JP2004199882A - Surface illumination device and liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源装置と、該光源装置を用い、液晶表示パネルなどの受動型表示パネルを照明する面照明装置と、該面照明装置を用いて照明される液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器に接続されるいろいろな表示装置には、液晶表示装置(LCD)やプラズマ表示装置(PDP)、エレクトロルミネッセンス表示装置(EL)などがCRTに代替する表示装置として発展している。その中でも、液晶表示装置は、軽薄短小で、しかも低消費電力、カラー化が進んでおり、携帯電話や携帯情報端末(PDA)などから家庭用のTVまで、ますます発展し続けている。
【0003】
ところで、PDPやELは、駆動電圧の印加によって自らが発光するので能動型表示装置と呼ばれる。それに対して、液晶表示装置は駆動電圧を印加/無印加して外光の透過/遮光を制御するものであり、自らは発光しないので受動型表示装置と呼ばれる。そのために、液晶表示装置においては、表示に際しては何らかの照明が必要となる。
【0004】
液晶表示装置の照明の仕方は、液晶表示装置を構成する液晶表示パネルの構造が反射型か、透過型か、半透過型かによって異なったものとなる。しかし、何れにしても、表示画面の大小によらず、表示画面を均一に明るく照明することが重要である。
反射型の液晶表示装置の構成では、照明光が入出射する一方の基板では照明光が透過するようにITO膜などの透明電極が用いられ、他方の基板では背面が反射鏡面を兼ねて反射率の高い不透明な金属電極などが用いられる。
【0005】
反射型の液晶表示装置は、照明光が液晶表示パネルの前面から入射する構成になっており、昼光や電灯などの外光を液晶表示パネルの表側から照射して用いるものであり、暗い所では視認できないものであった。
ところが、最近では、液晶表示パネルの前面(フロント側)に面照明装置を配設し、面照明装置を通して、画像が視認できる構成のものが開発されている。いわゆる、フロントライト式の照明形式がある。
【0006】
図11はフロントライト式の面照明装置の一例の模式図である。フロントライト式の面照明装置10は、反射型の液晶表示パネル8の前面(フロント側) に近接配置されて液晶表示装置20を構成している。光源装置3には、例えば発光ダイオードなどの光源が設けられており、光源から出た光は、光ガイドパイプを介して入射端面13から導光板1に入射するようになっている。
【0007】
導光板1は、表側にプリズムアレイ14が設けられた構成になっており、入射端面13から導光板1の内部に導入された破線で示す入射光が、導光板1の表面側に設けられたプリズムアレイ14で内面反射して裏面側から照明光9として出射し、液晶表示パネル8の前面から照明する。液晶表示パネル8を照明した照明光9は液晶表示パネル8の中で画像に変調されて再び導光板1を裏面側から透過し、表示画像として視認される(例えば、特許文献1参照。)。
【0008】
明るい所では、外光91が導光板1を透過して液晶表示パネル8が照明されるので、液晶表示画像を視認することもできる。しかし、照明に外光91を頼る場合には、外光91の明るさの程度や色合いなどによって表示画像の品質が影響される不具合が否めない。
一方、液晶表示装置が透過型の場合には、照明が液晶表示パネルの背面からなされて液晶表示パネルを貫通する構成になっている。従って、液晶表示パネルの厚み方向全体が透明である。液晶を挟持する2枚の基板ともガラスのような透明なものからなり、液晶層に電圧を印加する電極もITO (1ndium TinOxide)膜などの透明電極で構成される。
【0009】
つまり、透過型の液晶表示装置では、液晶表示パネルの背面(バック側) に配置された面照明装置が不可欠で、必須の構成要素になっている。照明装置がバックライトと呼ばれる所以である。透過型の液晶表示装置は、小画面の携帯電話やゲーム機器、大画面のパソコン、液晶TVなどに多用されている。
ところが、透過型の液晶表示パネルでは、暗所ではもちろん明所でも液晶表示パネルの背面からの照明光源が不可欠である。そこで、透過型の液晶表示パネルの背面側の基板に半透過性の反射鏡を設け、暗所では液晶表示パネルをバックライト式の面照明装置で背面から照明して透過型の液晶表示装置として用い、明所では液晶表示パネルの前面からの外光を照明光として反射型液晶表示装置として用いる、いわゆる半透過型の液晶表示装置が多用されるようになっている。
【0010】
図12はバックライト式の面照明装置の一例の模式図である。バックライト式の面照明装置10は、半透過型の液晶表示パネル8の背面(バック側) に近接配置されて、液晶表示装置20を構成している。光源装置3には、例えば発光ダイオードなどの光源が設けられており、光源から出た光は、光ガイドパイプを介して入射端面13から導光板1に入射するようになっている。
【0011】
導光板1は、裏側にプリズムアレイ14が設けられた構成になっている。光源装置3で発した光は、破線で示した入射光5として 入射端面13から導光板1の内部に導入され、導光板1の裏面側に設けられたプリズムアレイ14で内面反射して表面側から照明光9として出射する。そして、この照明光9によって液晶表示パネル8が背面から照明される。
【0012】
この構成の液晶表示装置20では、暗所では液晶表示パネル8をバックライト式の面照明装置10で背面から照明して透過型の液晶表示装置として機能し、明所では液晶表示パネル8の前面からの外光91によって反射型の液晶表示装置として機能する構成になっている。(例えば、特許文献2参照。)
【0013】
【特許文献1】
特開平11─184386号公報(発明の詳細な説明)
【0014】
【特許文献2】
特開平10─208530号公報(発明の詳細な説明)
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図11で示したプリズムアレイを用いたフロントライト式の面照明装置10は、非常に薄形の面照明装置であり、この面照明装置が透過型や半透過型液晶表示装置のバックライト式の面照明装置としても用いることができれば、誠に好都合である。
【0016】
一方、液晶表示パネルの背面から照射される照明光は、できるだけ液晶表示パネルに垂直方向に入射されることが望ましい。
