JP2005025972A - 面照明装置と液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体発光素子などの点光源から発する光を導光板に入射し、生じる光量むらを導光板内で均して均一な面照明光を得る面照明装置を実現する。
【解決手段】少なくとも一つの半導体発光素子が発する点状の光源11と、光源11から発した光を線状に拡大するライトガイトパイプ12とからなる光源装置1と、該光源装置1が近設される光入射端面21と、背面に光入射方向と交差して鋸歯状に並設されたプリズムアレイ23と、該プリズムアレイ23と対向した光出射表面22とを有する導光板2とからなり、反射シートは導光板2の背面に近設されており、該導光板2は、板内に光散乱体3が散在しており、板内を通る光を散乱させて光出射表面22から近設する被照明物を照明するものであるように面照明装置を構成する。
【選択図】 図1
【解決手段】少なくとも一つの半導体発光素子が発する点状の光源11と、光源11から発した光を線状に拡大するライトガイトパイプ12とからなる光源装置1と、該光源装置1が近設される光入射端面21と、背面に光入射方向と交差して鋸歯状に並設されたプリズムアレイ23と、該プリズムアレイ23と対向した光出射表面22とを有する導光板2とからなり、反射シートは導光板2の背面に近設されており、該導光板2は、板内に光散乱体3が散在しており、板内を通る光を散乱させて光出射表面22から近設する被照明物を照明するものであるように面照明装置を構成する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置などの表示装置を照明する面照明装置に係わり、特に光源からの光を効率よく面状に拡大する導光板の構成と、該面照明装置によって照明される液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
フラットディスプレイと俗称される平面状のディスプレイ装置は、対向する一対の平面基板上にいろいろな表示機能が集積されている。その表示機能によって液晶表示装置(LCD)やプラズマ表示装置(PDP)、エレクトロルミネッセンス表示装置(EL)などがよく知られており、それぞれの用途に応じて実用されている。
【0003】
ところが、液晶表示装置だけは自ら発光しない受動型のディスプレイ装置であるために、表示に際しては液晶表示パネルに何らかの照明が必要となる。フラットディスプレイは、薄形であることが特長の一つであるから、液晶表示装置においては、如何に薄形を維持しながら照明するかが重要である。
液晶表示装置は、照明の仕方、つまり液晶表示パネルをどのように照明するかによって液晶表示パネルの構成が異なり、反射型の液晶表示装置と透過型液晶表示装置との二つに大別される。
【0004】
反射型の液晶表示装置の場合には、少なくとも照明の光源となる外光が、透明な一方の基板を透過して液晶層を通過し、他方の基板に設けられた反射膜で反射して再び液晶層を通過して戻る。その間に、液晶層を往復した光は、液晶層によって変調され、透過したり遮光されたりして形成された表示を視認する。
この反射型の液晶表示装置は、照明を外部の自然光のみに頼る場合には明所では使えるが暗所では使えない。そこで、最近では、面照明装置を用いて液晶表示画像を視認するために液晶表示パネルの前面(フロント)側から照明し、暗所でも視認できるように工夫され、フロントライト式の照明と呼ばれる。
【0005】
一方、透過型の液晶表示装置は、小画面の携帯電話から大画面のパソコン、液晶TVなどに多用されており、照明にはバックライト式と呼ばれる面照明装置が用いられる。バックライト式の照明は、液晶表示パネルの背面(バック)側から照明する構成になっており、液晶表示パネルの背面から液晶層を介して表面に達する光が透過したり遮光したりして形成される表示を視認する。
【0006】
ただし、携帯電話などの用途では、液晶表示パネルの前面から照明される外光によっても視認でき、バックライトの面照明装置の電池を長持ちさせることが行われている。つまり、液晶表示パネルの他方の基板に半透過膜を設け、前面からの外光によれば反射型の液晶表示装置として、バックライト式の面照明装置の照明光によれば透過型の液晶表示装置として視認できる。そこで、このような構成1らなる液晶表示装置は、半透過型の液晶表示装置と呼ばれている。
【0007】
フロントライト式にしろバックライト式にしろ、液晶表示パネルなどの被照明物の面全体を一様に照明するものは面照明装置と呼ばれる。被照明物の薄形の特長を損なわないように、面照明装置も薄形に構成しながら、照明光を均一にするためにいろいろな工夫がなされている。
図7は光源装置の構成例を模式的に例示した斜視図である。光源装置1は、光源11に、例えば、発光ダイオードなどの半導体発光素子が用いられている。ところが、半導体発光素子などの光源11から出た光は、一般に点状に近く、しかも放射状に拡がるビーム光である。
【0008】
図7(A)は、ライトガイトパイプを用いた例である。光源11から出射した光は、例えば、透明なアクリル系の樹脂からなるライトガイトパイプ12を介して破線で描いた矢印のように、幅広の線状に拡大してから導光板2の光入射端面21に入射するようになっている。
ライトガイトパイプ12は、長手方向の末端の一端面または両端面が光入射壁面121になっており、光入射壁面121に交差する一方の壁面に、例えば、鋸歯状のライトガイトプリズムアレイ123が設けられている。ライトガイトプリズムアレイ123と対向する他方の壁面は光出射壁面122となっている。
【0009】
光源11から発して光入射壁面121からライトガイトパイプ12の中に点状に入射したビーム光は、連設されたライトガイトプリズムアレイ123の斜面で入射した光と交差する方向に反射され、光出射壁面122からライトガイトパイプ12の長さに対応する線状の破線で描いた矢印で示したような偏平な光束として出射する。そして、例えば、光出射壁面122に対向して近設された導光板2の光入射端面21から導光板2の中に入射する。
【0010】
ライトガイトパイプ12を用いた場合には、光源11から発する点状の光を予め導光板2の幅方向一杯に均一になるように広げて出射できる利点がある。しかし、ライトガイトパイプ12を用いた光源装置1の場合には、光源11をライトガイトパイプ12の光入射壁面121に付設する構成となるので、光量を増やすために光源11の数を増やすことがし難い。
【0011】
図7(B)は、例えば、半導体発光素子からなる光源11を導光板2の光入射端面21に直付けした構成である。点状の光源11から放射状に発したビーム光は、破線で描いた矢印で示したように、導光板2の光入射端面21から導光板2の中へ放射状に拡がって入射する。
導光板2に対する光源直付けの場合には、光源11からほとんど損失なく導光板2の中に光を入射できる。しかも、光源11の数を増やして光量を増大することも容易にできる。しかし、当然のことながら導光板2に入射する光は明暗の差が激しく大きな光量むらが生じる。
【0012】
図8は面照明装置の光量むらを示した模式図である。図8(A)は、光源装置1にライトガイトパイプ12を用いた例であり、図8(B)は、光源11の半導体発光素子などを導光板2の光入射端面21に直付けした例である。光量むらは本来中間調であるが図示し難いので、こゝでは斜線で示している。
図8(A)において、光源11から発した光はライトガイトパイプ12によって導光板2の幅方向に偏平な光束として拡大されている。ところが、ライトガイトパイプ12から出射する光が全く幅方向に均一ではない。そのために、導光板2の中を伝搬する光は、例えば、帯状とか縞状とか呼ばれる光量むらが生じてしまう。つまり、光源11にライトガイトパイプ12を用いても、導光板2の全面に一様に光量むらが無い状態で入射することは厄介である。
【0013】
図8(B)では、光源11を導光板2の光入射端面21に直付けしているので、光源11から放射状に発した光の明暗が導光板2の中でそのまま光量むらとして現れ、全面を一様に光量むらを無くすることは厄介である。
そこで、光源から導光板の中に入射した光の光量むらを減ずるために、いろいろな提案がなされている。例えば、導光板の中に光散乱体を混在させたり、光学部材を付加したりすることがなされている。
【0014】
図9は光量むらを減ずる一例の模式側面図である。こゝで示した面照明装置10は、導光板2の中に光散乱体3を混在させた例である。すなわち、導光板2を構成する透明なプラスチックス素材の中には、例えば、ガラスの粗粒子のような光散乱体3が散在している。また、導光板2の背面側には反射シート4が近設されており、対向する表面側の光出射表面22にはレンズシート7が近設された構成になっている。
【0015】
導光板2の中に入射した破線で示す光は、光散乱体3で乱反射して散乱し、一方の光出射表面22から出射した光は、レンズシート7によって垂直方向に向かい、照明光5として出射する。他方に向かった光は背面側から一旦外部に出射してから近設された反射シート4で反射して再び導光板2の中に戻り、光出射表面22から出射してレンズシート7で垂直方向に変換されて照明光5となる。(例えば、特許文献1参照。)。
