JP2004029627A

JP2004029627A - 照明パネルおよびそれを用いた表示装置

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Publication number: JP2004029627A
Application number: JP2002189275A
Authority: JP
Inventors: Masaru Higuchi; 樋口　勝
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP3969214B2

Abstract

【課題】液晶表示パネルの裏面側に配置されるバックライトとしての照明パネルの光利用効率を良くし、輝度を高める。
【解決手段】光源３７から出て導光板３２の入射面３４に入射された光は、特殊な形状の光学面３５で反射される。この反射光の一部は、出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射され、そのまま、光学シート４１の平面４３ａ、４３ｃの部分を透過して、光学シート４１の平面４２からそのほぼ垂直な方向に出射される。光学面３５で反射された反射光の残部のほとんどすべては、出射面３３から、その入射面３４に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射され、光学シート４１の傾斜面４３ｂに入射されて傾斜面４３ｄで反射され、光学シート４１の平面４２からそのほぼ垂直な方向に出射される。従って、導光板３２の入射面３４に入射された光のほとんどすべては、最終的には、光学シート４１の平面４２からそのほぼ垂直な方向に出射される。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は照明パネルおよびそれを用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、液晶表示装置は、液晶表示パネル自体が自己発光能力を有していないため、液晶表示パネルの裏面側にバックライトとして照明パネルが配置されている。図２１は従来のこのような液晶表示装置の一例の一部の側面図を示したものである。この液晶表示装置は、液晶表示パネル１と、その観察する側の表面とは反対側の裏面に配置された照明パネル１１とを備えている。
【０００３】
液晶表示パネル１は、表面側ガラス基板２と裏面側ガラス基板３とがほぼ方形枠状のシール材（図示せず）を介して貼り合わされ、両ガラス基板２、３とシール材とにより囲まれた空間に液晶（図示せず）が封入され、表面側ガラス基板２の表面に表面側偏光板４が貼り付けられ、裏面側ガラス基板３の裏面に裏面側偏光板５が貼り付けられた構造となっている。
【０００４】
照明パネル１１は、液晶表示パネル１の裏面側に設けられた導光板１２を備えている。導光板１２は、平面方形状であって、液晶表示パネル１と対向する表面を光が出射する出射面１３とされ、所定の一端面（図２１では左端面）を光が入射する入射面１４とされ、出射面１３に対して裏側の裏面を入射面１４側からその反対側に向かうに従って導光板１２の厚さが漸次薄くなるように傾斜された傾斜面１５とされた構造となっている。
【０００５】
導光板１２の傾斜面１５には反射板１６が貼り付られている。導光板１２の入射面１４と対向する位置には冷陰極管（光源）１７が設けられている。冷陰極管１７を覆う反射シート１８の一端部は導光板１２の入射面１４側の表面に貼り付けられ、他端部は反射板１６の入射面１４側の裏面に貼り付けられている。
【０００６】
そして、冷陰極管１７から出た光および反射シート１８によって反射された光は、導光板１２の入射面１４に入射される。この入射光は、導光板１２内を入射面１４側からその反対側に向かって進行し（導光され）、反射板１６によって反射され、導光板１２の出射面１３から出射されて液晶表示パネル１の裏面に入射され、液晶表示パネル１をその裏面側から照射する。すると、液晶表示パネル１の表面から液晶表示パネル１の表示駆動に応じた画像光が出射される。
【０００７】
ところで、上記従来の液晶表示装置では、導光板１２の出射面１３から発せられる光量を均一化して、液晶表示パネル１の表面から発せられる輝度分布を均一化することができるようになっている。次に、これに説明する。導光板１２の傾斜面１５には、黒色のインクによる多数の点状の調光パターンが、その点状の黒色パターン密度が入射面１４から遠離るに従って漸次小さくなるように、換言すれば、入射面１４からの距離に比例して入射光の吸収率が低下するように設けられている。
【０００８】
すなわち、冷陰極管１７の近傍では、導光板１２の反射板１６で反射され、出射面１３から液晶表示パネル１に向けて出射する光の強度が高いので、反射板１６で反射される光の吸収率を大きくするため導光板１２の傾斜面１５に形成する黒色パターン密度を大きくするが、冷陰極管１７から遠離るに従って反射板１６で反射される光の強度は低下するので、その吸収率が漸次小さくなるように導光板１２の傾斜面１５に形成する黒色パターン密度を漸次小さくし、これにより、導光板１２の出射面１３から出射される光の強度をその全面に亘り均一になるようにするのである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の液晶表示装置では、導光板１２の傾斜面１５に黒色のインクによる多数の点状の調光パターンを設けているため、この調光パターンに光が吸収され、光利用効率が悪く、輝度が低下するという問題があった。
そこで、この発明は、光利用効率を良くすることができる照明パネルおよびそれを用いた表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明に係る照明パネルは、一端面を光が入射する入射面とされ、表面を前記入射面に入射されて導かれた光を出射する出射面とされた導光板と、該導光板の入射面に対向して配置された光源と、前記導光板の出射面側に配置された光学シートとを備え、前記光学シートは、前記導光板の出射面からそのほぼ垂直な方向に出射された光をそのまま透過させ、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を前記光学シートの表面から前記導光板の出射面に対してほぼ垂直な方向に出射される光に変換するようになっていることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１に記載の発明において、前記光学シートの表面は前記導光板の出射面と平行な平面であり、前記光学シートの裏面は、前記導光板の出射面と平行な平面と、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を前記光学シートの表面から垂直方向に出射されるように反射する傾斜面とを有する光学要素が多数連続して設けられた光学面となっていることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明に係る照明パネルは、請求項２に記載の発明において、前記光学シートの各傾斜面は反射光を集光するために曲面となっていることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１に記載の発明において、前記光学シートの表面は前記導光板の出射面と平行な平面であり、前記光学シートの裏面は、前記導光板の出射面と平行な平面と、前記導光板の出射面と平行な面に対する傾斜角度が３０〜５０°程度の第１の傾斜面と、前記導光板の出射面と平行な面に対する傾斜角度が０〜２０°程度の第２の傾斜面とを有する光学要素が多数連続して設けられた光学面となっていることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明に係る照明パネルは、請求項４に記載の発明において、前記光学シートの各第１の傾斜面は反射光を集光するために曲面となっていることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１に記載の発明において、前記光学シートの表面側または前記導光板と前記光学シートとの間に、前記導光板の出射面からその入射面と平行な方向に出射された光を集光する集光シートが配置されていることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明に係る照明パネルは、請求項６に記載の発明において、前記集光シートは、前記導光板の入射面に対して垂直な方向に延びる凸レンズ条部が多数並列されたものからなることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１に記載の発明において、前記導光板の表面に、該導光板の出射面からその入射面と平行な方向に出射された光を集光する集光部が一体に形成されていることを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明に係る照明パネルは、請求項８に記載の発明において、前記集光部は、前記導光板の入射面に対して垂直な方向に延びる凸レンズ条部が多数並列されたものからなることを特徴とするものである。
請求項１０に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１に記載の発明において、前記光学シートは、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射される光を該出射面に対しほぼ垂直な方向に変換する機能と、前記導光板の入射面と平行な面内において、前記導光板の出射面から斜め方向に出射される光を、入射面と平行な方向に変換する機能とを有することを特徴とするものである。