ところが、プリズムアレイを設けた導光板を用いた面照明装置をバックライト式の照明装置として用いた場合には、導光板から照射した照明光の中には、液晶表示パネルを有効に照明せずに漏れ光として望ましくない方向に出射する光が含まれる。
【0017】
図13は漏れ光の振る舞いの模式図を示す。同図において、光源装置3から導光板1の中に導光された破線で示す入射光5は、理想的にはプリズムアレイ14の内面で全反射し、導光板1から出射面12にほゞ垂直の矢印511の方向に出射して欲しい。
ところが、プリズムアレイ14を透過して導光板1の外部の矢印512の方向へ出射したり、出射面から有らぬ斜めの矢印513の方向に出射したりして、被照明物4を有効に照明しないことが間々起こる。本発明では、矢印512や矢印513の方向に出射して被照明物4を有効に照明することに寄与しない光を漏れ光と呼んでいる。
【0018】
図14は漏れ光の視角特性図を示したもので、図14(A)は、視角の定義を示したもので、導光板1の中心部15において、光源装置3から出射して導光板1に入射した太矢印の光の進行方向に平行な出射角度、つまり目視した際に導光板1の中心部を光源装置3の方向に俯瞰して測定した角度を+X°とし、逆方向から俯瞰して測定した角度を─X°としている。また、導光板1に入射した太矢印の光の進行方向と直交する方向の右方向への出射角度、つまり目視した際に導光板1の中心部を右方向から俯瞰して測定した角度を+Y°とし、左方向から俯瞰して測定した角度を−Y°としている。
【0019】
図14(B)は測定結果を図示したものである。同図(B)において、横軸は導光板の中心部において、XまたはY方向のそれぞれの方向に傾いて出射する出射光の角度(°)を示す。また、縦軸はそれぞれの角度(°)における出射光の輝度(cd/m2 )を示す。
○印の曲線は、0°を導光板の中心部の垂直方向として、光源装置から導光板の中に入射した光の進行方向、つまりX方向に−90°〜+90°まで振った際の出射光の輝度(cd/cm2 )、△印の曲線は、0°を導光板の中心部の垂直方向として、光の進行方向と直交するY方向に−90°〜+90°まで輝度計のヘッドの向きを振った際の出射光の輝度(cd/cm2 )である。
【0020】
図14(B)から分かるように、まず、Y方向に振った△印の輝度曲線においては、0°、つまり垂直方向から左右の方向に傾くに従って対称的に急激に出射光の輝度が減光する。つまり、有らぬ方向に出射する、いわゆる漏れ光は測定されない。
ところが、光の進行するX方向に振った○印の輝度曲線においては、30°〜60°の近辺、つまり導光板の中の光の進行方向から斜めに俯瞰するような角度で測定すると、漏れ光が大きく出現することが分かる。この漏れ光は、例えば、図13で示した矢印513の漏れ光に外ならない。
【0021】
さらに、図13で示した矢印512のプリズムアレイを透過した漏れ光は、導光板1から見れば非常に鈍角に漏れている。従って、平面の反射鏡などによって単に反射させたのでは、効果的に導光板へ戻して相対的に導光板の出射面からの照明光量を増大することはできない。
そこで、本願発明では、バックライト式のプリズムアレイを有する面照明装置の漏れ光を有効に活用し、面照明装置としての照明光量を増大した面照明装置と、その面照明装置を用いた液晶表示装置を提供することを目的としている。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上で述べた課題は、請求項1において、光源装置から入射した光を面照明光に拡大して表面から出射する導光板と、プリズムミラーとを有し、該導光板は、被照明物の背面側に近設しており、裏面に第一のプリズムアレイを有し、該プリズムミラーは、該導光板に近設しており、該第一のプリズムアレイに対面して鋸歯状をなす第二のプリズムアレイを有するように構成された面照明装置によって解決される。
【0023】
つまり、本発明の面照明装置は、被照明物を背面から照明する、いわゆるバックライト方式の照明方法と採っている。そこで、導光板は、被照明物の背面側に近設させるようにしている。
また、導光板には、被照明物と相対してない裏面に第一のプリズムアレイを設けるようにしている。そうすると、光源装置から導光板に入射した光は、第一のプリズムアレイで反射して対向する表面側から出射し、近設する被照明物を背面から照明することができる。
【0024】
さらに、導光板にプリズムミラーを近設するようにしている。このプリズムミラーには、導光板の第一のプリズムアレイに対面するように第二のプリズムアレイを設けている。そして、導光板の第一のプリズムアレイから漏れた光を反射して導光板の中に戻すようにしている。
こうして、プリズムアレイを用いた導光板による面照明装置の照明光量をより増大することができる。
【0025】
次いで、請求項2において、第二のプリズムアレイは、該光源装置からの入射光の方向と交差して並設されており、該入射光の入射方向に対向する斜面の傾斜角度が40±5°であるように構成された請求項1記載の面照明装置によって解決される。
つまり、プリズムミラーに設ける第二のプリズムアレイは、鋸歯状をなすプリズムを、光源装置から導光板の中に入射した光の光路と交差する方向に設け、導光板の第一のプリズムアレイから漏れて出てきた光をプリズムの斜面で反射するようにしている。
【0026】
しかも、第二のプリズムアレイで反射した光が導光板の中にできるだけ垂直方向に効率よく入射することが好ましい。プリズムの斜面と導光板からの出射光量との関係を調べた結果から、最適なプリズムの斜面の傾斜角度を40±5°になるようにしている。
次いで、請求項3において、第二のプリズムアレイは、鋸歯状の少なくとも斜面に第一の反射膜が被着されているように構成された請求項3記載の面照明装置によって解決される。
【0027】
つまり、プリズムミラーは、鋸歯状をなすプリズムの斜面が鏡面になっていれば、導光板の第一のプリズムアレイからの漏れ光を拾う効果を発揮する。しかし、さらに効果的にするために、プリズムの斜面を第一の反射膜で覆うようにしている。
そうすると、プリズムミラーの第二のプリズムアレイに入射した漏れ光はほぼ完全に反射するので、より効果的に漏れ光を利用することができる。
【0028】
次いで、請求項4において、光源装置から入射した光を面照明光に拡大して表面から出射する導光板と、レンズシートと、反射シートとを有し、該導光板は、被照明物の背面側に近設しており、裏面に第一のプリズムアレイを有し、該レンズシートは、該導光板の背面側に近設しており、該第一のプリズムアレイに対面するレンズ面が並設されたプリズム型レンズになっており、該反射シートは、該レンズシートの背面側に近設しており、表面に第二の反射膜が被着されているように構成された面照明装置によって解決される。
