JP3841670B2 - 棒状導光体、面発光体及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は棒状導光体、面発光体および液晶表示装置に係り、特に、反射型液晶表示装置の照明手段として用いるとき輝度が高く輝度ムラが少ない棒状導光体、この棒状導光体を構成要素として含む高輝度の面発光体、およびこの面発光体を用いた視認性の優れた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機、携帯用表示端末機、ゲーム機などに多く用いられる反射型液晶表示装置は、一般に表示画面の照明を外光に依存しているので、外光が不足する環境下では画像コントラストが低下し表示画像の視認性が極端に低下する。この問題を解決するために、反射型液晶表示ユニットの表示面上に「フロントライト」と呼ばれる面発光体を照明器具として装着した液晶表示装置が用いられている。この面発光体は、それ自体は透明であって、これを装着した液晶表示装置は、昼間の屋外や明るい室内など外光が十分に照射される環境では面発光体を透過した外光により液晶表示画面を照明し、暗い環境下では前記面発光体を発光させて液晶表示画面全体を照明して明視性を得ている。
【０００３】
従来から用いられているフロントライト付き液晶表示装置の一例を図１３に示す。図１３においてこの液晶表示装置は、概略、面発光体１４０と液晶表示ユニット５０とからなっている。このうち面発光体１４０は光源２０と棒状導光体１１０と導光板３０とからなっている。この棒状導光体１１０と導光板３０とは透明体である。液晶表示ユニット５０は概略、液晶表示板６０と反射板７０とからなっている。
フロントライトである面発光体１４０の作用について説明する。光源２０から発せられた光（ビームＢｏで代表）は透光性の棒状体からなる棒状導光体１１０の一端面（以下「受光端面」という）１０１から棒状導光体１１０の内部に導入され、内部でほぼ直角方向に反射され、長手方向の一側面（以下「射出側面」という）１０２から帯状光束Ｌ１として射出される。射出した光（ビームＢｉ）は、透明な方形板状の導光板３０に、その一側面から入射する。導光板３０に入射した帯状光束Ｌ１は内部でほぼ直角方向に反射され、導光板３０の下面から面全体に広がる面状光束として射出し、液晶表示ユニット５０の表示面５１全体を均一に照明する。このとき液晶表示板６０の画素５２が液晶駆動回路により光透過モードにされていると、導光板３０から投射された光（ビームＢｓ）はこの画素５２を透過し、その下層に配置された反射板７０により反射され、反射光（ビームＢｍ）は再び画素５２を透過し、更に透明体である導光板３０も透過して観察者により光点として視認される。
【０００４】
図１４は従来から用いられている棒状導光体１１０の構成を示している。図１４において、棒状導光体１１０は、射出側面１０２に対向する側面（以下「反射側面」という）１０４に、その幅（短辺）方向に延びる稜線１０６とこれを挟む傾斜面１０７ａ，１０７ｂからなる多数のプリズム部１０５…が形成されている。これらのプリズム部１０５…は、稜線１０６相互の間隔、プリズム形状の高さ及び傾斜面の傾斜角がそれぞれ調整されている。これによって光源２０から射出され受光端面１０１から棒状導光体１１０内に導入された光は、ビームＢn …で示すように、棒状導光体の各壁面に投射して複雑な内面反射を繰り返し、最終的に大部分は射出側面１０２の方向に反射され、射出側面１０２を透過して帯状光束Ｌ1 として導光板３０に射出されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記構成の従来の液晶表示装置は、多くの場合小型の携帯用機器に用いられるので、面発光体１４０による照明に際しては、光源２０の小型化と共に消費電力を極力低減し、なおかつ充分な照度と照明の均一性とを得ることが求められる。この観点から光源の効率向上と共に、棒状導光体１１０及び導光板３０における導光損失を極力低減する技術が必要になる。そこで棒状導光体１１０における導光損失について精査したところ、図１４のビームＢｗで代表されるように、受光端面１０１から入射した光のうち約２０％は、反対側の端面（対向端面）１０３から系外に放散されて導光損失となっていることがわかった。また、棒状導光体１１０から射出される前記帯状光束Ｌ１の輝度分布を測定すると、光源２０に近い部位では輝度が大であり対向端面１０３に近い部位では輝度が低下していて、その結果として導光板３０から射出される照明光に輝度ムラが生じることがわかった。
