JP2004241237A - 面状照明装置およびこれを使用した液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光源からの光の利用効率を向上させ、かつ導光板上の輝度均一性を実現する面状照明装置およびこれを含む液晶表示装置を提供する。
【解決手段】この液晶表示装置は、光源である白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃと、光源からの光を照明面から面状に放射する導光板１と、筐体を構成する樹脂フレーム２と、半田付け部６により白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃを実装するＬＥＤ用ＦＰＣ基板４と、反射シート５と、図示されない液晶パネル等を備える。白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃ周囲の収納空間には弾力性のある充填用樹脂７が充填されているため、衝撃が吸収されるとともに光の利用効率が向上する。また、導光板１内には空気レンズ８ａ〜８ｂが設けられるため、光の放射角度が広げられることにより、導光板１の明るい領域が広くなり、導光板上の輝度均一性が実現される。
【選択図】 図１
【解決手段】この液晶表示装置は、光源である白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃと、光源からの光を照明面から面状に放射する導光板１と、筐体を構成する樹脂フレーム２と、半田付け部６により白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃを実装するＬＥＤ用ＦＰＣ基板４と、反射シート５と、図示されない液晶パネル等を備える。白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃ周囲の収納空間には弾力性のある充填用樹脂７が充填されているため、衝撃が吸収されるとともに光の利用効率が向上する。また、導光板１内には空気レンズ８ａ〜８ｂが設けられるため、光の放射角度が広げられることにより、導光板１の明るい領域が広くなり、導光板上の輝度均一性が実現される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面状照明装置およびこれを使用した液晶表示装置に関し、より詳しくは光源からの光が入射されるライトガイド（導光板）を備える面状照明装置およびこれを使用した液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話をはじめとする液晶応用商品では小型化が強く要求されており、その要求に伴い液晶表示装置およびこれに用いられる面状照明装置自体の小型化および薄型化が要求されている。このような従来の面状照明装置は、白色の発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や冷陰極蛍光管（ＣＣＦＴ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｔｕｂｅ）などの光源と、当該光源から一定の距離をあけて（空気を介して）設けられる導光板とを備えており、当該光源からの光は当該導光板の所定の光入射面から入射された後、導光板全体に拡散されることにより所定面（照明面）から面状に放射される。
【０００３】
図１０は、このような従来の面状照明装置を含む液晶表示装置の構成を示す側面概略図である。この液晶表示装置は、光源である白色ＬＥＤ９０１と、ＬＥＤ用ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）基板９０２と、筐体を構成する樹脂フレーム９０３と、ベゼル９０４と、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板９０５およびＣＦ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ）基板９０６からなる液晶パネルと、当該液晶パネルからの信号を外部へ取り出すためのパネル信号取出用ＦＰＣ基板９０７と、偏光板９０８と、レンズシートや光拡散シート等からなるレンズシート類９１０と、照明面から面状に光を放つ導光板９１１と、反射シート９１２とを備える。これらのうち、白色ＬＥＤ９０１、ＬＥＤ用ＦＰＣ基板９０２、レンズシート類９１０、導光板９１１、および反射シート９１２により面状照明装置（またはバックライト部）が構成される。この面状照明装置からの光の光量が表示される画素毎に適宜調節されることにより液晶表示装置の表示面に各種表示がなされる。
【０００４】
ベゼル９０４は、樹脂フレーム９０３の側面に形成される固定用フック９１３によって固定されており、表示面側の筐体周縁部における外枠を構成する。液晶パネルは、遮光両面テープ９０９により樹脂フレーム９０３に固定されている。この液晶パネルの両面には偏光板９０８が貼り付けられており、導光板９１１の裏面側（表示面の反対側）には反射シート９１２が貼り付けられている。
【０００５】
