JP2006324169A - 薄型面光源およびこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源の発光部よりも高さが小さい薄型の導光体を用いながら、光源の発光部からの光をロスなく薄型の導光体の側面部に導くことが可能な薄型面光源およびこれを用いた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 少なくとも１つ以上の光出射手段および薄板状の導光体３からなる面光源素子１０と、該導光体３の側面部３ａに光を入射するための少なくとも１つ以上の光源２とを備え、導光体３の側面部３ａの高さは光源２の発光部２ａの高さよりも小さく設定されており、光源２の発光部２ａと導光体３の側面部３ａの間に設けられ、これら両者の高さの差に応じてそれぞれ異なる高さを持つ入光部６と出光部７とを有して、内部に空間が形成されてなり、光源２の発光部２ａから入光した光を導いて導光体３の側面部３ａへ出光するライトガイド５を備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ビデオカメラ、カーナビゲーションシステム、パーソナルコンピュータ、コンピュータ用モニタ、テレビ受像機、広告用看板などに利用される薄型面光源およびこれを用いた液晶表示装置に関する。

携帯電話、ＰＤＡ、ビデオカメラなどの小型表示装置やカーナビゲーションシステム、パーソナルコンピュータ、コンピュータ用モニタ、テレビ受像機、広告用看板などの中大型表示装置として広く使用されるようになった液晶ディスプレイは、面状に光を発する面光源素子（バックライト）と映像情報を与える透過型または半透過型の液晶表示パネルとで構成され、該液晶表示パネルが与えた映像情報により光の透過率がコントロールされることによって文字および映像が表示される。

ここで本明細書においては、発光ダイオード（ＬＥＤ）や冷陰極管（ＣＣＦＬ）などからなる光源を、面光源素子（または薄型面光源素子）における導光体の側面に配置した構成を面光源（あるいは薄型面光源）と呼び、面光源素子（または薄型面光源素子）とは、導光体とこの導光体から光を出射させる少なくとも１つ以上の光出射手段とからなるものとする。

この面光源に関する従来の技術として、導光体の裏面にドット印刷などの光出射手段を設けることにより散乱反射を利用して面光源を発光させる方法があるものの、この方法では出射光があらゆる方向に広がるために正面方向の輝度は低くなると言う問題を抱える（例えば、特許文献１）。これに対し高輝度化を図るためには線状プリズムを多数配列したプリズムシートなどで代表される出射角度をコントロールするための集光部材を用いる必要がある。しかしながら、これらの部品を用いることは、面光源の厚みが増すことや液晶表示装置の組立て時におけるコスト増加に繋がるといった問題を生じる。

上述した問題に対して様々な方式の面光源が提案され（例えば、特許文献２、３、４）、実用化に至っているものもある。これらの面光源においては、プリズムシートや拡散シートの機能を面光源素子に複合化することができるため、面光源の薄型化を達成できると考えられる。しかし、面光源素子に用いられる導光体の側面の高さは光源の発光部の高さよりも大きいことを前提としており、該導光体の側面に該光源を単に設置するだけで、面光源を発光させることができるものの、一層の薄型化を実現する方法は開示されていない。

また、導光体の側面に光源を設置する方法の他に点状光源を線状光源に変換するためのライトガイドが用いられることがある（例えば、特許文献５、６）。ライトガイドを用いる方法によれば、ＬＥＤのような点状光源を導光体側面において相当する線状光源に変換することが可能であり、面光源を均一に発光させることができるなどのメリットがある。
特開２００１−４３７１６号公報 特開２００１−２４３８２２号公報 特開２００１−３４５００８号公報 特開２００２−１３１５５５号公報 特開平５−１４６１９号公報 特開平９−２４７３６８号公報

最近の技術開発により液晶表示装置向けの構成部材の薄型化が進んでいる。特に中小型用途においては、薄型化・軽量化が市場から要求され、液晶表示パネルのガラス基板をプラスチック基板で代替する提案もなされている。これに対して、面光源は厚みおよび重量において液晶表示装置の大部分を占めるというのが現状であり、面光源を薄型化・軽量化することは非常に重要な課題であるといえる。

