JP3776658B2 - 導光板、照明装置およびこの照明装置を備えた液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、所望の面状領域に光を照射するのに用いられる導光板、この導光板を用いた照明装置およびこの照明装置を備えた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置としては、フロントライト方式を採用した反射型の液晶表示装置が種々提案されている。この反射型の液晶表示装置によれば、バックライト方式を採用した半透過型の液晶表示装置とは異なり、液晶パネルを透過する光を減衰させる要因となる半透過反射板を用いていないために、表示画面を明るくし、コントラストを高めることが可能であるとともに、照明に必要な電力消費量も抑制できることが知られている。
【０００３】
従来においては、このような反射型の液晶表示装置に用いられる照明装置の一例として、特開平１０−１８８６３６号公報に所載のものがある。同公報に所載のものは、本願の図９に示すように、透明部材からなる導光板９と、ＬＥＤランプなどの点状光源３ｅとを組み合わせたものである。導光板９は、その裏面９ｂに円柱状の複数の突起９０を形成したものであり、点状光源３ｅの光が導光板９の光入射面としての一端面９１からその内部に入射すると、この光は導光板９の表裏面９ａ，９ｂによって全反射されながら一定方向に進行するようになっている。ただし、上記光が導光板９の各突起９０に到達したときには、各突起９０を透過して外部に出射するようになっており、導光板９の裏面９ｂが光出射面とされている。したがって、このような照明装置においては、液晶表示装置の液晶パネルなどの被照射物９９の面状領域に光を照射することができる。また、光源としては、点状光源３ｅを用いているために、冷陰極管などの一定方向に延びるいわゆる線状光源を用いる場合と比較すると、部品コストを安価にすることができ、さらには照明装置全体の小型化を図るのに有利となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の手段においては、次のような不具合があった。
【０００５】
すなわち、図１０に示すように、従来の照明装置を平面視した場合、点状光源３ｅからは光が放射状に発せられ、この光は放射状のまま導光板９内に入射して進行する。このため、導光板９内のうち、点状光源３ｅの正面領域Ｓａの光束密度は高くできるものの、それ以外の領域Ｓｂの光束密度は低くなってしまい、導光板９内の各所に光を均一に行きわたらせることができない。このような光のむらは、点状光源３ｅの個数を少なくするほど大きくなり、図示されたように１個の点状光源３ｅのみを用いる場合には最も顕著となる。従来においては、このようなことに起因して、導光板９の裏面９ｂの各所から外部に出射する光量についても、不均一となっていた。これでは、上記照明装置をたとえば反射型の液晶パネルのフロントライトとして用いた場合に、液晶画面の明るさにばらつきが生じてしまう。
【０００６】
なお、従来においては、図１０に示す構成において、点状光源３ｅから適当な距離Ｌａだけ離れた一定領域Ｓを光出射領域として、この領域Ｓの裏面９ｂのみから光を外部に出射させる手段もある。このようにすれば、点状光源３ｅと光出射領域Ｓとが離れている分だけ、光出射領域Ｓ内に進行する光の光束密度をある程度均一化し、出射光量のばらつきを少なくすることが可能である。ところが、このような手段において上記した光束密度の均一化を図るためには、上記の距離Ｌａをかなり長くとる必要がある。したがって、このような手段では、導光板９の全体のサイズがかなり大きくなってしまい、線状光源よりも小サイズの点状光源３ｅを用いた有利性が損なわれてしまう。
【０００７】
本願発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、光源として少数の点状光源を用いた場合であっても、導光板の大型化を抑制しつつ、所望の面状領域に対して光を均一に照射することができるようにすることをその課題としている。
