JP4205932B2 - 照明装置及び液晶表示装置 - 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おり、さらに、導光板と液晶パネルとの間にプリズムシートを配して、液晶パネルに入射する光の進行方向を制御し、表示輝度を高める工夫が成されたものが提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
図１５は、この種の構成を備えた液晶表示装置の断面構造の一例を示す図である。図１５に示す液晶表示装置は、液晶パネル１１０とその背面側（図示下面側）に配設されたバックライト１２０とから構成されており、液晶パネル１１０は反射層を備えない透過型、あるいは画素領域内に部分的に反射層が設けられた半透過反射型とされている。バックライト１２０において、符号１２２は導光板、符号１２３は冷陰極管を示し、導光板１２２の下面１２２ｂに断面くさび状の複数の溝１２４が配列形成されている。また、導光板１２２と液晶パネル１１０との間に、光散乱板１２６と、２枚のプリズムシート１２７，１２７が配設されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許３２７７１７８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１５に示す液晶表示装置に備えられたバックライト１２０は、冷陰極管１２３から出射された光を導光板１２２内部に導入し、導光板１２２内部を伝搬する光を、前記溝１２４の内面で反射させて液晶パネル１１０側へ光を出射させるようになっている。また、導光板１２２の上面から出射された光は、光散乱板１２６により散乱された後、２枚のプリズムシート１２７によりその進行方向が概ね液晶パネル１１０の鉛直方向となるように進行方向を変えられて液晶パネル１１０に入射し、表示光として利用されるようになっている。
【０００６】
図１５に示すバックライト１２０の構成は、現在一般的に用いられているものであるが、この種のバックライトでは導光板１２２から液晶パネル１１０側へ出射される光に、導光板１２２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ため、バックライト１２０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１２０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１２７を導光板１２２と液晶パネル１１０との間に配設している。しかし、このような複数の光学素子を積層する構成では、液晶表示装置の軽量化は困難であり、また部品点数が多くなりコストが増加するという問題も生じる。特に、プリズムシートは極めて単価の高い部材であり、従来のバックライトのシステム単価を引き上げる要因となっていた。また、冷陰極管１２３からの光を一度導光板１２２の内部に導いてから導光板１２２の溝１２４で反射させる方式では、導光板１２２の内部で光の一部を損失させてしまうおそれがあり、光の利用効率を高くすることが難しかった。
【０００７】
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、低コストで製造することができ、かつ軽量化が容易で光の損失も生じない照明装置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、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の照明装置は、光源と、該光源の光を一面から出射して被照明体を照明する面状照明体とを備え、前記光源は、前記面状照明体の側方側に配設されており、前記面状照明体は、隣接するもの同士が一部重なり合うように複数の凹部が連続して形成された反射面を有し、且つ、当該反射面が前記光源の配設側から離れるに従ってせり上がる傾斜面とされており、前記複数の凹部は、その内面が略球面状に形成されて、各凹部の深さが０．１μｍ〜３μｍの範囲、隣接する凹部のピッチが５μｍ〜１００μｍの範囲、凹部の内面の傾斜角が−１８゜〜＋１８゜の範囲で形成されて、前記凹部の内面形状は、前記傾斜面に沿った方向の特定縦断面において、当該凹部の一の周辺部から最深点に至る第１曲線と、この第１曲線に連続して当該凹部の最深点から他の周辺部に至る第２曲線とからなり、且つ、これら両曲線の最深点において当該凹部が形成されていない反射膜表面に対する傾斜角がゼロとなり、前記第１曲線の反射膜表面に対する傾斜角の絶対値の平均値が、前記第２曲線の反射膜表面に対する傾斜角の絶対値の平均値よりも大きくなっていることを特徴とする。
この構成の照明装置は、入射光を拡散反射させる反射面を有する面状照明体により、光源から照射された光を反射させることで、例えば液晶パネル等の被照明体を照明するものである。従来の照明装置では、図１５に示すように、線光源又は点光源からの光を面光源として利用するために透明な導光板１２２を利用していたが、この導光板としてはアクリル樹脂等の成形品が用いられており、特に照明装置を大型化した場合には無視できない重量増を招く原因となっていた。これに対して、本発明に係る照明装置では、線光源や点光源を面光源とするために微小凹凸形状による拡散反射機能を有する面状照明体を用いているので、面状照明体としての機能を得るためには、少なくとも上記反射面を有していれば良いため、極めて容易に薄型化することができ、またこれにより軽量化も同時に実現することが可能である。
また、この構成によれば、面状発光部である導光板の側端面に光源が配設された従来のバックライトに代えて用いることができる照明装置を提供することができる。この構成の場合、光源から出射された光は、空気中を伝搬して面状照明体の反射面に到達し、この反射面で拡散反射されると共にその進行方向を面状照明体の上方へ変えられて被照明体を照明する。
さらに、この構成によれば、正反射方向の反射率を十分に確保しつつ、特定方向の反射光を適度に集中させた反射特定とすることができる。
【０００９】
また、本発明の照明装置は、前記凹部の内面形状が、前記特定縦断面と直交する方向の縦断面において、前記最深点が当該凹部の中心にあって、当該凹部の中心に対して左右均等の形状をなし、且つ、前記最深点の周辺が曲率半径の大きい浅型曲線と、この浅型曲線の左右に連続して当該浅型曲線よりも曲率半径の小さい深型曲線とからなる構成とすることもできる。
この構成によれば、反射面において正反射方向の反射率も高められる。
【００１０】
本発明の照明装置は、前記面上照明体の反射面と、被照明体との間に、一面にプリズム形状を有するプリズムシートが設けられた構成とすることもできる。
この構成によれば、反射面で拡散反射されて被照明体に入射する照明光を所定の方向に集光することができるので、実質的な照明輝度を高めることができる。
【００１１】
本発明の照明装置は、前記プリズムシートが、平面視において異なる向きに進行する少なくとも２方向の光に対して指向性を制御するものであることが好ましい。
この構成によれば、照明光の集光度をさらに高めることができるので、集光された光の輝度をさらに高めることができ、より高輝度の照明光を得ることができる。
【００１２】
本発明の照明装置は、前記プリズムシートが、多角錘状又は円錐状の突条が複数立設されたプリズム形状を有する構成とすることができる。
この構成によれば、面内で複数の進行方向を有する光を、効率よく所定方向に集光することができ、実質的に高輝度の照明光が得られる。
【００１３】
本発明の照明装置は、前記多角錘状又は円錐状の突条の頂角が、７０°以上１１０°以下とされることが好ましい。また、前記多角錘状又は円錐状の突条の頂角が、８０°以上１００°以下とされることがより好ましい。
突条の頂角を前記範囲とすることで、平面視において複数の進行方向を有する光を、効率よくプリズムシートの鉛直方向へ出射させることが可能になり、特に、被照明体が液晶パネルである場合に高輝度の表示が得られる液晶表示装置を構成することができ、有効である。
【００１４】
本発明の照明装置は、前記突条が、四角錐状、六角錘状、又は八角錐状のいずれかの形状とされた構成とすることもできる。
この構成によれば、プリズムシートを透過する光に対して、プリズムシート面内で一様に指向性を制御することが可能であり、出射光の均一性に優れる照明装置を提供することができる。
【００１５】
本発明の照明装置においては、前記光源が、冷陰極管とされていてもよく、前記光源が、ＬＥＤ又はＬＥＤアレイとされていてもよい。本発明に係る照明装置に適用される光源については特に限定はなく、従来のバックライトやフロントライトに用いられている光源を問題なく用いることができる。照明装置の薄型化、軽量化を図るためには、光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）を有するものを用いるのがよい。
【００１６】
本発明の照明装置は、前記光源が、略棒状の導光体と、該導光体の長さ方向の端面部に配設された発光素子とを備え、前記導光体が、前記発光素子の光を一端面から内部に導入し、一側面に設けられた出射面から出射させる構造を有しており、前記導光体の出射面と反対側面が曲面状とされ、その曲面に沿って導光体周方向に延在する複数の溝が形成された構成とすることもできる。
この構成によれば、点光源である発光素子を上記導光体により線光源に変換して面状照明体を照射できるので、点光源を用いながら発光面における出射光量の均一性に優れる照明装置を提供することができる。
本発明に係る照明装置においては、前記反射面が導光体配設側から離れるに従ってせり上がる斜面に形成されているため、導光体の出射特性は、出射面の正面方向に主な成分が分布し、出射面の正面から上下方向に出射される成分は比較的少なくなるように設定することが好ましく、上記構成の導光体によれば、係る分布の出射光を容易に得ることができる。
【００１７】
上記本発明の照明装置では、前記導光体に形成された複数の溝が、前記発光素子が配設された側から徐々にピッチが狭くなり、また溝の深さが徐々に深くなるように形成されていることが好ましい。
この構成によれば、導光体の延在方向における出射光量の分布を均一化することができ、もって面状照明体の面内で均一な照明光が得られる照明装置を提供することができる。
【００１８】
次に、本発明の液晶表示装置は、先に記載の本発明の照明装置を、液晶パネルの背面側に備えたことを特徴とする。この構成によれば、先の薄型化、軽量化が容易な本発明に係る照明装置を備えたことで、薄型、軽量であり、かつ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る。
【００１９】
