図であり、導光板の出射面側の形状を説明するための図である。図１７は、導光板の外観を模式的に示す斜視図であり、出射光特性を説明するための図である。尚、この液晶表示装置１において、前述の第１の実施の形態に係る液晶表示装置１と同様の構成部分には同一符号を付し、前述の第１の実施の形態の説明と重複する説明を省略して詳述する。
【００３９】
これらの図に示すように、本実施の形態の液晶表示装置１に使用される導光板２の出射面３には、光軸方向に対してほぼ直交する方向に延び、且つ、光軸方向に沿って連続する複数の突起２８が形成されている。この突起２８は、光軸方向に沿った断面形状が略三角形状を呈しており、入射面１２から遠ざかるに従って導光板２の板厚を薄くするように緩やかに傾斜する第１の傾斜面３０と、この第１の傾斜面３０の端部から第１の傾斜面３０と逆の方向に急激に傾斜する第２の傾斜面３１とからなっている。
【００４０】
この突起２８の第１の傾斜面３０は、図１６に示すように、導光板２の内部を入射面１２から遠ざかる方向に進行する光のうちで、導光板２の出射面３側から出射する光以外の光を反射することになるが、傾斜していない出射面３で反射される場合に比較し、その傾斜角θａの２倍の角度分、すなわち２θａだけ大きい角度で光を反射することになる。その結果、第１の傾斜面３０で反射された後に裏面６で反射され、さらに他の第１の傾斜面３０に入射する光の入射角は、傾斜していない出射面３で反射された後に裏面６で反射され、その後に傾斜していない出射面３に入射する光の入射角よりも小さくなり、傾斜していない出射面３から光を出射させる場合よりも光を出射させやすくなる。このように、導光板２の第１の傾斜面３０は、光の出射を促進する出射促進機能面になる。
【００４１】
また、突起２８の第２の傾斜面３１は、突起２８，２８間のピッチが同じである限り、その傾斜角θｂが大きい程、出射面３側における第１の傾斜面３０の占める面積割合が大きくなり、第１の傾斜面３０の出射促進機能がより一層大きくなる。ただし、この第２の傾斜面３１は、その傾斜角θｂを適当な角度に設定することにより、導光板２の入射面１２に対向する先端１４側で反射されて入射面３側に向かう光の出射促進機能面として機能する。
【００４２】
ここで、上述の第１の傾斜面３０の傾斜角θａは、０．１°〜５°の範囲で決定され、通常１°程度の角度に決定される。また、第２の傾斜面３１の傾斜角θｂは、１０°〜９０°の範囲で決定され、通常４５°程度の角度に決定される。
【００４３】
このような構成の本実施の形態によれば、導光板２の裏面６に形成した第１微細溝１３Ａと第２微細溝１３Ｂとの間の斜面１５，１６で光を２回反射させることにより、光の偏向状態に乱れを生じさせ、光の偏光成分のうちのＳ偏光成分の一部をＰ偏光成分に変換（Ｓ−Ｐ変換）させ、その斜面１５，１６で反射された光の出射を第１の傾斜面３０又は第２の傾斜面３１で促進し、出射面３側から出射する光を光軸方向へ向かわせるようになっている。その結果、本実施の形態の液晶表示装置１は、導光板２から出射した光を液晶表示パネル５の偏光部材１０の光透過軸Ｌ１を効率的に透過させることができ、液晶表示パネル１の偏光部材１０での光の吸収を減らして、高輝度で見やすい画面表示を可能にする。
【００４４】
尚、本実施の形態の液晶表示装置１は、導光板２の出射面３から光軸方向に向かって出射する光を、光制御部材としてのプリズムシート４によって導光板２の出射面３の法線方向寄りに変換するようになっている。例えば、図１７に示すように、導光板２の出射面３の光軸に沿った断面において、第１の傾斜面３０から出射する光の主出射方向が法線方向から時計回り方向に７０°（−θ＝７０°）傾いた方向であり、この主出射方向７０°の光の進行方向がプリズムシート４によって法線方向寄りに変換させられる。その結果、本実施の形態によれば、液晶表示パネル５が効率的に照明されることになる。
【００４５】
［第３の実施の形態］
図１８〜図１９は、本発明の第３の実施の形態に係る液晶表示装置１の導光板２を示すものである。このうち、図１８は、導光板２の外観斜視図である。また、図１９は、図１８の導光板２を光軸（Ｌ２）に沿って切断して示す断面図である。尚、この導光板２において、前述の第１の実施の形態に係る液晶表示装置１の導光板２と同様の構成部分には同一符号を付し、前述の第１の実施の形態の説明と重複する説明を省略して詳述する。
【００４６】
本実施の形態に係る導光板２は、第１の傾斜面３０と第２の傾斜面３１からなる突起２８を導光板２の出射面３の入射面１２から所定の範囲（例えば、入射面３の板厚をＴとした場合、Ｌ＝２０Ｔとなる範囲）に形成するようになっている。このように形成することにより、出射面３全域における出射光の輝度バランスを調整し、照明光の輝度分布を画像表示形態に合致するようにして、明るくて見やすい画面表示を可能にする。
【００４７】
［第４の実施の形態］
図２０〜図２３は、本発明の第４の実施の形態に係る液晶表示装置１の導光板２を示すものである。このうち、図２０は、導光板２の外観斜視図である。また、図２１は、図２０のＣ−Ｃ線に沿って切断して示す導光板２の断面図である。
また、図２２は、導光板２の出射面３側の形状を詳細に説明するための図である。そして、図２３は、図２２（ａ）のＤ１−Ｄ１〜Ｄ４−Ｄ４までの各断面形状を説明する図である。尚、この導光板２において、前述の第１の実施の形態に係る液晶表示装置１の導光板２と同様の構成部分には同一符号を付し、前述の第１の実施の形態の説明と重複する説明を省略して詳述する。
【００４８】
これらの図に示すように、本実施の形態に係る導光板２の出射面３であって、入射面１２から所定の範囲（例えば、入射面の板厚をＴとすると、Ｌ＝２０Ｔ）には、入射面１２にほぼ直交する方向に延びるプリズム溝３２が、入射面１２に平行する方向に連続して複数形成されている。このプリズム溝３２は、入射面１２に平行な断面形状が略円弧形状であり、図２２及び図２３に詳細を示すように、入射面１２から遠ざかるに従ってその深さを漸減するように形成されており、入射面１２から所定距離Ｌだけ離れた位置で切り上がるようになっている。そして、このプリズム溝３２が形成されない出射面３の全域には、出射促進機能面である第１の傾斜面３０と第２の傾斜面３１からなる突起２８がプリズム溝３２の延設方向に対してほぼ直交するように形成されている。
