JP4256716B2 - 光源ユニット、照明装置および液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光材を用いた光源ユニット、照明装置、及び液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置等に用いられるフロントライトやバックライト等の照明装置は、導光板とその側端面に配設された光源ユニットとを基本構成としており、光源ユニットから照射された光を導光板の側端面（入射面）から導入して、均一な照度の光を出射面全体から出射させることで、液晶パネル等の被照明体を照明するようになっている。
【０００３】
このような照明装置を構成する導光板に光を供給する光源ユニットは、導光板の側端面（入射面）全体にムラの無い均一な光を入射させるために、ＬＥＤ等の点光源の光を均一な照度で導光板の側端面（入射面）と同じ幅まで広げるバー導光体と称される角棒状の導光材とを備えている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３２４４２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の光源ユニットに用いられていたバー導光体は、導光板の側端面（入射面）に臨む出射面と反対側の面に断面Ｖ字形状の溝を形成し、この溝を形成した反射面で光源から伝搬される光を出射面方向に反射させて、導光板に向けて光を照射していた。そして、反射面を構成する溝には、反射効率を上げる目的でＡｌやＡｇ等の金属膜を形成していた。
【０００６】
しかしながら、このようなＶ字型の溝に金属等の反射膜を形成したバー導光体では、反射面での反射率が９０％程度にとどまり、また、反射回数の増大によって光源からの光の減衰が大きいといった課題があった。このため、バー導光体の更なる反射率の向上と光源からの光の効率的な利用によって、光源ユニットの照度アップが望まれている。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、光源の光を効率的に利用することによって、出射面から照射される光の照度を向上させた光源ユニットを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、光源と、該光源の光を側端の入射面から内部に導入し、出射面から均一な照度で出射させるバー導光体とを有し、該出射面に隣接して配置されて被照明物を照らす導光板に向けて光を供給する光源ユニットであって、前記バー導光体の出射面には、該バー導光体内部の伝搬光を反射および出射させるためのプリズム形状が形成されたことを特徴とする光源ユニットが提供される。
具体的に本発明では、光源と、該光源の光を側端の入射面から内部に導入し、出射面から均一な照度で出射させるバー導光体とを有し、該出射面に隣接して配置されて被照明物を照らす導光板に向けて光を供給する光源ユニットであって、前記バー導光体の出射面には、該バー導光体内部の伝搬光を反射および出射させるためのプリズム形状が形成され、前記バー導光体の出射面と反対側には平坦な反射面が形成されるとともに、前記プリズム形状は、前記出射面に形成した複数の断面視くさび状の突条により構成され、前記突条が急斜面部と緩斜面部からなり、前記急斜面部と緩斜面部のうち、突条の前記伝搬光の進行方向側に急斜面部が形成され、前記急斜面部に入射する伝搬光の進行方向と、前記急斜面部から出射される反射光の進行方向との成す角度が鈍角とされ、前記急斜面部の内面は、前記出射面の外面側を向くように形成され、前記平坦な反射面に平行な基準面に対し、前記緩斜面部のなす角度をθ１とし、前記急斜面部のなす角度をθ２として、前記緩斜面部の傾斜角度θ１が０．５゜以上５゜以下とされ、前記急斜面部の傾斜角度θ２が４０°以上５５°以下に設定され、前記突条は前記光源から離れるにつれて前記急斜面部の傾斜角度が大きくされてなる光源ユニットを提供する。
【０００９】
このような光源ユニットによれば、バー導光体内に導入されて伝搬する光を、ほぼ１００％の全反射によってロスなく出射させることができる。出射面から照射される光の照度の向上に大いに寄与する。
【００１０】
前記プリズム形状は、前記出射面に形成した複数の突条により構成され、前記突条の前記伝搬光の進行方向側に斜面部を形成するのが好ましい。また、前記斜面部に入射する伝搬光の進行方向と、該伝搬光の反射光の進行方向との成す角度が鈍角であることが好ましい。このような光源ユニットによれば、前記斜面部で反射される光量が増加し、出射面から出射される光量を増加させることができる。
【００１１】
前記突条は前記光源から離れるにつれて前記斜面部の傾斜角度を大きくなるように形成しても良く、また、前記突条は前記光源から離れるにつれて形成サイズが大きくなるように形成しても良い。このような光源ユニットによれば、出射面から出射される光が、出射面の全幅に渡って照度を均一にすることができ、輝度ムラを無くすことが可能になる。
【００１２】
前記斜面部の内面は、前記出射面の外面側を向くように形成してもよく、また、前記突条は、その頂部に平坦部が形成された断面視略台形状としてもよい。さらに、前記突条は断面視くさび状に形成してもよい。このような光源ユニットによれば、前記斜面部以外の面から光が漏れ出にくい構造となり、光源の利用効率を高めて照明光の輝度を向上させることができる。こうした斜面部の傾斜角度は４０°以上６０°以下に設定するのが好ましい。
【００１３】
上述した光源ユニットを、光源ユニットから出射された光を伝搬して被照明物に照射する導光板を備えた照明装置に適用すれば、照明装置から出射される光の照度の向上に大いに寄与する。また、この照明装置を液晶表示装置に適用すれば、液晶パネルの照明ムラを低減し、視認性に優れた鮮明な表示が可能な液晶表示装置の実現に寄与する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明のバー導光体を備えた液晶表示装置の概略を示す斜視図であり、図２は、図１に示す液晶表示装置の矢印２の位置における断面断面図である。液晶表示装置９は、図１及び図２に示すように、フロントライト（照明装置）１０と、その背面側（図示下面側）に配設された液晶パネル２０とを備えて構成されている。
【００１５】
フロントライト（照明装置）１０は、図１に示すように、略平板状の透明の導光板１２と、その入射面１２ａに沿って配設された、本発明の光源ユニット１１とを備えている。光源ユニット１１は、バー導光体１３と、このバー導光体１３の長さ方向の少なくとも一方の端面に配設された光源である発光素子（光源）１５とから構成されている。すなわち、フロントライト１０は、発光素子（光源）１５とバー導光体１３とからなる光源ユニット１１から照射された光が、導光板１２の入射面１２ａから導光板１２内に入光し、液晶パネル２０を照明する。
【００１６】
導光板１２の図中上面は凹凸面１２ｃとされ、緩斜面１４ａと反射面（急斜面）１４ｂとからなる断面略三角形状を成す突条１４が一面に配列形成されている。光源ユニット１１のバー導光体１３から導光板１２に入射した光は、導光板１２の内面側で緩斜面１４ａは光伝搬に寄与し、反射面（急斜面）１４ｂは液晶パネル２０に向けて落射させるという効果を繰り返しながら、導光板１２内を伝搬する。また、導光板１２の図中下面は出射面１２ｂとされ、導光板内部を伝搬する光（伝搬光）が凹凸面１２ｃで反射され、この出射面１２ｂから液晶パネル２０に向けて出射される。
【００１７】
液晶パネル２０は、対向して配置された上基板２１と下基板２２とを備えて構成された反射型の液晶表示装置であり、図１に点線で示す矩形状の領域２０Ｄが液晶パネル２０の表示領域とされており、表示領域２０Ｄ内に図示略の画素がマトリクス状に形成されている。
【００１８】
上記構成の液晶表示装置は、液晶パネル２０の表示領域２０Ｄ上に導光板１２が配置され、この導光板１２を透過して液晶パネル２０の表示を視認できるようになっている。また、外光が得られない暗所では、光源ユニット１１を点灯させ、バー導光体１３を介して導光板１２の入光面１２ａから導光板内部へ光を導入し、導光板内部を伝搬する光（伝搬光）を導光板１２の出射面１２ｂ側から液晶パネル２０へ向けて出射させ、液晶パネル２０を照明するようになっている。
【００１９】
図３は、光源ユニットの構成を示す断面図である。導光板１２に向けて光を出射する光源ユニット１１は、バー導光体１３と発光素子（光源）１５とから構成されている。バー導光体１３は、例えば、透明なアクリル樹脂などから構成された角棒状の透明部材である。発光素子（光源）１５は、１つ、または複数のＬＥＤから構成され、例えば白色光を照射する点光源である。こうした白色光は、白色ＬＥＤによって得ても良く、また、Ｒ，Ｇ，Ｂの三原色のＬＥＤを配列してバー導光体１３内で混合させて得ても良い。
