JP2003162913A - 面発光装置および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源の光を効率よく利用して出射面からの出
射光量を増加させた面発光装置、および表示が明るく、
かつ表示領域の全面にわたって均一な明るさの表示が可
能な液晶表示装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 光源１３と、該光源１３の光を側端面１
２ａから入射して該光を出射面１２ｂから出射する導光
板１２とを備え、前記導光板１２の出射面１２ｂと反対
側の面は、前記導光板１２の内部を伝搬する光を反射さ
せるための反射面１２ｃとされており、前記光源１３の
光が導光板１２内部へ入射する角度の範囲である放射角
を制御するための光学手段１１が、前記導光板１２の側
端面１２ａまたは前記光源１３に設けられていることを
特徴とする面発光装置１０および該面発光装置１０を備
えた液晶表示装置１を採用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面発光装置および
液晶表示装置に関するものであり、特に、液晶表示装置
を均一に照明するための面発光装置の構造に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】太陽光や照明光を光源として表示を行う
反射型液晶表示装置は、消費電力が小さいという特徴か
ら、携帯電話や携帯情報端末などに用いられているが、
この反射型液晶表示装置は、外部の光源が利用できない
暗所での表示が極端に劣るという問題がある。この問題
を解決するために、反射型液晶表示装置にバックライト
を配して、外光が得られない暗所などではこのバックラ
イトを点灯させて透過表示を行う半透過反射型液晶表示
装置が知られている。しかしながら、この半透過反射型
液晶表示装置ではバックライトからの光を金属薄膜から
なる反射膜を通過させる必要があるため、透過表示と反
射表示の明るさを両立させることは極めて困難であっ
た。

【０００３】そこで、導光板の側端面から導入された冷
陰極管などの光源からの光を導光板の主面から反射型液
晶表示装置内に照射する面発光装置（フロントライト）
を備えた液晶表示装置が開発されている。このように液
晶表示装置の前面に面発光装置を配することにより、暗
所であっても外光を利用する場合と同様の反射表示が可
能になる。図１７は、液晶表示ユニットの前面にフロン
トライトを備える液晶表示装置の一例を示す断面構造図
であり、この図において、液晶表示装置２００は、フロ
ントライト２１０と液晶表示ユニット２２０とから構成
されており、フロントライト２１０は、透明なアクリル
系樹脂等からなる導光板２１２とその側端面２１２ａに
配置された冷陰極管やＬＥＤ（Light Emitting Diode）
等からなる光源２１３とから概略構成されており、導光
板２１２の出射面２１２ｂと反対側の反射面２１２ｃに
は、導光板２１２の内部を伝搬する光を反射させるため
の第１の斜面部２１６およびこの第１の斜面部２１６に
続く第２の斜面部２１７が交互に連続して複数形成され
ている。この２つの斜面部２１６、２１７のうち第１の
斜面部２１６は、出射面２１２ｂに対してより急な傾斜
角を有して形成されており、導光板２１２の内部を伝搬
する光の方向を出射面２１２ｂ側に向けるように形成さ
れている。一方、液晶表示ユニット２２０は液晶層２２
３を挟んで対向する一対のガラス基板２２１、２２２を
シール材２２４で接合一体化した構成である。液晶表示
ユニット２２０の後面側（図示下面側）の基板２２１の
液晶層２２３側に反射膜２２５と表示回路２２６が形成
されている。基板２２１と対向する基板２２２の液晶２
２３側に表示回路２２７が形成されている。尚、表示回
路２２６、２２７は、図示されていないが電極層や配向
膜などの液晶層２２３を駆動、制御する回路を含むもの
であり、反射層２２５は光を反射させるためのアルミニ
ウムや銀からなる反射膜を含むものである。

【０００４】上記の構成の液晶表示装置２００におい
て、フロントライト２１０の導光板２１２は液晶表示ユ
ニット２２０の表示領域の前面（図示上面）に配置され
ている。フロントライト２１０の光源２１３からの光
は、導光板２１２の側端面２１２ａを介して導光板２１
２の内部に導入されて出射面２１２ｂや反射面２１２ｃ
で反射されて導光板２１２の内部を伝搬するとともに反
射面２１２ｃに形成された２つ斜面部２１６、２１７の
うち、より急な傾斜角を有する斜面部２１６における反
射により出射面２１２ｂに向かう方向へその伝搬方向を
変えられて、出射面２１２ｂから出射される。このよう
にしてフロントライト２１０が液晶表示ユニット２２０
を照明するようになっている。次に、液晶表示ユニット
２２０に入射した光は、表示回路２２６、２２７および
液晶層２２３を通過して反射層２２５に達し、この反射
層２２５によって反射されて再び液晶表示装置２２０の
外側に戻る。この反射された光がフロントライト２１０
を通過して観察者に到達して液晶表示ユニット２２０の
表示が観察者に視認される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の構成の液晶表示
装置２００によれば、フロントライト２１０を点灯させ
ることにより暗所であっても表示を行うことが可能であ
るが、その輝度は全体的に不足しており、光源２１３の
光量を大きくしても液晶表示装置２００の表示の輝度は
それほど向上しない。これは、光源２１３から導光板２
１２に導入された光のうち、相当の部分が導光板２１２
の反射面２１２ｃから直接外部へ漏れ出る漏れ光となる
ために、光源２１３の光量を大きくしても表示の輝度を
支配する出射面２１２ｂからの出射光量が増加しないこ
とによるものであると考えられる。

