JP4044323B2

JP4044323B2 - 面状発光装置および液晶表示装置

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Publication number: JP4044323B2
Application number: JP2001363359A
Authority: JP
Inventors: 満夫大泉
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2021-11-28
Also published as: JP2003162913A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面状発光装置および液晶表示装置に関するものであり、特に、液晶表示装置を均一に照明するための面状発光装置の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光や照明光を光源として表示を行う反射型液晶表示装置は、消費電力が小さいという特徴から、携帯電話や携帯情報端末などに用いられているが、この反射型液晶表示装置は、外部の光源が利用できない暗所での表示が極端に劣るという問題がある。この問題を解決するために、反射型液晶表示装置にバックライトを配して、外光が得られない暗所などではこのバックライトを点灯させて透過表示を行う半透過反射型液晶表示装置が知られている。
しかしながら、この半透過反射型液晶表示装置ではバックライトからの光を金属薄膜からなる反射膜を通過させる必要があるため、透過表示と反射表示の明るさを両立させることは極めて困難であった。
【０００３】
そこで、導光板の側端面から導入された冷陰極管などの光源からの光を導光板の主面から反射型液晶表示装置内に照射する面発光装置（フロントライト）を備えた液晶表示装置が開発されている。このように液晶表示装置の前面に面発光装置を配することにより、暗所であっても外光を利用する場合と同様の反射表示が可能になる。
図１７は、液晶表示ユニットの前面にフロントライトを備える液晶表示装置の一例を示す断面構造図であり、この図において、液晶表示装置２００は、フロントライト２１０と液晶表示ユニット２２０とから構成されており、フロントライト２１０は、透明なアクリル系樹脂等からなる導光板２１２とその側端面２１２ａに配置された冷陰極管やＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）等からなる光源２１３とから概略構成されており、導光板２１２の出射面２１２ｂと反対側の反射面２１２ｃには、導光板２１２の内部を伝搬する光を反射させるための第１の斜面部２１６およびこの第１の斜面部２１６に続く第２の斜面部２１７が交互に連続して複数形成されている。この２つの斜面部２１６、２１７のうち第１の斜面部２１６は、出射面２１２ｂに対してより急な傾斜角を有して形成されており、導光板２１２の内部を伝搬する光の方向を出射面２１２ｂ側に向けるように形成されている。
一方、液晶表示ユニット２２０は液晶層２２３を挟んで対向する一対のガラス基板２２１、２２２をシール材２２４で接合一体化した構成である。液晶表示ユニット２２０の後面側（図示下面側）の基板２２１の液晶層２２３側に反射膜２２５と表示回路２２６が形成されている。基板２２１と対向する基板２２２の液晶２２３側に表示回路２２７が形成されている。尚、表示回路２２６、２２７は、図示されていないが電極層や配向膜などの液晶層２２３を駆動、制御する回路を含むものであり、反射層２２５は光を反射させるためのアルミニウムや銀からなる反射膜を含むものである。
【０００４】
上記の構成の液晶表示装置２００において、フロントライト２１０の導光板２１２は液晶表示ユニット２２０の表示領域の前面（図示上面）に配置されている。フロントライト２１０の光源２１３からの光は、導光板２１２の側端面２１２ａを介して導光板２１２の内部に導入されて出射面２１２ｂや反射面２１２ｃで反射されて導光板２１２の内部を伝搬するとともに反射面２１２ｃに形成された２つ斜面部２１６、２１７のうち、より急な傾斜角を有する斜面部２１６における反射により出射面２１２ｂに向かう方向へその伝搬方向を変えられて、出射面２１２ｂから出射される。このようにしてフロントライト２１０が液晶表示ユニット２２０を照明するようになっている。次に、液晶表示ユニット２２０に入射した光は、表示回路２２６、２２７および液晶層２２３を通過して反射層２２５に達し、この反射層２２５によって反射されて再び液晶表示装置２２０の外側に戻る。この反射された光がフロントライト２１０を通過して観察者に到達して液晶表示ユニット２２０の表示が観察者に視認される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構成の液晶表示装置２００によれば、フロントライト２１０を点灯させることにより暗所であっても表示を行うことが可能であるが、その輝度は全体的に不足しており、光源２１３の光量を大きくしても液晶表示装置２００の表示の輝度はそれほど向上しない。
これは、光源２１３から導光板２１２に導入された光のうち、相当の部分が導光板２１２の反射面２１２ｃから直接外部へ漏れ出る漏れ光となるために、光源２１３の光量を大きくしても表示の輝度を支配する出射面２１２ｂからの出射光量が増加しないことによるものであると考えられる。
【０００６】