請求項１１に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１に記載の発明において、前記導光板の裏面は、前記入射面に入射されて導かれた光の一部を前記入射面側とは反対側に向けて前記出射面と平行な面に沿うような低角度で反射する曲面と、該曲面で反射された光を前記出射面側に向けて反射する傾斜面とを有する光学要素が多数連続して設けられた光学面となっていることを特徴とするものである。
請求項１２に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１に記載の発明において、前記導光板は、前記入射面から入射された光を前記出射面側に向けて反射する傾斜面を含む多数の光学要素からなる光学面を有し、該導光板の各傾斜面はその長手方向に波形形状となっていることを特徴とするものである。
請求項１３に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１２に記載の発明において、前記導光板の各光学要素は、さらに、前記入射面に入射された光の一部を前記入射面側とは反対側に向けて前記出射面と平行な面に対して該平行面に沿うような低角度で反射する曲面を含むことを特徴とするものである。
請求項１４に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１１または１３に記載の発明において、前記導光板の各曲面は前記出射面側と反対方向に向けて漸次下降する曲面であることを特徴とするものである。
請求項１５に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１４に記載の発明において、前記導光板の各曲面は断面円弧状であることを特徴とするものである。
請求項１６に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１１または１３に記載の発明において、前記導光板の各光学要素は、前記曲面と前記傾斜面との間に平面が設けられていることを特徴とするものである。
請求項１７に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１６に記載の発明において、前記導光板の傾斜面の高さは前記入射面側に位置するものよりもその反対側に位置するものの方が大きくなっていることを特徴とするものである。
請求項１８に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１７に記載の発明において、前記導光板の傾斜面の高さは前記入射面側からその反対側に向かうに従って漸次大きくなっていることを特徴とするものである。
請求項１９に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１８に記載の発明において、前記導光板の入射面側からｎ番目の光学要素の傾斜面の平面に対する高さはａｎ（ｎ＋１）／２（ただし、ａは任意の数）であることを特徴とするものである。
請求項２０に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１１または１２に記載の発明において、前記導光板の厚さは、前記入射面側からその反対側に向かうに従って漸次厚くなった後に漸次薄くなっていることを特徴とするものである。
請求項２１に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１１または１２に記載の発明において、前記導光板の各傾斜面の前記出射面と平行な面に対する傾斜角度は４０〜５０°程度であることを特徴とするものである。
請求項２２に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１１または１２に記載の発明において、前記導光板の各傾斜面の前記出射面と平行な面に対する傾斜角度は４０〜５０°程度の範囲内において前記入射面側からその反対側に向かうに従って漸次大きくなっていることを特徴とするものである。
請求項２３に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１１または１２に記載の発明において、前記導光板の各光学要素の長さは同じであることを特徴とするものである。
請求項２４に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１１または１２に記載の発明において、前記導光板の各光学要素の長さは少なくともその一部が異なっていることを特徴とするものである。
請求項２５に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１１または１２に記載の発明において、前記導光板の各光学要素の長さは２０〜５００μｍ程度であることを特徴とするものである。
請求項２６に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１１または１３に記載の発明において、前記導光板の各曲面の曲率半径は０．１〜２．０ｍｍ程度であることを特徴とするものである。
請求項２７に記載の発明に係る照明パネルは、請求項１１または１２に記載の発明において、前記導光板の裏面に反射層が設けられていることを特徴とするものである。
請求項２８に記載の発明に係る照明パネルは、請求項２７に記載の発明において、前記反射層は前記導光板の裏面に設けられた金属膜からなることを特徴とするものである。
請求項２９に記載の発明に係る表示装置は、表示パネルの裏面側に照明パネルが配置された表示装置において、前記照明パネルは、一端面を光が入射する入射面とされ、表面を前記入射面に入射されて導かれた光を出射する出射面とされた導光板と、該導光板の入射面に対向して配置された光源と、前記導光板の出射面側に配置された光学シートとを備え、前記光学シートは、前記導光板の出射面からそのほぼ垂直な方向に出射された光をそのまま透過させ、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を前記光学シートの表面から前記導光板の出射面に対してほぼ垂直な方向に出射される光に変換するようになっていることを特徴とするものである。
請求項３０に記載の発明に係る表示装置は、請求項２９に記載の発明において、前記導光板の裏面に反射層が設けられていることを特徴とするものである。
請求項３１に記載の発明に係る表示装置は、請求項３０に記載の発明において、前記反射層は前記導光板の裏面に設けられた金属膜からなることを特徴とするものである。
請求項３２に記載の発明に係る表示装置は、表示パネルの表面側に照明パネルが配置され、前記表示パネル内またはその裏面側に反射手段が設けられた液晶表示装置において、前記照明パネルは、一端面を光が入射する入射面とされ、裏面を前記入射面に入射されて導かれた光を出射する出射面とされた導光板と、該導光板の入射面に対向して配置された光源と、前記導光板の出射面側に配置された光学シートとを備え、前記光学シートは、前記導光板の出射面からそのほぼ垂直な方向に出射された光をそのまま透過させ、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を前記光学シートの表面から前記導光板の出射面に対してほぼ垂直な方向に出射される光に変換するようになっていることを特徴とするものである。
請求項３３に記載の発明に係る表示装置は、請求項２９〜３２のいずれかに記載の発明において、前記光学シートの表面は前記導光板の出射面と平行な平面であり、前記光学シートの裏面は、前記導光板の出射面と平行な平面と、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を前記光学シートの表面から垂直方向に出射されるように反射する傾斜面とを有する光学要素が多数連続して設けられた光学面となっていることを特徴とするものである。
請求項３４に記載の発明に係る表示装置は、請求項３３に記載の発明において、前記光学シートの各傾斜面は反射光を集光するために曲面となっていることを特徴とするものである。
請求項３５に記載の発明に係る表示装置は、請求項２９〜３２のいずれかに記載の発明において、前記光学シートの表面側または前記導光板と前記光学シートとの間に、前記導光板の出射面からその入射面と平行な方向に出射された光を集光する集光シートが配置されていることを特徴とするものである。
請求項３６に記載の発明に係る表示装置は、請求項３５に記載の発明において、前記集光シートは、前記導光板の入射面に対して垂直な方向に延びる凸レンズ条部が多数並列されたものからなることを特徴とするものである。
請求項３７に記載の発明に係る表示装置は、請求項２９〜３２のいずれかに記載の発明において、前記光学シートは、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射される光を該出射面に対しほぼ垂直な方向に変換する機能と、前記導光板の入射面と平行な面内において、前記導光板の出射面から斜め方向に出射される光を、入射面と平行な方向に変換する機能とを有することを特徴とするものである。
請求項３８に記載の発明に係る表示装置は、請求項２９〜３２のいずれかに記載の発明において、前記導光板の前記表示パネルに対向する表面は、前記入射面に入射されて導かれた光の一部を前記入射面側とは反対側に向けて前記出射面と平行な面に沿うような低角度で反射する曲面と、該曲面で反射された光を前記出射面側に向けて反射する傾斜面とを有する光学要素が多数連続して設けられた光学面となっていることを特徴とするものである。
