JP2008084870A - 照明パネルおよびそれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶表示パネルの裏面側に配置されるバックライトとしての照明パネルの光利用効率を良くし、輝度を高める。
【解決手段】 照明パネルの導光板３２の表面は出射面３３とされ、裏面は光学面３５とされている。光学面３５は、入射面側（図３では左側）からその反対側に向かって曲面３５ａ、平面３５ｂおよび傾斜面３５ｃの順で連続して設けられた１組の光学要素が多数連続して設けられた構造となっている。平面３５ｂは出射面１３と平行な面となっている。傾斜面３５ｃの同一組の平面３５ｂに対する高さＨは、入射面３４側からその反対側に向かうに従って漸次高くなっている。そして、代表として矢印Ａ、Ｂ、Ｃで示す光は、最終的には、いずれかの傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射される。
【選択図】 図３

Description

この発明は照明パネルおよびそれを用いた表示装置に関する。

例えば、液晶表示装置は、液晶表示パネル自体が自己発光能力を有していないため、液晶表示パネルの裏面側にバックライトとして照明パネルが配置されている。図１３は従来のこのような液晶表示装置の一例の一部の側面図を示したものである。この液晶表示装置は、液晶表示パネル１と、その観察する側の表面とは反対側の裏面に配置された照明パネル１１とを備えている。

液晶表示パネル１は、表面側ガラス基板２と裏面側ガラス基板３とがほぼ方形枠状のシール材（図示せず）を介して貼り合わされ、両ガラス基板２、３とシール材とにより囲まれた空間に液晶（図示せず）が封入され、表面側ガラス基板２の表面に表面側偏光板４が貼り付けられ、裏面側ガラス基板３の裏面に裏面側偏光板５が貼り付けられた構造となっている。

照明パネル１１は、液晶表示パネル１の裏面側に設けられた導光板１２を備えている。導光板１２は、平面方形状であって、液晶表示パネル１と対向する表面を光が出射する出射面１３とされ、所定の一端面（図１３では左端面）を光が入射する入射面１４とされ、出射面１３に対して裏側の裏面を入射面１４側からその反対側に向かうに従って導光板１２の厚さが漸次薄くなるように傾斜された傾斜面１５とされた構造となっている。

導光板１２の傾斜面１５には反射板１６が貼り付られている。導光板１２の入射面１４と対向する位置には冷陰極管（光源）１７が設けられている。冷陰極管１７を覆う反射シート１８の一端部は導光板１２の入射面１４側の表面に貼り付けられ、他端部は反射板１６の入射面１４側の裏面に貼り付けられている。

そして、冷陰極管１７から出た光および反射シート１８によって反射された光は、導光板１２の入射面１４に入射される。この入射光は、導光板１２内を入射面１４側からその反対側に向かって進行し（導光され）、反射板１６によって反射され、導光板１２の出射面１３から出射されて液晶表示パネル１の裏面に入射され、液晶表示パネル１をその裏面側から照射する。すると、液晶表示パネル１の表面から液晶表示パネル１の表示駆動に応じた画像光が出射される。

ところで、上記従来の液晶表示装置では、導光板１２の出射面１３から発せられる光量を均一化して、液晶表示パネル１の表面から発せられる輝度分布を均一化することができるようになっている。次に、これに説明する。導光板１２の傾斜面１５には、黒色のインクによる多数の点状の調光パターンが、その点状の黒色パターン密度が入射面１４側からその反対側に向かうに従って漸次小さくなるように、設けられている。

これにより、導光板１２内を進行する光を反射板１６で導光板１２の傾斜面１５側から出射面１３側に向けて反射させるとともに、冷陰極管１７から遠ざかるにつれて光量が減少しても、点状の黒色パターン密度が小さくなることにより、導光板１２の出射面１３から発せられる光量が均一化される。

しかしながら、上記従来の液晶表示装置では、導光板１２の傾斜面１５に黒色のインクによる多数の点状の調光パターンを設けているため、この調光パターンに光が吸収され、光利用効率が悪く、輝度が低下するという問題があった。
この発明の課題は、光利用効率を良くすることである。