そこで本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光源の光を効率よく利用して出射面からの出射光量を増加させた面状発光装置、および表示が明るく、かつ表示領域の全面にわたって均一な明るさの表示が可能な液晶表示装置を提供することを目的とする
【０００７】
【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、本発明は以下の構成を採用した。
【０００８】
本発明の面状発光装置は、光源と、該光源の光を側端面から入射して該光を出射面から出射する導光板とを備え、前記導光板の出射面と反対側の面は、前記導光板の内部を伝搬する光を反射させるための反射面とされており、前記光源の光が導光板内部へ入射する角度の範囲である放射角を制御するための光学手段が前記光源に設けられ、前記光学手段は、前記光源の、前記導光板の側端面と対向する側に設けられた導光体であり、前記導光体は、前記導光板に対向する出射面が曲面とされるとともに、曲面の中心が前記導光体の中心から外れた側にずらされ、前記導光体の厚さ方向において非対称な形状とされており、前記導光体からの出射光を、前記導光体の出射面から、前記導光板の反射面側あるいは出射面側の方向に広がるように出射させることを特徴とする。
係る構成によれば、光源から導光板へ入射する光の入射角を一定の範囲に絞ることができ、前記導光板の出射面における輝度の分布を均一にして、かつ導光板の反射面からの漏れ光を低減した面状発光装置が得られる。
【０００９】
次に、本発明の面状発光装置は、前記放射角が、前記導光板の厚さ方向に７０度以上１８０度以下の範囲であることを特徴とする。
係る構成によれば、前記導光板の出射面における輝度の分布を均一にした面状発光装置が得られる。
【００１０】
次に、本発明の面状発光装置は、前記放射角が前記導光板の厚さ方向に７６度以上１８０度以下であることを特徴とする。
係る構成によれば、前記導光板の出射面における輝度の分布をより均一にした面状発光装置が得られる。
【００１１】
次に、本発明の面状発光装置は、前記放射角が、前記導光板の厚さ方向に７６度以上１２０度以下であることを特徴とする。
係る構成によれば、前記導光板の出射面からの出射光量を増加させることができるとともに、出射面における輝度分布を改善することができる。
【００１２】
次に、本発明の面状発光装置は、前記導光板内部に入射する光の入射角分布の中央値が、前記導光板の出射面に対して−５度以上５度以下の範囲の角度であることを特徴とする。
係る構成によれば、前記導光板に入射した光が広がる方向を導光板の厚さ方向に変化させるので、光の伝搬方向を導光板の反射面の形状や、導光板の寸法に合わせることが可能になり、輝度分布を最適化した面状発光装置が得られる。
【００１３】
次に、本発明の面状発光装置は、前記導光板の反射面に、前記導光板内部を伝搬する光を反射させるための複数の斜面部が設けられていることを特徴とする。
係る構成によれば、反射面に前記斜面部が設けられているので、効率よく導光板の内部を伝搬する光を反射させてその伝搬方向を出射面に向かう方向に変えることができるので、出射面からの出射光量を増加させることができる。
【００１４】
次に、本発明の液晶表示装置は、本発明の面状発光装置を備えたことを特徴とする。
係る構成によれば、出射光量が大きくかつ輝度の分布が均一である面状発光装置を備えるので、表示が明るく、かつ表示領域の全面にわたって均一な明るさの表示が可能な液晶表示装置が得られる。
【００１５】
【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が、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。また、本明細書において参照される各図面は、面状発光装置や液晶表示装置の構成を説明するためのものであり、各部の大きさや厚さや寸法などは実際の面状発光装置や液晶表示装置とは異ならしめてある。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態であるフロントライト（面状発光装置）を備えた液晶表示装置の断面構成図である。この図において液晶表示装置１は液晶表示ユニット２０と、この液晶表示ユニット２０の前面側（図示上面側）に配置されて必要に応じて液晶表示ユニット２０を照明するフロントライト１０とから概略構成されている。フロントライト１０は、透明な導光板１２と、この導光板１２の側端面１２ａに配置された光学手段１１を備える棒状の光源１３とから概略構成されている。
【００１７】
フロントライト１０の導光板１２は、上記液晶表示ユニット２０の表示領域の前面（図示上面）に配置されて光源１３からの光を液晶表示ユニット２０に照射するものであり、透明なアクリル樹脂などから構成されている。図１に示すように導光板１２の液晶表示ユニット２０と対向する面（導光板１２の下面）は、液晶表示ユニット２０を照明する光が出射される出射面１２ｂとされており、この出射面１２ｂと反対側（導光板１２の外面側）は、導光板１２の内部を伝搬する光の伝搬方向を変えるための反射面１２ｃとされている。
導光板１２を構成する材料としては、上記アクリル系樹脂のほかポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明な樹脂材料や、ガラスなどを用いることができる。また、具体的な例を挙げるならば、特に限定されるものではないが、アートン（商品名：ＪＳＲ社製）やデルペット（商品名：旭化成社製）等を好適なものとして挙げることができる。
