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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