JP2002367420A

JP2002367420A - ディスプレイ用照明装置

Info

Publication number: JP2002367420A
Application number: JP2001170021A
Authority: JP
Inventors: Junji Matsushima; 純治松島
Original assignee: Takagi Seiko Corp
Current assignee: Takagi Seiko Corp
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2002-12-20

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶パネルなどに付属して、電力消費が少な
く面領域に対して均一の明るさの光を供給できる、ディ
スプレイ用照明装置を開発すること。【解決手段】導光板１において、光を透過させる必要
のない側端面６などに金属被膜１３を蒸着して、導光板
１の表面２には光源１５を収容するための採光部７を設
け、下端面５には切り欠き８を設けて光を窓領域１０に
反射させて、上端面４と側端面６には光を表面２に向け
て反射するよう、傾斜部１１を設け、この傾斜部１１に
光を送るため、光を屈折させる空間部９を設けて、これ
らの相乗効果で光源１５から放射された光を、窓領域１
０の全面に均一に拡散して外部に放射することが可能で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話機に使用
されている小型の液晶パネルなど各種のディスプレイ機
器に組み込まれて、暗所での視認性を向上するためのデ
ィスプレイ用照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータや携帯電
話や車載ナビゲーションシステムなどの普及に伴い、液
晶物質を利用して文字や映像などの視覚情報を伝達する
液晶パネルは、非常に身近なものになっている。しかし
液晶パネルは、従来のブラウン管とは異なり、自らは光
を放射しないため、暗所で使用する場合や十分な明るさ
を確保したい場合、別途に光源を確保する必要がある。
この光源は多様で、例えばディジタル表示の腕時計で
は、液晶パネルの近傍に小型の電球などを使用したり、
またコンピュータディスプレイや携帯電話機などでは、
冷陰極管や、ＥＬと呼ばれる発光素子や、白色系発光ダ
イオード（以下白色ＬＥＤと記述する）が使用されてい
る。腕時計を除き、これらの光源は液晶パネルの裏面に
配置され、液晶パネルの内部を透過した光が外部に放射
される方式であり、この構造を一般にバックライトと称
している。

【０００３】携帯電話機は、本来の通話の機能に加え
て、文字や映像の送受信を行う情報端末へと進化してい
る。したがって、ここで使用される液晶パネルも、従来
の白黒からカラーへと切り替わり始めている。白黒表示
の場合は外部からの光を液晶パネルの内部で反射させる
だけで視認性が確保できるため、バックライトも暗所で
の使用に耐えられる明るさで十分である。しかしカラー
表示の場合は、色彩を鮮明に映し出すため、また液晶パ
ネル内部のカラーフィルタにより光が吸収されるため、
明るいバックライトが必要になる。このバックライトは
携帯電話機を操作している間、連続発光して大量の電力
が消費されるため、通話時間を始めとする稼働時間が短
くなる問題点がある。

【０００４】この問題を解決するため、カラー液晶の表
示原理を見直し、バックライトを使用しない方式の携帯
電話機が既に市販されている。この方式では、液晶パネ
ルの裏面から表面に向けて、バックライトからの光を透
過させる必要がないので、液晶パネルの内部に金属膜を
組み込み、外部からの光を効率よく反射させることがで
きる。しかし暗所での使用に配慮して何らかの光源は必
要であり、図８のような液晶パネルの表面に光を放射す
る方式のフロントライトが使用されている。