請求項１に記載の発明に係る照明パネルは、入射面と、出射面と、前記入射面から入射された光を前記出射面側に向けて反射する傾斜面を含む複数の光学要素からなる光学面を有する導光板と、該導光板の入射面に対向して配置された光源とを備え、前記導光板の各傾斜面はその長手方向に波形形状となっていることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１に記載の発明において、前記各光学要素は、さらに、前記入射面に入射された光の一部を前記入射面側とは反対側に向けて前記出射面と平行な面に対して該平行面に沿うような低角度で反射する曲面を含むことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明に係る照明パネルは、請求項２に記載の発明において、前記各光学要素の曲面は前記出射面側と反対方向に向けて漸次下降する曲面であることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明に係る照明パネルは、請求項４に記載の発明において、前記各光学要素の曲面は断面円弧状であることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明に係る照明パネルは、請求項２に記載の発明において、前記各光学要素は、前記曲面と前記傾斜面との間に平面が設けられていることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明に係る表示装置は、表示パネルの裏面側に照明パネルが配置された表示装置において、前記照明パネルは、入射面と、出射面と、前記入射面から入射された光を前記出射面側に向けて反射する傾斜面を含む複数の光学要素からなる光学面を有する導光板と、該導光板の入射面に対向して配置された光源とを備え、前記導光板の各傾斜面はその長手方向に波形形状となっていることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明に係る表示装置は、請求項６に記載の発明において、前記導光板の裏面に反射層が設けられていることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明に係る表示装置は、請求項７に記載の発明において、前記反射層は前記導光板の裏面に設けられた金属膜からなることを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明に係る表示装置は、表示パネルの表面側に照明パネルが配置され、前記表示パネル内またはその裏面側に反射手段が設けられた液晶表示装置において、前記照明パネルは、入射面と、出射面と、前記入射面から入射された光を前記出射面側に向けて反射する傾斜面を含む複数の光学要素からなる光学面を有する導光板と、該導光板の入射面に対向して配置された光源とを備え、前記導光板の各傾斜面はその長手方向に波形形状となっていることを特徴とするものである。
請求項１０に記載の発明に係る表示装置は、請求項９に記載の発明において、前記各光学要素は、さらに、前記入射面に入射された光の一部を前記入射面側とは反対側に向けて前記出射面と平行な面に対して該平行面に沿うような低角度で反射する曲面を含むことを特徴とするものである。
請求項１１に記載の発明に係る表示装置は、請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記各光学要素の曲面は前記出射面側と反対方向に向けて漸次下降する曲面であることを特徴とするものである。
請求項１２に記載の発明に係る表示装置は、請求項１１に記載の発明において、前記各光学要素の曲面は断面円弧状であることを特徴とするものである。
請求項１３に記載の発明に係る表示装置は、請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記各光学要素は、前記曲面と前記傾斜面との間に平面が設けられていることを特徴とするものである。
請求項１４に記載の発明に係る表示装置は、請求項１３に記載の発明において、前記光学要素の前記傾斜面の高さは前記入射面側に位置するものよりもその反対側に位置するものの方が大きくなっていることを特徴とするものである。
請求項１５に記載の発明に係る表示装置は、請求項１４に記載の発明において、前記光学要素の前記傾斜面の高さは前記入射面側からその反対側に向かうに従って漸次大きくなっていることを特徴とするものである。
請求項１６に記載の発明に係る表示装置は、請求項１５に記載の発明において、前記入射面側からｎ番目の前記光学要素の傾斜面の前記平面に対する高さはａｎ（ｎ＋１）／２（ただし、ａは任意の数）であることを特徴とするものである。
請求項１７に記載の発明に係る表示装置は、請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記導光板の厚さは、前記入射面側からその反対側に向かうに従って漸次厚くなった後に漸次薄くなっていることを特徴とするものである。
請求項１８に記載の発明に係る表示装置は、請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記各導光要素の前記傾斜面の前記出射面と平行な面に対する傾斜角度は４０〜５０°程度であることを特徴とするものである。
請求項１９に記載の発明に係る表示装置は、請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記各導光要素の前記傾斜面の前記出射面と平行な面に対する傾斜角度は４０〜５０°程度の範囲内において前記入射面側からその反対側に向かうに従って漸次大きくなっていることを特徴とするものである。
請求項２０に記載の発明に係る表示装置は、請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記各光学要素の長さは同じであることを特徴とするものである。
請求項２１に記載の発明に係る表示装置は、請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記各光学要素の長さは少なくともその一部が異なっていることを特徴とするものである。
請求項２２に記載の発明に係る表示装置は、請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記各光学要素の長さは２０〜５００μｍ程度であることを特徴とするものである。
請求項２３に記載の発明に係る表示装置は、請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記曲面の曲率半径は０．１〜２．０ｍｍ程度であることを特徴とするものである。
請求項２４に記載の発明に係る表示装置は、請求項６〜２３のいずれかに記載の発明において、前記光源は点光源であることを特徴とするものである。
請求項２５に記載の発明に係る表示装置は、請求項２４に記載の発明において、前記点光源は複数であることを特徴とするものである。
請求項２６に記載の発明に係る表示装置は、請求項２５に記載の発明において、前記点光源は赤色発光、緑色発光および青色発光の３つの点光源からなることを特徴とするものである。
請求項２７に記載の発明に係る表示装置は、請求項２６に記載の発明において、フィールドシーケンシャル表示手段との組み合わせによりカラー表示を行うことを特徴とするものである。

この発明によれば、導光板の各傾斜面をその長手方向に波形形状とすることにより、光源が発光ダイオード等の点光源であり、導光板の入射面を均一に照射することができなくても、結果的には、導光板の出射面からその垂直な方向に出射させることができ、従って、光利用効率を良くすることができる。

図１はこの発明の第１実施形態としての液晶表示装置の要部の側面図を示したものである。この液晶表示装置は、液晶表示パネル２１と、その観察する側の表面とは反対側の裏面に配置された照明パネル３１と、両パネル２１、３１間に配置された拡散板４１とを備えている。

液晶表示パネル２１は、表面側ガラス基板２２と裏面側ガラス基板２３とがほぼ方形枠状のシール材（図示せず）を介して貼り合わされ、両ガラス基板２２、２３とシール材とにより囲まれた空間に液晶（図示せず）が封入され、表面側ガラス基板２２の表面に表面側偏光板２４が貼り付けられ、裏面側ガラス基板２３の裏面に裏面側偏光板２５が貼り付けられた構造となっている。