白色ＬＥＤ９０１は、導光板９１１の光入射面から空間をあけて設置されており、ＬＥＤ用ＦＰＣ基板９０２上に実装されている。ここで、本液晶表示装置を内蔵する携帯機器等が落下などによる衝撃を受けると、その衝撃により白色ＬＥＤ９０１は導光板９１１や樹脂フレーム９０３と衝突し、ＬＥＤ用ＦＰＣ基板９０２から外れたり配線が切断されることがある。このような故障の発生を防止するため、白色ＬＥＤ９０１と導光板９１１との間、および白色ＬＥＤ９０１と樹脂フレーム９０３との間には、それぞれ０．４ｍｍ前後の隙間があけられている。
【０００６】
また、白色ＬＥＤ９０１から出射される光は所定の立体角を持った３次元的な放射光となり、導光板９１１の光入射面が平面であることから、反射が生じる。そのため、白色ＬＥＤ９０１からの光量に比して導光板９１１に入光する光量には所定のロスが発生する。そこで、導光板９１１の光入射面の表面に、導光板９１１の厚み方向（表示面に対して垂直な方向）に沿って三角形状の断面を有する溝を形成し、または断面が台形状である突起部を形成する従来の構成がある。この構成により、導光板９１１への光の入射効率を上昇させることができるため、液晶表示装置（における面状照明装置）の輝度やその均一性の向上が期待できる。このように、白色ＬＥＤの輝度は近年徐々に高まりつつあるものの液晶表示装置ではさらに高い輝度が要求されるため、従来より白色ＬＥＤからの光の利用効率を高める必要性がある。
【０００７】
さらに、従来の構成では、０．７ｍｍ〜１ｍｍ厚の平板状またはくさび形状の導光板により、白色ＬＥＤからの水平方向（表示面と平行方向）の入射光を９０度方向変えて表示面へ向け出射させる際にもロスが発生するため、さらに光入射面での光の入射効率を高める必要がある。
【０００８】
この点、特開２００１−６７９１７号公報には、導光体とＬＥＤとを一体化することによりＬＥＤの光の利用効率を向上させる構成が開示されており、特開２００２−１８４２２５号公報には、導光板の光入射面と光出射面との間にスリットを形成することにより表示領域の輝度ムラを低減する構成が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１８４３８６
【特許文献２】
特開２００１−６７９１７
【特許文献３】
特開２００２−１８４２２５
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、携帯機器などに搭載される従来の液晶表示装置は、白色ＬＥＤと導光板との間、および白色ＬＥＤと樹脂フレームとの間にそれぞれ０．４ｍｍ前後の隙間があけられている。図１１は、白色ＬＥＤと導光板との位置関係を示す模式図である。図１１に示す白色ＬＥＤ９０１ａ〜９０１ｃと導光板９１１とは距離Ｌの隙間が生じるように離されて配置されている。この隙間は、落下衝撃による故障の発生を防ぐために有効である。しかし、白色ＬＥＤ９０１ａ〜９０１ｃから放射された光の導光板９１１に対する入射光量を低下させるため、光の利用効率を悪化させる要因となる。
【００１１】
また、白色ＬＥＤ９０１ａ〜９０１ｃから放射された光は、隙間内の空気中を進んで導光板９１１の光入射面に達する。ここで、当該光の一部は、空気の屈折率とは異なる屈折率を有する導光板９１１の界面で反射されるため、導光板９１１に入射する光の光量には反射ロスが発生する。図１１に示す実線は白色ＬＥＤ９０１ａ〜９０１ｃから放射された光線を例示し、太い破線は導光板９１１が存在しないと仮定する場合（または導光板９１１の屈折率が空気と同じであると仮定する場合）の光線を例示し、細い破線は導光板９１１の界面で反射された光線を例示している。このような反射光の発生による反射ロスは、光の利用効率を悪化させる要因となる。
【００１２】
ここで、上述の特開２００１−６７９１７号公報に開示される構成のように白色ＬＥＤと導光板との隙間を樹脂で充填すれば、光の利用効率を向上させることができる。しかし、白色ＬＥＤからの光の放射角度が狭いため、白色ＬＥＤの放射角度内の領域外縁部に明線が発生する。この明線とは、本明細書中では導光板上に見かけ上生じる、明るい領域と暗い領域との境界線を指すものとする。図１２は、この明線を例示する模式図である。白色ＬＥＤ９０１ａ〜９０１ｃの放射角度内の領域の光量はＬＥＤの放射特性から決定されるが、当該放射角度外の領域の光量はかなり少ない。そのため、上記放射角度内の領域と放射角度外の領域との境界は明線として現れ、導光板上の輝度均一性を実現するにあたり障害となる。
【００１３】
なお、隙間へ充填される樹脂材料を変更することによりその屈折率が導光板の屈折率よりもより大きくなるように調整すれば、上記ＬＥＤからの光の放射角度をＬＥＤの放射特性に基づく放射角度より広げることができる。しかし、充填される樹脂材料と導光板との屈折率差が大きくなるほど反射ロスが増大する。図１３は、白色ＬＥＤと導光板との隙間が導光板の屈折率よりもより大きい屈折率を有する樹脂で充填される場合のＬＥＤからの光線の屈折態様を例示する模式図である。図１３に示す実線、太い破線、および細い破線は図１１の場合と同様のものを示しており、θはＬＥＤの放射特性に基づく放射角度を示し、θ’はθより広げられたＬＥＤからの光の放射角度を示す。この図１３に示す反射光の発生による反射ロスは、光の利用効率を悪化させる要因となる。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、光源からの光の利用効率を向上させ、かつ導光板上の輝度均一性を実現する面状照明装置およびこれを使用した液晶表示装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、光源と、当該光源からの光を受け取る光入射面および受け取られた光を放つ光出射面を有する導光体とを備える面状照明装置であって、