本発明は前記の課題を解決するためになされたものであり、従ってその目的は、棒状導光体における対向端面からの光の放散を防ぎ、これによって面発光体の導光損失を低減し、かつ輝度ムラを改善し、少ない消費電力で良好な明視性が得られる液晶表示装置を得ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために本発明は、透光性の棒状体からなり、光源が照射した光を前記棒状体の一端面（受光端面）から受光し、長手方向の側面（射出側面）から帯状光束として射出する棒状導光体であって、前記受光端面に対向する端面（対向端面）が、棒状体の内部方向に凸の二次曲面をなし、かつ、前記受光端面の方向から投射された光の少なくとも一部を前記射出側面に対して非平行に反射するように形成された棒状導光体を提供する。
【０００７】
本発明の棒状導光体においては、対向端面に投射された光が棒状導光体内部に向けて、射出側面に対して非平行に反射されるので、その非平行な反射光は射出側面に投射するか又は対向端面に投射することになり、少なくともその一部は棒状導光体内部におて内面反射を繰り返して最終的に射出側面の方向に反射され、帯状光束の一部として射出側面を透過し導光板に導入され帯状光束の輝度増大に寄与する。
【０００９】
対向端面が曲面からなる場合には、射出側面の長手方向に対して前記の反射光を連続的に分散させることができて反射光が射出側面の限定された部位に集中することによる輝度ムラを効果的に防止できる。この曲面は、棒状導光体の内部に向けて凸の二次曲面でありかつ曲面上の任意の点における接線が射出側面に対して３０°〜８０°の範囲内の内角を有するようにすることが更に好ましい。
【００１０】
前記の対向端面は、反射層が形成されていることが好ましい。
傾斜した対向端面に投射された光は、傾斜角に対応して一部は導光板の内部に向けて反射するが、一部はなお透過して系外に放散し導光損失となる場合がある。対向端面に光を内面反射させる反射層を設けることにより、この透過による導光損失を防ぎ、帯状光束の輝度を向上させることができる。反射層は、対向端面の表面にアルミニウム薄膜を形成したり又は対向端面に鏡板を装着するなどにより形成することができる。
【００１１】
前記の対向端面は、乱反射性であってもよい。
対向端面が乱反射性とされていれば、対向端面からの反射光は棒状導光体内部に広範囲に拡散し、反射光が射出側面の限定された部位に集中することによる輝度ムラを防止できる。この乱反射性の対向端面には反射層が形成されていることが更に好ましい。対向端面の乱反射性は、対向端面に乱反射フィルムを貼着したり、対向端面自体に微細な凹凸を形成したり、又は微細な凹凸を有する反射層を装着するなどの方法により実現できる。
【００１２】
本発明の棒状導光体は、前記の射出側面と対向する側面（反射側面）に、受光端面から入射した光及び対向端面が反射した光を共に射出側面に向けて反射する反射手段が設けられていてもよい。
本発明の前記棒状導光体において、対向端面から内面反射した光は一般に射出側面の方向ばかりでなく一部は反射側面の方向にも拡散する。このとき反射側面が受光端面から入射した光に対してばかりでなく、対向端面から反射した光をも射出側面に向けて反射するように形成されていれば、反射側面の方向に拡散した反射光も射出側面に向けて反射され、帯状光束の出力増大に寄与する。受光端面から入射した光と対向端面から反射した光の双方を射出側面に向けて反射する手段としては、反射側面に、受光端面から入射した光を射出側面方向に反射するように設計された傾斜面と対向端面から反射した光を射出側面方向に反射するように設計された傾斜面とを併せ持つ複合したプリズム面を形成することが好ましい。
【００１３】
本発明はまた、前記の何れかの棒状導光体と、その射出側面から射出した帯状光束を少なくとも一方の板面から面状光束として射出する導光板とを有する面発光体を提供する。この導光板は板厚方向に透光性であり、かつ前記帯状光束を一方の板面（発光面）から面状光束として射出する反射手段が設けられていることが好ましい。
【００１４】