液晶表示パネル２１は、アクティブマトリクス型、単純マトリクス型、セグメント型等のいずれであってもよく、また、その表示方式も、ＴＮ（ツィステッドネマティック）方式、ＳＴＮ（スーパーツィステッドネマティック）方式、ＥＣＢ（複屈折効果）方式、動的散乱効果方式、強誘電性液晶を用いる方式等の光の透過率を制御する方式であればいずれであってもよい。

照明パネル３１は、液晶表示パネル２１の裏面側に設けられた導光板３２を備えている。導光板３２は、平面方形状であって、液晶表示パネル２１と対向する表面を光が出射する出射面３３とされ、所定の一端面（図１では左端面）を光が入射する入射面３４とされ、出射面３３と対向する表面が光学面３５とされている。この光学面３５は、図１に示すように、全体的には、出射面３３に対して裏側の裏面を基本的には入射面３４側からその反対側に向かうに従って導光板３２の厚さが漸次厚くなった後に漸次薄くなるように湾曲された、所謂、船底型のプロファイルを有するものであるが、この光学面３５の形状が、本発明の最大の特徴をなすものであって、その詳細は後述する。

導光板３２の光学面３５には反射板３６が貼り付られている。導光板３２の入射面３４と対向する位置には冷陰極管（光源）３７が設けられている。冷陰極管３７を覆う反射シート３８の一端部は導光板３２の入射面３４側の表面に貼り付けられ、他端部は反射板３６の入射面３４側の裏面に貼り付けられている。

次に、導光板３２の光学面３５について、図２を参照して説明する。光学面３５は、入射面３４側（図２では左側）からその反対側に向かって曲面３５ａ、平面３５ｂおよび傾斜面３５ｃの順で連続して設けられた１組の光学要素が多数連続して設けられた面となっている。平面３５ｂは出射面３３と平行な面となっている。

曲面３５ａ、平面３５ｂおよび傾斜面３５ｃからなる１組の光学要素の長さは２０〜５００μｍ程度とされ、入射面３４から遠ざかるにつれて漸次大きくすると透過効率が良好となるが、生産性の面から、同一の寸法に設定しても実用上は殆ど問題はない。傾斜面３５ｃの平面３５ｂに対する傾斜角度は同一であり、４０〜５０°程度の範囲の適切な範囲に設定される。傾斜面３５ｃの平面３５ｂに対する高さＨは、入射面３４側からその反対側に向かうに従って漸次大きくなっている。傾斜面３５ｃの高さＨは、典型的には、最大で２０〜５０μｍ程度であるが、導光板３２の平面サイズにより適切な値に設定されるもので、この値に限定されるものではない。

曲面３５ａの長さは同じである。平面３５ｂの長さは、入射面３４側からその反対側に向かうに従って漸次短くなっている。すなわち、平面３５ｂの長さは、傾斜面３５ｃの高さＨが高くなるにつれ、短くなっている。

各光学要素は、導光板３２の入射面３４側から、曲面３５ａ、平面３５ｂおよび傾斜面３５ｃの順で配列され、その曲面３５ａは、その入射面３４側（図２の左側）の隣の光学要素の傾斜面３５ｃに連続して設けられている。曲面３５ａは、限定する意味ではないが、典型的には、その断面が円弧状とされ、その曲率半径は、例えば、０．１〜２．０ｍｍ程度となっている。このように、曲面３５ａは、図２において右下がりとなっている。

ここで、一例として、入射面３４側からｎ番目の、傾斜面３５ｃの平面３５ｂに対する高さＨは、ａｎ（ｎ＋１）／２（ただし、ａは任意の数、ｎは自然数で入射面３４側の最初の傾斜面３５ｃは１である。）となっている。このように、傾斜面３５ｃの平面３５ｂに対する高さＨを入射面３４側からその反対側に向かうに従って漸次高くすることにより、出射面３３における明るさの均一性を図ることが可能となっており、さらに、上述の如く、光学面３５を、図１に示すように、入射面３４側からその反対側に向かうに従って導光板３２の厚さが漸次厚くなった後に漸次薄くなるように湾曲された、船底型となしているのも出射面３３における明るさの均一性をより向上するためである。

また、図１において、入射面３４の出射面３３に対する角度は、通常、９０°とすればよい。しかしながら、光取込み効率をより良好なものとするためにこの角度を９０°よりもやや小さくしてもよい。すなわち、入射面３４から導光板３２に入射された光が直進して入射面３４と反対側の光学面３５の傾斜面３５ｃにて直接反射されるようにすると、その領域のみが明るくなり、他の領域が暗くなるので、入射光が、出射面３３および光学面３５の曲面３５ａと平面３５ｂで反射を繰り返しながら進行するよう、入射面３４を出射面３３に対して、多少、角度をもたせると光取込み効率が向上する。通常、この角度は、８０°以上９０°未満とされるが、逆に、１００°以下９０°未満としてもよく、要は、冷陰極管３７から導光板３２に入射された光が導光板３２の傾斜面３５ｃで直接反射される確率が低減されるようにすればよい。

以上のような構造の導光板３２は、アクリル樹脂等の光透過性の高い透明な樹脂を材料とした射出（圧縮）成形により製造することができる。また、図１に示す反射板（反射層）３６は、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ等からなる金属板を導光板３２の光学面３５にその基本的な側面形状に沿う形状に湾曲させて貼り付けてもよいが、導光板３２の光学面３５にＡｌ、Ａｇ、Ｃｒ等を蒸着してなる金属膜によって形成するようにしてもよい。