【０００６】そこで本発明は、上記の課題を解決するた
めになされたものであって、光源の光を効率よく利用し
て出射面からの出射光量を増加させた面発光装置、およ
び表示が明るく、かつ表示領域の全面にわたって均一な
明るさの表示が可能な液晶表示装置を提供することを目
的とする

【０００７】

【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。

【０００８】本発明の面発光装置は、光源と、該光源の
光を側端面から入射して該光を出射面から出射する導光
板とを備え、前記導光板の出射面と反対側の面は、前記
導光板の内部を伝搬する光を反射させるための反射面と
されており、前記光源の光が導光板内部へ入射する角度
の範囲である放射角を制御するための光学手段が、前記
導光板の側端面または前記光源に設けられていることを
特徴とする。係る構成によれば、前記導光板の出射面に
おける輝度の分布を均一にして、かつ導光板の反射面か
らの漏れ光を低減した面発光装置が得られる。

【０００９】次に、本発明の面発光装置は、前記放射角
が、前記導光板の厚さ方向に７０度以上１８０度以下の
範囲であることを特徴とする。係る構成によれば、前記
導光板の出射面における輝度の分布を均一にした面発光
装置が得られる。

【００１０】次に、本発明の面発光装置は、前記放射角
が前記導光板の厚さ方向に７６度以上１８０度以下であ
ることを特徴とする。係る構成によれば、前記導光板の
出射面における輝度の分布をより均一にした面発光装置
が得られる。

【００１１】次に、本発明の面発光装置は、前記放射角
が、前記導光板の厚さ方向に７６度以上１２０度以下で
あることを特徴とする。係る構成によれば、前記導光板
の出射面からの出射光量を増加させることができるとと
もに、出射面における輝度分布を改善することができ
る。

【００１２】次に、本発明の面発光装置は、前記導光板
内部に入射する光の入射角分布の中央値が、前記導光板
の出射面に対して−５度以上５度以下の範囲の角度であ
ることを特徴とする。係る構成によれば、前記導光板に
入射した光が広がる方向を導光板の厚さ方向に変化させ
るので、光の伝搬方向を導光板の反射面の形状や、導光
板の寸法に合わせることが可能になり、輝度分布を最適
化した面発光装置が得られる。

【００１３】次に、本発明の面発光装置は、前記光学手
段が、前記光源の導光板の側端面と対向する側に設けら
れた導光体であることを特徴とする。係る構成によれ
ば、光源から導光板へ入射する光の入射角を一定の範囲
に絞ることができる。

【００１４】次に、本発明の面発光装置は、前記光学手
段が、前記導光板の側端面に設けられていることを特徴
とする。係る構成によれば、導光板の側端面に放射角を
制御するための光学手段を備えているので、別途光学手
段を作製する必要がなく、効率的な面発光装置の製造が
可能になる。

【００１５】次に、本発明の面発光装置は、前記導光板
の反射面に、前記導光板内部を伝搬する光を反射させる
ための複数の斜面部が設けられていることを特徴とす
る。係る構成によれば、反射面に前記斜面部が設けられ
ているので、効率よく導光板の内部を伝搬する光を反射
させてその伝搬方向を出射面に向かう方向に変えること
ができるので、出射面からの出射光量を増加させること
ができる。

【００１６】次に、本発明の液晶表示装置は、本発明の
面発光装置を備えたことを特徴とする。係る構成によれ
ば、出射光量が大きくかつ輝度の分布が均一である面発
光装置を備えるので、表示が明るく、かつ表示領域の全
面にわたって均一な明るさの表示が可能な液晶表示装置
が得られる。

【００１７】

【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が、本発明は以下の実施の形態に限
定されるものではない。また、本明細書において参照さ
れる各図面は、面発光装置や液晶表示装置の構成を説明
するためのものであり、各部の大きさや厚さや寸法など
は実際の面発光装置や液晶表示装置とは異ならしめてあ
る。

【００１８】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態であるフロントライト（面発光装置）を備え
た液晶表示装置の断面構成図である。この図において液
晶表示装置１は液晶表示ユニット２０と、この液晶表示
ユニット２０の前面側（図示上面側）に配置されて必要
に応じて液晶表示ユニット２０を照明するフロントライ
ト１０とから概略構成されている。フロントライト１０
は、透明な導光板１２と、この導光板１２の側端面１２
ａに配置された光学手段１１を備える棒状の光源１３と
から概略構成されている。

【００１９】フロントライト１０の導光板１２は、上記
液晶表示ユニット２０の表示領域の前面（図示上面）に
配置されて光源１３からの光を液晶表示ユニット２０に
照射するものであり、透明なアクリル樹脂などから構成
されている。図１に示すように導光板１２の液晶表示ユ
ニット２０と対向する面（導光板１２の下面）は、液晶
表示ユニット２０を照明する光が出射される出射面１２
ｂとされており、この出射面１２ｂと反対側（導光板１
２の外面側）は、導光板１２の内部を伝搬する光の伝搬
方向を変えるための反射面１２ｃとされている。導光板
１２を構成する材料としては、上記アクリル系樹脂のほ
かポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明な
樹脂材料や、ガラスなどを用いることができる。また、
具体的な例を挙げるならば、特に限定されるものではな
いが、アートン（商品名：ＪＳＲ社製）やデルペット
（商品名：旭化成社製）等を好適なものとして挙げるこ
とができる。

【００２０】導光板１２の反射面１２ｂは、液晶表示ユ
ニット２０と対向して配置されて液晶表示ユニット２０
を照明する光が出射される面であり、表面粗さ１０ｎｍ
以下の平滑な面とされている。この出射面１２ｂ上に
は、導光板１２の内部または外部からこの出射面１２ｂ
を通過する光の反射を防ぐための反射防止膜が設けられ
ていてもよい。この反射防止膜としては市販の反射防止
フィルムを用いることができる。具体的には、特に限定
されるものではないが、ＡＲＰ４Ｔ（商品名：大日本印
刷社製）などを好適なものとして挙げることができる。

