JP2001167625A - 面光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 点状光源による光を面状光源に効率よく変換
して、明るくて見やすい透過型や反射型の液晶表示装置
を形成しうる輝度とその均一性に優れる面光源装置の開
発。 【解決手段】 上下面（１１ａ、ｂ）及びその上下面間
の側面からなる入射側面（１１ｃ）を有して線状光源か
らの入射光を面状光源に変換する面状導光板（１１）の
前記入射側面に、点状光源からの入射光を線状光源に変
換して光供給面（１２ｄ）より出射し前記面状導光板よ
りも屈折率の高い線状導光板（１２）をその光供給面を
対面させて配置し、かつその線状導光板に点状光源（１
３、１４）を配置してなる面光源装置及びその面光源装
置と液晶セルを少なくとも有する液晶表示装置。 【効果】 バックライトやフロントライトに用いて表示
品位に優れる低消費電力の液晶表示装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、点光源による光を面状光
源に効率よく変換して輝度とその均一性に優れ、明るく
て見やすい透過型や反射型の液晶表示装置を形成しうる
面光源装置に関する。

【０００２】

【発明の背景】従来、バックライト方式やフロントライ
ト方式にて透過型や反射型等の液晶表示装置を形成しう
る面光源装置として、プリズム状凹凸を設けた導光板の
側面に光源を配置してなるサイドライト型のものが知ら
れていた。かかる面光源装置では通例その光源として冷
陰極管が用いられているが消費電力が多く、携帯用途で
は電池交換の必要頻度が高い難点があった。

【０００３】前記に鑑みて、発光ダイオード等の点状光
源を導光板の入射側面に配列させる方式が提案されてい
る。ちなみに発光ダイオードによれば、消費電力の低
減、インバータ不要による省スペースや軽量化、電磁波
対策などの利点がある。しかしながら前記の面光源装置
では表示像の乱れ防止や発光効率の向上等の点より光散
乱機構の組入れが困難なため、点状光源の配置位置に対
応した縞状の輝線パターンに発光して明暗差が大きく、
輝度の均一性に乏しい問題点があった。棒状導光板の側
面に発光ダイオードを配置して線状光源としたものの提
案もあるが、この場合にも特にフロントライト方式で用
いた場合に表面反射が多くて表示像のコントラストに乏
しくなる難点があった。

【０００４】

【発明の技術的課題】本発明は、点状光源による光を面
状光源に効率よく変換して、明るくて見やすい透過型や
反射型の液晶表示装置を形成しうる輝度とその均一性に
優れる面光源装置の開発を課題とする。

【０００５】

【課題の解決手段】本発明は、上下面及びその上下面間
の側面からなる入射側面を有して線状光源からの入射光
を面状光源に変換する面状導光板の前記入射側面に、点
状光源からの入射光を線状光源に変換して光供給面より
出射し前記面状導光板よりも屈折率の高い線状導光板を
その光供給面を対面させて配置し、かつその線状導光板
に点状光源を配置してなることを特徴とする面光源装
置、及びその面光源装置と液晶セルを少なくとも有する
ことを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。

【０００６】

【発明の効果】本発明によれば、線状導光板の屈折率を
高くして入射光の有効利用による出射効率の向上を図り
つつ面状導光板の低屈折率化で表面反射を抑制して、点
状光源による光を線状導光板を介し線状光源に効率よく
変換しそれを面状導光板を介し面状光源に効率的に変換
して輝度とその均一性に優れる消費電力の少ない面光源
装置を得ることができ、それをバックライトやフロント
ライトに用いて明るくて見やすく表示品位に優れる低消
費電力の透過型や反射型の液晶表示装置を得ることがで
きる。

【０００７】

【発明の実施形態】本発明による面光源装置は、上下面
及びその上下面間の側面からなる入射側面を有して線状
光源からの入射光を面状光源に変換する面状導光板の前
記入射側面に、点状光源からの入射光を線状光源に変換
して光供給面より出射し前記面状導光板よりも屈折率の
高い線状導光板をその光供給面を対面させて配置し、か
つその線状導光板に点状光源を配置したものよりなる。
その例を図１に示した。１が面光源装置であり、１１が
面状導光板、１２が線状導光板、１３、１４が点状光源
である。

【０００８】面状導光板としては、側面に配置した線状
光源からの入射光を面状光源に変換しうる適宜なものを
用いうる。一般には図例の如く上面１１ａ、それに対向
する下面１１ｂ、その上下面間の側面からなる入射側面
１１ｃを少なくとも有する板状体よりなり、その上下面
の一方に入射側面からの入射光を上下面の他方に出射す
るための光出射手段Ａを有するものが用いられる。なお
図例では上面１１ａに光出射手段Ａを有して下面１１ｂ
より出射するもの、従って下面が光出射面となるものを
示している。

【０００９】光利用効率等の点より好ましく用いうる面
状導光板は、入射側面からの入射光を反射、特に全反射
を介して光路制御しうるようにした斜面を有する凹凸、
就中プリズム状凸凹の繰返し構造からなる光出射手段を
上下面の一方に設けたものである。これによりその光出
射手段を介し光出射面より光を指向性よく出射させるこ
とができる。

【００１０】前記した光出射手段を形成する斜面の繰返
し構造は、等辺面からなる凸部又は凹部にても形成しう
るが、光利用効率の向上などの点よりは斜面ないし短辺
面と平坦面ないし長辺面を少なくとも有する凸部又は凹
部にて形成されていることが好ましい。なお前記の凸部
又は凹部は、光出射手段を形成した面の基準面に対して
突出しているか（凸）、窪んでいるか（凹）による。