【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。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、液晶パネル２０と、その背面側（図示下面側）に配設されたバックライト（照明装置）１０とを主体として構成されており、本実施形態の液晶表示装置では、液晶パネル２０とバックライト１０との間に、光散乱機能や指向性制御機能等を備えた光学手段３０が配設されている。
【００２０】
バックライト１０は、その上面側に反射面１２ｂが形成された面状照明体１２と、その上面側端部に設けられた光源配設部１２ａに配置された光源部（光源）１３とを備えて構成されている。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透過型又は半透過反射型の液晶表示装置であり、その表示領域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の背面側に面状照明体１２が配置され、光源部１３から出射された光を面状照明体１２で反射させることで液晶パネル２０を照明し、その表示を視認できるようになっている。また、太陽光等の外光が入射する環境にあっては、面状照明体１２の反射面１２ｂにより外光を反射させて表示光として利用することもできる。
尚、液晶パネル２０が半透過反射型であれば、液晶パネル２０内に設けられた反射層により外光を反射させて表示を行うことができるのは勿論である。
【００２１】
以下、本実施形態の液晶表示装置の各部の構成について詳細に説明する。
＜バックライト＞
本実施形態に係るバックライト１０は、図１及び図２に示すように、面状照明体１２と、この面状照明体１２の側端部に載置された光源部１３とを主体として構成されている。面状照明体１２は、光源部１３が配設された光源配設部１２ａから、光源配設部１２ａが形成された辺と対向する辺に向かってせり上がる斜面状に形成された反射面１２ｂを有しており、この反射面１２ｂの表面には、複数の微細な凹部１４が略ランダムに連続して形成されている。すなわち、図２に示すように、光源配設部１２ａ側における面状照明体１２の板厚ｈよりも、対向する辺端における面状照明体１２の板厚Ｈが大きくなるように形成されている。また、光源配設部１２ａの表面は本実施形態に係る面状照明体１２では略平坦面とされている。面状照明体１２は、例えばＴｉ粒子が混入されたポリカーボネート系樹脂や、アクリル樹脂等の透明樹脂の一面側にＡｌやＡｇ等の金属反射膜が成膜されたものを用いることができる。
【００２２】
図３は、図１に示す面状照明体１２の反射面１２ｂを拡大して示す部分斜視図である。この図に示すように、面状照明体１２の上面には、略球面状凹面を有する凹部１４が複数形成されており、図示の例では、隣接する凹部１４，１４同士が一部重なり合うように連続して形成されている。
尚、図１及び図３に示した反射面１２ｂの形状は一例であり、凹部１４の形状、深さ、ピッチ等は、面状照明体１２と組み合わされる光源部１３の構成や、バックライト１０と組み合わされる被照明体の構成に応じて、適切な反射特性が得られるように適宜変更することが望ましい。この凹部１４に適用できる形状については後述する。
また、本実施形態では光源配設部１２ａを略平坦面とした場合を図示しているが、反射面１２ｂの凹凸形状が形成された領域が、この光源配設部１２ａまで延在していても良いのは勿論である。
【００２３】
上記面状照明体１２と、その液晶パネル２０側に設けられた光学手段３０との距離は、バックライト１０及び液晶パネル２０の寸法等により適宜変更することができるが、その一例を示すならば、２〜４インチ程度の液晶パネル２０の背面に配設する場合で、光源配設部１２ａにおいて約１〜３ｍｍ程度であり、光源配設部１２ａと対向する辺端において０．５〜１μｍ程度である。その調整には、図２に示す面状照明体１２の板厚Ｈ，ｈを適宜調整することで容易に行うことができる。
【００２４】
図４は、図１及び図２に示す光源部１３をより詳細に図示した斜視構成図である。この図に示す光源部１３は、略棒状に成形された透明樹脂からなる導光体１７と、その一端面部１７ａに配設された白色ＬＥＤ等の発光素子１５とを主体として構成されている。
導光体１７は、図４に示すように、その一側面（図示では奥側の側面）が出射面１７ｂとされており、この出射面１７ｂと反対側が曲面状に加工されると共に、その曲面に沿って導光体周方向に延在する複数の断面くさび状の溝１８が形成されている。これらの溝１８は、図４に示すように、発光素子１５が配設された端面部１７ａ側では広ピッチで浅く形成されており、端面部１７ａから導光体延在方向に離れるに従って狭ピッチで深く形成されている。
【００２５】
上記構成の光源部１３は、発光素子１５から出射された光を端面部１７ａから導光体１７内部に導入し、導光体１７内部を伝搬する光を、出射面１７ｂと反対側の側面に配列形成された複数の溝１８により反射させて出射面１７ｂから出射させるようになっている。本実施形態に係る光源部１３では、溝１８が上記のようにピッチ及び深さを制御されて形成されていることで、出射面１７ｂの導光体１７延在方向で均一な光の出射を可能にしている。また、出射面１７ｂと反対側の側面が曲面状とされていることで、出射面１７ｂから出射される光の導光体厚さ方向における分布を、先の面状照明体１２と組み合わせた場合に最適な分布となっている。より詳細には、出射面１７ｂから出射される光の成分はその正面方向に主成分が出射されるようになっており、導光体１７の厚さ方向において上下の斜め方向に出射される成分が少なくなる。（図２では、出射面１７ｂから出射される光のうちの大部分が、出射面１７ｂとほぼ垂直に出射され、出射面１７ｂから図示斜め方向に出射される光は比較的少量となる。）
尚、本実施形態では、光源部１３として点光源の発光素子１５と棒状の導光体１７とを組み合わせた構成について説明したが、上記光源部１３に代えて、光出射方向を反射面１２ｂ側に向けてＬＥＤアレイ（複数のＬＥＤを線状又は面状に配設した素子）を配設しても良く、また場合によっては、図１５に示した冷陰極管１２３を用いることもできる。
【００２６】
上記構成を備えた本実施形態に係るバックライト１０によれば、図２に示すように、光源部１３から面状照明体１２の略面内方向に出射された光を、面状照明体１２の反射面１２ｂにより拡散反射させることで、液晶パネル２０を均一に照明することができるようになっている。本実施形態のバックライト１０は、図６に示した従来のバックライト１２０のように、光源である冷陰極管１２３の光を導光板１２２内部を伝搬させるのではなく、空気中を伝搬する光を面状照明体１２により反射して液晶パネル２０を照明するため、構造的に導光板内部での光の損失は生じないので、光源部１３から出射された光を高効率で照明光に利用することができ、高輝度の照明が可能である。
【００２７】
また、本実施の形態では、面状照明体１２の板厚を面内で異ならせて反射面１２ｂを斜面状にする場合について図示して説明したが、本実施形態に係るバックライト１０の機能を得るためには、面状照明体１２は少なくとも反射面１２ｂのみを有していれば良く、反射面１２ｂの形状に沿って湾曲した薄板状の面状照明体で合っても良い。このような薄板状の面状照明体とすれば、バックライト１０の軽量化、薄型化を容易に実現することができ、もって液晶表示装置の薄型化、軽量化を容易に実現することができる。
【００２８】
＜面状照明体の反射面形状＞
ここで、図１に示す面状照明体１２の反射面１２ｂの表面形状について、図６〜図１４を参照して説明する。
［第１の形状例］
図６は、図３に示す反射面１２ｂ表面に形成された凹部１４の第１の形状例を示す断面構造図であり、図７は、図６に示す形状を有する凹部１４を備えた反射面１２ｂの反射特性を示す図である。
本形状例において、凹部１４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１４のピッチを５μｍ〜１００μｍの範囲でランダムに配置し、上記凹部１４内面の傾斜角を−１８°〜＋１８°の範囲に設定することが望ましい。前記「凹部の深さ」とは、凹部が形成されていない部分の反射面１２ｂの表面から凹部の底部までの距離をいい、「隣接する凹部のピッチ」とは平面視したときに円形となる凹部の中心間の距離のことである。また、「凹部内面の傾斜角」とは、図６に示すように、凹部１４の内面の任意の箇所において例えば０．５μｍ幅の微小な範囲をとったときに、その微小範囲内における斜面の水平面（基材表面）に対する角度θｃのことである。この角度θｃの正負は、凹部が形成されていない部分の反射面１２ｂの表面に立てた法線に対して、例えば図６における右側の斜面を正、左側の斜面を負と定義する。
【００２９】
本形状例において、特に、凹部１４内面の傾斜角分布を−１８°〜＋１８°の範囲に設定する点、隣接する凹部１４のピッチを平面全方向に対してランダムに配置する点は重要である。なぜならば、仮に隣接する凹部１４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１４内面の傾斜角分布が−１８°〜＋１８°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５５°以上になる）からである。
また、凹部１４の深さが０．１μｍに満たないと、反射面に凹部を形成したことによる光拡散効果が十分に得られず、凹部１４の深さが３μｍを超えると、十分な光拡散効果を得るためにピッチを大きくしなければならず、そうするとモアレが発生するおそれが生じる。
【００３０】
また、隣接する凹部１４のピッチが５μｍ未満の場合、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、隣接する凹部１４のピッチは５μｍ〜１００μｍとすることが望ましい。
【００３１】
図７は本実施形態の面状照明体１２の法線方向に対する入射角３０°で光を照射し、受光角を、表示面に対する正反射の方向である３０゜を中心として、垂線位置（０°；法線方向）から６０°まで振ったときの受光角（単位：°）と明るさ（反射率、単位：％）との関係を示したものである。この図に示されるように、正反射方向を中心として対称に、広い受光角範囲でほぼ均等な反射率が得られる。特に、正反射方向と中心として±１０°の受光角範囲で反射率がほぼ一定となっており、この視野角範囲内においては、どの方向から見てもほぼ同じ明るさの表示が得られることが示唆される。
【００３２】