【００２０】
バー導光体１３は、図３及び図４に示すように、導光板１２の入射面１２ａに対面する側が出射面１３ａを成し、この出射面１３ａの反対側が反射面１３ｂを形成している。バー導光体１３の出射面１３ａには、複数の突条１６が互いに平行に平面視ストライプ状に形成されてプリズム形状を成しており、出射面１３ａと反対側の反射面１３ｂは平坦に形成されている。また、発光素子（光源）１５に接する端面が入射面１３ｃを成し、この入射面１３ｃから発光素子（光源）１５の光がバー導光体１３内に導入される。
【００２１】
バー導光体１３の出射面１３ａに形成された突条１６は、出射面１３ａの水平基準面ｚに対して傾斜して形成された一対の斜面部により構成された縦断面くさび状のもので、これらの斜面部の一方が緩斜面部１６ａとされ、他方がこの緩斜面部１６ａよりも急な傾斜角度に形成された急斜面部（斜面部）１６ｂとされている。また、前記緩斜面部１６ａは、出射面１３ａの水平基準面ｚに対して傾斜角θ１ を有して形成され、急斜面部１６ｂは傾斜角θ２ を有して形成されており、両者の傾斜方向は水平基準面ｚの法線に対して同一方向とされている。すなわち、急斜面部１６ｂの外面がバー導光体１３の反射面１３ｂ側を向き、内面は出射面１３ａの外側を向くように形成されている。
【００２２】
そして、バー導光体１３内部を図４では左側（発光素子１５側）から右側へ伝搬する光を、出射面１３ａの急斜面部１６ｂにより出射面１３ａ側へ反射して導光板１２の入射面１２ａに向けて出射させるようになっている。
【００２３】
ここで、図４及び図５を参照して前記急斜面部１６ｂによる伝搬光の反射作用について説明する。図５は、図４に示す急斜面部１６ｂを拡大して示す部分断面構成図である。本実施形態に係る光源ユニット１１では、図５に示すように、バー導光体１３内部から急斜面部１６ｂに入射する伝搬光Ｌｉｎと、急斜面部１６ｂによる前記伝搬光Ｌｉｎの反射光Ｌｏｕｔとの成す角度θ４ が、鈍角となるように、傾斜角θ２ を有して前記急斜面部１６ｂが形成されている。すなわち、この急斜面部１６ｂ（突条１６）が形成された位置において伝搬光Ｌｉｎが急斜面部１６ｂに対して４５°を越える入射角で入射するようにしている。
【００２４】
これにより、急斜面部１６ｂに入射した伝搬光Ｌｉｎが透過されるのを最大限防止することが可能になり、その結果、急斜面部１６ｂで反射される光量が増加し、出射面１３ａから導光板１２に向けて出射される光量が増加する。なお、本発明者は上記急斜面部１４ｂの傾斜角の最適化により光源ユニット１１の出射光量を増加させ得ることを検証しており、後述の実施例に詳述している。
【００２５】
光源ユニット１１では、図４に示す緩斜面部１６ａの傾斜角θ１ は、水平基準面ｚに対して０．５°以上５°以下の範囲とされ、急斜面部１６ｂの傾斜角θ２ は４０°以上６０°以下の範囲とされることが好ましい。緩斜面部１６ａの傾斜角θ１ の範囲が、０．５°未満では、光源ユニット１１の平均輝度が低下し、５°を越える場合には、バー導光体１３内での出射光量を均一化することができなくなる。また、急斜面部１６ｂの傾斜角度θ２ が、４０°未満の場合、及び６０°を越える場合には、急斜面部１６ｂを透過して漏れ出る光量が多くなり出射面１３ａからの出射光量（すなわち光源ユニット１１の輝度）が低下するため好ましくない。さらに、突条１６の形成ピッチＰは０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下が好ましい。
【００２６】
バー導光体１３を構成する突条１６を上述した範囲に形成するならば、バー導光体１３内を伝搬する光を、ほぼ１００％の全反射によってロスなく導光板１２に向けて出射させることができ、明るく明瞭な表示が可能な液晶表示装置の実現に大いに寄与する。
【００２７】
再び図２を参照して、液晶パネル２０は、対向して配置された上基板２１と下基板２２との間に液晶層２３が挟持され、この液晶層２３が基板２１，２２の内面側周縁部に沿って平面額縁状に設けられたシール材２４により封止された構成とされている。上基板２１の内面側（下基板２２側）には、液晶制御層２６が形成されており、下基板２２の内面側（上基板２１側）には、フロントライト１０の照明光や外光を反射させるための金属薄膜を有する反射層２７が形成され、この反射層２７上に液晶制御層２８が形成されている。
【００２８】
液晶制御層２６，２８は、液晶層２３を駆動制御するための電極や、配向膜等を含んで構成されており、上記電極をスイッチングするための半導体素子等も含むものである。また、場合によってはカラー表示のためのカラーフィルタを備えていてもよい。
【００２９】
反射層２７は、液晶表示パネル２０に入射した外光やフロントライト１０の照明光を反射させるためのアルミニウムや銀などの高反射率の金属薄膜からなる反射膜を備えるものであり、特定の方向で反射光が強くなり液晶表示装置の視認性が低下するのを防止するための光散乱手段を備えることが好ましい。この光散乱手段としては、反射膜に凹凸形状を付与したものや、樹脂膜中に樹脂膜を構成する材料と異なる屈折率の樹脂ビーズを分散させた散乱膜等を用いることができる。
【００３０】
以上のように、本発明の光源ユニット１１を備えた本実施形態の液晶表示装置では、液晶パネル２０の前面に配設された導光板１２に光を供給する光源ユニット１１におけるバー導光体１３の出射面１３ａにプリズム形状が形成されており、出射面１３ａの突条１６の急斜面部１６ｂが、バー導光体１３内部を伝搬する光に対して、鈍角の反射光を生じさせるように形成されていることで、急斜面部１６ｂに入射する伝搬光の反射率を向上させることができ、もって照明光の輝度を高めることができる。また、上記のように急斜面部１６ｂの反射率が向上することで、液晶表示パネル２０に対する照明に寄与しない無駄な漏れ光量が低減される。さらに、前記プリズム形状が導光板１２の入射面１２ａと対向する面に形成されているので、突条１６が破損するおそれが無い。
【００３１】
従って、本発明の光源ユニットおよびこれを備えた照明装置によれば、高輝度、かつ均一な照明光が得られ、こうした光源ユニット、照明装置を備えた液晶表示装置によれば、高コントラストの高品質の表示が得られる。
【００３２】
上記実施の形態では、光源ユニット１１におけるバー導光体１３の出射面１３ａに形成したプリズム形状として、突条１６を断面くさび状とし、出射面１３ａを断面視鋸刃状とした形状を備えた光源ユニットについて説明したが、この出射面１３ａのプリズム形状は、先の形状に限定されず、前記急斜面部を利用して効率よく照明光を出射できる構造を有していればよい。図６は、本発明に係る光源ユニットの他の実施形態である、断面略台形状の突条が複数配列形成された断面略矩形波状の出射面を有する導光板を備えたフロントライトの部分断面構造を示す断面図である。
【００３３】
図６に示す光源ユニット３０は、図１及び図２に示す光源ユニット１１のバー導光体１３に代えて、図６に示す部分断面構造を有するバー導光体３２を備えたものであり、その全体の外観は、図１に示す光源ユニット１１とほぼ同様である。
【００３４】
バー導光体３２はその下面側が出射面３２ｂとされ、出射面３２ｂと反対側が反射面３２ｃとされており、出射面３２ｂには紙面垂直方向に延在する複数の突条３４が配列形成されており、反射面３２ｃは平坦面とされている。上記突条３４は、平坦部３４ａを天井部とし、その幅方向両側に第１斜面部（斜面部）３４ｂと第２斜面部３４ｃとが形成された断面略台形状であり、前記第１斜面部３４ｂは、水平基準面ｚに対して傾斜角θ２ を有して傾斜しており、第２斜面部３４ｃは傾斜角θ３ を有して傾斜して形成されている。また、第１斜面部３４ｂと第２斜面部３４ｃとは、バー導光体３２の法線に対して同一側に傾斜している。隣接する突条３４，３４間は、平坦面に形成された底面部３４ｄとされており、本実施形態の光源ユニット３０においては、前記第１、第２斜面部３４ｂ、３４ｃ以外の出射面３２ｂの平面領域は、突条３４の平坦部３４ａとともに水平基準面ｚと平行な平坦面となるように形成されている。
【００３５】
上記第１斜面部３４ｂの傾斜角θ２ は、図４に示す急斜面部１６ｂの傾斜角θ２ と同様に、第１斜面部３４ｂに入射する伝搬光に対して鈍角（θ４ ）を成す方向の反射光を生じさせる構成とされている。上記第２斜面部３４ｃの傾斜角θ３ は、４０°以上６０°以下の範囲とすることが好ましい。上記範囲とすることで、第１斜面部３４ｂから漏れ出る光が少なくなり、光源ユニット３０の輝度を高めることができる。また、突条３４の形成ピッチＰは０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下が好ましい。