本発明の面発光体は、前記本発明の棒状導光体が従来型の棒状導光体より出力輝度が増大しているので、導光板は従来と同様のものであっても、面発光体全体として発光面から射出される面状光束の輝度が向上している。導光板が板厚方向に透光性でありかつ帯状光束を発光面から面状光束として射出する反射手段が設けられていれば、この面発光体は反射型液晶表示装置の表示面の上に装着してこの表示面を照明できるようになり、かつ反射型液晶表示装置の反射層から反射した光を導光板を通して上方に射出できるようになり、反射型液晶表示装置のフロントライトとして適用できるようになる。この導光板の反射手段は、発光面と対向する面（モニタ面）に形成され、稜線が棒状導光体の長手方向と平行に延びる複数のプリズム状傾斜面からなっていることが好ましい。
【００１５】
本発明は更に、前記の面発光体と液晶表示ユニットとを備えた液晶表示装置を提供する。
本発明の液晶表示装置は、前記本発明の面発光体を液晶表示面の照明に用いるので小型省電力の光源を用いながら明るく、輝度ムラのない視認性の良好な画面が得られる。
前記の面発光体と液晶表示ユニットとの積層順序は限定されるものではない。例えば導光板が板厚方向に光透過性でありかつ一方の発光面から面状光束を照射するタイプの面発光体を反射型液晶表示ユニットの上層に配置すれば、本発明の面発光体をフロントライトとする反射型液晶表示装置が得られる。また反射層を持たない透光性の液晶表示板を上層に配置し、その下に、導光板の対向面を光反射性とした面発光体を発光面を上に向けて配置すれば、前記面発光体をバックライトとする反射型液晶表示装置が得られる。更に、面状光束が導光板の双方の板面から同時に射出されるタイプの面発光体を挟んで両側に反射層を持たない透光性の液晶表示板を配置すれば、裏表の相方向に同じ又は異なる画像が表示できる液晶表示装置が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を具体例によって説明するがこれらの具体例は本発明を何ら制限するものではない。また添付の図面は本発明の思想を説明するためのものであって、本発明の説明に不要な要素は省略し、また図示した各要素の形状・寸法比・数なども実際のものと必ずしも一致しない。
【００１７】
（基本形態１）
図１及び図２は、それぞれ基本形態である棒状導光体を示す平面図である。図１及び図２におて棒状導光体１０は透明なアクリル樹脂製で概略６面体構成の細長い棒状体からなっている。図１に示すように、この棒状導光体１０は、光源２０及び導光板３０と組合わされて全体として面発光体４０を構成している。以下一般に、棒状導光体の長手方向に沿う面を「側面」、端末の面を「端面」という。
【００１８】
棒状導光体１０は、一方の端面が受光端面１、この受光端面１に隣接する一側面が射出側面２，受光端面１に対向する端面が対向端面３、射出側面２に対向する側面が反射側面４とされている。受光端面１は棒状導光体１０の長手方向に垂直な平面であり、光源２０から照射された光を受光する。射出側面２は棒状導光体１０の長手方向に沿う平面であり、受光端面１が受光した光を、光束の幅が射出側面の長さ方向に延びる帯状光束Ｌ1 として導光板３０に向けて射出する。この射出側面２に対向する反射側面４は、その幅（短辺）方向に延びる稜線６とこれを挟む傾斜面７ａ，７ｂからなる多数のプリズム部５…により形成され、プリズム部５の傾斜面７ａ，７ｂ…に投射した光（ビームＢｎ…で代表）を射出側面２の方向に反射するようにプリズム部５…の形状や配列間隔などが適宜に調整されている。なお、射出側面２及び反射側面４に挟まれた上下の２側面はいずれも平面である。
【００１９】
本基本形態において対向端面３は、図１及び表１の基本例１〜基本例３に示すように射出側面２に対する内角θが９０°未満であるか、又は図２及び表１の基本例４に示すように９０°を越える傾斜面からなっていて、何れの場合も、受光端面１の方向から投射する光Ｂｏを射出側面２に対して非平行に反射するように形成されている。ここで、基本例１〜基本例４の内角θはそれぞれ、３０°、４５°、６０°、１２０°とした。
【００２０】
前記基本形態の棒状導光体１０は以下のように作用する。
光源２０が発光すると、その光は受光端面１から棒状導光体１０内に入射し、棒状導光体１０内で拡散し、一般に図１のビームＢｎ…で示すように射出側面２の内面や反射側面４のプリズム部５…で複雑な内面反射を繰り返し、最終的に入射光の大部分は反射側面４のプリズム部５…によって反射され射出側面２から、光束幅が射出側面２の長さ方向に延びる帯状光束Ｌ１として射出される。棒状導光体１０の内部におい光は一方の端面（受光端面１）から入射するので、プリズム部５…などを適切に設計することにより全体的に拡散するとはいえ、射出側面２の対向端面３に比較的近い部分では射出される帯状光束Ｌ１の輝度が低下する傾向がある。