【００４９】
このような導光板２は、出射面３側のプリズム溝３２が導光板２の内部から出射する光（裏面６の微細溝１３によって反射され、指向性を有する光）を拡散し、入射面１２近傍に生じやすい輝線（入射面１２にほぼ平行に生じる線状の異常に明るい部分）を抑える。しかも、この出射面３側のプリズム溝３２は、入射面１２から遠ざかるに従って溝深さが浅くなり、入射面１２から遠ざかるに従って光拡散機能が減少するようになっており、輝線の生じやすい入射面１２寄りで強く光を拡散し、輝線の生じにくい入射面１２から離れた部分で光の拡散を抑えるようになっている。そして、導光板２の出射面３の出射促進機能面である第１の傾斜面３０と第２の傾斜面３１とからなる突起２８が、裏面６の微細溝１３で反射されて指向性を有する光の出射を促進する。これにより、本実施の形態の導光板２は、照明品質を低下させる輝線の発生を抑えることができると共に、出射光輝度を高めることができ、明るくて見やすい画像表示を可能にする。
【００５０】
また、本実施の形態の導光板２は、プリズム溝３２の断面形状を略円弧形状にすることにより、入射面１２の近傍において、ＬＥＤ８からの光が導光板２の幅方向（板厚方向と直交する方向）に伝播するのをプリズム溝３２によって阻害されないようにすると共に、導光板２の内部に凸となる曲面によりＬＥＤ８からの光を多方向に反射させることができ、ＬＥＤ８からの光を導光板２内部に広く伝播させることが可能になる。尚、プリズム溝３２の断面形状をＬＥＤ８の近傍においても断面略三角形状とした導光板（図示せず）は、その断面形状を形成する傾斜面によってＬＥＤ８からの光の伝播が阻害されやすく、本実施の形態の導光板２に比較して、ＬＥＤ８からの光を導光板の幅方向に広く伝播させることが困難である。
【００５１】
［その他の変形例］
尚、上述の第２〜第４の実施の形態において、入射面１２からの所定距離Ｌを２０Ｔにする態様を例示したが、これに限られず、導光板２の出射面３の大きさや光源の種類等に応じて、所定距離Ｌを最適な寸法にするのが好ましい。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、光源の光軸方向を液晶表示パネルの偏光部材の光透過軸方向にほぼ合致し、導光板の裏面側に形成した偏光変換手段によって液晶表示パネルの偏光部材を透過する特定の直線偏光成分の出射を促し、導光板から出射する光を液晶表示パネルの照明光として効率的に利用することができるため、液晶表示パネルの照明輝度を向上することができる。
【００５３】
また、本発明は、偏光変換手段を導光板の裏面側に形成し、導光板とは別に偏光変換手段を配置するようになっていないため、面光源装置及びこの面光源装置を備えた液晶表示装置の部品点数を削減でき、装置の薄型化及び軽量を図ることができると共に、価格の低廉化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の分解斜視図である。
【図２】液晶表示パネル及び光制御部材を二点鎖線で示す液晶表示装置の平面図である。
【図３】図２のＡａ−Ａａ線に沿って切断して示す液晶表示装置の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る導光板の平面図である。
【図５】図５（ａ）が図４のＡ−Ａ線に沿って切断して示す断面図、図５（ｂ）が図４のＢ−Ｂ線に沿って切断して示す断面図、図５（ｃ）が図４のＣ−Ｃ線に沿って切断して示す断面図、図５（ｄ）が図４のＤ−Ｄ線に沿って切断して示す断面図、図５（ｅ）が図４のＥ−Ｅ線に沿って切断して示す断面図である。
【図６】導光板内部の光の伝播状態を説明するための図であり、導光板の一部を拡大して示す側面図である。
【図７】図７（ａ）が第１微細溝に沿って切断して示す導光板の断面図であり、図７（ｂ）が第２微細溝に沿って切断して示す導光板の断面図である。
【図８】導光板裏面の斜面によって反射される光の進行状況を模式的に示す図である。
【図９】導光板の光軸と液晶表示パネルの偏光部材の光透過軸を合致させた場合の液晶表示パネルの表示画面の輝度測定結果を立体的に示す図である。
【図１０】導光板の光軸と液晶表示パネルの偏光部材の光透過軸を合致させた場合の液晶表示パネルの表示画面の輝度測定結果を平面的に示す図である。
【図１１】導光板の光軸と液晶表示パネルの偏光部材の光透過軸を直交させた場合の液晶表示パネルの表示画面の輝度測定結果を立体的に示す図である。
【図１２】導光板の光軸と液晶表示パネルの偏光部材の光透過軸を直交させた場合の液晶表示パネルの表示画面の輝度測定結果を平面的に示す図である。
【図１３】導光板（屈折率ｎ＝１．５）内部から大気中への光の出射を考えた場合において、導光板の出射面への光の入射角（θ１）と反射率との関係を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置の分解斜視図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置を光軸方向に沿って切断して示す断面図である。
【図１６】図１５に示す導光板の断面図であり、導光板の出射面側の形状を説明するための図である。
【図１７】導光板の外観を模式的に示す斜視図であり、出射光特性を説明するための図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る液晶表示装置の導光板を示す外観斜視図である。
【図１９】図１８の導光板を光軸Ｌ２に沿って切断して示す断面図である。
【図２０】本発明の第４の実施の形態に係る液晶表示装置の導光板を示す外観斜視図である。
【図２１】図２０の導光板を光軸Ｌ２に沿って切断して示す断面図である。