請求項３９に記載の発明に係る表示装置は、表示パネルの裏面側に照明パネルが配置された表示装置において、前記照明パネルは、入射面と、出射面と、前記入射面から入射された光を前記出射面側に向けて反射する傾斜面を含む複数の光学要素からなる光学面を有する導光板と、該導光板の入射面に対向して配置された光源と、前記導光板の出射面側に配置された光学シートとを備え、前記導光板の各傾斜面はその長手方向に波形形状となっており、前記光学シートは、前記導光板の出射面からそのほぼ垂直な方向に出射された光をそのまま透過させ、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を前記光学シートの表面から前記導光板の出射面に対してほぼ垂直な方向に出射される光に変換するようになっていることを特徴とするものである。
請求項４０に記載の発明に係る表示装置は、請求項３９に記載の発明において、前記導光板の裏面に反射層が設けられていることを特徴とするものである。
請求項４１に記載の発明に係る表示装置は、請求項４０に記載の発明において、前記反射層は前記導光板の裏面に設けられた金属膜からなることを特徴とするものである。
請求項４２に記載の発明に係る表示装置は、表示パネルの表面側に照明パネルが配置され、前記表示パネル内またはその裏面側に反射手段が設けられた液晶表示装置において、前記照明パネルは、入射面と、出射面と、前記入射面から入射された光を前記出射面側に向けて反射する傾斜面を含む複数の光学要素からなる光学面を有する導光板と、該導光板の入射面に対向して配置された光源と、前記導光板の出射面側に配置された光学シートとを備え、前記導光板の各傾斜面はその長手方向に波形形状となっており、前記光学シートは、前記導光板の出射面からそのほぼ垂直な方向に出射された光をそのまま透過させ、前記導光板の出射面から、そのに対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を前記光学シートの表面から前記導光板の出射面に対してほぼ垂直な方向に出射される光に変換するようになっていることを特徴とするものである。
請求項４３に記載の発明に係る表示装置は、請求項３９〜４２のいずれかに記載の発明において、前記光学シートの表面は前記導光板の出射面と平行な平面であり、前記光学シートの裏面は、前記導光板の出射面と平行な平面と、前記導光板の出射面からその入射面側からその反対側に向かって斜め方向に出射された光を前記光学シートの表面から垂直方向に出射されるように反射する傾斜面とを有する光学要素が多数連続して設けられた光学面となっていることを特徴とするものである。
請求項４４に記載の発明に係る表示装置は、請求項４３に記載の発明において、前記光学シートの各傾斜面は反射光を集光するために曲面となっていることを特徴とするものである。
請求項４５に記載の発明に係る表示装置は、請求項３９〜４２のいずれかに記載の発明において、前記光学シートの表面側または前記導光板と前記光学シートとの間に、前記導光板の出射面からその入射面と平行な方向に出射された光を集光する集光シートが配置されていることを特徴とするものである。
請求項４６に記載の発明に係る表示装置は、請求項４５に記載の発明において、前記集光シートは、前記導光板の入射面に対して垂直な方向に延びる凸レンズ条部が多数並列されたものからなることを特徴とするものである。
請求項４７に記載の発明に係る表示装置は、請求項３９〜４２のいずれかに記載の発明において、前記光学シートは、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射される光を該出射面に対しほぼ垂直な方向に変換する機能と、前記導光板の入射面と平行な面内において、前記導光板の出射面から斜め方向に出射される光を、入射面と平行な方向に変換する機能とを有することを特徴とするものである。
請求項４８に記載の発明に係る表示装置は、請求項３９〜４７のいずれかに記載の発明において、前記光源は点光源であることを特徴とするものである。
請求項４９に記載の発明に係る表示装置は、請求項４８に記載の発明において、前記点光源は複数であることを特徴とするものである。
請求項５０に記載の発明に係る表示装置は、請求項４９に記載の発明において、前記点光源は赤色発光、緑色発光および青色発光の３つの点光源からなることを特徴とするものである。
請求項５１に記載の発明に係る表示装置は、請求項５０に記載の発明において、前記表示パネルの駆動に同期して赤色発光、緑色発光および青色発光を順次行うフィールドシーケンシャル駆動制御手段を有することを特徴とするものである。
そして、この発明によれば、導光板の出射面側に配置された光学シートとして、導光板の出射面からそのほぼ垂直な方向に出射された光をそのまま透過させ、導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を光学シートの表面から導光板の出射面に対してほぼ垂直な方向に出射される光に変換するようになっているものを用いることにより、導光板の入射面に入射された光のほとんどすべてを光学シートの表面から導光板の出射面に対してほぼ垂直な方向に出射させることができ、従って光利用効率を良くすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１実施形態としての液晶表示装置の要部の側面図を示したものである。この液晶表示装置は、液晶表示パネル２１と、その観察する側の表面とは反対側の裏面に配置された照明パネル３１とを備えている。
【００１２】
液晶表示パネル２１は、表面側ガラス基板２２と裏面側ガラス基板２３とがほぼ方形枠状のシール材（図示せず）を介して貼り合わされ、両ガラス基板２２、２３とシール材とにより囲まれた空間に液晶（図示せず）が封入され、表面側ガラス基板２２の表面に表面側偏光板２４が貼り付けられ、裏面側ガラス基板２３の裏面に裏面側偏光板２５が貼り付けられた構造となっている。
【００１３】
液晶表示パネル２１は、アクティブマトリクス型、単純マトリクス型、セグメント型等のいずれであってもよく、また、その表示方式も、ＴＮ（ツィステッドネマティック）方式、ＳＴＮ（スーパーツィステッドネマティック）方式、ＥＣＢ（複屈折効果）方式、動的散乱効果方式、強誘電性液晶を用いる方式等の光の透過率を制御する方式であればいずれであってもよい。
【００１４】
照明パネル３１は、液晶表示パネル２１の裏面側に配置された導光板３２、導光板３２と液晶表示パネル２１との間に配置された光学シート４１等を備えている。
【００１５】
導光板３２は、平面方形状であって、液晶表示パネル２１と対向する表面を光が出射する出射面３３とされ、所定の一端面（図１では左端面）を光が入射する入射面３４とされ、出射面３３とは反対側の裏面を光学面３５とされている。光学面３５は、図１に示すように、全体的には、出射面３３とは反対側の裏面を基本的には入射面３４側からその反対側に向かうに従って導光板３２の厚さが漸次厚くなった後に漸次薄くなるように湾曲された、所謂、船底型のプロファイルを有するものであるが、この光学面３５の具体的な形状については後で説明する。
【００１６】
導光板３２の光学面３５には反射層３６が形成されている。導光板３２の入射面３４と対向する位置には冷陰極管（光源）３７が設けられている。冷陰極管３７を覆う反射シート３８の一端部は導光板３２の入射面３４側の表面に貼り付けられ、他端部は反射層３６の入射面３４側の裏面に貼り付けられている。
【００１７】
光学シート４１は、平面方形状であって、液晶表示パネル２１と対向する表面を平面４２とされ、平面４２とは反対側の裏面を光学面４３とされている。光学面４３は、一定のピッチで形成された断面ほぼ台形形状の溝の両傾斜面４３ｂ、４３ｄおよび上辺の平面４３ａと両溝間の平面４３ｃとからなっている。すなわち、光学面４３は、導光板３２の入射面３４側（図１では左側）からその反対側に向かって平面４３ａ、傾斜面４３ｂ、平面４３ｃおよび傾斜面４３ｄの順で連続して設けられた１組の光学要素が多数連続して設けられた面となっている。この光学面４３の形状は、図１の紙面に対して垂直方向において全て同一である、換言すれば、断面ほぼ台形形状の溝は、全て、光学シート４１の幅方向の両側面に対して垂直に、その幅全体に亘り延出されている。
【００１８】
平面４２、４３ａ、４３ｃは、導光板３２の出射面３３と平行な面となっている。傾斜面４３ｂの平面４２（導光板３２の出射面３３と平行な面）に対する傾斜角度は同一であり、平面４２に対してほぼ垂直な面またはそれに近い傾斜面となっている。傾斜面４３ｄの平面４２に対する傾斜角度は同一であり、３０〜５０°程度の範囲内の適切な角度に設定されている。
【００１９】
平面４３ａ、傾斜面４３ｂ、平面４３ｃおよび傾斜面４３ｄからなる１組の光学要素の長さは、液晶表示パネル２１の画素ピッチとほぼ同じか、あるいは同画素ピッチの整数分の１となっている。以上のような構造の光学シート４１は、アクリル樹脂等の光透過性の高い透明な樹脂を材料とした射出（圧縮）成形により製造することができる。
【００２０】
次に、導光板３２の光学面３５について、図２を参照して説明する。光学面３５は、入射面３４側（図２では左側）からその反対側に向かって曲面３５ａ、平面３５ｂおよび傾斜面３５ｃの順で連続して設けられた１組の光学要素が多数連続して設けられた面となっている。
【００２１】
曲面３５ａ、平面３５ｂおよび傾斜面３５ｃからなる１組の光学要素の長さは２０〜５００μｍ程度とされ、入射面３４から遠ざかるにつれて漸次大きくすると透過効率が良好となるが、生産性の面から、同一の寸法に設定しても実用上はほとんど問題はない。
【００２２】
平面３５ｂは出射面３３と平行な面となっている。傾斜面３５ｃの平面３５ｂに対する傾斜角度は同一であり、４０〜５０°程度の範囲内の適切な角度に設定されている。傾斜面３５ｃの平面３５ｂに対する高さＨは、入射面３４から遠離るに従って漸次大きくなっている。傾斜面３５ｃの高さＨは、典型的には、最大で２０〜５０μｍ程度であるが、導光板３２の平面サイズにより適切な値に設定されるもので、この値に限定されるものではない。