ここで、この実施形態の液晶表示装置は透過兼反射型であるので、透過型として使用する場合と反射型として使用する場合における主として導光板３２の作用について、図３および図４を参照して説明する。ただし、図３および図４では、導光板３２の厚さは適当としており、また図１に示す反射板３６は省略している。

まず、この実施形態の液晶表示装置を透過型として使用する場合には、図３において代表として矢印Ａ、Ｂ、Ｃで示すように、図１に示す入射面３４に入射された光が導光板３２内を進行する。このうちの矢印Ａで示す光は、傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３にほぼ垂直な方向に角度変換され、出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射される。

矢印Ｂで示す光は、出射面３３で反射され、曲面３５ａに入射される。この場合、曲面３５ａは出射面３３と平行ではなく、図３において右下がりとなっているので、曲面３５ａに入射された光は、入射方向よりも浅い角度となるように反射され、換言すれば、出射面３３または平面３５ｂと平行な方向に近づいて進行する。このため、矢印Ｂで示す光は各光学要素の傾斜面３５ｃに当たるようになる。

このように、各光学要素に入射面３４と反対側に向かって下降する曲面３５ａを設けているのは、各光学要素の入射面３４に入射された矢印Ｂの光を進行方向に平行な方向に近づけて傾斜面３５ｃに確実に入射させるためである。そして、傾斜面３５ｃに入射された光は、当該傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３にほぼ垂直な方向に角度変換され、出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射される。

矢印Ｃで示す光は、平面３５ｂでの反射と出射面３３での反射の繰り返しにより、導光板３２内を入射面３４側とは反対側につまり図３において右方向に進行する。そして、この進行する光は、最終的には、矢印Ａで示す光の場合と同様に、傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射されるか、あるいは、矢印Ｂで示す光の場合と同様に、曲面３５ａで反射された後に同一組の傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射される。

このように、矢印Ａ、Ｂ、Ｃで示す光は、最終的には、いずれかの傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射される。従って、図１に示す入射面３４に入射された光のほとんどすべては、最終的には、いずれかの傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射される。

しかも、この場合、各光学要素の傾斜面３５ｃの平面３５ｂに対する高さＨは、図１に示す入射面３４側の反対側に向かうに従って漸次高くなっている。従って、傾斜面３５ｃの面積は、入射面３４側からその反対側に向かうに従って漸次大きくなっている。

これにより、入射面３４から遠ざかるにつれて光量が減少しても、傾斜面３５ｃの面積が大きくなることにより、出射面３３から発せられる光量が均一化される。しかも、この場合、入射面３４に入射された光のほとんどすべてをいずれかの傾斜面３５ｃで反射させて出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射させているので、光利用効率を良くし、輝度を高めることができる。

一方、この実施形態の液晶表示装置を反射型として使用する場合には、図４において代表として矢印Ｄ、Ｅ、Ｆで示すように、自然光や室内光等の外光が出射面３３に入射される。ただし、この場合、出射面３３での屈折は無視する。また、矢印Ｄ、Ｅ、Ｆで示す外光は、互いに平行な光であり、図４において右上から左下に向かって出射面３３に対して入射角ｄで入射する光である。

さて、矢印Ｄで示す外光は、平面３５ｂで反射され、出射面３３から出射される。この場合、平面３５ｂでの反射は正反射である。従って、矢印Ｄで示す外光は、平面３５ｂに対して入射角ｄで入射し、反射角ｄで反射され、その反射角度は２ｄである。

矢印Ｅで示す外光は、曲面３５ａのうちの図４において右側で反射され、出射面３３から出射される。この場合、曲面３５ａは図４において右下がりとなっているので、曲面３５ａでの反射角ｅは平面３５ｂでの反射角２ｄよりも小さくなる。

矢印Ｆで示す光は、曲面３５ａのうちの図４において左側で反射され、出射面３３から出射される。この場合も、曲面３５ａは図４において右下がりとなっているが、曲面３５ａの各点における接線の平面３５ｂに対する角度が図４において左側に向かうに従って漸次大きくなるので、曲面３５ａの左側での反射角ｆは曲面３５ａの右側での反射角ｅよりも小さくなる。

このように、図４において右上から左下に向かって互いに平行して出射面３３に入射する矢印Ｄ、Ｅ、Ｆで示す外光は、正反射されるかこの正反射のときの反射角度よりも小さい反射角度で反射されて出射面３３から出射される。この場合、曲面３５ａでの反射角度は図４において左側に向かうに従って漸次小さくなるので、曲面３５ａで反射されて出射面３３から出射される外光の出射面３３の法線に対する角度は図４において左側に向かうに従って漸次小さくなる。

従って、出射面３３に入射される矢印Ｄ、Ｅ、Ｆで示す外光が互いに平行であっても、出射面３３から出射される矢印Ｄ、Ｅ、Ｆで示す外光は、出射面３３に垂直な方向に対して図２のやや左側に集光される。

次に、図１に示す液晶表示装置を透過型として使用する場合について説明する。冷陰極管３７を点灯させると、冷陰極管３７から出た光および反射シート３８によって反射された光は、導光板３２の入射面３４に入射される。この入射光は、図３において代表として矢印Ａ、Ｂ、Ｃで示すように、導光板３２内を進行する。