【０００８】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
本願発明の第１の側面によって提供される導光板は、表裏面を有する透明部材を具備して構成されており、かつ上記透明部材の一部の面は、光入射面とされているとともに、上記透明部材の一定領域は、上記光入射面から上記透明部材内に入射した光を進行させつつ上記表裏面のいずれかから上記透明部材の外部に出射させる光出射領域とされている、導光板であって、上記光入射面は、上記表裏面が離間する方向と直交する第１の幅方向中央寄りに設けられており、上記光出射領域は、上記表裏面が離間する方向および上記第１の幅方向のいずれとも直交する第２の幅方向において、上記光入射面から離間した位置に設けられており、上記第２の幅方向において、上記光入射面と上記光出射領域との間に位置するとともに、上記第１の幅方向において互いに離間配置されており、かつそれぞれが上記光入射面から上記透明部材内に入射した光を、上記第１の幅方向に向けて反射可能な第１の光反射面を形成する複数の凹部または貫通穴が設けられており、上記複数の凹部または貫通穴を上記第１の幅方向において挟む配置とされており、かつ上記複数の第１の光反射面から上記第１の幅方向に進行してきた光を上記第２の幅方向へと反射する１対の第２の光反射面を備えていることを特徴としている。
【００１０】
このような構成の導光板においては、光入射面から透明部材内に入射した光の少なくとも一部については、第１の光反射面および第２の光反射面によって順次反射させることによって、この第２の光反射面から光出射領域に向けて光を進行させることができる。このため、光源として点状光源が用いられ、かつ光入射面から透明部材内に光が放射状に広がるように入射しても、その光の一部については、放射状に広がらない光線束として、光出射領域の所望箇所に進行させることができる。したがって、光入射面から光出射領域に向けて光を放射状に進行させていただけの従来の手段と比較すると、光出射領域の各所に到達する光の量に大きなバラツキを生じないようにすることができる。その結果、光出射領域の各所からの出射光量の均一化を図ることができ、所望の面状領域に対する光の照射も均一に行うことが可能となる。また、本願発明においては、光入射面と光出射領域との間の距離をさほど大きくする必要はなく、導光板の大型化も抑制することができる。また、透明部材のサイズの大型化を生じさせるようなことなく、第１の光反射面および第２の光反射面を導光板に容易に設けることができる。
【００１３】
本願発明の第２の側面によって提供される照明装置は、本願発明の第１の側面によって提供される導光板と、上記導光板の上記光入射面に対向して設けられた点状光源と、を備えていることを特徴としている。
【００１４】
このような構成の照明装置によれば、本願発明の第１の側面によって提供される導光板について上述したのと同様な効果が得られることとなり、照明装置の大型化を抑制しつつ、所望の面状領域に対して光を均一に照射することが可能となる。
【００１５】
本願発明の第３の側面によって提供される液晶表示装置は、液晶パネルと、この液晶パネルの正面に配された導光板を介して上記液晶パネルに光を照射する照明装置と、上記液晶パネルの背後に設けられ、かつ上記導光板から上記液晶パネルを透過してきた光を上記液晶パネルに向けて反射する反射板と、を備えている液晶表示装置であって、上記照明装置として、本願発明の第２の側面によって提供される照明装置が用いられていることを特徴としている。
【００１６】
このような構成の液晶表示装置によれば、液晶パネルの各所に光を均一に照射することができ、液晶表示画像の画質を高めることが可能となる。また、照明装置が大きく嵩張らないようにすることができるため、液晶表示装置全体を小型に製作する上でも有利となる。
【００１７】
本願発明のその他の特徴および利点については、以下に行う発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００１９】