【0016】
図10は光量むらを減ずる他の例の模式側面図である。こゝで示した面照明装置10は、導光板2にプリズムアレイ23を設けるともに拡散シート8を近設した例である。すなわち、透明なプラスチックス素材からなる導光板2の背面側には階段状にプリズムアレイ23が設けられており、対向する表面側の光出射表面22には拡散シート8が近設された構成になっている。
【0017】
光源11から入射した破線で示した光は、プリズムアレイ23で反射して光出射表面22から出射する。さらに光量むらを減ずるために光出射表面22に近設された拡散シート8で拡散されて均され照明光5となる。(例えば、非特許文献1参照。)。
【0018】
【特許文献1】
特開平5−45651号公報(実施例、図1)
【0019】
【非特許文献1】
Matsushita Technical Journal Vol.47 No.3 p.2 (2001)
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
このように、面照明装置においては、如何に簡易な構成を維持しながら光源の発する光量を損なわずに被照明物の大きさまで照明光を拡大し、照明光に光量むらが生じないようにするかが重要である。
つまり、面照明装置によって、均一な照明光を得るためには、例えば、光源装置では、点状の光源を導光板の幅方向に線光源として拡大するためにライトガイトパイプを用いたり、導光板には光散乱体を混在させるなどの工夫がなされている。しかし、照明装置としては、さらに、レンズシートとか拡散シートとか反射シートなどを付設する必要があった。そのため、より簡単な構成でしかも安価な照明装置を構成するには不十分であった。
【0021】
そこで本発明は、導光板の中に光散乱体を散在させるとともに、プリズムアレイを設け、光源にライトガイトパイプを用いても、光源を導光板に直付けしても均一な面照明光が得られる面照明装置と、本発明になる面照明装置によって照明される液晶表示パネルによって構成される液晶表示装置を提供することを目的としている。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上で述べた課題は、本発明の第1の発明については、請求項1において、光源装置と、導光板と、反射シートとを有し、該光源装置は、少なくとも一つの半導体発光素子が発する点状の光源と、該光源から発した光を線状に拡大するライトガイトパイプとからなり、該導光板は、該光源装置が近設される光入射端面と、背面に光入射方向と交差して鋸歯状に並設され、側面視で第一の急斜面と第二の緩斜面とが連なるプリズムアレイと、該プリズムアレイと対向した光出射表面とを有する透明な薄板からなり、該反射シートは、該導光板の背面に近設されているものであり、該導光板は、板内に光散乱体が散在しており、板内を通る光を散乱させ、かつ該急斜面で反射させて光出射表面から出射させ近設する被照明物を照明するものであるように構成された面照明装置によって解決される。
【0023】
つまり、光源装置ではライトガイトパイプを有して導光板の幅一杯に光を線状に拡大するようにしている。この光を導光板の光入射端面から導光する。導光板には、背面にプリズムアレイが設けられているとともに、板内に光散乱体を散在させるようにしている。また、導光板の背面には反射シートを近設している。
導光板の中では、入射した光は光散乱体によって散乱したあと、直接光出射表面に向かうものと、プリズムアレイの第一の急斜面で反射してから光出射表面に向かうものとがあり、双方ともに光出射表面から出射して照明光となる。
【0024】
何れにしても、導光板に入射した光の大半は、一旦、光散乱体によって散乱する。従って、導光板の中にライトガイトパイプから入射する光に帯状の光量むらがあっても、光量むらを光散乱体によって散乱して消し、均一な照明光を得ることができる。
次いで、本発明の第二の発明は、請求項2または3に係わる。まず、請求項2において、光源と、導光板とを有し、該光源は、少なくとも一つの半導体発光素子が発する点状の光源からなり、該導光板は、該光源が近設される光入射端面と、該光入射端面と平行に鋸歯状に穿設された二山連設プリズムアレイと、該二山連設プリズムアレイと対向する光出射表面とを有する透明な薄板からなり、該導光板は、板内に光散乱体が散在して板内を通る光を散乱させるとともに、二山連設プリズムアレイで反射して光出射表面から出射させ近設する被照明物を照明するものであるように構成された面照明装置によって解決される。
【0025】
また、請求項3において、該二山連設プリズムアレイは、該光出射表面を上にした側面視で、上りの第二の急斜面と第一の頂点と下りの第三の急斜面と上りの第四の急斜面と第二の頂点とが順に連なったものであり、該二山連設プリズムアレイは、該第二の頂点と次に連なる第二の急斜面の谷間とが、下りの第二の緩斜面で連なっているように構成された請求項2記載の面照明装置によって解決される。
【0026】
つまり、二山連設プリズムアレイは、従来の一山のプリズムアレイの頂部を二つの山に分けて連ねるようにし、一山目の第一の頂点の上りの第二の急斜面と、一山目の次に下りの第三の急斜面からV字形の谷を介して連なる二山目の第二の頂点の上りの第四の急斜面との双方の急斜面のそれぞれが、光源から導光板の中に入射した光の反射面となるようにしている。
【0027】
そうすると、第二の急斜面で反射し切れずに透過して一旦プリズムの外、つまり導光板の外に出射した光を、再び一山目の下りの第三の急斜面で導光板の中に戻し、次に連なる第四の急斜面で反射させることができる。
また、第二の頂点と次に連なる第二の急斜面の谷間との間は、下りの緩斜面で連なるようにしている。つまり、導光板の中で光の進行方向に向かって光の伝搬路が次第に拡大するようにしている。
【0028】
そうすると、導光板の厚さは、二山連設プリズムアレイと次の二山連設プリズムアレイとのそれぞれの間で厚さが次第に拡大するので、光散乱体によって散乱された光をより効率的に連なる次の二山連設プリズムアレイに向かわせることができる。しかも、二山連設プリズムアレイのそれぞれを連ならせている下りの第二の緩斜面の下り勾配:θを調整すれば、連なる二山連設プリズムアレイを光源から遠ざかるほど光出射表面に次第に近づけ、つまり、導光板の厚さ:Tを順次薄くして、反射斜面となる第二と第四の急斜面での反射効率を上げることもできる。
【0029】
その結果、導光板のプリズムアレイから外部へ透過し、漏れて損失する光量を減ずることができるとともに、光散乱体による光の散乱を良くして光量むらを減らし、光源から導光板の中に入射した光を効率よく反射して均一な照明光として利用できる。
次いで、本発明の第三の発明は、請求項4、5または6に係わる。まず、請求項4において、光散乱体が、ガラスの粗粒体からなるように構成された請求項1記載の面照明装置によって解決される。
【0030】
つまり、導光板の素材は、透明なプラスチックスからなり、モールド成形によって構成するので、予め素材の中に光散乱体としてガラスの粗粒体を混入しておくようにしている。
ガラスの粗粒体は、球形でもよいが、必ずしも球形でなく粉砕した多面体であってもよい。粗粒体は、導光板の中の光の帯状のむらなどを減ずるために混在させるものなので、プリズムアレイの急斜面で反射した光が効果的に光出射斜面に向かうように、導光板の中に文字どおり散在している程度でよい。
【0031】
また、請求項5において、光散乱体が、導光板のプラスチックスに不相溶のプラスチックスの粗粒体からなるように構成された請求項1記載の面照明装置によって解決される。
つまり、導光板の素材は、透明なプラスチックスをモールド成形によって構成する。従って、予め素材の中に混入する光散乱体としては、導光板の素材に不相溶のプラスチックスとしてモールド成形時に耐熱性を有する、例えば、熱硬化性のプラスチックスを用いるようにしている。
【0032】
これらのプラスチックスの粗粒体は、ガラスの粗粒体と同様、球形でもよく、また、必ずしも球形でなく粉砕した多面体でもよい。さらに、プリズムアレイの急斜面で反射した光が効果的に光出射斜面に向かうためには、導光板の中に文字どおり散在している程度でよい。
さらに、請求項6において、光散乱体が、金属の粗粒体からなるように構成された請求項1記載の面照明装置によって解決される。
【0033】
つまり、金属の粗粒体は、金属光沢を有する金属の球体を用いるようにしている。金属の粗粒体は、それ自体が光に不透明なので、多く混入すれば導光板が不透明になってしまう。従って、文字どおり散在している程度でよい。
最後に、本発明の第四の発明については、請求項7において、液晶表示パネルが、請求項1または2記載の面照明装置の光出射表面に近設して背面側から照明されるように構成された液晶表示装置によって解決される。
【0034】