【００２１】
一方、棒状導光体１０内に入射した光のうち、ほぼ直進する光はビームＢｏで示すように対向端面３に投射される。この対向端面３は射出側面２に対して傾斜しているので、投射光は射出側面２に対して非平行な反射光（ビームＢｒ）として反射される。図１に示すように、対向端面３の内角θが９０°未満である場合には反射光（ビームＢｒ）は直接射出側面２の方向に反射され帯状光束Ｌ1 の一部として射出側面２から射出される。また図２に示すように対向端面３の内角θが９０°を越えている場合は、反射光（ビームＢｒ）は反射側面４のプリズム部５に形成された傾斜面７ａに投射して反射し、結局、帯状光束Ｌ1 の一部として射出側面２から射出される。従って本基本形態の棒状導光体１０は内角が９０°未満の場合も９０°を越える場合も、従来の棒状導光体に比べて導光損失が少なく、帯状光束の輝度が向上する。また対向端面３からの反射光は、内角θが９０°未満である場合はもちろんであるが内角θが９０°を越える場合も、比較的対向端面３に近い射出側面２の部分から射出されるので、帯状光束Ｌ1 の輝度ムラの解消にも寄与することになる。
【００２２】
前記基本形態において、射出側面２に対する対向端面３の内角θを前記のようにそれぞれ、３０°、４５°、６０°、１２０°と変化させた棒状導光体を試作し、内角θ＝９０°である従来の棒状導光体と、帯状光束の平均輝度及び輝度ムラを比較した。平均輝度の測定は、図３に示すように、射出側面２の長さ方向に受光端面１側から対向端面３側までを１７等分して合計１８の測定点を設け、各測定点において、垂直線から射出側面の長さ方向に±２０°の範囲内で測定視野を振って輝度を測定し、その平均値を各測定点における輝度とし、更に前記１８測定点の輝度の平均値を求め平均輝度とした。測定結果は、θ＝９０°である従来の棒状導光体（比較例１）の平均輝度を１としたときの比率で評価した。また輝度ムラは、前記１８測定点の輝度のうち、最小値（min）と最大値（max）との比（min／max）を求め、この数値が大きい方が輝度ムラが少ないと判定した。結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
表１の結果から、基本例１〜基本例３は、対向端面３の射出側面２に対する内角が９０°未満であって、対向端面３に投射した光が射出側面２の方向に反射され、射出側面２から射出したことにより帯状光束Ｌ１の平均輝度が向上した。また基本例４は内角が９０°を越えているが、この場合は対向端面３の反射光が反射側面４に投射し更に射出側面２の方向に反射され、射出側面２から射出したことにより帯状光束Ｌ１の平均輝度が向上した。いずれにしても、対向端面３が受光端面１の方向から投射した光を射出側面２に対して非平行に反射するように構成されたことによって平均輝度の向上が達成された。また特に内角θが９０°未満の場合は、対向端面３近傍の輝度出力が上昇したことによって、帯状光束Ｌ１の全体としての輝度ムラが改善されたことがわかる。
【００２５】
（基本形態２）
図４は基本形態２の棒状導光体を示す平面図である。図４において棒状導光体１１は、対向端面３の構成が異なる以外は基本形態１のものと実質的に同様である。本基本形態における対向端面３は２面の傾斜面３ａ，３ｂからなり、これらの傾斜面３ａ，３ｂがそれぞれ、受光端面１の方向から投射した光を射出側面２に対して非平行に反射する。傾斜面３ａ，３ｂのうち、反射側面４に隣接する傾斜面３ａの射出側面２に対する内角θａは６０°であり、射出側面２に隣接する傾斜面３ｂの内角θｂは４５°である。またこの対向端面３にはアルミニウム皮膜による反射層８が施されている。
【００２６】
本基本形態の棒状導光体１１は、対向端面３が異なる傾斜角を持つ２面の傾斜面３ａ，３ｂからなり、傾斜面３ａは傾斜が急峻なので受光端面１方向から投射した光を受光端面１に近い射出側面２に反射し、傾斜面３ｂは傾斜が緩いので光を対向端面３に近い射出側面２に反射する。これによって、対向端面３によって反射される光が帯状光束Ｌ１の幅方向に比較的均一に分散され、幅方向に輝度ムラが更に少ない良質の帯状光束Ｌ１が得られる。また、対向端面３には反射層８が施されているので、面の反射率が高く、帯状光束Ｌ１の輝度がいっそう向上している。
【００２７】