【００２１】反射面１２ｃには、導光板１２の内部を伝
搬する光の一部を反射させてその伝搬方向を変えるため
に出射面１２ｂに対して傾斜して形成された第１の斜面
部１６と、この第１の斜面部１６より緩やかな傾斜角度
を有して形成された第２の斜面部１７が交互に連続して
複数形成されている。この反射面１２ｃにも上記出射面
１２ｂと同様に反射防止膜を設けてもよい。第１の斜面
部１６の出射面１２ｂに対する傾斜角度は、４０〜５０
度程度とすることが好ましく、第２の斜面部１７は、出
射面１２ｂに対する傾斜角度を５度以下として出射面１
２ｂと概ね平行とすることが好ましい。これは、第１の
斜面部１６が、導光板１２の内部を伝搬する光の伝搬方
向を出射面１２ｂに向かう側に変える作用を供するのに
対して、第２の斜面部１７が導光板１２の内部を伝搬す
る光を反射させて光源１３から遠ざかる方向に送る作用
を供するものであるからである。また、上記第１の傾斜
部１６は、出射面１２ｂにおける輝度の分布を均一にす
るために１００μｍ〜３００μｍ程度の間隔で形成され
ていることが好ましく、その導光板１２の厚さ方向の幅
は、出射光量を大きくするために３μｍ〜１０μｍとす
ることが好ましい。

【００２２】尚、図１に示す導光板１２では、反射面１
２ｃの形状を、２つの斜面部１６、１７が交互に連続し
た三角波状としているが、反射面１２ｃの形状はこれに
限られるものではなく、この他にも、特に限定されるも
のではないが、斜面部１６、１７によって形成されるく
さび状の溝の間に出射面１２ｂとほぼ平行な平坦部を設
けた台形状が連続した形状としたものや、反射面１２ｃ
に球面の一部を成す凹部を複数形成した形状、あるいは
球体の一部を成す凸部を反射面１２ｃ上に複数形成した
形状などを挙げることができる。

【００２３】光源１３は、導光板１２の側端面１２ａに
光を照射するものであり、導光板１２に照射される光の
広がる角度を制御するための光学手段１１を備えてい
る。この光学手段１１はアクリル系樹脂、ポリカーボネ
ート系樹脂、エポキシ系樹脂などの透明な樹脂材料から
構成されており、場合によってはガラス製であってもよ
い。光源１３としては、冷陰極管のほか有機ＥＬ素子、
ＬＥＤあるいはＬＥＤと棒状導光体を組み合わせたもの
など、導光板１２の側端面１２ａに均一に光を照射する
ことができるものであれば、いずれのものも好適に用い
ることができる。

【００２４】液晶表示ユニット２０は、液晶層２３を挟
持して対向するガラスなどからなる第１の基板２１と、
第２の基板２２をシール材２４で接合一体化して構成さ
れている。前記第１の基板２１の液晶層２３側の面に金
属の反射膜を含む反射層２５と、表示回路２６が順に積
層されており、前記第２の基板２２の液晶層２３側の面
には、それぞれ表示回路２７が形成されている。このよ
うに液晶表示ユニット２０は、外部から入射した光を反
射させるための反射層２５を備えた反射型の液晶表示ユ
ニットとされている。表示回路２６および２７は、図示
されていないが液晶層２３を駆動するための透明導電膜
等からなる電極層や液晶層２３の配向を制御するための
配向膜等を含むものである。また、場合によってはカラ
ー表示を行うためのカラーフィルタなどを有する構成で
あってもよい。反射層２５は例えば表面に凹凸形状が形
成されたアクリル系樹脂等からなる有機膜上に、アルミ
ニウムや銀などからなる金属の反射膜をスパッタ法など
により形成し、この反射膜と有機膜を覆うようにシリコ
ーン系樹脂などからなる平坦化膜を形成して構成され
る。この反射層２５はカラーフィルタを含む構成として
も良く、その場合には、前記反射膜の直上にカラーフィ
ルタを形成することが好ましい。このような構成とする
ならば、光の反射面にカラーフィルタを配置することが
できるので、色ずれや視差を低減して高品位のカラー表
示が可能である。

【００２５】ここで、上記の液晶表示ユニット２０の反
射層２５の有機膜の表面および有機膜上に形成される反
射膜の形状について図２を参照して以下に説明する。図
２は、液晶表示ユニット２０の反射層２５に形成された
有機膜と反射膜とを拡大して示す斜視図である。この図
において、有機膜２８の表面には内面が球面の一部を成
す多数の凹部２８ａが重なり合うように連続して形成さ
れており、この有機膜２８上に反射膜２９が成膜されて
いる。有機膜２８は、基板上に感光性樹脂などからなる
樹脂層を平面形状に形成した後、図２に示す有機膜２８
の表面とは逆凹凸の表面形状を有するシリコーン系樹脂
などからなる転写型を上記樹脂層の表面に圧着した後、
樹脂層を硬化させることにより形成される。反射膜２９
は、有機膜２８の表面に形成されて液晶表示ユニット２
０に入射する光を反射するものであり、アルミニウムや
銀などの高い反射率を有する金属材料をスパッタ法や真
空蒸着などの成膜法により形成したものである。