【０００５】フロントライトの光源には、直流電流で作
動するため電気回路が簡単で、光へのエネルギー変換効
率が高い上に低発熱で長寿命という、優れた特性を持つ
白色ＬＥＤが使用されている。フロントパネルは白色Ｌ
ＥＤのほかに、光源からの光を拡散させる矩形レンズ
や、液晶パネルの表面に配置され、かつ矩形レンズにも
接触する導光板などから構成される。光源から導光板の
内部に透過した光を液晶パネルに向けて反射させるた
め、導光板の表面には微細溝が加工されており、この微
細溝の形状は、液晶パネルの表示を明瞭に視認できるこ
とにも配慮して設計する必要がある。このようにフロン
トライトは複雑な構造であるが、液晶パネルの表面に直
接光を照射することから、バックライトに比べて少ない
消費電力でバックライトと同等の解像度が得られるた
め、今後ますます普及することが確実である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記のフロントライト
方式は、バックライト方式に比べて消費電力は少ないも
のの、白色ＬＥＤから放射された光が矩形レンズの内部
で拡散された後、矩形レンズに隣接する導光板に光を透
過させ、その後液晶パネルに光を送る複雑な過程をたど
るため、媒質の境界で反射が発生して損失を招く欠点が
ある。また導光板の内部に透過した光が、液晶パネルに
送られない場合は、やがて導光板の外に透過して有効に
活用できない。さらにカラー表示を高品位で行うため、
液晶パネルの全表面に均一の明るさの光を送ることも必
要であるが、従来は光源に近い部分が局地的に明るくな
る問題があった。そのほか機器の小型化や製造費用の削
減のため、部品点数は削減するのが望ましい。

【０００７】携帯電話機のカラー液晶パネルに使用され
る照明装置は、バックライト方式からフロントライト方
式に切り替わり始めている。しかし携帯端末装置などに
使用される、より大型の液晶パネルは、従来のバックラ
イト方式が主流である。また携帯電話機でも、バックラ
イト方式は既に製造設備が完成しており、しかも他の用
途向けと同一設備で製造できるためコストダウンが可能
であり、今後も引き続き製造される。バックライトに
は、白色ＬＥＤや冷陰極線管やＥＬなどが使用されてい
るが、白色ＬＥＤは点光源のため明るさにムラが発生し
やすく、冷陰極線管は線光源のためムラの発生は少ない
が電気回路が複雑になり、ＥＬは面全体で発光するが寿
命や効率が白色ＬＥＤに比べて劣り、交流電流が必要に
なる場合もあるなど、それぞれ問題がある。

【０００８】液晶パネルの照明以外に、暗闇の中で使用
される電気器具の操作パネルや表示板に、蛍光塗料や小
型の照明を設ける場合、蛍光塗料は長時間連続して発光
することは難しく、また照明がついていても、複数のス
イッチが一カ所にまとめて配置されている場合には、目
的のスイッチを識別するのが難しい。そこでスイッチの
周辺を面領域で照明して文字なども視認できると、迷う
ことなく目的のスイッチを操作できるはずである。この
照明は夜間に連続で発光することから、消費電力は少な
く、しかも光源の寿命が十分に長いことが望ましい。

【０００９】本発明はこうした実情を基に開発されたも
ので、導光板の内部に光を透過させる際の損失を防止
し、しかも液晶パネルの有効視界面などの面領域に効率
よく均一の明るさの光を送り、さらに電力消費も少ない
ディスプレイ用照明装置の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めの、本発明によるディスプレイ用照明装置の詳細を以
下に記載する。請求項１記載の発明は、従来は別体であ
った矩形レンズと導光板を一体化して導光板に直接光源
を組み込むものである。光源は、前記のような長所を持
つ白色ＬＥＤを想定しているが、これに限定されること
はない。導光板は長方形の薄い板形状で外部側を表面、
液晶パネル側を裏面と呼び、端部は全周に渡ってフレー
ムで挟み込まれているため、水分などは侵入できない。
本発明では、フレームの下に埋もれて外部から見えない
導光板の端部に、光源を組み込むための採光部を設け
る。この採光部は導光板の表面に設けられた凹溝で、光
源よりわずかに大きい寸法が望ましく、光源から放射さ
れた光は直ちに導光板の内部に透過する。なお採光部は
導光板を貫通させてもよいが、貫通させないで光源を取
り囲み、光を逃さずに導光板に透過させるのが望まし
く、さらにレンズのコーティングと同様に反射防止のた
めの薄膜層を採光部に形成すると、導光板内への透過率
を向上できる。この採光部から光を取り入れる方式は、
効率に優れるものの、光源の近傍が局地的に明るくなる
ため、導光板の内部で光を拡散させる必要がある。