棒状導光体１１における帯状光束Ｌ１の平均輝度及び幅方向の輝度ムラを測定した。それぞれの測定方法及び評価方法は基本形態１で説明したものと同様である。本基本形態の棒状導光体試料を基本例５とし、比較のため基本形態１の基本例２、基本例３、及びθ＝９０°である従来の棒状導光体（比較例１）と共に測定結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】

【００２９】
表２の結果から、基本例５の平均輝度が比較例１に比べて高いことは明らかであるが基本例２、基本例３に比べても高いのは対向端面３に反射層８が設けられていることによる。また基本例５は対向端面３が、傾斜角が異なる二つの傾斜面からなっていることによって、比較例１に対してはもちろんであるが基本例２、基本例３に比べても輝度ムラが大幅に改善されている。
【００３０】
（実施形態）
図５は実施形態の棒状導光体を示す平面図である。図５において棒状導光体１２は、対向端面３の構成が異なる以外は基本形態２のものと実質的に同様である。本実施形態における対向端面３は、棒状導光体の内部方向に凸の二次曲面からなり、かつこの対向端面３にはアルミニウム皮膜による反射層８が設けられている。反射側面４に隣接する対向端面３の接線と射出側面２とのなす内角は８０°であり、射出側面２に隣接する対向端面３の接線と射出側面２とのなす内角は３０°である。
【００３１】
本実施形態の棒状導光体１２は、対向端面３が内角を連続的に８０°から３０°まで変化させる二次曲面からなっているので、対向端面３から反射した光（ビームＢｒ）が射出側面２の受光端面１方向に向けて漸次減衰するように投射し、これによって受光端面１から入射した光の対向端面３方向への減衰を補完し、射出側面２から射出される帯状光束Ｌ１の幅方向の輝度ムラを有効に解消する。また、対向端面３には反射層８が設けられているので、面の反射率が高く、帯状光束Ｌ１の輝度がいっそう向上している。
【００３２】
本実施形態の棒状導光体試料を実施例とし、帯状光束Ｌ１の平均輝度及び幅方向の輝度ムラを基本形態２の場合と同様に測定した。結果を表２に示す。表２の結果から、実施例は対向端面３が射出側面２の長さ方向に光を連続的に減衰するように反射する二次曲面からなっているので、輝度ムラが、比較例１に比べてはいうまでもないが基本例２、基本例３に比べても大幅に改善され、更に基本例５に比べても改善されている。実施例の平均輝度が比較例１に比べて高いことはいうまでもないが、基本例２、基本例３に比べても高いのは対向端面３に反射層８が設けられていることによる。
【００３３】
（基本形態４）
図６は基本形態４の棒状導光体の一部分を示す平面図である。図６において棒状導光体１３は、対向端面３の構成が異なる以外は図１に示した基本形態１のものと実質的に同様である。本基本形態における対向端面３は、射出側面２に対する内角が６０°の傾斜面からなり、かつ乱反射性の微細な凹凸９…が対向端面３の全面に形成されている。また、対向端面３にはアルミニウム皮膜による反射層８が設けられている。
【００３４】
本基本形態の対向端面３は、射出側面２の方向に傾斜し、乱反射性の微細な凹凸９が形成され、かつ反射層８が設けられているので、受光端面１方向から対向端面３に投射した光（ビームＢｏ）は主として射出側面２の長さ方向に光量が受光端面１方向に漸次減衰するように乱反射し、また一部の乱反射光は反射側面４に投射して結局、射出側面２の方向に反射される。これによって、射出側面２から射出される帯状光束の輝度は幅方向に比較的均一に分布し、幅方向に輝度ムラが少なくかつ高輝度の帯状光束が得られる。
【００３５】
本基本形態の棒状導光体１３の試料（基本例７）は、表２に示すように平均輝度が１．１７，輝度ムラが０．４６であった。基本例７の平均輝度が比較例１（１．００）に比べて高いことはいうまでもないが、対向端面の傾斜角θが６０°である基本例３に比べても高いのは対向端面３に反射層８が設けられていることによる。また輝度ムラは、対向端面３が乱反射性とされたことによって内角が２段階とされた基本例５より更に改善された。
【００３６】
（基本形態５）
