JP2003077325A - 面状照明装置、液晶表示装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光の利用効率を高め、高輝度を達成した面状照
明装置を提供する。 【解決手段】透明基板１の端面に長尺状導光部材３を配
置し、この長尺状導光部材３の端面付近に点光源４を配
置し、この長尺状導光部材３に複数の溝３ａを配列し、
この溝配列面に光反射部材５を被着し、そして、点光源
４の主要発光方向を長尺状導光部材３の中心軸に対し
〔π／２−ｓｉｎ^-1（１／ｎ）〕以下の角度にて溝配列
面側に傾斜した面状照明装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置などの
表示装置に実装する面状照明装置に関するものである。
また、本発明はかかる面状照明装置を用いた液晶表示装
置、ならびにこの液晶表示装置を搭載した、たとえば携
帯電話や各種携帯用情報端末などの電子機器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯性を重視した電子機器によれ
ば、液晶表示装置ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）が
表示方式として幅広く用いられ、表示情報量の増大に伴
い、カラー化も進んでいる。

【０００３】この液晶表示装置は、液晶パネル自体が発
光しないという点で、ＰＤＰ(Plasma Display Panel)、
ＥＬ(Electro Luminescence)などのディスプレイとは異
なる。

【０００４】したがって、特にカラー液晶表示装置の場
合、モノクロ液晶表示装置と比較して透過率が低いこと
から、高輝度の照明装置が必要とされている。

【０００５】しかも、近年、携帯性を重視した電子機器
にも液晶表示装置が用いられているが、この装置に対
し、薄型、軽量、低消費電力などの特性が要求されるこ
とで、これらの特性と適合させながらも、高輝度が維持
された照明装置が求められる。

【０００６】また、液晶表示装置の表示には、透過型、
半透過型および反射型と呼ばれる方式があるが、携帯電
話や各種携帯用情報端末に用いられる場合には、通常、
低消費電力を重視するという点で、半透過反射型もしく
は反射型の表示方式が適している。

【０００７】図７に半透過型液晶表示装置の概略を示
す。この装置の主要部材を示すと、６は液晶、７はＲＧ
Ｂカラーフィルタ、８は散乱ハーフミラーであり、９は
面状照明装置であるバックライトである。

【０００８】この半透過型液晶表示装置によれば、暗い
環境下では、液晶パネルの背面に設置されたバックライ
ト９を点灯して透過表示を行い、明るい環境下ではバッ
クライト９を非点灯にし、外光による反射表示を行うと
いう特徴がある。

【０００９】一方、液晶パネルの表面側に光源部を配し
た反射型液晶表示装置も提案されている。

【００１０】図８に、反射型液晶表示装置の概略を示
す。この装置の主要部材を示すと、６は液晶、７はＲＧ
Ｂカラーフィルタ、１０は面状照明装置であるフロント
ライト、１１は散乱反射体である。

【００１１】暗い環境下では、液晶パネルの表示側に設
置されたフロントライト１０を点灯して、反射表示を行
い、明るい環境下では、フロントライト１０を非点灯に
して、外光による反射表示を行うというものであって、
液晶パネルの表示能力を反射表示のみに集中することが
できる。

【００１２】このようなフロントライトを備えた反射型
液晶表示装置として、すでに点光源からの光を棒状導光
部材によって線状光とする照明装置、ならびに同様の照
明装置にて様々な断面形状や光路変換手段、例えば棒状
導光部材に対し溝を形成する技術が提案されている（特
開平１０−２６０４０５号と特開２０００−１１７２３
号参照）。

【００１３】これら提案の面状照明装置によれば、透明
基板の端面に透明材料からなる長尺状導光部材を配置
し、この長尺状導光部材の端面付近に発光指向性を有す
るＬＥＤなどの点光源を配置し、この長尺状導光部材の
面に複数の溝を配列し、さらにこの溝配列面に光反射部
材を被着し、そして、点光源の発光を長尺状導光部材内
に入射させ、かかる溝配列面にて光散乱させながら、透
明基板に向けて光出射させる構成である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光源装置では、点光源からの光で長尺状導光部材の
内部にて全反射を繰り返しても、溝配列面に対し光が十
分に到達しないことにより、点光源から線状光源に変換
する際にロスが生じてしまうという課題があった。

【００１５】すなわち、全反射を繰り返しても溝に到達
しない光が表示に有効に利用されないため、光の利用効
率が悪く、明るさが不十分であり、そのために、この光
源装置を搭載した液晶表示装置および電子機器は、明る
い環境下では、機能するが、暗い環境下では、表示画面
が暗くなり、明瞭な表示画面が維持できないという課題
があった。