【図２２】図２１の導光板の出射面形状を詳細に説明するための図である。
【図２３】図２３（ａ）が図２２（ａ）のＤ１−Ｄ１断面における出射面側のプリズム溝形状、図２３（ｂ）が図２２（ａ）のＤ２−Ｄ２断面における出射面側のプリズム溝形状、図２３（ｃ）が図２２（ａ）のＤ３−Ｄ３断面における出射面側のプリズム溝形状、図２３（ｄ）が図２２（ａ）のＤ４−Ｄ４断面における出射面側のプリズム溝形状である。
【符号の説明】
１……液晶表示装置、２……導光板、３……出射面、５……液晶表示パネル、６……裏面（出射面と反対側の面）、１０……偏光部材、１１……面光源装置、１２……入射面（側面）、１３……微細溝（偏光変換手段）、２０……突起（偏光変換手段、Ｌ１……光透過軸、Ｌ２……光軸
【発明の属する技術分野】
この発明は、携帯電話，携帯端末装置，電子辞書，各種電子機器及びパソコン等の液晶表示パネルを背面側から照明する面光源装置の導光板に関するものであり、この導光板を使用した面光源装置及びこの面光源装置で液晶表示パネルを照明する液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、携帯電話やパソコン等に広く使用される液晶表示装置は、その軽量化及び薄型化等を図り、可搬性及び使用勝手を向上するため、液晶表示パネルを背面側から明るく照明する面光源装置を使用している。この面光源装置は、光源からの光を導光板内部に入射させ、その入射光が導光板内部を伝播する過程において、導光板の出射面に対する入射角が臨界角以下になった光を導光板の出射面から出射するようになっている。
【０００３】
一般に知られるように、このような液晶表示装置は、液晶表示パネルの偏光部材が特定の直線偏光成分（例えば、Ｐ偏光成分）の光のみを透過し、他の直線偏光成分（例えば、Ｓ偏光成分）を吸収するようになっている。しかし、この液晶表示装置に使用される面光源装置によって生成される照明光は、偏りの乏しい通常光であるため、その光エネルギーの約半分が液晶表示パネルの偏光部材によって吸収されてしまい、液晶表示パネルの照明に有効に利用される光エネルギーが約半分程度になってしまうということが知られている。
【０００４】
その結果、本出願人は、導光板と液晶表示パネルとの間には偏光分離素子を配置し、導光板の裏面側には偏光変換素子を配置し、偏光分離素子で所定偏光面の照明光を選択的に透過する一方、この所定偏光面の光に直交する偏光面の光を反射し、この反射光のうちの導光板に再入射した光で、且つ、導光板の裏面から出射した光を偏光変換素子で所定偏光面の光に偏光変換して導光板内へ戻すようにして、液晶表示パネルの照明に有効に利用されるエネルギーを多くするようにした面光源装置を既に案出している（特許文献１）。
【０００５】
また、本出願人は、所定偏光面の照明光を選択的に透過する一方、その所定偏光面に直交する偏光面の光を反射する偏光分離素子を、導光板と液晶表示パネルとの間に配置すると共に、偏光分離素子によって反射されて導光板の内部に再入射した光を導光板の裏面に形成した突起によって偏光変換し、液晶表示パネルの照明に有効に利用される光エネルギーを多くするようにした面光源装置を既に案出している（特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１３８４０６号公報（段落番号００３６〜００３８，図２参照）
【特許文献２】
特開平１１−１４２８４９号公報（段落番号００５３，００５９，００６０，図１参照）。
【０００７】
これら特許文献１及び２に開示された従来の面光源装置は、液晶表示パネルの偏光部材を選択的に透過する所定偏光面の光を多く出射し、液晶表示パネルの表示輝度を高め、明るく見やすい画像を表示させることができるという優れた照明性能を発揮するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来の面光源装置は、導光板の他に、偏光分離素子と偏光変換素子を別部材として備えており、部品点数が多くなる分だけ、光のロスを生じる虞があった。
【０００９】
また、上述の特許文献２は、導光板の裏面に形成した突起で偏光変換するようになっており、光のロスを生じる危険性が特許文献１の技術よりも少ないが、偏光分離素子が導光板とは別に配置されるため、その偏光分離素子を配置する分だけ、光のロスを生じる虞があった。
【００１０】
そこで、本発明は、導光板の形状や光源の配置を工夫することにより、従来技術よりも少ない部品点数でもって、液晶表示パネルを明るく照明することができるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、光源からの光が前記導光板内を伝播し、この伝播の過程において前記導光板の出射面から出射する光を前記導光板の前記出射面に対向するように配置した光制御部材で前記導光板の前記出射面の法線方向寄りに偏向し、その偏向した光で液晶表示パネルを照明するようにした面光源装置に関するものである。そして、本発明の面光源装置は、前記光源を前記導光板のコーナー部に配置し、その光源の光軸方向を前記液晶表示パネルの前記導光板側の偏光部材の光透過軸方向にほぼ合致させることを特徴としている。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明に係る面光源装置において、前記導光板の前記出射面と反対側の面に、前記光軸方向とほぼ同一方向に延びる溝を多数平行に形成したことを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明は、前記請求項１又は２の発明に係る面光源装置と、この面光源装置によって照明される液晶表示パネルとを備えたことを特徴とする液晶表示装置に関するものである。
【００１４】
請求項４の発明は、光源からの光を内部に入射させ、その内部に入射した光を伝播の過程において出射面から出射し、その出射した光で液晶表示パネルを照明するようにした導光板に関するものである。そして、本発明の導光板は、前記光源をコーナー部に配置し、この光源の光軸方向を前記液晶表示パネルの前記出射面に対向する面側の偏光部材の光透過軸方向にほぼ合致させることを特徴としている。