【0029】
つまり、導光板からの漏れ光を有効に利用するもう一つの方法として、導光板の背面側にレンズシートを近設するようにしている。このレンズシートは、導光板の第一のプリズムアレイに対面したレンズ面に、プリズム型レンズを並行に縞状に並べた、いわゆるレンチキュラーレンズのようになっている。
導光板の第一のプリズムアレイを透過した漏れ光は、レンズシートのレンズ面で集光してシート内に入る。そして、シート内を通過した漏れ光は反射シートで反射して、レンズシート内に戻り、再度レンズ面を通過して導光板の第一のプリズムアレイに入射して有効に利用される。
【0030】
次いで、請求項5において、該レンズ面は、該光源装置からの入射光に交差し、頂角θt=60〜90°のプリズム型レンズであるように構成された面照明装置によって解決される。
つまり、縞状に並設されたレンズ面は、光源装置から導光板に入射した光の光路と交差する方向に設け、導光板の第一のプリズムアレイから漏れて出てきた光をレンズ面で受けるようにしている。
【0031】
ところで、一般に、レンチキュラーレンズは、断面がかまぼこ型であるが、本発明のレンズシートに並設されたプリズム型レンズは、ピッチが高々数十〜数百μmオーダで非常に微細である。
こゝでプリズム型レンズに対して「頂角」と述べたのは、この頂角が金型の設計上の仕上がり角度であるからである。樹脂成形や型押しなどによってレンズシートを製造する際に、微細なピッチでV字型に彫られた金型の谷間には、型の形状どおりに樹脂が十分に入り込まず、成形後の三角の山の頂が丸みを帯びた形状になる。つまり、頂点が丸くなり、断面がかまぼこ型になってしまう。
【0032】
こうして、型設計上の頂角:θt=60〜90°のプリズムレンズは、頂点が丸くなってレンチキュラーレンズ様にできあがる。この形状でレンズとして十分機能することが確認できている。しかも、頂角:θt=60〜90°の範囲は、レンズシートとして最も効率よく漏れ光を導光板に戻す頂角であることが確認できている。
【0033】
最後に、請求項6において、請求項1または4記載の該被照明物が、液晶表示パネルからなるように構成された液晶表示装置によって解決される。
つまり、本発明の面照明装置は、点光源のような小さな光源を面光源に拡大したもので、しかも薄形である。従って、本発明の面照明装置を薄形が特長の一つである透過型あるいは半透過型の液晶表示パネルの背面から照明するバックライトとして用いれば、多いに効果を発揮することができる。
【0034】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第一の実施例の模式的斜視図、図2は図1の展開斜視図、図3は本発明の第二、第三の実施例の模式的一部切り欠き斜視図、図4は本発明の第一の効果を示す図、図5は本発明の第四の実施例の模式的斜視図、図6は図5の展開斜視図、図7は本発明の第五の実施例の模式的一部切り欠き斜視図、図8は本発明の第二の効果を示す図、図9は本発明の第六の一実施例の模式的斜視図、図10は本発明の第六の他の実施例の模式的斜視図である。
【0035】
図において、1は導光板、11は第一のプリズムアレイ、2はプリズムミラー、21は第二のプリズムアレイ、22は斜面、23は第一の反射膜、3は光源装置、4は被照明物、5は入射光、51は漏れ光、6はレンズシート、61はレンズ面、62は頂角、7は反射シート、71は第二の反射膜、8は液晶表示パネル、9は照明光、10は面照明装置、20は液晶表示装置である。
【0036】
〔実施例1〕
図1と図2において、面照明装置10は、被照明物4を背面から照明する、いわゆるバックライト式と呼ばれるもので、導光板1と、導光板1の背面に近設されたプリズムミラー2とからなり、光源装置3は導光板1の中に光を導光するために導光板1の側端面に近設されている。
【0037】
導光板1には、一方の端面に光源装置3が密設されている。光源装置3は、図示してないが、端面に設けられたLEDなどの点状の光源を光源装置3の長さ方向に拡大して一方の側面から出射するものである。光源装置3から出射された光は、導光板1の側から見れば近設した端面の幅方向に一様に拡大されて導光板1の内部に入射光5として導光される。
【0038】
導光板1は、裏側に、例えば、ピッチが100μm単位の鋸歯状の第一のプリズムアレイ11が設けられている。導光板1は、例えば、PMMAなどの透明なプラスチックスのモールド成形によって構成される。入射光5は、第一のプリズムアレイ11の急斜面で内面反射し、均質な照明光9として他方の出射面12から出射されるようになっている。
【0039】
一方、プリズムミラー2には、表側に、例えば、ピッチが10μm単位の鋸歯状をなす第二のプリズムアレイ21が設けられており、導光板1の背面の第一のプリズムアレイ11に対向して近設されている。第二のプリズムアレイ21は、例えば、PCなどのプラスチックスのモールド成形によって構成され、表面は鏡面仕上げになっている。
【0040】
第二のプリズムアレイ21は、第一のプリズムアレイ11を透過して導光板1の外部に出射した漏れ光51を斜面22で反射して再び導光板1の中へ戻し、出射面12から垂直方向の照明光9として活用するものである。
〔実施例2〕
図3において、第二のプリズムアレイ21の鋸歯状のプリズムは、光源装置3から導光板1に入射した入射光5の方向と交差して所定のピッチで並設されている。並設された少なくとも一つの斜面22は入射光5の入射方向に対向しており、斜面22の傾斜角度:θ=40±5°になっている。
【0041】
〔実施例3〕
図3において、面照明装置10における第二のプリズムアレイ21は、斜面22が鏡面仕上げになっており、導光板1の第一のプリズムアレイ11を透過した漏れ光51を反射できるようになっている。しかし、斜面22に対する漏れ光51の入射角度によっては斜面22を透過する場合が起こる。そこで、斜面22における反射をさらに効果的に行うために、少なくとも斜面22に第一の反射膜23を被着する。
【0042】
第一の反射膜23には、反射率の高い金属膜が利用でき、例えば、蒸着によって形成するアルミニウムの反射膜とか、無電解めっきによって形成するニッケルの反射膜などが適用できる。
こうして、プリズムミラーを用いて漏れ光を有効に活用する本発明になる面照明装置の第一の効果を図4に示す。この図4における面照明装置10の構成は、導光板1の背面に第一の反射膜23にアルミニウムの蒸着膜を被着したプリズムミラー2を近接したものである。
【0043】