そして、矢印Ａ、Ｂ、Ｃで示す光は、上述の如く、最終的には、いずれかの傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射される。従って、入射面３４に入射された光のほとんどすべては、最終的には、いずれかの傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射される。

しかも、この場合、図２に示すように、傾斜面３５ｃの同一組の平面３５ｂに対する高さＨは、入射面３４側からその反対側に向かうに従って漸次高くなっている。従って、傾斜面３５ｃの面積は、入射面３４側からその反対側に向かうに従って漸次大きくなっている。

これにより、冷陰極管３７から遠ざかるにつれて光量が減少しても、傾斜面３５ｃの面積が大きくなることにより、出射面３３から発せられる光量が均一化される。しかも、この場合、入射面３４に入射された光のほとんどすべてをいずれかの傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射させているので、光利用効率を良くし、輝度を高めることができる。

導光板３２の出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射された光は、拡散板４１を透過しつつ拡散された後に液晶表示パネル２１の裏面に入射され、液晶表示パネル２１をその裏面側から照射する。すると、液晶表示パネル２１の表面から液晶表示パネル２１の表示駆動に応じた画像光が出射される。

以上のように、図１に示す液晶表示装置を透過型として使用する場合、照明パネル３１による光利用効率を良くし、輝度を高めることができる上、輝度を均一にすることができるので、表示品質を向上することができる。

一方、この液晶表示装置を反射型として使用する場合には、冷陰極管３７を点灯させず、外光を利用する。すなわち、液晶表示パネル２１の表面にその表面側から入射された外光は、液晶表示パネル２１を透過し、拡散板４１を透過しつつ拡散され、導光板３２の出射面３３に入射され、反射板３６で反射される。

この反射光は、上記とは逆に、導光板３２の出射面３３から出射され、拡散板４１を透過しつつ拡散され、液晶表示パネル２１の裏面に入射され、液晶表示パネル２１をその裏面側から照射する。すると、液晶表示パネル２１の表面から液晶表示パネル２１の表示駆動に応じた画像光が出射される。

ここで、この液晶表示装置を反射型として実際に使用する場合について説明する。実際の使用状態では、液晶表示パネル２１の画面の上端側が図１の右端側であると、一般に、図１の右上から左下に向かってくる外光を主として取込むように液晶表示パネル２１を傾け、液晶表示パネル２１の画面の正面方向つまり画面に垂直な方向あるいはそれよりもやや下側（図１では左側）の方向から画面を目視することが多い。

そこで、図１の右上から左下に向かってくる外光を主として取込むように液晶表示パネル２１を傾けると、液晶表示パネル２１および拡散板４１をそのまま透過した外光は、図４において代表として矢印Ｄ、Ｅ、Ｆで示すように、導光板３２の出射面３３に入射される。ただし、この場合も、出射面３３での屈折は無視する。また、矢印Ｄ、Ｅ、Ｆで示す外光は、互いに平行な光である。

導光板３２の出射面３３に入射された矢印Ｄ、Ｅ、Ｆで示す外光は、上述の如く、正反射されるかこの正反射のときの反射角度よりも小さい反射角度で反射されて出射面３３から出射される。この場合、曲面３５ａでの反射角度は図４において左側に向かうに従って漸次小さくなるので、曲面３５ａで反射されて出射面３３から出射される外光の出射面３３の法線に対する角度は図４において左側に向かうに従って漸次小さくなる。

従って、出射面３３に入射される矢印Ｄ、Ｅ、Ｆで示す外光が互いに平行であっても、出射面３３から出射される矢印Ｄ、Ｅ、Ｆで示す外光は、出射面３３に垂直な方向に対して図４のやや左側に集光される。そして、これらの外光が拡散板４１および液晶表示パネル２１をそのまま透過すると、液晶表示パネル２１の画面の正面方向つまり画面に垂直な方向よりもやや下側（図１では左側）の方向に画像光が集光されて出射される。

このように、この液晶表示装置を反射型として実際に使用するとき、図１の右上から左下に向かってくる外光を基にして、液晶表示パネル２１の画面の正面方向つまり画面に垂直な方向よりもやや下側（図１では左側）の方向に画像光を集光させて出射することができる。この場合の画像光の出射方向は目視方向であり、従って明るい画像が得られる。

ところで、拡散板４１は、透過型として使用するときも反射型として使用するときも、透過光および反射光の面内均一性を向上し、これにより視野角を調整し、また反射型として使用するとき、二重写りを軽減するためのものである。

なお、拡散板４１の表面をフィラー材料等により凸凹形状とした場合には、この凸凹形状により、外光を取り込む入射角度および入射範囲が全方位に広がり、高い拡散性から二重写りをより一層軽減することができる。

また、拡散板４１を用いずに、液晶表示パネル２１の裏面側偏光板２５を裏面側ガラス基板２３に貼り付けるための粘着剤中に接着剤と屈折率の異なるフィラーを混入し、粘着剤に拡散機能を持たせるようにしてもよい。また、このような拡散機能を有する粘着剤を用い、且つ、拡散板４１を用いるようにしてもよい。

