JP4198975B2 - 照明装置、導光体、及び液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置、導光体、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とを基本構成としており、導光板側端面から導入した光を、導光板の出射面と反対側の面に形成したプリズム形状により反射させて出射面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（例えば特許文献１）。
図６は、これら従来の照明装置を備えた液晶表示装置の断面構造を示す図である。図７は、図６Ａに示すフロントライトの導光状態を説明するための説明図であり、図８は、図６Ｂに示すバックライトの導光状態を説明するための説明図である。
【０００３】
図６Ａに示す液晶表示装置は、液晶パネル１２０とその前面側（図示上面側）に配設されたフロントライト１１０とから構成されており、フロントライト１１０において、符号１１２は導光板、符号１１３はバー導光体、符号１１５はＬＥＤ（発光ダイオード）である。また導光板１１２の上面に、緩斜面部１１４ａと急斜面部１１４ｂとからなる断面三角形状の突条１１４が連続的に形成されている。液晶パネル１２０において、符号１２１は上基板、符号１２２は下基板、符号１２３は液晶層、符号１２４はシール材である。また、液晶パネル１２０には、図示略の反射板が下基板１２２の外面側又は内面側に設けられている。
【０００４】
図６Ｂに示す液晶表示装置は、液晶パネル１４０とその背面側（図示下面側）に配設されたバックライト１３０とから構成されており、液晶パネル１４０は反射層を備えない透過型、あるいは部分的に反射層が設けられた半透過反射型とされ、それ以外の基本構成は図６Ａと同様である。バックライト１３０において、符号１３２は導光板、符号１３３は光源（例えば冷陰極管）であり、導光板１３２の下面に断面くさび状の溝１３４が複数形成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１０９３４７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図６Ａに示すフロントライト１１０では、図７に示すように、バー導光体１１３から導光板１１２内部に導入された光は、導光板１１２内部で全反射を繰り返しながら伝搬し、主に急斜面部１１４ｂに入射した光が、導光板１１２の出射面１１２ｂから出射されるようになっている（図７に示す光Ａ，Ｂ）。しかしながら、光Ａ，Ｂと同様に急斜面部１１４ｂに入射する光でも、図７に示す光Ｃ，Ｄのように光Ａ，Ｂよりも浅い入射角で斜面部に入射する光が、急斜面部１１４ｂを透過して液晶表示装置上面側へ漏れ出る場合がある。これは、光Ｃ，Ｄの入射角が導光板１１２と空気とにおける臨界角を越えて浅くなったためであり、このような光Ｃ，Ｄは、照明光として利用されないためフロントライト１１０の輝度を低下させ、また導光板１１２を透過しての表示に対してはコントラストを低下させる原因となる。
【０００７】
また、図６Ｂに示す液晶表示装置においても、図８に示すように、導光板１３２内部を伝搬する光の一部は、導光板１３２の下面１３２ｂに臨界角を越えて浅い入射角で入射し、下面１３２ｂから外方へ抜け出てロスされる。また、図６Ｂに示すバックライト１３０の形状は、現在一般的に用いられている形状であるが、この種のバックライトでは導光板１３２から液晶パネル１４０側へ出射される光に、導光板１３２鉛直方向からずれて斜めに出射される成分が多く含まれている。そのため、バックライト１３０から出射された後の光の利用効率が低くなるという問題があり、この問題点を解決するために、バックライト１３０の出射光を導光板鉛直方向に指向させるプリズムシート１３７を導光板１３２と液晶パネル１４０との間に配設していた。しかし、この構成では、液晶表示装置の薄型化が困難であり、またコストの増加という問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、高輝度でかつ漏れ光が低減され、好ましくは薄型化を実現できる照明装置を提供することを目的としている。
また本発明は、入光面から導入された光を効率よく均一に出射面に伝搬させることができる導光板を提供することを目的としている。
さらに本発明は、上記の照明装置を備え、高輝度で表示品質に優れる液晶表示装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【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。
本発明に係る照明装置は、光源と、該光源の光を側端面から内部に導入し、内部を伝搬する前記光を出射面から出射させる導光板とを備え、前記導光板の出射面に、該導光板内部の伝搬光を反射させて前記出射面側に出射させるためのプリズム形状が形成され、前記プリズム形状は、一対の斜面部からなる断面視くさび状とされ、前記出射面に形成される複数の突条により構成され、前記突条は、前記伝搬光の進行方向側に急斜面部が形成されているとともに、該急斜面部の内面が前記出射面の外面側を向くように形成され、もう一方の斜面部が緩斜面部とされており、前記急斜面部の傾斜角度が４０°以上６０°以下とされるとともに、前記緩斜面部の傾斜角度が０．５°以上５°以下とされており、前記光源の近傍の前記突条を構成する前記急斜面部の傾斜角度が、前記光源から離れた前記突条を構成する前記急斜面部の傾斜角度よりも大きな、前記導光板内部における伝搬距離に応じて変化する、前記導光板内部の前記伝搬光の角度分布に基づいた角度とされており、前記急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を特徴としている。
【００１０】
このような構成とすることで、導光板内部を伝搬する光が、出射面と反対側の面から漏れ出るのを効果的に防止することができるので、例えば表示装置のフロントライトとして上記構成の照明装置を用いるならば、表示装置正面方向への漏れ光を著しく低減することが可能であり、高コントラストの表示を得ることができ、また、前記伝搬光を出射面から効率良く出射させる導光板を容易に構成することができる。ここで、前記突条は、前記急斜面部を有していればその形状に特に限定はない。また、導光板の出射面と反対側の面は平坦面とすることができるので、表示装置のフロントライトに適用した場合には、表示面側に前記平坦面が配置され、前記プリズム形状を保護できるという利点が得られる。
また、前記急斜面部に入射する伝搬光の進行方向と、該伝搬光の反射光進行方向との成す角度が鈍角である構成とすることで、突条の急斜面部に入射する光が前記急斜面部を透過して漏れ出る光となるのを効果的に防止することができ、前記急斜面部で反射されて被照明体を照明する光量を増加させることができ、高輝度の照明装置を提供することができる。