【００１８】
導光板１２の反射面１２ｂは、液晶表示ユニット２０と対向して配置されて液晶表示ユニット２０を照明する光が出射される面であり、表面粗さ１０ｎｍ以下の平滑な面とされている。この出射面１２ｂ上には、導光板１２の内部または外部からこの出射面１２ｂを通過する光の反射を防ぐための反射防止膜が設けられていてもよい。この反射防止膜としては市販の反射防止フィルムを用いることができる。具体的には、特に限定されるものではないが、ＡＲＰ４Ｔ（商品名：大日本印刷社製）などを好適なものとして挙げることができる。
【００１９】
反射面１２ｃには、導光板１２の内部を伝搬する光の一部を反射させてその伝搬方向を変えるために出射面１２ｂに対して傾斜して形成された第１の斜面部１６と、この第１の斜面部１６より緩やかな傾斜角度を有して形成された第２の斜面部１７が交互に連続して複数形成されている。この反射面１２ｃにも上記出射面１２ｂと同様に反射防止膜を設けてもよい。
第１の斜面部１６の出射面１２ｂに対する傾斜角度は、４０〜５０度程度とすることが好ましく、第２の斜面部１７は、出射面１２ｂに対する傾斜角度を５度以下として出射面１２ｂと概ね平行とすることが好ましい。これは、第１の斜面部１６が、導光板１２の内部を伝搬する光の伝搬方向を出射面１２ｂに向かう側に変える作用を供するのに対して、第２の斜面部１７が導光板１２の内部を伝搬する光を反射させて光源１３から遠ざかる方向に送る作用を供するものであるからである。
また、上記第１の傾斜部１６は、出射面１２ｂにおける輝度の分布を均一にするために１００μｍ〜３００μｍ程度の間隔で形成されていることが好ましく、その導光板１２の厚さ方向の幅は、出射光量を大きくするために３μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。
【００２０】
尚、図１に示す導光板１２では、反射面１２ｃの形状を、２つの斜面部１６、１７が交互に連続した三角波状としているが、反射面１２ｃの形状はこれに限られるものではなく、この他にも、特に限定されるものではないが、斜面部１６、１７によって形成されるくさび状の溝の間に出射面１２ｂとほぼ平行な平坦部を設けた台形状が連続した形状としたものや、反射面１２ｃに球面の一部を成す凹部を複数形成した形状、あるいは球体の一部を成す凸部を反射面１２ｃ上に複数形成した形状などを挙げることができる。
【００２１】
光源１３は、導光板１２の側端面１２ａに光を照射するものであり、導光板１２に照射される光の広がる角度を制御するための光学手段１１を備えている。この光学手段１１はアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂などの透明な樹脂材料から構成されており、場合によってはガラス製であってもよい。
光源１３としては、冷陰極管のほか有機ＥＬ素子、ＬＥＤあるいはＬＥＤと棒状導光体を組み合わせたものなど、導光板１２の側端面１２ａに均一に光を照射することができるものであれば、いずれのものも好適に用いることができる。
【００２２】
液晶表示ユニット２０は、液晶層２３を挟持して対向するガラスなどからなる第１の基板２１と、第２の基板２２をシール材２４で接合一体化して構成されている。前記第１の基板２１の液晶層２３側の面に金属の反射膜を含む反射層２５と、表示回路２６が順に積層されており、前記第２の基板２２の液晶層２３側の面には、それぞれ表示回路２７が形成されている。このように液晶表示ユニット２０は、外部から入射した光を反射させるための反射層２５を備えた反射型の液晶表示ユニットとされている。
表示回路２６および２７は、図示されていないが液晶層２３を駆動するための透明導電膜等からなる電極層や液晶層２３の配向を制御するための配向膜等を含むものである。また、場合によってはカラー表示を行うためのカラーフィルタなどを有する構成であってもよい。
反射層２５は例えば表面に凹凸形状が形成されたアクリル系樹脂等からなる有機膜上に、アルミニウムや銀などからなる金属の反射膜をスパッタ法などにより形成し、この反射膜と有機膜を覆うようにシリコーン系樹脂などからなる平坦化膜を形成して構成される。この反射層２５はカラーフィルタを含む構成としても良く、その場合には、前記反射膜の直上にカラーフィルタを形成することが好ましい。このような構成とするならば、光の反射面にカラーフィルタを配置することができるので、色ずれや視差を低減して高品位のカラー表示が可能である。
【００２３】
ここで、上記の液晶表示ユニット２０の反射層２５の有機膜の表面および有機膜上に形成される反射膜の形状について図２を参照して以下に説明する。
図２は、液晶表示ユニット２０の反射層２５に形成された有機膜と反射膜とを拡大して示す斜視図である。この図において、有機膜２８の表面には内面が球面の一部を成す多数の凹部２８ａが重なり合うように連続して形成されており、この有機膜２８上に反射膜２９が成膜されている。
有機膜２８は、基板上に感光性樹脂などからなる樹脂層を平面形状に形成した後、図２に示す有機膜２８の表面とは逆凹凸の表面形状を有するシリコーン系樹脂などからなる転写型を上記樹脂層の表面に圧着した後、樹脂層を硬化させることにより形成される。反射膜２９は、有機膜２８の表面に形成されて液晶表示ユニット２０に入射する光を反射するものであり、アルミニウムや銀などの高い反射率を有する金属材料をスパッタ法や真空蒸着などの成膜法により形成したものである。