【００２３】
曲面３５ａの長さは同じである。平面３５ｂの長さは、入射面３４から遠離るに従って漸次短くなっている。すなわち、入射面３４からの距離に比例して傾斜面３５ｃの高さＨが増大し、且つ、平面３５ｂの長さは、入射面３４からの距離に比例して短くなっている。このため、傾斜面３５ｃで反射され出射面３３に向かう光量は、入射面３４からの距離に比例して指数関数的に増大する。
【００２４】
各光学要素は、導光板３２の入射面３４側から、曲面３５ａ、平面３５ｂおよび傾斜面３５ｃの順で配列され、その曲面３５ａは、その入射面３４側（図２の左側）の隣の光学要素の傾斜面３５ｃに連続して設けられている。曲面３５ａは、限定する意味ではないが、典型的には、その断面が円弧状とされ、その曲率半径は、例えば、０．１〜２．０ｍｍ程度となっている。このように、曲面３５ａは、図２において右下がりとなっている。
【００２５】
ここで、一例として、入射面３４側からｎ番目の、傾斜面３５ｃの平面３５ｂに対する高さＨは、ａｎ（ｎ＋１）／２（ただし、ａは任意の数、ｎは自然数で入射面３４側の最初の傾斜面３５ｃは１である。）となっている。このように、傾斜面３５ｃの平面３５ｂに対する高さＨを入射面３４から遠離るに従って漸次高くすることにより、出射面３３における明るさの均一性を図ることが可能となっており、さらに、上述の如く、光学面３５を、図１に示すように、入射面３４側からその反対側に向かうに従って導光板３２の厚さが漸次厚くなった後に漸次薄くなるように湾曲された、船底型となしているのも出射面３３における明るさの均一性をより向上するためである。
【００２６】
また、図１において、入射面３４の出射面３３に対する角度は、通常、９０°とすればよい。しかしながら、光取込み効率をより良好なものとするためにこの角度を９０゜よりもやや小さくしてもよい。すなわち、入射面３４から導光板３２に入射された光が直進して入射面３４と反対側の光学面３５の傾斜面３５ｃにて直接反射されるようにすると、その領域のみが明るくなり、他の領域が暗くなるので、入射光が、出射面３３および光学面３５の曲面３５ａと平面３５ｂで反射を繰り返しながら進行するよう、入射面３４を出射面３３に対して、多少、角度をもたせると光取込み効率が向上する。通常、この角度は、８０゜以上９０゜未満とされるが、逆に、１００゜以下９０゜未満としてもよく、要は、冷陰極管３７から導光板３２に入射された光が導光板３２の傾斜面３５ｃで直接反射される確率が低減されるようにすればよい。
【００２７】
以上のような構造の導光板３２は、アクリル樹脂等の光透過性の高い透明な樹脂を材料とした射出（圧縮）成形により製造することができる。また、図１に示す反射層３６は、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ等からなる金属箔を導光板３２の光学面３５にその基本的な側面形状に沿う形状に湾曲させて貼り付けてもよいが、スパッタや蒸着等により導光板３２の光学面３５にＡｌ、Ａｇ、Ｃｒ等を成膜した金属膜によって形成するようにしてもよい。
【００２８】
ここで、この実施形態の液晶表示装置は透過兼反射型であるので、まず、透過型として使用する場合における導光板３２の作用について、図３を参照して説明する。ただし、図３では、導光板３２の厚さは適当としており、また図１に示す反射層３６は省略している。
【００２９】
この実施形態の液晶表示装置を透過型として使用する場合には、図３において代表として矢印Ａ、Ｂ、Ｃで示すように、図１に示す入射面３４に入射された光が導光板３２内を進行する。このうちの矢印Ａで示す光は、傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３にほぼ垂直な方向に角度変換され、出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射される。
【００３０】
矢印Ｂで示す光は、出射面３３で反射され、曲面３５ａに入射される。この場合、曲面３５ａは出射面３３と平行ではなく、図３において右下がりとなっているので、曲面３５ａに入射された光は、入射方向よりも浅い角度となるように反射され、同一組の平面３５ｂと平行な方向に近づいて進行する。このため、矢印Ｂで示す光は、反射された曲面３５ａと同一組の傾斜面３５ｃに入射される。
【００３１】
このように、各光学要素に入射面３４と反対側に向かって下降する曲面３５ａを設けているのは、各光学要素の曲面３５ａで反射された矢印Ｂの光の進行方向を同一組の平面３５ｂと平行な方向に近づけて同一組の傾斜面３５ｃに確実に入射させるためである。そして、傾斜面３５ｃに入射された光は、当該傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３にほぼ垂直な方向に角度変換され、出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射される。
【００３２】
矢印Ｃで示す光は、平面３５ｂでの反射と出射面３３での反射の繰り返しにより、導光板３２内を入射面３４側とは反対側につまり図３において右方向に進行する。そして、この進行する光は、最終的には、矢印Ａで示す光の場合と同様に、傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射されるか、あるいは、矢印Ｂで示す光の場合と同様に、曲面３５ａで反射された後に同一組の傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射される。
【００３３】
このように、矢印Ａ、Ｂ、Ｃで示す光は、最終的には、いずれかの傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射される。この場合、各光学要素の傾斜面３５ｃの平面３５ｂに対する高さＨは、図１に示す入射面３４側からその反対側に向かうに従って漸次高くなっている。従って、傾斜面３５ｃの面積は、入射面３４側からその反対側に向かうに従って漸次大きくなっている。これにより、入射面３４から遠ざかるにつれて光量が減少しても、傾斜面３５ｃの面積が大きくなることにより、出射面３３から発せられる光量が均一化される。
【００３４】
ところで、矢印Ａ、Ｂ、Ｃで示す光のように、最終的には、いずれかの傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射される光は、図１に示す入射面３４に入射された光のほとんどすべてではなく、その一部である。すなわち、曲面３５ａや平面３５ｂで反射された光の一部がそのまま出射面３３から出射される。
【００３５】
このため、図４において一点鎖線で示すように、導光板３２の出射面３３および入射面３４に対して共に垂直な仮想面Ｄにおいては、傾斜面３５ｃで反射された光は、実線の矢印で示すように、出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射されるが、曲面３５ａや平面３５ｂで反射された光の一部が、点線の矢印で示すように、導光板３２の出射面３３から、その入射面３４に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射される。
【００３６】
従って、入射面３４に入射された光のほとんどすべてを出射面３３から出射させることができ、光利用効率を良くすることができ、また、傾斜面３５ｃの面積の相違により、傾斜面３５ｃで反射されて出射面３３から発せられる光量を均一化することができる。しかし、図４において点線の矢印で示すように、導光板３２の出射面３３から、その入射面３４に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射される光があり、この光を集光するようにすれば、液晶表示パネル２１の正面でのピーク輝度が更に大きくなり、光利用効率を、一層、向上することが可能となる。
【００３７】
光学シート４１は、導光板３２の出射面３３から、その入射面３４に対して遠離る側の斜め方向に向かって出射される光を液晶表示パネル２１の正面側に集光する機能を有するものであり、次に、この光学シート４１の作用について、図５を参照して説明する。図５において代表として矢印Ｅ、Ｆ、Ｇで示すように、図１に示す導光板３２の出射面３３から出射された光が光学シート４１を透過する。このうちの矢印Ｅ、Ｆで示す光は、図４において実線の矢印で示すように、導光板３２の出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射され、光学シート４１の平面４３ａ、４３ｃに入射され、そのまま光学シート４１を透過し、光学シート４１の平面４２からそのほぼ垂直な方向に出射される。
【００３８】
矢印Ｇで示す光は、図４において点線の矢印で示すように、導光板３２の出射面３３からその入射面３４側からその反対側に向かって斜め方向に出射され、光学シート４１の傾斜面４３ｂに入射され、傾斜面４３ｄで反射されて光学シート４１の平面４２にほぼ垂直な方向に角度変換され、光学シート４１の平面４２からそのほぼ垂直な方向に出射される。
【００３９】
このように、矢印Ｅ、Ｆ、Ｇで示す光は、光学シート４１の平面４２からそのほぼ垂直な方向に出射される。従って、導光体３２の入射面３４に入射された光のほとんどすべては、最終的には、光学シート４１の平面４２からそのほぼ垂直な方向に出射される。この結果、液晶表示パネル２１の正面でのピーク輝度を高めることができ、光利用効率を十分に良くすることができる。
【００４０】