図７は基本形態５の棒状導光体の一部分を示す平面図である。図７において棒状導光体１４は、受光端面１から入射した光及び対向端面３が反射した光を共に射出側面２に向けて反射する反射手段が設けられている。この反射手段は、反射側面４に配列された多数のプリズム部５５…からなっている。プリズム部５５は、反射側面４の幅（短辺）方向に延びる稜線６とこれを挟む傾斜面７ａ，７ｂ，及び７ｃから構成されている。このうち、稜線６より対向端面３の方向に配置された傾斜面７ａの射出側面２に対する傾斜角αａは、当該プリズム部が配置された位置において受光端面１方向から投射した光（ビームＢｎ）を射出側面２方向に反射するように設定されている。また、稜線６より受光端面１の方向に配置された傾斜面７ｃの射出側面２に対する傾斜角αｃは、当該プリズム部が配置された位置において対向端面３により反射された光（ビームＢｒ）を射出側面２方向に反射するように設定されている。従って配列されたプリズム部５５…のそれぞれの幅、高さ、傾斜角αａ，αｃは、当該プリズム部が配置された位置、光源光の指向性、対向端面３の構成と反射光の指向性などを考慮して個別に設計され、全体として最も多くの光が射出側面２方向に反射されるように成形されている。なお傾斜面７ｃも、対向端面３により反射された光（ビームＢｒ）を傾斜面７ａとは異なる角度で射出側面２の方向に反射させる。
【００３７】
本基本形態の棒状導光体１４は、受光端面１から入射した光及び対向端面３が反射した光を共に射出側面２に向けて反射するプリズム部５５…が設けられているので、受光端面１から入射した光及び対向端面３から反射した光のうち、反射側面４の方向に指向した光が共に帯状光束Ｌ１の輝度向上に有効に利用され、かつ輝度ムラも改善される。
【００３８】
本基本形態の棒状導光体１４において対向端面３の形状は、受光端面１方向から投射した光の少なくとも一部を射出側面２に対して非平行に反射するように形成されたものであれば特に限定されないが、例えば図２に例示したように内角θが９０°を越える傾斜面を有する場合や、図６に例示したように微細凹凸９…などにより乱反射性とされている場合には特に有用である。対向端面３が乱反射性とされている場合には、図８に示すように、対向端面３が射出側面２に対して垂直（θ＝９０°）になっていてもよい。この場合も対向端面３からの反射光（ビームＢｒ）の少なくとも一部は射出側面２に対して非平行になり、その一部は反射側面４の傾斜面７ｃに投射し射出側面２側に反射されるので、帯状光束Ｌ１の輝度向上に寄与することができる。
【００３９】
上記の各実施形態において、棒状導光体の受光端面１と射出側面２とを除く各面は、入射光の透過放散による導光損失を低減するために内面反射性とされていることが好ましい。内面反射性の付与は、例えばアルミニウムなど銀面材の蒸着や、内面反射性ケースへの収納などにより実現できる。
【００４０】
（実施形態６）
図９は、本発明の一実施形態である面発光体を示す斜視図である。図９においてこの面発光体４０は、光源２０と棒状導光体１０と導光板３０とからなっている。光源２０は発光ダイオード（ＬＥＤ）を内蔵するランプハウスからなり、一方の面に設けられた照射窓から棒状導光体１０の受光端面１に向けて光（ビームＢｏ）を投射するように配置されている。本実施形態における棒状導光体１０は、図１に示し基本形態１の基本例３として説明したものであり、対向端面３の射出側面２に対する内角θが６０°とされた構成を有するが、他の何れの棒状導光体もこれに代替可能であり、何れも有効である。
【００４１】
図９において導光板３０は、透明なアクリル樹脂製の方形平板であり、その側面の一つが入光側面３１として棒状導光体１０の射出側面２に対向して配置され、棒状導光体１０から射出される帯状光束Ｌ１を受光するようになっている。
【００４２】
導光板３０の下向きの板面は発光面３２であって、液晶表示ユニット５０の表示面５１と対向するように配置されている。導光板３０において発光面３２と対向する上向きの板面はモニタ面３４である。このモニタ面３４には多数のプリズム部３５…が所定の間隔で配列されている。それぞれのプリズム部３５は、棒状導光体の射出側面２と平行な方向に延びる稜線３６とこれを挟む傾斜面３７ａ，３７ｂから構成され、傾斜面３７ａ，３７ｂの角度や高さは、その位置において、導光板３０に入射した光（ビームＢｉ）が傾斜面３７ｂに投射し、かつ最も効率的に発光面３２の方向に反射されるように調整されている。
【００４３】