つまり、本発明になる面照明装置は、光源をライトガイトパイプを介して導光板の中に入射させるにしろ、あるいは光源を導光板に直付けするにしろ、導光板の中で起こる光量のむらを抑えることができる。そこで、本発明になる面照明装置を、特に透過型の液晶表示パネルの背面側に光出射表面を対面させて近設するようにしている。
【0035】
その結果、液晶表示パネルの薄型の特徴を活かしながら光量むらのないバックライト式の照明ができるので、非常に薄くて非常に軽い、例えば、携帯電話やPDAなど向けの表示装置を実現することができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第一の発明を模式的に示す一部切欠き斜視図、図2は図1における光の振る舞いを示す模式図、図3は本発明の第二の発明を模式的に示す一部切欠き斜視図、図4は図3における光の振る舞いを示す模式図、図5は本発明の効果を例示する図、図6は本発明の第四の発明の模式図である。
【0037】
図中、1は光源装置、11は光源、12はライトガイトパイプ、121は光入射壁面、122は光出射壁面、123はライトガイトプリズムアレイ、2は導光板、21は光入射端面、22は光出射表面、23はプリズムアレイ、231は第一の急斜面、232は第一の緩斜面、24は二山連設プリズムアレイ、241は第一の頂点、242は第二の頂点、243は第二の急斜面、244は第三の急斜面、245は第四の急斜面、246は第二の緩斜面、3は光散乱体、4は反射シート、5は照明光、6は液晶表示装置、61は液晶表示パネル、10は面照明装置である。
〔第一の実施例〕(第一の発明:請求項1)
図1には本発明の第一の発明を模式的に示す一部切欠き斜視図を示し、図2には光の振る舞いを示す模式図を示す。図1において、面照明装置10は、光源装置1と導光板2と反射シート4とによって構成されている。
【0038】
図1(A)において、光源装置1は、少なくとも一つの半導体発光素子が発する点状の光源11と、光源11から発した光を線状に拡大するライトガイトパイプ12によって構成されている。
ライトガイトパイプ12は、例えば、透明なアクリル系のプラスチックスのモールド成形品からなり、長手方向の一端部部または両端部に光源11が近設されている。光源11から発した光はライトガイトパイプ12の中に入射し、こゝでは図示してないが、図6に示したように一方の壁面にはライトガイトプリズムアレイが設けてあり、反射した光が他方の光出射壁面122から線状の光として出射するようになっている。
【0039】
光出射壁面122には、導光板2の光入射端面21が対面して近設されているので、ライトガイトパイプ12から出射した光は、導光板2の幅一杯に拡がって入射する。
導光板2も、例えば、透明なアクリル系のプラスチックスのモールド成形品からなり、導光板2を構成するプラスチックスの中には、光散乱体3が散在している。つまり、成形するプラスチックスの中に予め光散乱体3を混練したプラスチックスを用いてモールド成形する。
【0040】
導光板2の背面側には、光入射端面21に平行に第一の急斜面231と第一の緩斜面232とが鋸歯状に連なって並設されたプリズムアレイ23が設けられており、第一の急斜面231が導光板2の中を伝搬する光の反射面となっている。また、プリズムアレイ23と対向する導光板2の表面側が光出射表面22になっている。
【0041】
反射シート4は、例えば、アクリル系のプラスチックスの薄板の表面にアルミニウムの薄膜をメタライズしたもので、導光板2の背面側のプリズムアレイ23に対面して近設した構成になっている。
図1(B)において、図1(A)に示した光源装置1に代わって、導光板2の光入射端面21に、例えば、発光ダイオードのような半導体発光素子からなる光源11が直接付設された構成になっている。
【0042】
導光板2の中には、光散乱体3が散在している。また、導光板2の背面側には第一の急斜面231と第一の緩斜面232が連なるプリズムアレイ23が設けられており、プリズムアレイ23と対向する導光板2の表面側が光出射表面22になっている。また、導光板2の背面側には、プリズムアレイ23に対面して反射シート4が近設されている。
【0043】
図2において、導光板2の光入射端面21から入射した太矢印で示す光の一部は、導光板2の中では破線で示したように、例えば、プリズムアレイ23の第一の急斜面231で反射して光出射表面22から照明光5として出射する。また、太矢印で示す入射した光の他の一部は、例えば、光散乱体3で散乱しながら光出射表面22に向かったり、あるいは第一の急斜面231に向かったりする。また、太矢印で示す入射した光のうち、例えば、第一の急斜面231を透過して導光板2の外に出射してしまった光は、反射シート4で反射して再度導光板2の中に入射する。また、太矢印で示す入射した光のさらに他の一部は、例えば、光出射表面22から出射する前に光散乱体3でよって散乱しながら出射する。
【0044】
何れにしても、導光板2の中を伝搬する破線に示した光は、光散乱体3に当たれば散乱することになる。しかも、図中では側面視で示したが、光散乱体3による散乱は三次元のあらゆる方向に起こる。従って、光源装置のライトガイトパイプに起因して光入射端面21から入射する際に生じる帯状の光量むらとか、光入射端面21に光源が直付けされた構成に起因して生じる明暗の光量むらとかは、導光板2の中で光散乱体3によって均され、光出射表面22から照明光5として図示してない被照明物を照明する際には光量むらが消されてしまう。
〔第二の実施例〕(第二の発明:請求項2または3)
図3には本発明の第二の発明を模式的に示す一部切欠き斜視図を示し、図4には光の振る舞いを示す模式図を示す。図3において、面照明装置10は、光源11と導光板2とによって構成されている。
【0045】
図3(A)において、光源11は、少なくとも一つの点状に発光する半導体発光素子で、こゝでは3個の光源11が導光板2の光入射端面21に直付けされた構成になっている。
導光板2は、例えば、透明なアクリル系のプラスチックスのモールド成形品からなり、導光板2を構成するプラスチックスの中には、光散乱体3が散在している。つまり、成形するプラスチックスの中に予め光散乱体3を混練したプラスチックスを用いてモールド成形する。
【0046】
導光板2の背面側には、光入射端面21に平行に鋸歯状に並設された二山連設プリズムアレイ24が設けられており、二山連設プリズムアレイ24に対向する表面側が光出射表面22になっている。
二山連設プリズムアレイ24は、プリズムアレイの頂点を二つに分けた形状をしている。つまり、光出射表面22を上にして側面から見ると、上りの第二の急斜面243と第一の頂点241と下りの第三の急斜面244と上りの第四の急斜面245と第二の頂点242とが順に連なった構成になっている。しかも、第二の頂点242と次に連なる第二の急斜面243の谷間とが、下りの第二の緩斜面246で連なった構成になっている。
【0047】
図3(B)において、図3(A)に示した光源11に代わって、光源装置1が導光板2に近設された構成になっている。この光源装置1は、少なくとも一つの半導体発光素子が発する点状の光源11と、光源11から発した光を線状に拡大するライトガイトパイプ12によって構成されている。
導光板2の中には、光散乱体3が散在している。また、導光板2の背面側には二山連設プリズムアレイ24が設けられており、二山連設プリズムアレイ24と対向する表面側が光出射表面22になっている。
【0048】
図4において、導光板2の光入射端面21から入射した太矢印で示す光の一部は、導光板2の中では破線で示したように、例えば、二山連設プリズムアレイ24の第二の急斜面243で反射して光出射表面22から照明光5として出射するが、その間に光散乱体3で散乱を起こす。また、太矢印で示す入射した光の他の一部は、例えば、光散乱体3で散乱しながら光出射表面22に直接向かったり、あるいは第二の急斜面243に向かったりする。また、太矢印で示す入射した光のうち、例えば、上りの第二の急斜面243を透過して一旦導光板2の外に出射してしまった光は、下りの第三の急斜面244から再度導光板2の中に入射し、上りの第四の急斜面245で反射して光出射表面22から出射し、光出射表面22に近設された図示してない被照明物を照明する照明光5となる。
【0049】
また、二山連設プリズムアレイ24において、第二の頂点242と次に連なる上りの第二の急斜面243との谷間の間の第二の緩斜面246を下り勾配にし、いる。導光板2の中で光が伝搬する方向を拡がらせている。その結果、手前の第二の急斜面243や第四の急斜面245などの反射面で反射しなかった光をより効率よく前方へ伝搬させ、その次に連なる反射面でより効率よく反射させる効果をもたらす。
【0050】
さらに、二山連設プリズムアレイ24の第一の頂点241および第二の頂点242と、光出射表面22との距離、つまり導光板2の厚さ:Tは、第二の緩斜面246が光出射表面22となす傾斜角:θを調整すると、光の進行方向に進むに従って導光板2の厚さ:Tが暫減していく。その結果、第一の頂点241や第一の頂点241が次第に光出射表面22に近づき、第二の急斜面243や第四の急斜面245での光の反射を容易にする。