このように、正反射方向を中心として対称な広い受光角範囲で反射率をほぼ一定にすることができるのは、図３に示す凹部１４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１４の内面が球面の一部を成す形状とされていることによる。すなわち、凹部１４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１４の内面の傾斜角が一定の範囲に制御されるので、反射面１２ｂの反射効率を一定の範囲に制御することが可能になる。従って、従来からバックライトシステムにおいて必須とされていたプリズムシートを併用しなくとも、バックライトの光出射方向を制御して所望の方向の輝度を従来のものより向上させることができる。
【００３３】
［第２の形状例］
本実施形態に係るバックライト１０においては、上記正反射方向を中心にほぼ対称の反射輝度分布となる反射特性を備えた反射面１２ｂのほかに、反射輝度分布が正反射方向に対して非対称となる反射特性を備えた反射面も適用可能である。このような反射特性の反射面について、図８及び図９を参照して以下に説明する。
【００３４】
上記の反射特性を備えた反射面は、図３に示す凹部１４の内面形状を変化させることにより形成することができる。すなわち、本例の反射面は、図３の斜視構成図に示す先の実施形態の反射面１２ｂと同様に、反射面側に多数の凹部１４が重なり合うように隣接して形成された構成を備えており、前記凹部１４の内面形状のみが異なるものである。
【００３５】
図８及び図９は、正反射方向に対して非対称の反射輝度分布を呈する本形状例の凹部１４の１つを示したもので、図８は、その斜視構成図であり、図９は、図８に示す特定縦断面Ｘにおける断面構成図である。
図８に示す凹部１４の特定縦断面Ｘにおいて、凹部１４の内面形状は、凹部１４の一の周辺部Ｓ１から最深点Ｄに至る第１曲線Ａと、この第１曲線Ａに連続して、凹部の最深点Ｄから他の周辺部Ｓ２に至る第２曲線Ｂとからなっている。これら両曲線は、最深点Ｄにおいて共に反射膜表面Ｓに対する傾斜角がゼロとなり、互いにつながっている。ここでの「傾斜角」とは、特定の縦断面において凹部の内面の任意の箇所における接線の、水平面（ここでは凹部が形成されていない部分の反射膜表面Ｓ）に対する角度のことである。
【００３６】
第１曲線Ａの反射膜表面Ｓに対する傾斜角は第２曲線Ｄの傾斜角よりも急であって、最深点Ｄは凹部１４の中心Ｏからｘ方向にずれた位置にある。すなわち、第１曲線Ａの反射膜表面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値は、第２曲線Ｂの反射膜表面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値より大きくなっている。拡散性反射体の表面に形成されている複数の凹部１４における、第１の曲線Ａの反射膜表面Ｓに対する傾斜角は、１〜８９°の範囲で不規則にばらついている。また、凹部１４における第２曲線Ｂの反射膜表面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値は０．５〜８８°の範囲で不規則にばらついている。
両曲線の傾斜角は、いずれもなだらかに変化しているので、第１曲線Ａの最大傾斜角δa（絶対値）は、第２曲線Ｂの最大傾斜角δb（絶対値）よりも大きくなっている。また、第１曲線Ａと第２曲線Ｂとが接する最深点Ｄの基材表面に対する傾斜角はゼロとなっており、傾斜角が負の値である第１曲線Ａと傾斜角が正の値である第２曲線Ｂとは、なだらかに連続している。
反射面１２ｂの表面に形成されている複数の凹部１４におけるそれぞれの最大傾斜角δaは、２〜９０°の範囲内で不規則にばらついているが、多くの凹部は最大傾斜角δaが４〜３５°の範囲内で不規則にばらついている。
【００３７】
また本例における凹部１４は、その凹面が単一の極小点（傾斜角がゼロとなる曲面上の点）Ｄを有している。そしてこの極小点Ｄと基材の反射膜表面Ｓとの距離が凹部１４の深さｄを形成し、この深さｄは、複数の凹部１４についてそれぞれ０．１μｍ〜３μｍの範囲内で不規則にばらついている。
また、本実施形態において、複数の凹部１４のそれぞれにおける特定断面Ｘは、いずれも同じ方向となっている。また各々の第１曲線Ａが単一の方向に配向するように形成されている。すなわち、いずれの凹部でも、図８，図９に矢印で示すｘ方向が同一方向を向くように形成されている。
【００３８】
かかる構成の反射面１２ｂにあっては、複数の凹部１４における第１曲線Ａが単一の方向に配向されているので、このような反射面１２ｂに対して、図９中のｘ方向（第１曲線Ａ側）の斜め上方から入射した光の反射光は、正反射方向よりも反射膜表面Ｓの法線方向側にシフトする。逆に、図９中のｘ方向と反対方向（第２曲線Ｂ側）の斜め上方から入射した光の反射光は、正反射方向よりも反射膜表面Ｓの表面側にシフトする。
したがって、特定縦断面Ｘにおける総合的な反射特性としては、第２曲線Ｂ周辺の面によって反射される方向の反射率が増加することになるので、これにより、特定の方向における反射効率を選択的に向上させた反射特性を得ることができる。
【００３９】
本実施形態で用いられている反射面１２ｂに、上記ｘ方向から入射角３０°で光を照射し、受光角を、反射面に対する正反射の方向である３０゜を中心として、垂線位置（０°；法線方向）から６０°まで振ったときの受光角（単位：°）と明るさ（反射率、単位：％）との関係を図１０に示す。また図１０には、図６に示す断面形状の凹部１４を形成した場合の受光角と反射率の関係も併記する。図１０に示すように、本形状例の構成とされた入射角度である３０°の正反射方向である反射角度３０°よりも、小さい反射角度における反射率が最も高くなり、その方向をピークとして近傍の反射率も高くなる。
【００４０】
従って、かかる構成の反射面１２ｂによれば、光源部１３から出射されて側方から反射面１２ｂに入射する光を効率よくパネル方向へ反射、散乱できるとともに、反射面１２ｂで反射される反射光は、特定の方向において反射率が高くなるという指向性を有しているので、これにより反射面１２ｂを経由して出射される反射光の出射角度が広くなるとともに、特定の出射角度において出射効率を向上させることができる。従って、従来から必須とされていたプリズムシートを併用しなくともバックライトの光出射方向を制御して、所望の方向の輝度を従来のものより向上させることができる。
【００４１】
［第３の形状例］
また、入射光の正反射方向に対して非対称の反射輝度分布を備えた反射面としては、以下の構成の反射面も適用することができる。この構成を第３の形状例として以下に説明する。
本例においても、上記第２の形状例と同様に、図３に示す凹部１４の内面形状を変化させることにより形成することができる。すなわち、本形状例においても、反射面１２ｂは、図３の斜視構成図に示す先の実施形態の反射面と同様に、反射面側に多数の凹部１４が重なり合うように隣接して形成された構成を備えており、前記凹部１４の内面形状のみが異なるものである。
【００４２】
図１１〜１３は、本形状例の凹部１４の内面形状を示したものである。
図１１は、凹部１４の斜視図であり、図１２は、凹部１４のＸ軸に沿う断面（縦断面Ｘという）、図１３は、凹部１４のＸ軸と直交するＹ軸に沿う断面（縦断面Ｙという）をそれぞれ示している。
図１２に示すように、凹部１４の縦断面Ｘにおける内面形状は、凹部１４の一つの周辺部Ｓ１から最深点Ｄに至る第１曲線Ａ’と、この第１曲線に連続して、凹部の最深点Ｄから他の周辺部Ｓ２に至る第２曲線Ｂ’とからなるものである。図１２において右下がりの第１曲線Ａと右上がりの第２曲線Ｂとは、最深点Ｄにおいて共に反射膜表面Ｓに対する傾斜角がゼロとなり、互いに滑らかに連続している。
ここでの「傾斜角」とは、特定の縦断面において凹部の内面の任意の箇所における接線の、水平面（ここでは凹部が形成されていない部分の反射膜表面Ｓ）に対する角度のことである。
【００４３】
第１曲線Ａ’の反射膜表面Ｓに対する傾斜角は、第２曲線Ｂ’の傾斜角よりも急であって、最深点Ｄは、凹部１４の中心ＯからＸ軸に沿って周縁に向かう方向（ｘ方向）にずれた位置にある。すなわち、第１曲線Ａ’の傾斜角の絶対値の平均値は、第２曲線Ｂ’の傾斜角の絶対値の平均値よりも大きくなっている。反射面表面に形成されている複数の凹部１４における第１曲線Ａ’の傾斜角の絶対値の平均値は、２°〜９０°の範囲で不規則にばらついており、また複数の凹部１４における第２曲線Ｂ’の傾斜角の絶対値の平均値も１°〜８９°の範囲で不規則にばらついている。
【００４４】
一方、図１３に示すように、凹部１４の縦断面Ｙにおける内面形状は、凹部１４の中心Ｏに対してほぼ左右均等の形状を成しており、凹部１４の最深点Ｄの周辺は、曲率半径の大きい、すなわち、直線に近い浅型曲線Ｅとなっている。また、浅型曲線Ｅの左右は、曲率半径の小さい深型曲線Ｆ，Ｇとなっており、反射面１２ｂの表面に形成されている複数の凹部１４における前記浅型曲線Ｅの傾斜角の絶対値は、概ね１０°以下である。また、これら複数の凹部１４における深型曲線Ｆ，Ｇの傾斜角の絶対値も不規則にばらついているが、例えば２°〜９０°である。また、最深点Ｄの深さｄは、０．１μｍ〜３μｍの範囲内で不規則にばらついている。
【００４５】
本例において、反射面１２ｂの表面に形成されている複数の凹部１４は、上記の縦断面Ｘの形状を与える断面方向がいずれも同一方向となり、かつ上記の縦断面Ｙの形状を与える断面方向がいずれも同一方向となるとともに、最深点Ｄから第１曲線Ａ’を経て周辺部Ｓ１へ向かう方向がいずれも同一方向となるように配向されている。すなわち、反射面表面に形成されている全ての凹部１４は、図１１，１２中に矢印で示したｘ方向が同一方向を向くように形成されている。
【００４６】
本例においては、反射面１２ｂの表面に形成されている各凹部１４の向きが揃っており、最深点Ｄから第１曲線Ａ’を経て周辺部Ｓ１へ向かう方向がいずれも同一であるので、この反射面１２ｂに対して、図１１，１２中のｘ方向（第１曲線Ａ’側）の斜め上方から入射した光の反射光は、正反射方向よりも反射膜表面Ｓの法線方向側にシフトする。
逆に、図１１，１２中のｘ方向と反対方向（第２曲線Ｂ’側）の斜め上方から入射した光の反射光は、正反射方向よりも反射膜表面Ｓの表面側にシフトする。また、縦断面Ｘと直交する縦断面Ｙは、曲率半径の大きい浅型曲線Ｅと、浅型曲線Ｅの両側にあって曲率半径の小さい深型曲線Ｆ，Ｇとを有するように形成されているので、これにより反射面１２ｂにおいて正反射方向の反射率も高められる。
【００４７】
その結果、図１４に示すように、縦断面Ｘにおける総合的な反射特性としては、正反射方向の反射率を十分に確保しつつ、特定の方向に反射光を適度に集中させた反射特性とすることができる。図１４は、本形状例に係る反射面に、反射膜表面Ｓの法線方向よりも前記ｘ方向寄りの方向から入射角３０°で光を照射し、視角を反射膜表面Ｓに対する正反射の方向である３０°を中心として、垂線位置（０°）から６０°まで連続的に変化させた場合の視角（θ°）と明るさ（反射率高さ）との関係を示したものである。このグラフで表される反射特性は、正反射の角度３０゜より小さい反射角度範囲の反射率の積分値が、正反射の角度より大きい反射角度範囲の反射率の積分値より大きくなっており、反射方向が正反射方向よりも法線側にシフトする傾向にある。