【００１６】本発明者は上記事情に鑑みて鋭意研究を重
ねた結果、従来の光源装置では、点光源の最も主要な成
分が充分利用できないのは、それに用いる長尺状導光部
材にて、ロスが発生しやすい構造上の欠陥があり、詳細
には従来の照明装置によれば、点光源の主要発光方向
は、長尺状導光部材の中心軸にそった方向に設定されて
いることから、長尺状導光部材の他の端面に向かって、
前記溝配列面に到達する度合いが低下し、このために透
明基板の方へ向かう光量には限界があることを見出し
た。

【００１７】したがって本発明は上記知見により完成さ
れたものであり、その目的は光の利用効率を上げること
で、高輝度を達成した面状照明装置を提供することにあ
る。

【００１８】また、本発明の他の目的は、本発明の面状
照明装置を搭載することで、暗い環境の下でも優れた視
認性を持つ反射型または半透過型の液晶表示装置を提供
することにある。

【００１９】本発明のさらに他の目的は、かかる反射型
液晶表示装置もしくは半透過型液晶表示装置を実装し
て、明瞭な表示画面を達成するとともに、携帯性にも優
れた高性能な電子機器を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の面状照明装置
は、透明基板の端面に透明材料からなる屈折率ｎである
長尺状導光部材を配置し、この長尺状導光部材の端面付
近に発光指向性を有する点光源を配置し、この長尺状導
光部材の透明基板との対向面とは反対側の面に複数の溝
を配列し、少なくともこの溝配列面に光反射部材を被着
して、点光源の発光を長尺状導光部材内に入射させ、さ
らに透明基板に向けて光出射せしめた装置構成におい
て、透明基板からの出射光量を大きくすべく、点光源の
主要発光方向を長尺状導光部材の中心軸に対し〔π／２
−ｓｉｎ^-1（１／ｎ）〕以下の角度にて溝配列面側に傾
斜したことを特徴とする。

【００２１】本発明の他の面状照明装置は、上記長尺状
導光部材の端面を、その中心軸に垂直になるようほぼ平
面にするか、もしくは溝配列面側にｓｉｎ^-1（１／ｎ）
以上の角度にて傾斜した平面にしたことを特徴とする。

【００２２】また、本発明の液晶表示装置は、これら各
面状照明装置を液晶パネルの表示側もしくは裏側に配し
たことを特徴とする。

【００２３】さらにまた、本発明の電子機器は、本発明
の液晶表示装置を搭載したことを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明を図により詳細に説明す
る。本発明の面状照明装置については、図８に示すよう
にフロントライト１０として反射型液晶表示装置の表面
を覆うように配置した場合でもって説明する。

【００２５】図１はフロントライトである面状照明装置
の分解斜視図であり、図２は長尺状導光部材の要部の斜
視図であり、（ａ）は長尺状導光部材が角柱状である場
合、（ｂ）は長尺状導光部材が断面が円もしくは楕円の
円柱状である場合である。図３は図２における切断面線
Ｘ−Ｘ’による断面図である。図４は長尺状導光部材の
要部拡大断面図であり、図５は点光源の照射角に対する
光強度の分布を示し、図６は長尺状導光部材の溝配列面
に形成した溝の深さと点光源からの距離との関係を示
す。

【００２６】これらの図に示す面状照明装置によれば、
１はアクリル、アートン、プーマなどの合成樹脂から成
る透明基板であり、この透明基板１の光照射面にはプリ
ズムアレイが形成され、他方の主面には反射防止膜２が
形成されている。

【００２７】透明基板１の端面にアクリル、アートン、
プーマなどの透明な合成樹脂等から成る長尺状導光部材
３を配置し、長尺状導光部材３の透明基板１との対向面
とは反対側の面に断面形状が二等辺三角形である複数の
溝３ａが形成されて前記溝配列面を成す。

【００２８】さらに長尺状導光部材３の両端面付近に、
それぞれ発光指向性を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）
などからなる点光源４を配置している。

【００２９】長尺状導光部材３の端面については、溝配
列面側にｓｉｎ^-1（１／ｎ）以上の角度にて傾斜した平
面にしている。ｎは点光源４の発光波長に対する長尺状
導光部材３の屈折率である。

【００３０】点光源４の発光方向に対する照射分布を図
５に示す。同図の横軸は主要発光方向のうち最大の強度
を有する方向でもって、指向性を０°と規定し、これに
対する振れ角度でもって、その相対強度を縦軸にて数値
化している。以下、本発明における点光源４の主要発光
方向とは、０°と規定した方向である。そして、主要発
光方向を０°と規定して、それに対する照射角度を−９
０°〜＋９０°の範囲内にした場合に、縦軸は主要発光
方向における輝度を１として、輝度の相対強度を示す。