導光板1の表面を格子状の9ケ所の測定点から垂直方向に出射する照明光9の強さを、輝度(cd/cm2 )で示したものである。X方向は光源装置3から遠ざかる方向を示し、Y方向は導光板1の幅方向を示す。
白抜き印はプリズムミラー2を用いない場合の照明光9の輝度、黒塗りつぶし印はプリズムミラー2を用いた場合の照明光9の輝度を示す。Y方向では光源装置3からの距離が等しければほゞ同等の輝度を示すが、X方向では光源装置3から遠ざかるに連れて、照明光9の輝度が大きくなる。この傾向は、プリズムアレイ型の面照明装置の特長であるが、例えば、液晶表示パネルの照明などではパネル内で拡散が起こるので、均質な照明となることが分かっている。
【0044】
何れの測定点においても、プリズムミラー2を適用した黒塗りつぶし印の方が照明光9の輝度が大きくなっており、平均すると、プリズムミラー2を適用してない場合の平均輝度:1020cd/cm2 に対して、プリズムミラー2を適用した場合には、平均輝度:1144cd/cm2 となり、12%の効率向上がなされていることが確認できた。
【0045】
〔実施例4〕
図5と図6において、面照明装置10は、被照明物4を背面から照明する、いわゆるバックライト式と呼ばれるものである。導光板1と、導光板1の背面に近設されたレンズシート6と、レンズシート6の背面に近設された反射シート7とからなり、光源装置3は導光板1の中に光を導光するために導光板1の側端面に近設されている。
【0046】
導光板1の諸元は、実施例1と同様である。すなわち、光源装置3から出射されて光が導光板1の中に入射された入射光5は、第一のプリズムアレイ11の急斜面で内面反射し、均質な照明光9として他方の出射面12から出射されるようになっている。
一方、レンズシート6は、導光板1の背面側に近設しており、導光板1の第一のプリズムアレイ11に対面するレンズ面61には三角柱を横に倒したプリズム型レンズを縞状に並設したものとなっている。
【0047】
反射シート7は、レンズシート6を透過した漏れ光51を反射して再度レンズシート6を経由して導光板1に戻して有効活用するものである。反射シート7は、例えば、ポリエステルのフィルムなどに第二の反射膜71を被着した構成になっている。第二の反射膜71には、反射率の高い金属膜が利用でき、例えば、蒸着によって形成するアルミニウムの反射膜とか、無電解めっきによって形成するニッケルの反射膜などのメタライズフィルムが適用できる。
【0048】
〔実施例5〕
図7において、面照明装置10における導光板1の第一のプリズムアレイ11と対面して近設するレンズシート6のレンズ面61は、光源装置3からの入射光5の入射方向に交差し、頂角62がθt=60〜90°のプリズム型レンズになっている。
【0049】
このプリズム型レンズを並設したレンズシート6は、例えば、PMMAのような透明なプラスチックスからなり、モールド成形によって製造する。モールド金型のレンズ面61を成形する側の型は、例えば、100μmといった非常に細かいピッチでV字型の溝が彫られたものである。
断面形状がかまぼこ型に形成されるプリズム型レンズ対する「頂角」は、レンズシート6を製造する際の金型の設計上の仕上がり角度である。樹脂成形や型押しなどによってレンズシート6を製造する際に、微細なピッチでV字型に彫られた金型の谷間には、型の形状どおりに樹脂が十分に入り込まず、成形後の三角の山の頂が丸みを帯びた形状になる。つまり、稜線が丸くなり、断面がかまぼこ型になる。
【0050】
こうして、型設計上の頂角62:θt=60〜90度のプリズム型レンズは、丸い稜線の山が並行して連なったレンチキュラーレンズの様なレンズ効果を示し、レンズとして十分機能することが確認できている。しかも、頂角62:θt=60〜90°の範囲は、レンズシートとして最も効率よく漏れ光51を導光板1に戻す角度であることが確認できている。
【0051】
こうして、レンズシートと反射シートとを用いて漏れ光を有効に活用する本発明になる面照明装置の第二の効果を図8に示す。この図8における面照明装置10は、導光板1の背面にレンズシート6を近設し、さらに、レンズシート6の背面に第二の反射膜71にアルミニウムの蒸着膜を被着した反射シート7密接した構成になっている。
【0052】
導光板1の表面を格子状の9ケ所の測定点から垂直方向に出射する照明光9の強さを、輝度(cd/cm2 )で示したものである。X方向は光源装置3から遠ざかる方向を示し、Y方向は導光板1の幅方向を示す。
白抜き印は、レンズシート6と反射シート7とを付設してない導光板1を用いた場合の照明光9の輝度を示し、黒塗りつぶし印は、レンズシート6と反射シート7とを用いた場合の照明光9の輝度を示す。
【0053】
Y方向の照明光9は、光源装置3からの距離が等しければほゞ同等の輝度を示すが、X方向では光源装置3から遠ざかるに連れて照明光9の輝度が次第に大きくなる。この傾向は、プリズムアレイ型面照明装置の特長であるが、例えば、液晶表示パネルの照明などではパネル内で拡散が起こるので、均質な照明となることが分かっている。
【0054】
何れの測定点においても、レンズシート6と反射シート7とを適用した黒塗りつぶし印の方が照明光9の輝度が大きくなってなる。平均すると、レンズシート6と反射シート7とを適用してない場合の平均輝度:1041cd/cm2 に対して、レンズシート6と反射シート7とを適用した場合には、平均輝度:1163cd/cm2 となり、10%の効率向上がなされていることが確認できた。
【0055】
〔実施例6〕
図9において、実施例1の導光板1とプリズムミラー2とを含む面照明装置10によってバックライト式に照明される被照明物4を透過型あるいは半透過型の液晶表示パネル8にすれば、本発明からなる液晶表示装置20となる。
また、図10において、実施例4の導光板1とレンズシート6と反射シート7とを含む面照明装置10によってバックライト式に照明される被照明物4を透過型あるいは半透過型の液晶表示パネル8にすれば、本発明からなる液晶表示装置20となる。
【0056】
何れの液晶表示装置20においても、照明光のうちの漏れ光を有効に活用しているので、本発明になるプリズムミラー2や、レンズシート6と反射シート7を採用してない面照明装置10に対して、10〜12%増しの明るい表示映像を得ることができる。
漏れ光の出射角度は、導光板の第一のプリズムアレイの構成によって左右される。従って、こゝではプリズムミラーの斜面の角度は、斜面の角度の最適な範囲をθ=45±5°と述べたが、例示したプリズムミラーの第二のプリズムアレイのピッチなどとともに種々の変形が可能である。
【0057】