【0051】
何れにしても、図3〜4において、導光板2の中を伝搬する破線に示した光は、光散乱体3に当たれば1次元のあらゆる方向に散乱を起こす。従って、光源11を光入射端面21に光源が直付けしたために生じる明暗の光量むらとか、光源装置1のライトガイトパイプ12に起因して光入射端面21から入射する際に生じる帯状の光量むらとかは、導光板2の中で光散乱体3によって均される。
【0052】
しかも、二山連設プリズムアレイ24によって、導光板2から外に漏れ出した光を導光板2の中に戻す効果や、第二の急斜面243や第四の急斜面245の二つの反射面によって反射が繰り返される効果もある。その結果、光出射表面22から照明光5として出射する際には光量むらが消されてしまう。
〔第三の実施例〕(第三の発明:請求項4、5または6)
図2または図4において、導光板2の素材は透明なプラスチックスをモールド成形することによって構成する。従って、導光板2を構成するプラスチックス素材の中に、予め光散乱体3を混練しておく。
【0053】
まず、光散乱体3のうち、ガラスの粗粒体には、ソーダガラスやホウ珪酸ガラス、石英ガラスなどを用いることができる。フリントガラス(鉛ガラス)であれば、屈折率が大きいので光散乱体3としてより効果的である。目的によっては、透明に着色した色ガラスでもよい。
粗粒体が球形ならば、例えば、直径が数十μmの粒子を用いる。しかし、必ずしも球形である必要はなく粉砕した多面体の場合には、網ふるいの呼び寸法で、例えば、53〜125(JISで、標準ふるいの目の開きが53〜125μm)でふるい分けされる大きさでよい。
【0054】
また、導光板2の背面側に設けた第一の急斜面231や第二の急斜面243、第四の急斜面245などの反射面で反射した光が効果的に光出射表面22に向かうためには、導光板2の中に適度に散在している程度でよく、例えば、重量比で1%程度の混入でも有効である。
次いで、光散乱体3が、導光板2の素材であるプラスチックスに不相溶のプラスチックスからなる粗粒体も用いることができる。導光板2の素材は透明なプラスチックスをモールド成形によって構成する。従って、予め導光板2の素材の中に混入する光散乱体3としては、導光板2の素材、例えば、アクリル系のプラスチックスに熱的に不相溶な、例えば、熱硬化性のプラスチックスのメラミン系やフェノール系、エポキシ系などの樹脂を用いることができる。
【0055】
これらのプラスチックスの粗粒体は、ガラスの粗粒体と同様、球形ならば、例えば、直径が数十μmの粒子を用いる。しかし、必ずしも球形である必要はなく粉砕した多面体の場合には、網ふるいの呼び寸法で、例えば、53〜125でもよい。
また、導光板2の背面側に設けた第一の急斜面231や第二の急斜面243、第四の急斜面245などの反射面で反射した光が効果的に光出射表面22に向かうためには、導光板2の中に適度に散在している程度でよく、例えば、重量比で5%程度の混入でも有効である。
【0056】
さらに、光散乱体3を金属の粗粒体によって構成することもできる。金属の粗粒体は、アルミニウムやニッケルなどの金属光沢のある反射し易いものを、導光板2の基材のプラスチックス中に散在させるようにしている。
金属の粗粒体は、球形の場合には、例えば、直径が数〜数十μmの粒子を用いる。しかし、必ずしも球形である必要はなく多面体の場合には、網ふるいの呼び寸法で、例えば、53〜125でもよい。
【0057】
金属の粗粒体はそれ自体が光に不透明なので、多く混入すれば導光板自体が不透明になってしまう。従って、文字どおり散在している程度でよく、導光板の素材に対する混入量は、例えば、重量比で0.1%程度とする。
図5は本発明の効果を例示したものである。つまり、背面側にプリズムアレイ23を有し、光散乱体3を散在させた導光板2と、反射シート4とを組み合わせた面照明装置10から導光板2の表面から垂直方向に出射した照明光5の光量を、導光板2の表面の全面を格子状に走査しながら測定した結果を示したものである。輝度(cd/cm2 )の値を光源装置1に最近のY=0の位置を100%とした。
【0058】
実線で示し曲線は、本発明の効果を示したものである。破線で示した曲線は、導光板2の中に光散乱体3を含まず、導光板2の背面側に反射シートも近設していない面照明装置10から出射した照明光5の光量むらを示したもので、光源装置1から入射した光が導光板2の中で帯状の明暗の光量むらが生じている場合の参考例である。導光板2の幅方向、つまり、X方向で見ると、破線の曲線の参考例では、帯状の明暗が特に光源装置1の直近ではっきりしている。
【0059】
それに対して、導光板2の中に光散乱体3を散在させ、導光板2の背面側に反射シート4を近設した実線の局線の場合には、導光板2の中に含む光散乱体3によって散乱が起こる。また、プリズムアレイ23を透過して導光板2の外に漏れた光を反射シート4で導光板2の中に戻してやる。
そうすると、ライトガイトパイプ12を設けた光源装置1であっても、導光板2に光源を直付けしても、実線の局線で示したように光量むらを大幅に改善することができる。
【0060】
導光板の中に光散乱体を散在させ、導光板の背面側にプリズムアレイを設け、プリズムアレイに対面して反射シートを近設した構成からなる面照明装置の光量むらに対する特性は、二山連設プリズムアレイを背面側に設け、光散乱体を散在させた導光板2においても、光量むらを大幅に改善する特性があることが確認できている。
〔第四の実施例〕(第四の発明:請求項7)
図6には、本発明になる面照明装置10によって液晶表示パネル61をバックライト式に照明する液晶表示装置6を模式的に示す。図6(A)の示した面照明装置10は、光散乱体3を散在した導光板2と反射シート4を組み合わせたもので、導光板2にはプリズムアレイ23を設けた構成になっている。図6(B)の示した面照明装置10は、光散乱体3を散在した導光板2に二山連設プリズムアレイ24を設けた構成になっている。
【0061】
点状の光源11をライトガイトパイプによって導光板2の幅一杯に拡大した光源装置1を用いた場合にしろ、半導体発光素子などの点状の光源11を導光板2に直付けした場合にしろ、導光板2の中の光散乱体3によって光が散乱されるので、導光板2の中で生じる明暗の光量むらが拡散される。
その結果、液晶表示パネル61には、光源に起因して導光板2の中で生じる光量むらが照明光5に及ぶことが防止でき、均一に照明された液晶表示装置6を得ることができる。
【0062】
こゝで例示した光源に起因する導光板の中での光量むらのシルエットは、光源の構成に影響されていろいろに変形する。従って、光量むらの状態によって導光板の中に混在させる光散乱体の種類や諸元、含有量などには種々の変形が可能である。
また,導光板に設けるプリズムアレイや二山連設プリズムアレイのピッチや高さなどの諸元は一義的に決まるものではなく、種々の変形が可能である。
【0063】
【発明の効果】
本発明になる面照明装置によれば、導光板に入射する光源として、ライトガイトパイプを用いた光源装置を用いた場合にしろ、導光板に半導体発光素子のチップなどを直付けさせた場合にしろ、光源に起因して生じる光量むらを簡易な構成によって低減することができる。
【0064】
従って、本発明は、今後ますます多機能、多様化し、しかも、軽薄短小が望まれ、外部照明の必要な液晶表示装置などの表示装置の分野に対して、寄与するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の発明を模式的に示す一部切欠き斜視図である。
【図2】図1における光の振る舞いを示す模式図である。
【図3】本発明の第二の発明を模式的に示す一部切欠き斜視図である。
【図4】図3における光の振る舞いを示す模式図である。
【図5】本発明の効果を例示する図である。
【図6】本発明の第四の発明の模式図である。
【図7】光源装置の構成例を模式的に例示した斜視図である。
【図8】面照明装置の光量むらを示した模式図である。
【図9】光量むらを減ずる一例の模式側面図である。
【図10】光量むらを減ずる他の例の模式側面図である。
【符号の説明】
1 光源装置
11 光源
12 ライトガイトパイプ
121 光入射壁面 122 光出射壁面
123 ライトガイトプリズムアレイ
2 導光板
21 光入射端面
22 光出射表面
23 プリズムアレイ
231 第一の急斜面 232 第一の緩斜面
24 二山連設プリズムアレイ
241 第一の頂点 242 第二の頂点
243 第二の急斜面 244 第三の急斜面
245 第四の急斜面 246 第二の緩斜面
3 光散乱体
4 反射シート
5 照明光
6 液晶表示装置
61 液晶表示パネル
10 面照明装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置などの表示装置を照明する面照明装置に係わり、特に光源からの光を効率よく面状に拡大する導光板の構成と、該面照明装置によって照明される液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