【００１５】
請求項５の発明は、前記請求項４の発明に係る導光板において、前記出射面と反対側の面に、前記光軸方向とほぼ同一方向に延びる溝を多数平行に形成したことを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。
【００１７】
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置１を示すものである。このうち、図１は、液晶表示装置１の分解斜視図を示すものである。また、図２は、後述する液晶表示パネル及び光制御部材を二点鎖線で示す液晶表示装置１の平面図である。また、図３は、図２のＡａ−Ａａ線に沿って切断して示す液晶表示装置１の断面図である。
【００１８】
（液晶表示装置の概略構成）
これらの図に示すように、液晶表示装置１は、導光板２の出射面３側に光制御部材４及び液晶表示パネル５を順次重ね合わせ、導光板２の裏面（出射面３と反対側の面）６側に対向するように反射部材７を配置してある。そして、導光板２のコーナー部の一箇所には、光源としてのＬＥＤ（発光ダイオード）８が配置されている。ここで、液晶表示パネル５の導光板２側の偏光部材１０は、光透過軸Ｌ１方向が矩形形状の液晶表示パネル５のほぼ対角線方向に向くように傾けて形成されており、特定の直線偏光としてのＰ偏光成分を透過できるようになっている。尚、これらの図において、導光板２，ＬＥＤ８，反射部材７及び光制御部材４が、液晶表示パネル５を裏面側から照明する面光源装置１１を構成する。
【００１９】
（導光板）
導光板２は、ポリカーボネート（ＰＣ），ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ），シクロオレフィン系樹脂材料等の光透過性に優れた材料を使用して形成されている。この導光板２は、図２に示すように、平面形状（出射面形状）が略矩形形状を呈しており、且つ、その板厚がＬＥＤ８から遠ざかるに従って薄くなるような断面略楔形形状に形成されている（図３参照）。尚、導光板２は、その裏面６がＬＥＤ８から遠ざかるに従って出射面３に近づくように傾斜している。
【００２０】
導光板２のコーナー部の一箇所には、ＬＥＤ８からの光を採り入れる入射面１２が切り欠いたように形成されている。この導光板２の入射面１２は、その出射面３の一方の対角線Ｌ２にほぼ直交するように形成されている。そして、この導光板２の入射面１２に対向するように、ＬＥＤ８が配置されている。このＬＥＤ８は、その光軸が導光板２の入射面１２にほぼ直交するように配置されており、液晶表示パネル５の導光板側偏光部材１０の光透過軸Ｌ１方向にほぼ合致するようになっている。すなわち、ＬＥＤ８の光軸は、導光板２の出射面３における対角線Ｌ２に合致するようになっている。そこで、以下の説明において、ＬＥＤ８の光軸を対角線の符号Ｌ２で表すことにする。
【００２１】
そして、この導光板２の裏面６には、Ｓ偏光成分をＰ偏光成分に偏光変換する偏光変換手段としての微細溝１３が形成されている。この微細溝１３は、図４，図５及び図７に示すように、入射面１２にほぼ直交する方向（ＬＥＤ８の光軸Ｌ２にほぼ沿う方向）に延びるように形成されており、ＬＥＤ８の光軸Ｌ２に対してほぼ直交する方向に連続して複数形成されている。そして、この微細溝１３は、入射面１２の近傍位置において、ＬＥＤ８に近づくに従って、その断面形状が少しずつ変化するようになっている。
【００２２】
より詳しく説明すれば、微細溝１３は、断面形状の変化態様が異なる第１微細溝１３Ａと第２微細溝１３Ｂの２種類があり、この第１微細溝１３Ａと第２微細溝１３Ｂとが導光板２の裏面６に交互に形成されるようになっている（図５参照）。そして、第１微細溝１３Ａ及び第２微細溝１３Ｂは、図４，図５及び図７に示すように、対角線Ｌ３よりもＬＥＤ８から離れた位置であって、且つ、Ａ−Ａ線に沿って切断して示す断面において、第１微細溝１３Ａ及び第２微細溝１３Ｂの断面形状が全て同様の略三角形状を呈している。また、これら両微細溝１３Ａ，１３Ｂにおいて、先ず第１微細溝１３Ａは、対角線Ｌ３よりもＬＥＤ８に近い位置で、且つ、対角線Ｌ３の近傍位置のＢ−Ｂ線に沿って切断して示す断面において、断面略円弧形状となるように形成されており、Ｃ−Ｃ線に沿う断面からＥ−Ｅ線に沿う断面に向かうに従って（ＬＥＤ８に近づくに従って）、溝深さが漸減するように形成されている。
【００２３】
一方、第２微細溝１３Ｂは、対角線Ｌ３よりもＬＥＤ８に近い位置で、且つ、対角線Ｌ３の近傍位置のＢ−Ｂ線に沿って切断して示す断面において、前述のＡ−Ａ線に沿って切断して示す断面の形状と同様の断面略三角形状に形成されている。また、この第２微細溝１３Ｂは、Ｂ−Ｂ線よりもＬＥＤ８寄りのＣ−Ｃ線に沿って切断して示す断面において、第１微細溝１３Ａの断面形状とほぼ同様の円弧形状に形成されている。そして、この第２微細溝１３Ｂは、隣りの第１微細溝１３Ａよりも急に溝深さを浅くし、Ｄ−Ｄ線に沿って切断して示す断面において、第１微細溝１３Ａよりも溝深さの浅い円弧形状に形成されている。さらに、この第２微細溝１３Ｂは、ＬＥＤ８に近づくに従って溝深さを浅くし、Ｄ−Ｄ線とＥ−Ｅ線との間において溝１３が切り上がり、Ｅ−Ｅ線に沿って切断して示す断面において、僅かに円弧状に出っ張る突起に変形するようになっている。尚、この僅かに円弧状に出っ張る突起部分は、溝ではないが、説明の便宜上において、第２微細溝１３Ａの一部として扱うことにする。また、上述の第１微細溝１３Ａ及び第２微細溝１３Ｂは、Ａ−Ａ線に沿って切断して示す断面形状からＥ−Ｅ線に沿って切断して示す断面形状まで滑らかに変形するように形成されている。また、本実施の形態の導光板２において、第１微細溝１３Ａ及び第２微細溝１３Ｂは、共に溝間ピッチを変えることなく、円弧の曲率半径を漸増させることにより、各溝深さを漸減させるようになっている。