【００１１】前記において好ましい光出射手段は、面状
導光板の光出射面よりその基準平面の垂直（法線）方向
に可及的に多くの光が出射すると共に、反射型液晶表示
装置のフロントライトとする場合には表示光となる前記
出射光と面状導光板よりの漏れ光の方向が可及的に重複
しないものである。漏れ光が表示光と重複すると表示像
の強さを減殺してコントラストの低下原因となりやす
い。

【００１２】前記した出射光の法線方向化や漏れ光と表
示光の重複防止性の点より好ましい凸凹は、面状導光板
の上下面の光出射手段を有しない側、すなわち光出射面
となる側の基準平面に対する傾斜角が３５〜４５度の斜
面ないし短辺面と、１０度以下、就中０超〜１０度の平
坦面ないし長辺面からなる凸凹の繰返し構造としたもの
である。

【００１３】前記の斜面ないし短辺面は、入射側面より
の入射光の内、その面に入射する光を反射して光出射面
に供給する役割をする。そのためその短辺面等は、大き
い傾斜角で入射側面と対面する斜面として形成される。
その場合、短辺面等の傾斜角を３５〜４５度とすること
により、伝送光を光出射面に対し垂直性よく反射して表
示に有利な出射光を効率よく得ることができる。

【００１４】スネルの法則に基づく全反射や漏れ光の抑
制、それによる視認妨害の抑制等の前記した性能などの
点より短辺面等の好ましい傾斜角は、３８〜４３度、就
中４０〜４２度である。なお短辺面等の傾斜角が３５度
未満では光出射面よりの出射光の方向が法線に対して大
きい角度となり、視認に有効利用できる光量が減少して
明るさが低下しやすい。また４５度を超えると光出射手
段形成面よりの漏れ光が増大しやすくなる。

【００１５】一方、平坦面ないし長辺面は、それに入射
する伝送光を反射して短辺面等に供給すると共に、透過
型液晶表示装置のバックライトとした場合には反射層等
を介した光利用効率の向上、反射型液晶表示装置のフロ
ントライトとした場合には液晶セルからの表示像を透過
させることなどを目的とする。かかる点より、光出射面
の基準平面に対する長辺面等の傾斜角は前記の範囲にあ
ることが好ましい。

【００１６】前記により、当該傾斜角より大きい角度の
伝送光が長辺面等に入射して反射され、その場合に当該
長辺面等の傾斜角に基づいて光出射面に対しより平行な
角度で反射されて短辺面等に入射し、反射されて光出射
面より前記平行化により良好に集束されて出射する。

【００１７】前記の結果、短辺面等に直接入射する伝送
光に加えて長辺面等に入射してその反射を介し短辺面等
に入射する伝送光もその短辺面等を介した反射にて光出
射面に供給でき、その分の光利用効率の向上をはかりう
ると共に、長辺面等で反射されて短辺面等に入射する光
の入射角を一定化でき、反射角のバラツキを抑制できて
出射光の平行集光化をはかることができる。

【００１８】従って光出射手段を形成する凹凸における
斜面ないし短辺面と平坦面ないし長辺面の当該傾斜角を
調節することにより、出射光に高度な指向性をもたせる
ことができて、それにより光出射面に対して垂直方向な
いしそれに近い角度で光を出射させることが可能にな
る。

【００１９】前記において長辺面等の当該傾斜角が１０
度を超えると、長辺面等への入射率が低下して入射側面
１１ｃに対面する対向端１１ｄの側への光供給が不足し
発光が不均一化しやすくなる。また面状導光板の断面形
状においても対向端側の薄型化が困難となり、凹凸への
入射光量も減少して発光効率も低下しやすくなる。なお
長辺面等の当該傾斜角は０度であってもよいが、伝送光
の平行光化による出射光の集光化や漏れ光の抑制等の前
記性能などの点よりは０超〜８度、就中５度以下である
ことが好ましい。

【００２０】また上記した面状導光板の平坦面ないし長
辺面を介した表示像の視認性などの点より好ましい長辺
面等は、その傾斜角の角度差を面状導光板の全体で５度
以内、就中４度以内、特に３度以内としたものであり、
最寄りの長辺面等の間における傾斜角の差を１度以内、
就中０．３度以内、特に０．１度以内としたものであ
る。

【００２１】前記により反射型液晶表示装置のフロイト
ライトとした場合に、長辺面等の傾斜角の相違等により
長辺面等を透過する表示像が受ける影響を抑制すること
ができる。長辺面等による透過角度の偏向が場所によっ
て大きく相違すると不自然な表示像となり、特に近接画
素の近傍における透過像の偏向差が大きいと著しく不自
然な表示像となりやすい。

【００２２】前記した傾斜角の角度差は、長辺面等の傾
斜角が上記した１０度以下の範囲にあることを前提とす
る。すなわち、かかる小さい傾斜角として長辺面等の透
過時の屈折による表示像の偏向を抑制して許容値内とす
ることを前提とするものであり、これは観察点を垂直方
向近傍に設定して最適化した反射型液晶表示装置の最適
視認方向を変化させないことを目的とする。

【００２３】さらに明るい表示像を得る点よりは、光出
射面の基準平面に対する長辺面等の投影面積が短辺面等
のそれの８倍以上、就中１０倍以上、特に１５倍以上の
凹凸とすることが好ましい。これにより反射型液晶表示
装置のフロントライトとした場合には液晶セルによる表
示像の大部分を長辺面等を介して透過させることができ
る。また透過型液晶表示装置のバックライトとした場合
には、大きい面積の反射面を確保できて光利用効率の向
上に有利である。

【００２４】前記した長辺面等の面積を確保し、液晶セ
ルの画素との干渉によるモアレの発生を防止することや
シャープな凹凸の形成性などの点より好ましい斜面ない
し短辺面の大きさは、液晶セルの画素ピッチが１００〜
３００μmが一般的であることを考慮して、光出射面の
基準平面に対する投影幅に基づいて４０μm以下、就中
３〜２０μm、特に５〜１５μmとしたものである。