しかし、従来のライトガイドは導光体と光源の高さがほぼ同程度であることを前提としているため、従来のライトガイドを用いたのでは、光源よりも薄型の導光体の側面に光をロスなく入光させることは難しいという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決して、光源の発光部よりも高さが小さい薄型の導光体を用いながら、光源の発光部からの光をロスなく薄型の導光体の側面部に導くことが可能な薄型面光源およびこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかる薄型面光源は、少なくとも１つ以上の光出射手段および薄板状の導光体からなる面光源素子と、該導光体の側面部に光を入射するための少なくとも１つ以上の光源とを備えた薄型面光源において、前記導光体の側面部の高さは前記光源の発光部の高さよりも小さく設定されており、前記光源の発光部と前記導光体の側面との間に設けられ、これら両者の高さの差に応じてそれぞれ異なる高さを持つ入光部と出光部とを有して、内部に空間が形成されてなり、該光源の発光部から入光した光を導いて該導光体の側面部へ出光するファイバライトガイドを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、ファイバライトが光源の発光部とこれよりも高さが小さい導光体の側面部との間に設けられて、これら両者の高さの差に応じてそれぞれ異なる高さを持つ入光部と出光部とを有して、内部に空間が形成されてなるので、光源の発光部と導光体の側面部の高さの差に応じて少なくとも入光部と出光部の断面形状を異ならせることにより、光源の発光部からの光をロスなく薄型の導光体の側面部に導くことができる。

好ましくは、前記ライトガイドは、該入光部の高さよりも該出光部の高さの方が小さいものである。また、好ましくは、前記ライトガイドはその内壁に拡散要素が付与されてなる。この場合、該内壁における反射ロスを抑制できる。

好ましくは、前記面光源素子は、前記光出射手段が複数の凸部を有する出射光制御板からなり、前記導光体の出射面と前記出射光制御板の該凸部の頂部とが接着されてなる。この場合、面光源素子をより薄型にできる。

本発明の液晶表示装置は、上記した薄型面光源を用いることを特徴とする。この構成によれば、上記した薄型面光源を用いることにより液晶表示装置の薄型・軽量化を達成することができる。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る薄型面光源を示す概略斜視図である。この薄型面光源４は、例えばフィルムのような薄板状の導光体３およびこの導光体３から光を出射させる１つ以上の例えばドット印刷のような光出射手段１４（図２（Ａ））からなる面光源素子１０と、該導光体３の側面部３ａに光を入射するための例えば１つの光源２とを備えている。導光体３の側面部３ａの高さは光源２の発光部２ａの高さよりも小さく設定されている。

本発明にかかる薄型面光源４は、光源２の発光部２ａと導光体３の側面部３ａとの間に設けられて、該光源２の発光部２ａから入光した光を導いて該導光体３の側面部３ａへ出光するライトガイド５を備えている。ライトガイド５は、これら両者の高さの差に応じてそれぞれ異なる高さを持つ入光部６と出光部７とを有して、つまり該光源２の発光部２ａに対応した高さを持つ入光部６と、これと異なる高さの該導光体３の側面部３ａに対応した高さを持つ出光部７とを有して、内部に空間が形成されてなる（図３）。この例では、ライトガイド５は、光源２の発光部２ａから導光体３の側面部３ａへ向かって、高さ方向では漸次低くなり、幅方向では漸次広くなるテーパー形状を示しているが、これに限定されるものではなく、開口した入光部６と出光部７とを有し、かつ内部に空間が形成されていれば任意の形状とすることができる。

ライトガイド５の入光部６は薄型面光源に用いられる光源２の発光部２ａに対して形状およびサイズを同一とすることが好ましい。ライトガイド５の入光部６が光源２の発光部２ａよりも大きい場合には、ライトガイド５中に進入した光がその内壁で正反射乃至散乱反射により入光部６側に光が戻された際に、光源２の方向に照射されず入光部６で漏れ光の原因となる。特に一般的な表面実装型ＬＥＤを光源２として用いる場合には、該ＬＥＤの出光面は光散乱体で形成されているため、該出光面に照射される光は再度ライトガイド５の方向に散乱反射されることになる。したがって、ライトガイド５の入光部６のサイズを光源２の発光部２ａと同一にすることは重要である。一方、ライトガイド５の入光部６が光源２の発光部２ａよりも小さい場合には、ライトガイド５に入射されない光が存在するために、光利用効率が低下するためである。ライトガイド５の出光部７の高さは面光源素子１０に用いられる導光体３の側面部３ａの高さと同じか、それよりも小さくすることが必要である。また、ライトガイド５の出光部７の幅は導光体３の側面部３ａの幅と同じか、それよりも小さければよい。出光部７において入光部６からの光量を確保するため、入光部６の断面積（開口部の面積）を出光部７の断面積（開口部の面積）よりも大きくすることが好ましい。