【００３１】なお、本例においては、点光源４の主要発
光方向は長尺状導光部材３の端面に対し垂直になってい
る。

【００３２】さらに長尺状導光部材３の周囲には少なく
ともこの溝配列面に光反射部材５を被着するが、本例に
おいては、長尺状導光部材３の透明基板１との対向面以
外のすべての面に対し、例えばシ−ト状にしたＳＵＳや
Ａｌ等から成る光反射部材５を被着し、これにより、長
尺状導光部材３と点光源４の周囲からの光漏れを防止す
る。

【００３３】さらにまた、光反射部材５の光散乱性をも
っと高めるために、白色ＰＥＴなどのプラスチックスか
らなるシートを光反射部材５と長尺状導光部材３との間
に配置してもよい。

【００３４】上記構成の面状照明装置においては、点光
源４の照射光が、その一部が点光源４の背部に配した光
反射部材５により光反射されながらも長尺状導光部材３
の端面より入射し、長尺状導光部材３の内部に入った光
が溝配列面や長尺状導光部材３の周囲の光反射部材５に
より光反射されながら透明基板１に入射され、その入射
光がプリズムアレイにて光反射されながら反射防止膜２
を通して光照射するようになっている。

【００３５】そして、本発明の面状照明装置によれば、
点光源４の主要発光方向を長尺状導光部材３の中心軸に
対し〔π／２−ｓｉｎ^-1（１／ｎ）〕以下の角度にて溝
配列面側に傾斜したことで、透明基板４からの出射光量
（輝度）が大きくなる点が特徴である。

【００３６】すなわち、点光源４の主要発光方向の光が
入射する長尺状導光部材３の面はδ＝〔π／２−ｓｉｎ
^-1（１／ｎ）〕で規定される角度で傾きをもつため、光
利用効率を向上させるには、その周囲の光漏れを有効に
防ぐことが望ましいという点で、δをｓｉｎ^-1（１／
ｎ）以上、９０度より小さく設定する。

【００３７】δがｓｉｎ^-1（１／ｎ）以上になると、点
光源４から入射した光線の大部分が全反射を繰り返して
長尺状導光部材３の中を進むが、δがｓｉｎ^-1（１／
ｎ）未満になると、長尺状導光部材３の端部から大部分
の光が出てくるため、端のみが明るい面状照明装置とな
ってしまい、均一な照明が達成されない。

【００３８】また、長尺状導光部材３に溝配列面を形成
するが、点光源４から入射した光線の大部分が全反射を
繰り返して長尺状導光部材３の中を進むにしても、一部
の光が溝３ａに当らず、そのために長尺状導光部材３の
他方の端面に至る。したがって、光利用効率を向上させ
るには、その周囲の光漏れを有効に防ぐことが望まし
い。

【００３９】また、透明基板１と長尺状導光部材３の間
に輝線の発生を防ぐため、拡散板を形成してもよい。す
なわち、溝３ａにて光が反射されると、この溝３ａと等
ピッチでスジのように導光板を通して輝線が見えるが、
この輝線の発生を解消するためには、溝の間隔（ピッ
チ）を十分に小さくしたり、拡散板などを設けて、光を
拡散すればよい。

【００４０】かくして本発明によれば、叙上に如く、複
数の溝３ａが形成された溝配列面と点光源４の主要発光
方向とでもって成す角δは、長尺状導光部材３の主要な
波長に対する屈折率nにて、δをｓｉｎ^-1（１／ｎ）以
上、９０度より小さく設定するが、δがｓｉｎ^-1（１／
ｎ）以上であれば、点光源４から入射した光線の大部分
が全反射を繰り返して長尺状導光部材３の中を進むが、
δがｓｉｎ^-1（１／ｎ）未満になると、長尺状導光部材
３の端部から大部分の光が出てくるため、端のみが明る
い面状照明装置となってしまい、均一な照明が達成され
ず、δが９０度付近になると従来の面状照明装置の構成
に近づくため、輝度向上の効果が小さくなる。

【００４１】図４は、本発明に係る面状照明装置の主要
な光線の経路を示す図である。

【００４２】つぎに本発明の長尺状導光部材３を用いた
ことで、その出射光の効率が向上する点をさらに詳述す
る。

【００４３】本発明の面状照明装置は、点光源４の主要
発光方向を長尺状導光部材３の中心軸に対しδ＝〔π／
２−ｓｉｎ^-1（１／ｎ）〕以下の角度にて溝配列面側に
傾斜したことで、透明基板４からの出射光量（輝度）が
大きくなる。