【００２５】また前記の点より短辺面等の間隔は大きい
ことが好ましいが、一方で短辺面等は上記したように側
面入射光の実質的な出射機能部分であるから、その間隔
が広すぎると照明光が疎となってやはり不自然な表示と
なる場合があり、それらを鑑みた場合、凸凹の繰返しピ
ッチは、５０μm〜１．５mmとすることが好ましい。な
おピッチは、例えばランダムピッチや所定数のピッチ単
位をランダム又は規則的に組合せたものなどの如く不規
則であってもよいが、モアレの防止性や外観性等の点よ
りは一定であることが好ましい。

【００２６】凹凸の繰返し構造からなる光出射手段の場
合、液晶セルの画素と干渉してモアレを生じる場合があ
る。モアレの防止は、凹凸のピッチ調節で行いうるが、
上記したように凹凸のピッチには好ましい範囲がある。
従ってそのピッチ範囲でモアレが生じる場合の解決策と
しては、画素に対し凹凸を交差状態で配列しうるように
凹凸を入射側面の基準平面に対し傾斜状態に形成する方
式が好ましい。その場合、傾斜角が大きすぎると短辺面
等を介した反射に偏向を生じて出射光の方向に大きな偏
りが発生し、面状導光板の光伝送方向における発光強度
の異方性が大きくなって光利用効率も低下し、表示品位
の低下原因となりやすい。

【００２７】前記の点より入射側面の基準平面に対する
凸凹の配列方向、すなわち凹凸の稜線の傾斜角は±３０
度以内、就中±２５度以内、特に±２０度以内とするこ
とが好ましい。なお±の符号は、入射側面を基準とした
傾斜の方向を意味する。モアレを無視しうる場合などに
は前記凸凹の配列方向は、入射側面に平行なほど好まし
い。

【００２８】面状導光板は、適宜な形態とすることがで
きる。従って図例の如く同厚板等であってもよいが、好
ましくは入射側面１１ｃに対面する対向端１１ｄの厚さ
が入射側面のそれよりも薄いもの、就中５０％以下の厚
さとしたものである。かかる対向端の薄厚化（楔形化
等）により光出射手段への入射効率を高めることができ
る。

【００２９】すなわち入射側面より入射した光が対向端
に至るまでに、上下面の一方に形成した光出射手段に効
率よく入射し、短辺面等による反射を介し上下面の他方
からなる光出射面より出射して入射光を目的面に効率よ
く供給することができる。また楔形化等により面状導光
板を軽量化することができる利点などもある。ちなみに
直線面からなる楔形の場合、均一厚の面状導光板の約７
５％の重量とすることができる。

【００３０】面状導光板は、前記の楔形等とする場合に
もその形状は適宜に決定でき、直線面のほか、屈折面や
湾曲面などの適宜な面形状とすることができる。また光
出射手段を形成する凹凸の斜面も、直線面や屈折面、湾
曲面等を含む適宜な面形態とすることができる。さらに
凹凸の繰返しは、ピッチに加えて形状等も異なる凹凸の
組合せからなっていてもよい。加えて凹凸は、稜線が連
続した一連の凸部又は凹部として形成されていてもよい
し、所定の間隔を有して稜線方向に不連続に配列した断
続的な凸部又は凹部として形成されていてもよい。

【００３１】面状導光板の光出射面、すなわち光出射手
段を形成しない上下面の一方は、通例フラット面とされ
るが、反射型液晶表示装置のフロントライトとして上面
から視認した場合に視認方向により、光出射手段とそれ
が光出射面に映込んだパターン同士が干渉して干渉縞に
よるモアレ現象を発生するときがあり、そのモアレによ
る表示品位の低下防止を目的に必要に応じ微細凹凸を付
与した光出射面構造などとすることもできる。

【００３２】前記した光出射面における微細凹凸の形成
は、例えばサンドブラスト等のマット処理による粗面化
方式や面状導光板を形成する際に金型等を介して微細凹
凸を付与する方式、透明粒子含有の樹脂層を付設する方
式や拡散ドットないしそれを設けたシートを面状導光板
に設ける方式などの従来の拡散層に準じた適宜な方式に
て行うことができる。

【００３３】また面状導光板における入射側面１１ｃの
形状についても通例、線状導光板の配置性などの点より
光出射面に対して垂直な面とされるが、これに限定され
ず適宜な形状の入射側面とすることができ、その形状に
ついて特に限定はない。

【００３４】一方、線状導光板としても、点状光源から
の入射光を線状光源に変換できて、上記した面状導光板
と接続しうる、就中、部分的に接続しうる適宜なものを
用いうる。一般には、図１に例示の如く上下面１２ａ、
１２ｂと前後面１２ｃ、１２ｄと左右面１２ｅ、１２ｆ
の６面を少なくとも有し、その前面１２ｃに、左右面１
２ｅ、１２ｆの一方又は両方からの入射光（１３、１
４）を後面１２ｄからなる光供給面より出射するための
光路変更手段Ｂを有する棒状体が用いられる。

【００３５】形成した線状光源を面状導光板に効率よく
入射させる点などより好ましく用いうる線状導光板は、
図例の如き直方体１２の前面１２ｃに、点状光源１３、
１４の一方又は両方による光を入射させる左面１２ｅ又
は右面１２ｆに対面し、光供給面となる後面１２ｄの基
準平面に対し傾斜する上下面方向の斜面を有する光路変
更手段Ｂを形成したものである。

【００３６】前記により線状導光板の左右面１２ｅ、ｆ
の一方又は両方より入射させた点状光源１３、１４によ
る光が、上下面１２ａ、ｂの方向に形成した光路変更手
段の当該斜面に効率よく入射し、その斜面による反射を
介し光路変更されて後面１２ｄからなる光供給面より指
向性よく効率的に出射される。その場合、面状導光板に
おける正面方向に指向性よく出射させる点より面状導光
板の入射側面に対して３０度以下の角度で光を供給する
ことが好ましい。