【００４８】
従って、上記構成の凹部１４が形成された反射面１２ｂを備えたバックライトによれば、反射面１２ｂが上記のような形状とされているので、光源部１３から出射されて側方から入射する光を効率よく反射、散乱できるとともに、反射面１２ｂで反射される反射光は、特定の方向において反射率が高くなるという指向性を有しているので、これにより反射面１２ｂを経由して出射される反射光の出射角度が広くなるとともに、特定の出射角度において出射効率を高くすることができる。従って、従来から必須であったプリズムシートを併用しなくてもバックライトの光出射方向を制御でき、所望の方向の輝度を従来のものより向上させることができる。
【００４９】
尚、上記第１〜第３の形状例に示した凹部１４の形状は、本発明に係る面状照明体１２の反射面１２ｂの表面形状を成す凹凸形状の例を示したものであり、本発明の技術範囲を何ら限定するものではない。
【００５０】
＜光学手段＞
図１及び図２に示す光学手段３０としては、例えば、面状照明体１２の反射面１２ｂで反射された光の指向性を制御するためのプリズムシートを例示することができる。図５は、本実施形態に係る光学手段３０として好適に用いることができるプリズムシートの斜視構成図である。図５に示すプリズムシート３１には、図示上面側に四角錐状の突条３２が配列形成されている。このプリズムシート３１は、その図示下面から入射する光の主たる進行方向を変化させてプリズムシート３１の鉛直方向に集光する機能を有している。このようなプリズムシート３１を光学手段３０として備えるならば、バックライト１０から出射された光を光学手段３０により液晶パネル２０の鉛直方向に集光して液晶パネル２０に入射させることができるので、一般に使用者が配置される液晶パネル２０の正面方向における輝度を向上させることができ、実質的に高輝度の表示が得られる液晶表示装置とすることができる。
【００５１】
また、突条３２の形状が四角錐状とされていることで、プリズムシート３１に入射する光が、平面視において複数の進行方向を有する場合であっても、突条３２の各側面に対して平面視においてほぼ垂直に入射する成分に対して有効に機能することで、優れた集光性が得られるようになっている。
前記突条３２の形状は、図示した四角錐状に限定されず、円錐状、あるいは四角錐以外の多角錘状とすることもでき、これらの形状の突条が形成されたプリズムシートによっても上記と同様の効果を得ることができる。また、多角錘状とする場合には、プリズムシートに隙間無く連続的に突条を配列形成できる六角錘状、又は八角錐状とするのがよい。
また、図５に示すプリズムシート３１を用いる場合よりは、薄型化、軽量化には不利であるものの、図６に示す従来の液晶表示装置にも用いられている一面側に略三角柱状の突条が互いに平行に配列形成されたプリズムシートを２枚重ねて光学手段３０として用いることも可能である。
【００５２】
また、光学手段３０としては、照明光の指向性を制御するためのプリズムシートに限らず、透明樹脂中に微小粒子を分散させたり、透明樹脂シートの表面又は内部に凹凸面や微小空隙を形成した光散乱性シートを好適に用いることができ、これらの光学シートとプリズムシートとを組み合わせて用いることもできる。上記光散乱性シートをバックライト１０と液晶パネル２０との間に配設すれば、照明光の面内均一性をより高めることができ、反射面１２ｂの形状が透過して使用者に視認されるのも効果的に防止することができる。
【００５３】
＜液晶パネル＞
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、液晶制御層２８が形成されている。
【００５４】
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。
また、場合によっては液晶制御層２８に、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ていてもよく、その場合には、この反射膜により反射された光が特定の方向で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に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。
【００５５】
以上の構成を備えた本実施形態の液晶表示装置によれば、先に記載のように、光源部１３から出射された光を面状照明体１２表面の反射面１２ｂで反射させる構造を有するバックライト１０により、高輝度の照明光が得られるので、高輝度の表示を得ることができる。また、従来の導光板に比して容易に薄型、軽量化することが可能な面状発光体１２を備えたバックライト１０により、液晶表示装置全体の薄型化、軽量化を実現することができる。さらに、バックライト１０と液晶パネル２０との間に、光学手段３０を設けることができるため、例えば光学手段３０として、プリズムシートを備えるならば、液晶パネル２０正面方向に集光された照明光が得られるので、使用者に視認される輝度を高めて実質的な表示輝度を向上させることができる。
【００５６】
さらに、上記面状照明体１２の反射面１２ｂは拡散反射性を有するため、液晶パネル２０が透過型である場合に、外側から液晶パネル２０に入射して液晶パネル２０を透過した外光を、面状照明体１２により拡散反射させて液晶パネル２０側へ戻すことができるため、従来から透過型液晶表示装置の弱点とされていた屋外における視認性を著しく改善することも可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、光源と、該光源の光を一面から出射して被照明体を照明する面状照明体とを備え、前記光源は、前記面状照明体の側方側に配設されており、前記面状照明体は、隣接するもの同士が一部重なり合うように複数の凹部が連続して形成された反射面を有し、且つ、当該反射面が前記光源の配設側から離れるに従ってせり上がる傾斜面とされており、前記複数の凹部は、その内面が略球面状に形成されて、各凹部の深さが０．１μｍ〜３μｍの範囲、隣接する凹部のピッチが５μｍ〜１００μｍの範囲、凹部の内面の傾斜角が−１８゜〜＋１８゜の範囲で形成されて、前記凹部の内面形状は、前記傾斜面に沿った方向の特定縦断面において、当該凹部の一の周辺部から最深点に至る第１曲線と、この第１曲線に連続して当該凹部の最深点から他の周辺部に至る第２曲線とからなり、且つ、これら両曲線の最深点において当該凹部が形成されていない反射膜表面に対する傾斜角がゼロとなり、前記第１曲線の反射膜表面に対する傾斜角の絶対値の平均値が、前記第２曲線の反射膜表面に対する傾斜角の絶対値の平均値よりも大きくなっている構成とされたことで、従来の導光板を介して線光源や点光源を面発光させる構成に比して、同様の機能を備えた面状照明体の薄型化が極めて容易であり、もって軽量化された照明装置を提供することができる。
【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の斜視構成図である。
【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１に示す面状照明体の反射面を拡大して示す部分斜視図である。
【図４】 図４は、図１に示す導光体１７の斜視構成図である。
【図５】 図５は、図１に示す光学手段として利用できるプリズムシートの斜視構成図である。
【図６】 図６は、凹部の第１形状例における断面形状を示す説明図である。
【図７】 図７は、図６に示す凹部を備えた反射面の反射特性を示す図である。
【図８】 図８は、凹部の第２形状例における斜視図である。
【図９】 図９は、図８に示す縦断面Ｘに沿う断面図である。
【図１０】 図１０は、図８，９に示す凹部を備えた反射面の反射特性を示す図である。
【図１１】 図１１は、第３形状例における凹部を示す斜視図である。
【図１２】 図１２は、図１１に示す縦断面Ｘに沿う断面図である。
【図１３】 図１３は、図１１に示す縦断面Ｙに沿う断面図である。
【図１４】 図１４は、図１１〜１３に示す凹部を備えた反射面の反射特性を示す図である。
【図１５】 図１５は、従来の液晶表示装置の一例を示す断面構成図である。
【符号の説明】
１０ バックライト（照明装置）
１２ 面状照明体
１２ｂ 反射面
１３ 光源部（光源）
１４ 凹部
１５ 発光素子
１７ 導光体
２０ 液晶パネル
３０ 光学手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、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おり、さらに、導光板と液晶パネルとの間にプリズムシートを配して、液晶パネルに入射する光の進行方向を制御し、表示輝度を高める工夫が成されたものが提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
図１５は、この種の構成を備えた液晶表示装置の断面構造の一例を示す図である。図１５に示す液晶表示装置は、液晶パネル１１０とその背面側（図示下面側）に配設されたバックライト１２０とから構成されており、液晶パネル１１０は反射層を備えない透過型、あるいは画素領域内に部分的に反射層が設けられた半透過反射型とされている。バックライト１２０において、符号１２２は導光板、符号１２３は冷陰極管を示し、導光板１２２の下面１２２ｂに断面くさび状の複数の溝１２４が配列形成されている。また、導光板１２２と液晶パネル１１０との間に、光散乱板１２６と、２枚のプリズムシート１２７，１２７が配設されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許３２７７１７８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１５に示す液晶表示装置に備えられたバックライト１２０は、冷陰極管１２３から出射された光を導光板１２２内部に導入し、導光板１２２内部を伝搬する光を、前記溝１２４の内面で反射させて液晶パネル１１０側へ光を出射させるようになっている。また、導光板１２２の上面から出射された光は、光散乱板１２６により散乱された後、２枚のプリズムシート１２７によりその進行方向が概ね液晶パネル１１０の鉛直方向となるように進行方向を変えられて液晶パネル１１０に入射し、表示光として利用されるようになっている。
【０００６】