【００２６】図２に示す凹部２８ａ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２８ａのピッチを５μｍ〜１００μｍの範囲でランダ
ムに配置し、上記凹部２８ａ内面の傾斜角を−３０度〜
＋３０度の範囲に設定することが望ましい。特に、凹部
２８ａ内面の傾斜角分布を−３０度〜＋３０度の範囲に
設定する点、隣接する凹部２８ａのピッチを平面全方向
に対してランダムに配置する点が特に重要である。なぜ
ならば、仮に隣接する凹部２８ａ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２８ａ内面の傾斜
角分布が−３０度〜＋３０度の範囲を超えると、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３６度以上に
なり、液晶表示装置内部の反射強度ピークが低下し、全
反射ロスが大きくなるからである。）からである。ま
た、凹部２８ａの深さが３μｍを超えると、後工程で凹
部２８ａを平坦化する場合に凸部の頂上が平坦化膜で埋
めきれず、所望の平坦性が得られなくなる。

【００２７】隣接する凹部２８ａのピッチが５μｍ未満
の場合、有機膜２８を形成するために用いる転写型の製
作上の制約があり、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、有機膜２８の表面
形状を形成するための前記転写型は、ダイヤモンド圧子
をステンレス鋼などの基材に多数押圧して作製された転
写型用母型の表面形状を、シリコーン樹脂などに転写す
ることによって作製されるが、このダイヤモンド圧子の
先端径は実用上３０μｍ〜２００μｍであることが望ま
しいので、隣接する凹部２８ａのピッチは５μｍ〜１０
０μｍとすることが望ましい。

【００２８】液晶表示ユニット２０は、反射層２５を構
成する反射膜２９が上記のような形状とされているの
で、外部から入射する光を効率よく反射、散乱すること
が可能であり、明るい反射表示と広い視野角を実現する
ことができる。これは、図２に示す凹部２８ａ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
２８ａの内面が球面であることによる。すなわち、凹部
２８ａ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２８ａの内面の傾斜
角が一定の範囲に制御されるので、反射膜２９の反射効
率を一定の範囲に制御することが可能になる。

【００２９】以上の構成の液晶表示装置１は、太陽光や
照明などの周囲光を利用した反射表示のほか、必要に応
じてフロントライト１０を点灯させることによりこのフ
ロントライト１０からの光を利用した反射表示を行うこ
とができる。フロントライト１０の光源１３から光学手
段１１を介して導光板１２の側端面１２ａに照射された
光は、導光板１２の内部に導入されて導光板１２の内部
を反射しながら伝搬するとともに、その一部が反射面１
２ｃの斜面部１６によって反射され、その伝搬方向を出
射面１２ｂに向かう方向に変えられて出射面１２ｂから
出射して液晶表示ユニット２０を照明する。液晶表示ユ
ニット２０に入射した光は液晶表示ユニット２０の表示
回路２６、２７および液晶層２３を通過して反射層２５
に達し、図２に示すこの反射層２５の反射膜２９によっ
て反射されて液晶表示ユニット２０の外側へ戻り、導光
板１２を通過して反射面１２ｃから出射されて観察者に
到達する。このようにして液晶表示ユニット２０の表示
が観察者に視認される。

【００３０】上記のフロントライト１０において、光源
１３から導光板１２に導入される光は、光源１３の導光
板１２の側端面１２ａと対向する側に設けられた光学手
段１１によって導光板１２内部へ入射する角度の範囲で
ある放射角が所定の角度になるように制御されている。
この光学手段１１を介した導光板１２内部への光の入射
について図３および図４を参照して以下に説明する。

【００３１】図３は、図１に示すフロントライト１０の
導光板１２と光源１３を含む部分を拡大して示す部分断
面図であり、図４Ａ〜図４Ｃは光学手段１１の断面形状
の構成例を示す図である。図３に示すように光源１３か
ら発せられた光は、光源１３の導光板１２側に設けられ
た光学手段１１を介して導光板１２の内部に導入され
る。光源１３から発せられた光は広がりをもって光学手
段１１に入射するが、この広がりは光源１３を構成する
冷陰極管やＬＥＤなどの特性によって異なる。光学手段
１１は、このような光源１３の光の広がりを所望の範囲
に制御して導光板１２に導入するために光源１３の導光
板１２と対向する側に設けられている。

【００３２】図３に示すフロントライト１０において
は、光学手段１１を介して側端面１２ａから導光板１２
内部へ入射された光の入射角が、図３に示す放射角αの
範囲内に制御されている。このような構成とすることに
より導光板１２の出射面１２ｂから出射される光のう
ち、表示に寄与しうる光の量を増加させることができる
とともに、出射面１２ｂにおける輝度分布を均一なもの
とすることができる。これは、以下に示す理由によるも
のである。

【００３３】まず、図１に示すフロントライト１０は、
導光板１２の側端面１２ａから導入された光を内部で反
射させながら伝搬させるとともに、反射面１２ｃに設け
られた傾斜部１６で反射された光を出射面１２ｂから液
晶表示ユニット２０に向けて出射するようになってい
る。そのため、出射面１２ｂの各部から出射される光量
は対応する傾斜部１６によって反射される光量に依存し
ている。また、図１および図２に示す液晶表示ユニット
２０の反射層２５においては、上述のように反射膜２９
の形状が制御されて形成されている。上記の形状を有す
る反射膜２９が最も効率よく反射させることができる光
は反射膜２９への入射角度が±２０度以下の光であり、
液晶表示装置１の輝度はこの±２０度以下で反射膜２９
に入射する光量に大きく左右される。そのため、太陽光
などの十分な光量を有する光源を利用して表示を行う場
合には十分な輝度が得られていても、フロントライトの
ように光源の利用効率がそれほど高くなく光量が小さい
光源を用いる場合には、この±２０度以下で反射膜２９
に入射する光量が小さいと視認性が大きく低下すること
になる。