【００３７】従って斜面を介した光路変更による光の偏
向角度は約７０〜９０度であることが好ましく、その大
きな偏向角度で効率よく反射させる点よりは全反射によ
ることが好ましい。またその全反射の点より光路変更手
段における当該斜面は、線状導光板における入射面とな
る左面又は右面に対面し、光供給面となる後面の基準平
面に対して３５〜４５度の傾斜角を有することが好まし
い。

【００３８】光路変更手段は、線状導光板の前面の全体
を前記した斜面とする方式にても形成しうるが、前後面
方向の厚さを薄くし、光の出射効率の向上を図る点など
よりは線状導光板の前面に、左右面からなる側面よりの
入射光の光路を光供給面（後面）方向に向ける当該斜面
と前記入射光を左右面の他方側に伝送するための平坦面
を有する三角形や台形、その他の多角形からなる断面構
造を有する凸凹の繰返し構造として形成することが好ま
しい。線状導光板の左右両面に点状光源を配置する場
合、当該斜面は二等辺三角形や台形による断面構造など
により左右両面に対して設けることが出射光の均一化を
図る点などより好ましい。

【００３９】また台形における頂辺などの当該斜面以外
の部分は伝送光の角度を大きく変化させない点より光供
給面（後面）の基準平面に対して１０度以下の傾斜角か
らなる平坦面とすることが好ましい。従って光路変更手
段はその機能の点より、上記した面状導光板における光
出射手段に準じた傾斜角３５〜４５度の斜面と１０度以
下の平坦面を有する凹凸の繰返し構造をその稜線方向が
線状導光板の上下面方向となるように設ける方式にても
形成することができる。またその場合、線状導光板の光
路変更手段を設ける面を上記の面状導光板に準じて楔形
等の面とすることもできる。

【００４０】光路変更手段を形成する凸凹の繰返しピッ
チについては、特に限定はないが、出射光の均一性等の
点よりは、１．５mm以下、就中１．０mm以下、特に０．
５mm以下とすることが好ましい。なおピッチは、例えば
ランダムピッチや所定数のピッチ単位をランダム又は規
則的に組合せたもの、ピッチが徐々に変化するものなど
の如く不規則であってもよいし、一定であってもよい。

【００４１】線状導光板における上下面１２ａ、ｂや後
面１２ｄ、左右面１２ｅ、ｆの形状については、特に限
定はなく適宜に決定してよい。一般には面状導光板に対
する配置性などの点よりフラットな面とされる。なお線
状導光板の光供給面となる後面は、必要に応じ上記した
面状導光板に準じて微細凹凸を付与した拡散面構造など
とすることもできるが、一般には出射光の指向性の維持
などの点より平滑面であることが好ましい。なお線状導
光板における光路変更手段形成面の背面には漏れ光の再
入射などを目的に白色フィルムや銀層などからなる適宜
な反射板ないし反射層を配置することができる。

【００４２】本発明による面光源装置は、上記した線状
導光板を面状導光板よりも高屈折率の材料で形成したも
のである。従って面状導光板や線状導光板の形成には、
光源の波長域に応じそれに透明性を示して目的の屈折率
を有する適宜な材料を用いうる。ちなみに可視光域で
は、例えばアクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂、
ポリエステル系樹脂やノルボルネン系樹脂、ポリオレフ
ィン系樹脂やエポキシ系樹脂等で代表される透明樹脂や
ガラスなどがあげられる。複屈折を示さないか、複屈折
の小さい材料で形成したものが好ましい。

【００４３】面状導光板や線状導光板は、漏れ光の防止
や全反射効率、それによる出射の角度や効率、伝送角度
等の点よりは屈折率の高い材料で形成されていることが
有利である。ちなみに屈折率が１．５では全反射による
伝送光の角度が±４１．８度の範囲となるが、屈折率が
１．６になると伝送光の角度が±３８．７度の範囲とな
り、その範囲が３．１度狭くなった分、伝送光の集光性
が高くなる。また高屈折率であるほど全反射角が広くな
り出射効率が高くなる。低屈折率では全反射されずに透
過する光量が増大して損失が大きくなる。

【００４４】一方、屈折率が高くなると導光板表面での
反射損も多くなる。その反射率Ｒは、導光板の屈折率を
ｎ１、導光板と接する雰囲気（通常は空気）の屈折率を
ｎ２とすると、Ｒ＝｛（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ
２）｝^２にて算出される。従って表面反射を低減する点
よりは、前記とは反対に屈折率の低い材料で形成されて
いることが有利である。特にフロントライトに用いる場
合、表面反射は表示光のコントラストを低下させて好ま
しくない。

【００４５】従って前記した全反射効率や出射効率等と
表面反射のバランスなどの点より面状導光板は、屈折率
が１．５４以下、就中１．５２以下、特に１．５０以下
の材料で形成されていることが好ましく、漏れ光の抑制
や出射効率等の点よりは屈折率が１．４５以上の材料で
形成されていることが好ましい。

【００４６】一方、線状導光板は、全反射効率や出射効
率等を優先させることが有利であることより、屈折率が
１．５５以上、就中１．５６以上、特に１．５８以上の
材料で形成されていることが好ましく、青色光の吸収抑
制による出射効率の低下の防止等の点よりは屈折率が
１．６５以下の材料で形成されていることが好ましい。

【００４７】面状導光板や線状導光板は、切削法にても
形成でき、適宜な方法で形成することができる。量産性
等の点より好ましい製造方法としては、熱可塑性樹脂を
所定の形状を形成しうる金型に加熱下に押付て形状を転
写する方法、加熱溶融させた熱可塑性樹脂あるいは熱や
溶媒を介して流動化させた樹脂を所定の形状に成形しう
る金型に充填する方法、熱や紫外線ないし放射線等で重
合処理しうる液状樹脂を所定の形状を形成しうる型に充
填ないし流延して重合処理する方法などがあげられる。