【００３６】
バー導光体３２を構成する突条３４を上述した範囲に形成するならば、バー導光体３２内を伝搬する光を、ほぼ１００％の全反射によってロスなく導光板に向けて出射させることができ、明るく明瞭な表示が可能な液晶表示装置の実現に大いに寄与する。
【００３７】
上記構成を備えた本実施形態の光源ユニット３０によっても、第１斜面部３４ｂに入射する光を効率よく反射させて照明光とすることができるので、高輝度の照明光が得られる。また、前記第１斜面部３４ｂを透過して対向面３２ｃ側へ出射される光量が低減されるので、こうした光源ユニット３０を備えた照明装置を液晶表示装置に適用すれば、コントラストを低下させることがなく、高品位の表示を得ることができる。また、斜面部３４ｂ、３４ｃ以外の出射面３２ｂの平面領域が平坦面とされていることで、バー導光体３２内部を伝搬する光が斜面部以外の面から漏れ出にくい構造となっており、光源の利用効率を高めて照明光の輝度を向上させることができる。
【００３８】
上述した各実施形態の光源ユニット１１，３０においては、図４，６に示すバー導光体１３，３２における厚みＴ（突条１６，３４の頂点部、頂面部8と反射面１３ｂ，３２ｃとの間隔）は、バー導光体１３，３２の長手方向で一定とされ、突条１６，３４の急斜面部１６ｂおよび第１、第２斜面部３４ｂ、３４ｃの幅Ｌも出射面１３ａ，３２ｂの面内で一定とされているが、これらＴおよびＬを光源からの距離に応じて変化させれば、バー導光体の出射面から出射する光の照度を面内でより均一に揃え、ムラを無くすことができてより好ましい。
【００３９】
図７は、上述したバー導光体の厚みＴを光源からの距離に応じて変化させた実施形態の光源ユニットを示す断面図である。例えば液晶表示パネルに隣接して設置される導光板４０に向けて光を出射する光源ユニット４１は、前述した実施形態と同様にバー導光体４２と発光素子（光源）４３とから構成されている。バー導光体４２は、例えば、透明なアクリル樹脂などから構成された角棒状の透明部材であり、発光素子（光源）４３は、１つ、または複数のＬＥＤから構成され、例えば白色光を照射する点光源である。
【００４０】
バー導光体４２は、導光板４０の入射面４０ａに対面する側が出射面４２ａを成し、この出射面４２ａの反対側が反射面４２ｂを形成している。バー導光体４２の出射面４２ａには、複数の突条４４が互いに平行に平面視ストライプ状に形成されてプリズム形状を成しており、出射面４２ａと反対側の反射面４２ｂは平坦に形成されている。
【００４１】
バー導光体４２の出射面４２ａに形成された突条４４は、前述した各実施形態と同様に、出射面４２ａの水平基準面ｚに対して傾斜して形成された一対の斜面部により構成された縦断面くさび状のもので、これらの斜面部の一方が緩斜面部４４ａとされ、他方がこの緩斜面部４４ａよりも急な傾斜角度に形成された急斜面部（斜面部）４４ｂとされている。さらに、本実施形態においては、突条４４の頂点部と反射面４２ｂとの間隔で表現されるバー導光体４２の厚みを、バー導光体４２の長手方向Ａの位置によって変化させている。即ち、バー導光体４２の長手方向Ａの両端側では、厚みはＴ１として最小に形成され、そこからバー導光体４２の長手方向Ａの中央部に向かって、厚みがＴ２として最大に形成されている。
【００４２】
こうしたバー導光体４２の長手方向Ａの厚みの変化は、例えばＴ１が２．８ｍｍ程度、Ｔ２が３．０ｍｍ程度に設定され、その間が緩やかに盛り上がるように成型されれば良い。このように、バー導光体４２の長手方向Ａの厚みを発光素子（光源）４３からの距離に応じて変化させれば、出射面４２ａから導光板４０に向けて出射される光が、出射面４２ａの全幅に渡って照度を均一にすることができ、輝度ムラを無くすことが可能になる。
【００４３】
このような光源ユニット４１を用いて導光板４０から液晶パネルを照明すれば、バー導光体４２内を伝搬する光を、ほぼ１００％の反射率によってロスなく導光板４０に向けて出射させることができるので、液晶パネルの視認性向上に大いに寄与する。なお、本発明者は上記バー導光体４２の厚みを長手方向Ａで変化させることによって、光源ユニット４１の出射光量の均一化による輝度ムラ防止ができることを検証しており、後述の実施例に詳述している。
【００４４】
図８は、バー導光体における突条の急斜面部の幅Ｌを光源からの距離に応じて変化させた実施形態の光源ユニットを示す断面図である。例えば液晶表示パネルに隣接して設置される導光板５０に向けて光を出射する光源ユニット５１は、前述した実施形態と同様にバー導光体５２と発光素子（光源）５３とから構成されている。バー導光体５３は、例えば、透明なアクリル樹脂などから構成された角棒状の透明部材であり、発光素子（光源）５３は、１つ、または複数のＬＥＤから構成され、例えば白色光を照射する点光源である。
【００４５】
バー導光体５２は、導光板５０の入射面５０ａに対面する側が出射面５２ａを成し、この出射面５２ａの反対側が反射面５２ｂを形成している。バー導光体５２の出射面５２ａには、複数の突条５４が互いに平行に平面視ストライプ状に形成されてプリズム形状を成しており、出射面５２ａと反対側の反射面５２ｂは平坦に形成されている。
【００４６】
バー導光体５２の出射面５２ａに形成された突条５４は、前述した各実施形態と同様に、出射面５２ａの水平基準面ｚに対して傾斜して形成された一対の斜面部により構成された縦断面くさび状のもので、これらの斜面部の一方が緩斜面部５４ａとされ、他方がこの緩斜面部５４ａよりも急な傾斜角度に形成された急斜面部（斜面部）５４ｂとされている。
【００４７】
さらに、本実施形態においては、急斜面部（斜面部）５４ｂの幅を、バー導光体５２の長手方向Ａの位置によって変化させている。即ち、バー導光体５２の発光素子（光源）５３側では、急斜面部５４ｂの幅はＬ１として最小に形成され、発光素子５３に最も離れた側の急斜面部（斜面部）５４ｂの幅はＬ２として最大に形成され、急斜面部５４ｂの幅はＬ１からＬ２に向けて徐々に大きくなるように形成されている。これにより、急斜面部５４ｂの幅は発光素子（光源）５３から遠ざかるほど大きくなる。
【００４８】
こうしたバー導光体４２の長手方向Ａにおける急斜面部５４ｂの幅の変化は、例えばＬ１が１０μｍ程度、Ｌ２が５０μｍ程度に設定され、その間に形成される突条５４の急斜面部５４ｂの幅が徐々に大きくなるように成型されれば良い。このように、発光素子（光源）５３から遠ざかるほど急斜面部５４ｂの幅を徐々に大きくすることで、出射面５２ａから導光板５０に向けて出射される光が、出射面５２ａの全幅に渡って照度を均一にすることができ、輝度ムラを無くすことが可能になる。
【００４９】
このような光源ユニット５１を用いて導光板５０から液晶パネルを照明すれば、バー導光体５２内を伝搬する光を、ほぼ１００％の反射率によってロスなく導光板５０に向けて出射させることができるので、液晶パネルの視認性向上に大いに寄与する。なお、本発明者は突条５４の急斜面部５４ｂの幅を変化させることによって、光源ユニット５１の出射光量の均一化による輝度ムラ防止ができることを検証しており、後述の実施例に詳述している。
【００５０】
【実施例】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとするが、以下の実施例は本発明の技術範囲を限定するものではない。まず、第１の実施例として、図１、図２に示す第１実施形態と同様の構成のバー導光体１３を準備した。本発明のサンプルとして、バー導光体１３の緩斜面部１６ａの傾斜角θ１ を２．３°に設定し、急斜面部１６ｂの傾斜角θ２ を３５°〜５０°まで５°刻みで変化させた５個の測定サンプルと、傾斜角θ２ を６５°にした測定サンプルとを準備した。
【００５１】
一方、比較例として、特開２００２−３２４４２４号公報に示される、導光板の側端面（入射面）に臨む出射面と反対側の面に断面Ｖ字形状の溝を形成したバー導光体を従来の実施例のサンプルとして準備した。
【００５２】
こうして準備された本発明の実施例である６個のバー導光体１３と、従来のバー導光体に、同一輝度の光源からそれぞれ光を入射させ、出射された光の輝度を測定した。表１に、上述した第１の実施例の輝度測定の結果を示す。なお、輝度の項目は、従来の実施例のバー導光体からの出射光の輝度を１００とした場合の、各測定サンプルの輝度の比率を示している。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１から明らかなように、本発明のフロントライト（照明装置）のように、急斜面部１６ｂの傾斜角θ２ を４０°〜５５°に設定することによって、従来の構成のフロントライトに比較して、出射光の輝度を高められることが確認された。特に、傾斜角θ２ を４５°〜５０°に設定すると、従来の構成のフロントライトに比較して１．２倍の輝度の出射光が得られることが判明した。