【００３４】従って、液晶表示装置１の表示の輝度を向
上させるためには、フロントライトの出射面１２ｂから
の出射光量を向上させるとともに、出射面１２ｂから出
射される光のうち、液晶表示ユニット２０の反射層２５
に±２０度以下の入射角度で入射する成分を増加させる
必要がある。この条件を満たすには、導光板１２内部を
伝搬する光のうち図３に示す斜面部１６に入射する光の
入射角度と、その光量を適切に設定すればよい。具体的
には、導光板１２内部を伝搬する光が、斜面部１６に対
してより浅い角度で入射するようにすればよいので、図
３に示す側端面１２ａにおける放射角αを小さくすれば
よい。その一方で、放射角αを小さくしすぎると出射面
１２ｂで反射して進行する光の反射角が小さくなるため
に、光源１３から離れた位置の斜面部１６に入射する光
量が小さくなり、出射面１２ｂから出射される光の光量
の均一性に劣るものとなる。従って放射角αは、適切な
範囲に設定する必要がある。そこで本実施形態の構成に
よれば、図３に示す光学手段１１により上記放射角αを
適切な範囲に制御することができるので、液晶表示装置
１の表示の輝度を向上させることができるとともに、フ
ロントライト１０の出射面１２ｂにおける輝度分布を改
善することができる。

【００３５】図３に示す放射角αは、７０度以上１８０
度以下であることが好ましい。放射角αが７０度より小
さい場合には導光板１２内部を光源１３から離れる方向
に伝搬する光の出射面１２ｂでの反射角が小さくなりす
ぎるために光源１３から離れた位置での出射面１２ｂか
らの出射光量が小さくなり、輝度の均一性に劣るものと
なるためである。また、上記放射角αは、７６度以上１
８０度以下であることがより好ましい。このような範囲
に放射角αを設定することにより、出射面１２ｂにおけ
る輝度の分布をより均一にすることができる。また、上
記放射角αは、７６度以上１２０度以下とすることがよ
り好ましい。このような範囲に放射角αを設定すること
により、図２に示す液晶表示ユニット２０の反射膜２９
に±２０度以下の入射角で入射する光量を増加させるこ
とができるとともに、出射面１２ｂにおける輝度の分布
も均一化することができる。

【００３６】また、図３に示す導光板１２に入射する光
の入射角分布の中央値が、出射面１２ｂに対して−５度
以上＋５度以下の角度を成すようにすることが好まし
い。すなわち、図３に示す放射角αの中心線１８が出射
面１２ｂに対して−５度以上＋５度以下の角度を成すよ
うにすることが好ましい。このような構成とすることに
より、導光板１２内部における光の伝搬方向を反射面１
２ｃ側、あるいは出射面１２ｂ側に向けることができ
る。従って、導光板１２の反射面１２ｃの形状や、導光
板１２の寸法に合わせて導光板１２内部における光の伝
搬方向を最適化することができる。これにより、導光板
１２の出射面１２ｂにおける輝度の分布をより均一にす
ることができる。

【００３７】図３に示す光学手段１１は、例えば、図４
Ａ〜図４Ｃの断面図で示す導光体を用いることができ
る。まず、この光学手段１１として図４Ａに示す導光体
１１Ａを用いる場合を以下に説明する。尚、導光体１１
Ａの実際の形状は、図４Ａに示す断面構造を有する棒状
である。この導光体１１Ａは、入射面１４ａ（図示右側
面）から光源の光を導入して、この光を上記入射面１４
ａと反対側の面（図示左側面）である出射面１４ｂから
出射するようになっている。この出射面１４ｂは図４Ａ
に示すように導光体１１Ａの外側に凸な曲面となってお
り、この面を通過する光は導光体１１Ａの厚さ方向（図
示上下方向）の広がりが狭くなるように屈折される構造
となっている。尚、出射面１４ａの形状は光源１３の種
類（冷陰極管やＬＥＤや有機ＥＬ素子など）、および導
光板１２内部への放射角によって適宜最適な形状とすれ
ばよい。上記の光学手段１１を通過して導光板１２の側
端面１２ａに照射された光は、光学手段１１によってそ
の広がりを制御されているので、図３に示す導光板１２
の側端面１２ａから入射された光の放射角αも所望の角
度に制御されたものとなる。

【００３８】次に、図４Ｂに示す導光体１１Ｂを光学手
段１１として用いる場合について説明する。導光体１１
Ｂは、図４Ｂに示す断面構造を有する棒状であり、光源
１３からの光が入射される平坦な面である入射面１４ｂ
と、この入射面１４ｂと反対側に位置して導光体１１Ｂ
を伝搬する光を出射する出射面１５ｂを備える構成であ
る。出射面１５ｂは導光体１１Ｂの外側に凸なる形状を
形成する２つの斜面部１５ｂ１、１５ｂ２から構成され
ている。上記の構成の導光体１１Ｂの内部に光源１３か
ら入射面１４ｂを介して導入された光は、出射面１５ｂ
から出射されて導光板１２に導入される。出射面１５ｂ
は上記のような形状であるので、出射面１５ｂを通過す
る光は導光体１１Ｂの厚さ方向の広がりが狭くなるよう
に屈折されて出射される。このように導光体１１Ｂを用
いた場合も、光源１３から導光体１１Ｂを介して導光板
１２に導入される光の放射角αを制御することができ
る。