また、レンズシートの頂点の角度は、導光板の第一のプリズムアレイの構成によって漏れ光の出射角度が左右されるものなので、プリズム型レンズの頂角(型の設計上の角度)の最適範囲:θt=60〜90度や例示したピッチなどは種々の変形が可能である。特に、ピッチが細かいことによって、レンズシートをモールド成形するに際して、三角形のプリズムレンズの頂点が丸みを帯びてかまぼこ型レンズの様に機能することは重要な事項である。
【0058】
さらに、本発明の面照明装置が、例示した液晶表示パネルの照明に用いて構成される液晶表示装置に限らず、面照明を要するいろいろな用途に適用可能であることはいうまでもない。
【0059】
【発明の効果】
本発明によれば、導光板にプリズムアレイを設けたフロントライト式の面照明装置にプリズムミラー、あるいはレンズシートと反射シートとを組み合わせることによって、導光板から散逸する漏れ光を有効に活用することができ、バックライト式の面照明装置として有用である。
【0060】
つまり、照明光の輝度を、プリズムミラーによって12%、あるいはレンズシートと反射シートとを組み合わせまことによって10%、それぞれ増大することができる。その結果、本面照明装置は、今後ますます期待される携帯電話に組み込まれる液晶表示装置のバックライト式照明装置などとして、画像表示品質の一段の向上に寄与するところ大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例の模式的斜視図である。
【図2】図1の展開斜視図である。
【図3】本発明の第二、第三の実施例の模式的一部切り欠き斜視図である。
【図4】本発明の第一の効果を示す図である。
【図5】本発明の第四の実施例の模式的斜視図である。
【図6】図5の展開斜視図である。
【図7】本発明の第五の実施例の模式的一部切り欠き斜視図である。
【図8】本発明の第二の効果を示す図である。
【図9】本発明の第六の一実施例の模式的斜視図である。
【図10】本発明の第六の他の実施例の模式的斜視図である。
【図11】フロントライト式の面照明装置の一例の模式図である。
【図12】バックライト式の面照明装置の一例の模式図である。
【図13】漏れ光の振る舞いの模式図である。
【図14】漏れ光の視角特性図である。
【符号の説明】
1 導光板 11 第一のプリズムアレイ
2 プリズムミラー 21 第二のプリズムアレイ 22 斜面 23 第一の反射膜
3 光源装置
4 被照明物
5 入射光 51 漏れ光
6 レンズシート 61 レンズ面 62 頂角
7 反射シート 71 第二の反射膜
8 液晶表示パネル
9 照明光
10 面照明装置
20 液晶表示装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light source device, a surface lighting device that illuminates a passive display panel such as a liquid crystal display panel using the light source device, and a liquid crystal display device that is illuminated using the surface lighting device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, among various display devices connected to electronic devices, a liquid crystal display device (LCD), a plasma display device (PDP), an electroluminescence display device (EL), and the like have been developed as display devices replacing CRTs. Above all, liquid crystal display devices have become lighter, thinner and smaller, have low power consumption, and have been increasingly colorized, and have been further developed from mobile phones and personal digital assistants (PDAs) to home TVs.
[0003]
By the way, PDPs and ELs are called active display devices because they emit light upon application of a drive voltage. On the other hand, the liquid crystal display device controls the transmission / shielding of external light by applying / non-applying a driving voltage, and does not emit light by itself, and is therefore called a passive display device. Therefore, in the liquid crystal display device, some kind of illumination is required for display.
[0004]
The manner of illumination of the liquid crystal display device differs depending on whether the structure of the liquid crystal display panel constituting the liquid crystal display device is a reflection type, a transmission type, or a transflective type. However, in any case, it is important to uniformly illuminate the display screen regardless of the size of the display screen.