【００２４】
図２に示す凹部２８ａは、その深さを０．１μｍ〜３μｍの範囲でランダムに形成し、隣接する凹部２８ａのピッチを５μｍ〜１００μｍの範囲でランダムに配置し、上記凹部２８ａ内面の傾斜角を−３０度〜＋３０度の範囲に設定することが望ましい。
特に、凹部２８ａ内面の傾斜角分布を−３０度〜＋３０度の範囲に設定する点、隣接する凹部２８ａのピッチを平面全方向に対してランダムに配置する点が特に重要である。なぜならば、仮に隣接する凹部２８ａのピッチに規則性があると、光の干渉色が出て反射光が色付いてしまうという不具合があるからである。また、凹部２８ａ内面の傾斜角分布が−３０度〜＋３０度の範囲を超えると、反射光の拡散角が広がりすぎて反射強度が低下し、明るい表示が得られない（反射光の拡散角が空気中で３６度以上になり、液晶表示装置内部の反射強度ピークが低下し、全反射ロスが大きくなるからである。）からである。
また、凹部２８ａの深さが３μｍを超えると、後工程で凹部２８ａを平坦化する場合に凸部の頂上が平坦化膜で埋めきれず、所望の平坦性が得られなくなる。
【００２５】
隣接する凹部２８ａのピッチが５μｍ未満の場合、有機膜２８を形成するために用いる転写型の製作上の制約があり、加工時間が極めて長くなる、所望の反射特性が得られるだけの形状が形成できない、干渉光が発生する等の問題が生じる。また、有機膜２８の表面形状を形成するための前記転写型は、ダイヤモンド圧子をステンレス鋼などの基材に多数押圧して作製された転写型用母型の表面形状を、シリコーン樹脂などに転写することによって作製されるが、このダイヤモンド圧子の先端径は実用上３０μｍ〜２００μｍであることが望ましいので、隣接する凹部２８ａのピッチは５μｍ〜１００μｍとすることが望ましい。
【００２６】
液晶表示ユニット２０は、反射層２５を構成する反射膜２９が上記のような形状とされているので、外部から入射する光を効率よく反射、散乱することが可能であり、明るい反射表示と広い視野角を実現することができる。これは、図２に示す凹部２８ａの深さやピッチが上記に示す範囲に制御されていることと、凹部２８ａの内面が球面であることによる。
すなわち、凹部２８ａの深さとピッチが制御されて形成されていることにより、光の反射角を支配する凹部２８ａの内面の傾斜角が一定の範囲に制御されるので、反射膜２９の反射効率を一定の範囲に制御することが可能になる。
【００２７】
以上の構成の液晶表示装置１は、太陽光や照明などの周囲光を利用した反射表示のほか、必要に応じてフロントライト１０を点灯させることによりこのフロントライト１０からの光を利用した反射表示を行うことができる。
フロントライト１０の光源１３から光学手段１１を介して導光板１２の側端面１２ａに照射された光は、導光板１２の内部に導入されて導光板１２の内部を反射しながら伝搬するとともに、その一部が反射面１２ｃの斜面部１６によって反射され、その伝搬方向を出射面１２ｂに向かう方向に変えられて出射面１２ｂから出射して液晶表示ユニット２０を照明する。液晶表示ユニット２０に入射した光は液晶表示ユニット２０の表示回路２６、２７および液晶層２３を通過して反射層２５に達し、図２に示すこの反射層２５の反射膜２９によって反射されて液晶表示ユニット２０の外側へ戻り、導光板１２を通過して反射面１２ｃから出射されて観察者に到達する。このようにして液晶表示ユニット２０の表示が観察者に視認される。
【００２８】
上記のフロントライト１０において、光源１３から導光板１２に導入される光は、光源１３の導光板１２の側端面１２ａと対向する側に設けられた光学手段１１によって導光板１２内部へ入射する角度の範囲である放射角が所定の角度になるように制御されている。この光学手段１１を介した導光板１２内部への光の入射について図３および図４を参照して以下に説明する。
【００２９】
図３は、図１に示すフロントライト１０の導光板１２と光源１３を含む部分を拡大して示す部分断面図であり、図４Ａ〜図４Ｃは光学手段１１の断面形状の構成例を示す図である。
図３に示すように光源１３から発せられた光は、光源１３の導光板１２側に設けられた光学手段１１を介して導光板１２の内部に導入される。光源１３から発せられた光は広がりをもって光学手段１１に入射するが、この広がりは光源１３を構成する冷陰極管やＬＥＤなどの特性によって異なる。光学手段１１は、このような光源１３の光の広がりを所望の範囲に制御して導光板１２に導入するために光源１３の導光板１２と対向する側に設けられている。
【００３０】
図３に示すフロントライト１０においては、光学手段１１を介して側端面１２ａから導光板１２内部へ入射された光の入射角が、図３に示す放射角αの範囲内に制御されている。このような構成とすることにより導光板１２の出射面１２ｂから出射される光のうち、表示に寄与しうる光の量を増加させることができるとともに、出射面１２ｂにおける輝度分布を均一なものとすることができる。これは、以下に示す理由によるものである。
【００３１】
まず、図１に示すフロントライト１０は、導光板１２の側端面１２ａから導入された光を内部で反射させながら伝搬させるとともに、反射面１２ｃに設けられた傾斜部１６で反射された光を出射面１２ｂから液晶表示ユニット２０に向けて出射するようになっている。そのため、出射面１２ｂの各部から出射される光量は対応する傾斜部１６によって反射される光量に依存している。