フラットディスプレイと俗称される平面状のディスプレイ装置は、対向する一対の平面基板上にいろいろな表示機能が集積されている。その表示機能によって液晶表示装置(LCD)やプラズマ表示装置(PDP)、エレクトロルミネッセンス表示装置(EL)などがよく知られており、それぞれの用途に応じて実用されている。
【0003】
ところが、液晶表示装置だけは自ら発光しない受動型のディスプレイ装置であるために、表示に際しては液晶表示パネルに何らかの照明が必要となる。フラットディスプレイは、薄形であることが特長の一つであるから、液晶表示装置においては、如何に薄形を維持しながら照明するかが重要である。
液晶表示装置は、照明の仕方、つまり液晶表示パネルをどのように照明するかによって液晶表示パネルの構成が異なり、反射型の液晶表示装置と透過型液晶表示装置との二つに大別される。
【0004】
反射型の液晶表示装置の場合には、少なくとも照明の光源となる外光が、透明な一方の基板を透過して液晶層を通過し、他方の基板に設けられた反射膜で反射して再び液晶層を通過して戻る。その間に、液晶層を往復した光は、液晶層によって変調され、透過したり遮光されたりして形成された表示を視認する。
この反射型の液晶表示装置は、照明を外部の自然光のみに頼る場合には明所では使えるが暗所では使えない。そこで、最近では、面照明装置を用いて液晶表示画像を視認するために液晶表示パネルの前面(フロント)側から照明し、暗所でも視認できるように工夫され、フロントライト式の照明と呼ばれる。
【0005】
一方、透過型の液晶表示装置は、小画面の携帯電話から大画面のパソコン、液晶TVなどに多用されており、照明にはバックライト式と呼ばれる面照明装置が用いられる。バックライト式の照明は、液晶表示パネルの背面(バック)側から照明する構成になっており、液晶表示パネルの背面から液晶層を介して表面に達する光が透過したり遮光したりして形成される表示を視認する。
【0006】
ただし、携帯電話などの用途では、液晶表示パネルの前面から照明される外光によっても視認でき、バックライトの面照明装置の電池を長持ちさせることが行われている。つまり、液晶表示パネルの他方の基板に半透過膜を設け、前面からの外光によれば反射型の液晶表示装置として、バックライト式の面照明装置の照明光によれば透過型の液晶表示装置として視認できる。そこで、このような構成1らなる液晶表示装置は、半透過型の液晶表示装置と呼ばれている。
【0007】
フロントライト式にしろバックライト式にしろ、液晶表示パネルなどの被照明物の面全体を一様に照明するものは面照明装置と呼ばれる。被照明物の薄形の特長を損なわないように、面照明装置も薄形に構成しながら、照明光を均一にするためにいろいろな工夫がなされている。
図7は光源装置の構成例を模式的に例示した斜視図である。光源装置1は、光源11に、例えば、発光ダイオードなどの半導体発光素子が用いられている。ところが、半導体発光素子などの光源11から出た光は、一般に点状に近く、しかも放射状に拡がるビーム光である。
【0008】
図7(A)は、ライトガイトパイプを用いた例である。光源11から出射した光は、例えば、透明なアクリル系の樹脂からなるライトガイトパイプ12を介して破線で描いた矢印のように、幅広の線状に拡大してから導光板2の光入射端面21に入射するようになっている。
ライトガイトパイプ12は、長手方向の末端の一端面または両端面が光入射壁面121になっており、光入射壁面121に交差する一方の壁面に、例えば、鋸歯状のライトガイトプリズムアレイ123が設けられている。ライトガイトプリズムアレイ123と対向する他方の壁面は光出射壁面122となっている。
【0009】
光源11から発して光入射壁面121からライトガイトパイプ12の中に点状に入射したビーム光は、連設されたライトガイトプリズムアレイ123の斜面で入射した光と交差する方向に反射され、光出射壁面122からライトガイトパイプ12の長さに対応する線状の破線で描いた矢印で示したような偏平な光束として出射する。そして、例えば、光出射壁面122に対向して近設された導光板2の光入射端面21から導光板2の中に入射する。
【0010】
ライトガイトパイプ12を用いた場合には、光源11から発する点状の光を予め導光板2の幅方向一杯に均一になるように広げて出射できる利点がある。しかし、ライトガイトパイプ12を用いた光源装置1の場合には、光源11をライトガイトパイプ12の光入射壁面121に付設する構成となるので、光量を増やすために光源11の数を増やすことがし難い。
【0011】
図7(B)は、例えば、半導体発光素子からなる光源11を導光板2の光入射端面21に直付けした構成である。点状の光源11から放射状に発したビーム光は、破線で描いた矢印で示したように、導光板2の光入射端面21から導光板2の中へ放射状に拡がって入射する。
導光板2に対する光源直付けの場合には、光源11からほとんど損失なく導光板2の中に光を入射できる。しかも、光源11の数を増やして光量を増大することも容易にできる。しかし、当然のことながら導光板2に入射する光は明暗の差が激しく大きな光量むらが生じる。
【0012】
図8は面照明装置の光量むらを示した模式図である。図8(A)は、光源装置1にライトガイトパイプ12を用いた例であり、図8(B)は、光源11の半導体発光素子などを導光板2の光入射端面21に直付けした例である。光量むらは本来中間調であるが図示し難いので、こゝでは斜線で示している。
図8(A)において、光源11から発した光はライトガイトパイプ12によって導光板2の幅方向に偏平な光束として拡大されている。ところが、ライトガイトパイプ12から出射する光が全く幅方向に均一ではない。そのために、導光板2の中を伝搬する光は、例えば、帯状とか縞状とか呼ばれる光量むらが生じてしまう。つまり、光源11にライトガイトパイプ12を用いても、導光板2の全面に一様に光量むらが無い状態で入射することは厄介である。
【0013】
図8(B)では、光源11を導光板2の光入射端面21に直付けしているので、光源11から放射状に発した光の明暗が導光板2の中でそのまま光量むらとして現れ、全面を一様に光量むらを無くすることは厄介である。
そこで、光源から導光板の中に入射した光の光量むらを減ずるために、いろいろな提案がなされている。例えば、導光板の中に光散乱体を混在させたり、光学部材を付加したりすることがなされている。
【0014】
図9は光量むらを減ずる一例の模式側面図である。こゝで示した面照明装置10は、導光板2の中に光散乱体3を混在させた例である。すなわち、導光板2を構成する透明なプラスチックス素材の中には、例えば、ガラスの粗粒子のような光散乱体3が散在している。また、導光板2の背面側には反射シート4が近設されており、対向する表面側の光出射表面22にはレンズシート7が近設された構成になっている。
【0015】
導光板2の中に入射した破線で示す光は、光散乱体3で乱反射して散乱し、一方の光出射表面22から出射した光は、レンズシート7によって垂直方向に向かい、照明光5として出射する。他方に向かった光は背面側から一旦外部に出射してから近設された反射シート4で反射して再び導光板2の中に戻り、光出射表面22から出射してレンズシート7で垂直方向に変換されて照明光5となる。(例えば、特許文献1参照。)。
【0016】
図10は光量むらを減ずる他の例の模式側面図である。こゝで示した面照明装置10は、導光板2にプリズムアレイ23を設けるともに拡散シート8を近設した例である。すなわち、透明なプラスチックス素材からなる導光板2の背面側には階段状にプリズムアレイ23が設けられており、対向する表面側の光出射表面22には拡散シート8が近設された構成になっている。
【0017】
光源11から入射した破線で示した光は、プリズムアレイ23で反射して光出射表面22から出射する。さらに光量むらを減ずるために光出射表面22に近設された拡散シート8で拡散されて均され照明光5となる。(例えば、非特許文献1参照。)。
【0018】
【特許文献1】
特開平5−45651号公報(実施例、図1)
【0019】
【非特許文献1】
Matsushita Technical Journal Vol.47 No.3 p.2 (2001)
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
このように、面照明装置においては、如何に簡易な構成を維持しながら光源の発する光量を損なわずに被照明物の大きさまで照明光を拡大し、照明光に光量むらが生じないようにするかが重要である。
つまり、面照明装置によって、均一な照明光を得るためには、例えば、光源装置では、点状の光源を導光板の幅方向に線光源として拡大するためにライトガイトパイプを用いたり、導光板には光散乱体を混在させるなどの工夫がなされている。しかし、照明装置としては、さらに、レンズシートとか拡散シートとか反射シートなどを付設する必要があった。そのため、より簡単な構成でしかも安価な照明装置を構成するには不十分であった。
【0021】