In the configuration of the reflection type liquid crystal display device, a transparent electrode such as an ITO film is used on one of the substrates through which the illumination light enters and exits so that the illumination light is transmitted. An opaque metal electrode or the like having a high density is used.
[0005]
The reflection type liquid crystal display device has a configuration in which illumination light is incident from the front of the liquid crystal display panel, and is used by irradiating outside light such as daylight or electric light from the front side of the liquid crystal display panel, and is used in a dark place. Was not visible.
However, recently, a configuration has been developed in which a surface illumination device is provided on the front side (front side) of a liquid crystal display panel and an image can be visually recognized through the surface illumination device. There is a so-called front light type illumination type.
[0006]
FIG. 11 is a schematic diagram of an example of a front light type surface illumination device. The front light type
[0007]
The light guide plate 1 has a configuration in which a
[0008]
In a bright place, the external light 91 passes through the light guide plate 1 to illuminate the liquid
On the other hand, when the liquid crystal display device is of a transmissive type, illumination is performed from the back of the liquid crystal display panel and penetrates the liquid crystal display panel. Therefore, the entire liquid crystal display panel in the thickness direction is transparent. The two substrates sandwiching the liquid crystal are both made of a transparent material such as glass, and the electrode for applying a voltage to the liquid crystal layer is also formed of a transparent electrode such as an ITO (1ndium TinOxide) film.
[0009]
That is, in the transmissive liquid crystal display device, the surface illumination device arranged on the back (back side) of the liquid crystal display panel is indispensable and an essential component. That is why the lighting device is called a backlight. 2. Description of the Related Art Transmissive liquid crystal display devices are frequently used in small-screen mobile phones and game machines, large-screen personal computers, liquid crystal TVs, and the like.
However, in a transmissive liquid crystal display panel, an illumination light source from the back of the liquid crystal display panel is indispensable not only in a dark place but also in a bright place. Therefore, a transflective mirror is provided on the substrate on the back side of the transmissive liquid crystal display panel, and in a dark place, the liquid crystal display panel is illuminated from the back with a backlight type surface illumination device as a transmissive liquid crystal display device. In a light place, a so-called transflective liquid crystal display device that uses external light from the front surface of the liquid crystal display panel as illumination light as a reflection type liquid crystal display device is often used.
[0010]
FIG. 12 is a schematic view of an example of a backlight type surface illumination device. The backlight type surface
[0011]
The light guide plate 1 has a configuration in which a
[0012]
In the liquid
[0013]
[Patent Document 1]
JP-A-11-184386 (Detailed description of the invention)
[0014]
[Patent Document 2]
JP-A-10-208530 (Detailed description of the invention)
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, the front light type
[0016]
On the other hand, it is desirable that the illumination light emitted from the rear surface of the liquid crystal display panel be incident on the liquid crystal display panel as vertically as possible.
However, when a surface illumination device using a light guide plate provided with a prism array is used as a backlight type illumination device, the illumination light emitted from the light guide plate does not effectively illuminate the liquid crystal display panel. Includes light emitted in an undesirable direction as leaked light.
[0017]
FIG. 13 shows a schematic diagram of the behavior of the leak light. In the figure, the
However, the light to be illuminated 4 is effectively transmitted through the
[0018]
FIG. 14 shows a view angle characteristic diagram of the leaked light, and FIG. 14A shows the definition of the view angle. At the
[0019]
FIG. 14B illustrates the measurement results. In FIG. 6B, the horizontal axis indicates the angle (°) of the emitted light that is emitted in the center of the light guide plate while being inclined in the X or Y direction. The vertical axis represents the luminance (cd / m) of the emitted light at each angle (°). Two ).
The curve indicated by a circle indicates that when 0 ° is set as the vertical direction of the center of the light guide plate, the light emitted from the light source device when it is swung from −90 ° to + 90 ° in the X direction, that is, in the X direction. Luminance of emitted light (cd / cm Two ), The curve marked with a triangle indicates that when the head of the luminance meter is swung from −90 ° to + 90 ° in the Y direction orthogonal to the light traveling direction, with 0 ° being the vertical direction of the center of the light guide plate. Luminance of emitted light (cd / cm Two ).
[0020]
As can be seen from FIG. 14 (B), first, in the luminance curve indicated by the triangle marked in the Y direction, the luminance of the emitted light rapidly decreases symmetrically at 0 °, that is, as it inclines from the vertical direction to the left and right directions. I do. That is, so-called leaked light emitted in a direction that does not exist is not measured.
However, in the luminance curve of the mark 振 shaked in the X direction in which light travels, when measured at an angle near 30 ° to 60 °, that is, at an angle obliquely looking down from the traveling direction of light in the light guide plate, leakage It can be seen that light largely appears. This leaked light does not deviate from, for example, the leaked light indicated by the
[0021]
Further, the light leaking through the prism array indicated by the
Therefore, in the present invention, a surface illuminating device having an increased illumination light amount as a surface illuminating device by effectively utilizing leak light of a surface illuminating device having a backlight type prism array, and a liquid crystal display using the surface illuminating device It is intended to provide a device.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The above-mentioned subject has a light guide plate, which expands light incident from a light source device into surface illumination light and emits the light from a surface, and a prism mirror, wherein the light guide plate is a light guide for an object to be illuminated. A first prism array is provided on the back side and has a first prism array on the back surface, and the prism mirror is provided near the light guide plate and has a sawtooth shape facing the first prism array. The problem is solved by a surface illuminator configured to have two prism arrays.
[0023]
In other words, the surface illumination device of the present invention employs a so-called backlight type illumination method for illuminating an object to be illuminated from behind. Therefore, the light guide plate is provided near the back side of the illumination target.