【００５５】
次に、第２の実施例として、図６に示す第２実施形態と同様の構成のバー導光体３２を準備した。本発明のサンプルとして、バー導光体３２の第１斜面部３４ｂの傾斜角θ２ および第２斜面部３４ｃの傾斜角θ３ をそれぞれ３５°〜５０°まで５°刻みで変化させた５個の測定サンプルと、傾斜角θ２ ，θ３ を６５°にした測定サンプルとを準備した。
【００５６】
一方、比較例として、第１実施例同様に特開２００２−３２４４２４号公報に示される、導光板の側端面（入射面）に臨む出射面と反対側の面に断面Ｖ字形状の溝を形成したバー導光体を従来の実施例のサンプルとして準備した。
【００５７】
こうして準備された本発明の実施例である６個のバー導光体３２と、従来のバー導光体に、同一輝度の光源からそれぞれ光を入射させ、出射された光の輝度を測定した。表２に、上述した第２の実施例の輝度測定の結果を示す。なお、輝度の項目は、従来の実施例のバー導光体からの出射光の輝度を１００とした場合の、各測定サンプルの輝度の比率を示している。
【００５８】
【表２】
【００５９】
表２から明らかなように、本発明のフロントライト（照明装置）のように、バー導光体３２の第１斜面部３４ｂの傾斜角θ２ および第２斜面部３４ｃの傾斜角θ３ をそれぞれ４０°〜５５°に設定することによって、従来の構成のフロントライトに比較して、出射光の輝度を高められることが確認された。特に、傾斜角θ２ ，θ３ を４５°〜５０°に設定すると、従来の構成のフロントライトに比較して約１．２倍程度の輝度の出射光が得られることが判明した。
【００６０】
第３の実施例として、図７に示す第３実施形態と同様の構成のバー導光体４２を準備した。本発明のサンプルとして、バー導光体４２の最大厚みＴ２を３．０ｍｍに設定し、最小厚みＴ１を２．９５ｍｍ，２．８０ｍｍ，２．５０ｍｍにそれぞれ設定した３個の測定サンプルを準備した。
【００６１】
一方、比較例としては、上述した各実施例のごとく、特開２００２−３２４４２４号公報に示される断面Ｖ字形状の溝を形成したバー導光体を従来の実施例のサンプルとして準備した。
【００６２】
こうして準備された本発明の実施例である３個のバー導光体４２と、従来のバー導光体に、同一輝度の光源からそれぞれ光を入射させ、出射された光の輝度および輝度ムラを測定した。表３に、上述した第３の実施例の輝度および輝度ムラ測定の結果を示す。なお、輝度の項目は、従来の実施例のバー導光体からの出射光の輝度を１００とした場合の、各測定サンプルの輝度の比率を示し、輝度ムラの項目は、出射光の輝度の最小値を最大値で割って１００を掛けた百分率である。
【００６３】
【表３】
【００６４】
表３から明らかなように、本発明のフロントライト（照明装置）のように、バー導光体４２の厚みを変化させることによって、従来の構成のフロントライトに比較して、出射光の輝度を高め、かつ輝度ムラを低減できることが確認された。特に、最大厚みＴ２が３．０ｍｍの時に、最小厚みＴ１を２．８０ｍｍ〜２．５０ｍｍに設定すると、従来の構成のフロントライトに比較して１．１倍の輝度の出射光が得られることが判明した。また、最小厚みＴ１が２．８０ｍｍ付近では、輝度ムラが大幅に改善されていることが判明した。
【００６５】
更に、第４の実施例として、図８に示す第４実施形態と同様の構成のバー導光体５２を準備した。本発明のサンプルとして、バー導光体５２の急斜面部５４ｂの最小幅はＬ１を１０μｍに設定し、急斜面部５４ｂの最大幅Ｌ２を３０μｍ，５０μｍ，７０μｍにそれぞれ設定した３個の測定サンプルを準備した。
【００６６】
一方、比較例としては、上述した各実施例のごとく、特開２００２−３２４４２４号公報に示される断面Ｖ字形状の溝を形成したバー導光体を従来の実施例のサンプルとして準備した。
【００６７】
こうして準備された本発明の実施例である３個のバー導光体５２と、従来のバー導光体に、同一輝度の光源からそれぞれ光を入射させ、出射された光の輝度および輝度ムラを測定した。表４に、上述した第４の実施例の輝度および輝度ムラ測定の結果を示す。なお、輝度の項目は、従来の実施例のバー導光体からの出射光の輝度を１００とした場合の、各測定サンプルの輝度の比率を示し、輝度ムラの項目は、出射光の輝度の最小値を最大値で割って１００を掛けた百分率である。
【００６８】
【表４】
【００６９】
表４から明らかなように、本発明のフロントライト（照明装置）のように、バー導光体５２の急斜面部５４ｂの幅を光源から遠ざかるにつれて大きくすることによって、従来の構成のフロントライトに比較して、出射光の輝度を高め、かつ輝度ムラを低減できることが確認された。特に、急斜面部５４ｂの最大幅Ｌ２を大きく設定するほど、従来の構成のフロントライトに比較して輝度も大きくなることが判明した。また、急斜面部５４ｂの最大幅Ｌ２が５０μｍ付近では、輝度ムラが大幅に改善されていることが判明した。
【００７０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の光源ユニットによれば、バー導光体内に導入されて伝搬する光を、ほぼ１００％の反射率によってロスなく出射させることができる。出射面から照射される光の照度の向上に大いに寄与する。前記プリズム形状を前記出射面に形成した複数の突条により構成し、前記突条の前記伝搬光の進行方向側に急斜面部を形成し、前記急斜面部に入射する伝搬光の進行方向と、前記急斜面部から出射される反射光の進行方向との成す角度とを鈍角に形成し、緩斜面部の傾斜角度θ１を０．５゜以上５゜以下、急斜面部の傾斜角度θ２を４０°以上５５°以下に設定し、突条を前記光源から離れるにつれて前記急斜面部の傾斜角度が大きくされてなるようにすれば、前記斜面部で反射される光量が増加し、出射面から出射される光量を増加させることができる。
【００７１】
前記光源から離れるにつれて前記斜面部の傾斜角度を大きくなるように形成するので、出射面から出射される光が、出射面の全幅に渡って照度を均一にすることができ、輝度ムラを無くすことが可能になる。
【００７３】
上述した光源ユニットを、光源ユニットから出射された光を伝搬して被照明物に照射する導光板を備えた照明装置に適用すれば、照明装置から出射される光の照度の向上に大いに寄与する。また、この照明装置を単純マトリクス型あるいはアクティブマトリクス型の液晶表示装置に適用すれば、液晶パネルの照明ムラを低減し、視認性に優れた鮮明な表示が可能な液晶表示装置の実現に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の光源ユニットを備えた液晶表示装置を示す斜視図である。
【図２】 図２は、図１に示す液晶表示装置の断面構成図である。
【図３】 図３は、図２に示す光源ユニットを説明するための断面図である。
【図４】 図４は、図３に示す光源ユニットの導光状態を説明するための部分断面図である。
【図５】 図５は、図４に示す突条による伝搬光の反射状態を説明するための拡大断面図である。
【図６】 図６は、本発明に係る光源ユニットの第２の実施形態を示す断面図である。
【図７】 図７は、本発明に係る光源ユニットの第３の実施形態を示す断面図である。
【図８】 図８は、本発明に係る光源ユニットの第４の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
９ 液晶表示装置
１０ フロントライト
１１ 光源ユニット
１３ バー導光体
１３ａ 出射面
１３ｃ 入射面
１５ 発光素子（光源）
１６ 突条
１６ａ 緩斜面部（斜面部）
１６ｂ 急斜面部（斜面部）
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光材を用いた光源ユニット、照明装置、及び液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置等に用いられるフロントライトやバックライト等の照明装置は、導光板とその側端面に配設された光源ユニットとを基本構成としており、光源ユニットから照射された光を導光板の側端面（入射面）から導入して、均一な照度の光を出射面全体から出射させることで、液晶パネル等の被照明体を照明するようになっている。
【０００３】