【００４８】なお面状導光板や線状導光板は、例えば光
の伝送を担う導光部に凹凸等の光出射手段や光路変更手
段又は／及び微細凹凸（光出射面、光供給面）を形成し
たシートを接着したものの如く、同種又は異種の材料か
らなる部品の積層体などとして形成されていてもよく、
１種の材料による一体的単層物として形成されている必
要はない。

【００４９】面状導光板や線状導光板の厚さは、使用目
的による面状導光板のサイズや点状光源の大きさなどに
より適宜に決定することができる。透過型や反射型の液
晶表示装置等の形成に用いる場合の一般的な面状導光板
の厚さは、その入射側面に基づき２０mm以下、就中０．
１〜１０mm、特に０．５〜８mmである。また線状導光板
の厚さは通例、面状導光板への入射効率などの点より線
状導光板の光供給面（後面）に基づいて面状導光板の入
射側面の１〜２倍とされる。

【００５０】面光源装置は、面状導光板の入射側面と線
状導光板の光供給面が対面する状態に配置して形成され
るが、その配置に際しては図１に例示の如く面状導光板
１１の入射側面１１ｃと線状導光板１２の光供給面（後
面）１２ｄの間に空隙Ｃを介在させることが、面状導光
板の入射側面に大きい角度で入射する線状導光板よりの
出射光が全反射されて面状導光板への入射光の指向性を
高める点などより好ましい。

【００５１】面状導光板と線状導光板は、別個のものと
して非接続の状態で配置されていてもよいし、接着剤等
による接着方式や連結干による部分接続方式などの適宜
な方式で一体化されていてもよい。かかる一体化は、面
状導光板と線状導光板との一体的取扱いを可能として組
立部品数を低減でき、線状導光板の別個の保持機構を不
要化できて、線状導光板の光供給面を面状導光板の入射
側面に高精度に位置決めでき線状導光板による出射光の
入射効率を高めうる利点などを有する。

【００５２】面状導光板と線状導光板との接続部分やそ
の接続構造については、適宜に決定でき特に限定はな
い。図１の例では面状導光板１１の入射側面１１ｃに隣
接する側面１１ｅ、１１ｆと、線状導光板１２の光供給
面１２ｄとが連結干２を介して部分的に接続されてい
る。

【００５３】面光源装置の形成は、図１に例示の如く導
光板１における線状導光板１２、特にその左右面１２
ｅ、１２ｆの一方又は両方に点状光源１３、１４を配置
することにより行うことができる。これにより透過型や
反射型の液晶表示装置等におけるサイドライト型のバッ
クライトやフロントライトなどとして好ましく用いるこ
とができる。面状導光板の端部等での影（明暗）の発生
を防止する点よりは、面状導光板の入射側面の長手方向
よりも有効発光長の長い長尺の線状導光板を用いること
が好ましい。

【００５４】前記の点状光源には例えば発光ダイオード
などの、面光源装置の使用目的などに応じて単色光や各
種波長域の発光特性を示す適宜なものを用いることがで
きる。また複数の点状光源を用いる場合には異色発光の
組合せとして異なる発光色を選択できるようにすること
もできる。液晶表示装置の形成に用いる面光源装置で
は、可視光域の可及的に広い波長域の発光特性を示すも
のが好ましい。

【００５５】線状導光板の左右面に配置する点状光源の
数は、左右面の面積などに応じて適宜に決定でき、必要
に応じその点状光源を並列に接続して交流電源を介し矩
形波や正弦波等の交流を印加する方式などの適宜な方式
にて点滅を繰り返すように制御することもできる。その
場合、点滅サイクルを制御することにより明滅が知覚さ
れない連続発光状態を擬制でき、消費電力のより低減を
図ることができる。

【００５６】面光源装置の形成に際しては、線状導光板
からの漏れ光を面状導光板の入射側面に導くために線状
導光板を包囲する光源ホルダなどの適宜な補助手段を配
置することもできる。光源ホルダは、高反射率の金属薄
膜を付設した樹脂シートや金属箔、白色シートなどが一
般に用いられる。またバックライトとして用いる場合、
光源ホルダを面状導光板の光出射面に延設して反射シー
トを兼ねさすこともできる。

【００５７】本発明による面光源装置は、点状光源から
の光を効率よく利用して明るさに優れる面状光源を提供
し、大面積化等も容易であることより透過型液晶表示装
置のバックライトシステムや反射型液晶表示装置のフロ
ントライトシステムなどとして種々の装置に好ましく適
用することができる。特に低消費電力が有利に機能す
る、蓄電池等のバッテリーを動力源とすることのある携
帯電話や電子手帳やＰＤＡ等の携帯型の装置に好ましく
用いることができる。

【００５８】図２に面光源装置をフロントライトシステ
ムに用いた反射型液晶表示装置を例示した。これは面光
源装置における面状導光板１１の光出射面側に光拡散層
４を介して、液晶セル３２の表裏に偏光板３１、３３を
有し、かつ裏面に反射層５を具備する反射型の液晶表示
ユニット３を配置して形成したものであり、面光源装置
を消灯して外光による反射型液晶表示装置としても用い
うるものである。

【００５９】一方、図３に面光源装置をバックライトシ
ステムに用いた液晶表示装置を例示した。これは面光源
装置における面状導光板１１の上側に光拡散層４を介し
て液晶表示ユニット３を配置して形成したものであり、
導光板１がその面状導光板１１の光出射面に反射層５を
有して透過型に加え、反射・透過両用の液晶表示装置と
して用いうるものである。