図１５に示すバックライト１２０の構成は、現在一般的に用いられているものであるが、この種のバックライトでは導光板１２２から液晶パネル１１０側へ出射される光に、導光板１２２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ため、バックライト１２０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１２０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１２７を導光板１２２と液晶パネル１１０との間に配設している。しかし、このような複数の光学素子を積層する構成では、液晶表示装置の軽量化は困難であり、また部品点数が多くなりコストが増加するという問題も生じる。特に、プリズムシートは極めて単価の高い部材であり、従来のバックライトのシステム単価を引き上げる要因となっていた。また、冷陰極管１２３からの光を一度導光板１２２の内部に導いてから導光板１２２の溝１２４で反射させる方式では、導光板１２２の内部で光の一部を損失させてしまうおそれがあり、光の利用効率を高くすることが難しかった。
【０００７】
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、低コストで製造することができ、かつ軽量化が容易で光の損失も生じない照明装置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、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の照明装置は、光源と、該光源の光を一面から出射して被照明体を照明する面状照明体とを備え、前記光源は、前記面状照明体の側方側に配設されており、前記面状照明体は、隣接するもの同士が一部重なり合うように複数の凹部が連続して形成された反射面を有し、且つ、当該反射面が前記光源の配設側から離れるに従ってせり上がる傾斜面とされており、前記複数の凹部は、その内面が略球面状に形成されて、各凹部の深さが０．１μｍ〜３μｍの範囲、隣接する凹部のピッチが５μｍ〜１００μｍの範囲、凹部の内面の傾斜角が−１８゜〜＋１８゜の範囲で形成されて、前記凹部の内面形状は、前記傾斜面に沿った方向の特定縦断面において、当該凹部の一の周辺部から最深点に至る第１曲線と、この第１曲線に連続して当該凹部の最深点から他の周辺部に至る第２曲線とからなり、且つ、これら両曲線の最深点において当該凹部が形成されていない反射膜表面に対する傾斜角がゼロとなり、前記第１曲線の反射膜表面に対する傾斜角の絶対値の平均値が、前記第２曲線の反射膜表面に対する傾斜角の絶対値の平均値よりも大きくなっていることを特徴とする。
この構成の照明装置は、入射光を拡散反射させる反射面を有する面状照明体により、光源から照射された光を反射させることで、例えば液晶パネル等の被照明体を照明するものである。従来の照明装置では、図１５に示すように、線光源又は点光源からの光を面光源として利用するために透明な導光板１２２を利用していたが、この導光板としてはアクリル樹脂等の成形品が用いられており、特に照明装置を大型化した場合には無視できない重量増を招く原因となっていた。これに対して、本発明に係る照明装置では、線光源や点光源を面光源とするために微小凹凸形状による拡散反射機能を有する面状照明体を用いているので、面状照明体としての機能を得るためには、少なくとも上記反射面を有していれば良いため、極めて容易に薄型化することができ、またこれにより軽量化も同時に実現することが可能である。
また、この構成によれば、面状発光部である導光板の側端面に光源が配設された従来のバックライトに代えて用いることができる照明装置を提供することができる。この構成の場合、光源から出射された光は、空気中を伝搬して面状照明体の反射面に到達し、この反射面で拡散反射されると共にその進行方向を面状照明体の上方へ変えられて被照明体を照明する。
さらに、この構成によれば、正反射方向の反射率を十分に確保しつつ、特定方向の反射光を適度に集中させた反射特定とすることができる。
【０００９】
また、本発明の照明装置は、前記凹部の内面形状が、前記特定縦断面と直交する方向の縦断面において、前記最深点が当該凹部の中心にあって、当該凹部の中心に対して左右均等の形状をなし、且つ、前記最深点の周辺が曲率半径の大きい浅型曲線と、この浅型曲線の左右に連続して当該浅型曲線よりも曲率半径の小さい深型曲線とからなる構成とすることもできる。
この構成によれば、反射面において正反射方向の反射率も高められる。
【００１０】
本発明の照明装置は、前記面上照明体の反射面と、被照明体との間に、一面にプリズム形状を有するプリズムシートが設けられた構成とすることもできる。
この構成によれば、反射面で拡散反射されて被照明体に入射する照明光を所定の方向に集光することができるので、実質的な照明輝度を高めることができる。
【００１１】
本発明の照明装置は、前記プリズムシートが、平面視において異なる向きに進行する少なくとも２方向の光に対して指向性を制御するものであることが好ましい。
この構成によれば、照明光の集光度をさらに高めることができるので、集光された光の輝度をさらに高めることができ、より高輝度の照明光を得ることができる。
【００１２】
本発明の照明装置は、前記プリズムシートが、多角錘状又は円錐状の突条が複数立設されたプリズム形状を有する構成とすることができる。
この構成によれば、面内で複数の進行方向を有する光を、効率よく所定方向に集光することができ、実質的に高輝度の照明光が得られる。
【００１３】
本発明の照明装置は、前記多角錘状又は円錐状の突条の頂角が、７０°以上１１０°以下とされることが好ましい。また、前記多角錘状又は円錐状の突条の頂角が、８０°以上１００°以下とされることがより好ましい。
突条の頂角を前記範囲とすることで、平面視において複数の進行方向を有する光を、効率よくプリズムシートの鉛直方向へ出射させることが可能になり、特に、被照明体が液晶パネルである場合に高輝度の表示が得られる液晶表示装置を構成することができ、有効である。
【００１４】
本発明の照明装置は、前記突条が、四角錐状、六角錘状、又は八角錐状のいずれかの形状とされた構成とすることもできる。
この構成によれば、プリズムシートを透過する光に対して、プリズムシート面内で一様に指向性を制御することが可能であり、出射光の均一性に優れる照明装置を提供することができる。
【００１５】
本発明の照明装置においては、前記光源が、冷陰極管とされていてもよく、前記光源が、ＬＥＤ又はＬＥＤアレイとされていてもよい。本発明に係る照明装置に適用される光源については特に限定はなく、従来のバックライトやフロントライトに用いられている光源を問題なく用いることができる。照明装置の薄型化、軽量化を図るためには、光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）を有するものを用いるのがよい。
【００１６】
本発明の照明装置は、前記光源が、略棒状の導光体と、該導光体の長さ方向の端面部に配設された発光素子とを備え、前記導光体が、前記発光素子の光を一端面から内部に導入し、一側面に設けられた出射面から出射させる構造を有しており、前記導光体の出射面と反対側面が曲面状とされ、その曲面に沿って導光体周方向に延在する複数の溝が形成された構成とすることもできる。
この構成によれば、点光源である発光素子を上記導光体により線光源に変換して面状照明体を照射できるので、点光源を用いながら発光面における出射光量の均一性に優れる照明装置を提供することができる。
本発明に係る照明装置においては、前記反射面が導光体配設側から離れるに従ってせり上がる斜面に形成されているため、導光体の出射特性は、出射面の正面方向に主な成分が分布し、出射面の正面から上下方向に出射される成分は比較的少なくなるように設定することが好ましく、上記構成の導光体によれば、係る分布の出射光を容易に得ることができる。
【００１７】
上記本発明の照明装置では、前記導光体に形成された複数の溝が、前記発光素子が配設された側から徐々にピッチが狭くなり、また溝の深さが徐々に深くなるように形成されていることが好ましい。
この構成によれば、導光体の延在方向における出射光量の分布を均一化することができ、もって面状照明体の面内で均一な照明光が得られる照明装置を提供することができる。
【００１８】
次に、本発明の液晶表示装置は、先に記載の本発明の照明装置を、液晶パネルの背面側に備えたことを特徴とする。この構成によれば、先の薄型化、軽量化が容易な本発明に係る照明装置を備えたことで、薄型、軽量であり、かつ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る。
【００１９】
【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。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、液晶パネル２０と、その背面側（図示下面側）に配設されたバックライト（照明装置）１０とを主体として構成されており、本実施形態の液晶表示装置では、液晶パネル２０とバックライト１０との間に、光散乱機能や指向性制御機能等を備えた光学手段３０が配設されている。
【００２０】
バックライト１０は、その上面側に反射面１２ｂが形成された面状照明体１２と、その上面側端部に設けられた光源配設部１２ａに配置された光源部（光源）１３とを備えて構成されている。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透過型又は半透過反射型の液晶表示装置であり、その表示領域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の背面側に面状照明体１２が配置され、光源部１３から出射された光を面状照明体１２で反射させることで液晶パネル２０を照明し、その表示を視認できるようになっている。また、太陽光等の外光が入射する環境にあっては、面状照明体１２の反射面１２ｂにより外光を反射させて表示光として利用することもできる。
尚、液晶パネル２０が半透過反射型であれば、液晶パネル２０内に設けられた反射層により外光を反射させて表示を行うことができるのは勿論である。
【００２１】
以下、本実施形態の液晶表示装置の各部の構成について詳細に説明する。
＜バックライト＞
本実施形態に係るバックライト１０は、図１及び図２に示すように、面状照明体１２と、この面状照明体１２の側端部に載置された光源部１３とを主体として構成されている。面状照明体１２は、光源部１３が配設された光源配設部１２ａから、光源配設部１２ａが形成された辺と対向する辺に向かってせり上がる斜面状に形成された反射面１２ｂを有しており、この反射面１２ｂの表面には、複数の微細な凹部１４が略ランダムに連続して形成されている。すなわち、図２に示すように、光源配設部１２ａ側における面状照明体１２の板厚ｈよりも、対向する辺端における面状照明体１２の板厚Ｈが大きくなるように形成されている。また、光源配設部１２ａの表面は本実施形態に係る面状照明体１２では略平坦面とされている。面状照明体１２は、例えばＴｉ粒子が混入されたポリカーボネート系樹脂や、アクリル樹脂等の透明樹脂の一面側にＡｌやＡｇ等の金属反射膜が成膜されたものを用いることができる。