The light guide plate is provided with a first prism array on a back surface that is not opposed to the object to be illuminated. Then, the light that has entered the light guide plate from the light source device is reflected by the first prism array and emitted from the facing surface side, so that the nearby object to be illuminated can be illuminated from the back.
[0024]
Further, a prism mirror is provided near the light guide plate. This prism mirror is provided with a second prism array so as to face the first prism array of the light guide plate. Then, light leaked from the first prism array of the light guide plate is reflected and returned into the light guide plate.
Thus, it is possible to further increase the illumination light amount of the surface illumination device using the light guide plate using the prism array.
[0025]
Next, in
In other words, the second prism array provided on the prism mirror is provided with sawtooth-shaped prisms in a direction intersecting the optical path of light incident on the light guide plate from the light source device, and leaks from the first prism array of the light guide plate. The reflected light is reflected by the slope of the prism.
[0026]
In addition, it is preferable that the light reflected by the second prism array efficiently enters the light guide plate in the vertical direction as much as possible. From the result of examining the relationship between the inclined surface of the prism and the amount of light emitted from the light guide plate, the optimal inclination angle of the inclined surface of the prism is set to 40 ± 5 °.
Then, in the third aspect, the second prism array is solved by the surface illumination device according to the third aspect, wherein the first reflection film is applied to at least a slope of a sawtooth shape.
[0027]
In other words, the prism mirror has an effect of picking up light leaked from the first prism array of the light guide plate if the slope of the saw-toothed prism is a mirror surface. However, in order to make it more effective, the slope of the prism is covered with the first reflection film.
Then, since the leaked light incident on the second prism array of the prism mirror is almost completely reflected, the leaked light can be used more effectively.
[0028]
Next, according to
[0029]
That is, as another method of effectively utilizing the light leaked from the light guide plate, a lens sheet is provided near the rear surface of the light guide plate. This lens sheet is like a so-called lenticular lens in which prism type lenses are arranged in a stripe pattern in parallel on a lens surface of the light guide plate facing the first prism array.
The leaked light transmitted through the first prism array of the light guide plate is condensed on the lens surface of the lens sheet and enters the sheet. The leaked light passing through the sheet is reflected by the reflection sheet, returns to the lens sheet, passes through the lens surface again, enters the first prism array of the light guide plate, and is effectively used.
[0030]
Then, in
That is, the lens surfaces arranged in a stripe pattern are provided in a direction intersecting with the optical path of the light incident on the light guide plate from the light source device, and the light leaking out from the first prism array of the light guide plate is emitted by the lens surface. I am going to receive it.
[0031]
By the way, in general, a lenticular lens has a semi-cylindrical cross section, but a prism type lens arranged side by side on a lens sheet of the present invention has a very fine pitch of at most several tens to several hundreds μm.
Here, the "vertical angle" is described for the prism type lens because the vertex angle is a finished angle in the design of the mold. When manufacturing a lens sheet by resin molding or embossing, the resin does not sufficiently enter the valley of the V-shaped engraved at a fine pitch as the shape of the mold, and The top of the mountain has a rounded shape. In other words, the vertices are rounded, and the cross section has a kamaboko shape.
[0032]
In this manner, the prism lens having the apex angle θt = 60 to 90 ° in the mold design is rounded at the vertex, and is completed like a lenticular lens. It has been confirmed that this shape sufficiently functions as a lens. Moreover, it has been confirmed that the range of the apex angle: θt = 60 to 90 ° is the apex angle for returning the leaked light to the light guide plate most efficiently as the lens sheet.
[0033]
Finally, in
That is, the surface illuminating device of the present invention is obtained by expanding a small light source such as a point light source into a surface light source and is thin. Therefore, when the surface illumination device of the present invention is used as a backlight that illuminates from the back of a transmissive or transflective liquid crystal display panel, one of which is a thin type, many effects can be exerted.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic perspective view of a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic partially cutaway perspective view of second and third embodiments of the present invention. 4 is a view showing a first effect of the present invention, FIG. 5 is a schematic perspective view of a fourth embodiment of the present invention, FIG. 6 is an exploded perspective view of FIG. 5, and FIG. FIG. 8 is a view showing a second effect of the present invention, FIG. 9 is a schematic perspective view of a sixth embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 16 is a schematic perspective view of a sixth other embodiment.
[0035]
In the figure, 1 is a light guide plate, 11 is a first prism array, 2 is a prism mirror, 21 is a second prism array, 22 is a slope, 23 is a first reflection film, 3 is a light source device, 4 is illumination. Object, 5: incident light, 51: leak light, 6: lens sheet, 61: lens surface, 62: apex angle, 7: reflective sheet, 71: second reflective film, 8: liquid crystal display panel, 9: illumination
[0036]
[Example 1]
In FIGS. 1 and 2, a
[0037]
The light guide plate 1 has a
[0038]
The light guide plate 1 is provided on its back side with, for example, a sawtooth-shaped
[0039]
On the other hand, the
[0040]
The
[Example 2]
In FIG. 3, the saw-toothed prisms of the
[0041]
[Example 3]
In FIG. 3, the
[0042]
As the first reflection film 23, a metal film having a high reflectance can be used. For example, a reflection film of aluminum formed by vapor deposition, a reflection film of nickel formed by electroless plating, or the like can be used.