図１ないし図４は、本願発明に係る照明装置の一例を示している。図１によく表れているように、本実施形態の照明装置Ａは、導光板２と、点状光源の一例としてのＬＥＤ光源３とを具備して構成されている。
【００２０】
ＬＥＤ光源３は、たとえば白色ＬＥＤを用いて構成されたものであり、たとえばＬＥＤチップ（ＬＥＤベアチップ）が樹脂封止されていることによって、全体が面実装型のチップ状の光源装置とされたものである。ただし、これに代えて、リード端子を有するＬＥＤランプタイプのものを用いることもできる。さらには、ＬＥＤベアチップを図示されていない適当な基板に直接実装するなどして、ＬＥＤベアチップをそのまま用いることもできる。
【００２１】
導光板２は、略平板状の透明部材２０を具備して構成されている。ただし、本実施形態においては、導光板２が透明部材２０のみによって構成されており、透明部材２０の構成と導光板２の構成とが一致したものとなっている。透明部材２０の具体的な材質としては、透明度に優れるポリカーボネート、あるいはＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル（メタクリル樹脂））が好適に用いられる。透明部材２０は、表面２０ａ、裏面２０ｂ、第１の端面２０ｃ、第２の端面２０ｄ、および一対の側面２０ｅを有しており、これらの面および後述する第１の光反射面２４や第２の光反射面２５は、いずれも滑らかな面（鏡面）とされている。なお、本実施形態においては、第１および第２の端面２０ｃ，２０ｄがそれぞれ延びる方向を第１の幅方向とするとともに、それと直交する方向を第２の幅方向とする。
【００２２】
第１の端面２０ｃの一部は、光入射面２１とされており、この光入射面２１に対向してＬＥＤ光源３が設けられている。光入射面２１は、ＬＥＤ光源３を進入配置させることが可能な凹部２２を規定する略円弧状の凹状面とされている。このようにすれば、図２によく表れているように、ＬＥＤ光源３から放射状に発せられる光が光入射面２１の各所に到達したときの各所における光の入射角を小さくし、透明部材２０内に光を進行し易くすることができる。また、光が光入射面２１に入射してから透明部材２０内を進行する際の光の広がり角度を大きくするのにも役立つ。ただし、本願発明はこれに限定されず、光入射面２１を平面状にしてもよい。
【００２３】
透明部材２０の光入射面２１の近傍領域には、複数の凹部２３が設けられていることによって、複数の第１の光反射面２４が形成されている。すなわち、各凹部２３は、空気が内在する空洞部とされていることによって、プリズムと同様な役割を果たすものとなっている。各第１の光反射面２４は、各凹部２３の一内壁面であり、光入射面２１から透明部材２０内に入射してきた光を受けると、その光を矢印Ｎａに示す透明部材２０の第１の幅方向に全反射させる面となっている。複数の凹部２３は、光入射面２４から透明部材２０内に進行した光の一部のみを矢印Ｎａ方向に反射し、かつそれ以外の光については反射しないように、互いに適当な間隔を隔てて設けられている。本実施形態においては、各凹部２３が空洞状態とされているが、本願発明はこれに限定されず、各凹部２３内に透明部材２０とは屈折率が相違する物質を充填した構成とすることもできる。
【００２４】
図３に示すように、各凹部２３は透明部材２０を貫通しないように設けられているが、本願発明はこれに限定されず、たとえば図５に示すように、上記した各凹部２３に代えて、透明部材２０を貫通する穴２３Ａを設けることにより、第１の光反射面２４を形成してもかまわない。このようにすれば、第１の光反射面２４の面積を大きくし、上記の矢印Ｎａ方向への反射光量を多くすることができる。また、本願発明においては、図６に示すように、底部に進むほど幅狭となる断面三角形状の凹部２３Ｂを透明部材２０に設けることにより、第１の光反射面２４を形成した構成とすることもできる。
【００２５】
図１および図２によく表れているように、第１の端面２０ｃの両端には、透明部材２０の側面としての一対の第２の光反射面２５が形成されている。各第２の光反射面２５は、第１の端面２０ｃの両端に傾斜して繋がっており、上記した第１の光反射面２４から矢印Ｎａ方向に反射された光を受けると、その光を第２の端面２０ｄに向かう矢印Ｎｂ方向に進行させるように全反射可能である。