【００２２】
図３は、図１に示す面状照明体１２の反射面１２ｂを拡大して示す部分斜視図である。この図に示すように、面状照明体１２の上面には、略球面状凹面を有する凹部１４が複数形成されており、図示の例では、隣接する凹部１４，１４同士が一部重なり合うように連続して形成されている。
尚、図１及び図３に示した反射面１２ｂの形状は一例であり、凹部１４の形状、深さ、ピッチ等は、面状照明体１２と組み合わされる光源部１３の構成や、バックライト１０と組み合わされる被照明体の構成に応じて、適切な反射特性が得られるように適宜変更することが望ましい。この凹部１４に適用できる形状については後述する。
また、本実施形態では光源配設部１２ａを略平坦面とした場合を図示しているが、反射面１２ｂの凹凸形状が形成された領域が、この光源配設部１２ａまで延在していても良いのは勿論である。
【００２３】
上記面状照明体１２と、その液晶パネル２０側に設けられた光学手段３０との距離は、バックライト１０及び液晶パネル２０の寸法等により適宜変更することができるが、その一例を示すならば、２〜４インチ程度の液晶パネル２０の背面に配設する場合で、光源配設部１２ａにおいて約１〜３ｍｍ程度であり、光源配設部１２ａと対向する辺端において０．５〜１μｍ程度である。その調整には、図２に示す面状照明体１２の板厚Ｈ，ｈを適宜調整することで容易に行うことができる。
【００２４】
図４は、図１及び図２に示す光源部１３をより詳細に図示した斜視構成図である。この図に示す光源部１３は、略棒状に成形された透明樹脂からなる導光体１７と、その一端面部１７ａに配設された白色ＬＥＤ等の発光素子１５とを主体として構成されている。
導光体１７は、図４に示すように、その一側面（図示では奥側の側面）が出射面１７ｂとされており、この出射面１７ｂと反対側が曲面状に加工されると共に、その曲面に沿って導光体周方向に延在する複数の断面くさび状の溝１８が形成されている。これらの溝１８は、図４に示すように、発光素子１５が配設された端面部１７ａ側では広ピッチで浅く形成されており、端面部１７ａから導光体延在方向に離れるに従って狭ピッチで深く形成されている。
【００２５】
上記構成の光源部１３は、発光素子１５から出射された光を端面部１７ａから導光体１７内部に導入し、導光体１７内部を伝搬する光を、出射面１７ｂと反対側の側面に配列形成された複数の溝１８により反射させて出射面１７ｂから出射させるようになっている。本実施形態に係る光源部１３では、溝１８が上記のようにピッチ及び深さを制御されて形成されていることで、出射面１７ｂの導光体１７延在方向で均一な光の出射を可能にしている。また、出射面１７ｂと反対側の側面が曲面状とされていることで、出射面１７ｂから出射される光の導光体厚さ方向における分布を、先の面状照明体１２と組み合わせた場合に最適な分布となっている。より詳細には、出射面１７ｂから出射される光の成分はその正面方向に主成分が出射されるようになっており、導光体１７の厚さ方向において上下の斜め方向に出射される成分が少なくなる。（図２では、出射面１７ｂから出射される光のうちの大部分が、出射面１７ｂとほぼ垂直に出射され、出射面１７ｂから図示斜め方向に出射される光は比較的少量となる。）
尚、本実施形態では、光源部１３として点光源の発光素子１５と棒状の導光体１７とを組み合わせた構成について説明したが、上記光源部１３に代えて、光出射方向を反射面１２ｂ側に向けてＬＥＤアレイ（複数のＬＥＤを線状又は面状に配設した素子）を配設しても良く、また場合によっては、図１５に示した冷陰極管１２３を用いることもできる。
【００２６】
上記構成を備えた本実施形態に係るバックライト１０によれば、図２に示すように、光源部１３から面状照明体１２の略面内方向に出射された光を、面状照明体１２の反射面１２ｂにより拡散反射させることで、液晶パネル２０を均一に照明することができるようになっている。本実施形態のバックライト１０は、図６に示した従来のバックライト１２０のように、光源である冷陰極管１２３の光を導光板１２２内部を伝搬させるのではなく、空気中を伝搬する光を面状照明体１２により反射して液晶パネル２０を照明するため、構造的に導光板内部での光の損失は生じないので、光源部１３から出射された光を高効率で照明光に利用することができ、高輝度の照明が可能である。
【００２７】
また、本実施の形態では、面状照明体１２の板厚を面内で異ならせて反射面１２ｂを斜面状にする場合について図示して説明したが、本実施形態に係るバックライト１０の機能を得るためには、面状照明体１２は少なくとも反射面１２ｂのみを有していれば良く、反射面１２ｂの形状に沿って湾曲した薄板状の面状照明体で合っても良い。このような薄板状の面状照明体とすれば、バックライト１０の軽量化、薄型化を容易に実現することができ、もって液晶表示装置の薄型化、軽量化を容易に実現することができる。
【００２８】
＜面状照明体の反射面形状＞
ここで、図１に示す面状照明体１２の反射面１２ｂの表面形状について、図６〜図１４を参照して説明する。
［第１の形状例］
図６は、図３に示す反射面１２ｂ表面に形成された凹部１４の第１の形状例を示す断面構造図であり、図７は、図６に示す形状を有する凹部１４を備えた反射面１２ｂの反射特性を示す図である。
本形状例において、凹部１４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１４のピッチを５μｍ〜１００μｍの範囲でランダムに配置し、上記凹部１４内面の傾斜角を−１８°〜＋１８°の範囲に設定することが望ましい。前記「凹部の深さ」とは、凹部が形成されていない部分の反射面１２ｂの表面から凹部の底部までの距離をいい、「隣接する凹部のピッチ」とは平面視したときに円形となる凹部の中心間の距離のことである。また、「凹部内面の傾斜角」とは、図６に示すように、凹部１４の内面の任意の箇所において例えば０．５μｍ幅の微小な範囲をとったときに、その微小範囲内における斜面の水平面（基材表面）に対する角度θｃのことである。この角度θｃの正負は、凹部が形成されていない部分の反射面１２ｂの表面に立てた法線に対して、例えば図６における右側の斜面を正、左側の斜面を負と定義する。
【００２９】
本形状例において、特に、凹部１４内面の傾斜角分布を−１８°〜＋１８°の範囲に設定する点、隣接する凹部１４のピッチを平面全方向に対してランダムに配置する点は重要である。なぜならば、仮に隣接する凹部１４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１４内面の傾斜角分布が−１８°〜＋１８°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５５°以上になる）からである。
また、凹部１４の深さが０．１μｍに満たないと、反射面に凹部を形成したことによる光拡散効果が十分に得られず、凹部１４の深さが３μｍを超えると、十分な光拡散効果を得るためにピッチを大きくしなければならず、そうするとモアレが発生するおそれが生じる。
【００３０】
また、隣接する凹部１４のピッチが５μｍ未満の場合、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、隣接する凹部１４のピッチは５μｍ〜１００μｍとすることが望ましい。
【００３１】
図７は本実施形態の面状照明体１２の法線方向に対する入射角３０°で光を照射し、受光角を、表示面に対する正反射の方向である３０゜を中心として、垂線位置（０°；法線方向）から６０°まで振ったときの受光角（単位：°）と明るさ（反射率、単位：％）との関係を示したものである。この図に示されるように、正反射方向を中心として対称に、広い受光角範囲でほぼ均等な反射率が得られる。特に、正反射方向と中心として±１０°の受光角範囲で反射率がほぼ一定となっており、この視野角範囲内においては、どの方向から見てもほぼ同じ明るさの表示が得られることが示唆される。
【００３２】
このように、正反射方向を中心として対称な広い受光角範囲で反射率をほぼ一定にすることができるのは、図３に示す凹部１４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１４の内面が球面の一部を成す形状とされていることによる。すなわち、凹部１４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１４の内面の傾斜角が一定の範囲に制御されるので、反射面１２ｂの反射効率を一定の範囲に制御することが可能になる。従って、従来からバックライトシステムにおいて必須とされていたプリズムシートを併用しなくとも、バックライトの光出射方向を制御して所望の方向の輝度を従来のものより向上させることができる。
【００３３】
［第２の形状例］
本実施形態に係るバックライト１０においては、上記正反射方向を中心にほぼ対称の反射輝度分布となる反射特性を備えた反射面１２ｂのほかに、反射輝度分布が正反射方向に対して非対称となる反射特性を備えた反射面も適用可能である。このような反射特性の反射面について、図８及び図９を参照して以下に説明する。
【００３４】
上記の反射特性を備えた反射面は、図３に示す凹部１４の内面形状を変化させることにより形成することができる。すなわち、本例の反射面は、図３の斜視構成図に示す先の実施形態の反射面１２ｂと同様に、反射面側に多数の凹部１４が重なり合うように隣接して形成された構成を備えており、前記凹部１４の内面形状のみが異なるものである。
【００３５】
図８及び図９は、正反射方向に対して非対称の反射輝度分布を呈する本形状例の凹部１４の１つを示したもので、図８は、その斜視構成図であり、図９は、図８に示す特定縦断面Ｘにおける断面構成図である。
図８に示す凹部１４の特定縦断面Ｘにおいて、凹部１４の内面形状は、凹部１４の一の周辺部Ｓ１から最深点Ｄに至る第１曲線Ａと、この第１曲線Ａに連続して、凹部の最深点Ｄから他の周辺部Ｓ２に至る第２曲線Ｂとからなっている。これら両曲線は、最深点Ｄにおいて共に反射膜表面Ｓに対する傾斜角がゼロとなり、互いにつながっている。ここでの「傾斜角」とは、特定の縦断面において凹部の内面の任意の箇所における接線の、水平面（ここでは凹部が形成されていない部分の反射膜表面Ｓ）に対する角度のことである。
【００３６】