また、前記導光板の水平基準面に対する前記急斜面部の傾斜角度が４０°以上６０°以下とされるとともに、前記水平基準面に対する前記緩斜面部の傾斜角度が０．５°以上５°以下とされた構成とすることで、前記急斜面部に入射する光を効率よく反射させることができ、高輝度の照明装置とすることができる。また、前記急斜面部における漏れ光を低減でき、フロントライトに用いた場合に、高コントラストの表示を得やすくなる。
【００１４】
前記伝搬光は、光源から導光板に導入された後、導光板の上下面で全反射を繰り返しながら進行するためある程度散乱された光となっており、伝搬光の水平面に対する角度分布は、導光板内部における伝搬距離に応じて変化し、例えば１ｍｍ厚のアクリル樹脂製の導光板では、光源の近傍では±４０°前後の角度分布となり、光源から５０ｍｍ程度離れた位置では、±２０°前後の角度分布となる。従って、この伝搬光の角度分布に応じて斜面部の傾斜角度を設定することで、より均一な照明光を得ることができる。
【００１７】
本発明に係る照明装置は、前記光源が、前記導光板の側端面に沿って配設されたバー導光体と、該バー導光体の端面部に配設された発光素子とを備えた構成とすることができる。
このような構成とすることで、前記バー導光体によりその延在方向に均一に光が伝搬されるので、導光板側端面に入射する光が前記側端面内で均一に分布された状態となり、その結果導光板の出射面内での光量分布を均一化することができる。
【００１９】
本発明に係る液晶表示装置は、先に記載の本発明の照明装置を、液晶パネルの前面又は背面に備えたことを特徴としている。このような構成とすることで、高輝度の表示が得られる液晶表示装置を提供することができ、特に、前記照明装置を液晶パネル前面に配設するならば、従来に比して高コントラストの表示が得られる液晶表示装置を提供することができる。
【００２０】
【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、本発明の一実施の形態であるフロントライトを備えた液晶表示装置の斜視構成図であり、図２は、図１に示す液晶表示装置の断面構成図である。また、図３は、図２に示すフロントライトの導光状態を説明するための部分断面構成図である。本実施形態の液晶表示装置は、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。
【００２１】
フロントライト１０は、図１に示すように、略平板状の透明の導光板１２と、その側端面１２ａに沿って配設されたバー導光体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発光素子１５と、を備えて構成されている。すなわち、本実施形態に係るフロントライト１０では、発光素子１５とバー導光体１３とが光源とされ、導光板１２の側端面１２ａが導光板の入光面とされている。
また、図２に示すように、導光板１２の液晶パネル側面（図示下面）１２は、導光板１２の側端面１２ａと略平行に延在する複数の突条１４が配列形成された、断面略鋸刃状とされている。
【００２２】
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。
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、発光素子１５を点灯させ、この発光素子１５から出射された光をバー導光体１３を介して導光板１２の入光面１２ａから導光板内部へ導入し、導光板内部を伝搬する光（伝搬光）を導光板１２の図示下面（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。
【００２３】
フロントライト１０の導光板１２は、図２及び図３に示すように、液晶パネル２０の表示領域上に配置されて発光素子１５から出射された光を出射面１２ｂ側から液晶パネル２０に出射する平板状の部材であり、透明なアクリル樹脂などから構成されている。図２の部分断面図に示すように、導光板１２の出射面１２ｂには、複数の突条１４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１２ｂと反対側面（対向面）１２ｃは、平坦面に形成されている。
【００２４】
図３に示すように、出射面１２ｂに形成された突条１４は、出射面１２ｂ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１４ａとされ、他方がこの緩斜面部１４ａよりも急な傾斜角度に形成された急斜面部（斜面部）１４ｂとされている。また、前記緩斜面部１４ａは、出射面１２ｂ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１４ｂ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１４ｂの外面が導光板１２の対向面１２ｃ側を向き、内面は出射面１２ｂの外側を向くように形成されている。
そして、導光板１２内部を図３では左側（バー導光体１３側）から右側へ伝搬する光を、出射面１２ｂの急斜面部１４ｂにより出射面１２ｂ側へ反射して導光板１２の背面側に配置された液晶パネル２０に向けて出射させるようになっている。
【００２５】
ここで、図３及び図４を参照して前記急斜面部１４ｂによる伝搬光の反射作用について説明する。図４は、図３に示す急斜面部１４ｂを拡大して示す部分断面構成図である。本実施形態に係るフロントライト１０では、図４に示すように、導光板１２内部から急斜面部１４ｂに入射する伝搬光Ｌｉｎと、急斜面部１４ｂ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１４ｂが形成されている。すなわち、この急斜面部１４ｂ（突条１４）が形成された位置において伝搬光Ｌｉｎが急斜面部１４ｂに対して４５°を越える入射角で入射するようしている。これにより、急斜面部１４ｂ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１４ｂで反射される光量が増加し、フロントライト１０の輝度が向上する。
尚、本発明者は上記急斜面部１４ｂの傾斜角の最適化によりフロントライト１０の照明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。
【００２６】
フロントライト１０では、図３に示す緩斜面部１４ａ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１４ｂ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。このような範囲とするならば、導光板１２面内を伝搬する光を効率よく液晶パネル２０へ出射させることができ、明るい表示が可能な液晶表示装置を構成することができる。緩斜面部１４ａの傾斜角θ１の範囲が、０．５°未満では、フロントライトの平均輝度が低下し、５°を越える場合には、導光板面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１４ｂの傾斜角度θ２が、４０°未満の場合、及び４５°を越える場合には、急斜面部１４ｂを透過して漏れ出る光量が多くなり出射面１２ｂからの出射光量（すなわちフロントライト１０の輝度）が低下するため好ましくない。