前記光源と前記導光体の光入射面との間には、空気よりも大きい屈折率を有する所定の物質が充填され、
前記導光体は、他の部分とは異なる屈折率を有する屈折部を、前記光入射面近傍に含むことを特徴とする。
【００１６】
このような第１の発明によれば、光源と導光体の光入射面との間に空気よりも大きい屈折率を有する物質が充填されることにより、導光体との屈折率差が小さくなるため光の反射ロスが低減される。また、導光体の入射面近傍の内部に屈折部を含むことにより、導光体の明るい領域が広くなり導光体上の輝度が均一となる。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記屈折部は、空気からなることを特徴とする。
【００１８】
このような第２の発明によれば、屈折部に特別な素材を充填する必要がないため、容易にまたは安価な構成で導光体の明るい領域が広くなり、導光体上の輝度が均一となる。
【００１９】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記屈折部は、前記光源からの光を屈折または発散することにより、当該光に照らされる前記導光体の明るい領域を広げるように構成されることを特徴とする。
【００２０】
このような第３の発明によれば、屈折部により導光体の明るい領域が広がるため、導光体上の輝度が均一となる。
【００２１】
第４の発明は、第１から第３までのいずれか１つの発明において、
前記屈折部は、光線を発散するレンズであることを特徴とする。
【００２２】
このような第４の発明によれば、屈折部で光源からの光の放射角度が広げられることにより導光体の明るい領域が広くなり、導光体上の輝度が均一となる。
【００２３】
第５の発明は、第１から第４までのいずれか１つの発明において、
前記導光体は、前記屈折部からの光を受け取る面で当該光を拡散するように構成されることを特徴とする。
【００２４】
このような第５の発明によれば、上記面で光が拡散されるため、当該拡散された光により導光体上の輝度が均一となる。
【００２５】
第６の発明は、第５の発明において、
前記屈折部からの光を受け取る面には、当該光を拡散するための起伏が設けられることを特徴とする。
【００２６】
このような第６の発明によれば、当該起伏により、簡易な構成で光が拡散される。
【００２７】
第７の発明は、第１の発明において、
前記光源は、前記導光体の所定の端面または当該端面近傍の内部に形成される収納空間内に配置され、
前記所定の物質は、前記光源が配置された収納空間内に充填されることを特徴とする。
【００２８】
このような第７の発明によれば、光源が収納空間内に配置されるので、所定の充填すべき物質を簡易な工程で充填可能であり、また光の反射ロスが低減されるため光源からの光の利用効率が向上する。
【００２９】
第８の発明は、第１または第７の発明において、
前記所定の物質は、弾力性を有することを特徴とする。
【００３０】
このような第８の発明によれば、落下衝撃等による故障の発生が防止される。
【００３１】
第９の発明は、第１の発明において、
前記所定の物質は、前記導光体の屈折率よりも大きい近傍値である所定の屈折率を有することを特徴とする。
【００３２】
このような第９の発明によれば、光源からの光の放射角度が広げられつつ光の反射ロスが抑えられるため、導光体上の輝度が均一でありながら光の利用効率が向上する。
【００３３】
第１０の発明は、第１から第９までのいずれか１つの発明の面状照明装置を備えることを特徴とする、液晶表示装置である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。本実施形態に係る液晶表示装置およびこれに用いられる面状照明装置の構造につき、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る液晶表示装置の導光板および光源近傍の構造例を示す図である。より詳細には、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａでの断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）の白色ＬＥＤ近傍を拡大した図である。
【００３５】