【００２６】
透明部材２０の各部のうち、複数の凹部２３の形成箇所よりも第２の端面２０ｄ寄りの領域Ｓ１は、透明部材２０内に光を進行させつつその光を外部に出射可能とする光出射領域とされている。この光出射領域Ｓ１における透明部材２０の表面２０ａは凹凸状に形成されている。より具体的には、図４に示すように、透明部材２０の表面２０ａには、傾斜の向きおよび角度が相違する２種類の傾斜面２６ａ，２６ｂを有する側面視三角状の複数の凸部２６が透明部材２０の第２の幅方向に連続して形成されている。各凸部２６は、透明部材２０の第１の幅方向に一様に延びている。透明部材２０の第２の幅方向における複数の凸部２６のピッチは、たとえば百数十μｍ程度である。
【００２７】
透明部材２０の裏面２０ｂは、表面２０ａとは異なり、その全域が平面状とされており、上記した表面２０ａの凹凸状の領域に対向する部分が、光出射面２７とされている。図４に示すように、光入射面２１から透明部材２０内に光が入射すると、その光は、表面２０ａおよび裏面２０ｂによる全反射を繰り返しながら第２の端面２０ｄに向けて進行する。透明部材２０内を進行する光が表面２０ａの傾斜面２６ａに到達した場合、この傾斜面２６ａが所定方向に傾斜している分だけ、この傾斜面２６ａに対する光の入射角が大きくなるため、その入射角が透明部材２０の屈折率によって定まる所定の全反射臨界角よりも大きくなり、全反射される可能性が高い。したがって、透明部材２０の表面２０ａから光が出射する可能性を低くすることができる。その一方、表面２０ａの傾斜面２６ｂは受けた光を透明部材２０の裏面２０ｂに対して小さな入射角で入射させるように反射する役割を果たす。したがって、傾斜面２６ｂを経由してから裏面２０ｂに到達した光は、その入射角が全反射臨界角よりも小さくなってそのまま裏面２０ｂを透過する可能性が高くなり、光出射面２７の各所からは光が下向きに効率良く出射するのである。
【００２８】
上記構成の照明装置Ａにおいては、図１および図２に示すように、ＬＥＤ光源３から放射状に発せられた光は、光入射面２１を介して導光板２（透明部材２０）内に進行する。すると、その光の一部は、複数の凹部２３に到達し、第１の光反射面２４および第２の光反射面２６によって順次全反射されることにより、光出射領域Ｓ１に進行する。この場合、第２の光反射面２６によって反射された各光を、互いに平行または略平行な光線束にすることが可能である。一方、複数の凹部２３どうしの間を通過する光については、そのまま導光板２内を直進させることができ、たとえばＬＥＤ光源３の真っ正面方向に進行する光の一部については、第２の光反射面２６によって反射される光と略平行な光線束として光出射領域Ｓ１に進行させることができる。
【００２９】
このように、この照明装置Ａにおいては、ＬＥＤ光源３から発せられた光は、その全てがＬＥＤ光源３を中心として放射状に広がるようにして光出射領域Ｓ１に進行するのではなく、光出射領域Ｓ１の一側方の幅広い領域、すなわち光入射面２１や第２の光反射面２５が形成されている領域の各所から光出射領域Ｓ１に向けて光を進行させることができる。しかも、その光の全体または一部を、互いに平行または略平行な光線とすることができる。したがって、光出射領域Ｓ１の各所に対しては均等または略均等に光を進行させることができ、光出射面２７の各所から下向きに出射する光量についても均一化を図ることが可能となる。導光板２の光入射面２１と光出射領域Ｓ１との間には、複数の凹部２３が設けられているものの、これら複数の凹部２３は小さなサイズに形成することができる。また、各第１の光反射面２４は、導光板２の第１の幅方向に光を反射させるようにしているために、各第１の光反射面２４と各第２の光反射面２５とは、導光板２の第２の幅方向においてオーバラップするように設けることが可能である。したがって、導光板２の第２の幅方向における光入射面２１から光出射領域Ｓ１までの距離を短くし、導光板２の全体のサイズも小さくすることが可能となる。
【００３０】