また、図１および図２に示す液晶表示ユニット２０の反射層２５においては、上述のように反射膜２９の形状が制御されて形成されている。上記の形状を有する反射膜２９が最も効率よく反射させることができる光は反射膜２９への入射角度が±２０度以下の光であり、液晶表示装置１の輝度はこの±２０度以下で反射膜２９に入射する光量に大きく左右される。そのため、太陽光などの十分な光量を有する光源を利用して表示を行う場合には十分な輝度が得られていても、フロントライトのように光源の利用効率がそれほど高くなく光量が小さい光源を用いる場合には、この±２０度以下で反射膜２９に入射する光量が小さいと視認性が大きく低下することになる。
【００３２】
従って、液晶表示装置１の表示の輝度を向上させるためには、フロントライトの出射面１２ｂからの出射光量を向上させるとともに、出射面１２ｂから出射される光のうち、液晶表示ユニット２０の反射層２５に±２０度以下の入射角度で入射する成分を増加させる必要がある。この条件を満たすには、導光板１２内部を伝搬する光のうち図３に示す斜面部１６に入射する光の入射角度と、その光量を適切に設定すればよい。
具体的には、導光板１２内部を伝搬する光が、斜面部１６に対してより浅い角度で入射するようにすればよいので、図３に示す側端面１２ａにおける放射角αを小さくすればよい。その一方で、放射角αを小さくしすぎると出射面１２ｂで反射して進行する光の反射角が小さくなるために、光源１３から離れた位置の斜面部１６に入射する光量が小さくなり、出射面１２ｂから出射される光の光量の均一性に劣るものとなる。従って放射角αは、適切な範囲に設定する必要がある。そこで本実施形態の構成によれば、図３に示す光学手段１１により上記放射角αを適切な範囲に制御することができるので、液晶表示装置１の表示の輝度を向上させることができるとともに、フロントライト１０の出射面１２ｂにおける輝度分布を改善することができる。
【００３３】
図３に示す放射角αは、７０度以上１８０度以下であることが好ましい。放射角αが７０度より小さい場合には導光板１２内部を光源１３から離れる方向に伝搬する光の出射面１２ｂでの反射角が小さくなりすぎるために光源１３から離れた位置での出射面１２ｂからの出射光量が小さくなり、輝度の均一性に劣るものとなるためである。
また、上記放射角αは、７６度以上１８０度以下であることがより好ましい。
このような範囲に放射角αを設定することにより、出射面１２ｂにおける輝度の分布をより均一にすることができる。
また、上記放射角αは、７６度以上１２０度以下とすることがより好ましい。
このような範囲に放射角αを設定することにより、図２に示す液晶表示ユニット２０の反射膜２９に±２０度以下の入射角で入射する光量を増加させることができるとともに、出射面１２ｂにおける輝度の分布も均一化することができる。
【００３４】
また、図３に示す導光板１２に入射する光の入射角分布の中央値が、出射面１２ｂに対して−５度以上＋５度以下の角度を成すようにすることが好ましい。すなわち、図３に示す放射角αの中心線１８が出射面１２ｂに対して−５度以上＋５度以下の角度を成すようにすることが好ましい。このような構成とすることにより、導光板１２内部における光の伝搬方向を反射面１２ｃ側、あるいは出射面１２ｂ側に向けることができる。従って、導光板１２の反射面１２ｃの形状や、導光板１２の寸法に合わせて導光板１２内部における光の伝搬方向を最適化することができる。これにより、導光板１２の出射面１２ｂにおける輝度の分布をより均一にすることができる。
【００３５】
図３に示す光学手段１１は、例えば、図４Ａ〜図４Ｃの断面図で示す導光体を用いることができる。まず、この光学手段１１として図４Ａに示す導光体１１Ａを用いる場合を以下に説明する。尚、導光体１１Ａの実際の形状は、図４Ａに示す断面構造を有する棒状である。
この導光体１１Ａは、入射面１４ａ（図示右側面）から光源の光を導入して、この光を上記入射面１４ａと反対側の面（図示左側面）である出射面１４ｂから出射するようになっている。この出射面１４ｂは図４Ａに示すように導光体１１Ａの外側に凸な曲面となっており、この面を通過する光は導光体１１Ａの厚さ方向（図示上下方向）の広がりが狭くなるように屈折される構造となっている。尚、出射面１４ａの形状は光源１３の種類（冷陰極管やＬＥＤや有機ＥＬ素子など）、および導光板１２内部への放射角によって適宜最適な形状とすればよい。
上記の光学手段１１を通過して導光板１２の側端面１２ａに照射された光は、光学手段１１によってその広がりを制御されているので、図３に示す導光板１２の側端面１２ａから入射された光の放射角αも所望の角度に制御されたものとなる。
【００３６】
次に、図４Ｂに示す導光体１１Ｂを光学手段１１として用いる場合について説明する。導光体１１Ｂは、図４Ｂに示す断面構造を有する棒状であり、光源１３からの光が入射される平坦な面である入射面１４ｂと、この入射面１４ｂと反対側に位置して導光体１１Ｂを伝搬する光を出射する出射面１５ｂを備える構成である。出射面１５ｂは導光体１１Ｂの外側に凸なる形状を形成する２つの斜面部１５ｂ１、１５ｂ２から構成されている。
上記の構成の導光体１１Ｂの内部に光源１３から入射面１４ｂを介して導入された光は、出射面１５ｂから出射されて導光板１２に導入される。出射面１５ｂは上記のような形状であるので、出射面１５ｂを通過する光は導光体１１Ｂの厚さ方向の広がりが狭くなるように屈折されて出射される。このように導光体１１Ｂを用いた場合も、光源１３から導光体１１Ｂを介して導光板１２に導入される光の放射角αを制御することができる。