【００６０】前記した図例の如く液晶表示装置は、面光
源装置と液晶セルを少なくとも用いて、その液晶セルを
面光源装置における面状導光板１１の所定面側に配置す
ることにより形成される。その場合、面光源装置をフロ
ントライトに用いる反射型の液晶表示装置では、図２の
如く裏面に反射層５を具備する液晶表示ユニット３の視
認側に、面光源装置２がその面状導光板１１の光出射手
段形成面が上側（視認側）となるように配置される。

【００６１】従ってフロントライトシステムによる反射
型の液晶表示装置では、面光源装置の面状導光板と反射
層との間に少なくとも液晶セルの液晶層が位置して、面
状導光板の光出射手段形成面が視認側となるように配置
することが必須とされる。その視認は、外部より面光源
装置の面状導光板を透過した外光又は点灯時の面状導光
板による出射光が液晶セルを透過して反射層で反転し、
その反転光が再度液晶セルを透過した後、面状導光板を
透過することにより行われる。なお前記の反射層は、セ
ル基板に付設するなどして液晶セル内に設けることもで
きる。

【００６２】一方、図３の如く面光源装置をバックライ
トに用いる透過型等の液晶表示装置では、液晶セルの裏
面（視認背面）側に面光源装置の面状導光板が配置さ
れ、反射・透過両用で用いるときには液晶セルと反射層
の間に面光源装置の面状導光板が配置される。それらの
場合、面光源装置はその面状導光板の光出射手段形成面
側を図例の如く液晶セル側として配置することもできる
し、図例とは反対に面状導光板の光出射手段を有しない
光出射面側を液晶セル側として配置することもできる。

【００６３】図例の如く面状導光板の光出射手段形成面
側を液晶セル側として光出射面に配置した反射層を介し
反転させる方式は、光出射手段から液晶セルに入射する
までの光路長を増大させて光出射手段による輝線パター
ンを緩和でき、図例とは反対に面状導光板の光出射面側
を液晶セル側として配置する方式に比べモアレ等の表示
不良の発生を抑制できる利点などがある。

【００６４】前記した透過型液晶表示装置による視認
は、面光源装置による出射光が直接又は反射層を介した
反転を介し液晶セルに入射して透過することにより行わ
れる。また反射・透過両用の液晶表示装置による視認
は、透過モードでは前記の透過型に準じ、反射モードで
は外光が液晶セルを透過して面状導光板裏面の反射層で
反転し、その反転光が再度面状導光板と液晶セルを透過
することにより行われる。

【００６５】液晶表示装置は一般に、前記図２、図３の
如く液晶シャッタとして機能する透明電極具備の液晶セ
ル３２とそれに付随の駆動装置や偏光板等からなる液晶
表示ユニット、必要に応じ点灯／消灯の切り替えスイッ
チを組み込んだバックライト又はフロントライト及び必
要に応じての光拡散層４や反射層５、反射防止層や補償
用位相差板等の構成部品を適宜に組立てることなどによ
り形成される。

【００６６】本発明においては上記した導光板ないし面
光源装置を用いる点を除いて特に限定はなく、図例の如
く従来に準じて形成することができる。従って用いる液
晶セルについては特に限定はなく、例えば液晶の配向形
態に基づく場合、ＴＮ液晶セルやＳＴＮ液晶セル、垂直
配向セルやＨＡＮセル、ＯＣＢセルの如きツイスト系や
非ツイスト系、ゲストホスト系や強誘電性液晶系の液晶
セルなどの適宜なものを用いうる。また液晶の駆動方式
についても特に限定はなく、例えばアクティブマトリク
ス方式やパッシブマトリクス方式などの適宜な駆動方式
であってよい。

【００６７】なお図２、図３において液晶セル３２は、
セル基板の間に液晶層を封入してなるがその場合、セル
基板に本発明による導光板ないしその面状導光板を兼ね
さすこともできる。また図例では、透明電極とそれに付
随の駆動装置の記入を省略している。

【００６８】液晶セル表裏の一方又は両方に設ける偏光
板についても特に限定はないが、高度な直線偏光の入射
による良好なコントラスト比の表示を得る点などより、
特にバックライト側やフロントライト側の偏光板とし
て、例えばヨウ素系や染料系の吸収型直線偏光子などの
如く偏光度の高いものを用いることが好ましい。

【００６９】反射層についも、例えばアルミニウムや
銀、金や銅やクロム等の高反射率金属の粉末をバインダ
樹脂中に含有する塗工層や蒸着方式等による金属薄膜の
付設層、その塗工層や付設層を基材で支持した反射シー
ト、金属箔などの従来に準じた適宜な反射層として形成
することができる。液晶セルの内部に反射層を設ける場
合、その反射層としては前記の高反射率金属等の高導電
性材料にて電極パターンを形成する方式や、高反射率金
属膜で形成した反射層の上に絶縁層を介して透明電極パ
ターンを設ける方式などによる反射層が好ましい。

【００７０】なお反射型液晶表示装置における反射層
は、例えばプラスチックフィルム上に高反射率金属膜か
らなる反射層を設けたものなどとして液晶セルの外側に
設けることもできる。また透過型液晶表示装置の場合に
は、そのバックライトを形成する面状導光板に直接付設
することもできる。その反射層は、上記に例示の適宜な
方式で導光板の利用形態に応じ面状導光板の光出射手段
形成面又は光出射面のいずれにも設けることができる。

【００７１】液晶表示装置の形成に際しては、上記の如
く例えば視認側の表面に設けるアンチグレア層や反射防
止膜、あるい光拡散板や補償用位相差板、偏光分離板や
光路制御等を目的としたプリズムシートなどの適宜な光
学素子を適宜な位置に配置することができる。なお反射
防止膜は、面状導光板の光出射面などにも設けることが
できる。