図７は、上記した構成の照明装置Ａを具備して構成された液晶表示装置の一例を示している。図示された液晶表示装置Ｂは、フロントライト方式を採用した反射型の液晶表示装置であり、液晶パネル１の正面（上方）に上記した照明装置Ａの導光板２が設けられている。ただし、導光板２と液晶パネル１との間には、偏光板４ａが設けられている。液晶パネル１の背面部には、偏光板４ｂおよび反射板５が設けられている。
【００３１】
液晶パネル１は、たとえばカラー表示が可能に構成されたものであり、ガラス製の一対の透明基板１０ａ，１０ｂおよびシール部材１１によって囲まれた領域に液晶１２を封入したものである。透明基板１０ａには、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色のカラーフィルタ６（６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ）がマトリクス状に設けられているとともに、それらカラーフィルタ６どうしの間には、ブラックマトリクス６０が設けられている。透明基板１０ａ，１０ｂには、液晶分子にねじれを与えるための配向膜１３ａ，１３ｂ、および透明電極１４ａ，１４ｂも設けられている。この液晶パネル１においては、アクティブマトリクス駆動方式が採用されており、１つの液晶セルには、この液晶セルに印加される電圧を保持するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transister）１５が配されている。より具体的には、図８によく表れているように、透明基板１０ｂの片面には、一定面積を有する複数の透明電極１４ｂ（クロスハッチング部分）がマトリクス状に設けられているとともに、それら複数の透明電極１４ｂどうしの隙間領域には、ラインまたはデータ線と称される複数の配線部１５ａ，１５ｂが縦横に延びて設けられており、これらの配線部１５ａ，１５ｂと各透明電極１４ｂとは薄膜トランジスタ１５を介して導通する構成となっている。透明基板１０ａの透明電極１４ａは、コモン電極とされており、透明基板１０ａの片面の広い面積にわたって設けられている。
【００３２】
上記した構成の液晶表示装置Ｂにおいては、照明装置Ａの導光板２の光反射面２７から偏光板４ａを介して液晶パネル１に光を照射させると、その光は液晶パネル１および偏光板４ｂを下方に向けて透過した後に、反射板５によって上方に向けて反射される。すると、その光は、偏光板４ｂおよび液晶パネル１を再度透過してから偏光板４ａおよび導光板２を透過し、液晶表示装置Ｂの正面に出射する。このような作用により、液晶パネル１による画像の表示が導光板２を介してその正面から見ることができる。なお、照明装置ＡのＬＥＤ光源３を駆動させない場合においては、外光を利用した画像表示を行わせることもできる。すなわち、外光を利用する場合には、外光が導光板２、偏光板４ａ、液晶パネル１および偏光板４ｂを順次下向きに透過した後に反射板５によって上向きに反射されることにより、その光が上記各部を上記とは逆に透過して液晶表示装Ｂの正面に出射することとなる。この反射型の液晶表示装置Ｂにおいては、照明装置Ａからの光を利用する場合と外光を利用する場合とのいずれにおいても、液晶パネル１を下方に透過した光を反射板５によって高い反射率で正面に反射させることができるために、半透過反射板を用いる半透過型の液晶表示装置と比較すると、液晶画面を明るくすることが可能である。
【００３３】
上記した液晶表示装置Ｂにおいては、照明装置Ａを用いて液晶パネル１に光を照射させる場合に、既に述べた作用から理解されるように、導光板２の光出射面２７から液晶パネル１の各所に対して光を均一に照射させることができる。したがって、液晶パネル１の表示画像の明るさにむらを生じないようにし、その画質を高めることができる。照明装置Ａの光源としては、１つのＬＥＤ光源３のみを用いているために、電力消費量も少なくすることができる。さらに、導光板２を比較的小さく形成できるために、液晶表示装置Ｂの全体のサイズも大きくならないようにすることができる。
【００３４】