そこで本発明は、導光板の中に光散乱体を散在させるとともに、プリズムアレイを設け、光源にライトガイトパイプを用いても、光源を導光板に直付けしても均一な面照明光が得られる面照明装置と、本発明になる面照明装置によって照明される液晶表示パネルによって構成される液晶表示装置を提供することを目的としている。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上で述べた課題は、本発明の第1の発明については、請求項1において、光源装置と、導光板と、反射シートとを有し、該光源装置は、少なくとも一つの半導体発光素子が発する点状の光源と、該光源から発した光を線状に拡大するライトガイトパイプとからなり、該導光板は、該光源装置が近設される光入射端面と、背面に光入射方向と交差して鋸歯状に並設され、側面視で第一の急斜面と第二の緩斜面とが連なるプリズムアレイと、該プリズムアレイと対向した光出射表面とを有する透明な薄板からなり、該反射シートは、該導光板の背面に近設されているものであり、該導光板は、板内に光散乱体が散在しており、板内を通る光を散乱させ、かつ該急斜面で反射させて光出射表面から出射させ近設する被照明物を照明するものであるように構成された面照明装置によって解決される。
【0023】
つまり、光源装置ではライトガイトパイプを有して導光板の幅一杯に光を線状に拡大するようにしている。この光を導光板の光入射端面から導光する。導光板には、背面にプリズムアレイが設けられているとともに、板内に光散乱体を散在させるようにしている。また、導光板の背面には反射シートを近設している。
導光板の中では、入射した光は光散乱体によって散乱したあと、直接光出射表面に向かうものと、プリズムアレイの第一の急斜面で反射してから光出射表面に向かうものとがあり、双方ともに光出射表面から出射して照明光となる。
【0024】
何れにしても、導光板に入射した光の大半は、一旦、光散乱体によって散乱する。従って、導光板の中にライトガイトパイプから入射する光に帯状の光量むらがあっても、光量むらを光散乱体によって散乱して消し、均一な照明光を得ることができる。
次いで、本発明の第二の発明は、請求項2または3に係わる。まず、請求項2において、光源と、導光板とを有し、該光源は、少なくとも一つの半導体発光素子が発する点状の光源からなり、該導光板は、該光源が近設される光入射端面と、該光入射端面と平行に鋸歯状に穿設された二山連設プリズムアレイと、該二山連設プリズムアレイと対向する光出射表面とを有する透明な薄板からなり、該導光板は、板内に光散乱体が散在して板内を通る光を散乱させるとともに、二山連設プリズムアレイで反射して光出射表面から出射させ近設する被照明物を照明するものであるように構成された面照明装置によって解決される。
【0025】
また、請求項3において、該二山連設プリズムアレイは、該光出射表面を上にした側面視で、上りの第二の急斜面と第一の頂点と下りの第三の急斜面と上りの第四の急斜面と第二の頂点とが順に連なったものであり、該二山連設プリズムアレイは、該第二の頂点と次に連なる第二の急斜面の谷間とが、下りの第二の緩斜面で連なっているように構成された請求項2記載の面照明装置によって解決される。
【0026】
つまり、二山連設プリズムアレイは、従来の一山のプリズムアレイの頂部を二つの山に分けて連ねるようにし、一山目の第一の頂点の上りの第二の急斜面と、一山目の次に下りの第三の急斜面からV字形の谷を介して連なる二山目の第二の頂点の上りの第四の急斜面との双方の急斜面のそれぞれが、光源から導光板の中に入射した光の反射面となるようにしている。
【0027】
そうすると、第二の急斜面で反射し切れずに透過して一旦プリズムの外、つまり導光板の外に出射した光を、再び一山目の下りの第三の急斜面で導光板の中に戻し、次に連なる第四の急斜面で反射させることができる。
また、第二の頂点と次に連なる第二の急斜面の谷間との間は、下りの緩斜面で連なるようにしている。つまり、導光板の中で光の進行方向に向かって光の伝搬路が次第に拡大するようにしている。
【0028】
そうすると、導光板の厚さは、二山連設プリズムアレイと次の二山連設プリズムアレイとのそれぞれの間で厚さが次第に拡大するので、光散乱体によって散乱された光をより効率的に連なる次の二山連設プリズムアレイに向かわせることができる。しかも、二山連設プリズムアレイのそれぞれを連ならせている下りの第二の緩斜面の下り勾配:θを調整すれば、連なる二山連設プリズムアレイを光源から遠ざかるほど光出射表面に次第に近づけ、つまり、導光板の厚さ:Tを順次薄くして、反射斜面となる第二と第四の急斜面での反射効率を上げることもできる。
【0029】
その結果、導光板のプリズムアレイから外部へ透過し、漏れて損失する光量を減ずることができるとともに、光散乱体による光の散乱を良くして光量むらを減らし、光源から導光板の中に入射した光を効率よく反射して均一な照明光として利用できる。
次いで、本発明の第三の発明は、請求項4、5または6に係わる。まず、請求項4において、光散乱体が、ガラスの粗粒体からなるように構成された請求項1記載の面照明装置によって解決される。
【0030】
つまり、導光板の素材は、透明なプラスチックスからなり、モールド成形によって構成するので、予め素材の中に光散乱体としてガラスの粗粒体を混入しておくようにしている。
ガラスの粗粒体は、球形でもよいが、必ずしも球形でなく粉砕した多面体であってもよい。粗粒体は、導光板の中の光の帯状のむらなどを減ずるために混在させるものなので、プリズムアレイの急斜面で反射した光が効果的に光出射斜面に向かうように、導光板の中に文字どおり散在している程度でよい。
【0031】
また、請求項5において、光散乱体が、導光板のプラスチックスに不相溶のプラスチックスの粗粒体からなるように構成された請求項1記載の面照明装置によって解決される。
つまり、導光板の素材は、透明なプラスチックスをモールド成形によって構成する。従って、予め素材の中に混入する光散乱体としては、導光板の素材に不相溶のプラスチックスとしてモールド成形時に耐熱性を有する、例えば、熱硬化性のプラスチックスを用いるようにしている。
【0032】
これらのプラスチックスの粗粒体は、ガラスの粗粒体と同様、球形でもよく、また、必ずしも球形でなく粉砕した多面体でもよい。さらに、プリズムアレイの急斜面で反射した光が効果的に光出射斜面に向かうためには、導光板の中に文字どおり散在している程度でよい。
さらに、請求項6において、光散乱体が、金属の粗粒体からなるように構成された請求項1記載の面照明装置によって解決される。
【0033】
つまり、金属の粗粒体は、金属光沢を有する金属の球体を用いるようにしている。金属の粗粒体は、それ自体が光に不透明なので、多く混入すれば導光板が不透明になってしまう。従って、文字どおり散在している程度でよい。
最後に、本発明の第四の発明については、請求項7において、液晶表示パネルが、請求項1または2記載の面照明装置の光出射表面に近設して背面側から照明されるように構成された液晶表示装置によって解決される。
【0034】
つまり、本発明になる面照明装置は、光源をライトガイトパイプを介して導光板の中に入射させるにしろ、あるいは光源を導光板に直付けするにしろ、導光板の中で起こる光量のむらを抑えることができる。そこで、本発明になる面照明装置を、特に透過型の液晶表示パネルの背面側に光出射表面を対面させて近設するようにしている。
【0035】
その結果、液晶表示パネルの薄型の特徴を活かしながら光量むらのないバックライト式の照明ができるので、非常に薄くて非常に軽い、例えば、携帯電話やPDAなど向けの表示装置を実現することができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第一の発明を模式的に示す一部切欠き斜視図、図2は図1における光の振る舞いを示す模式図、図3は本発明の第二の発明を模式的に示す一部切欠き斜視図、図4は図3における光の振る舞いを示す模式図、図5は本発明の効果を例示する図、図6は本発明の第四の発明の模式図である。
【0037】
図中、1は光源装置、11は光源、12はライトガイトパイプ、121は光入射壁面、122は光出射壁面、123はライトガイトプリズムアレイ、2は導光板、21は光入射端面、22は光出射表面、23はプリズムアレイ、231は第一の急斜面、232は第一の緩斜面、24は二山連設プリズムアレイ、241は第一の頂点、242は第二の頂点、243は第二の急斜面、244は第三の急斜面、245は第四の急斜面、246は第二の緩斜面、3は光散乱体、4は反射シート、5は照明光、6は液晶表示装置、61は液晶表示パネル、10は面照明装置である。
〔第一の実施例〕(第一の発明:請求項1)
図1には本発明の第一の発明を模式的に示す一部切欠き斜視図を示し、図2には光の振る舞いを示す模式図を示す。図1において、面照明装置10は、光源装置1と導光板2と反射シート4とによって構成されている。
【0038】
図1(A)において、光源装置1は、少なくとも一つの半導体発光素子が発する点状の光源11と、光源11から発した光を線状に拡大するライトガイトパイプ12によって構成されている。