この液晶表示装置は、光源である白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃと、これらの光源からの光を所定面（照明面）から面状に放射する導光体としての導光板１と、筐体を構成する樹脂フレーム２と、半田付け部６で白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃを半田付けされることによりこれらを実装するＬＥＤ用ＦＰＣ基板４と、反射シート５と、レンズシートや光拡散シート等からなる図示されないレンズシート類と、ＴＦＴ基板およびＣＦ基板からなる図示されない液晶パネルと、この液晶パネルからの信号を外部へ取り出すための図示されないパネル信号取出用ＦＰＣ基板と、図示されない偏光板と、レンズシートや光拡散シート等からなるレンズシート類とを備える。図示されないこれらの構成要素は、図１に示す従来例とほぼ同様であるので、詳しい説明を省略する。また、導光板１および白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃを主要な要素として面状照明装置（またはバックライト部）が構成される。この面状照明装置からの光の光量が液晶パネルの画素毎に適宜調節されることにより液晶表示装置の表示面に各種表示がなされる。
【００３６】
樹脂フレーム２は、Ｐシャーシとも呼ばれており、例えば、光高反射グレードの帝人化成製パンライト（商標）ＬＤ−１０００ＲＭやＬＮ−１０００ＲＭのようなポリカーボネート樹脂等からなる。
【００３７】
導光板１には、例えば三菱エンジニアリングプラスティックス製アクリライトＥ（商標）のようなアクリル樹脂や、例えば出光石油化学製タフロン（商標）＃１７００のようなポリカーボネート樹脂を素材として使用する。なお、上記アクリライトＥ（商標）の屈折率（ｎ）は１．１９である（透過率はデータシートに記載なし）。また、上記タフロン（商標）＃１７００の屈折率（ｎ）は１．５８５であり、透過率は８５〜８９％（３ｍｍ板厚）である。なお、この導光板１および樹脂フレーム２は、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光束が導光板１の中へ効率よく入射されるのに適した厚さになるように設計される。
【００３８】
図１（ａ）に示すように、導光板１は、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃが配置されるべき位置に相当する端部の一部分が直方体形状に欠けている。ＬＥＤ３ａ〜３ｃの配列に合わせてここでは３つの切り欠けが形成されているため、この導光板１の端部は櫛型様になっている。この切り欠け部分が白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃを配置するための収納空間して機能する。白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃは、周囲に隙間を生じるように、この切り欠け部分（収納空間）の適宜の位置に配置されており、この隙間には弾力性のある樹脂（以下「充填用樹脂」という）７が充填される。このことにより、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光が導光板１へ効率良く入射され、かつ（落下衝撃等で）白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃが導光板１や樹脂フレーム２と衝突することにより生じる白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの脱落や配線の切断などの故障の発生を未然に防止することができる。
【００３９】
なお、上記収納空間は、必ずしも切り欠けである必要はなく、凹部であってもよい。例えば、収納空間は、表示面と反対側の導光板面が所定の厚さだけ残るように切り取られることにより、表示面側の導光板面が開口されており、表示面と反対側の導光板面が開口されない凹部であってもよい。
【００４０】
また、上記収納空間は、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃを収納する１つの切り欠けまたは凹部であってもよい。図２は、３つの白色ＬＥＤを収納するための（コの字状の）１つの収納空間を有する導光板および光源近傍の構造例を示す図である。より詳細には、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＢ−Ｂでの断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）の白色ＬＥＤ近傍を拡大した図である。
【００４１】
さらに、上記収納空間は、導光板１の端部近傍の内部（内側）に形成されてもよい。図３は、白色ＬＥＤを収納するための収納空間を内部に含む導光板および光源近傍の構造例を示す図である。より詳細には、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＣ−Ｃでの断面図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）の白色ＬＥＤ近傍を拡大した図である。なお、上記収納空間は、貫通孔であっても凹部であってもよく、また、３つの白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃに対応させて３つが設けられてもよい。
【００４２】