第１曲線Ａの反射膜表面Ｓに対する傾斜角は第２曲線Ｄの傾斜角よりも急であって、最深点Ｄは凹部１４の中心Ｏからｘ方向にずれた位置にある。すなわち、第１曲線Ａの反射膜表面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値は、第２曲線Ｂの反射膜表面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値より大きくなっている。拡散性反射体の表面に形成されている複数の凹部１４における、第１の曲線Ａの反射膜表面Ｓに対する傾斜角は、１〜８９°の範囲で不規則にばらついている。また、凹部１４における第２曲線Ｂの反射膜表面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値は０．５〜８８°の範囲で不規則にばらついている。
両曲線の傾斜角は、いずれもなだらかに変化しているので、第１曲線Ａの最大傾斜角δa（絶対値）は、第２曲線Ｂの最大傾斜角δb（絶対値）よりも大きくなっている。また、第１曲線Ａと第２曲線Ｂとが接する最深点Ｄの基材表面に対する傾斜角はゼロとなっており、傾斜角が負の値である第１曲線Ａと傾斜角が正の値である第２曲線Ｂとは、なだらかに連続している。
反射面１２ｂの表面に形成されている複数の凹部１４におけるそれぞれの最大傾斜角δaは、２〜９０°の範囲内で不規則にばらついているが、多くの凹部は最大傾斜角δaが４〜３５°の範囲内で不規則にばらついている。
【００３７】
また本例における凹部１４は、その凹面が単一の極小点（傾斜角がゼロとなる曲面上の点）Ｄを有している。そしてこの極小点Ｄと基材の反射膜表面Ｓとの距離が凹部１４の深さｄを形成し、この深さｄは、複数の凹部１４についてそれぞれ０．１μｍ〜３μｍの範囲内で不規則にばらついている。
また、本実施形態において、複数の凹部１４のそれぞれにおける特定断面Ｘは、いずれも同じ方向となっている。また各々の第１曲線Ａが単一の方向に配向するように形成されている。すなわち、いずれの凹部でも、図８，図９に矢印で示すｘ方向が同一方向を向くように形成されている。
【００３８】
かかる構成の反射面１２ｂにあっては、複数の凹部１４における第１曲線Ａが単一の方向に配向されているので、このような反射面１２ｂに対して、図９中のｘ方向（第１曲線Ａ側）の斜め上方から入射した光の反射光は、正反射方向よりも反射膜表面Ｓの法線方向側にシフトする。逆に、図９中のｘ方向と反対方向（第２曲線Ｂ側）の斜め上方から入射した光の反射光は、正反射方向よりも反射膜表面Ｓの表面側にシフトする。
したがって、特定縦断面Ｘにおける総合的な反射特性としては、第２曲線Ｂ周辺の面によって反射される方向の反射率が増加することになるので、これにより、特定の方向における反射効率を選択的に向上させた反射特性を得ることができる。
【００３９】
本実施形態で用いられている反射面１２ｂに、上記ｘ方向から入射角３０°で光を照射し、受光角を、反射面に対する正反射の方向である３０゜を中心として、垂線位置（０°；法線方向）から６０°まで振ったときの受光角（単位：°）と明るさ（反射率、単位：％）との関係を図１０に示す。また図１０には、図６に示す断面形状の凹部１４を形成した場合の受光角と反射率の関係も併記する。図１０に示すように、本形状例の構成とされた入射角度である３０°の正反射方向である反射角度３０°よりも、小さい反射角度における反射率が最も高くなり、その方向をピークとして近傍の反射率も高くなる。
【００４０】
従って、かかる構成の反射面１２ｂによれば、光源部１３から出射されて側方から反射面１２ｂに入射する光を効率よくパネル方向へ反射、散乱できるとともに、反射面１２ｂで反射される反射光は、特定の方向において反射率が高くなるという指向性を有しているので、これにより反射面１２ｂを経由して出射される反射光の出射角度が広くなるとともに、特定の出射角度において出射効率を向上させることができる。従って、従来から必須とされていたプリズムシートを併用しなくともバックライトの光出射方向を制御して、所望の方向の輝度を従来のものより向上させることができる。
【００４１】
［第３の形状例］
また、入射光の正反射方向に対して非対称の反射輝度分布を備えた反射面としては、以下の構成の反射面も適用することができる。この構成を第３の形状例として以下に説明する。
本例においても、上記第２の形状例と同様に、図３に示す凹部１４の内面形状を変化させることにより形成することができる。すなわち、本形状例においても、反射面１２ｂは、図３の斜視構成図に示す先の実施形態の反射面と同様に、反射面側に多数の凹部１４が重なり合うように隣接して形成された構成を備えており、前記凹部１４の内面形状のみが異なるものである。
【００４２】
図１１〜１３は、本形状例の凹部１４の内面形状を示したものである。
図１１は、凹部１４の斜視図であり、図１２は、凹部１４のＸ軸に沿う断面（縦断面Ｘという）、図１３は、凹部１４のＸ軸と直交するＹ軸に沿う断面（縦断面Ｙという）をそれぞれ示している。
図１２に示すように、凹部１４の縦断面Ｘにおける内面形状は、凹部１４の一つの周辺部Ｓ１から最深点Ｄに至る第１曲線Ａ’と、この第１曲線に連続して、凹部の最深点Ｄから他の周辺部Ｓ２に至る第２曲線Ｂ’とからなるものである。図１２において右下がりの第１曲線Ａと右上がりの第２曲線Ｂとは、最深点Ｄにおいて共に反射膜表面Ｓに対する傾斜角がゼロとなり、互いに滑らかに連続している。
ここでの「傾斜角」とは、特定の縦断面において凹部の内面の任意の箇所における接線の、水平面（ここでは凹部が形成されていない部分の反射膜表面Ｓ）に対する角度のことである。
【００４３】
第１曲線Ａ’の反射膜表面Ｓに対する傾斜角は、第２曲線Ｂ’の傾斜角よりも急であって、最深点Ｄは、凹部１４の中心ＯからＸ軸に沿って周縁に向かう方向（ｘ方向）にずれた位置にある。すなわち、第１曲線Ａ’の傾斜角の絶対値の平均値は、第２曲線Ｂ’の傾斜角の絶対値の平均値よりも大きくなっている。反射面表面に形成されている複数の凹部１４における第１曲線Ａ’の傾斜角の絶対値の平均値は、２°〜９０°の範囲で不規則にばらついており、また複数の凹部１４における第２曲線Ｂ’の傾斜角の絶対値の平均値も１°〜８９°の範囲で不規則にばらついている。
【００４４】
一方、図１３に示すように、凹部１４の縦断面Ｙにおける内面形状は、凹部１４の中心Ｏに対してほぼ左右均等の形状を成しており、凹部１４の最深点Ｄの周辺は、曲率半径の大きい、すなわち、直線に近い浅型曲線Ｅとなっている。また、浅型曲線Ｅの左右は、曲率半径の小さい深型曲線Ｆ，Ｇとなっており、反射面１２ｂの表面に形成されている複数の凹部１４における前記浅型曲線Ｅの傾斜角の絶対値は、概ね１０°以下である。また、これら複数の凹部１４における深型曲線Ｆ，Ｇの傾斜角の絶対値も不規則にばらついているが、例えば２°〜９０°である。また、最深点Ｄの深さｄは、０．１μｍ〜３μｍの範囲内で不規則にばらついている。
【００４５】
本例において、反射面１２ｂの表面に形成されている複数の凹部１４は、上記の縦断面Ｘの形状を与える断面方向がいずれも同一方向となり、かつ上記の縦断面Ｙの形状を与える断面方向がいずれも同一方向となるとともに、最深点Ｄから第１曲線Ａ’を経て周辺部Ｓ１へ向かう方向がいずれも同一方向となるように配向されている。すなわち、反射面表面に形成されている全ての凹部１４は、図１１，１２中に矢印で示したｘ方向が同一方向を向くように形成されている。
【００４６】
本例においては、反射面１２ｂの表面に形成されている各凹部１４の向きが揃っており、最深点Ｄから第１曲線Ａ’を経て周辺部Ｓ１へ向かう方向がいずれも同一であるので、この反射面１２ｂに対して、図１１，１２中のｘ方向（第１曲線Ａ’側）の斜め上方から入射した光の反射光は、正反射方向よりも反射膜表面Ｓの法線方向側にシフトする。
逆に、図１１，１２中のｘ方向と反対方向（第２曲線Ｂ’側）の斜め上方から入射した光の反射光は、正反射方向よりも反射膜表面Ｓの表面側にシフトする。また、縦断面Ｘと直交する縦断面Ｙは、曲率半径の大きい浅型曲線Ｅと、浅型曲線Ｅの両側にあって曲率半径の小さい深型曲線Ｆ，Ｇとを有するように形成されているので、これにより反射面１２ｂにおいて正反射方向の反射率も高められる。
【００４７】
その結果、図１４に示すように、縦断面Ｘにおける総合的な反射特性としては、正反射方向の反射率を十分に確保しつつ、特定の方向に反射光を適度に集中させた反射特性とすることができる。図１４は、本形状例に係る反射面に、反射膜表面Ｓの法線方向よりも前記ｘ方向寄りの方向から入射角３０°で光を照射し、視角を反射膜表面Ｓに対する正反射の方向である３０°を中心として、垂線位置（０°）から６０°まで連続的に変化させた場合の視角（θ°）と明るさ（反射率高さ）との関係を示したものである。このグラフで表される反射特性は、正反射の角度３０゜より小さい反射角度範囲の反射率の積分値が、正反射の角度より大きい反射角度範囲の反射率の積分値より大きくなっており、反射方向が正反射方向よりも法線側にシフトする傾向にある。
【００４８】
従って、上記構成の凹部１４が形成された反射面１２ｂを備えたバックライトによれば、反射面１２ｂが上記のような形状とされているので、光源部１３から出射されて側方から入射する光を効率よく反射、散乱できるとともに、反射面１２ｂで反射される反射光は、特定の方向において反射率が高くなるという指向性を有しているので、これにより反射面１２ｂを経由して出射される反射光の出射角度が広くなるとともに、特定の出射角度において出射効率を高くすることができる。従って、従来から必須であったプリズムシートを併用しなくてもバックライトの光出射方向を制御でき、所望の方向の輝度を従来のものより向上させることができる。
【００４９】
尚、上記第１〜第３の形状例に示した凹部１４の形状は、本発明に係る面状照明体１２の反射面１２ｂの表面形状を成す凹凸形状の例を示したものであり、本発明の技術範囲を何ら限定するものではない。
【００５０】
＜光学手段＞
図１及び図２に示す光学手段３０としては、例えば、面状照明体１２の反射面１２ｂで反射された光の指向性を制御するためのプリズムシートを例示することができる。図５は、本実施形態に係る光学手段３０として好適に用いることができるプリズムシートの斜視構成図である。図５に示すプリズムシート３１には、図示上面側に四角錐状の突条３２が配列形成されている。このプリズムシート３１は、その図示下面から入射する光の主たる進行方向を変化させてプリズムシート３１の鉛直方向に集光する機能を有している。このようなプリズムシート３１を光学手段３０として備えるならば、バックライト１０から出射された光を光学手段３０により液晶パネル２０の鉛直方向に集光して液晶パネル２０に入射させることができるので、一般に使用者が配置される液晶パネル２０の正面方向における輝度を向上させることができ、実質的に高輝度の表示が得られる液晶表示装置とすることができる。