このような照明装置を構成する導光板に光を供給する光源ユニットは、導光板の側端面（入射面）全体にムラの無い均一な光を入射させるために、ＬＥＤ等の点光源の光を均一な照度で導光板の側端面（入射面）と同じ幅まで広げるバー導光体と称される角棒状の導光材とを備えている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３２４４２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の光源ユニットに用いられていたバー導光体は、導光板の側端面（入射面）に臨む出射面と反対側の面に断面Ｖ字形状の溝を形成し、この溝を形成した反射面で光源から伝搬される光を出射面方向に反射させて、導光板に向けて光を照射していた。そして、反射面を構成する溝には、反射効率を上げる目的でＡｌやＡｇ等の金属膜を形成していた。
【０００６】
しかしながら、このようなＶ字型の溝に金属等の反射膜を形成したバー導光体では、反射面での反射率が９０％程度にとどまり、また、反射回数の増大によって光源からの光の減衰が大きいといった課題があった。このため、バー導光体の更なる反射率の向上と光源からの光の効率的な利用によって、光源ユニットの照度アップが望まれている。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、光源の光を効率的に利用することによって、出射面から照射される光の照度を向上させた光源ユニットを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、光源と、該光源の光を側端の入射面から内部に導入し、出射面から均一な照度で出射させるバー導光体とを有し、該出射面に隣接して配置されて被照明物を照らす導光板に向けて光を供給する光源ユニットであって、前記バー導光体の出射面には、該バー導光体内部の伝搬光を反射および出射させるためのプリズム形状が形成されたことを特徴とする光源ユニットが提供される。
具体的に本発明では、光源と、該光源の光を側端の入射面から内部に導入し、出射面から均一な照度で出射させるバー導光体とを有し、該出射面に隣接して配置されて被照明物を照らす導光板に向けて光を供給する光源ユニットであって、前記バー導光体の出射面には、該バー導光体内部の伝搬光を反射および出射させるためのプリズム形状が形成され、前記バー導光体の出射面と反対側には平坦な反射面が形成されるとともに、前記プリズム形状は、前記出射面に形成した複数の断面視くさび状の突条により構成され、前記突条が急斜面部と緩斜面部からなり、前記急斜面部と緩斜面部のうち、突条の前記伝搬光の進行方向側に急斜面部が形成され、前記急斜面部に入射する伝搬光の進行方向と、前記急斜面部から出射される反射光の進行方向との成す角度が鈍角とされ、前記急斜面部の内面は、前記出射面の外面側を向くように形成され、前記平坦な反射面に平行な基準面に対し、前記緩斜面部のなす角度をθ１とし、前記急斜面部のなす角度をθ２として、前記緩斜面部の傾斜角度θ１が０．５゜以上５゜以下とされ、前記急斜面部の傾斜角度θ２が４０°以上５５°以下に設定され、前記突条は前記光源から離れるにつれて前記急斜面部の傾斜角度が大きくされてなる光源ユニットを提供する。
【０００９】
このような光源ユニットによれば、バー導光体内に導入されて伝搬する光を、ほぼ１００％の全反射によってロスなく出射させることができる。出射面から照射される光の照度の向上に大いに寄与する。
【００１０】
前記プリズム形状は、前記出射面に形成した複数の突条により構成され、前記突条の前記伝搬光の進行方向側に斜面部を形成するのが好ましい。また、前記斜面部に入射する伝搬光の進行方向と、該伝搬光の反射光の進行方向との成す角度が鈍角であることが好ましい。このような光源ユニットによれば、前記斜面部で反射される光量が増加し、出射面から出射される光量を増加させることができる。
【００１１】
前記突条は前記光源から離れるにつれて前記斜面部の傾斜角度を大きくなるように形成しても良く、また、前記突条は前記光源から離れるにつれて形成サイズが大きくなるように形成しても良い。このような光源ユニットによれば、出射面から出射される光が、出射面の全幅に渡って照度を均一にすることができ、輝度ムラを無くすことが可能になる。
【００１２】
前記斜面部の内面は、前記出射面の外面側を向くように形成してもよく、また、前記突条は、その頂部に平坦部が形成された断面視略台形状としてもよい。さらに、前記突条は断面視くさび状に形成してもよい。このような光源ユニットによれば、前記斜面部以外の面から光が漏れ出にくい構造となり、光源の利用効率を高めて照明光の輝度を向上させることができる。こうした斜面部の傾斜角度は４０°以上６０°以下に設定するのが好ましい。
【００１３】
上述した光源ユニットを、光源ユニットから出射された光を伝搬して被照明物に照射する導光板を備えた照明装置に適用すれば、照明装置から出射される光の照度の向上に大いに寄与する。また、この照明装置を液晶表示装置に適用すれば、液晶パネルの照明ムラを低減し、視認性に優れた鮮明な表示が可能な液晶表示装置の実現に寄与する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明のバー導光体を備えた液晶表示装置の概略を示す斜視図であり、図２は、図１に示す液晶表示装置の矢印２の位置における断面断面図である。液晶表示装置９は、図１及び図２に示すように、フロントライト（照明装置）１０と、その背面側（図示下面側）に配設された液晶パネル２０とを備えて構成されている。
【００１５】
フロントライト（照明装置）１０は、図１に示すように、略平板状の透明の導光板１２と、その入射面１２ａに沿って配設された、本発明の光源ユニット１１とを備えている。光源ユニット１１は、バー導光体１３と、このバー導光体１３の長さ方向の少なくとも一方の端面に配設された光源である発光素子（光源）１５とから構成されている。すなわち、フロントライト１０は、発光素子（光源）１５とバー導光体１３とからなる光源ユニット１１から照射された光が、導光板１２の入射面１２ａから導光板１２内に入光し、液晶パネル２０を照明する。
【００１６】
導光板１２の図中上面は凹凸面１２ｃとされ、緩斜面１４ａと反射面（急斜面）１４ｂとからなる断面略三角形状を成す突条１４が一面に配列形成されている。光源ユニット１１のバー導光体１３から導光板１２に入射した光は、導光板１２の内面側で緩斜面１４ａは光伝搬に寄与し、反射面（急斜面）１４ｂは液晶パネル２０に向けて落射させるという効果を繰り返しながら、導光板１２内を伝搬する。また、導光板１２の図中下面は出射面１２ｂとされ、導光板内部を伝搬する光（伝搬光）が凹凸面１２ｃで反射され、この出射面１２ｂから液晶パネル２０に向けて出射される。
【００１７】
液晶パネル２０は、対向して配置された上基板２１と下基板２２とを備えて構成された反射型の液晶表示装置であり、図１に点線で示す矩形状の領域２０Ｄが液晶パネル２０の表示領域とされており、表示領域２０Ｄ内に図示略の画素がマトリクス状に形成されている。
【００１８】
上記構成の液晶表示装置は、液晶パネル２０の表示領域２０Ｄ上に導光板１２が配置され、この導光板１２を透過して液晶パネル２０の表示を視認できるようになっている。また、外光が得られない暗所では、光源ユニット１１を点灯させ、バー導光体１３を介して導光板１２の入光面１２ａから導光板内部へ光を導入し、導光板内部を伝搬する光（伝搬光）を導光板１２の出射面１２ｂ側から液晶パネル２０へ向けて出射させ、液晶パネル２０を照明するようになっている。
【００１９】
図３は、光源ユニットの構成を示す断面図である。導光板１２に向けて光を出射する光源ユニット１１は、バー導光体１３と発光素子（光源）１５とから構成されている。バー導光体１３は、例えば、透明なアクリル樹脂などから構成された角棒状の透明部材である。発光素子（光源）１５は、１つ、または複数のＬＥＤから構成され、例えば白色光を照射する点光源である。こうした白色光は、白色ＬＥＤによって得ても良く、また、Ｒ，Ｇ，Ｂの三原色のＬＥＤを配列してバー導光体１３内で混合させて得ても良い。
【００２０】
バー導光体１３は、図３及び図４に示すように、導光板１２の入射面１２ａに対面する側が出射面１３ａを成し、この出射面１３ａの反対側が反射面１３ｂを形成している。バー導光体１３の出射面１３ａには、複数の突条１６が互いに平行に平面視ストライプ状に形成されてプリズム形状を成しており、出射面１３ａと反対側の反射面１３ｂは平坦に形成されている。また、発光素子（光源）１５に接する端面が入射面１３ｃを成し、この入射面１３ｃから発光素子（光源）１５の光がバー導光体１３内に導入される。
【００２１】