【００１１】導光板において液晶パネルの有効視界面に
重なる部分を窓領域と呼び、この領域は表面と裏面とも
に光を透過させて、液晶パネルの視認性を確保する必要
がある。また採光部も光を透過させる必要があるが、そ
れら以外の面では光源からの光を空気中に透過させる必
要はなく、むしろ積極的に反射させて導光板の内部に留
めて、できるだけ多くの光を液晶パネルに送るべきであ
る。しかし導光板の内部から空気中に光が進む場合、通
常は高い透過率で空気中に進入する。そこで請求項２記
載の発明のように、フレームの下に埋もれる導光板の端
部全周など、光を透過させる必要がない面に金属皮膜を
蒸着形成して、光を強制的に全反射させるのが望まし
い。この結果、導光板の内部の光は窓領域に到達する
か、あるいは減衰するまで反射を繰り返すことになる。

【００１２】採光部から導光板の内部に透過した光の全
てが、窓領域に向けて直行するのが理想だが実際には全
方位に拡散する。このうち採光部から窓領域とは反対側
に進む光は、やがて導光板の端面に到達して金属皮膜で
反射されるが、この際の入射角によっては窓領域に直行
する方向ではなく、この方向に対して一定の交角をなす
方向に反射される場合がある。このような光は、導光板
の中を反射を繰り返した後に窓領域に到達するため、減
衰量が多くなる。

【００１３】そこで、採光部から窓領域とは反対側に進
んだ光が反射される際に、窓領域に向けて直行するよう
進路を変更させるため、請求項３記載の発明のように、
採光部から見て窓領域とは反対側の端面に、湾曲形状の
切り欠きを形成する。この切り欠きは、光源から一直線
に到達した光を、極力窓領域に直行する向きに反射する
よう形状を決める必要がある。さらに光源近辺が局地的
に明るくなるのを防止するため、切り欠きで反射される
光を光源から離れた方向に向けて、明るさの均一化を促
進することも可能である。また切り欠きを形成して発生
した空間に、光源につながる電気配線や電子部品を収容
することもできる。

【００１４】請求項３記載の発明により、光源から導光
板の内部に透過した光は効率よく窓領域に送られた後、
直接または導光板の表面の窓領域に加工された微細溝に
反射して、液晶パネルに送られる。なお微細溝は、導光
板の表面に対してほぼ平行に進む光を液晶パネルに向け
て反射するが、液晶パネルを視認する際の、導光板の表
面に対して垂直に進む光は、そのまま透過する。したが
って窓領域に送られた光を確実に液晶パネルに届けるに
は、微細溝に光を送る必要があり、請求項４記載の発明
のように導光板の端面に傾斜部を設けるのが望ましい。
この傾斜部は導光板の裏面と端面で構成される角部を削
り取った形状で、窓領域を取り囲んでいる。そのため導
光板の内部を進む光が傾斜部に入射すると、導光板の表
面に向けて反射され、微細溝を経て液晶パネルに効率よ
く光を送ることができる。

【００１５】請求項４記載の発明の傾斜部を有効に機能
させるには、光源側から窓領域に進む光を直進させず
に、扇形に拡散させて導光板端面に向けることが望まし
い。また光源の近傍は局地的に明るくなるため、これを
拡散させる必要がある。そのため請求項５記載の発明の
ように、導光板において、光源と窓領域の間に溝状の空
間部を設けると、この領域を光が通過する際に媒質の境
界で屈折され、扇形に拡散させることができ、また空間
部の周囲に波形溝を形成すると、空間部を通過するあら
ゆる光が乱屈折されて光の拡散を一層促進できる。この
空間部は、導光板を貫通させてもよいが、製造上の問題
などがあれば貫通させる必要はない。空間部の形状は、
導光板の屈折率や光の軌跡や傾斜部の位置など、複数の
要因を考慮して決める必要があり凸レンズ状が最適だ
が、機器の大きさの制約などで凸レンズ状が採用できず
矩形状の場合も、波形溝により光の拡散が期待できる。
なお採光部と同様に空間部の周囲に薄膜層を形成して、
光が導光板と空間部の境界を通過する際の反射を防止し
てもよい。空間部は、文字通り空間で構わないが、導光
板と異なる材質を埋め込んで、屈折率を変化させても同
様の機能を果たす。