【００３７】
また、図４Ｃに断面構造を示す導光体１１Ｃも、上記の導光体１１Ａ、１１Ｂと同様に光学手段１１として適用することができる。図４Ｃに示す導光体１１Ｃは、図４Ｂに示す導光体１１Ｂと同様の棒状であり、図示右側面の入射面１４ｃから光源１３の光を導入して、この光を入射面１４ｃと反対側（図示左側面）の出射面１５ｃから導光板１２へ照射する構造となっている。この導光板１１Ｃの出射面１５ｃは、導光体１１Ｃの外側に凸である曲面を成しているが、この曲面は導光体１１Ｃの厚さ方向に対称な形状ではなく、図４Ｃに示すように曲面の中心が図示上方にずれた形状（すなわち、導光体１１Ｃの中心から外れた側に曲面の中心をずらした形状）に形成されている。このような構造の導光体１１Ｃを光学手段１１として適用するならば、導光体１１Ｃの出射面１５ｃから出射される光が広がる方向を図示上方側とすることができる。従って、導光板１２へ導入された光の伝搬方向は導光板１２の反射面１２ｃに向かう方向となる。
【００３８】
尚、図４Ｃには導光体１１Ｃを通過する光の広がる方向が図示上方側となるように導光体１１Ｃの出射面１５ｃを形成した例を示したが、導光体１１Ｃを通過した光が図示下方側へ広がるように出射面１５ｃを構成することもできる。この場合には、出射面１５ｃを構成する曲面の中心を図示下方側にずらした構成とすればよい。
【００３９】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、図１に示す光学手段１１が光源１３に備えられている構成としたが、この光学手段１１を導光板１２の側端面１２ａに形成した構成とすることもできる。この様な構成を本発明の第２の実施形態として図５Ａ、Ｂを参照して以下に詳細に説明する。
【００４０】
図５Ａ、図５Ｂは、本発明の第２の実施形態であるフロントライトの部分断面図である。まず、図５Ａに示すフロントライト１１０Ａについて説明する。フロントライト１１０Ａは、導光板１１２Ａと、その側端面１１４ａに配置された光源１１３Ａとから概略構成されている。図５Ａに示すフロントライト１１０Ａが上記第１の実施形態のフロントライト１０と異なる点は、光源１１３Ａから導光板１１２Ａに入射する光の入射角を制御するための光学手段が導光板１１２Ａの側端面１１４ａの形状により実現されている点であり、これ以外の構成は図１に示すフロントライト１０と同様である。
【００４１】
図５Ａに示すように導光板１１２Ａの側端面１１４ａは、導光板１１２Ａの外側に凸なる曲面を成すように形成されている。従ってこの側端面１１４ａを介して光源１１３Ａから導光板１１２Ａに入射する光は、側端面１１４ａでその広がりが導光板１１２Ａの厚さ方向に狭くなるように屈折されて導光板１１２Ａ内部に導入される。このように導光板１１２Ａの側端面１１４ａは、図３に示す光学手段１１と同等の機能を有するものであり、側端面１１４ａから導光板１１２Ａ内部へ伝搬する光の放射角を制御して、フロントライト１１０Ａの出射光量と輝度分布を最適化することができる。
【００４２】
次に、図５Ｂに示すフロントライト１１０Ｂについて説明する。フロントライト１１０Ｂは、導光板１１２Ｂとその側端面１１４ｂに配置された光源１１３Ｂとから概略構成されており、導光板１１２Ｂの側端面１１４ｂの形状以外は、図５Ａに示すフロントライト１１０Ａと同様の構成である。
導光板１１２Ｂの側端面１１４ｂは、図５Ｂに示すように２つの斜面部からなり、導光板１１２Ｂの内側に凸なるくさび状となっている。光源１１３Ｂから導光板１１２Ｂの側端面１１４ｂを介して導光板１１２Ｂ内部に導入される光は、この側端面１１４ｂを通過する際にその導光板１１２Ｂの厚さ方向の広がりが狭くなるように屈折される。すなわち、導光板１１２Ｂ内部への放射角が小さくなるように屈折されて導光板１１２Ｂ内部に導入される。
従って、導光板１１２Ｂの側端面１１４ｂも、上記導光板１１２Ａの側端面１１４ａと同様に図３に示す光学手段１１と同等の機能を有するものであり、この側端面１１４ｂの形状を最適化することにより、フロントライト１１０Ｂの出射光量と輝度分布を最適化することができる。
【００４３】
【実施例】
（実施例１）
図１に示すフロントライト１０と同様の構成のフロントライトを作製した。導光板はアクリル樹脂デルペット（商品名：旭化成社製）を材料として射出成形を行うことにより作製し、反射面形状は、深さ５．７μｍ、間隔１６０μｍの三角波状とした。フロントライトの光源は白色ＬＥＤとした。上記光源と導光板の間の光学手段は、アクリル樹脂デルペットを材料として射出成形を行うことにより作製された導光体とした。この導光体の形状は図４Ａに示す導光体１１Ａと同様の形状とし、出射面として外側に凸なる曲面を備える構成とした。この導光体の出射面は、上記のフロントライトにおいて光源からの導光体を介して導光板に導入される光の導光板内部への放射角が７７．５度となり、導光板内部への入射角の分布の中央値が出射面に対して１．２５度となるように設定した。
【００４４】
上記にて作製されたフロントライトを点灯させて導光板の出射面の輝度を測定した。尚、輝度の測定は導光板の長手方向に出射面を９つの領域に分割してそれぞれの領域について測定を行った。その測定結果を図６に示す。図６に示すグラフの横軸は上記の９つの領域を光源に近い側から１番目として示す領域番号であり、縦軸はフロントライトの輝度を示す。