ところで、図５を参照して説明すると、光学シート４１の光学面４３は、矢印Ｅ、Ｆで示す光をそのまま透過させるための平面４３ａ、４３ｃと、矢印Ｇで示す光を入射させるための傾斜面４３ｂと、この入射された矢印Ｇで示す光を反射させるための傾斜面４３ｄとを有すればよい。従って、光学シート４１の光学面４３は、例えば図６に示すように、平面４３ａ、傾斜面４３ｂおよび傾斜面４３ｄを有する面としてもよく、また例えば図７に示すように、傾斜面４３ｂ、平面４３ｃおよび傾斜面４３ｄを有する面としてもよい。
【００４１】
また、例えば図８に示すように、傾斜面４３ｂに入射された光を反射させるための傾斜面４３ｄは円弧状の曲面としてもよい。このようにした場合には、傾斜面４３ｄで反射された光を集光して平面４２からそのほぼ垂直な方向にで射させることができるので、液晶表示パネル２１の正面でのピーク輝度をより一層高めることができる。
【００４２】
さらに、例えば図９に示すように、符号４３ａで示す面は、平面４３ｃ（導光板３２の出射面３３と平行な面）に対する傾斜角度が２０°程度以下の傾斜面としてもよい。例えば、傾斜面４３ａの平面４３ｃに対する傾斜角度を２０°とし、光学シート４１（その材料であるアクリル樹脂）の屈折率を１．４９とすると、図９において矢印で示すように、導光板３２の出射面３３からその垂直な方向に出射されて傾斜面４３ａに入射された光は、平面４２からその垂線に対して角度θ（１０．０６°）で出射される。そして、角度θ＝±１０°程度以内をほぼ垂直な方向と定義付けすれば、傾斜面４３ａの平面４３ｃに対する傾斜角度は２０°程度以下としても何ら差し支えない。
【００４３】
次に、図１に示す液晶表示装置を反射型として使用する場合の照明パネル３１の作用について説明する。この場合、自然光や室内光等の外光は、光学シート４１の平面４３ａ、４３ｃに対応する部分をほとんど角度変換されることなく透過する。この透過光は導光板３２の出射面３３に入射されるが、次に、この場合の導光板３２の作用について、図１０を参照して説明する。
【００４４】
図１０において代表として矢印Ｊ、Ｋ、Ｌで示すように、外光が出射面３３に入射される。ただし、この場合、出射面３３での屈折は無視する。また、矢印Ｊ、Ｋ、Ｌで示す外光は、互いに平行な光であり、図１０において右上から左下に向かって出射面３３に対して入射角ｊで入射する光である。
【００４５】
さて、矢印Ｊで示す外光は、平面３５ｂ（実際には、反射層３６のこの位置に対応する部分で反射されるが説明の簡素化のため、導光板３２の位置で説明する。以下、他の位置においても同様とする。）で反射され、出射面３３から出射される。この場合、平面３５ｂでの反射は正反射である。従って、矢印Ｊで示す外光は、平面３５ｂに対して入射角ｊで入射し、反射角ｊで反射され、その反射角度は２ｊである。
【００４６】
矢印Ｋで示す外光は、曲面３５ａのうちの図１０において右側で反射され、出射面３３から出射される。この場合、曲面３５ａは図１０において右下がりとなっているので、曲面３５ａでの反射角ｋは平面３５ｂでの反射角２ｊよりも小さくなる。
【００４７】
矢印Ｌで示す光は、曲面３５ａのうちの図１０において左側で反射され、出射面３３から出射される。この場合も、曲面３５ａは図１０において右下がりとなっているが、曲面３５ａの各点における接線の平面３５ｂに対する角度が図１０において左側に向かうに従って漸次大きくなるので、曲面３５ａの左側での反射角ｋは曲面３５ａの右側での反射角ｋよりも小さくなる。
【００４８】
このように、図１０において右上から左下に向かって互いに平行して出射面３３に入射する矢印Ｊ、Ｋ、Ｌで示す外光は、正反射されるかこの正反射のときの反射角度よりも小さい反射角度で反射されて出射面３３から出射される。この場合、曲面３５ａでの反射角度は図１０において左側に向かうに従って漸次小さくなるので、曲面３５ａで反射されて出射面３３から出射される外光の出射面３３の法線に対する角度は図１０において左側に向かうに従って漸次小さくなる。
【００４９】
従って、出射面３３に入射される矢印Ｊ、Ｋ、Ｌで示す外光が互いに平行であっても、出射面３３から出射される矢印Ｊ、Ｋ、Ｌで示す外光は、出射面３３に垂直な方向に対して図１０のやや左側に集光される。
【００５０】
次に、図１に示す液晶表示装置を透過型として使用する場合について説明する。冷陰極管３７を点灯させると、冷陰極管３７から出た光および反射シート３８によって反射された光は、導光板３２の入射面３４に入射され、導光板３２内を進行して、導光板３２の光学面３５で反射される。
【００５１】
導光板３２の光学面３５で反射された反射光の一部は、図４において実線の矢印で示すように、出射面３３からそのほぼ垂直な方向に出射され、図５において代表として矢印Ｅ、Ｆで示すように、そのまま、光学シート４１の平面４３ａ、４３ｃの部分を透過して、光学シート４１の平面４２からそのほぼ垂直な方向に出射される。
【００５２】
導光板３２の光学面３５で反射された反射光の残部のほとんどすべては、図４において点線の矢印で示すように、導光板３２の出射面３３から、その入射面３４に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射され、図５において代表として矢印Ｇで示すように、光学シート４１の傾斜面４３ｂに入射されて傾斜面４３ｄで反射され、光学シート４１の平面４２からそのほぼ垂直な方向に出射される。
【００５３】
従って、冷陰極管３７から出て導光板３２の入射面３４に入射された光のほとんどすべては、最終的には、光学シート４１の平面４２からそのほぼ垂直な方向に出射される。この場合、図２に示すように、入射面３４からの距離に比例して傾斜面３５ｃの高さＨが増大し、且つ、平面３５ｂの長さは、入射面３４からの距離に比例して短くなっているので、傾斜面３５ｃで反射され出射面３３に向かう光量は、入射面３４からの距離に比例して指数関数的に増大する。これにより、冷陰極管３７から遠ざかるにつれて光量が減少しても、出射面３３から発せられる光量が均一化されることにより、光利用効率を良くし、輝度を高めることができる上、輝度を均一にすることができる。
【００５４】
光学シート４１の平面４２からからそのほぼ垂直な方向に出射された光は、液晶表示パネル２１の裏面に入射され、液晶表示パネル２１をその裏面側から照射する。すると、液晶表示パネル２１の表面から液晶表示パネル２１の表示駆動に応じた画像光が出射される。
【００５５】
以上のように、図１に示す液晶表示装置を透過型として使用する場合、照明パネル３１による光利用効率を良くし、輝度を高めることができる上、輝度を均一にすることができるので、表示品質を向上することができる。
【００５６】
一方、この液晶表示装置を反射型として使用する場合には、冷陰極管３７を点灯させず、外光を利用する。すなわち、液晶表示パネル２１の表面にその表面側から入射された外光は、液晶表示パネル２１を透過し、光学シート４１を透過し、導光板３２の出射面３３に入射され、反射層３６で反射される。
【００５７】
この反射光は、上記とは逆に、導光板３２の出射面３３から出射され、光学シート４１を透過し、液晶表示パネル２１の裏面に入射され、液晶表示パネル２１をその裏面側から照射する。すると、液晶表示パネル２１の表面から液晶表示パネル２１の表示駆動に応じた画像光が出射される。この場合、光学シート４１により、二重写りを軽減することができる。
【００５８】
ここで、この液晶表示装置を反射型として実際に使用する場合について説明する。実際の使用状態では、液晶表示パネル２１の画面の上端側が図１の右端側であると、一般に、図１の右上から左下に向かってくる外光を主として取込むように液晶表示パネル２１を傾け、液晶表示パネル２１の画面の正面方向つまり画面に垂直な方向あるいはそれよりもやや下側（図１では左側）の方向から画面を目視することが多い。
【００５９】
そこで、図１の右上から左下に向かってくる外光を主として取込むように液晶表示パネル２１を傾けると、液晶表示パネル２１および光学シート４１をそのまま透過した外光は、図１０において代表として矢印Ｊ、Ｋ、Ｌで示すように、導光板３２の出射面３３に入射される。ただし、この場合も、出射面３３での屈折は無視する。また、矢印Ｊ、Ｋ、Ｌで示す外光は、互いに平行な光である。
【００６０】
導光板３２の出射面３３に入射された矢印Ｊ、Ｋ、Ｌで示す外光は、上述の如く、正反射されるかこの正反射のときの反射角度よりも小さい反射角度で反射されて出射面３３から出射される。この場合、曲面３５ａでの反射角度は図１０において左側に向かうに従って漸次小さくなるので、曲面３５ａで反射されて出射面３３から出射される外光の出射面３３の法線に対する角度は図１０において左側に向かうに従って漸次小さくなる。
【００６１】
従って、出射面３３に入射される矢印Ｊ、Ｋ、Ｌで示す外光が互いに平行であっても、出射面３３から出射される矢印Ｊ、Ｋ、Ｌで示す外光は、出射面３３に垂直な方向に対して図１０のやや左側に集光される。そして、これらの外光が光学シート４１および液晶表示パネル２１をそのまま透過すると、液晶表示パネル２１の画面の正面方向つまり画面に垂直な方向よりもやや下側（図１では左側）の方向に画像光が集光されて出射される。
【００６２】
このように、この液晶表示装置を反射型として実際に使用するとき、図１の右上から左下に向かってくる外光を基にして、液晶表示パネル２１の画面の正面方向つまり画面に垂直な方向よりもやや下側（図１では左側）の方向に画像光を集光させて出射することができる。この場合の画像光の出射方向は目視方向であり、従って明るい画像が得られる。
【００６３】
ここで、導光板３２の光学面３５は、図２に示すものに限定されるものではない。例えば、図２を参照して説明すると、各光学要素の傾斜面３５ｃの平面３５ｂに対する傾斜角度は、４０〜５０°程度の範囲内において、入射面３４側からその反対側に向かうに従って漸次大きくなるようにしてもよい。
【００６４】