【００１６】これまでの発明により、光源からの光を広
く拡散して、面全体を均一の明るさで照明することが可
能である。そこで請求項６記載の発明は、導光板の表面
全体に金属皮膜を蒸着形成して、裏面の窓領域から光を
放射させることで、フロントライトではなくバックライ
トとして使用するものである。この場合は液晶パネルの
裏面に、導光板の裏面が向かい合うよう配置して、導光
板の裏面の窓領域から放射された光は、液晶パネルの内
部を通過して外部に放射される。この際、導光板の表面
の微細溝は、光を乱反射させる機能を果たし、また光の
出口である裏面の窓領域に、採光部と同様の薄膜層を形
成すると光の反射を防止できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明のディスプレイ用照
明装置の構造を示す斜視図であり、図２と図３は導光板
１の構造を示す各図面である。長方形の導光板１は透光
性を持つ透明樹脂製で、表面２は外部を向き、裏面３は
液晶パネル１４に接している。導光板１の下端面５寄り
には、光源１５（白色ＬＥＤ）を組み込むための採光部
７が２箇所に設けられ、また下端面５の中央部には湾曲
形状の切り欠き８が形成されている。さらに光源１５か
ら上端面４寄りには、導光板１を凸レンズ状に陥没させ
た空間部９がある。導光板１と液晶パネル１４が重なる
部分には、窓領域１０があり、ここでは表面２と裏面３
の間を光が透過するため、液晶パネル１４の表示を外部
から視認できる。窓領域１０は製品完成後に最も多くの
視線を浴びる箇所であり、表面２と裏面３の両面とも製
造時に傷を付けることは厳禁である。そこで、窓領域１
０に段差を設けて製造時に床面への接触を防止して、傷
の発生を予防している。このほか上端面４および側端面
６には全区間に傾斜部１１が設けられている。なお光源
１５は必ず２箇所以上必要な訳ではなく、導光板１の形
状を最適化することで１箇所でも同様の機能が得られ
る。

【００１８】採光部７は、光源１５よりわずかに大き
く、表面２から掘り進められているが裏面３には貫通し
ていないため、光源１５の発光面全てを覆うことができ
る。光源１５から放射された光は、直ちに導光板１の内
部に透過するが、この際の透過率を向上させるため、採
光部７の全面に反射防止のため薄膜層を設けている。こ
の薄膜層はカメラなど各種のレンズに施されているもの
と同種である。

【００１９】導光板１には、光を透過させる必要のない
上端面４，切り欠き８を含む下端面５，側端面６、およ
び表面２と裏面３（いずれも窓領域１０を除く）には、
金属皮膜１３が蒸着形成されている。そのため採光部７
から導光板１の内部に透過した光は、窓領域１０に到達
するか減衰するまで、金属皮膜１３によって反射を繰り
返すため、外部への透過を防止して損失を削減できるほ
か、反射を繰り返すことで光が拡散する効果もある。図
４の網掛け部が金属被膜１３が形成されている領域であ
るが、光を透過させる必要のある採光部７および空間部
９および窓領域１０には、金属皮膜１３を形成してはな
らない。

【００２０】採光部７から導光板１の内部に透過した光
は、同心円上に拡散するため、窓領域１０に向けて進む
光も存在するが、この逆に窓領域１０とは反対側の下端
面５に向けて進む光も存在する。この光は下端面５で金
属皮膜１３により全反射されるが、この時の入射角度次
第では、側端面６に向けて反射される場合もある。この
光も側端面６で反射を繰り返しながら窓領域１０に到達
するが、行程が長いため減衰が多くなる。そのため下端
面５で反射された光は極力窓領域１０に直行するよう、
切り欠き８を設けて反射角度を変化させる。図５は切り
欠き８によって光がどのように反射されるかを示してお
り、光源１５の中心から切り欠き８に入射した光は、窓
領域１０に直行するよう反射されていることが分かる。
なお図中の点線は切り欠き８がない場合の光の反射方向
を示している。また図中には示さないが、採光部７近く
の下側面５にも小規模な円弧状の切り欠きを設けると、
凸面鏡の効果で光源１５近傍の明るい光を分散して反射
できる。さらに切り欠き８の副次的な効果として、図１
に示すように光源１５につながる電気配線１６を通す空
間が確保できる。