【００４４】このように規定した場合、図４に示す如
く、幾何光学的関係からδ=２β-α、θ=β-α とな
り、αについては面状照明装置の大きさに依存するが、
ある程度小さい角度にするのが望ましい。このため、ｓ
ｉｎ^-1（１／ｎ）≦δ≦９０度であることから、図３に
示す如く、溝３ａの角度θは、（１／２）ｓｉｎ^-1（１
／ｎ）≦θ≦４５度となるように形成するとよい。

【００４５】また、透明基板１に対する出射光は、α〜
０の時、δ〜2θ、θ〜β、δ〜2βとなる。すなわち、
長尺状導光部材３の点光源４と対向する端面が、長尺状
導光部材３の透明基板１側の面に対する傾斜角δは、長
尺状導光部材３の透明基板１と反対側の面に形成される
二等辺三角形の断面形状を有する溝３aの二つの等しい
角度θの約2倍である。この時、溝３aの配置および大き
さに関しては、等ピッチで形成し、その溝の深さが導光
部材の点光源４からの距離に応じて変化するように形成
するとよい。

【００４６】この溝３aの深さを変化させることで、長
尺状導光部材３から出射される光の輝度分布が均一化さ
れる。たとえば、長尺状導光部材３を屈折率が約1.49の
アクリル樹脂でもって構成した場合の溝3aの深さについ
て説明する。

【００４７】図６においては、δ=８０度、θ=４０度に
設定した際の溝３ａの深さ分布の一実施例である。同図
において、横軸は二つの点光源４による間隔であり、縦
軸は溝３ａの深さである。

【００４８】この場合、光の利用効率は従来と比較し、
約１.9倍となり、７０μｍから１１０μｍまで溝深さは
その点光源４からの距離により変化するが、このように
変化させることで長尺状導光部材３の長さ方向に均一な
輝度分布が得られる。

【００４９】つぎに本発明の他の実施形態例を述べる。
図９は長尺状導光部材の要部の斜視図であり、長尺状導
光部材が角柱状である場合であって、図１０は図９にお
ける切断面線Ｘ−Ｘ’による断面図である。図１１は長
尺状導光部材の要部拡大断面図である。

【００５０】上述した本発明の面状照明装置では、点光
源４の主要発光方向を長尺状導光部材３の端面に対し垂
直にしたが、これに代えて、本例では、長尺状導光部材
の端面を、その中心軸に垂直になるようほぼ平面にして
いる。このような構成にしても本発明の目的が達成され
る。

【００５１】また、点光源４の主要発光方向を長尺状導
光部材３の端面に対し垂直にした構成から、漸次、その
端面の方向を変えて、長尺状導光部材の端面を、その中
心軸に垂直になるようほぼ平面にした構成にまでの間に
て、その端面の傾斜面を定めてもよい。

【００５２】

【実施例】（例１）本発明者は図１２に示す出射輝度測
定方法でもって図１に示す面状照明装置の輝度を測定し
た。

【００５３】同図によれば、ミノルタ製色彩色差計（Ｃ
Ｓ−１００）でもって、点光源４を点灯した場合の輝度
を測定しており、被測定サンプルと測定受光部との距離
は４６０ｍｍであり、測定スポット径は５．４ｍｍであ
る。

【００５４】本発明の面状照明装置の輝度は９０ｃｄ／
ｍ²であったが、しかるに従来の面状照明装置の輝度は
８０ｃｄ／ｍ²であった。

【００５５】ちなみに、従来の装置は、点光源４の主要
発光方向を長尺状導光部材３の中心軸と一致させたもの
であり、その他の構成はまったく同じにしている。

【００５６】（例２）本例においては、図１に示す面状
照明装置を液晶パネルに搭載し、図１３に示す出射輝度
測定方法でもって液晶表示装置の輝度を測定した。

【００５７】同図によれば、ミノルタ製色彩色差計（Ｃ
Ｓ−１００）でもって、点光源４を点灯した場合の輝度
を測定しており、被測定サンプルと測定受光部との距離
は４６０ｍｍであり、測定スポット径は５．４ｍｍであ
る。

【００５８】本発明の液晶表示装置の輝度は１２ｃｄ／
ｍ²であったが、しかるに従来の液晶表示装置の輝度は
９ｃｄ／ｍ²であった。

【００５９】従来の液晶表示装置は、（例１）にて用い
た面状照明装置を実装している。

【００６０】なお、本発明は上記実施形態例に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種
々の変更や改良は、なんら差し支えない。