本願発明は、上述の実施形態の内容に限定されるものではなく、各部の具体的な構成は種々に設計変更自在である。
【００３５】
たとえば、本願発明に係る第１の光反射面や第２の光反射面の具体的な個数、大きさ、位置、形成方法などは種々に設計変更自在である。本願発明に係る導光板としては、図９に示した従来の導光板のように、片面に複数の円柱状の突起が形成された形態にしてもかまわないことは勿論のこと、透明部材内に入射した光を外部に出射させるための形態としては種々の形態にすることが可能である。また、本願発明に係る照明装置としては、点状光源の種類は限定されず、さらにはその個数も１個に限定されず、複数の点状光源を用いてもかまわない。本願発明に係る導光板および照明装置の用途は、必ずしも液晶表示装置の照明用途のみに用いられる必要はなく、面状領域に光を照射するための種々の用途に用いることが可能であり、その具体的な用途も限定されない。さらに、本願発明に係る液晶表示装置としては、カラー画像表示およびモノクロ画像表示のいずれであってもよく、また液晶の種類やその駆動方式なども限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る照明装置の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の要部平面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】本願発明の他の例を示す断面図である。
【図６】本願発明の他の例を示す断面図である。
【図７】本願発明に係る液晶表示装置の一例を示す断面図である。
【図８】図７の液晶表示装置に用いられている透明基板および透明電極を示す要部斜視図である。
【図９】従来例を示す説明図である。
【図１０】従来例を示す平面説明図である。
【符号の説明】
Ａ 照明装置
Ｂ 液晶表示装置
Ｓ１ 光出射領域
１ 液晶パネル
２ 導光板
３ ＬＥＤ光源（点状光源）
５ 反射板
２０ 透明部材
２０ａ 表面（透明部材の）
２０ｂ 裏面（透明部材の）
２０ｃ 第１の端面（透明部材の）
２１ 光入射面
２３ 凹部
２４ 第１の光反射面
２５ 第２の光反射面
２７ 光出射面

Claims (3)

1. 表裏面を有する透明部材を具備して構成されており、かつ上記透明部材の一部の面は、光入射面とされているとともに、上記透明部材の一定領域は、上記光入射面から上記透明部材内に入射した光を進行させつつ上記表裏面のいずれかから上記透明部材の外部に出射させる光出射領域とされている、導光板であって、
   上記光入射面は、上記表裏面が離間する方向と直交する第１の幅方向中央寄りに設けられており、
   上記光出射領域は、上記表裏面が離間する方向および上記第１の幅方向のいずれとも直交する第２の幅方向において、上記光入射面から離間した位置に設けられており、
   上記第２の幅方向において、上記光入射面と上記光出射領域との間に位置するとともに、上記第１の幅方向において互いに離間配置されており、かつそれぞれが上記光入射面から上記透明部材内に入射した光を、上記第１の幅方向に向けて反射可能な第１の光反射面を形成する複数の凹部または貫通穴が設けられており、
   上記複数の凹部または貫通穴を上記第１の幅方向において挟む配置とされており、かつ上記複数の第１の光反射面から上記第１の幅方向に進行してきた光を上記第２の幅方向へと反射する１対の第２の光反射面を備えていることを特徴とする、導光板。
2. 請求項１に記載の導光板と、この導光板の光入射面に対向して設けられた点状光源と、を備えていることを特徴とする、照明装置。
3. 液晶パネルと、この液晶パネルの正面に配された導光板を介して上記液晶パネルに光を照射する照明装置と、上記液晶パネルの背後に設けられ、かつ上記導光板から上記液晶パネルを透過してきた光を上記液晶パネルに向けて反射する反射板と、を備えている液晶表示装置であって、
   上記照明装置として、請求項２に記載の照明装置が用いられていることを特徴とする、液晶表示装置。

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