以上のように、収納空間が形成されることにより、充填用樹脂７の充填が容易となる。また、導光板１の上記端部よりも内側に切り欠けや凹部などの収納空間が形成されることにより、収納空間の所定面（例えば白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光の放射方向にある面）で界面反射される光を収納空間の他の面（例えば上記所定面に垂直な面）から導光板１の内部に取り込むことができるため、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光の反射ロスが低減され、当該光の利用効率が向上する。なお、当該光の利用効率をさらに向上させるために、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの光の放射方向と反対側近傍に光を反射させるための反射部が設けられてもよい。この反射部は、ポリカーボネート板によって例えば白い壁状に形成されてもよいし、所定の曲面（例えばパラボラ形状の曲面）が形成され、当該曲面に光を反射するための反射シートが貼り付けられることにより形成されてもよい。この反射シートは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）シート、当該ＰＥＴシートに銀がスパッタリングされた銀シート、またはポリエステル系樹脂の多層膜構造を有するＥＳＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）シートなどである。
【００４３】
上記収納空間に充填されるべき充填用樹脂７には、例えば、東芝ＧＥシリコーン社製の高伸長・高強度シリコーンゲルＴＳＥ３０６２やＴＳＥ３０７０のようなポッティング（注型封止）用樹脂を使用する。なお、上記シリコーンゲルＴＳＥ３０６２およびＴＳＥ３０７０は、２成分室温硬化型のシリコーンポッティングゲルであって、その屈折率（ｎ）は１．４２であり、その透過率はほぼ８０〜９２％（１０ｍｍ×１０ｍｍ×４５ｍｍの容器に３ｇを入れて測定）である。また、その（特性からの）伸びは、上記ＴＳＥ３０６２が１５０％、ＴＳＥ３０７０が１５００％であり、ＴＳＥ３０６２が硬目である。これらはともに、Ａ液とＢ液とを１対１の配合とし７０℃で３０分（室温では２４時間程度）経過後、透明液状から柔らかい透明ゲル状に硬化する。これらの樹脂はともに、金属、プラスチック、セラミック、およびガラスなどに良く粘着する。そのため、衝撃や振動から部品（ここでは白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃ）が保護される。
【００４４】
ここで、充填用樹脂７の材料を変更することによりその屈折率が導光板１の屈折率よりもより大きくなるように調整すれば、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光の放射角度をＬＥＤ３ａ〜３ｃの放射特性に基づく放射角度より広げることができる。しかし、充填用樹脂７と導光板１との屈折率差が大きくなるほど反射ロスが増大する。そのため、充填用樹脂７の屈折率は、空気の屈折率よりも大きく、かつ導光板１の屈折率よりも所定の範囲を超えて大きくなり過ぎないように調整されるのが好ましい。より好適には、導光板１の屈折率よりもやや大きい近傍の適宜の値に設定される。そうすれば、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光の利用効率が向上する。
【００４５】
以上のように充填用樹脂７の屈折率が導光板１の屈折率よりもそれほど大きくない場合（すなわち屈折率差が大きくない場合）には、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光の放射角度をＬＥＤ３ａ〜３ｃの放射特性に基づく放射角度より十分に広げることができない。
【００４６】
そこで、図１に示すように、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃが配置されるべき収納空間から適宜の距離があけられた位置の導光板１内に空気レンズ８ａ〜８ｃが設けられる。これらの空気レンズ８ａ〜８ｃは、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃから放射された（白色の）光線を屈折（ここでは発散）させるために設けられる。すなわちこの空気レンズ８ａ〜８ｃがない場合、面状照明装置の（表示面での）輝度均一性は白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの放射特性に依存する。そのため、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光の放射角度が白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの放射特性に基づく放射角度よりも大きくなるように、白色ＬＥＤ３ａ近傍の導光板１中に空気レンズ８ａが、白色ＬＥＤ３ｂ近傍の導光板１中に空気レンズ８ｂが、白色ＬＥＤ３ｃ近傍の導光板１中に空気レンズ８ｃがそれぞれ設けられる。
【００４７】