【００６１】たとえば、本発明の面状照明装置をフロン
トライトとして反射型液晶表示装置でもって説明した
が、これに代えて、バックライトとして半透過型液晶表
示装置でも同様な作用効果を奏する。

【００６２】また、長尺状導光部材の両端面付近に、そ
れぞれ点光源を配置したが、一方の端面付近だけに点光
源を設けてもよい。

【００６３】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の面状照明装置に
よれば、透明基板の端面に長尺状導光部材を配置し、こ
の長尺状導光部材の端面付近に点光源を配置し、この長
尺状導光部材の透明基板との対向面とは反対側の面に複
数の溝を配列し、この溝配列面に光反射部材を被着した
装置構成において、点光源の主要発光方向を長尺状導光
部材の中心軸に対し〔π／２−ｓｉｎ^-1（１／ｎ）〕以
下の角度にて溝配列面側に傾斜したことで、光の利用効
率を上がり、これにより、高輝度を達成した面状照明装
置が得られた。

【００６４】また、本発明によれば、本発明の面状照明
装置を搭載することで、暗い環境の下でも優れた視認性
を持つ反射型または半透過型の液晶表示装置が提供で
き、さらには明瞭な表示画面を達成するとともに、携帯
性にも優れた高性能な電子機器が提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の面状照明装置の分解斜視図である。

【図２】本発明に係る長尺状導光部材の要部の斜視図で
あり、（ａ）は長尺状導光部材が角柱状である場合、
（ｂ）は長尺状導光部材が断面が円もしくは楕円の円柱
状である場合である。

【図３】図２における切断面線Ｘ−Ｘ’による断面図で
ある。

【図４】本発明に係る長尺状導光部材の要部拡大断面図
である。

【図５】点光源の照射角に対する光強度の分布を示す線
図である。

【図６】長尺状導光部材の溝配列面に形成した溝の深さ
と点光源からの距離との関係を示す線図である。

【図７】半透過型液晶表示装置の概略を示す説明図であ
る。

【図８】反射型液晶表示装置の概略を示す説明図であ
る。

【図９】本発明に係る他の長尺状導光部材の要部の斜視
図である。

【図１０】図９における切断面線Ｘ−Ｘ’による断面図
である。

【図１１】本発明に係る他の長尺状導光部材の要部拡大
断面図である。

【図１２】面状照明装置の輝度を測定する方法を示す斜
視図である。

【図１３】液晶表示装置の輝度を測定する方法を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１・・・・・・透明基板、２・・・・・・反射防止膜、３・・・・・・長尺
状導光部材 ３a・・・・・・溝、４・・・・・・点光源、６・・・・・・液
晶、７・・・・・・RGBカラーフィルタ、８・・・・・・散乱ハーフ
ミラー、９・・・・・・バックライト、１０・・・・・・フロントラ
イト、１１・・・・・・散乱反射体

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） Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｇ０９Ｆ 9/00 ３３６ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３３６Ｂ ３３６Ｊ // Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆターム(参考） 2H038 AA52 AA55 BA06 2H091 FA16X FA16Z FA23X FA23Z FA41X FA41Z LA30 5G435 AA03 BB04 BB12 BB15 BB16 DD13 EE22 EE27 FF06 FF08 GG12 GG23 GG26

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基板の端面に透明材料からなる屈折率
   ｎである長尺状導光部材を配置し、この長尺状導光部材
   の端面付近に発光指向性を有する点光源を配置し、この
   長尺状導光部材の透明基板との対向面とは反対側の面に
   複数の溝を配列し、少なくともこの溝配列面に光反射部
   材を被着して、前記点光源の発光を長尺状導光部材内に
   入射させ、さらに透明基板に向けて光出射せしめた面状
   照明装置であって、前記透明基板からの出射光量を大き
   くすべく、点光源の主要発光方向を長尺状導光部材の中
   心軸に対し〔π／２−ｓｉｎ^-1（１／ｎ）〕以下の角度
   にて溝配列面側に傾斜したことを特徴とする面状照明装
   置。
2. 【請求項２】前記長尺状導光部材の端面を、その中心軸
   に垂直になるようほぼ平面にするか、もしくは溝配列面
   側にｓｉｎ^-1（１／ｎ）以上の角度にて傾斜した平面に
   したことを特徴とする請求項１記載の面状照明装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２の面状照明装置を液晶パネ
   ルの表示側もしくは裏側に配した液晶表示装置。
4. 【請求項４】請求項３の液晶表示装置を搭載した電子機
   器。