上記のフロントライトの平均輝度は３２７．７（ｃｄ／ｍ^２）であった。また輝度の最大値と最小値の比は０．７５５であった。
【００４５】
次に、上記のフロントライトの反射面からの漏れ光量、および出射面からの出射光のうち出射面の法線に対して±２０度以下の角度で出射する光量（液晶表示ユニットを出射面と対向するように配置した状態で、液晶表示ユニットの反射膜に±２０度以下の入射角で入射する光量：以後有効光量と称す。）を測定した。
その結果、反射面からの漏れ光は導光板に入射した光の６．６９％であり、出射面の法線に対して±２０度以下の角度で出射される光量は導光板に入射した光の３．３％であった。
【００４６】
（実施例２）
次に、導光体を介して導光体に導入された光の導光板内部への放射角が７５度となるように導光体の出射面の形状を設定した以外は、上記実施例１と同等の構成としたフロントライトを作製した。尚、本実施例のフロントライトは導光板内部への入射角の分布の中央値が、出射面に対して０度となるように設定した。
このフロントライトを点灯させて、上記実施例１と同様の測定を行った。輝度分布を測定した結果を図７に示す。このフロントライトの平均輝度は３２２．２（ｃｄ／ｍ^２）であった。また、輝度の最大値と最小値の比は０．７３８であった。
次に、上記実施例１と同様に反射面からの漏れ光量と、有効光量を測定した。
反射面からの漏れ光量は導光板に入射される光の６．４３％であり、有効光量は３．４５％であった。
【００４７】
（実施例３）
次に、導光体を介して導光体に導入された光の導光板内部への放射角を、それぞれ以下の表に示す放射角となるように導光体の出射面の形状を設定した以外は、上記実施例２と同等の構成としたフロントライトを作製した。尚、本実施例のフロントライトは導光板内部への入射角の分布の中央値が、出射面に対して０度となるように設定した。
放射角
実施例３８０度
実施例４９０度
実施例５１２０度
実施例６１８０度
実施例７７０度
【００４８】
上記のフロントライトについて、上記実施例１と同様の方法で輝度分布を測定した結果を図８〜図１２に示す。また、それぞれの平均輝度、輝度の最大値と最小値の比、反射面からの漏れ光量、有効光量を測定した結果を以下の表に示す。
平均輝度（ｃｄ／ｍ^２）輝度の最小値／最大値
実施例３３２６．２０．７６７
実施例４３３２．５０．７９３
実施例５３４１．００．８１８
実施例６３３５．６０．７５３
実施例７３２３．５０．７０１
【００４９】
反射面からの漏れ光有効光量
実施例３６．８４％３．０８％
実施例４８．７９％２．５７％
実施例５１２．８３％１．５６％
実施例６１７．５７％０．９１％
実施例７５．８９％３．８２％
【００５０】
（比較例１、２）
次に、導光体を介して導光体に導入された光の導光板内部への放射角を、それぞれ以下の表に示す放射角となるように導光体の出射面の形状を設定した以外は、上記実施例２と同等の構成としたフロントライトを作製した。尚、本実施例のフロントライトは導光板内部への入射角の分布の中央値が、出射面に対して０度となるように設定した。
放射角
比較例１６０度
比較例２６５度
【００５１】
上記のフロントライトについて、上記実施例１と同様の方法で輝度分布を測定した結果を図１３および図１４に示す。また、それぞれの平均輝度、輝度の最大値と最小値の比、反射面からの漏れ光量、有効光量を測定した結果を以下の表に示す。
平均輝度（ｃｄ／ｍ^２）輝度の最小値／最大値
比較例１３１４．６０．６０５
比較例２３２３．３０．６３３
【００５２】
反射面からの漏れ光有効光量
比較例１３．９８％５．２５％
比較例２４．８４％４．６９％
【００５３】
上記の実施例１〜７、および比較例１、２のフロントライトの輝度の最大値と最小値の比を比較するために１つのグラフ上にまとめたものを図１５に示す。図に示すグラフにおいて横軸は放射角を示し、縦軸は輝度の最大値と最小値の比を示す。実施例１〜７のいずれのフロントライトも０．７以上の値を示しており、実施例１および実施例３〜６のものについては０．７５以上を示している。
フロントライトの輝度の分布は、輝度の最大値と最小値の比において０．７以上であることが好ましく、０．７５以上であることがより好ましいので、実施例のフロントライトは出射面からの輝度の分布に優れたものであることが確認された。
【００５４】
次に、以上の実施例１〜７、比較例１、２における反射面からの漏れ光量と、有効光量を比較するために１つのグラフとしてまとめたものを図１６に示す。図１６に示すグラフの横軸は放射角を示し、縦軸は導光板への入射光量に対する漏れ光量、あるいは有効光量の割合を示す。このグラフに示されているように、放射角を狭くするほど反射面からの漏れ光量が減少し、出射面からの有効光量が増加する傾向となっている。ただし、放射角が６０度（比較例１）、６５度（比較例２）のフロントライトは有効光量は大きいものの、上記のように出射面における輝度の最大値と最小値の比がそれぞれ０．６０５、０．６３３と劣るものであった。
【００５５】
以上の結果から、本発明によるフロントライトは、輝度分布が均一であり、かつ有効光量が大きいことが確認された。また、このフロントライトを備える液晶表示装置を構成するならば、表示が明るく、かつ輝度が均一な液晶表示装置が得られる。