また、曲面３５ａ、平面３５ｂおよび傾斜面３５ｃからなる各光学要素の長さは異なるようにしてもよい。例えば、曲面３５ａおよび平面３５ｂの長さを一定とし、傾斜面３５ｃの高さＨが異なることにより、曲面３５ａ、平面３５ｂおよび傾斜面３５ｃからなる１組の光学要素の長さが異なるようにしてもよい。ただし、この場合も、曲面３５ａ、平面３５ｂおよび傾斜面３５ｃからなる１組の光学要素の長さは２０〜５００μｍ程度の範囲内とする。
【００６５】
なお、上記第１実施形態では、図１に示すように、液晶表示パネル２１の裏面側に照明パネル３１を配置した場合について説明したが、これに限らず、図１１に示すこの発明の第２実施形態のように、液晶表示パネル２１の表面側に照明パネル３１を配置するようにしてもよい。
【００６６】
ただし、この場合、照明パネル３１の導光板３２の出射面３３は裏面側とされ、光学面３５は表面側とされている。また、導光板３２の光学面３５には反射板は設けられていない。さらに、液晶表示パネル２１の裏面側には平板状の反射板４５が設けられている。
【００６７】
次に、図１１に示す液晶表示装置を透過型として使用する場合について説明する。冷陰極管３７を点灯させると、冷陰極管３７から出た光および反射シート３８によって反射された光は、導光板３２の入射面３４に入射される。この入射光のほとんどすべては、上記第１実施形態の場合と同様に、導光板３２の出射面３３から出射された後に、光学シート４１の平面４２からそのほぼ垂直な方向に出射される。
【００６８】
この出射光は、液晶表示パネル２１を透過し、反射板４５で反射される。この反射光は、液晶表示パネル２１の裏面に入射され、液晶表示パネル２１をその裏面側から照射する。すると、液晶表示パネル２１の表面から液晶表示パネル２１の表示駆動に応じた画像光が出射される。この画像光は、光学シート４１を透過し、次いで導光板３２を透過する。そして、この透過画像光が目視される。
【００６９】
一方、図１１に示す液晶表示装置を反射型として使用する場合には、冷陰極管３７を点灯させず、外光を利用する。すなわち、導光板３２の光学面３５にその表面側から入射された外光は、導光板３２を透過し、光学シート４１を透過し、液晶表示パネル２１を透過し、反射板４５で反射される。
【００７０】
この反射光は、液晶表示パネル２１の裏面に入射され、液晶表示パネル２１をその裏面側から照射する。すると、液晶表示パネル２１の表面から液晶表示パネル２１の表示駆動に応じた画像光が出射される。この画像光は、光学シート４１を透過し、次いで導光板３２を透過する。そして、この透過画像光が目視される。
【００７１】
ところで、図１１に示す液晶表示装置では、透過型として使用するときも反射型として使用するときも、光が液晶表示パネル２１を２回透過するので、偏光板を表面側か裏面側のいずれかの１枚としてもよい。また、反射板４５を用いずに、裏面側ガラス基板２３の内面に設けられた表示画素用の電極を反射性金属によって形成するようにしてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、光源として冷陰極管（線光源）を用いた場合について説明したが、これに限ることなく、発光ダイオード（点光源）を用いるようにしてもよい。例えば、図１２に示すように、例えば図１に示す液晶表示装置の導光板３２の入射面３４の長手方向の中央部に対向する位置に１個の発光ダイオード５１を配置してもよい。
【００７３】
ところで、線光源である冷陰極管３７の場合、冷陰極管３７から出た光によって導光板３２の入射面３４を均一に照射することができる。これに対し、点光源である発光ダイオード５１の場合、発光ダイオード５１から出た光によって導光板３２の入射面３４を均一に照射することはできない。
【００７４】
このため、発光ダイオード５１を用いる場合、図１３において一点鎖線で示す、導光板３２の出射面３３に対して垂直で入射面３４に対して平行な仮想面Ｐにおいては、発光ダイオード５１から出た光のうち、実線の矢印で示すように、平坦な入射面３４に垂直に入射された光のみが出射面３３に対して垂直な方向に出射され、それ以外の光は、仮想面Ｐに対して傾斜した角度で照射されるので、点線の矢印で示すように、仮想面Ｐの面内において、左右の斜め方向に出射される。
【００７５】
従って、図１２に示すように、導光板３２の出射面３４のうち、発光ダイオード５１とほぼ対向する符号Ｍで示す領域の両側における符号Ｎで示す領域の輝度が大きく低下し、光利用効率が悪い上、輝度ムラが発生してしまう。この結果、液晶表示パネルに表示ムラが発生してしまう。
【００７６】
そこで、次に、このような輝度ムラが発生しないようにすることができるこの発明の第３実施形態について説明する。図１４はこの発明の第３実施形態としての液晶表示装置を説明するために示す一部の模式的平面図である。
【００７７】
この実施形態の液晶表示装置では、基本的には、図１２に示す場合と同様に、導光板３２の入射面３４の長手方向の中央部に対向する位置に１個の発光ダイオード５１が配置されている。ただし、この場合、導光板３２の光学面を形成する各光学要素の傾斜面３５ｃは、その長手方向（入射面３４と平行な方向）にサインカーブ状（波形状）に凸凹する面となっている。各光学要素の傾斜面３５ｃの波形形状は、一例として、振幅をＡとしたとき、波長λは２Ａπのサインカーブとするのが適切であるが、これに限らず、波長λは、振幅Ａの１倍から１０倍程度とすることができる。
【００７８】
このように、各光学要素の傾斜面３５ｃを波形形状とすると、図１５において一点鎖線で示す仮想面（出射面３３の出射側における入射面３４に平行な一面）Ｐにおいて、発光ダイオード５１から出た光は、実線の矢印で示すように、入射面３４に垂直に入射された光のみでなく、入射面３４に斜めに入射した光の一部も、各光学要素の波形形状の傾斜面３５ｃに垂直に入射される。、このように傾斜面３５ｃに垂直に入射された光は、導光板３２の出射面３３に対して垂直な方向に反射されるので、視認方向における出射光の強度を大きくし、且つ、導光板３２の出射面３３から出射される出射光の強度が均一化される。
【００７９】
しかし、さらに、詳細には、図１５において点線の矢印で示すように、波形形状の各光学要素の傾斜面３５ｃによって反射された光の他の一部は、仮想面Ｐの面内において、左右の斜め方向に進行するため、この分だけ光の強度が不均一となる。
【００８０】
そこで、次に、導光板３２の出射面３４から光をより一層均一に出射させることができるこの発明の第４実施形態について説明する。図１６はこの発明の第４実施形態としての照明パネル３１の要部の斜視図を示したものである。この照明パネル３１では、導光板３２と光学シート４１との間に集光シート５２が配置され、導光板３２の入射面３４の長手方向の中央部と対向する位置に１個の発光ダイオード５１が配置されている。
【００８１】
集光シート５２は、平面方形状であって、導光板３２と対向する面を平面５３とされ、この平面５３上に導光板３２の入射面３４に対して垂直な方向に延びる片面凸レンズ条部５４が多数並列して設けられた構造となっている。片面凸レンズ条部５４の表面は断面円形状であってもよく、また断面楕円形状であってもよい。このような構造の集光シート５２は、アクリル樹脂等の光透過性の高い透明な樹脂を材料とした射出（圧縮）成形により製造することができる。集光シート５２は、その平面５３を導光板３２の出射面３３に貼り付けるようにしてもよい。
【００８２】
そして、図１５において、実線の矢印で示すように、点線の矢印で示すように、仮想面Ｐ内において導光板３２の出射面３３からその左右の斜め方向に出射される光は、図１７において実線の矢印で示すように、集光シート５２の片面凸レンズ条部５４によって各凸レンズ条部５４の中央側に集光され、集光シート５２の平面５３に対してほぼ垂直な方向に出射される。すなわち、図１５において実線および点線の矢印で示すように、導光板３２の出射面３３からその入射面３４と平行な方向に出射された光は、集光シート５２によって集光され、仮想面Ｐの面内において、集光シート５２の平面５３に対してほぼ垂直な方向（実線の矢印と平行な方向）に出射される。
【００８３】
従って、発光ダイオード５１から出た光によって導光板３２の入射面３４を均一に照射することができなくても、集光シート５２の平面５３から光がより一層均一に出射され、光利用効率が良く、輝度も均一化される。この結果、液晶表示パネルに表示ムラが発生しないようにすることができる。なお、上記において、導光板３２の入射面３４も傾斜面３５ｃと同様な波形形状とすることも可能であるが、導光板３２に入射される光量に粗密が生じないように留意する必要がある。
【００８４】
一方、図１６に示す照明パネル３１を備えた液晶表示装置を反射型として使用する場合、集光シート５２の片面凸レンズ条部５４の表面には頂角がないため、外光取込み効率を良くすることができる。
【００８５】
ところで、図１８に示すこの発明の第５実施形態のように、導光板３２の表面に、図１６に示す集光シート５２と同様の構造の集光部５２Ａを一体に形成するようにしてもよい。また、図１９に示すこの発明の第６実施形態のように、導光体３２と集光シート５２との間に光学シート４１を配置するようにしてもよい。
【００８６】
さらに、図示はしないが、光学シート４１が有する機能、すなわち、導光板３２の出射面３３から、その入射面３４に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射される光を該出射面３３に対しほぼ垂直な方向に変換する機能と、集光シート５２が有する機能、すなわち、導光板３２の入射面３４と平行な面内（仮想面Ｐの面内）において、導光板３２の出射面３３から斜めに出射される光を、入射面３４と平行な方向に変換する機能を合わせ持つ光学フィルムとしてもよい。このような光学フィルムは、実施の形態を限定する訳ではないが、例えば、図１９における光学シート４１と集光シート５２を一体化したものとすれば得られる。