導光板３０が棒状導光体１０の射出側面２から射出した帯状光束Ｌ１を入光側面３１から受光すると、導光板３０内に入射した光（ビームＢｉ）は導光板３０内で拡散し、発光面３２やモニタ面３４のプリズム部３５…で複雑な内面反射を繰り返し、最終的に光（ビームＢｉ）の大部分はプリズム部３５…によって反射され、発光面３２から液晶表示ユニット５０の表示面全体に広がる面状光束Ｌ２として射出され液晶表示ユニット５０の表示面５１を照射する。そして液晶表示ユニットの表示面５１を照明した光の内、液晶の配向によって光透過性とされた画素５２を透過した光（ビームＢｓ）は、以下に詳しく説明する反射板７０によって反射され、再び画素５２を透過し、更に光透過性委の導光板３０も透過してモニタ光（ビームＢｍ）として観察者に視認されるようになる。
【００４４】
本実施形態の面発光体４０は、導光板３０の構成は従来から用いられている面発光体における導光板と同様であるが、棒状導光体１０が従来のものより高輝度でかつ輝度ムラが軽減された帯状光束Ｌ１を射出するので、そのぶん発光面３２から射出される面状光束Ｌ２の輝度が高く輝度ムラも少なくなり、結果的に視認されるモニタ光（ビームＢｍ）が明るく、透過画素と非透過画素とのコントラストが高く輝度ムラも解消した視認性の良好な画像が得られる。
【００４５】
上記の導光板３０において入光側面３１以外の側面や上下の板面は、外光や光源光の余分な反射又は散乱に起因するヘイズやグレアを防止し画像コントラストを高めるために反射防止膜が施されていてもよい。
【００４６】
（基本形態７）
図１０は、本発明の一実施形態である液晶表示装置を示す斜視図である。図１０においてこの液晶表示装置は、概略、面発光体４０と液晶表示ユニット５０とからなっている。このうち面発光体４０は基本形態６に示したものと同様である。また液晶表示ユニット５０は概略、液晶表示板６０と反射板７０とからなっている。
【００４７】
液晶表示板６０は、概略を図１１に示すように、表示面５１側から下方に順次、保護膜や位相差膜や偏光膜などを含む光制御層６１、上部透明電極層６２、液晶層６３、及び下部透明電極層６４を有し、これらの層が表示面５１の面内で、それぞれ独立に駆動制御される画素５２…のマトリクスを形成している。図示した液晶表示板６０における層構成や駆動方式は一例であって、特に限定されるものではない。例えば層構成中にはカラーフィルタ層などが含まれていてもよく、駆動方式も単純マトリクス方式やアクティブマトリクス方式など何れであってもよい。それぞれの画素５２は、対応する上部透明電極層６２と下部透明電極層６４との間の電位変化により液晶層６３の対応する部位の液晶分子が配向モードを変化させ、これによって透光／遮光のモード変換を実現する。
【００４８】
反射板７０は、一例を図１２に示すように、合成樹脂基板７１の表面に、内面が球面の一部をなす多数の凹部７２…が密集して形成され、この合成樹脂基板７１の凹部７２…を含む上面全体に反射膜７３が成膜されてなっている。この反射板７０は、上方から投射された光（ビームＢｓ）を凹部７２で乱反射し、モニタ光（ビームＢｍ）として広い範囲に拡散放射する。この反射板７０が図１０に示すように液晶表示板６０の下面に装着されると、導光板３０の発光面３２から射出されかつ液晶表示板６０で透光モードの画素５２を透過した光（ビームＢｓ）は反射板７０において乱反射され、当該画素５２及び導光板３０を透過して広い範囲に拡散するので、画像を明瞭に観察できる視野角が広くなる。
【００４９】
本実施形態の液晶表示装置は、面発光体４０の発光面３２から面状光束Ｌ２として射出された光（ビームＢｓ）が液晶表示ユニット５０の表示面５１を照射すると、液晶駆動回路によって透光モードとされた画素５２の部分では射出光（ビームＢｓ）が液晶表示板６０を透過し、反射板７０において乱反射され、反射光（ビームＢｍ）は再度液晶表示板６０を透過し更に導光板３０も透過してモニタ光Ｂｍとして広い視野角で観察者に視認されるようになる。
【００５０】
この液晶表示装置は、面発光体４０の棒状導光体１０が従来のものより高輝度でムラが少ない帯状光束Ｌ１を射出するので、そのぶん発光面３２から射出される面状光束Ｌ２の輝度が高く輝度ムラが軽減され、結果的に視認されるモニタ光（ビームＢｍ）が明るく均一で、透過画素と非透過画素とのコントラストが高い視認性の良好な画像が得られる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の棒状導光体は、対向端面が、受光端面の方向から投射された光の少なくとも一部を射出側面に対して非平行に反射するように形成され、前記受光端面に対向する端面（対向端面）が、棒状体の内部方向に凸の二次曲面をなしているので、対向端面に投射した光が有効に利用され、射出側面から射出される光の輝度を増大させ輝度ムラを減少させる。特に、受光端面に対向する端面（対向端面）を二次曲面としているので、対向端面から反射した光が射出側面２の受光端面１方向に向けて漸次減衰するように投射し、これによって受光端面から入射した光の対向端面３方向への減衰を補完し、射出側面から射出される帯状光束の幅方向の輝度ムラを有効に解消する。