【００３９】また、図４Ｃに断面構造を示す導光体１１
Ｃも、上記の導光体１１Ａ、１１Ｂと同様に光学手段１
１として適用することができる。図４Ｃに示す導光体１
１Ｃは、図４Ｂに示す導光体１１Ｂと同様の棒状であ
り、図示右側面の入射面１４ｃから光源１３の光を導入
して、この光を入射面１４ｃと反対側（図示左側面）の
出射面１５ｃから導光板１２へ照射する構造となってい
る。この導光板１１Ｃの出射面１５ｃは、導光体１１Ｃ
の外側に凸である曲面を成しているが、この曲面は導光
体１１Ｃの厚さ方向に対称な形状ではなく、図４Ｃに示
すように曲面の中心が図示上方にずれた形状（すなわ
ち、導光体１１Ｃの中心から外れた側に曲面の中心をず
らした形状）に形成されている。このような構造の導光
体１１Ｃを光学手段１１として適用するならば、導光体
１１Ｃの出射面１５ｃから出射される光が広がる方向を
図示上方側とすることができる。従って、導光板１２へ
導入された光の伝搬方向は導光板１２の反射面１２ｃに
向かう方向となる。

【００４０】尚、図４Ｃには導光体１１Ｃを通過する光
の広がる方向が図示上方側となるように導光体１１Ｃの
出射面１５ｃを形成した例を示したが、導光体１１Ｃを
通過した光が図示下方側へ広がるように出射面１５ｃを
構成することもできる。この場合には、出射面１５ｃを
構成する曲面の中心を図示下方側にずらした構成とすれ
ばよい。

【００４１】（第２の実施形態）上記第１の実施形態で
は、図１に示す光学手段１１が光源１３に備えられてい
る構成としたが、この光学手段１１を導光板１２の側端
面１２ａに形成した構成とすることもできる。この様な
構成を本発明の第２の実施形態として図５Ａ、Ｂを参照
して以下に詳細に説明する。

【００４２】図５Ａ、図５Ｂは、本発明の第２の実施形
態であるフロントライトの部分断面図である。まず、図
５Ａに示すフロントライト１１０Ａについて説明する。
フロントライト１１０Ａは、導光板１１２Ａと、その側
端面１１４ａに配置された光源１１３Ａとから概略構成
されている。図５Ａに示すフロントライト１１０Ａが上
記第１の実施形態のフロントライト１０と異なる点は、
光源１１３Ａから導光板１１２Ａに入射する光の入射角
を制御するための光学手段が導光板１１２Ａの側端面１
１４ａの形状により実現されている点であり、これ以外
の構成は図１に示すフロントライト１０と同様である。

【００４３】図５Ａに示すように導光板１１２Ａの側端
面１１４ａは、導光板１１２Ａの外側に凸なる曲面を成
すように形成されている。従ってこの側端面１１４ａを
介して光源１１３Ａから導光板１１２Ａに入射する光
は、側端面１１４ａでその広がりが導光板１１２Ａの厚
さ方向に狭くなるように屈折されて導光板１１２Ａ内部
に導入される。このように導光板１１２Ａの側端面１１
４ａは、図３に示す光学手段１１と同等の機能を有する
ものであり、側端面１１４ａから導光板１１２Ａ内部へ
伝搬する光の放射角を制御して、フロントライト１１０
Ａの出射光量と輝度分布を最適化することができる。

【００４４】次に、図５Ｂに示すフロントライト１１０
Ｂについて説明する。フロントライト１１０Ｂは、導光
板１１２Ｂとその側端面１１４ｂに配置された光源１１
３Ｂとから概略構成されており、導光板１１２Ｂの側端
面１１４ｂの形状以外は、図５Ａに示すフロントライト
１１０Ａと同様の構成である。導光板１１２Ｂの側端面
１１４ｂは、図５Ｂに示すように２つの斜面部からな
り、導光板１１２Ｂの内側に凸なるくさび状となってい
る。光源１１３Ｂから導光板１１２Ｂの側端面１１４ｂ
を介して導光板１１２Ｂ内部に導入される光は、この側
端面１１４ｂを通過する際にその導光板１１２Ｂの厚さ
方向の広がりが狭くなるように屈折される。すなわち、
導光板１１２Ｂ内部への放射角が小さくなるように屈折
されて導光板１１２Ｂ内部に導入される。従って、導光
板１１２Ｂの側端面１１４ｂも、上記導光板１１２Ａの
側端面１１４ａと同様に図３に示す光学手段１１と同等
の機能を有するものであり、この側端面１１４ｂの形状
を最適化することにより、フロントライト１１０Ｂの出
射光量と輝度分布を最適化することができる。

【００４５】

【実施例】（実施例１）図１に示すフロントライト１０
と同様の構成のフロントライトを作製した。導光板はア
クリル樹脂デルペット（商品名：旭化成社製）を材料と
して射出成形を行うことにより作製し、反射面形状は、
深さ５．７μｍ、間隔１６０μｍの三角波状とした。フ
ロントライトの光源は白色ＬＥＤとした。上記光源と導
光板の間の光学手段は、アクリル樹脂デルペットを材料
として射出成形を行うことにより作製された導光体とし
た。この導光体の形状は図４Ａに示す導光体１１Ａと同
様の形状とし、出射面として外側に凸なる曲面を備える
構成とした。この導光体の出射面は、上記のフロントラ
イトにおいて光源からの導光体を介して導光板に導入さ
れる光の導光板内部への放射角が７７．５度となり、導
光板内部への入射角の分布の中央値が出射面に対して
１．２５度となるように設定した。