【００８７】
また、図１６、図１８および図１９にそれぞれ示す場合において、発光ダイオード５１の代わりに、冷陰極管（線光源）を用いるようにしてもよい。このようにした場合には、集光シート５２による導光体３２の入射面３４と平行な方向の集光作用により、輝度をより一層高めることができる。
【００８８】
また、光源として発光ダイオードを用いる場合には、１個に限らず、複数個配置するようにしてもよい。この場合、発光ダイオード自体に色のバラツキがあっても、導光板３２の傾斜面３５ｃの波形形状により、それが認識されにくいようにすることができる。
【００８９】
また、図２０に示すこの発明の第７実施形態のように、複数の異なる発光色の発光ダイオード、例えば赤色発光、緑色発光および青色発光の３つの発光ダイオード５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを配置するようにしてもよい。この場合、３つの発光ダイオード５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを適宜に点滅させることにより、発光ダイオード単体の発光色以外の色を混色により得ることができる。
【００９０】
また、図１４に示す構成の場合、液晶表示パネルの駆動に同期して赤色発光、緑色発光および青色発光を順次行うフィールドシーケンシャル駆動制御手段と組み合わせることにより、カラーフィルタを用いることなく、カラー表示を行うようにすることもできる。すなわち、１画素がＲ画素、Ｐ画素およびＢ画素によって構成され、このうちの例えばＲ画素およびＰ画素を明状態とするとき、まず、Ｒ画素のみを透過可能状態として発光ダイオード５１Ｒを一定時間点灯させ、次いでＰ画素のみを透過可能状態として発光ダイオード５１Ｇを一定時間点灯させると、残像現象により、Ｒ画素とＰ画素が同時に明状態となったように目視される。この場合、カラーフィルタ無しでカラー表示を行うことができるので、高透過率となり、低消費電力化が可能となる。
【００９１】
なお、上記では、例えば図１に示す構造の光学シート４１を用いた場合について説明したが、これに限らず、要は、導光板の出射面からその垂直な方向に出射された光をそのまま透過させ、導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を光学シートの表面から導光板の出射面に対して垂直な方向に出射される光に変換するようになっているものであればよい。
【００９２】
また、上記では、例えば図１２に示す構造の集光シート５２を用いた場合について説明したが、これに限らず、要は、導光板の出射面からその入射面と平行な方向に出射された光を集光するようになっているものであればよい。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、導光板の出射面側に配置された光学シートとして、導光板の出射面からそのほぼ垂直な方向に出射された光をそのまま透過させ、導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を光学シートの表面から導光板の出射面に対してほぼ垂直な方向に出射される光に変換するようになっているものを用いることにより、導光板の入射面に入射された光のほとんどすべてを光学シートの表面から導光板の出射面に対してほぼ垂直な方向に出射させることができ、従って光利用効率を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態としての液晶表示装置の要部の側面図。
【図２】図１に示す導光板の光学面を説明するために示す図。
【図３】図２に示す光学面を有する導光板の透過型として使用する場合の作用を説明するために示す図。
【図４】図２に示す光学面を有する導光板の透過型として使用する場合の出射面からの出射光を説明するために示す図。
【図５】図１に示す光学シートの透過型として使用する場合の作用を説明するために示す図。
【図６】光学シートの他の第１の例を説明するために示す図。
【図７】光学シートの他の第２の例を説明するために示す図。
【図８】光学シートの他の第３の例を説明するために示す図。
【図９】光学シートの他の第４の例を説明するために示す図。
【図１０】図２に示す光学面を有する導光板の反射型として使用する場合の作用を説明するために示す図。
【図１１】この発明の第２実施形態としての液晶表示装置の要部の側面図。
【図１２】図１または図１１に示す場合において、光源として発光ダイオードを用いる場合の問題点を説明するために示す平面図。
【図１３】図１２に示す場合の光の進行状態を説明するために示す図。
【図１４】この発明の第３実施形態としての液晶表示装置を説明するために示す一部の模式的平面図。
【図１５】図１４に示す場合の光の進行状態を説明するために示す図。
【図１６】この発明の第４実施形態としての照明パネルの要部の斜視図。
【図１７】図１６に示す集光シートの作用を説明するために示す図。
【図１８】この発明の第５実施形態としての照明パネルの要部の斜視図。
【図１９】この発明の第６実施形態としての照明パネルの要部の斜視図。
【図２０】この発明の第７実施形態としての液晶表示装置を説明するために示す一部の模式的斜視図。
【図２１】従来の液晶表示装置の一例の一部の側面図。
【符号の説明】
２１　液晶表示パネル
３１　照明パネル
３２　導光板
３３　出射面
３４　入射面
３５　光学面
３５ａ　曲面
３５ｂ　平面
３５ｃ　傾斜面
３６　反射層
３７　冷陰極管
３８　反射シート
４１　光学シート
４２　平面
４３　光学面
４５　反射板
５１　発光ダイオード
５２　集光シート
５４　片面凸レンズ条部

Claims

一端面を光が入射する入射面とされ、表面を前記入射面に入射されて導かれた光を出射する出射面とされた導光板と、該導光板の入射面に対向して配置された光源と、前記導光板の出射面側に配置された光学シートとを備え、前記光学シートは、前記導光板の出射面からそのほぼ垂直な方向に出射された光をそのまま透過させ、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を前記光学シートの表面から前記導光板の出射面に対してほぼ垂直な方向に出射される光に変換するようになっていることを特徴とする照明パネル。
請求項１に記載の発明において、前記光学シートの表面は前記導光板の出射面と平行な平面であり、前記光学シートの裏面は、前記導光板の出射面と平行な平面と、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を前記光学シートの表面から垂直方向に出射されるように反射する傾斜面とを有する光学要素が多数連続して設けられた光学面となっていることを特徴とする照明パネル。
請求項２に記載の発明において、前記光学シートの各傾斜面は反射光を集光するために曲面となっていることを特徴とする照明パネル。
請求項１に記載の発明において、前記光学シートの表面は前記導光板の出射面と平行な平面であり、前記光学シートの裏面は、前記導光板の出射面と平行な平面と、前記導光板の出射面と平行な面に対する傾斜角度が３０〜５０°程度の第１の傾斜面と、前記導光板の出射面と平行な面に対する傾斜角度が０〜２０°程度の第２の傾斜面とを有する光学要素が多数連続して設けられた光学面となっていることを特徴とする照明パネル。
請求項４に記載の発明において、前記光学シートの各第１の傾斜面は反射光を集光するために曲面となっていることを特徴とする照明パネル。
請求項１に記載の発明において、前記光学シートの表面側または前記導光板と前記光学シートとの間に、前記導光板の出射面からその入射面と平行な方向に出射された光を集光する集光シートが配置されていることを特徴とする照明パネル。
請求項６に記載の発明において、前記集光シートは、前記導光板の入射面に対して垂直な方向に延びる凸レンズ条部が多数並列されたものからなることを特徴とする照明パネル。
請求項１に記載の発明において、前記導光板の表面に、該導光板の出射面からその入射面と平行な方向に出射された光を集光する集光部が一体に形成されていることを特徴とする照明パネル。
請求項８に記載の発明において、前記集光部は、前記導光板の入射面に対して垂直な方向に延びる凸レンズ条部が多数並列されたものからなることを特徴とする照明パネル。
請求項１に記載の発明において、前記光学シートは、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射される光を該出射面に対しほぼ垂直な方向に変換する機能と、前記導光板の入射面と平行な面内において、前記導光板の出射面から斜め方向に出射される光を、入射面と平行な方向に変換する機能とを有することを特徴とする照明パネル。
請求項１に記載の発明において、前記導光板の裏面は、前記入射面に入射されて導かれた光の一部を前記入射面側とは反対側に向けて前記出射面と平行な面に沿うような低角度で反射する曲面と、該曲面で反射された光を前記出射面側に向けて反射する傾斜面とを有する光学要素が多数連続して設けられた光学面となっていることを特徴とする照明パネル。
請求項１に記載の発明において、前記導光板は、前記入射面から入射された光を前記出射面側に向けて反射する傾斜面を含む多数の光学要素からなる光学面を有し、該導光板の各傾斜面はその長手方向に波形形状となっていることを特徴とする照明パネル。
請求項１２に記載の発明において、前記導光板の各光学要素は、さらに、前記入射面に入射された光の一部を前記入射面側とは反対側に向けて前記出射面と平行な面に対して該平行面に沿うような低角度で反射する曲面を含むことを特徴とする照明パネル。
請求項１１または１３に記載の発明において、前記導光板の各曲面は前記出射面側と反対方向に向けて漸次下降する曲面であることを特徴とする照明パネル。