また、前記二次曲面をなす端面が、内角を連続的に８０゜〜３０゜まで変化させたものであるので、対向端面から反射した光が射出側面の受光端面方向に向けて漸次減衰するように投射し、これによって受光端面から入射した光の対向端面３方向への減衰を補完し、射出側面から射出される帯状光束の幅方向の輝度ムラを有効に解消することができる。
更に、対向端面に反射層を設けた場合、面の反射率が高く、帯状光束の輝度がいっそう向上する。
本発明の面発光体は、出力輝度が高い前記の棒状導光体を有しているので、従来の面発光体に比べて照明輝度が高く輝度ムラも少ない。
本発明の液晶表示装置は、前記の面発光体と液晶表示ユニットとを有しているので、従来の同種の液晶表示装置に比べ画像コントラストが高く、輝度ムラが少なく、視認性が良好である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態である棒状導光体を示す平面図である。
【図２】 本発明の他の実施形態である棒状導光体を示す平面図である。
【図３】 棒状導光体の出力輝度を測定する方法を示す平面図である。
【図４】 本発明の他の実施形態である棒状導光体を示す平面図である。
【図５】 本発明の更に他の実施形態である棒状導光体を示す平面図である。
【図６】 本発明の更に他の実施形態である棒状導光体の一部を示す平面図である。
【図７】 本発明の更に他の実施形態である棒状導光体の一部を示す平面図である。
【図８】 図７の実施形態における一変形を示す平面図である。
【図９】 本発明の一実施形態である面発光体を示す斜視図である。
【図１０】 本発明の一実施形態である液晶表示装置を示す斜視図である。
【図１１】 図１０の実施形態における液晶表示板を示す斜視図である。
【図１２】 図１０の実施形態における反射板を示す斜視図である。
【図１３】 フロントライト付き液晶表示装置の一従来例を示す斜視図である。
【図１４】 図１３の従来例における棒状導光体を示す平面図である。
【符号の説明】
１…受光端面、２…射出側面、３…対向端面、４…反射側面。
５…プリズム部、６…稜線、７ａ，７ｂ…傾斜面。
１０…棒状導光体、２０…光源、３０…導光板、４０…面発光体。
５０…液晶表示ユニット、６０…液晶表示板、７０…反射板。

Claims (8)

1. 透光性の棒状体からなり、光源が照射した光を前記棒状体の一端面（受光端面）から受光し、長手方向の側面（射出側面）から帯状光束として射出する棒状導光体であって、前記受光端面に対向する端面（対向端面）が、棒状体の内部方向に凸の二次曲面をなし、かつ、前記受光端面の方向から投射された光の少なくとも一部を前記射出側面に対して非平行に反射するように形成されたことを特徴とする棒状導光体。
2. 前記二次曲面をなす端面が、内角を連続的に８０゜〜３０゜まで変化させたものであることを特徴とする請求項１に記載の棒状導光体。
3. 前記対向端面に反射層が形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の棒状導光体。
4. 前記対向端面が乱反射性であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の棒状導光体。
5. 前記の射出側面と対向する側面（反射側面）に、前記受光端面から入射した光及び前記対向端面が反射した光を共に前記射出側面に向けて反射する反射手段が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の棒状導光体。
6. 請求項１〜請求項５の何れかに記載の棒状導光体と、前記射出側面から射出した帯状光束を少なくとも一方の板面から面状光束として射出する導光板とを有することを特徴とする面発光体。
7. 前記導光板は板厚方向に透光性であり、かつ前記帯状光束を一方の板面（発光面）から面状光束として射出する反射手段が設けられたことを特徴とする請求項６に記載の面発光体。
8. 請求項６または請求項７に記載の面発光体と液晶表示ユニットとを備えたことを特徴とする液晶表示装置。

Images