【００２７】
また、本実施形態のフロントライト１０では突条１４のピッチＰ（プリズム溝１４の頂点部の間隔、あるいは底頂部の間隔）は、導光板の出射面１２ｂ面内で一定とされている。さらに、本実施形態のフロントライト１０の場合は突条１４の高さｈ（水平基準面ｚと、突条１４の底頂部との距離）も出射面１２ｂの面内で一定とされている。
尚、突条１４のピッチＰ及び高さｈは、必ずしも出射面１２ｂの面内で一定とする必要はなく、これらを変化させて突条１４を形成しても本発明の技術範囲を超えるものではない。また、それぞれの突条１４の傾斜角度θ１及びθ２を変化させて突条１４を形成しても本発明の技術範囲を超えるものではない。
【００２８】
バー導光体１３は、透明なアクリル樹脂等の材料からなる棒状の部材で、導光板１２の側端面１２ａに沿って配置される。このバー導光体１３の背面（導光板１２と反対側面）には、図示略のプリズム形状が加工されており、端面から導入されてバー導光体１３の長さ方向に伝搬する光を導光板１２の側端面１２ａに均一に照射できるようになっている。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
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。
【００３１】
上記構成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フロントライト１０の導光板１２の出射面１２ｂにプリズム形状が形成されており、出射面１２ｂの突条１４の急斜面部１４ｂが、導光板１２内部から入射する伝搬光に対して、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１４ｂ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１４ｂの反射率が向上することで、液晶表示装置正面方向（フロントライト１０上方）への漏れ光量が低減される。さらに、前記プリズム形状が液晶パネル２０と対向する面に形成されているので、突条１４が破損するおそれが無く、従来のフロントライトに比して耐久性に優れるものとされている。
従って、本発明の液晶表示装置によれば、フロントライト１０を点灯させた反射表示において、高輝度、高コントラストの高品質の表示が得られる。
また、観察側の最上面がフラットな面となっているため、入力装置を配置する際に光の透過性が良くなったり、安定な設置が可能になるというメリットもある。
【００３２】
（照明装置の他の形態）
上記実施の形態では、導光板出射面１２ｂのプリズム形状として、突条１４を断面くさび状とし、出射面１２ｂを断面視鋸刃状とした形状を備えたフロントライトについて説明したが、この出射面１２ｂ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５は、本発明に係る照明装置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１２ｂ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図である。
【００３３】
図５に示すフロントライト３０は、図１及び図２に示すフロントライト１０の導光板１２に代えて、図５に示す部分断面構造を有する導光板３２を備えたものであり、その全体の外観は、図１に示すフロントライト１０とほぼ同様である。導光板３２はその下面側が出射面３２ｂとされ、出射面３２ｂと反対側が対向面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、対向面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、導光板３４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、本実施形態のフロントライトでは、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。
【００３４】
上記第１斜面部３４ｂの傾斜角θ２は、図３に示す急斜面部１４ｂ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、突条３４のピッチＰや高さｈも、図３に示す突条１４と同様に出射面３２ｂ面内で一定とされている。
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、フロントライトの輝度を高めることができる。
【００３５】
上記構成を備えた本実施形態のフロントライト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、表示装置の前面に配設した場合に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、導光板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。
【００３６】
尚、上記実施の形態では、本発明に係る照明装置をフロントライトとして用いた場合について説明したが、液晶パネルの背面に配設して用いるバックライトとしても本発明の照明装置は好適に用いることができ、その場合には、前記プリズム形状が形成された導光板面を液晶パネルの背面と対向させて配置すれば良く、この構成によっても、従来のバックライトに比して高輝度の照明光が得られ、明るい表示の液晶表示装置を提供することができる。
【００３７】
【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。
（実施例１）
本例では、図１から図３に示す新規形状の本発明の導光板と、図６及び図７に示す従来形状の導光板について、伝搬光を出射させるための斜面部の傾斜角を、伝搬光の入射角に対して最適化した場合の出射光量と漏れ光量の比較を行った。
表１は、本例で比較した導光板の各部のパラメータをまとめて示す表であり、この表において新規形状は図３に示す導光板、従来形状は図７に示す導光板を示している。また、新規形状におけるθ１，θ２は、図３に示す傾斜角をそれぞれ示し、従来形状におけるθ１，θ２は、図７に示す傾斜角をそれぞれ示している。また、導光板の大きさは、７０ｍｍＷ×５０ｍｍＬ×１．０ｍｍｔで共通とし、材質はいずれもアクリル樹脂とした（屈折率を１．４８とした）。