【００２４】
このように、第１微細溝１３Ａ及び第２微細溝１３Ｂを形成することにより、ＬＥＤ８の近傍においては、ＬＥＤ８からの光が導光板２の幅方向（板厚方向と直交する方向）に伝播するのを第１微細溝１３Ａ及び第２微細溝１３Ｂで阻害されないようにし、且つ、導光板２の内部に凸となる曲面によりＬＥＤ８からの光を多方向に反射させて、ＬＥＤ８からの光を導光板２内部に広く伝播させることができる。その結果、このような本実施の形態の導光板２は、導光板２の幅方向端部（例えば、図４の対角線Ｌ３の両端部近傍）の暗部が生じやすい部分の輝度アップを図ることができ、導光板２からの出射光輝度の均一化を図ることができる。一方、ＬＥＤ８から一定距離以上離れた部分においては、第１微細溝１３Ａ及び第２微細溝１３Ｂによる集光機能が十分に発揮され、ＬＥＤ８からの光を効率的に出射することができる。これにより、導光板２の出射面３からの出射光の輝度が均一化すると共に、出射光の輝度アップが図られるようになっている。
【００２５】
このような形状の導光板２は、ＬＥＤ８からの光が入射面１２から内部に入射すると、その入射した光を出射面３と裏面（反射面）６とで反射しながら楔形状の先端１４側に向かって伝播させるようになっている。そして、このような導光板２の内部の光の伝播の過程において、導光板２の出射面３に対する入射角が臨界角以下の光が導光板２の出射面３から出射する。
【００２６】
この導光板２から出射する光の強度分布は、導光板２の出射面３の法線方向に対してほぼ７０度近傍において最も強くなっていることが実測データから知られている。ここで、導光板２の屈折率を１．５とすると、導光板２の出射面３から最も多く出射する光が導光板２の出射面３に入射する角は、約３９度になる。そして、この入射角３９度は、導光板２と空気との境界面におけるブルースター角（約３４度）に近い数値である。このブルースター角に近い入射角（約３９度）で出射面３に入射する光のうち、出射面３から出射する光と出射面３で反射される光の割合は、図１３に示すような、入射角θ１と反射率との関係を示すグラフから容易に算出することができる。
【００２７】
この図１３の既知のデータ（例えば、株式会社オーム社発行「応用光学」（発行日：平成１３年１２月１０日）の第９４頁の図４．７参照）を参酌し、導光板２の内部の光の伝播状態を示したのが図６である。この図６に示すように、導光板２の内部を伝播する光のうちで、導光板２の出射面３に約３９度で入射する光は、Ｐ偏光成分が１００％であり、Ｓ偏光成分が１００％であって、偏りのない光である。しかし、導光板２の出射面３から空気中に出射する光は、Ｐ偏光成分が９５．７％であり、Ｓ偏光成分が７０．５％となる。一方、導光板２の出射面３によって反射される光は、Ｐ偏光成分が４．３％であり、Ｓ偏光成分が２９．５％となる。すなわち、反射光のうちの９割近くがＳ偏光成分となる。したがって、このＳ偏光成分をＰ偏光成分に偏光変換して、その偏光変換された光を出射面３に入射させれば、出射面３から出射する光の割合が多くなり、出射面３で反射される光の割合が少なくなる。すなわち、導光板２の出射面３からの光の出射が促進され、Ｐ偏光成分の光が多く出射されることになる。そこで、本実施の形態は、図８に示すように、導光板２の裏面６に形成した第１微細溝１３Ａと第２微細溝１３Ｂとの間の斜面１５，１６によって出射面３側で反射された光を２回内部反射させて、光の偏向状態に乱れを生じさせて、Ｓ偏光光線の偏光面をねじり、光の偏光成分の一部をＳ偏光成分からＰ偏光成分に変換（Ｓ−Ｐ変換）させるようになっている。
【００２８】
以上のように、導光板２の出射面３からは、光軸方向（対角線Ｌ２方向）が液晶表示パネル５の導光板２側の偏光部材１０の光透過軸Ｌ１方向にほぼ合致し、且つ、出射面３の法線方向に対して約７０度傾いた方向に光の最大強度が向くような指向性のある光が出射する。そして、この導光板２の出射面３から出射した光は、後述する光制御部材としてのプリズムシート４によって、偏光状態がほぼ維持されたままその進行方向が導光板２の出射面３の法線方向寄りになるような指向性の光に変換させられることになる。ここで、液晶表示パネル５の導光板２側の偏光部材１０は、特定の直線偏光成分であるＰ偏光成分を透過するようになっているため、本実施の形態の導光板２を液晶表示装置１の構成部材として使用すれば、導光板２から出射した光のうち、液晶表示パネル５の照明光として有効に利用される割合が多くなり、液晶表示パネル５の照明輝度を高め、液晶表示パネル５の表示画面を見やすくすることが可能になる。
【００２９】
（光制御部材）
光制御部材としてのプリズムシート４は、図１に示すように、光透過性に優れたプラスチック材料（例えば、ＰＥＴ，ＰＭＭＡ，ＰＣ）により形成されており、導光板２の出射面３とほぼ同様の平面形状に形成されている。そして、このプリズムシート４は、導光板２の出射面３に対向する面側に、導光板２の微細溝１３と直交する方向に延びる微細なプリズム突起１７が平行に複数形成されている。このプリズムシート４のプリズム突起１７は、その断面形状が略三角形状であり、導光板２からの出射光を導光板２の出射面３のほぼ法線方向寄りに偏向するように機能する。
【００３０】
（反射部材）
反射部材７は、図１に示すように、白色の顔料を混ぜてシート状した光反射性に優れたＰＥＴシートや、アルミニウム等の光反射性に優れた金属を蒸着したフィルム等であり、略矩形形状の導光板２の裏面６とほぼ同様の平面形状に形成されている。そして、この反射部材７は、導光板２の裏面６側から出射した光を反射して導光板２内部に戻すように機能する。尚、反射部材７は、導光板２が収容される筐体の内部を光反射性に優れた表面（白色化した表面）とし、光反射機能を備えた筐体自体を反射部材としてもよい。
【００３１】
（本実施の形態の効果）