【００４６】上記にて作製されたフロントライトを点灯
させて導光板の出射面の輝度を測定した。尚、輝度の測
定は導光板の長手方向に出射面を９つの領域に分割して
それぞれの領域について測定を行った。その測定結果を
図６に示す。図６に示すグラフの横軸は上記の９つの領
域を光源に近い側から１番目として示す領域番号であ
り、縦軸はフロントライトの輝度を示す。上記のフロン
トライトの平均輝度は３２７．７（ｃｄ／ｍ²）であっ
た。また輝度の最大値と最小値の比は０．７５５であっ
た。

【００４７】次に、上記のフロントライトの反射面から
の漏れ光量、および出射面からの出射光のうち出射面の
法線に対して±２０度以下の角度で出射する光量（液晶
表示ユニットを出射面と対向するように配置した状態
で、液晶表示ユニットの反射膜に±２０度以下の入射角
で入射する光量：以後有効光量と称す。）を測定した。
その結果、反射面からの漏れ光は導光板に入射した光の
６．６９％であり、出射面の法線に対して±２０度以下
の角度で出射される光量は導光板に入射した光の３．３
％であった。

【００４８】（実施例２）次に、導光体を介して導光体
に導入された光の導光板内部への放射角が７５度となる
ように導光体の出射面の形状を設定した以外は、上記実
施例１と同等の構成としたフロントライトを作製した。
尚、本実施例のフロントライトは導光板内部への入射角
の分布の中央値が、出射面に対して０度となるように設
定した。このフロントライトを点灯させて、上記実施例
１と同様の測定を行った。輝度分布を測定した結果を図
７に示す。このフロントライトの平均輝度は３２２．２
（ｃｄ／ｍ²）であった。また、輝度の最大値と最小値
の比は０．７３８であった。次に、上記実施例１と同様
に反射面からの漏れ光量と、有効光量を測定した。反射
面からの漏れ光量は導光板に入射される光の６．４３％
であり、有効光量は３．４５％であった。

【００４９】（実施例３）次に、導光体を介して導光体
に導入された光の導光板内部への放射角を、それぞれ以
下の表に示す放射角となるように導光体の出射面の形状
を設定した以外は、上記実施例２と同等の構成としたフ
ロントライトを作製した。尚、本実施例のフロントライ
トは導光板内部への入射角の分布の中央値が、出射面に
対して０度となるように設定した。

【００５０】上記のフロントライトについて、上記実施
例１と同様の方法で輝度分布を測定した結果を図８〜図
１２に示す。また、それぞれの平均輝度、輝度の最大値
と最小値の比、反射面からの漏れ光量、有効光量を測定
した結果を以下の表に示す。 平均輝度（ｃｄ／ｍ²） 輝度の最小値／最大値 実施例３ ３２６．２ ０．７６７ 実施例４ ３３２．５ ０．７９３ 実施例５ ３４１．０ ０．８１８ 実施例６ ３３５．６ ０．７５３ 実施例７ ３２３．５ ０．７０１

【００５１】 反射面からの漏れ光 有効光量 実施例３ ６．８４％ ３．０８％ 実施例４ ８．７９％ ２．５７％ 実施例５ １２．８３％ １．５６％ 実施例６ １７．５７％ ０．９１％ 実施例７ ５．８９％ ３．８２％

【００５２】（比較例１、２）次に、導光体を介して導
光体に導入された光の導光板内部への放射角を、それぞ
れ以下の表に示す放射角となるように導光体の出射面の
形状を設定した以外は、上記実施例２と同等の構成とし
たフロントライトを作製した。尚、本実施例のフロント
ライトは導光板内部への入射角の分布の中央値が、出射
面に対して０度となるように設定した。

【００５３】上記のフロントライトについて、上記実施
例１と同様の方法で輝度分布を測定した結果を図１３お
よび図１４に示す。また、それぞれの平均輝度、輝度の
最大値と最小値の比、反射面からの漏れ光量、有効光量
を測定した結果を以下の表に示す。 平均輝度（ｃｄ／ｍ²） 輝度の最小値／最大値 比較例１ ３１４．６ ０．６０５ 比較例２ ３２３．３ ０．６３３

【００５４】 反射面からの漏れ光 有効光量 比較例１ ３．９８％ ５．２５％ 比較例２ ４．８４％ ４．６９％

【００５５】上記の実施例１〜７、および比較例１、２
のフロントライトの輝度の最大値と最小値の比を比較す
るために１つのグラフ上にまとめたものを図１５に示
す。図に示すグラフにおいて横軸は放射角を示し、縦軸
は輝度の最大値と最小値の比を示す。実施例１〜７のい
ずれのフロントライトも０．７以上の値を示しており、
実施例１および実施例３〜６のものについては０．７５
以上を示している。フロントライトの輝度の分布は、輝
度の最大値と最小値の比において０．７以上であること
が好ましく、０．７５以上であることがより好ましいの
で、実施例のフロントライトは出射面からの輝度の分布
に優れたものであることが確認された。

【００５６】次に、以上の実施例１〜７、比較例１、２
における反射面からの漏れ光量と、有効光量を比較する
ために１つのグラフとしてまとめたものを図１６に示
す。図１６に示すグラフの横軸は放射角を示し、縦軸は
導光板への入射光量に対する漏れ光量、あるいは有効光
量の割合を示す。このグラフに示されているように、放
射角を狭くするほど反射面からの漏れ光量が減少し、出
射面からの有効光量が増加する傾向となっている。ただ
し、放射角が６０度（比較例１）、６５度（比較例２）
のフロントライトは有効光量は大きいものの、上記のよ
うに出射面における輝度の最大値と最小値の比がそれぞ
れ０．６０５、０．６３３と劣るものであった。