バー導光体１３の出射面１３ａに形成された突条１６は、出射面１３ａの水平基準面ｚに対して傾斜して形成された一対の斜面部により構成された縦断面くさび状のもので、これらの斜面部の一方が緩斜面部１６ａとされ、他方がこの緩斜面部１６ａよりも急な傾斜角度に形成された急斜面部（斜面部）１６ｂとされている。また、前記緩斜面部１６ａは、出射面１３ａの水平基準面ｚに対して傾斜角θ１ を有して形成され、急斜面部１６ｂは傾斜角θ２ を有して形成されており、両者の傾斜方向は水平基準面ｚの法線に対して同一方向とされている。すなわち、急斜面部１６ｂの外面がバー導光体１３の反射面１３ｂ側を向き、内面は出射面１３ａの外側を向くように形成されている。
【００２２】
そして、バー導光体１３内部を図４では左側（発光素子１５側）から右側へ伝搬する光を、出射面１３ａの急斜面部１６ｂにより出射面１３ａ側へ反射して導光板１２の入射面１２ａに向けて出射させるようになっている。
【００２３】
ここで、図４及び図５を参照して前記急斜面部１６ｂによる伝搬光の反射作用について説明する。図５は、図４に示す急斜面部１６ｂを拡大して示す部分断面構成図である。本実施形態に係る光源ユニット１１では、図５に示すように、バー導光体１３内部から急斜面部１６ｂに入射する伝搬光Ｌｉｎと、急斜面部１６ｂによる前記伝搬光Ｌｉｎの反射光Ｌｏｕｔとの成す角度θ４ が、鈍角となるように、傾斜角θ２ を有して前記急斜面部１６ｂが形成されている。すなわち、この急斜面部１６ｂ（突条１６）が形成された位置において伝搬光Ｌｉｎが急斜面部１６ｂに対して４５°を越える入射角で入射するようにしている。
【００２４】
これにより、急斜面部１６ｂに入射した伝搬光Ｌｉｎが透過されるのを最大限防止することが可能になり、その結果、急斜面部１６ｂで反射される光量が増加し、出射面１３ａから導光板１２に向けて出射される光量が増加する。なお、本発明者は上記急斜面部１４ｂの傾斜角の最適化により光源ユニット１１の出射光量を増加させ得ることを検証しており、後述の実施例に詳述している。
【００２５】
光源ユニット１１では、図４に示す緩斜面部１６ａの傾斜角θ１ は、水平基準面ｚに対して０．５°以上５°以下の範囲とされ、急斜面部１６ｂの傾斜角θ２ は４０°以上６０°以下の範囲とされることが好ましい。緩斜面部１６ａの傾斜角θ１ の範囲が、０．５°未満では、光源ユニット１１の平均輝度が低下し、５°を越える場合には、バー導光体１３内での出射光量を均一化することができなくなる。また、急斜面部１６ｂの傾斜角度θ２ が、４０°未満の場合、及び６０°を越える場合には、急斜面部１６ｂを透過して漏れ出る光量が多くなり出射面１３ａからの出射光量（すなわち光源ユニット１１の輝度）が低下するため好ましくない。さらに、突条１６の形成ピッチＰは０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下が好ましい。
【００２６】
バー導光体１３を構成する突条１６を上述した範囲に形成するならば、バー導光体１３内を伝搬する光を、ほぼ１００％の全反射によってロスなく導光板１２に向けて出射させることができ、明るく明瞭な表示が可能な液晶表示装置の実現に大いに寄与する。
【００２７】
再び図２を参照して、液晶パネル２０は、対向して配置された上基板２１と下基板２２との間に液晶層２３が挟持され、この液晶層２３が基板２１，２２の内面側周縁部に沿って平面額縁状に設けられたシール材２４により封止された構成とされている。上基板２１の内面側（下基板２２側）には、液晶制御層２６が形成されており、下基板２２の内面側（上基板２１側）には、フロントライト１０の照明光や外光を反射させるための金属薄膜を有する反射層２７が形成され、この反射層２７上に液晶制御層２８が形成されている。
【００２８】
液晶制御層２６，２８は、液晶層２３を駆動制御するための電極や、配向膜等を含んで構成されており、上記電極をスイッチングするための半導体素子等も含むものである。また、場合によってはカラー表示のためのカラーフィルタを備えていてもよい。
【００２９】
反射層２７は、液晶表示パネル２０に入射した外光やフロントライト１０の照明光を反射させるためのアルミニウムや銀などの高反射率の金属薄膜からなる反射膜を備えるものであり、特定の方向で反射光が強くなり液晶表示装置の視認性が低下するのを防止するための光散乱手段を備えることが好ましい。この光散乱手段としては、反射膜に凹凸形状を付与したものや、樹脂膜中に樹脂膜を構成する材料と異なる屈折率の樹脂ビーズを分散させた散乱膜等を用いることができる。
【００３０】
以上のように、本発明の光源ユニット１１を備えた本実施形態の液晶表示装置では、液晶パネル２０の前面に配設された導光板１２に光を供給する光源ユニット１１におけるバー導光体１３の出射面１３ａにプリズム形状が形成されており、出射面１３ａの突条１６の急斜面部１６ｂが、バー導光体１３内部を伝搬する光に対して、鈍角の反射光を生じさせるように形成されていることで、急斜面部１６ｂに入射する伝搬光の反射率を向上させることができ、もって照明光の輝度を高めることができる。また、上記のように急斜面部１６ｂの反射率が向上することで、液晶表示パネル２０に対する照明に寄与しない無駄な漏れ光量が低減される。さらに、前記プリズム形状が導光板１２の入射面１２ａと対向する面に形成されているので、突条１６が破損するおそれが無い。
【００３１】
従って、本発明の光源ユニットおよびこれを備えた照明装置によれば、高輝度、かつ均一な照明光が得られ、こうした光源ユニット、照明装置を備えた液晶表示装置によれば、高コントラストの高品質の表示が得られる。
【００３２】
上記実施の形態では、光源ユニット１１におけるバー導光体１３の出射面１３ａに形成したプリズム形状として、突条１６を断面くさび状とし、出射面１３ａを断面視鋸刃状とした形状を備えた光源ユニットについて説明したが、この出射面１３ａのプリズム形状は、先の形状に限定されず、前記急斜面部を利用して効率よく照明光を出射できる構造を有していればよい。図６は、本発明に係る光源ユニットの他の実施形態である、断面略台形状の突条が複数配列形成された断面略矩形波状の出射面を有する導光板を備えたフロントライトの部分断面構造を示す断面図である。
【００３３】
図６に示す光源ユニット３０は、図１及び図２に示す光源ユニット１１のバー導光体１３に代えて、図６に示す部分断面構造を有するバー導光体３２を備えたものであり、その全体の外観は、図１に示す光源ユニット１１とほぼ同様である。
【００３４】
バー導光体３２はその下面側が出射面３２ｂとされ、出射面３２ｂと反対側が反射面３２ｃとされており、出射面３２ｂには紙面垂直方向に延在する複数の突条３４が配列形成されており、反射面３２ｃは平坦面とされている。上記突条３４は、平坦部３４ａを天井部とし、その幅方向両側に第１斜面部（斜面部）３４ｂと第２斜面部３４ｃとが形成された断面略台形状であり、前記第１斜面部３４ｂは、水平基準面ｚに対して傾斜角θ２ を有して傾斜しており、第２斜面部３４ｃは傾斜角θ３ を有して傾斜して形成されている。また、第１斜面部３４ｂと第２斜面部３４ｃとは、バー導光体３２の法線に対して同一側に傾斜している。隣接する突条３４，３４間は、平坦面に形成された底面部３４ｄとされており、本実施形態の光源ユニット３０においては、前記第１、第２斜面部３４ｂ、３４ｃ以外の出射面３２ｂの平面領域は、突条３４の平坦部３４ａとともに水平基準面ｚと平行な平坦面となるように形成されている。
【００３５】
上記第１斜面部３４ｂの傾斜角θ２ は、図４に示す急斜面部１６ｂの傾斜角θ２ と同様に、第１斜面部３４ｂに入射する伝搬光に対して鈍角（θ４ ）を成す方向の反射光を生じさせる構成とされている。上記第２斜面部３４ｃの傾斜角θ３ は、４０°以上６０°以下の範囲とすることが好ましい。上記範囲とすることで、第１斜面部３４ｂから漏れ出る光が少なくなり、光源ユニット３０の輝度を高めることができる。また、突条３４の形成ピッチＰは０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下が好ましい。
【００３６】
バー導光体３２を構成する突条３４を上述した範囲に形成するならば、バー導光体３２内を伝搬する光を、ほぼ１００％の全反射によってロスなく導光板に向けて出射させることができ、明るく明瞭な表示が可能な液晶表示装置の実現に大いに寄与する。
【００３７】
上記構成を備えた本実施形態の光源ユニット３０によっても、第１斜面部３４ｂに入射する光を効率よく反射させて照明光とすることができるので、高輝度の照明光が得られる。また、前記第１斜面部３４ｂを透過して対向面３２ｃ側へ出射される光量が低減されるので、こうした光源ユニット３０を備えた照明装置を液晶表示装置に適用すれば、コントラストを低下させることがなく、高品位の表示を得ることができる。また、斜面部３４ｂ、３４ｃ以外の出射面３２ｂの平面領域が平坦面とされていることで、バー導光体３２内部を伝搬する光が斜面部以外の面から漏れ出にくい構造となっており、光源の利用効率を高めて照明光の輝度を向上させることができる。