【００７２】前記の補償用位相差板は、複屈折の波長依
存性などを補償して視認性の向上等をはかることを目的
とするものであり、視認側又は／及びバックライト側の
偏光板と液晶セルの間等に必要に応じて配置される。補
償用位相差板としては、波長域などに応じて適宜なもの
を用いることができる。その位相差板は、例えばポリカ
ーボネートやポリスルホン、ポリエステルやポリメチル
メタクリレート、ポリアミドやポリビニールアルコール
等からなるフィルムを延伸処理してなる複屈折性シート
や液晶ポリマー配向層の支持シートなどとして得ること
ができ、それら位相差シートを２層以上重畳したものな
どとして形成することもできる。

【００７３】また光拡散層は、明暗ムラの防止による明
るさの均等な面発光を得るためや隣接光線の混交による
モアレの低減などを目的に、必要に応じて液晶表示装置
の適宜な位置に１層又は２層以上配置するものである。
ちなみに図２、図３の例では、導光板１と液晶表示ユニ
ット３の間に光拡散層４が配置されている。なお面状導
光板出射光の指向性の維持などの点よりは、拡散範囲の
狭い拡散層が好ましく用いうる。

【００７４】光拡散層は、上記した光出射面の微細凹凸
に準じて、例えば低屈折率の透明樹脂中に高屈折率の透
明粒子を分散させて塗布硬化させる方式や気泡を分散さ
せた透明樹脂を塗布硬化させる方式、基材表面を溶媒を
介し膨潤させてクレイズを発生させる方式や不規則な凹
凸面を有する透明樹脂層を形成する方式、あるいは前記
に準じて形成した拡散シートを用いる方式などの適宜な
方式で形成することができる。

【００７５】なお透過型液晶表示装置の形成に際して
は、輝度の向上を目的に面光源装置と偏光板の間に偏光
分離板を配置することもできる。偏光分離板は、例えば
コレステリック液晶相を有する層、就中コレステリック
相を呈する液晶ポリマーからなる層を有するシートや、
透明基板上に誘電体の多層膜を設けたものなどの如く、
自然光を透過と反射を介して偏光に分離する機能を有す
るものである。ちなみに、コレステリック液晶相によれ
ば透過と反射を介して左右の円偏光に分離でき、前記誘
電体の多層膜によれば透過と反射を介してＰ波とＳ波の
直線偏光に分離することができる。また円偏光は、１／
４波長板を介して直線偏光に変換することができる。

【００７６】そのため偏光分離板を透過した偏光を偏光
軸を可及的に一致させて偏光板に入射させることによ
り、偏光板による吸収ロスを抑制できて輝度の向上を図
りうる。また図３の如く裏面に反射層５を設けた導光板
１からなる面光源装置では、前記の偏光分離板で反射さ
れた偏光を反射層５で反転させて偏光分離板に再入射さ
せることにより反転光の一部又は全部を透過させること
ができ、その光利用効率の向上により輝度の向上を図り
うる。

【００７７】本発明において、上記した面光源装置や液
晶表示装置を形成する導光板や液晶セルや偏光板等の光
学素子ないし部品は、全体的又は部分的に積層一体化さ
れて固着されていてもよいし、分離容易な状態に配置さ
れていてもよい。界面反射の抑制によるコントラストの
低下防止などの点よりは、固着状態にあることが好まし
い。その固着密着処理には、粘着剤等の適宜な透明接着
剤を用いることができる。

【００７８】

【実施例】実施例１ 予め所定形状に加工した金型に高流動性のポリメチルメ
タクリレート（ＰＭＭＡ）を加熱溶融して充填後、冷却
して幅４０mm、奥行２５mm、入射側面の厚さ１mm、対向
端の厚さ０．６mmの板状物からなる屈折率が１．４９の
面状導光板を得た。この面状導光板は、上下面が平坦で
その上面に入射側面に平行なプリズム状凹凸を２１０μ
mのピッチで有し、入射側面に対面する短辺面の傾斜角
が４２．５〜４３度の範囲で、長辺面の傾斜角が１．８
〜３．５度の範囲で変化し、最寄り長辺面の傾斜角変化
が０．１度以内にあり、短辺面の下面に対する投影幅が
１０〜１６μm、長辺面／短辺面の下面に対する投影面
積比が１２倍以上の板状体からなり、そのプリズム状凹
凸を入射側面より２mm離れた位置より有する。

【００７９】一方、屈折率が１．５８５の高流動性ポリ
カーボネート（ＰＣ）を用いて前記に準じ幅（左右）４
３mm、奥行（前後）２．４mm、厚さ（上下）１．２mmの
直方体からなる線状導光板を得た。この線状導光板は、
その前面に急斜面と緩斜面からなる頂角９４度、深さ２
０μmのプリズム状の溝からなる上下面方向の光路変更
手段を２００μmのピッチで全面にわたって有する。

【００８０】前記した面状導光板の下面に反射防止層を
付設したトリアセチルセルロースフィルムをその反射防
止層を外側として粘着層を介し接着した後、その入射側
面と線状導光板の光供給面（後面）を対面させて突き合
わせ配置し、その線状導光板の左右両面に白色発光ダイ
オードを１個ずつその周辺を粘着テープで固定する方式
で左右面の中央部に配置し直流電源と接続して面光源装
置を得た後、その光出射面（下面）側にノーマリホワイ
トの反射型液晶表示ユニットを配置してフロントライト
式の反射型液晶表示装置を得た。従って導光板は、その
面状導光板における光出射手段形成面が視認側となるよ
うに配置した。

【００８１】実施例２ 面状導光板を屈折率が１．５２のノルボルネン系樹脂で
形成したほかはそれを用いて実施例１に準じ面光源装置
とフロントライト式の反射型液晶表示装置を得た。