また、一般的な拡散板４１の代わりに、図５に示すような透過兼拡散板４２を用いるようにしてもよい。この透過兼拡散板４２は、無色の透明樹脂等からなる透過層４３と白色の透明樹脂等からなる拡散層４４とが交互に配置されたものからなっている。

この場合、透過兼拡散板４２の厚さは一定であるが、透過層４３および拡散層４４は共に透過兼拡散板４２の板面に対して同一方向に（この場合、図５において右上側から左下側に向かって）適宜に傾斜されている。また、図５において拡散層４４の右上部とその右側の拡散層４４の左下部とは左右方向において接しているか重なっている。

そして、図３に示すように、透過型として使用するとき、導光板３２の出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射された光は、図５において矢印で示すように（ただし、透過兼拡散板４２の表面での屈折は無視する。）、透過兼拡散板４２の拡散層４４で拡散されて透過兼拡散板４２の表面から出射される。

この場合、図５において拡散層４４の右上部とその右側の拡散層４４の左下部とは左右方向において接しているか重なっているので、導光板３２の出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射された光のすべては、透過兼拡散板４２のいずれかの拡散層４４で確実に拡散される。

一方、反射型として使用するとき、図６において実線の矢印で示すように（ただし、透過兼拡散板４２の表面および裏面での屈折は無視する。）、右上から左下に進行して来た外光は、透過兼拡散板４２の透過層４３を透過する。

この透過光は、図４において矢印で示すように、導光板３２の光学面３５で反射される。この反射光は、図６において点線の矢印で示すように（ただし、透過兼拡散板４２の裏面および表面での屈折は無視する。）、透過兼拡散板４２の拡散層４４で拡散されて透過兼拡散板４２の表面から出射される。

この場合も、図６において拡散層４４の右上部とその右側の拡散層４４の左下部とは左右方向において接しているか重なっているので、導光板３２の出射面３３から出射された光のすべては、透過兼拡散板４２のいずれかの拡散層４４で確実に拡散される。

ここで、導光板３２の光学面３５は、図２に示すものに限定されるものではない。例えば、図２を参照して説明すると、各光学要素の傾斜面３５ｃの平面３５ｂに対する傾斜角度は、４０〜５０°程度の範囲内において、入射面３４側からその反対側に向かうに従って漸次大きくなるようにしてもよい。

また、曲面３５ａ、平面３５ｂおよび傾斜面３５ｃからなる各光学要素の長さは異なるようにしてもよい。例えば、曲面３５ａおよび平面３５ｂの長さを一定とし、傾斜面３５ｃの高さＨが異なることにより、曲面３５ａ、平面３５ｂおよび傾斜面３５ｃからなる１組の光学要素の長さが異なるようにしてもよい。ただし、この場合も、曲面３５ａ、平面３５ｂおよび傾斜面３５ｃからなる１組の光学要素の長さは２０〜５００μｍ程度の範囲内とする。

なお、上記第１実施形態では、図１に示すように、液晶表示パネル２１の裏面側に照明パネル３１を配置し、両パネル２１、３１間に拡散板４１を配置した場合について説明したが、これに限らず、図７に示すこの発明の第２実施形態のように、液晶表示パネル２１の表面側に照明パネル３１を配置し、両パネル２１、３１間に拡散板４１を配置するようにしてもよい。

ただし、この場合、照明パネル３１の導光板３２の出射面３３は裏面側とされ、光学面３５は表面側とされている。また、導光板３２の光学面３５には反射板は設けられていない。さらに、液晶表示パネル２１の裏面側には平板状の反射板４５が設けられている。

次に、図７に示す液晶表示装置を透過型として使用する場合について説明する。冷陰極管３７を点灯させると、冷陰極管３７から出た光および反射シート３８によって反射された光は、導光板３２の入射面３４に入射される。この入射光のほとんどすべては、上記第１実施形態の場合と同様に、導光板３２の出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射される。

この出射光は、拡散板４１を透過しつつ拡散され、液晶表示パネル２１を透過し、反射板４５で反射される。この反射光は、液晶表示パネル２１の裏面に入射され、液晶表示パネル２１をその裏面側から照射する。すると、液晶表示パネル２１の表面から液晶表示パネル２１の表示駆動に応じた画像光が出射される。この画像光は、拡散板４１を透過しつつ拡散され、次いで導光板３２を透過する。そして、この透過画像光が目視される。

一方、図７に示す液晶表示装置を反射型として使用する場合には、冷陰極管３７を点灯させず、外光を利用する。すなわち、導光板３２の光学面３５にその表面側から入射された外光は、導光板３２を透過し、拡散板４１を透過しつつ拡散され、液晶表示パネル２１を透過し、反射板４５で反射される。

この反射光は、液晶表示パネル２１の裏面に入射され、液晶表示パネル２１をその裏面側から照射する。すると、液晶表示パネル２１の表面から液晶表示パネル２１の表示駆動に応じた画像光が出射される。この画像光は、拡散板４１を透過しつつ拡散され、次いで導光板３２を透過する。そして、この透過画像光が目視される。

ところで、図７に示す液晶表示装置では、透過型として使用するときも反射型として使用するときも、光が液晶表示パネル２１を２回透過するので、偏光板を表面側か裏面側のいずれかの１枚としてよい。また、反射板４５を用いずに、裏面側ガラス基板２３の内面に設けられた電極を反射性金属によって形成するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、光源として冷陰極管（線光源）を用いた場合について説明したが、これに限ることなく、発光ダイオード（点光源）を用いるようにしてもよい。例えば、図８に示すように、図１または図７に示す液晶表示装置の導光板３２の入射面３４の長手方向の中央部に対向する位置に１個の発光ダイオード５１を配置してもよい。