【００３８】
上述した各実施形態の光源ユニット１１，３０においては、図４，６に示すバー導光体１３，３２における厚みＴ（突条１６，３４の頂点部、頂面部8と反射面１３ｂ，３２ｃとの間隔）は、バー導光体１３，３２の長手方向で一定とされ、突条１６，３４の急斜面部１６ｂおよび第１、第２斜面部３４ｂ、３４ｃの幅Ｌも出射面１３ａ，３２ｂの面内で一定とされているが、これらＴおよびＬを光源からの距離に応じて変化させれば、バー導光体の出射面から出射する光の照度を面内でより均一に揃え、ムラを無くすことができてより好ましい。
【００３９】
図７は、上述したバー導光体の厚みＴを光源からの距離に応じて変化させた実施形態の光源ユニットを示す断面図である。例えば液晶表示パネルに隣接して設置される導光板４０に向けて光を出射する光源ユニット４１は、前述した実施形態と同様にバー導光体４２と発光素子（光源）４３とから構成されている。バー導光体４２は、例えば、透明なアクリル樹脂などから構成された角棒状の透明部材であり、発光素子（光源）４３は、１つ、または複数のＬＥＤから構成され、例えば白色光を照射する点光源である。
【００４０】
バー導光体４２は、導光板４０の入射面４０ａに対面する側が出射面４２ａを成し、この出射面４２ａの反対側が反射面４２ｂを形成している。バー導光体４２の出射面４２ａには、複数の突条４４が互いに平行に平面視ストライプ状に形成されてプリズム形状を成しており、出射面４２ａと反対側の反射面４２ｂは平坦に形成されている。
【００４１】
バー導光体４２の出射面４２ａに形成された突条４４は、前述した各実施形態と同様に、出射面４２ａの水平基準面ｚに対して傾斜して形成された一対の斜面部により構成された縦断面くさび状のもので、これらの斜面部の一方が緩斜面部４４ａとされ、他方がこの緩斜面部４４ａよりも急な傾斜角度に形成された急斜面部（斜面部）４４ｂとされている。さらに、本実施形態においては、突条４４の頂点部と反射面４２ｂとの間隔で表現されるバー導光体４２の厚みを、バー導光体４２の長手方向Ａの位置によって変化させている。即ち、バー導光体４２の長手方向Ａの両端側では、厚みはＴ１として最小に形成され、そこからバー導光体４２の長手方向Ａの中央部に向かって、厚みがＴ２として最大に形成されている。
【００４２】
こうしたバー導光体４２の長手方向Ａの厚みの変化は、例えばＴ１が２．８ｍｍ程度、Ｔ２が３．０ｍｍ程度に設定され、その間が緩やかに盛り上がるように成型されれば良い。このように、バー導光体４２の長手方向Ａの厚みを発光素子（光源）４３からの距離に応じて変化させれば、出射面４２ａから導光板４０に向けて出射される光が、出射面４２ａの全幅に渡って照度を均一にすることができ、輝度ムラを無くすことが可能になる。
【００４３】
このような光源ユニット４１を用いて導光板４０から液晶パネルを照明すれば、バー導光体４２内を伝搬する光を、ほぼ１００％の反射率によってロスなく導光板４０に向けて出射させることができるので、液晶パネルの視認性向上に大いに寄与する。なお、本発明者は上記バー導光体４２の厚みを長手方向Ａで変化させることによって、光源ユニット４１の出射光量の均一化による輝度ムラ防止ができることを検証しており、後述の実施例に詳述している。
【００４４】
図８は、バー導光体における突条の急斜面部の幅Ｌを光源からの距離に応じて変化させた実施形態の光源ユニットを示す断面図である。例えば液晶表示パネルに隣接して設置される導光板５０に向けて光を出射する光源ユニット５１は、前述した実施形態と同様にバー導光体５２と発光素子（光源）５３とから構成されている。バー導光体５３は、例えば、透明なアクリル樹脂などから構成された角棒状の透明部材であり、発光素子（光源）５３は、１つ、または複数のＬＥＤから構成され、例えば白色光を照射する点光源である。
【００４５】
バー導光体５２は、導光板５０の入射面５０ａに対面する側が出射面５２ａを成し、この出射面５２ａの反対側が反射面５２ｂを形成している。バー導光体５２の出射面５２ａには、複数の突条５４が互いに平行に平面視ストライプ状に形成されてプリズム形状を成しており、出射面５２ａと反対側の反射面５２ｂは平坦に形成されている。
【００４６】
バー導光体５２の出射面５２ａに形成された突条５４は、前述した各実施形態と同様に、出射面５２ａの水平基準面ｚに対して傾斜して形成された一対の斜面部により構成された縦断面くさび状のもので、これらの斜面部の一方が緩斜面部５４ａとされ、他方がこの緩斜面部５４ａよりも急な傾斜角度に形成された急斜面部（斜面部）５４ｂとされている。
【００４７】
さらに、本実施形態においては、急斜面部（斜面部）５４ｂの幅を、バー導光体５２の長手方向Ａの位置によって変化させている。即ち、バー導光体５２の発光素子（光源）５３側では、急斜面部５４ｂの幅はＬ１として最小に形成され、発光素子５３に最も離れた側の急斜面部（斜面部）５４ｂの幅はＬ２として最大に形成され、急斜面部５４ｂの幅はＬ１からＬ２に向けて徐々に大きくなるように形成されている。これにより、急斜面部５４ｂの幅は発光素子（光源）５３から遠ざかるほど大きくなる。
【００４８】
こうしたバー導光体４２の長手方向Ａにおける急斜面部５４ｂの幅の変化は、例えばＬ１が１０μｍ程度、Ｌ２が５０μｍ程度に設定され、その間に形成される突条５４の急斜面部５４ｂの幅が徐々に大きくなるように成型されれば良い。このように、発光素子（光源）５３から遠ざかるほど急斜面部５４ｂの幅を徐々に大きくすることで、出射面５２ａから導光板５０に向けて出射される光が、出射面５２ａの全幅に渡って照度を均一にすることができ、輝度ムラを無くすことが可能になる。
【００４９】
このような光源ユニット５１を用いて導光板５０から液晶パネルを照明すれば、バー導光体５２内を伝搬する光を、ほぼ１００％の反射率によってロスなく導光板５０に向けて出射させることができるので、液晶パネルの視認性向上に大いに寄与する。なお、本発明者は突条５４の急斜面部５４ｂの幅を変化させることによって、光源ユニット５１の出射光量の均一化による輝度ムラ防止ができることを検証しており、後述の実施例に詳述している。
【００５０】
【実施例】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとするが、以下の実施例は本発明の技術範囲を限定するものではない。まず、第１の実施例として、図１、図２に示す第１実施形態と同様の構成のバー導光体１３を準備した。本発明のサンプルとして、バー導光体１３の緩斜面部１６ａの傾斜角θ１ を２．３°に設定し、急斜面部１６ｂの傾斜角θ２ を３５°〜５０°まで５°刻みで変化させた５個の測定サンプルと、傾斜角θ２ を６５°にした測定サンプルとを準備した。
【００５１】
一方、比較例として、特開２００２−３２４４２４号公報に示される、導光板の側端面（入射面）に臨む出射面と反対側の面に断面Ｖ字形状の溝を形成したバー導光体を従来の実施例のサンプルとして準備した。
【００５２】
こうして準備された本発明の実施例である６個のバー導光体１３と、従来のバー導光体に、同一輝度の光源からそれぞれ光を入射させ、出射された光の輝度を測定した。表１に、上述した第１の実施例の輝度測定の結果を示す。なお、輝度の項目は、従来の実施例のバー導光体からの出射光の輝度を１００とした場合の、各測定サンプルの輝度の比率を示している。
【００５３】
【表１】
表１から明らかなように、本発明のフロントライト（照明装置）のように、急斜面部１６ｂの傾斜角θ２ を４０°〜５５°に設定することによって、従来の構成のフロントライトに比較して、出射光の輝度を高められることが確認された。特に、傾斜角θ２ を４５°〜５０°に設定すると、従来の構成のフロントライトに比較して１．２倍の輝度の出射光が得られることが判明した。
【００５５】
次に、第２の実施例として、図６に示す第２実施形態と同様の構成のバー導光体３２を準備した。本発明のサンプルとして、バー導光体３２の第１斜面部３４ｂの傾斜角θ２ および第２斜面部３４ｃの傾斜角θ３ をそれぞれ３５°〜５０°まで５°刻みで変化させた５個の測定サンプルと、傾斜角θ２ ，θ３ を６５°にした測定サンプルとを準備した。
【００５６】
一方、比較例として、第１実施例同様に特開２００２−３２４４２４号公報に示される、導光板の側端面（入射面）に臨む出射面と反対側の面に断面Ｖ字形状の溝を形成したバー導光体を従来の実施例のサンプルとして準備した。
【００５７】
こうして準備された本発明の実施例である６個のバー導光体３２と、従来のバー導光体に、同一輝度の光源からそれぞれ光を入射させ、出射された光の輝度を測定した。表２に、上述した第２の実施例の輝度測定の結果を示す。なお、輝度の項目は、従来の実施例のバー導光体からの出射光の輝度を１００とした場合の、各測定サンプルの輝度の比率を示している。