次いで、上記条件で、各形状の導光板の入光面から１Lumenの光束を入射させた際に、ＬＣＤ側（液晶パネル側）に出射される光束と、観察者側に出射される光束とを計算した結果を表１に併記する。表１から明らかなように、本発明の構成を有する新規形状の導光板では、ＬＣＤ側へ出射される光束が従来形状に比して大幅に増加しており、更に、観察者側に漏れ出る光束が著しく低減されることが確認された。特に、急斜面部１４ｂの傾斜角θ２を４５°〜５０°の範囲とすれば、照明輝度が高く、漏れ光量が少ない導光板が得られることが確認された。
【００３８】
【表１】
【００３９】
（実施例２）
次に、図３に示す本発明に係る導光板１２の出射面１２ｂに形成された突条１４と、図７に示す従来の導光板１１２の上面に形成された突条１４とにおける、導光板内部から入射する伝搬光に対する反射特性を比較した。比較結果を以下の表２〜表５に示す。表２及び表３は、本発明に係る導光板である新規形状のものの反射特性であり、表４及び表５が従来形状のものの反射特性である。また、表２及び表４は、導光板の構成材料をアートン（商品名：ＪＳＲ社製）とした場合の結果であり、表３及び表５は導光板の構成材料をアクリル樹脂とした場合の結果である。
【００４０】
これらの表において、入光角は、例えば表２，３では図４に示す図では角度θ６に相当し、急斜面部１４ｂに導光板１２内部側から入射する光の水平基準面ｚに対する角度を示している。また、入光角の正負は導光板内部から急斜面部１４ｂに向かって進行する光の入光角を正としており、新規形状と従来形状とで入光角の正負が同一であっても、新規形状では導光板の上面から下面に向かう光の角度、従来形状では導光板の下面から上面に向かう光の角度を示している。本実施例では、上記入光角を０°〜８°の範囲で変化させた。
【００４１】
傾斜角は、表２，３では急斜面部１４ｂの傾斜角θ２を示し、表４，５では図７に示す急斜面部１１４ｂの傾斜角θ２を示しており、本例では上記各入光角で入射する光を導光板鉛直方向（水平基準面ｚ法線方向）に反射させる傾斜角である。
【００４２】
余裕角は、上記入光角に対して、導光板鉛直方向の反射光を生じさせるように急斜面部の傾斜角θ２を設定した場合に、急斜面部に入射する伝搬光の入射角と、導光板の臨界角との差を示しており、余裕角が負であると、入射角が臨界角よりも浅くなり、急斜面部を透過して漏れ光となる。
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
【００４５】
【表４】
【００４６】
【表５】
【００４７】
上記表２〜表５に示すように、本発明の構成を備えた新規形状の導光板は、余裕角が正となる入光角範囲が従来形状の導光板に比して広くなっている。つまり、新規形状の導光板では、急斜面部に入射する伝搬光の角度分布において、より広い角度範囲の伝搬光を反射することができ、これにより照明輝度が高くなる。
【００４８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の照明装置は、光源と、該光源の光を側端面から内部に導入し、内部を伝搬する前記光を出射面から出射させる導光板とを備え、前記導光板の出射面に、該導光板内部の伝搬光を反射させて前記出射面側に出射させるためのプリズム形状が形成され、前記プリズム形状は、一対の斜面部からなる断面視くさび状とされ、前記出射面に形成される複数の突条により構成され、前記突条は、前記伝搬光の進行方向側に急斜面部が形成されているとともに、該急斜面部の内面が前記出射面の外面側を向くように形成され、もう一方の斜面部が緩斜面部とされており、前記急斜面部の傾斜角度が４０°以上６０°以下とされるとともに、前記緩斜面部の傾斜角度が０．５°以上５°以下とされており、前記光源の近傍の前記突条を構成する前記急斜面部の傾斜角度が、前記光源から離れた前記突条を構成する前記急斜面部の傾斜角度よりも大きな、前記導光板内部における伝搬距離に応じて変化する、前記導光板内部の前記伝搬光の角度分布に基づいた角度とされており、前記急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構成とされることで、導光板内部を伝搬する光が、出射面と反対側の面から漏れ出るのを効果的に防止することができるので、例えば表示装置のフロントライトとして上記構成の照明装置を用いるならば、表示装置正面方向への漏れ光を著しく低減することが可能であり、高コントラストの表示を得ることができ、また、前記伝搬光を出射面から効率良く出射させる導光板を容易に構成することができる。また、導光板の出射面と反対側の面は平坦面とすることができるので、表示装置のフロントライトに適用した場合には、表示面側に前記平坦面が配置され、前記プリズム形状を保護できるという利点が得られる。
【００４９】
また本発明の液晶表示装置によれば、上記高輝度で、かつ漏れ光の低減された照明装置により、高輝度の表示が得られ、本発明の照明装置をフロントライトとして備えた液晶表示装置によれば、高コントラストの表示が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の一実施の形態である液晶表示装置を示す斜視構成図である。
【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に示すフロントライトの導光状態を説明するための部分断面構成図である。
【図４】 図４は、図３に示す突条１４による伝搬光の反射状態を説明するための部分断面構成図である。
【図５】 図５は、本発明に係るフロントライトの他の形態を示す部分断面構成図である。
【図６】 図６は、従来の照明装置を備えた液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【図７】 図７は、図６Ａに示すフロントライトの導光状態を説明するための説明図である。
【図８】 図８は、図６Ｂに示すバックライトの導光状態を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１０，３０ フロントライト、１２，３２ 導光板、１３ バー導光体、１４，３４ 突条、１４ｂ 急斜面部（斜面部）、３４ｂ 第１斜面部（斜面部）、３４ｃ 第２斜面部、１５ 発光素子、２０ 液晶パネル
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置、導光体、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とを基本構成としており、導光板側端面から導入した光を、導光板の出射面と反対側の面に形成したプリズム形状により反射させて出射面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（例えば特許文献１）。
図６は、これら従来の照明装置を備えた液晶表示装置の断面構造を示す図である。図７は、図６Ａに示すフロントライトの導光状態を説明するための説明図であり、図８は、図６Ｂに示すバックライトの導光状態を説明するための説明図である。