ライトガイトパイプ12は、例えば、透明なアクリル系のプラスチックスのモールド成形品からなり、長手方向の一端部部または両端部に光源11が近設されている。光源11から発した光はライトガイトパイプ12の中に入射し、こゝでは図示してないが、図6に示したように一方の壁面にはライトガイトプリズムアレイが設けてあり、反射した光が他方の光出射壁面122から線状の光として出射するようになっている。
【0039】
光出射壁面122には、導光板2の光入射端面21が対面して近設されているので、ライトガイトパイプ12から出射した光は、導光板2の幅一杯に拡がって入射する。
導光板2も、例えば、透明なアクリル系のプラスチックスのモールド成形品からなり、導光板2を構成するプラスチックスの中には、光散乱体3が散在している。つまり、成形するプラスチックスの中に予め光散乱体3を混練したプラスチックスを用いてモールド成形する。
【0040】
導光板2の背面側には、光入射端面21に平行に第一の急斜面231と第一の緩斜面232とが鋸歯状に連なって並設されたプリズムアレイ23が設けられており、第一の急斜面231が導光板2の中を伝搬する光の反射面となっている。また、プリズムアレイ23と対向する導光板2の表面側が光出射表面22になっている。
【0041】
反射シート4は、例えば、アクリル系のプラスチックスの薄板の表面にアルミニウムの薄膜をメタライズしたもので、導光板2の背面側のプリズムアレイ23に対面して近設した構成になっている。
図1(B)において、図1(A)に示した光源装置1に代わって、導光板2の光入射端面21に、例えば、発光ダイオードのような半導体発光素子からなる光源11が直接付設された構成になっている。
【0042】
導光板2の中には、光散乱体3が散在している。また、導光板2の背面側には第一の急斜面231と第一の緩斜面232が連なるプリズムアレイ23が設けられており、プリズムアレイ23と対向する導光板2の表面側が光出射表面22になっている。また、導光板2の背面側には、プリズムアレイ23に対面して反射シート4が近設されている。
【0043】
図2において、導光板2の光入射端面21から入射した太矢印で示す光の一部は、導光板2の中では破線で示したように、例えば、プリズムアレイ23の第一の急斜面231で反射して光出射表面22から照明光5として出射する。また、太矢印で示す入射した光の他の一部は、例えば、光散乱体3で散乱しながら光出射表面22に向かったり、あるいは第一の急斜面231に向かったりする。また、太矢印で示す入射した光のうち、例えば、第一の急斜面231を透過して導光板2の外に出射してしまった光は、反射シート4で反射して再度導光板2の中に入射する。また、太矢印で示す入射した光のさらに他の一部は、例えば、光出射表面22から出射する前に光散乱体3でよって散乱しながら出射する。
【0044】
何れにしても、導光板2の中を伝搬する破線に示した光は、光散乱体3に当たれば散乱することになる。しかも、図中では側面視で示したが、光散乱体3による散乱は三次元のあらゆる方向に起こる。従って、光源装置のライトガイトパイプに起因して光入射端面21から入射する際に生じる帯状の光量むらとか、光入射端面21に光源が直付けされた構成に起因して生じる明暗の光量むらとかは、導光板2の中で光散乱体3によって均され、光出射表面22から照明光5として図示してない被照明物を照明する際には光量むらが消されてしまう。
〔第二の実施例〕(第二の発明:請求項2または3)
図3には本発明の第二の発明を模式的に示す一部切欠き斜視図を示し、図4には光の振る舞いを示す模式図を示す。図3において、面照明装置10は、光源11と導光板2とによって構成されている。
【0045】
図3(A)において、光源11は、少なくとも一つの点状に発光する半導体発光素子で、こゝでは3個の光源11が導光板2の光入射端面21に直付けされた構成になっている。
導光板2は、例えば、透明なアクリル系のプラスチックスのモールド成形品からなり、導光板2を構成するプラスチックスの中には、光散乱体3が散在している。つまり、成形するプラスチックスの中に予め光散乱体3を混練したプラスチックスを用いてモールド成形する。
【0046】
導光板2の背面側には、光入射端面21に平行に鋸歯状に並設された二山連設プリズムアレイ24が設けられており、二山連設プリズムアレイ24に対向する表面側が光出射表面22になっている。
二山連設プリズムアレイ24は、プリズムアレイの頂点を二つに分けた形状をしている。つまり、光出射表面22を上にして側面から見ると、上りの第二の急斜面243と第一の頂点241と下りの第三の急斜面244と上りの第四の急斜面245と第二の頂点242とが順に連なった構成になっている。しかも、第二の頂点242と次に連なる第二の急斜面243の谷間とが、下りの第二の緩斜面246で連なった構成になっている。
【0047】
図3(B)において、図3(A)に示した光源11に代わって、光源装置1が導光板2に近設された構成になっている。この光源装置1は、少なくとも一つの半導体発光素子が発する点状の光源11と、光源11から発した光を線状に拡大するライトガイトパイプ12によって構成されている。
導光板2の中には、光散乱体3が散在している。また、導光板2の背面側には二山連設プリズムアレイ24が設けられており、二山連設プリズムアレイ24と対向する表面側が光出射表面22になっている。
【0048】
図4において、導光板2の光入射端面21から入射した太矢印で示す光の一部は、導光板2の中では破線で示したように、例えば、二山連設プリズムアレイ24の第二の急斜面243で反射して光出射表面22から照明光5として出射するが、その間に光散乱体3で散乱を起こす。また、太矢印で示す入射した光の他の一部は、例えば、光散乱体3で散乱しながら光出射表面22に直接向かったり、あるいは第二の急斜面243に向かったりする。また、太矢印で示す入射した光のうち、例えば、上りの第二の急斜面243を透過して一旦導光板2の外に出射してしまった光は、下りの第三の急斜面244から再度導光板2の中に入射し、上りの第四の急斜面245で反射して光出射表面22から出射し、光出射表面22に近設された図示してない被照明物を照明する照明光5となる。
【0049】
また、二山連設プリズムアレイ24において、第二の頂点242と次に連なる上りの第二の急斜面243との谷間の間の第二の緩斜面246を下り勾配にし、いる。導光板2の中で光が伝搬する方向を拡がらせている。その結果、手前の第二の急斜面243や第四の急斜面245などの反射面で反射しなかった光をより効率よく前方へ伝搬させ、その次に連なる反射面でより効率よく反射させる効果をもたらす。
【0050】
さらに、二山連設プリズムアレイ24の第一の頂点241および第二の頂点242と、光出射表面22との距離、つまり導光板2の厚さ:Tは、第二の緩斜面246が光出射表面22となす傾斜角:θを調整すると、光の進行方向に進むに従って導光板2の厚さ:Tが暫減していく。その結果、第一の頂点241や第一の頂点241が次第に光出射表面22に近づき、第二の急斜面243や第四の急斜面245での光の反射を容易にする。
【0051】
何れにしても、図3〜4において、導光板2の中を伝搬する破線に示した光は、光散乱体3に当たれば1次元のあらゆる方向に散乱を起こす。従って、光源11を光入射端面21に光源が直付けしたために生じる明暗の光量むらとか、光源装置1のライトガイトパイプ12に起因して光入射端面21から入射する際に生じる帯状の光量むらとかは、導光板2の中で光散乱体3によって均される。
【0052】
しかも、二山連設プリズムアレイ24によって、導光板2から外に漏れ出した光を導光板2の中に戻す効果や、第二の急斜面243や第四の急斜面245の二つの反射面によって反射が繰り返される効果もある。その結果、光出射表面22から照明光5として出射する際には光量むらが消されてしまう。
〔第三の実施例〕(第三の発明:請求項4、5または6)
図2または図4において、導光板2の素材は透明なプラスチックスをモールド成形することによって構成する。従って、導光板2を構成するプラスチックス素材の中に、予め光散乱体3を混練しておく。
【0053】
まず、光散乱体3のうち、ガラスの粗粒体には、ソーダガラスやホウ珪酸ガラス、石英ガラスなどを用いることができる。フリントガラス(鉛ガラス)であれば、屈折率が大きいので光散乱体3としてより効果的である。目的によっては、透明に着色した色ガラスでもよい。
粗粒体が球形ならば、例えば、直径が数十μmの粒子を用いる。しかし、必ずしも球形である必要はなく粉砕した多面体の場合には、網ふるいの呼び寸法で、例えば、53〜125(JISで、標準ふるいの目の開きが53〜125μm)でふるい分けされる大きさでよい。
【0054】
また、導光板2の背面側に設けた第一の急斜面231や第二の急斜面243、第四の急斜面245などの反射面で反射した光が効果的に光出射表面22に向かうためには、導光板2の中に適度に散在している程度でよく、例えば、重量比で1%程度の混入でも有効である。