図９〜図１２は、本実施の形態に係る液晶表示装置１の効果を説明するための図である。このうち、図９〜図１０は、本実施の形態に係る液晶表示装置１の表示画面の輝度を測定したものであり、ＬＥＤ８の光軸（Ｌ２）方向と液晶表示パネル５の偏光部材１０の光透過軸Ｌ１方向とを合致させた場合における液晶表示パネル５の表示画面の輝度を測定したものである。また、図１１〜図１２は、本実施の形態に係る面光源装置１１のＬＥＤ８の光軸Ｌ２方向に対し、液晶表示パネル５の偏光部材１０の光透過軸Ｌ１方向が直交するように配置した場合の液晶表示装置１の表示画面の輝度測定結果を示すものである。
【００３２】
これらの図の比較から明らかなように、図９〜図１０に示す本実施の形態によれば、図１１〜図１２に示す態様の場合と比較し、中央部の輝度において１５％の輝度増加があり、平均輝度においても１５％の輝度増加があった。これらの結果から、ＬＥＤ８の光軸Ｌ２方向と液晶表示パネル５の導光板２側の偏光部材１０の光透過軸Ｌ１方向を合致させることにより、導光板２からの光を照明光として有効利用する割合が増し、液晶表示パネル５の表示画面を明るくすることができるということが理解される。
【００３３】
以上のことから明らかなように、本実施の形態の液晶表示装置１は、ＬＥＤ８の光軸Ｌ２方向が液晶表示パネル５の導光板２側に位置する偏光部材１０の光透過軸Ｌ１方向にほぼ合致し、しかも、液晶表示パネル５の導光板２側の偏光部材１０を透過する特定の直線偏光（Ｐ偏光成分）が導光板２から多く出射するようになっているため、液晶表示パネル５の照明光として利用される光が多くなり、液晶表示パネル５の画面の表示輝度が高く、液晶表示パネル５の画面が見やすくなる。
【００３４】
また、本実施の形態によれば、導光板２の出射面３と液晶表示パネル５との間に光制御部材としてのプリズムシート４を配置し、導光板２から出射した光を導光板２の出射面３の法線方向寄りに偏向させるようになっているため、上記本実施の形態の効果と相俟って、液晶表示パネル５をより一層明るく照明することが可能になる。
【００３５】
また、本実施の形態によれば、導光板２の裏面６側に偏光変換手段としての微細溝１３を一体に形成するようになっており、導光板２の他に偏光変換手段を別途設置するような構造でないため、面光源装置１１及びこの面光源装置１１を備えた液晶表示装置１の部品点数を削減することができ、薄型化及び軽量化を図ることができると共に、製品価格の低廉化を図ることができる。
【００３６】
尚、本実施の形態において、光軸（Ｌ２）の方向は、液晶表示パネル５の導光板２側の偏光部材１０の光透過軸Ｌ１方向にほぼ合致するようになっている。その結果、本実施の形態においては、図２に示すように、光軸（Ｌ２）の方向が、略正方形の平面形状である導光板２のほぼ対角線方向に向くように設定される。
しかし、導光板２の対角線Ｌ２の方向が液晶表示パネル１の導光板２側の光透過軸Ｌ１の方向とずれている場合には、光軸の方向を導光板２の対角線Ｌ２に対してずらしてもよい。
【００３７】
また、本実施の形態において、導光板２は、その光軸方向に沿った断面形状が楔形形状のものを例示したが、これに限られず、同一厚さのものを使用するようにしてもよい。また、導光板２は、図２において、その入射面１２に対向する導光板２のコーナー部にも別途追加入射面を形成し、この追加入射面に対向するようにＬＥＤを配置し、対向する複数のＬＥＤからの光を入射させるようにしてもよい。
【００３８】
［第２の実施の形態］
図１４〜図１６は、本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置１を示すものである。このうち、図１４は、液晶表示装置の分解斜視図である。また、図１５は、液晶表示装置を光軸方向に沿って切断して示す断面図である。また、図１６は、図１５に示す導光板の断面図であり、導光板の出射面側の形状を説明するための図である。図１７は、導光板の外観を模式的に示す斜視図であり、出射光特性を説明するための図である。尚、この液晶表示装置１において、前述の第１の実施の形態に係る液晶表示装置１と同様の構成部分には同一符号を付し、前述の第１の実施の形態の説明と重複する説明を省略して詳述する。
【００３９】
これらの図に示すように、本実施の形態の液晶表示装置１に使用される導光板２の出射面３には、光軸方向に対してほぼ直交する方向に延び、且つ、光軸方向に沿って連続する複数の突起２８が形成されている。この突起２８は、光軸方向に沿った断面形状が略三角形状を呈しており、入射面１２から遠ざかるに従って導光板２の板厚を薄くするように緩やかに傾斜する第１の傾斜面３０と、この第１の傾斜面３０の端部から第１の傾斜面３０と逆の方向に急激に傾斜する第２の傾斜面３１とからなっている。
【００４０】
この突起２８の第１の傾斜面３０は、図１６に示すように、導光板２の内部を入射面１２から遠ざかる方向に進行する光のうちで、導光板２の出射面３側から出射する光以外の光を反射することになるが、傾斜していない出射面３で反射される場合に比較し、その傾斜角θａの２倍の角度分、すなわち２θａだけ大きい角度で光を反射することになる。その結果、第１の傾斜面３０で反射された後に裏面６で反射され、さらに他の第１の傾斜面３０に入射する光の入射角は、傾斜していない出射面３で反射された後に裏面６で反射され、その後に傾斜していない出射面３に入射する光の入射角よりも小さくなり、傾斜していない出射面３から光を出射させる場合よりも光を出射させやすくなる。このように、導光板２の第１の傾斜面３０は、光の出射を促進する出射促進機能面になる。
【００４１】
また、突起２８の第２の傾斜面３１は、突起２８，２８間のピッチが同じである限り、その傾斜角θｂが大きい程、出射面３側における第１の傾斜面３０の占める面積割合が大きくなり、第１の傾斜面３０の出射促進機能がより一層大きくなる。ただし、この第２の傾斜面３１は、その傾斜角θｂを適当な角度に設定することにより、導光板２の入射面１２に対向する先端１４側で反射されて入射面３側に向かう光の出射促進機能面として機能する。
【００４２】
ここで、上述の第１の傾斜面３０の傾斜角θａは、０．１°〜５°の範囲で決定され、通常１°程度の角度に決定される。また、第２の傾斜面３１の傾斜角θｂは、１０°〜９０°の範囲で決定され、通常４５°程度の角度に決定される。