【００８２】比較例１ 線状導光板もＰＭＭＡで形成したほかはそれを用いて実
施例１に準じ面光源装置とフロントライト式の反射型液
晶表示装置を得た。

【００８３】比較例２ 面状導光板もＰＣで形成したほかはそれを用いて実施例
１に準じ面光源装置とフロントライト式の反射型液晶表
示装置を得た。

【００８４】評価試験 実施例、比較例で得た反射型液晶表示装置について、液
晶セルを電圧無印加の状態で面光源装置を点灯させて発
光状態を観察し、画面中央における正面方向の輝度を輝
度計（トプコン社製、ＢＭ−７）にて測定した。また２
０cm離れた位置に配置したリング状照明灯を点灯させ、
面光源装置の消灯状態で液晶表示装置の白状態及び黒状
態を観察した。

【００８５】前記の測定結果を次表に示した。 実施例１ 実施例２ 比較例１ 比較例２ 輝度（cd／ｍ²） ２４ ２６ １６ ３１

【００８６】表より、点灯状態では実施例１、２と比較
例２が明るくて、比較例１では明るさに劣ることがわか
る。これは実施例１、２と比較例２の線状導光板では比
較例１よりも明るく、高い屈折率としたことで光の出射
効率が向上したことによるものと考えられる。

【００８７】一方、リング状照明灯による外光モードで
は、実施例１、２と比較例１で高いコントラスト比が得
られて表示が見やすかったが、比較例２では黒状態でも
表示が明るくてコントラストに乏しく見にくい表示であ
った。これは比較例２の面状導光板では表面反射が多く
照明灯の反射で画面にギラツキがあったのに対し、実施
例１、２と比較例１では表面反射が少なかったためで、
面状導光板の屈折率を低く設定したことによるものと考
えられる。

【００８８】以上より、本発明の面光源装置によれば点
状光源を均一な面状光源に容易に変換でき、発光の均一
性に優れて表示特性の良好なフロントライ式又はバック
ライト式の反射型又は透過型の液晶表示装置を形成でき
ることかわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】面光源装置の斜視説明図

【図２】フロントライト式の反射型液晶表示装置の説明
図

【図３】バックライト式の透過型（反射・透過両用型）
液晶表示装置の説明図

【符号の説明】

１：面光源装置 １１：面状導光板 １１ａ：上面（光出射手段形成面） １１ｂ：下面（光出射面） １１ｃ：入射側面 １２：線状導光板 １２ａ、ｂ：上下面 １２ｃ：前面（光路変更手段形成面） １２ｄ：後面（光供給面） １２ｅ、ｆ：左右面（光入射面） １３、１４：点状光源 ３：液晶表示ユニット ３１、３３：偏光板 ３２：液晶セル ４：光拡散層 ５：反射層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下面及びその上下面間の側面からなる
   入射側面を有して線状光源からの入射光を面状光源に変
   換する面状導光板の前記入射側面に、点状光源からの入
   射光を線状光源に変換して光供給面より出射し前記面状
   導光板よりも屈折率の高い線状導光板をその光供給面を
   対面させて配置し、かつその線状導光板に点状光源を配
   置してなることを特徴とする面光源装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、面状導光板が上下面
   の一方に入射側面からの入射光を上下面の他方に出射す
   るための光出射手段を有すると共に、線状導光板が上下
   前後左右の６面を少なくとも有し、かつその前面に、左
   右面の一方又は両方に配置した点状光源からの入射光を
   後面からなる光供給面より出射するための光路変更手段
   を有する棒状体よりなる面光源装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、線状導光板が
   直方体よりなり、その光供給面の対向面に光供給面の基
   準平面に対し傾斜する上下面方向の斜面を具備する光路
   変更手段を有する面光源装置。
4. 【請求項４】 請求項２又は３において、光路変更手段
   が左面又は右面に対面して光供給面の基準平面に対し３
   ５〜４５度の角度で傾斜する上下面方向の斜面を有する
   ものよりなる面光源装置。
5. 【請求項５】 請求項２〜４において、面状導光板の光
   出射手段が上下面のそれを有しない光出射面となる側の
   基準平面に対し傾斜角３５〜４５度で入射側面に対面す
   る斜面と、当該傾斜角が１０度以下で当該基準平面に対
   する投影面積が前記斜面のそれの８倍以上である平坦面
   を少なくとも有する面光源装置。
6. 【請求項６】 請求項２〜５において、面状導光板の光
   出射手段が短辺面と長辺面からなるプリズム状凸凹の５
   ０μm〜１．５mmピッチの繰返し構造よりなり、その短
   辺面が光出射手段を有しない上下面の光出射面となる側
   の基準平面に対し傾斜角３５〜４５度で入射側面に対面
   する斜面からなると共に、長辺面が当該基準平面に対し
   ０超〜１０度の傾斜角範囲にあってその全体の角度差が
   ５度以内であり、最寄り長辺面間の傾斜角差が１度以内
   で、かつ前記基準平面に対する投影面積が短辺面のそれ
   の８倍以上である斜面からなる面光源装置。
7. 【請求項７】 請求項５又は６において、光出射手段に
   おける斜面又は短辺面の当該基準平面に対する投影幅が
   ４０μm以下である導光板。
8. 【請求項８】 請求項２〜７において、面状導光板の光
   出射手段が５０μm〜１．５mmの一定なピッチによる繰
   返し構造よりなる導光板。
9. 【請求項９】 請求項２〜８において、面状導光板にお
   ける光出射手段の稜線が入射側面に対して平行な又は±
   ３０度の範囲で傾斜する導光板。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９において、面状導光板の
    屈折率が１．５４以下で、線状導光板の屈折率が１．５
    ５以上であり、面状導光板と線状導光板が接続一体化さ
    れてなる面光源装置。
11. 【請求項１１】 請求項１〜１０に記載の面光源装置と
    液晶セルを少なくとも有することを特徴とする液晶表示
    装置。