【００５８】
【表２】
表２から明らかなように、本発明のフロントライト（照明装置）のように、バー導光体３２の第１斜面部３４ｂの傾斜角θ２ および第２斜面部３４ｃの傾斜角θ３ をそれぞれ４０°〜５５°に設定することによって、従来の構成のフロントライトに比較して、出射光の輝度を高められることが確認された。特に、傾斜角θ２ ，θ３ を４５°〜５０°に設定すると、従来の構成のフロントライトに比較して約１．２倍程度の輝度の出射光が得られることが判明した。
【００６０】
第３の実施例として、図７に示す第３実施形態と同様の構成のバー導光体４２を準備した。本発明のサンプルとして、バー導光体４２の最大厚みＴ２を３．０ｍｍに設定し、最小厚みＴ１を２．９５ｍｍ，２．８０ｍｍ，２．５０ｍｍにそれぞれ設定した３個の測定サンプルを準備した。
【００６１】
一方、比較例としては、上述した各実施例のごとく、特開２００２−３２４４２４号公報に示される断面Ｖ字形状の溝を形成したバー導光体を従来の実施例のサンプルとして準備した。
【００６２】
こうして準備された本発明の実施例である３個のバー導光体４２と、従来のバー導光体に、同一輝度の光源からそれぞれ光を入射させ、出射された光の輝度および輝度ムラを測定した。表３に、上述した第３の実施例の輝度および輝度ムラ測定の結果を示す。なお、輝度の項目は、従来の実施例のバー導光体からの出射光の輝度を１００とした場合の、各測定サンプルの輝度の比率を示し、輝度ムラの項目は、出射光の輝度の最小値を最大値で割って１００を掛けた百分率である。
【００６３】
【表３】
表３から明らかなように、本発明のフロントライト（照明装置）のように、バー導光体４２の厚みを変化させることによって、従来の構成のフロントライトに比較して、出射光の輝度を高め、かつ輝度ムラを低減できることが確認された。特に、最大厚みＴ２が３．０ｍｍの時に、最小厚みＴ１を２．８０ｍｍ〜２．５０ｍｍに設定すると、従来の構成のフロントライトに比較して１．１倍の輝度の出射光が得られることが判明した。また、最小厚みＴ１が２．８０ｍｍ付近では、輝度ムラが大幅に改善されていることが判明した。
【００６５】
更に、第４の実施例として、図８に示す第４実施形態と同様の構成のバー導光体５２を準備した。本発明のサンプルとして、バー導光体５２の急斜面部５４ｂの最小幅はＬ１を１０μｍに設定し、急斜面部５４ｂの最大幅Ｌ２を３０μｍ，５０μｍ，７０μｍにそれぞれ設定した３個の測定サンプルを準備した。
【００６６】
一方、比較例としては、上述した各実施例のごとく、特開２００２−３２４４２４号公報に示される断面Ｖ字形状の溝を形成したバー導光体を従来の実施例のサンプルとして準備した。
【００６７】
こうして準備された本発明の実施例である３個のバー導光体５２と、従来のバー導光体に、同一輝度の光源からそれぞれ光を入射させ、出射された光の輝度および輝度ムラを測定した。表４に、上述した第４の実施例の輝度および輝度ムラ測定の結果を示す。なお、輝度の項目は、従来の実施例のバー導光体からの出射光の輝度を１００とした場合の、各測定サンプルの輝度の比率を示し、輝度ムラの項目は、出射光の輝度の最小値を最大値で割って１００を掛けた百分率である。
【００６８】
【表４】
表４から明らかなように、本発明のフロントライト（照明装置）のように、バー導光体５２の急斜面部５４ｂの幅を光源から遠ざかるにつれて大きくすることによって、従来の構成のフロントライトに比較して、出射光の輝度を高め、かつ輝度ムラを低減できることが確認された。特に、急斜面部５４ｂの最大幅Ｌ２を大きく設定するほど、従来の構成のフロントライトに比較して輝度も大きくなることが判明した。また、急斜面部５４ｂの最大幅Ｌ２が５０μｍ付近では、輝度ムラが大幅に改善されていることが判明した。
【００７０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の光源ユニットによれば、バー導光体内に導入されて伝搬する光を、ほぼ１００％の反射率によってロスなく出射させることができる。出射面から照射される光の照度の向上に大いに寄与する。前記プリズム形状を前記出射面に形成した複数の突条により構成し、前記突条の前記伝搬光の進行方向側に急斜面部を形成し、前記急斜面部に入射する伝搬光の進行方向と、前記急斜面部から出射される反射光の進行方向との成す角度とを鈍角に形成し、緩斜面部の傾斜角度θ１を０．５゜以上５゜以下、急斜面部の傾斜角度θ２を４０°以上５５°以下に設定し、突条を前記光源から離れるにつれて前記急斜面部の傾斜角度が大きくされてなるようにすれば、前記斜面部で反射される光量が増加し、出射面から出射される光量を増加させることができる。
【００７１】
前記光源から離れるにつれて前記斜面部の傾斜角度を大きくなるように形成するので、出射面から出射される光が、出射面の全幅に渡って照度を均一にすることができ、輝度ムラを無くすことが可能になる。
【００７３】
上述した光源ユニットを、光源ユニットから出射された光を伝搬して被照明物に照射する導光板を備えた照明装置に適用すれば、照明装置から出射される光の照度の向上に大いに寄与する。また、この照明装置を単純マトリクス型あるいはアクティブマトリクス型の液晶表示装置に適用すれば、液晶パネルの照明ムラを低減し、視認性に優れた鮮明な表示が可能な液晶表示装置の実現に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の光源ユニットを備えた液晶表示装置を示す斜視図である。
【図２】 図２は、図１に示す液晶表示装置の断面構成図である。
【図３】 図３は、図２に示す光源ユニットを説明するための断面図である。
【図４】 図４は、図３に示す光源ユニットの導光状態を説明するための部分断面図である。
【図５】 図５は、図４に示す突条による伝搬光の反射状態を説明するための拡大断面図である。
【図６】 図６は、本発明に係る光源ユニットの第２の実施形態を示す断面図である。
【図７】 図７は、本発明に係る光源ユニットの第３の実施形態を示す断面図である。
【図８】 図８は、本発明に係る光源ユニットの第４の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
９ 液晶表示装置
１０ フロントライト
１１ 光源ユニット
１３ バー導光体
１３ａ 出射面
１３ｃ 入射面
１５ 発光素子（光源）
１６ 突条
１６ａ 緩斜面部（斜面部）
１６ｂ 急斜面部（斜面部）
Claims (5)
- 光源と、該光源の光を側端の入射面から内部に導入し、出射面から均一な照度で出射させるバー導光体とを有し、該出射面に隣接して配置されて被照明物を照らす導光板に向けて光を供給する光源ユニットであって、
前記バー導光体の出射面には、該バー導光体内部の伝搬光を反射および出射させるためのプリズム形状が形成され、前記バー導光体の出射面と反対側には平坦な反射面が形成されるとともに、
前記プリズム形状は、前記出射面に形成した複数の断面視くさび状の突条により構成され、前記突条が急斜面部と緩斜面部からなり、前記急斜面部と緩斜面部のうち、突条の前記伝搬光の進行方向側に急斜面部が形成され、前記急斜面部に入射する伝搬光の進行方向と、前記急斜面部から出射される反射光の進行方向との成す角度が鈍角とされ、前記急斜面部の内面は、前記出射面の外面側を向くように形成され、前記平坦な反射面に平行な基準面に対し、前記緩斜面部のなす角度をθ１とし、前記急斜面部のなす角度をθ２として、前記緩斜面部の傾斜角度θ１が０．５゜以上５゜以下とされ、前記急斜面部の傾斜角度θ２が４０°以上５５°以下に設定され、前記突条は前記光源から離れるにつれて前記急斜面部の傾斜角度が大きくされてなることを特徴とする光源ユニット。 - 前記突条のピッチが０．１ｍｍ以上０.４ｍｍ以下とされてなることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
- 前記急斜面部の傾斜角度θ２が４５°以上５０°以下に設定されたことを特徴とする請求項１または２に記載の光源ユニット。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の光源ユニットと、該光源ユニットから出射された光を伝搬して被照明物に照射する導光板とを備えたことを特徴とする照明装置。
- 請求項４に記載の照明装置と、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。
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