【００４３】
このような構成の本実施の形態によれば、導光板２の裏面６に形成した第１微細溝１３Ａと第２微細溝１３Ｂとの間の斜面１５，１６で光を２回反射させることにより、光の偏向状態に乱れを生じさせ、光の偏光成分のうちのＳ偏光成分の一部をＰ偏光成分に変換（Ｓ−Ｐ変換）させ、その斜面１５，１６で反射された光の出射を第１の傾斜面３０又は第２の傾斜面３１で促進し、出射面３側から出射する光を光軸方向へ向かわせるようになっている。その結果、本実施の形態の液晶表示装置１は、導光板２から出射した光を液晶表示パネル５の偏光部材１０の光透過軸Ｌ１を効率的に透過させることができ、液晶表示パネル１の偏光部材１０での光の吸収を減らして、高輝度で見やすい画面表示を可能にする。
【００４４】
尚、本実施の形態の液晶表示装置１は、導光板２の出射面３から光軸方向に向かって出射する光を、光制御部材としてのプリズムシート４によって導光板２の出射面３の法線方向寄りに変換するようになっている。例えば、図１７に示すように、導光板２の出射面３の光軸に沿った断面において、第１の傾斜面３０から出射する光の主出射方向が法線方向から時計回り方向に７０°（−θ＝７０°）傾いた方向であり、この主出射方向７０°の光の進行方向がプリズムシート４によって法線方向寄りに変換させられる。その結果、本実施の形態によれば、液晶表示パネル５が効率的に照明されることになる。
【００４５】
［第３の実施の形態］
図１８〜図１９は、本発明の第３の実施の形態に係る液晶表示装置１の導光板２を示すものである。このうち、図１８は、導光板２の外観斜視図である。また、図１９は、図１８の導光板２を光軸（Ｌ２）に沿って切断して示す断面図である。尚、この導光板２において、前述の第１の実施の形態に係る液晶表示装置１の導光板２と同様の構成部分には同一符号を付し、前述の第１の実施の形態の説明と重複する説明を省略して詳述する。
【００４６】
本実施の形態に係る導光板２は、第１の傾斜面３０と第２の傾斜面３１からなる突起２８を導光板２の出射面３の入射面１２から所定の範囲（例えば、入射面３の板厚をＴとした場合、Ｌ＝２０Ｔとなる範囲）に形成するようになっている。このように形成することにより、出射面３全域における出射光の輝度バランスを調整し、照明光の輝度分布を画像表示形態に合致するようにして、明るくて見やすい画面表示を可能にする。
【００４７】
［第４の実施の形態］
図２０〜図２３は、本発明の第４の実施の形態に係る液晶表示装置１の導光板２を示すものである。このうち、図２０は、導光板２の外観斜視図である。また、図２１は、図２０のＣ−Ｃ線に沿って切断して示す導光板２の断面図である。
また、図２２は、導光板２の出射面３側の形状を詳細に説明するための図である。そして、図２３は、図２２（ａ）のＤ１−Ｄ１〜Ｄ４−Ｄ４までの各断面形状を説明する図である。尚、この導光板２において、前述の第１の実施の形態に係る液晶表示装置１の導光板２と同様の構成部分には同一符号を付し、前述の第１の実施の形態の説明と重複する説明を省略して詳述する。
【００４８】
これらの図に示すように、本実施の形態に係る導光板２の出射面３であって、入射面１２から所定の範囲（例えば、入射面の板厚をＴとすると、Ｌ＝２０Ｔ）には、入射面１２にほぼ直交する方向に延びるプリズム溝３２が、入射面１２に平行する方向に連続して複数形成されている。このプリズム溝３２は、入射面１２に平行な断面形状が略円弧形状であり、図２２及び図２３に詳細を示すように、入射面１２から遠ざかるに従ってその深さを漸減するように形成されており、入射面１２から所定距離Ｌだけ離れた位置で切り上がるようになっている。そして、このプリズム溝３２が形成されない出射面３の全域には、出射促進機能面である第１の傾斜面３０と第２の傾斜面３１からなる突起２８がプリズム溝３２の延設方向に対してほぼ直交するように形成されている。
【００４９】
このような導光板２は、出射面３側のプリズム溝３２が導光板２の内部から出射する光（裏面６の微細溝１３によって反射され、指向性を有する光）を拡散し、入射面１２近傍に生じやすい輝線（入射面１２にほぼ平行に生じる線状の異常に明るい部分）を抑える。しかも、この出射面３側のプリズム溝３２は、入射面１２から遠ざかるに従って溝深さが浅くなり、入射面１２から遠ざかるに従って光拡散機能が減少するようになっており、輝線の生じやすい入射面１２寄りで強く光を拡散し、輝線の生じにくい入射面１２から離れた部分で光の拡散を抑えるようになっている。そして、導光板２の出射面３の出射促進機能面である第１の傾斜面３０と第２の傾斜面３１とからなる突起２８が、裏面６の微細溝１３で反射されて指向性を有する光の出射を促進する。これにより、本実施の形態の導光板２は、照明品質を低下させる輝線の発生を抑えることができると共に、出射光輝度を高めることができ、明るくて見やすい画像表示を可能にする。
【００５０】
また、本実施の形態の導光板２は、プリズム溝３２の断面形状を略円弧形状にすることにより、入射面１２の近傍において、ＬＥＤ８からの光が導光板２の幅方向（板厚方向と直交する方向）に伝播するのをプリズム溝３２によって阻害されないようにすると共に、導光板２の内部に凸となる曲面によりＬＥＤ８からの光を多方向に反射させることができ、ＬＥＤ８からの光を導光板２内部に広く伝播させることが可能になる。尚、プリズム溝３２の断面形状をＬＥＤ８の近傍においても断面略三角形状とした導光板（図示せず）は、その断面形状を形成する傾斜面によってＬＥＤ８からの光の伝播が阻害されやすく、本実施の形態の導光板２に比較して、ＬＥＤ８からの光を導光板の幅方向に広く伝播させることが困難である。
【００５１】
［その他の変形例］