ところで、線光源である冷陰極管３７の場合、冷陰極管３７から出た光によって導光板３２の入射面３４を均一に照射することができる。これに対し、点光源である発光ダイオード５１の場合、発光ダイオード５１から出た光によって導光板３２の入射面３４を均一に照射することはできない。

このため、発光ダイオード５１を用いる場合、図９において一点鎖線で示すように、導光板３２の出射面３３に対して垂直で入射面３４に対して平行な仮想面Ｇにおいては、発光ダイオード５１から出た光のうち、実線の矢印で示すように、平坦な入射面３４に垂直に入射された光は出射面３３に対して垂直な方向に出射されるが、それ以外の光は、点線の矢印で示すように、斜め方向に出射される。

従って、図８に示すように、導光板３２の出射面３４のうち、発光ダイオード５１とほぼ対向する符号Ｍで示す領域の両側における符号Ｎで示す領域の輝度が大きく低下し、光利用効率が悪い上、輝度ムラが発生してしまう。この結果、液晶表示パネルに表示ムラが発生してしまう。

そこで、次に、このような輝度ムラが発生しないようにすることができるこの発明の第３実施形態について説明する。図１０はこの発明の第３実施形態としての液晶表示装置を説明するために示す一部の模式的平面図である。

この実施形態の液晶表示装置では、基本的には、図８に示す場合と同様に、導光板３２の入射面３４の長手方向の中央部に対向する位置に１個の発光ダイオード５１が配置されている。ただし、この場合、導光板３２の光学面を形成する各光学要素の傾斜面３５ｃは、その長手方向にサインカーブ状（波形状）に凸凹する面となっている。

各光学要素の傾斜面３５ｃの波形形状は、一例として、振幅をＡとしたとき、波長λは２Ａπのサインカーブとするのが適切であるが、これに限らず、波長λは、振幅Ａの１倍から１０倍程度とすることができる。

これにより、図１１において一点鎖線で示すように、発光ダイオード５１から出た光は、実線の矢印で示すように、入射面３４に垂直に入射された光はもちろんのこと、それ以外の光も、各光学要素の傾斜面３５ｃによって、導光板３２の出射面３３に対して垂直な仮想面Ｇに対して、平行な方向に反射される。

従って、発光ダイオード５１から出た光によって導光板３２の入射面３４を均一に照射することができなくても、導光板３２の出射面３４から均一に出射され、光利用効率が良く、輝度も均一化される。この結果、液晶表示パネルに表示ムラが発生しないようにすることができる。なお、上記において、導光板３２の入射面３４も傾斜面３５ｃと同様な波形形状とすることも可能であるが、導光板３２に入射される光量に粗密が生じないように留意する必要がある。

また、上記第３実施形態では、発光ダイオード５１を１個配置した場合について説明したが、これに限らず、複数個配置するようにしてもよい。この場合、発光ダイオード自体に色のバラツキがあっても、導光板３２の傾斜面３５ｃの波形形状により、それが認識されにくいようにすることができる。

また、図１２に示すこの発明の第４実施形態のように、複数の異なる発光色の発光ダイオード、例えば赤色発光、緑色発光および青色発光の３つの発光ダイオード５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを配置するようにしてもよい。この場合、３つの発光ダイオード５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを適宜に点滅させることにより、発光ダイオード単体の発光色以外の色を混色により得ることができる。

また、図１２に示す構成の場合、フィールドシーケンシャル表示手段と組み合わせることにより、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行うようにすることもできる。

すなわち、１画素がＲ画素、Ｇ画素およびＢ画素によって構成され、このうちの例えばＲ画素およびＧ画素を明状態とするとき、まず、Ｒ画素のみを透過可能状態として発光ダイオード５１Ｒを一定時間点灯させ、次いでＧ画素のみを透過可能状態として発光ダイオード５１Ｇを一定時間点灯させると、残像現象により、Ｒ画素とＧ画素が同時に明状態となったように目視される。この場合、カラーフィルタ無しでカラー表示を行うことができるので、高透過率となり、低消費電力化が可能となる。

この発明の第１実施形態としての液晶表示装置の要部の側面図。 図１に示す導光板の光学面を説明するために示す図。 図２に示す光学面を有する導光板の透過型として使用する場合の作用を説明するために示す図。 図２に示す光学面を有する導光板の反射型として使用する場合の作用を説明するために示す図。 一般的な拡散板の代わりに用いる透過兼拡散板の透過型として使用する場合の作用を説明するために示す図。 透過兼拡散板の反射型として使用する場合の作用を説明するために示す図。 この発明の第２実施形態としての液晶表示装置の要部の側面図。 図１または図７に示す場合において、光源として発光ダイオードを用いる場合の問題点を説明するために示す平面図。 図８に示す場合の光の進行状態を説明するために示す図。 この発明の第３実施形態としての液晶表示装置を説明するために示す一部の模式的平面図。 図１０に示す場合の光の進行状態を説明するために示す図。 この発明の第４実施形態としての液晶表示装置を説明するために示す一部の模式的斜視図。 従来の液晶表示装置の一例の一部の側面図。