【０００３】
図６Ａに示す液晶表示装置は、液晶パネル１２０とその前面側（図示上面側）に配設されたフロントライト１１０とから構成されており、フロントライト１１０において、符号１１２は導光板、符号１１３はバー導光体、符号１１５はＬＥＤ（発光ダイオード）である。また導光板１１２の上面に、緩斜面部１１４ａと急斜面部１１４ｂとからなる断面三角形状の突条１１４が連続的に形成されている。液晶パネル１２０において、符号１２１は上基板、符号１２２は下基板、符号１２３は液晶層、符号１２４はシール材である。また、液晶パネル１２０には、図示略の反射板が下基板１２２の外面側又は内面側に設けられている。
【０００４】
図６Ｂに示す液晶表示装置は、液晶パネル１４０とその背面側（図示下面側）に配設されたバックライト１３０とから構成されており、液晶パネル１４０は反射層を備えない透過型、あるいは部分的に反射層が設けられた半透過反射型とされ、それ以外の基本構成は図６Ａと同様である。バックライト１３０において、符号１３２は導光板、符号１３３は光源（例えば冷陰極管）であり、導光板１３２の下面に断面くさび状の溝１３４が複数形成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１０９３４７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図６Ａに示すフロントライト１１０では、図７に示すように、バー導光体１１３から導光板１１２内部に導入された光は、導光板１１２内部で全反射を繰り返しながら伝搬し、主に急斜面部１１４ｂに入射した光が、導光板１１２の出射面１１２ｂから出射されるようになっている（図７に示す光Ａ，Ｂ）。しかしながら、光Ａ，Ｂと同様に急斜面部１１４ｂに入射する光でも、図７に示す光Ｃ，Ｄのように光Ａ，Ｂよりも浅い入射角で斜面部に入射する光が、急斜面部１１４ｂを透過して液晶表示装置上面側へ漏れ出る場合がある。これは、光Ｃ，Ｄの入射角が導光板１１２と空気とにおける臨界角を越えて浅くなったためであり、このような光Ｃ，Ｄは、照明光として利用されないためフロントライト１１０の輝度を低下させ、また導光板１１２を透過しての表示に対してはコントラストを低下させる原因となる。
【０００７】
また、図６Ｂに示す液晶表示装置においても、図８に示すように、導光板１３２内部を伝搬する光の一部は、導光板１３２の下面１３２ｂに臨界角を越えて浅い入射角で入射し、下面１３２ｂから外方へ抜け出てロスされる。また、図６Ｂに示すバックライト１３０の形状は、現在一般的に用いられている形状であるが、この種のバックライトでは導光板１３２から液晶パネル１４０側へ出射される光に、導光板１３２鉛直方向からずれて斜めに出射される成分が多く含まれている。そのため、バックライト１３０から出射された後の光の利用効率が低くなるという問題があり、この問題点を解決するために、バックライト１３０の出射光を導光板鉛直方向に指向させるプリズムシート１３７を導光板１３２と液晶パネル１４０との間に配設していた。しかし、この構成では、液晶表示装置の薄型化が困難であり、またコストの増加という問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、高輝度でかつ漏れ光が低減され、好ましくは薄型化を実現できる照明装置を提供することを目的としている。
また本発明は、入光面から導入された光を効率よく均一に出射面に伝搬させることができる導光板を提供することを目的としている。
さらに本発明は、上記の照明装置を備え、高輝度で表示品質に優れる液晶表示装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【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。
本発明に係る照明装置は、光源と、該光源の光を側端面から内部に導入し、内部を伝搬する前記光を出射面から出射させる導光板とを備え、前記導光板の出射面に、該導光板内部の伝搬光を反射させて前記出射面側に出射させるためのプリズム形状が形成され、前記プリズム形状は、一対の斜面部からなる断面視くさび状とされ、前記出射面に形成される複数の突条により構成され、前記突条は、前記伝搬光の進行方向側に急斜面部が形成されているとともに、該急斜面部の内面が前記出射面の外面側を向くように形成され、もう一方の斜面部が緩斜面部とされており、前記急斜面部の傾斜角度が４０°以上６０°以下とされるとともに、前記緩斜面部の傾斜角度が０．５°以上５°以下とされており、前記光源の近傍の前記突条を構成する前記急斜面部の傾斜角度が、前記光源から離れた前記突条を構成する前記急斜面部の傾斜角度よりも大きな、前記導光板内部における伝搬距離に応じて変化する、前記導光板内部の前記伝搬光の角度分布に基づいた角度とされており、前記急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を特徴としている。
【００１０】
このような構成とすることで、導光板内部を伝搬する光が、出射面と反対側の面から漏れ出るのを効果的に防止することができるので、例えば表示装置のフロントライトとして上記構成の照明装置を用いるならば、表示装置正面方向への漏れ光を著しく低減することが可能であり、高コントラストの表示を得ることができ、また、前記伝搬光を出射面から効率良く出射させる導光板を容易に構成することができる。ここで、前記突条は、前記急斜面部を有していればその形状に特に限定はない。また、導光板の出射面と反対側の面は平坦面とすることができるので、表示装置のフロントライトに適用した場合には、表示面側に前記平坦面が配置され、前記プリズム形状を保護できるという利点が得られる。
また、前記急斜面部に入射する伝搬光の進行方向と、該伝搬光の反射光進行方向との成す角度が鈍角である構成とすることで、突条の急斜面部に入射する光が前記急斜面部を透過して漏れ出る光となるのを効果的に防止することができ、前記急斜面部で反射されて被照明体を照明する光量を増加させることができ、高輝度の照明装置を提供することができる。
また、前記導光板の水平基準面に対する前記急斜面部の傾斜角度が４０°以上６０°以下とされるとともに、前記水平基準面に対する前記緩斜面部の傾斜角度が０．５°以上５°以下とされた構成とすることで、前記急斜面部に入射する光を効率よく反射させることができ、高輝度の照明装置とすることができる。また、前記急斜面部における漏れ光を低減でき、フロントライトに用いた場合に、高コントラストの表示を得やすくなる。
【００１４】
前記伝搬光は、光源から導光板に導入された後、導光板の上下面で全反射を繰り返しながら進行するためある程度散乱された光となっており、伝搬光の水平面に対する角度分布は、導光板内部における伝搬距離に応じて変化し、例えば１ｍｍ厚のアクリル樹脂製の導光板では、光源の近傍では±４０°前後の角度分布となり、光源から５０ｍｍ程度離れた位置では、±２０°前後の角度分布となる。従って、この伝搬光の角度分布に応じて斜面部の傾斜角度を設定することで、より均一な照明光を得ることができる。