請求項１４に記載の発明において、前記導光板の各曲面は断面円弧状であることを特徴とする照明パネル。
請求項１１または１３に記載の発明において、前記導光板の各光学要素は、前記曲面と前記傾斜面との間に平面が設けられていることを特徴とする照明パネル。
請求項１６に記載の発明において、前記導光板の傾斜面の高さは前記入射面側に位置するものよりもその反対側に位置するものの方が大きくなっていることを特徴とする照明パネル。
請求項１７に記載の発明において、前記導光板の傾斜面の高さは前記入射面側からその反対側に向かうに従って漸次大きくなっていることを特徴とする照明パネル。
請求項１８に記載の発明において、前記導光板の入射面側からｎ番目の光学要素の傾斜面の平面に対する高さはａｎ（ｎ＋１）／２（ただし、ａは任意の数）であることを特徴とする照明パネル。
請求項１１または１２に記載の発明において、前記導光板の厚さは、前記入射面側からその反対側に向かうに従って漸次厚くなった後に漸次薄くなっていることを特徴とする照明パネル。
請求項１１または１２に記載の発明において、前記導光板の各傾斜面の前記出射面と平行な面に対する傾斜角度は４０〜５０°程度であることを特徴とする照明パネル。
請求項１１または１２に記載の発明において、前記導光板の各傾斜面の前記出射面と平行な面に対する傾斜角度は４０〜５０°程度の範囲内において前記入射面側からその反対側に向かうに従って漸次大きくなっていることを特徴とする照明パネル。
請求項１１または１２に記載の発明において、前記導光板の各光学要素の長さは同じであることを特徴とする照明パネル。
請求項１１または１２に記載の発明において、前記導光板の各光学要素の長さは少なくともその一部が異なっていることを特徴とする照明パネル。
請求項１１または１２に記載の発明において、前記導光板の各光学要素の長さは２０〜５００μｍ程度であることを特徴とする照明パネル。
請求項１１または１３に記載の発明において、前記導光板の各曲面の曲率半径は０．１〜２．０ｍｍ程度であることを特徴とする照明パネル。
請求項１１または１２に記載の発明において、前記導光板の裏面に反射層が設けられていることを特徴とする照明パネル。
請求項２７に記載の発明において、前記反射層は前記導光板の裏面に設けられた金属膜からなることを特徴とする照明パネル。
表示パネルの裏面側に照明パネルが配置された表示装置において、前記照明パネルは、一端面を光が入射する入射面とされ、表面を前記入射面に入射されて導かれた光を出射する出射面とされた導光板と、該導光板の入射面に対向して配置された光源と、前記導光板の出射面側に配置された光学シートとを備え、前記光学シートは、前記導光板の出射面からそのほぼ垂直な方向に出射された光をそのまま透過させ、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を前記光学シートの表面から前記導光板の出射面に対してほぼ垂直な方向に出射される光に変換するようになっていることを特徴とする表示装置。
請求項２９に記載の発明において、前記導光板の裏面に反射層が設けられていることを特徴とする表示装置。
請求項３０に記載の発明において、前記反射層は前記導光板の裏面に設けられた金属膜からなることを特徴とする表示装置。
表示パネルの表面側に照明パネルが配置され、前記表示パネル内またはその裏面側に反射手段が設けられた液晶表示装置において、前記照明パネルは、一端面を光が入射する入射面とされ、裏面を前記入射面に入射されて導かれた光を出射する出射面とされた導光板と、該導光板の入射面に対向して配置された光源と、前記導光板の出射面側に配置された光学シートとを備え、前記光学シートは、前記導光板の出射面からそのほぼ垂直な方向に出射された光をそのまま透過させ、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を前記光学シートの表面から前記導光板の出射面に対してほぼ垂直な方向に出射される光に変換するようになっていることを特徴とする表示装置。
請求項２９〜３２のいずれかに記載の発明において、前記光学シートの表面は前記導光板の出射面と平行な平面であり、前記光学シートの裏面は、前記導光板の出射面と平行な平面と、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を前記光学シートの表面から垂直方向に出射されるように反射する傾斜面とを有する光学要素が多数連続して設けられた光学面となっていることを特徴とする表示装置。
請求項３３に記載の発明において、前記光学シートの各傾斜面は反射光を集光するために曲面となっていることを特徴とする表示装置。
請求項２９〜３２のいずれかに記載の発明において、前記光学シートの表面側または前記導光板と前記光学シートとの間に、前記導光板の出射面からその入射面と平行な方向に出射された光を集光する集光シートが配置されていることを特徴とする表示装置。
請求項３５に記載の発明において、前記集光シートは、前記導光板の入射面に対して垂直な方向に延びる凸レンズ条部が多数並列されたものからなることを特徴とする表示装置。
請求項２９〜３２のいずれかに記載の発明において、前記光学シートは、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射される光を該出射面に対しほぼ垂直な方向に変換する機能と、前記導光板の入射面と平行な面内において、前記導光板の出射面から斜め方向に出射される光を、入射面と平行な方向に変換する機能とを有することを特徴とする表示装置。
請求項２９〜３２のいずれかに記載の発明において、前記導光板の前記表示パネルに対向する表面は、前記入射面に入射されて導かれた光の一部を前記入射面側とは反対側に向けて前記出射面と平行な面に沿うような低角度で反射する曲面と、該曲面で反射された光を前記出射面側に向けて反射する傾斜面とを有する光学要素が多数連続して設けられた光学面となっていることを特徴とする表示装置。
表示パネルの裏面側に照明パネルが配置された表示装置において、前記照明パネルは、入射面と、出射面と、前記入射面から入射された光を前記出射面側に向けて反射する傾斜面を含む複数の光学要素からなる光学面を有する導光板と、該導光板の入射面に対向して配置された光源と、前記導光板の出射面側に配置された光学シートとを備え、前記導光板の各傾斜面はその長手方向に波形形状となっており、前記光学シートは、前記導光板の出射面からそのほぼ垂直な方向に出射された光をそのまま透過させ、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を前記光学シートの表面から前記導光板の出射面に対してほぼ垂直な方向に出射される光に変換するようになっていることを特徴とする表示装置。
請求項３９に記載の発明において、前記導光板の裏面に反射層が設けられていることを特徴とする表示装置。
請求項４０に記載の発明において、前記反射層は前記導光板の裏面に設けられた金属膜からなることを特徴とする表示装置。
表示パネルの表面側に照明パネルが配置され、前記表示パネル内またはその裏面側に反射手段が設けられた液晶表示装置において、前記照明パネルは、入射面と、出射面と、前記入射面から入射された光を前記出射面側に向けて反射する傾斜面を含む複数の光学要素からなる光学面を有する導光板と、該導光板の入射面に対向して配置された光源と、前記導光板の出射面側に配置された光学シートとを備え、前記導光板の各傾斜面はその長手方向に波形形状となっており、前記光学シートは、前記導光板の出射面からそのほぼ垂直な方向に出射された光をそのまま透過させ、前記導光板の出射面から、そのに対して遠離る側に向かって斜め方向に出射された光を前記光学シートの表面から前記導光板の出射面に対してほぼ垂直な方向に出射される光に変換するようになっていることを特徴とする表示装置。
請求項３９〜４２のいずれかに記載の発明において、前記光学シートの表面は前記導光板の出射面と平行な平面であり、前記光学シートの裏面は、前記導光板の出射面と平行な平面と、前記導光板の出射面からその入射面側からその反対側に向かって斜め方向に出射された光を前記光学シートの表面から垂直方向に出射されるように反射する傾斜面とを有する光学要素が多数連続して設けられた光学面となっていることを特徴とする表示装置。
請求項４３に記載の発明において、前記光学シートの各傾斜面は反射光を集光するために曲面となっていることを特徴とする表示装置。
請求項３９〜４２のいずれかに記載の発明において、前記光学シートの表面側または前記導光板と前記光学シートとの間に、前記導光板の出射面からその入射面と平行な方向に出射された光を集光する集光シートが配置されていることを特徴とする表示装置。
請求項４５に記載の発明において、前記集光シートは、前記導光板の入射面に対して垂直な方向に延びる凸レンズ条部が多数並列されたものからなることを特徴とする表示装置。
請求項３９〜４２のいずれかに記載の発明において、前記光学シートは、前記導光板の出射面から、その入射面に対して遠離る側に向かって斜め方向に出射される光を該出射面に対しほぼ垂直な方向に変換する機能と、前記導光板の入射面と平行な面内において、前記導光板の出射面から斜め方向に出射される光を、入射面と平行な方向に変換する機能とを有することを特徴とする表示装置。
請求項３９〜４７のいずれかに記載の発明において、前記光源は点光源であることを特徴とする表示装置。
請求項４８に記載の発明において、前記点光源は複数であることを特徴とする表示装置。
請求項４９に記載の発明において、前記点光源は赤色発光、緑色発光および青色発光の３つの点光源からなることを特徴とする表示装置。
請求項５０に記載の発明において、前記表示パネルの駆動に同期して赤色発光、緑色発光および青色発光を順次行うフィールドシーケンシャル駆動制御手段を有することを特徴とする表示装置。