尚、上述の第２〜第４の実施の形態において、入射面１２からの所定距離Ｌを２０Ｔにする態様を例示したが、これに限られず、導光板２の出射面３の大きさや光源の種類等に応じて、所定距離Ｌを最適な寸法にするのが好ましい。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、光源の光軸方向を液晶表示パネルの偏光部材の光透過軸方向にほぼ合致し、導光板の裏面側に形成した偏光変換手段によって液晶表示パネルの偏光部材を透過する特定の直線偏光成分の出射を促し、導光板から出射する光を液晶表示パネルの照明光として効率的に利用することができるため、液晶表示パネルの照明輝度を向上することができる。
【００５３】
また、本発明は、偏光変換手段を導光板の裏面側に形成し、導光板とは別に偏光変換手段を配置するようになっていないため、面光源装置及びこの面光源装置を備えた液晶表示装置の部品点数を削減でき、装置の薄型化及び軽量を図ることができると共に、価格の低廉化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の分解斜視図である。
【図２】液晶表示パネル及び光制御部材を二点鎖線で示す液晶表示装置の平面図である。
【図３】図２のＡａ−Ａａ線に沿って切断して示す液晶表示装置の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る導光板の平面図である。
【図５】図５（ａ）が図４のＡ−Ａ線に沿って切断して示す断面図、図５（ｂ）が図４のＢ−Ｂ線に沿って切断して示す断面図、図５（ｃ）が図４のＣ−Ｃ線に沿って切断して示す断面図、図５（ｄ）が図４のＤ−Ｄ線に沿って切断して示す断面図、図５（ｅ）が図４のＥ−Ｅ線に沿って切断して示す断面図である。
【図６】導光板内部の光の伝播状態を説明するための図であり、導光板の一部を拡大して示す側面図である。
【図７】図７（ａ）が第１微細溝に沿って切断して示す導光板の断面図であり、図７（ｂ）が第２微細溝に沿って切断して示す導光板の断面図である。
【図８】導光板裏面の斜面によって反射される光の進行状況を模式的に示す図である。
【図９】導光板の光軸と液晶表示パネルの偏光部材の光透過軸を合致させた場合の液晶表示パネルの表示画面の輝度測定結果を立体的に示す図である。
【図１０】導光板の光軸と液晶表示パネルの偏光部材の光透過軸を合致させた場合の液晶表示パネルの表示画面の輝度測定結果を平面的に示す図である。
【図１１】導光板の光軸と液晶表示パネルの偏光部材の光透過軸を直交させた場合の液晶表示パネルの表示画面の輝度測定結果を立体的に示す図である。
【図１２】導光板の光軸と液晶表示パネルの偏光部材の光透過軸を直交させた場合の液晶表示パネルの表示画面の輝度測定結果を平面的に示す図である。
【図１３】導光板（屈折率ｎ＝１．５）内部から大気中への光の出射を考えた場合において、導光板の出射面への光の入射角（θ１）と反射率との関係を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置の分解斜視図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置を光軸方向に沿って切断して示す断面図である。
【図１６】図１５に示す導光板の断面図であり、導光板の出射面側の形状を説明するための図である。
【図１７】導光板の外観を模式的に示す斜視図であり、出射光特性を説明するための図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る液晶表示装置の導光板を示す外観斜視図である。
【図１９】図１８の導光板を光軸Ｌ２に沿って切断して示す断面図である。
【図２０】本発明の第４の実施の形態に係る液晶表示装置の導光板を示す外観斜視図である。
【図２１】図２０の導光板を光軸Ｌ２に沿って切断して示す断面図である。
【図２２】図２１の導光板の出射面形状を詳細に説明するための図である。
【図２３】図２３（ａ）が図２２（ａ）のＤ１−Ｄ１断面における出射面側のプリズム溝形状、図２３（ｂ）が図２２（ａ）のＤ２−Ｄ２断面における出射面側のプリズム溝形状、図２３（ｃ）が図２２（ａ）のＤ３−Ｄ３断面における出射面側のプリズム溝形状、図２３（ｄ）が図２２（ａ）のＤ４−Ｄ４断面における出射面側のプリズム溝形状である。
【符号の説明】
１……液晶表示装置、２……導光板、３……出射面、５……液晶表示パネル、６……裏面（出射面と反対側の面）、１０……偏光部材、１１……面光源装置、１２……入射面（側面）、１３……微細溝（偏光変換手段）、２０……突起（偏光変換手段、Ｌ１……光透過軸、Ｌ２……光軸
Claims (5)
- 光源からの光が導光板内を伝播し、この伝播の過程において前記導光板の出射面から出射する光を前記導光板の前記出射面に対向するように配置した光制御部材で前記導光板の前記出射面の法線方向寄りに偏向し、その偏向した光で液晶表示パネルを照明するようにした面光源装置において、
前記光源を前記導光板のコーナー部に配置し、その光源の光軸方向を前記液晶表示パネルの前記導光板側の偏光部材の光透過軸方向にほぼ合致させることを特徴とする面光源装置。 - 前記導光板の前記出射面と反対側の面に、前記光軸方向とほぼ同一方向に延びる溝を多数平行に形成したことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
- 前記請求項１又は２に記載の面光源装置と、この面光源装置によって照明される液晶表示パネルとを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
- 光源からの光を内部に入射させ、その内部に入射した光を伝播の過程において出射面から出射し、その出射した光で液晶表示パネルを照明するようにした導光板において、
前記光源をコーナー部に配置し、この光源の光軸方向を前記液晶表示パネルの前記出射面に対向する面側の偏光部材の光透過軸方向にほぼ合致させることを特徴とする導光板。 - 前記出射面と反対側の面に、前記光軸方向とほぼ同一方向に延びる溝を多数平行に形成したことを特徴とする請求項４に記載の導光板。
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