符号の説明

２１ 液晶表示パネル
３１ 照明パネル
３２ 導光板
３３ 出射面
３４ 入射面
３５ 光学面
３５ａ 曲面
３５ｂ 平面
３５ｃ 傾斜面
３６ 反射板
３７ 冷陰極管
３８ 反射シート
４１ 拡散板
４２ 透過兼拡散板
５１ 発光ダイオード

Claims (27)

1. 入射面と、出射面と、前記入射面から入射された光を前記出射面側に向けて反射する傾斜面を含む複数の光学要素からなる光学面を有する導光板と、該導光板の入射面に対向して配置された光源とを備え、前記導光板の各傾斜面はその長手方向に波形形状となっていることを特徴とする照明パネル。
2. 請求項１に記載の発明において、前記各光学要素は、さらに、前記入射面に入射された光の一部を前記入射面側とは反対側に向けて前記出射面と平行な面に対して該平行面に沿うような低角度で反射する曲面を含むことを特徴とする照明パネル。
3. 請求項２に記載の発明において、前記各光学要素の曲面は前記出射面側と反対方向に向けて漸次下降する曲面であることを特徴とする照明パネル。
4. 請求項３に記載の発明において、前記各光学要素の曲面は断面円弧状であることを特徴とする照明パネル。
5. 請求項２に記載の発明において、前記各光学要素は、前記曲面と前記傾斜面との間に平面が設けられていることを特徴とする照明パネル。
6. 表示パネルの裏面側に照明パネルが配置された表示装置において、前記照明パネルは、入射面と、出射面と、前記入射面から入射された光を前記出射面側に向けて反射する傾斜面を含む複数の光学要素からなる光学面を有する導光板と、該導光板の入射面に対向して配置された光源とを備え、前記導光板の各傾斜面はその長手方向に波形形状となっていることを特徴とする表示装置。
7. 請求項６に記載の発明において、前記導光板の裏面に反射層が設けられていることを特徴とする表示装置。
8. 請求項７に記載の発明において、前記反射層は前記導光板の裏面に設けられた金属膜からなることを特徴とする表示装置。
9. 表示パネルの表面側に照明パネルが配置され、前記表示パネル内またはその裏面側に反射手段が設けられた液晶表示装置において、前記照明パネルは、入射面と、出射面と、前記入射面から入射された光を前記出射面側に向けて反射する傾斜面を含む複数の光学要素からなる光学面を有する導光板と、該導光板の入射面に対向して配置された光源とを備え、前記導光板の各傾斜面はその長手方向に波形形状となっていることを特徴とする表示装置。
10. 請求項９に記載の発明において、前記各光学要素は、さらに、前記入射面に入射された光の一部を前記入射面側とは反対側に向けて前記出射面と平行な面に対して該平行面に沿うような低角度で反射する曲面を含むことを特徴とする表示装置。
11. 請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記各光学要素の曲面は前記出射面側と反対方向に向けて漸次下降する曲面であることを特徴とする表示装置。
12. 請求項１１に記載の発明において、前記各光学要素の曲面は断面円弧状であることを特徴とする表示装置。
13. 請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記各光学要素は、前記曲面と前記傾斜面との間に平面が設けられていることを特徴とする表示装置。
14. 請求項１３に記載の発明において、前記光学要素の前記傾斜面の高さは前記入射面側に位置するものよりもその反対側に位置するものの方が大きくなっていることを特徴とする表示装置。
15. 請求項１４に記載の発明において、前記光学要素の前記傾斜面の高さは前記入射面側からその反対側に向かうに従って漸次大きくなっていることを特徴とする表示装置。
16. 請求項１５に記載の発明において、前記入射面側からｎ番目の前記光学要素の傾斜面の前記平面に対する高さはａｎ（ｎ＋１）／２（ただし、ａは任意の数）であることを特徴とする表示装置。
17. 請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記導光板の厚さは、前記入射面側からその反対側に向かうに従って漸次厚くなった後に漸次薄くなっていることを特徴とする表示装置。
18. 請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記各導光要素の前記傾斜面の前記出射面と平行な面に対する傾斜角度は４０〜５０°程度であることを特徴とする表示装置。
19. 請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記各導光要素の前記傾斜面の前記出射面と平行な面に対する傾斜角度は４０〜５０°程度の範囲内において前記入射面側からその反対側に向かうに従って漸次大きくなっていることを特徴とする表示装置。
20. 請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記各光学要素の長さは同じであることを特徴とする表示装置。
21. 請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記各光学要素の長さは少なくともその一部が異なっていることを特徴とする表示装置。
22. 請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記各光学要素の長さは２０〜５００μｍ程度であることを特徴とする表示装置。
23. 請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記曲面の曲率半径は０．１〜２．０ｍｍ程度であることを特徴とする表示装置。
24. 請求項６〜２３のいずれかに記載の発明において、前記光源は点光源であることを特徴とする表示装置。
25. 請求項２４に記載の発明において、前記点光源は複数であることを特徴とする表示装置。
26. 請求項２５に記載の発明において、前記点光源は赤色発光、緑色発光および青色発光の３つの点光源からなることを特徴とする表示装置。
27. 請求項２６に記載の発明において、フィールドシーケンシャル表示手段との組み合わせによりカラー表示を行うことを特徴とする表示装置。

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