【００５６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の面状発光装置は、光源と、該光源の光を側端面から入射して該光を出射面から出射する導光板とを備え、前記導光板の出射面と反対側の面は、前記導光板の内部を伝搬する光を反射させるための反射面とされており、前記光源の光が導光板内部へ入射する角度の範囲である放射角を制御するための光学手段が、前記導光板の側端面または前記光源に設けられている構成としたので、面状発光装置の輝度を大きくすることができるとともに、その出射面における輝度の分布も均一にすることができる。
【００５７】
次に、前記放射角を、前記導光板の厚さ方向に７０度以上１８０度以下の範囲とするならば、輝度分布を均一にすることが可能であり、前記放射角を前記導光板の厚さ方向に７６度以上１８０度以下とするならば、輝度分布をより均一化することができる。
【００５８】
特に、前記放射角を前記導光板の厚さ方向に７０度以上１２０度以下とするならば、輝度分布を均一にすることができる効果に加えて、この面状発光装置を液晶表示ユニットの前面に配して液晶表示装置を構成した際の表示の輝度を向上させることができる。
【００５９】
次に、前記放射角の中央値を前記導光板の出射面に対して−５度以上５度以下の範囲の角度とするならば、導光板の反射面あるいは出射面に対して入射する光量を、光源や導光板の特性に合わせて最適化することができるので、より輝度分布を均一にすることができる。
【００６０】
次に、本発明の液晶表示装置は、本発明の面状発光装置を備えているので、表示の輝度が高く、また表示領域における輝度の分布が均一であるため、視認性が高く、高品位の表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態である液晶表示装置の断面図である。
【図２】図２は、図１に示す反射層の一部を示す斜視図である。
【図３】図３は、図１に示すフロントライトの部分断面図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｃは、光学手段の構成例を示す断面図である。
【図５】図５Ａ、図５Ｂは、本発明に係る導光板の側端面の構成例を示す、フロントライトの部分断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例１の輝度分布の測定結果。
【図７】図７は、本発明の実施例２の輝度分布の測定結果。
【図８】図８は、本発明の実施例３の輝度分布の測定結果。
【図９】図９は、本発明の実施例４の輝度分布の測定結果。
【図１０】図１０は、本発明の実施例５の輝度分布の測定結果。
【図１１】図１１は、本発明の実施例６の輝度分布の測定結果。
【図１２】図１２は、本発明の実施例７の輝度分布の測定結果。
【図１３】図１３は、本発明の比較例１の輝度分布の測定結果。
【図１４】図１４は、本発明の比較例２の輝度分布の測定結果。
【図１５】図１５は、本発明の実施例１〜７および比較例１、２の輝度分布をまとめて示すグラフ。
【図１６】図１６は、本発明の実施例１〜７および比較例１、２の漏れ光量と有効光量の測定結果をまとめて示すグラフ。
【図１７】図１７は、従来のフロントライトを備える液晶表示装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１液晶表示装置１０フロントライト（面状発光装置）１１光学手段１２導光板１２ａ側端面１２ｂ出射面１２ｃ反射面１３光源１６、１７斜面部２０液晶表示ユニット

Claims

光源と、該光源の光を側端面から入射して該光を出射面から出射する導光板とを備え、前記導光板の出射面と反対側の面は、前記導光板の内部を伝搬する光を反射させるための反射面とされており、
光源の光が導光板内部へ入射する角度の範囲である放射角を制御するための光学手段が前記光源に設けられ、
前記光学手段は、前記光源の、前記導光板の側端面と対向する側に設けられた導光体であり、
前記導光体は、前記導光板に対向する出射面が曲面とされるとともに、曲面の中心が前記導光体の中心から外れた側にずらされ、前記導光体の厚さ方向において非対称な形状とされており、
前記導光体からの出射光を、前記導光体の出射面から、前記導光板の反射面側あるいは出射面側の方向に広がるように出射させることを特徴とする面状発光装置。
前記放射角が、前記導光板の厚さ方向に７０度以上１８０度以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の面状発光装置。
前記放射角が、前記導光板の厚さ方向に７６度以上１８０度以下であることを特徴とする請求項２に記載の面状発光装置。
前記放射角が、前記導光板の厚さ方向に７６度以上１２０度以下であることを特徴とする請求項３に記載の面状発光装置。
前記導光板内部へ入射する光の入射角分布の中央値が、前記導光板の出射面に対して−５度以上５度以下の範囲の角度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の面状発光装置。
前記導光板の反射面に、前記導光板内部を伝搬する光を反射させるための斜面部が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の面状発光装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の面状発光装置を備えたことを特徴とする液晶表示装置。