【００１７】
本発明に係る照明装置は、前記光源が、前記導光板の側端面に沿って配設されたバー導光体と、該バー導光体の端面部に配設された発光素子とを備えた構成とすることができる。
このような構成とすることで、前記バー導光体によりその延在方向に均一に光が伝搬されるので、導光板側端面に入射する光が前記側端面内で均一に分布された状態となり、その結果導光板の出射面内での光量分布を均一化することができる。
【００１９】
本発明に係る液晶表示装置は、先に記載の本発明の照明装置を、液晶パネルの前面又は背面に備えたことを特徴としている。このような構成とすることで、高輝度の表示が得られる液晶表示装置を提供することができ、特に、前記照明装置を液晶パネル前面に配設するならば、従来に比して高コントラストの表示が得られる液晶表示装置を提供することができる。
【００２０】
【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、本発明の一実施の形態であるフロントライトを備えた液晶表示装置の斜視構成図であり、図２は、図１に示す液晶表示装置の断面構成図である。また、図３は、図２に示すフロントライトの導光状態を説明するための部分断面構成図である。本実施形態の液晶表示装置は、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。
【００２１】
フロントライト１０は、図１に示すように、略平板状の透明の導光板１２と、その側端面１２ａに沿って配設されたバー導光体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発光素子１５と、を備えて構成されている。すなわち、本実施形態に係るフロントライト１０では、発光素子１５とバー導光体１３とが光源とされ、導光板１２の側端面１２ａが導光板の入光面とされている。
また、図２に示すように、導光板１２の液晶パネル側面（図示下面）１２は、導光板１２の側端面１２ａと略平行に延在する複数の突条１４が配列形成された、断面略鋸刃状とされている。
【００２２】
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。
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、発光素子１５を点灯させ、この発光素子１５から出射された光をバー導光体１３を介して導光板１２の入光面１２ａから導光板内部へ導入し、導光板内部を伝搬する光（伝搬光）を導光板１２の図示下面（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。
【００２３】
フロントライト１０の導光板１２は、図２及び図３に示すように、液晶パネル２０の表示領域上に配置されて発光素子１５から出射された光を出射面１２ｂ側から液晶パネル２０に出射する平板状の部材であり、透明なアクリル樹脂などから構成されている。図２の部分断面図に示すように、導光板１２の出射面１２ｂには、複数の突条１４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１２ｂと反対側面（対向面）１２ｃは、平坦面に形成されている。
【００２４】
図３に示すように、出射面１２ｂに形成された突条１４は、出射面１２ｂ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１４ａとされ、他方がこの緩斜面部１４ａよりも急な傾斜角度に形成された急斜面部（斜面部）１４ｂとされている。また、前記緩斜面部１４ａは、出射面１２ｂ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１４ｂ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１４ｂの外面が導光板１２の対向面１２ｃ側を向き、内面は出射面１２ｂの外側を向くように形成されている。
そして、導光板１２内部を図３では左側（バー導光体１３側）から右側へ伝搬する光を、出射面１２ｂの急斜面部１４ｂにより出射面１２ｂ側へ反射して導光板１２の背面側に配置された液晶パネル２０に向けて出射させるようになっている。
【００２５】
ここで、図３及び図４を参照して前記急斜面部１４ｂによる伝搬光の反射作用について説明する。図４は、図３に示す急斜面部１４ｂを拡大して示す部分断面構成図である。本実施形態に係るフロントライト１０では、図４に示すように、導光板１２内部から急斜面部１４ｂに入射する伝搬光Ｌｉｎと、急斜面部１４ｂ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１４ｂが形成されている。すなわち、この急斜面部１４ｂ（突条１４）が形成された位置において伝搬光Ｌｉｎが急斜面部１４ｂに対して４５°を越える入射角で入射するようしている。これにより、急斜面部１４ｂ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１４ｂで反射される光量が増加し、フロントライト１０の輝度が向上する。
尚、本発明者は上記急斜面部１４ｂの傾斜角の最適化によりフロントライト１０の照明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。
【００２６】
フロントライト１０では、図３に示す緩斜面部１４ａ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１４ｂ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。このような範囲とするならば、導光板１２面内を伝搬する光を効率よく液晶パネル２０へ出射させることができ、明るい表示が可能な液晶表示装置を構成することができる。緩斜面部１４ａの傾斜角θ１の範囲が、０．５°未満では、フロントライトの平均輝度が低下し、５°を越える場合には、導光板面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１４ｂの傾斜角度θ２が、４０°未満の場合、及び４５°を越える場合には、急斜面部１４ｂを透過して漏れ出る光量が多くなり出射面１２ｂからの出射光量（すなわちフロントライト１０の輝度）が低下するため好ましくない。
【００２７】
また、本実施形態のフロントライト１０では突条１４のピッチＰ（プリズム溝１４の頂点部の間隔、あるいは底頂部の間隔）は、導光板の出射面１２ｂ面内で一定とされている。さらに、本実施形態のフロントライト１０の場合は突条１４の高さｈ（水平基準面ｚと、突条１４の底頂部との距離）も出射面１２ｂの面内で一定とされている。