【００２１】導光板１から液晶パネル１４に光を送るに
は、直接裏面３の窓領域１０から光を放射するか、また
は表面２の窓領域１０に加工された微細溝１２に光を当
てる必要がある。微細溝１２は、導光板１の表面２に対
してほぼ水平に進む光は液晶パネル１４に直行するよう
反射するが、液晶パネル１４を視認する際に必要な導光
板１の表面２に対して垂直に進む光は、そのまま透過さ
せる性質がある。したがって光源１５からの光を拡散さ
せて液晶パネル１４に送るには、微細溝１２に効率よく
光を送る必要があるため、導光板１の上端面４と側端面
６には傾斜部１１が設けてある。傾斜部１１に到達した
光は、図６（イ）のように表面２に向け反射され微細溝
１２に送られるが、この微細溝１２への入射角が大きい
ため全反射され、液晶パネル１４に送られる。

【００２２】光源１５から直接あるいは一度だけ反射さ
れて窓領域１０に送られる光は、拡散が不足しているた
め、光源１５の近傍が局地的に明るくなる。そこで光源
１５の近傍の光を直接窓領域１０に送らず、空間部９を
通して屈折させて側端面６の方に向けるのが望ましい。
また空間部９の周囲に波形溝１７を形成すると、ここを
通過する光が乱屈折させて光の拡散を一層促進できる。
図６（ロ）は、空気中を基準とした導光板１の屈折率を
１．５とした場合、光源１５の中心から窓領域１０に直
行する光が空間部９で屈折される様子を示している。な
お導光板１と空間部９の境界面を光が通過する際の反射
を抑えるため、採光部７と同様に空間部９全周に反射防
止のための薄膜層を設けている。

【００２３】本発明のディスプレイ用照明装置は、光源
１５からの光を広く拡散して、面全体を均一の明るさで
照明できるため、導光板１の表面２の全面に金属皮膜を
蒸着形成して、裏面３の窓領域１０から光を放射する構
造とすると、バックライトとして使用できる。この場合
は、導光板１の裏面３を液晶パネル１４の裏面に対向し
て配置し、液晶パネル１４の内部を光が通過して外部に
放射される。

【００２４】パーソナルコンピュータや携帯端末機な
ど、携帯電話機用より大形の液晶パネルの照明に、本発
明のディスプレイ用照明装置を使用する際は、一例とし
て図７のような装置構成になる。導光板１の上端部４と
下端部５の両方に計８個の光源１５を配置して、切り欠
き８と空間部９も複数設ける。また側端面６には図１と
同様の傾斜部１１が設けてあるが、導光板１が大型化す
ると窓領域１０の中央部に側端面６から光を送ることが
難しいので、空間部９を光が通過する際に、表面２また
は裏面３向きに進路を屈折させるなどの配慮が必要であ
る。なお図７に示す使用形態は、フロントライトとバッ
クライトのいずれも可能である。

【００２５】本発明は、液晶パネルの照明以外にも多様
な利用形態が期待でき、例えば複数のスイッチが並んだ
操作パネルに埋め込んだり、タッチパネルや自動販売機
の操作ボタンなどに組み込むと、暗闇の中でも確実に操
作を行える。

【００２６】

【発明の効果】請求項１記載の発明により、導光板の内
部に光源を組み込むための採光部を設けたことで、従来
は矩形レンズから導光板に光を透過させる際に発生した
損失を解消できるのに加えて、部品点数も削減できる。

【００２７】請求項２記載の発明により、光源より導光
板の内部に透過した光が、窓領域に到達して外部に放射
されるまでの間、連続的に金属皮膜で反射されるため、
損失を低減できる。