次いで、光散乱体3が、導光板2の素材であるプラスチックスに不相溶のプラスチックスからなる粗粒体も用いることができる。導光板2の素材は透明なプラスチックスをモールド成形によって構成する。従って、予め導光板2の素材の中に混入する光散乱体3としては、導光板2の素材、例えば、アクリル系のプラスチックスに熱的に不相溶な、例えば、熱硬化性のプラスチックスのメラミン系やフェノール系、エポキシ系などの樹脂を用いることができる。
【0055】
これらのプラスチックスの粗粒体は、ガラスの粗粒体と同様、球形ならば、例えば、直径が数十μmの粒子を用いる。しかし、必ずしも球形である必要はなく粉砕した多面体の場合には、網ふるいの呼び寸法で、例えば、53〜125でもよい。
また、導光板2の背面側に設けた第一の急斜面231や第二の急斜面243、第四の急斜面245などの反射面で反射した光が効果的に光出射表面22に向かうためには、導光板2の中に適度に散在している程度でよく、例えば、重量比で5%程度の混入でも有効である。
【0056】
さらに、光散乱体3を金属の粗粒体によって構成することもできる。金属の粗粒体は、アルミニウムやニッケルなどの金属光沢のある反射し易いものを、導光板2の基材のプラスチックス中に散在させるようにしている。
金属の粗粒体は、球形の場合には、例えば、直径が数〜数十μmの粒子を用いる。しかし、必ずしも球形である必要はなく多面体の場合には、網ふるいの呼び寸法で、例えば、53〜125でもよい。
【0057】
金属の粗粒体はそれ自体が光に不透明なので、多く混入すれば導光板自体が不透明になってしまう。従って、文字どおり散在している程度でよく、導光板の素材に対する混入量は、例えば、重量比で0.1%程度とする。
図5は本発明の効果を例示したものである。つまり、背面側にプリズムアレイ23を有し、光散乱体3を散在させた導光板2と、反射シート4とを組み合わせた面照明装置10から導光板2の表面から垂直方向に出射した照明光5の光量を、導光板2の表面の全面を格子状に走査しながら測定した結果を示したものである。輝度(cd/cm2 )の値を光源装置1に最近のY=0の位置を100%とした。
【0058】
実線で示し曲線は、本発明の効果を示したものである。破線で示した曲線は、導光板2の中に光散乱体3を含まず、導光板2の背面側に反射シートも近設していない面照明装置10から出射した照明光5の光量むらを示したもので、光源装置1から入射した光が導光板2の中で帯状の明暗の光量むらが生じている場合の参考例である。導光板2の幅方向、つまり、X方向で見ると、破線の曲線の参考例では、帯状の明暗が特に光源装置1の直近ではっきりしている。
【0059】
それに対して、導光板2の中に光散乱体3を散在させ、導光板2の背面側に反射シート4を近設した実線の局線の場合には、導光板2の中に含む光散乱体3によって散乱が起こる。また、プリズムアレイ23を透過して導光板2の外に漏れた光を反射シート4で導光板2の中に戻してやる。
そうすると、ライトガイトパイプ12を設けた光源装置1であっても、導光板2に光源を直付けしても、実線の局線で示したように光量むらを大幅に改善することができる。
【0060】
導光板の中に光散乱体を散在させ、導光板の背面側にプリズムアレイを設け、プリズムアレイに対面して反射シートを近設した構成からなる面照明装置の光量むらに対する特性は、二山連設プリズムアレイを背面側に設け、光散乱体を散在させた導光板2においても、光量むらを大幅に改善する特性があることが確認できている。
〔第四の実施例〕(第四の発明:請求項7)
図6には、本発明になる面照明装置10によって液晶表示パネル61をバックライト式に照明する液晶表示装置6を模式的に示す。図6(A)の示した面照明装置10は、光散乱体3を散在した導光板2と反射シート4を組み合わせたもので、導光板2にはプリズムアレイ23を設けた構成になっている。図6(B)の示した面照明装置10は、光散乱体3を散在した導光板2に二山連設プリズムアレイ24を設けた構成になっている。
【0061】
点状の光源11をライトガイトパイプによって導光板2の幅一杯に拡大した光源装置1を用いた場合にしろ、半導体発光素子などの点状の光源11を導光板2に直付けした場合にしろ、導光板2の中の光散乱体3によって光が散乱されるので、導光板2の中で生じる明暗の光量むらが拡散される。
その結果、液晶表示パネル61には、光源に起因して導光板2の中で生じる光量むらが照明光5に及ぶことが防止でき、均一に照明された液晶表示装置6を得ることができる。
【0062】
こゝで例示した光源に起因する導光板の中での光量むらのシルエットは、光源の構成に影響されていろいろに変形する。従って、光量むらの状態によって導光板の中に混在させる光散乱体の種類や諸元、含有量などには種々の変形が可能である。
また,導光板に設けるプリズムアレイや二山連設プリズムアレイのピッチや高さなどの諸元は一義的に決まるものではなく、種々の変形が可能である。
【0063】
【発明の効果】
本発明になる面照明装置によれば、導光板に入射する光源として、ライトガイトパイプを用いた光源装置を用いた場合にしろ、導光板に半導体発光素子のチップなどを直付けさせた場合にしろ、光源に起因して生じる光量むらを簡易な構成によって低減することができる。
【0064】
従って、本発明は、今後ますます多機能、多様化し、しかも、軽薄短小が望まれ、外部照明の必要な液晶表示装置などの表示装置の分野に対して、寄与するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の発明を模式的に示す一部切欠き斜視図である。
【図2】図1における光の振る舞いを示す模式図である。
【図3】本発明の第二の発明を模式的に示す一部切欠き斜視図である。
【図4】図3における光の振る舞いを示す模式図である。
【図5】本発明の効果を例示する図である。
【図6】本発明の第四の発明の模式図である。
【図7】光源装置の構成例を模式的に例示した斜視図である。
【図8】面照明装置の光量むらを示した模式図である。
【図9】光量むらを減ずる一例の模式側面図である。
【図10】光量むらを減ずる他の例の模式側面図である。
【符号の説明】
1 光源装置
11 光源
12 ライトガイトパイプ
121 光入射壁面 122 光出射壁面
123 ライトガイトプリズムアレイ
2 導光板
21 光入射端面
22 光出射表面
23 プリズムアレイ
231 第一の急斜面 232 第一の緩斜面
24 二山連設プリズムアレイ
241 第一の頂点 242 第二の頂点
243 第二の急斜面 244 第三の急斜面
245 第四の急斜面 246 第二の緩斜面
3 光散乱体
4 反射シート
5 照明光
6 液晶表示装置
61 液晶表示パネル
10 面照明装置
Claims (7)
- 光源装置と、導光板と、反射シートとを有し、
該光源装置は、少なくとも一つの半導体発光素子が発する点状の光源と、該光源から発した光を線状に拡大するライトガイトパイプとからなり、
該導光板は、該光源装置が近設される光入射端面と、背面に光入射方向と交差して鋸歯状に並設され、側面視で第一の急斜面と第一の緩斜面とが連なるプリズムアレイと、該プリズムアレイと対向した光出射表面とを有する透明な薄板からなり、
該反射シートは、該導光板の背面に近設されているものであり、
該導光板は、板内に光散乱体が散在しており、板内を通る光を散乱させるとともに該急斜面で反射させて光出射表面から出射させ近設する被照明物を照明するものであることを特徴とする面照明装置。 - 光源と、導光板とを有し、
該光源は、少なくとも一つの半導体発光素子が発する点状の光源からなり、
該導光板は、該光源が近設される光入射端面と、該光入射端面と平行に鋸歯状に穿設された二山連設プリズムアレイと、該二山連設プリズムアレイと対向する光出射表面とを有する透明な薄板からなり、
該導光板は、板内に光散乱体が散在しており、板内を通る光を散乱させるとともに、二山連設プリズムアレイで反射させて光出射表面から出射させ近設する被照明物を照明するものであることを特徴とする面照明装置。 - 該二山連設プリズムアレイは、該光出射表面を上にした側面視で、上りの第二の急斜面と第一の頂点と下りの第三の急斜面と上りの第四の急斜面と第二の頂点とが順に連なったものであり、
該二山連設プリズムアレイは、該第二の頂点と次に連なる第二の急斜面の谷間とが、下りの第二の緩斜面で連なっていることを特徴とする請求項2記載の面照明装置。 - 該光散乱体が、ガラスの粗粒体からなることを特徴とする請求項1または2記載の面照明装置。
- 該光散乱体が、該導光板のプラスチックスに不相溶のプラスチックスの粗粒体からなることを特徴とする請求項1または2記載の面照明装置。
- 該光散乱体が、金属の粗粒体からなることを特徴とする請求項1または2記載の面照明装置。
- 液晶表示パネルが、請求項1または2記載の面照明装置の光出射表面に近設して背面側から照明されることを特徴とする液晶表示装置。
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