FIG. 4 shows the first effect of the surface illumination device according to the present invention in which the leakage light is effectively used by using the prism mirror. The configuration of the
[0043]
The intensity of the illuminating light 9 vertically emitted from nine grid-like measurement points on the surface of the light guide plate 1 is determined by the luminance (cd / cm). Two ). The X direction indicates a direction away from the
Open marks indicate the luminance of the
[0044]
At any of the measurement points, the luminance of the
[0045]
[Example 4]
5 and 6, the
[0046]
The specifications of the light guide plate 1 are the same as in the first embodiment. That is, the
On the other hand, the
[0047]
The
[0048]
[Example 5]
In FIG. 7, a
[0049]
The
The “vertical angle” of a prism-type lens having a cross-sectional shape of a semi-cylindrical shape is a design finished angle of a mold when the
[0050]
Thus, it was confirmed that the prism type lens having the apex angle 62: θt = 60 to 90 degrees in the mold design exhibits a lens effect like a lenticular lens in which the peaks of the round ridges are connected in parallel, and functions sufficiently as a lens. is made of. Moreover, it has been confirmed that the range of the vertical angle 62: θt = 60 to 90 ° is the angle at which the leaked
[0051]
FIG. 8 shows a second effect of the surface illumination device according to the present invention in which the leak light is effectively used by using the lens sheet and the reflection sheet. The
[0052]
The intensity of the illuminating light 9 vertically emitted from nine grid-like measurement points on the surface of the light guide plate 1 is determined by the luminance (cd / cm). Two ). The X direction indicates a direction away from the
Open marks indicate the luminance of the
[0053]
The
[0054]
At any of the measurement points, the luminance of the
[0055]
[Example 6]
In FIG. 9, if the
In FIG. 10, the
[0056]
Since any of the liquid
The emission angle of the leaked light depends on the configuration of the first prism array of the light guide plate. Therefore, in this example, the angle of the slope of the prism mirror has been described as the optimal range of the angle of the slope being θ = 45 ± 5 °, but various deformations may occur along with the pitch of the second prism array of the illustrated prism mirror. It is possible.
[0057]
Further, the angle of the vertex of the lens sheet is determined by the configuration of the first prism array of the light guide plate, and the exit angle of the leaked light depends on the angle. : Various modifications are possible for θt = 60 to 90 degrees, the illustrated pitch, and the like. In particular, when molding a lens sheet due to the fine pitch, it is important that the vertices of the triangular prism lens be rounded and function like a semi-cylindrical lens.
[0058]
Furthermore, it goes without saying that the surface illumination device of the present invention is not limited to the liquid crystal display device configured to be used for illuminating the liquid crystal display panel as illustrated, but can be applied to various applications requiring surface illumination.
[0059]
【The invention's effect】
Advantageous Effects of Invention According to the present invention, by combining a prism mirror or a lens sheet and a reflection sheet with a front light type surface illumination device provided with a prism array on a light guide plate, it is possible to effectively use leakage light scattered from the light guide plate. And is useful as a backlight type surface lighting device.
[0060]
That is, the brightness of the illumination light can be increased by 12% by the prism mirror or by 10% by combining the lens sheet and the reflection sheet. As a result, the main surface illumination device greatly contributes to further improvement of image display quality as a backlight type illumination device of a liquid crystal display device to be incorporated in a mobile phone, which is expected to be increasingly used in the future.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG.
FIG. 3 is a schematic partially cutaway perspective view of a second and a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a first effect of the present invention.
FIG. 5 is a schematic perspective view of a fourth embodiment of the present invention.
6 is an exploded perspective view of FIG.
FIG. 7 is a schematic partially cutaway perspective view of a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a second effect of the present invention.
FIG. 9 is a schematic perspective view of a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic perspective view of a sixth other embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic view of an example of a front light type surface illumination device.
FIG. 12 is a schematic diagram of an example of a backlight type surface illumination device.
FIG. 13 is a schematic diagram of the behavior of light leakage.
FIG. 14 is a viewing angle characteristic diagram of leaked light.
[Explanation of symbols]
1
2
3 Light source device
4 Illuminated objects
5
6
7
8 LCD panel
9 Illumination light
10-side lighting device
20 Liquid crystal display device
Claims (6)
該導光板は、被照明物の背面側に近設しており、裏面に第一のプリズムアレイを有し、
該プリズムミラーは、該導光板に近設しており、該第一のプリズムアレイに対面して鋸歯状をなす第二のプリズムアレイを有する
ことを特徴とする面照明装置。A light guide plate that expands light incident from the light source device to surface illumination light and emits light from the surface, and a prism mirror,
The light guide plate is provided near the back side of the object to be illuminated, and has a first prism array on the back side,
The surface illuminating device, wherein the prism mirror has a second prism array which is provided near the light guide plate and has a sawtooth shape facing the first prism array.
ことを特徴とする請求項1記載の面照明装置。The second prism array is arranged side by side so as to intersect with the direction of the incident light from the light source device, and an inclination angle of a slope facing the incident direction of the incident light is 40 ± 5 °. The surface lighting device according to claim 1, wherein
ことを特徴とする請求項2記載の面照明装置。3. The surface illumination device according to claim 2, wherein the second prism array has a first reflection film attached to at least a slope.
該導光板は、被照明物の背面側に近設しており、裏面に第一のプリズムアレイを有し、
該レンズシートは、該導光板の背面側に近設しており、該第一のプリズムアレイに対面するレンズ面が並設されたプリズム型レンズになっており、
該反射シートは、該レンズシートの背面側に近設しており、表面に第二の反射膜が被着されている
ことを特徴とする面照明装置。A light guide plate that expands light incident from the light source device to surface illumination light and emits light from the surface, a lens sheet, and a reflection sheet,
The light guide plate is provided near the back side of the object to be illuminated, and has a first prism array on the back side,
The lens sheet is provided near the back side of the light guide plate, and is a prism type lens in which lens surfaces facing the first prism array are arranged side by side,
The surface illumination device, wherein the reflection sheet is provided near a back side of the lens sheet, and a second reflection film is applied to a surface of the reflection sheet.
ことを特徴とする請求項4記載の面照明装置。The surface illumination device according to claim 4, wherein the lens surface is a prism type lens that intersects the incident light from the light source device and has an apex angle of 60 to 90 degrees.
ことを特徴とする液晶表示装置。5. A liquid crystal display device according to claim 1, wherein the object to be illuminated comprises a liquid crystal display panel.
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