【００５７】以上の結果から、本発明によるフロントラ
イトは、輝度分布が均一であり、かつ有効光量が大きい
ことが確認された。また、このフロントライトを備える
液晶表示装置を構成するならば、表示が明るく、かつ輝
度が均一な液晶表示装置が得られる。

【００５８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
面発光装置は、光源と、該光源の光を側端面から入射し
て該光を出射面から出射する導光板とを備え、前記導光
板の出射面と反対側の面は、前記導光板の内部を伝搬す
る光を反射させるための反射面とされており、前記光源
の光が導光板内部へ入射する角度の範囲である放射角を
制御するための光学手段が、前記導光板の側端面または
前記光源に設けられている構成としたので、面発光装置
の輝度を大きくすることができるとともに、その出射面
における輝度の分布も均一にすることができる。

【００５９】次に、前記放射角を、前記導光板の厚さ方
向に７０度以上１８０度以下の範囲とするならば、輝度
分布を均一にすることが可能であり、前記放射角を前記
導光板の厚さ方向に７６度以上１８０度以下とするなら
ば、輝度分布をより均一化することができる。

【００６０】特に、前記放射角を前記導光板の厚さ方向
に７０度以上１２０度以下とするならば、輝度分布を均
一にすることができる効果に加えて、この面発光装置を
液晶表示ユニットの前面に配して液晶表示装置を構成し
た際の表示の輝度を向上させることができる。

【００６１】次に、前記放射角の中央値を前記導光板の
出射面に対して−５度以上５度以下の範囲の角度とする
ならば、導光板の反射面あるいは出射面に対して入射す
る光量を、光源や導光板の特性に合わせて最適化するこ
とができるので、より輝度分布を均一にすることができ
る。

【００６２】次に、本発明の液晶表示装置は、本発明の
面発光装置を備えているので、表示の輝度が高く、また
表示領域における輝度の分布が均一であるため、視認性
が高く、高品位の表示が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明の第１の実施形態である液晶
表示装置の断面図である。

【図２】 図２は、図１に示す反射層の一部を示す斜視
図である。

【図３】 図３は、図１に示すフロントライトの部分断
面図である。

【図４】 図４Ａ〜図４Ｃは、光学手段の構成例を示す
断面図である。

【図５】 図５Ａ、図５Ｂは、本発明に係る導光板の側
端面の構成例を示す、フロントライトの部分断面図であ
る。

【図６】 図６は、本発明の実施例１の輝度分布の測定
結果。

【図７】 図７は、本発明の実施例２の輝度分布の測定
結果。

【図８】 図８は、本発明の実施例３の輝度分布の測定
結果。

【図９】 図９は、本発明の実施例４の輝度分布の測定
結果。

【図１０】 図１０は、本発明の実施例５の輝度分布の
測定結果。

【図１１】 図１１は、本発明の実施例６の輝度分布の
測定結果。

【図１２】 図１２は、本発明の実施例７の輝度分布の
測定結果。

【図１３】 図１３は、本発明の比較例１の輝度分布の
測定結果。

【図１４】 図１４は、本発明の比較例２の輝度分布の
測定結果。

【図１５】 図１５は、本発明の実施例１〜７および比
較例１、２の輝度分布をまとめて示すグラフ。

【図１６】 図１６は、本発明の実施例１〜７および比
較例１、２の漏れ光量と有効光量の測定結果をまとめて
示すグラフ。

【図１７】 図１７は、従来のフロントライトを備える
液晶表示装置の一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 液晶表示装置 １０ フロントライト（面発光装置） １１ 光学手段 １２ 導光板 １２ａ 側端面 １２ｂ 出射面 １２ｃ 反射面 １３ 光源 １６、１７ 斜面部 ２０ 液晶表示ユニット

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、該光源の光を側端面から入射し
   て該光を出射面から出射する導光板とを備え、前記導光
   板の出射面と反対側の面は、前記導光板の内部を伝搬す
   る光を反射させるための反射面とされており、 光源の光が導光板内部へ入射する角度の範囲である放射
   角を制御するための光学手段が、前記導光板の側端面ま
   たは前記光源に設けられていることを特徴とする面発光
   装置。
2. 【請求項２】 前記放射角が、前記導光板の厚さ方向に
   ７０度以上１８０度以下の範囲であることを特徴とする
   請求項１に記載の面発光装置。
3. 【請求項３】 前記放射角が、前記導光板の厚さ方向に
   ７６度以上１８０度以下であることを特徴とする請求項
   ２に記載の面発光装置。
4. 【請求項４】 前記放射角が、前記導光板の厚さ方向に
   ７６度以上１２０度以下であることを特徴とする請求項
   ３に記載の面発光装置。
5. 【請求項５】 前記導光板内部へ入射する光の入射角分
   布の中央値が、前記導光板の出射面に対して−５度以上
   ５度以下の範囲の角度であることを特徴とする請求項１
   〜３のいずれか１項に記載の面発光装置。
6. 【請求項６】 前記光学手段が、前記光源の導光板の側
   端面と対向する側に設けられた導光体であることを特徴
   とする請求項１に記載の面発光装置。
7. 【請求項７】 前記光学手段が、前記導光板の側端面に
   設けられていることを特徴とする請求項１に記載の面発
   光装置。
8. 【請求項８】 前記導光板の反射面に、前記導光板内部
   を伝搬する光を反射させるための斜面部が設けられてい
   ることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載
   の面発光装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか１項に記載の面
   発光装置を備えたことを特徴とする液晶表示装置。