尚、突条１４のピッチＰ及び高さｈは、必ずしも出射面１２ｂの面内で一定とする必要はなく、これらを変化させて突条１４を形成しても本発明の技術範囲を超えるものではない。また、それぞれの突条１４の傾斜角度θ１及びθ２を変化させて突条１４を形成しても本発明の技術範囲を超えるものではない。
【００２８】
バー導光体１３は、透明なアクリル樹脂等の材料からなる棒状の部材で、導光板１２の側端面１２ａに沿って配置される。このバー導光体１３の背面（導光板１２と反対側面）には、図示略のプリズム形状が加工されており、端面から導入されてバー導光体１３の長さ方向に伝搬する光を導光板１２の側端面１２ａに均一に照射できるようになっている。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
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。
【００３１】
上記構成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フロントライト１０の導光板１２の出射面１２ｂにプリズム形状が形成されており、出射面１２ｂの突条１４の急斜面部１４ｂが、導光板１２内部から入射する伝搬光に対して、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１４ｂ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１４ｂの反射率が向上することで、液晶表示装置正面方向（フロントライト１０上方）への漏れ光量が低減される。さらに、前記プリズム形状が液晶パネル２０と対向する面に形成されているので、突条１４が破損するおそれが無く、従来のフロントライトに比して耐久性に優れるものとされている。
従って、本発明の液晶表示装置によれば、フロントライト１０を点灯させた反射表示において、高輝度、高コントラストの高品質の表示が得られる。
また、観察側の最上面がフラットな面となっているため、入力装置を配置する際に光の透過性が良くなったり、安定な設置が可能になるというメリットもある。
【００３２】
（照明装置の他の形態）
上記実施の形態では、導光板出射面１２ｂのプリズム形状として、突条１４を断面くさび状とし、出射面１２ｂを断面視鋸刃状とした形状を備えたフロントライトについて説明したが、この出射面１２ｂ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５は、本発明に係る照明装置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１２ｂ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図である。
【００３３】
図５に示すフロントライト３０は、図１及び図２に示すフロントライト１０の導光板１２に代えて、図５に示す部分断面構造を有する導光板３２を備えたものであり、その全体の外観は、図１に示すフロントライト１０とほぼ同様である。導光板３２はその下面側が出射面３２ｂとされ、出射面３２ｂと反対側が対向面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、対向面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、導光板３４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、本実施形態のフロントライトでは、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。
【００３４】
上記第１斜面部３４ｂの傾斜角θ２は、図３に示す急斜面部１４ｂ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、突条３４のピッチＰや高さｈも、図３に示す突条１４と同様に出射面３２ｂ面内で一定とされている。
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、フロントライトの輝度を高めることができる。
【００３５】
上記構成を備えた本実施形態のフロントライト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、表示装置の前面に配設した場合に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、導光板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。
【００３６】
尚、上記実施の形態では、本発明に係る照明装置をフロントライトとして用いた場合について説明したが、液晶パネルの背面に配設して用いるバックライトとしても本発明の照明装置は好適に用いることができ、その場合には、前記プリズム形状が形成された導光板面を液晶パネルの背面と対向させて配置すれば良く、この構成によっても、従来のバックライトに比して高輝度の照明光が得られ、明るい表示の液晶表示装置を提供することができる。
【００３７】
【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。
（実施例１）
本例では、図１から図３に示す新規形状の本発明の導光板と、図６及び図７に示す従来形状の導光板について、伝搬光を出射させるための斜面部の傾斜角を、伝搬光の入射角に対して最適化した場合の出射光量と漏れ光量の比較を行った。
表１は、本例で比較した導光板の各部のパラメータをまとめて示す表であり、この表において新規形状は図３に示す導光板、従来形状は図７に示す導光板を示している。また、新規形状におけるθ１，θ２は、図３に示す傾斜角をそれぞれ示し、従来形状におけるθ１，θ２は、図７に示す傾斜角をそれぞれ示している。また、導光板の大きさは、７０ｍｍＷ×５０ｍｍＬ×１．０ｍｍｔで共通とし、材質はいずれもアクリル樹脂とした（屈折率を１．４８とした）。
次いで、上記条件で、各形状の導光板の入光面から１Lumenの光束を入射させた際に、ＬＣＤ側（液晶パネル側）に出射される光束と、観察者側に出射される光束とを計算した結果を表１に併記する。表１から明らかなように、本発明の構成を有する新規形状の導光板では、ＬＣＤ側へ出射される光束が従来形状に比して大幅に増加しており、更に、観察者側に漏れ出る光束が著しく低減されることが確認された。特に、急斜面部１４ｂの傾斜角θ２を４５°〜５０°の範囲とすれば、照明輝度が高く、漏れ光量が少ない導光板が得られることが確認された。
【００３８】
【表１】
（実施例２）
次に、図３に示す本発明に係る導光板１２の出射面１２ｂに形成された突条１４と、図７に示す従来の導光板１１２の上面に形成された突条１４とにおける、導光板内部から入射する伝搬光に対する反射特性を比較した。比較結果を以下の表２〜表５に示す。表２及び表３は、本発明に係る導光板である新規形状のものの反射特性であり、表４及び表５が従来形状のものの反射特性である。また、表２及び表４は、導光板の構成材料をアートン（商品名：ＪＳＲ社製）とした場合の結果であり、表３及び表５は導光板の構成材料をアクリル樹脂とした場合の結果である。