本発明に用いるライトガイド５の材質としては可視光の反射率の高い金属が挙げられ、特に銀やアルミニウムを使用することが好ましい。これらの金属を上述したテーパー状などに加工することでライトガイド５が得られる。

図３に示すように、ライトガイド５の内壁には硫酸バリウムなどの拡散要素８を付与することが好ましい。内壁が金属表面のとき、入光部６から直進してきた光が内壁で正反射されるために、ライトガイド５がテーパー状である場合、光の正反射が繰り返されることにより、入光部６側に光が戻されるという問題を生じる。更に、金属の反射率は比較的高いが、上に例示した銀やアルミニウムでも数％の反射ロスを生じる。つまり、金属表面に微細な凹凸を形成することで入光部側に光が戻されないようにしたとしても、反射ロスを防ぐことはできない。これに対して、内壁に拡散要素８を付与することで、入光部６から直進してきた光は内壁で散乱反射することになり、入光部６側に光が戻される割合を減少することができる。また、拡散要素８による散乱反射であれば金属を使用する場合のように反射ロスをほとんど生じない。なお、拡散要素８を付与するライトガイド５は、上記した金属であってもプラスチックであっても構わず、材質は限定されない。

以下、上記薄型面光源４におけるライトガイド５の作用を説明する。図２（Ａ）は本発明にかかる薄型面光源４を示す概略断面図である。
まず、図２（Ｃ）に示すように、従来の面光源１１はＬＥＤなどの光源１２の発光部１２ａの高さの方が、導光体１３の側面部１３ａの高さよりも小さいため、光源１２から導光体１３へはロスなく光を入射させることが可能である（導光体１３への入射光を矢印で示す）。一方、本発明で課題とする薄型面光源４は、図２（Ｂ）に示すように、光源２の発光部２ａの高さの方が、導光体３の側面部３ａの高さよりも大きい場合であって、本発明に係るライトガイド５を介すことなく、導光体３の側面部３ａに光源２を単に配置した場合には、光源２からの出射光の一部は導光体３に入射されずにロスとなる（ロスとなる光を点線矢印で示す）。

図２（Ａ）のように、本発明にかかる薄型面光源４は、ライトガイド５を光源２の発光部２ａと導光体３の側面部３ａの高さの差に応じて、一般に光源２の発光部２ａと導光体３の側面部３ａの幅に差があることから、これに対応させて、少なくとも入光部６と出光部７の断面形状を互いに異ならせた一体的・連続的な形状としている。また、内部の空間の断面形状も入光部６の断面形状から出光部７の断面形状へ連続的に変化する。

このライトガイド５の形状によって、光源２の発光部２ａからロスなくライトガイド５の入光部６に入射した光は、ライトガイド５の内壁に到達するまで直進し、内壁に到達した光は拡散要素８を付与した壁面での反射により、別の方向へ進行して、この反射現象を繰り返しながら、ライトガイド５の内部をロスなく伝播し、ライトガイド５の出光部７に達する。ライトガイド５の出光部７からロスなく導光体３の側面部３ａへ出光することで、面光源素子４における光出射手段により観察者側に光が取出されるため薄型面光源としての機能を果たす。

このように、本発明では、ライトガイド５が光源２の発光部２ａとこれよりも高さが小さい導光体３の側面部３ａとの間に設けられて、これら両者の高さの差に応じてそれぞれ異なる高さを持つ入光部６と出光部７とを有して、内部に空間が形成されてなるので、光源２の発光部２ａと導光体３の側面部３ａの高さの差に応じて少なくとも入光部６と出光部７の断面形状を異ならせることにより、光源２の発光部２ａからの光をロスなく薄型の導光体３の側面部３ａに導くことができる。

本発明に用いられる面光源素子は、少なくとも導光体を用いる方式であれば特に限定されず、導光体の裏面に拡散材を添加した塗料のドット印刷方式、導光体表面および／もしくは裏面に凹凸や溝を形成するパターン形成方式、導光体に拡散材を添加する散乱導光体方式など、あらゆる方式の光出射手段を具備する面光源素子を用いることができる。ただし、上記の面光源素子は反射シートや拡散シート、プリズムシートといった光学シートを少なくとも１枚以上使用しなければならず、その分だけ面光源素子の厚み増加要因となるため、本発明の薄型面光源を実現する方式として最適とは言えない。