【００２８】請求項３記載の発明により、導光板の内部
に透過して窓領域とは反対側に進む光を反射する際に、
進路を窓領域に向かうよう修正するため、光が外部に放
射されるまでの行程を短縮して、減衰による損失を低減
できる。

【００２９】請求項４記載の発明により、導光板の表面
に対してほぼ水平に進む光を微細溝に向けることで、確
実に外部に放射することができる。

【００３０】請求項５記載の発明により、窓領域に進む
光を扇状に拡散することに加え、波形溝で乱屈折させる
ことで、光源近傍が局地的に明るくなるのを防止して全
面の明るさを均一化できる。

【００３１】請求項６記載の発明により、フロントライ
トとバックライトをほぼ同一の工程で生産できるため、
少ない生産設備で多様な需要に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のディスプレイ用照明装置の構造を示す
斜視図である。

【図２】（イ）（ロ）（ハ）本発明のディスプレイ用照
明装置の構造を示す図面であり、（イ）は平面図で、
（ロ）は正面図で、（ハ）は右側面図である。

【図３】（イ）（ロ）（ハ）本発明のディスプレイ用照
明装置の構造を示す図面であり、（イ）は背面図で、
（ロ）は図２（ロ）のＡ−Ａ断面図で、（ハ）は図２
（ロ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】導光板において、金属被膜が蒸着形成されてい
る部分を示す斜視図であり、図中の網掛け部が当該部で
ある。

【図５】光源から放射された光が、切り欠きによって反
射されたときの、軌跡を示す図であり、破線は切り欠き
がない場合の反射方向を示している。また図中の網掛け
部は金属皮膜を示している。

【図６】（イ）（ロ）導光板内部での光の軌跡を示して
おり、（イ）は光が傾斜部で反射されてから、窓領域の
表面の微細溝に反射された後、外部に放射される様子を
示しており、（ロ）は光源から放射された光が空間部に
よって屈折されて、側端面に向かう様子を示している。
また図中の網掛け部は金属皮膜を示している。

【図７】本発明のディスプレイ用照明装置を大型化する
場合の構成の一例を示す正面図である。

【図８】従来のフロントライトの構造を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１導光板２表面３裏面４上端面５下端面６側端面７採光部８切り欠き９空間部１０窓領域１１傾斜部１２微細溝１３金属皮膜１４液晶パネル１５光源１６電気配線１７波形溝

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｇ０９Ｆ 9/00 ３３６Ｇ０９Ｆ 9/00 ３３６Ｂ // Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆターム(参考） 2H038 AA55 BA06 2H091 FA14X FA14Z FA23X FA23Z FA34X FA34Z FA41X FA41Z 5G435 AA02 AA16 BB04 BB12 BB16 EE22 FF03 FF08 GG23 GG26 KK07 LL07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導光板（１）の表面（２）または裏面
（３）に、光源（１５）を組み込むための凹溝形状の採
光部（７）を形成したことを特徴とする、ディスプレイ
用照明装置。
【請求項２】前記導光板（１）は、光を透過する必要
のない面に、金属皮膜（１３）を蒸着形成してあること
を特徴とする、請求項１記載のディスプレイ用照明装
置。
【請求項３】前記導光板（１）は、採光部（７）を基
準に窓領域（１０）とは反対側にあたる下端面（５）
に、湾曲形状の切り欠き（８）を設けてあることを特徴
とする、請求項１または２記載のディスプレイ用照明装
置。
【請求項４】前記導光板（１）は、窓領域（１０）を
取り囲む上端面（４）と側端面（６）のいずれか、また
は両面に、傾斜部（１１）を設けたことを特徴とする、
請求項１、２または３記載のディスプレイ用照明装置。
【請求項５】前記導光板（１）は、採光部（７）と窓
領域（１０）との間に、導光板（１）をくりぬいて形成
された空間部（９）を設けてあることを特徴とする、請
求項１、２、３または４記載のディスプレイ用照明装
置。
【請求項６】導光板（１）の表面（２）に金属皮膜を
蒸着形成して、裏面（３）側の窓領域（１０）から光を
放射することを特徴とする、請求項１、２、３、４また
は５記載のディスプレイ用照明装置。