【００４０】
これらの表において、入光角は、例えば表２，３では図４に示す図では角度θ６に相当し、急斜面部１４ｂに導光板１２内部側から入射する光の水平基準面ｚに対する角度を示している。また、入光角の正負は導光板内部から急斜面部１４ｂに向かって進行する光の入光角を正としており、新規形状と従来形状とで入光角の正負が同一であっても、新規形状では導光板の上面から下面に向かう光の角度、従来形状では導光板の下面から上面に向かう光の角度を示している。本実施例では、上記入光角を０°〜８°の範囲で変化させた。
【００４１】
傾斜角は、表２，３では急斜面部１４ｂの傾斜角θ２を示し、表４，５では図７に示す急斜面部１１４ｂの傾斜角θ２を示しており、本例では上記各入光角で入射する光を導光板鉛直方向（水平基準面ｚ法線方向）に反射させる傾斜角である。
【００４２】
余裕角は、上記入光角に対して、導光板鉛直方向の反射光を生じさせるように急斜面部の傾斜角θ２を設定した場合に、急斜面部に入射する伝搬光の入射角と、導光板の臨界角との差を示しており、余裕角が負であると、入射角が臨界角よりも浅くなり、急斜面部を透過して漏れ光となる。
【００４３】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
上記表２〜表５に示すように、本発明の構成を備えた新規形状の導光板は、余裕角が正となる入光角範囲が従来形状の導光板に比して広くなっている。つまり、新規形状の導光板では、急斜面部に入射する伝搬光の角度分布において、より広い角度範囲の伝搬光を反射することができ、これにより照明輝度が高くなる。
【００４８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の照明装置は、光源と、該光源の光を側端面から内部に導入し、内部を伝搬する前記光を出射面から出射させる導光板とを備え、前記導光板の出射面に、該導光板内部の伝搬光を反射させて前記出射面側に出射させるためのプリズム形状が形成され、前記プリズム形状は、一対の斜面部からなる断面視くさび状とされ、前記出射面に形成される複数の突条により構成され、前記突条は、前記伝搬光の進行方向側に急斜面部が形成されているとともに、該急斜面部の内面が前記出射面の外面側を向くように形成され、もう一方の斜面部が緩斜面部とされており、前記急斜面部の傾斜角度が４０°以上６０°以下とされるとともに、前記緩斜面部の傾斜角度が０．５°以上５°以下とされており、前記光源の近傍の前記突条を構成する前記急斜面部の傾斜角度が、前記光源から離れた前記突条を構成する前記急斜面部の傾斜角度よりも大きな、前記導光板内部における伝搬距離に応じて変化する、前記導光板内部の前記伝搬光の角度分布に基づいた角度とされており、前記急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構成とされることで、導光板内部を伝搬する光が、出射面と反対側の面から漏れ出るのを効果的に防止することができるので、例えば表示装置のフロントライトとして上記構成の照明装置を用いるならば、表示装置正面方向への漏れ光を著しく低減することが可能であり、高コントラストの表示を得ることができ、また、前記伝搬光を出射面から効率良く出射させる導光板を容易に構成することができる。また、導光板の出射面と反対側の面は平坦面とすることができるので、表示装置のフロントライトに適用した場合には、表示面側に前記平坦面が配置され、前記プリズム形状を保護できるという利点が得られる。
【００４９】
また本発明の液晶表示装置によれば、上記高輝度で、かつ漏れ光の低減された照明装置により、高輝度の表示が得られ、本発明の照明装置をフロントライトとして備えた液晶表示装置によれば、高コントラストの表示が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の一実施の形態である液晶表示装置を示す斜視構成図である。
【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に示すフロントライトの導光状態を説明するための部分断面構成図である。
【図４】 図４は、図３に示す突条１４による伝搬光の反射状態を説明するための部分断面構成図である。
【図５】 図５は、本発明に係るフロントライトの他の形態を示す部分断面構成図である。
【図６】 図６は、従来の照明装置を備えた液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【図７】 図７は、図６Ａに示すフロントライトの導光状態を説明するための説明図である。
【図８】 図８は、図６Ｂに示すバックライトの導光状態を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１０，３０ フロントライト、１２，３２ 導光板、１３ バー導光体、１４，３４ 突条、１４ｂ 急斜面部（斜面部）、３４ｂ 第１斜面部（斜面部）、３４ｃ 第２斜面部、１５ 発光素子、２０ 液晶パネル
Claims (3)
- 光源と、該光源の光を側端面から内部に導入し、内部を伝搬する前記光を出射面から出射させる導光板とを備え、
前記導光板の出射面に、該導光板内部の伝搬光を反射させて前記出射面側に出射させるためのプリズム形状が形成され、
前記プリズム形状は、前記出射面に形成されるとともに、一対の斜面部からなる断面視くさび状とされた複数の突条により構成され、
前記突条は、前記伝搬光の進行方向側に急斜面部が形成されているとともに、該急斜面部の内面が前記出射面の外面側を向くように形成され、もう一方の斜面部が緩斜面部とされており、
前記急斜面部の傾斜角度が４０°以上６０°以下とされるとともに、前記緩斜面部の傾斜角度が０．５°以上５°以下とされており、
前記光源の近傍の前記突条を構成する前記急斜面部の傾斜角度が、前記光源から離れた前記突条を構成する前記急斜面部の傾斜角度よりも大きな、前記導光板内部における伝搬距離に応じて変化する、前記導光板内部の前記伝搬光の角度分布に基づいた角度とされており、
前記急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を特徴とする照明装置。 - 前記光源が、前記導光板の側端面に沿って配設されたバー導光体と、該バー導光体の端面部に配設された発光素子とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
- 請求項１又は請求項２に記載の照明装置を、液晶パネルの前面又は背面に備えたことを特徴とする液晶表示装置。
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