このため、より一層の薄型化を実現するように、図４に示す面光源素子１０が好ましく用いられる。この面光源素子１０は、光出射手段として複数の凸部９を持ち出射光の出射角度を制御する出射光制御板１５を使用し、導光体３の出射面（表面）と該出射光制御板１５の該凸部９の頂部とが接着されてなる。この面光源素子は、例えばＵＳＰ５，３９６，３５０、特開２００５−３８７４９、特開２００５−３８７５０などで参照される。該面光源素子は他の光学シートを使用する必要がないため、本発明の薄型面光源に非常に適している。

本発明の薄型面光源の出射面側に液晶表示パネルを配置することで液晶表示装置を得ることができる。ここで用いられる液晶表示パネルについては特に限定されないが、本質的に該液晶表示装置の薄型化を達成するためには、液晶表示パネルの基板としてガラスよりも薄くフレキシブルであるフィルムを使用することが好ましい。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
（実施例１）
４０ｍｍ＊３０ｍｍ＊０．１２５ｍｍのＰＭＭＡフィルム（サンデュレン、株式会社カネカ）に、高さ０．０２ｍｍ、幅０．０２ｍｍ程度の略半球状の複数の凸部形状を形成し出射光制御板を作製した。次に５０ｍｍ＊４０ｍｍ＊０．１２５ｍｍのＰＭＭＡフィルムの表面にＵＶ硬化型接着剤を塗付した導光体と、作製した該出射光制御板の凸部の頂部とを該出射光制御板が該導光体の中央部に配置されるように貼合した後、ＵＶ照射することにより面光源素子を作製した。

該導光体の厚みは０．１２５ｍｍであり、発光部が０．６ｍｍの高さを有するＬＥＤ光源（ＣＩＴＩＬＥＤ ＣＬ４３２Ｓ、シチズン電子株式会社）よりも非常に薄い。そこで、ライトガイドを導光体とＬＥＤ光源との間に配置することで薄型面光源を次のように作製した。厚み０．１ｍｍのアルミニウム板に硫酸バリウムを塗布し、完全拡散面を形成した。更に、図３と同様に、該アルミニウム板の入光部を該ＬＥＤの発光サイズと同面積の２．８ｍｍ＊０．６ｍｍとし、出光部を該導光体の厚みより薄くするために１６ｍｍ＊０．１ｍｍとした。上記ライトガイド２つを作製し、図５のように導光体３の側面部３ａにライトガイド５およびＬＥＤ光源２を２個ずつ設置した。

上記薄型面光源においてＬＥＤ光源２の２灯を点灯したところ、該ＬＥＤ光源２から発せられた光がライトガイド５中を伝播し、更に面光源素子１０に入光されることにより、薄型面光源４が面内均一に発光することを確認した。

本発明の一実施形態にかかる薄型面光源を示す概略斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明のライトガイドの作用を示す概略断面図である。 本発明のライトガイドを示す概略断面図および投影図である。 本発明の面光源素子を示す概略斜視図である。 本発明の他の実施形態にかかる薄型面光源を示す概略平面図である。

符号の説明

２：光源
３：導光体
４：薄型面光源
５：ライトガイド
６：入光部
７：出光部
８：拡散要素
９：凸部
１０：面光源素子
１５：出射光制御板

Claims (5)

1. 少なくとも１つ以上の光出射手段および薄板状の導光体からなる面光源素子と、該導光体の側面部に光を入射するための少なくとも１つ以上の光源とを備えた薄型面光源において、
   前記導光体の側面部の高さは前記光源の発光部の高さよりも小さく設定されており、
   前記光源の発光部と前記導光体の側面との間に設けられ、これら両者の高さの差に応じてそれぞれ異なる高さを持つ入光部と出光部とを有して、内部に空間が形成されてなり、該光源の発光部から入光した光を導いて該導光体の側面部へ出光するライトガイドを備えたことを特徴とする薄型面光源。
2. 前記ライトガイドは、該入光部の高さよりも該出光部の高さの方が小さい請求項１に記載の薄型面光源。
3. 前記ライトガイドはその内壁に拡散要素が付与されてなる請求項１または２に記載の薄型面光源。
4. 前記面光源素子は、該光出射手段が複数の凸部を有する出射光制御板からなり、前記導光体の出射面と前記出射光制御板の凸部の頂部とが接着されてなる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の薄型面光源。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の薄型面光源を用いることを特徴とする液晶表示装置。
   
   
   
   

Images