【００５１】
また、突条３２の形状が四角錐状とされていることで、プリズムシート３１に入射する光が、平面視において複数の進行方向を有する場合であっても、突条３２の各側面に対して平面視においてほぼ垂直に入射する成分に対して有効に機能することで、優れた集光性が得られるようになっている。
前記突条３２の形状は、図示した四角錐状に限定されず、円錐状、あるいは四角錐以外の多角錘状とすることもでき、これらの形状の突条が形成されたプリズムシートによっても上記と同様の効果を得ることができる。また、多角錘状とする場合には、プリズムシートに隙間無く連続的に突条を配列形成できる六角錘状、又は八角錐状とするのがよい。
また、図５に示すプリズムシート３１を用いる場合よりは、薄型化、軽量化には不利であるものの、図６に示す従来の液晶表示装置にも用いられている一面側に略三角柱状の突条が互いに平行に配列形成されたプリズムシートを２枚重ねて光学手段３０として用いることも可能である。
【００５２】
また、光学手段３０としては、照明光の指向性を制御するためのプリズムシートに限らず、透明樹脂中に微小粒子を分散させたり、透明樹脂シートの表面又は内部に凹凸面や微小空隙を形成した光散乱性シートを好適に用いることができ、これらの光学シートとプリズムシートとを組み合わせて用いることもできる。上記光散乱性シートをバックライト１０と液晶パネル２０との間に配設すれば、照明光の面内均一性をより高めることができ、反射面１２ｂの形状が透過して使用者に視認されるのも効果的に防止することができる。
【００５３】
＜液晶パネル＞
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、液晶制御層２８が形成されている。
【００５４】
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。
また、場合によっては液晶制御層２８に、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ていてもよく、その場合には、この反射膜により反射された光が特定の方向で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に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。
【００５５】
以上の構成を備えた本実施形態の液晶表示装置によれば、先に記載のように、光源部１３から出射された光を面状照明体１２表面の反射面１２ｂで反射させる構造を有するバックライト１０により、高輝度の照明光が得られるので、高輝度の表示を得ることができる。また、従来の導光板に比して容易に薄型、軽量化することが可能な面状発光体１２を備えたバックライト１０により、液晶表示装置全体の薄型化、軽量化を実現することができる。さらに、バックライト１０と液晶パネル２０との間に、光学手段３０を設けることができるため、例えば光学手段３０として、プリズムシートを備えるならば、液晶パネル２０正面方向に集光された照明光が得られるので、使用者に視認される輝度を高めて実質的な表示輝度を向上させることができる。
【００５６】
さらに、上記面状照明体１２の反射面１２ｂは拡散反射性を有するため、液晶パネル２０が透過型である場合に、外側から液晶パネル２０に入射して液晶パネル２０を透過した外光を、面状照明体１２により拡散反射させて液晶パネル２０側へ戻すことができるため、従来から透過型液晶表示装置の弱点とされていた屋外における視認性を著しく改善することも可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、光源と、該光源の光を一面から出射して被照明体を照明する面状照明体とを備え、前記光源は、前記面状照明体の側方側に配設されており、前記面状照明体は、隣接するもの同士が一部重なり合うように複数の凹部が連続して形成された反射面を有し、且つ、当該反射面が前記光源の配設側から離れるに従ってせり上がる傾斜面とされており、前記複数の凹部は、その内面が略球面状に形成されて、各凹部の深さが０．１μｍ〜３μｍの範囲、隣接する凹部のピッチが５μｍ〜１００μｍの範囲、凹部の内面の傾斜角が−１８゜〜＋１８゜の範囲で形成されて、前記凹部の内面形状は、前記傾斜面に沿った方向の特定縦断面において、当該凹部の一の周辺部から最深点に至る第１曲線と、この第１曲線に連続して当該凹部の最深点から他の周辺部に至る第２曲線とからなり、且つ、これら両曲線の最深点において当該凹部が形成されていない反射膜表面に対する傾斜角がゼロとなり、前記第１曲線の反射膜表面に対する傾斜角の絶対値の平均値が、前記第２曲線の反射膜表面に対する傾斜角の絶対値の平均値よりも大きくなっている構成とされたことで、従来の導光板を介して線光源や点光源を面発光させる構成に比して、同様の機能を備えた面状照明体の薄型化が極めて容易であり、もって軽量化された照明装置を提供することができる。
【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の斜視構成図である。
【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１に示す面状照明体の反射面を拡大して示す部分斜視図である。
【図４】 図４は、図１に示す導光体１７の斜視構成図である。
【図５】 図５は、図１に示す光学手段として利用できるプリズムシートの斜視構成図である。
【図６】 図６は、凹部の第１形状例における断面形状を示す説明図である。
【図７】 図７は、図６に示す凹部を備えた反射面の反射特性を示す図である。
【図８】 図８は、凹部の第２形状例における斜視図である。
【図９】 図９は、図８に示す縦断面Ｘに沿う断面図である。
【図１０】 図１０は、図８，９に示す凹部を備えた反射面の反射特性を示す図である。
【図１１】 図１１は、第３形状例における凹部を示す斜視図である。
【図１２】 図１２は、図１１に示す縦断面Ｘに沿う断面図である。
【図１３】 図１３は、図１１に示す縦断面Ｙに沿う断面図である。
【図１４】 図１４は、図１１〜１３に示す凹部を備えた反射面の反射特性を示す図である。
【図１５】 図１５は、従来の液晶表示装置の一例を示す断面構成図である。
【符号の説明】
１０ バックライト（照明装置）
１２ 面状照明体
１２ｂ 反射面
１３ 光源部（光源）
１４ 凹部
１５ 発光素子
１７ 導光体
２０ 液晶パネル
３０ 光学手段
Claims (13)
- 光源と、該光源の光を一面から出射して被照明体を照明する面状照明体とを備え、
前記光源は、前記面状照明体の側方側に配設されており、
前記面状照明体は、隣接するもの同士が一部重なり合うように複数の凹部が連続して形成された反射面を有し、且つ、当該反射面が前記光源の配設側から離れるに従ってせり上がる傾斜面とされており、
前記複数の凹部は、その内面が略球面状に形成されて、各凹部の深さが０．１μｍ〜３μｍの範囲、隣接する凹部のピッチが５μｍ〜１００μｍの範囲、凹部の内面の傾斜角が−１８゜〜＋１８゜の範囲で形成されて、
前記凹部の内面形状は、前記傾斜面に沿った方向の特定縦断面において、当該凹部の一の周辺部から最深点に至る第１曲線と、この第１曲線に連続して当該凹部の最深点から他の周辺部に至る第２曲線とからなり、且つ、これら両曲線の最深点において当該凹部が形成されていない反射膜表面に対する傾斜角がゼロとなり、前記第１曲線の反射膜表面に対する傾斜角の絶対値の平均値が、前記第２曲線の反射膜表面に対する傾斜角の絶対値の平均値よりも大きくなっていることを特徴とする照明装置。 - 前記凹部の内面形状は、前記特定縦断面と直交する方向の縦断面において、前記最深点が当該凹部の中心にあって、当該凹部の中心に対して左右均等の形状をなし、且つ、前記最深点の周辺が曲率半径の大きい浅型曲線と、この浅型曲線の左右に連続して当該浅型曲線よりも曲率半径の小さい深型曲線とからなることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
- 前記面上照明体の反射面と、被照明体との間に、一面にプリズム形状を有するプリズムシートが設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
- 前記プリズムシートが、平面視において異なる向きに進行する少なくとも２方向の光に対して指向性を制御するものとされたことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
- 前記プリズムシートが、多角錘状又は円錐状の突条が複数立設されたプリズム形状を有することを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
- 前記多角錘状又は円錐状の突条の頂角が、７０°以上１１０°以下とされたことを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
- 前記多角錘状又は円錐状の突条の頂角が、８０°以上１００°以下とされたことを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
- 前記突条が、四角錐状、六角錘状、又は八角錐状のいずれかの形状とされたことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の照明装置。
- 前記光源が、冷陰極管とされたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の照明装置。
- 前記光源が、ＬＥＤ又はＬＥＤアレイとされたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の照明装置。
- 前記光源が、略棒状の導光体と、該導光体の長さ方向の端面部に配設された発光素子とを備え、前記導光体が、前記発光素子の光を一端面から内部に導入し、一側面に設けられた出射面から出射させる構造を有しており、
前記導光体の出射面と反対側面が曲面状とされ、その曲面に沿って導光体周方向に延在する複数の溝が形成されたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の照明装置。 - 前記導光体に形成された複数の溝が、前記発光素子が配設された側から徐々にピッチが狭くなり、また溝の深さが徐々に深くなるように形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
- 請求項１から１２のいずれか１項に記載の照明装置を、液晶パネルの背面側に備えたことを特徴とする液晶表示装置。
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