なお、空気レンズ８ａ〜８ｃに代えて、空気の屈折率に近い樹脂材料が充填されて形成されるレンズを使用することも考えられるが、充填に適しており空気の屈折率に近い樹脂材料は実用上存在しない。もちろん、例えば風船のようなクッション状の材料を用いることも考えられるが、現実的ではない。また、充填用樹脂７の屈折率よりも導光板１の屈折率の方がより大きい場合、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光の放射角度θ’は、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの放射特性に基づく放射角度θよりも小さくなるので好適ではない。
【００４８】
さらに、上記白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光線の屈折につき図４を参照して説明する。図４は、上記３つの空気レンズが設けられる場合の３つの白色ＬＥＤからの光線の屈折態様を示す模式図である。空気は導光板１の（材料の）屈折率よりも小さいため、図４に示される凸レンズ形状の空気レンズ８ａ〜８ｃにより光線が発散される。なお、空気中のガラス製凸レンズにより光線が収束されることに対して、この凸レンズは逆の作用を有している。また図中の距離Ｌは、各白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの光出射面から隣り合う白色ＬＥＤの明線の交差点までの、導光板１の長手方向に沿った距離である。この距離Ｌが短くなるほど、導光板１の明るい領域が広くなるため、面状照明装置の（表示面での）輝度均一性が十分に実現される。この距離Ｌは、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの配置間隔が小さいほど（もしくは白色ＬＥＤの数を増やすほど）短くなり、また白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの放射角度が広いほど短くなる。さらに、この距離Ｌは、空気レンズ８ａ〜８ｃの厚み（形状）を変えることにより変更することができる。これらの空気レンズ８ａ〜８ｃにより、空気レンズが設けられない場合よりも距離Ｌが短くなり、輝度均一性が保たれる明るい領域の端部位置を白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃに近づけることができる。
【００４９】
次に、空気レンズ８ａ〜８ｃにつき図５を参照して説明する。図５は、空気レンズの１つの形状を部分的に拡大して示す図である。図５では、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光線は、導光板１を介して上方より空気レンズに入射される。図に示されるように、空気レンズからの光出射面すなわち空気レンズからの光線が再び入射される導光板１内部の所定面には起伏が形成されている。より詳細には、この起伏は、導光板１の厚み方向（表示面に対して垂直な方向）に沿って三角形状の断面を有する複数の溝、または断面が台形状である複数の突起部により形成される。この起伏により、導光板１へ再入射される光が拡散されるため、導光板１上の輝度均一性が実現される。なお、この起伏の形状は特に限定されるものではなく、例えばのこぎり状や不規則な形状の溝や突起であってもよい。また、レンズの上記光出射面には、光を拡散（散乱）するための拡散膜等が形成されてもよい。
【００５０】
なお、上記一実施形態における空気レンズ８ａ〜８ｃは、１つの空気レンズであってもよく、また通常の凸レンズとは異なる形状の光を発散するレンズ（例えばシリンドリカルレンズ）であってもよい。図６は１つの空気レンズを含む導光板を示す模式図である。この空気レンズ１８はシリンドリカルレンズであり、導光板１の厚み方向に曲率を有しない。導光板１の厚み方向への光の発散は必要ないからである。このシリンドリカルレンズは、通常の凸レンズと異なり厚み方向の断面形状が同一となるため、導光板１の成型が容易である。
【００５１】
また、上記一実施形態における空気レンズ８ａ〜８ｃは光を発散するが、この空気レンズに代えて光を発散しない屈折部が備えられてもよい。図７は、空気レンズに代えて直方体形状の屈折部分を含む導光板と、白色ＬＥＤからの光線の屈折態様を示す模式図である。図に示すように、この屈折部２８は自然に充填される空気からなる直方体の（レンズではない）形状であるため、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光線を屈折するが発散しない。したがって、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光の放射角度は変化しない。しかし、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光線は屈折部２８により屈折され、屈折部２８がない場合の光線（図の破線）の位置より所定の距離だけ（図の左右方向に）ずれた位置から出射される。図中のｄは、上記所定の距離を示す。このように光の放射位置が左右に広がるため、距離Ｌが短くなる。よって、導光板１の明るい領域が広くなるため、面状照明装置の（表示面での）輝度均一性が十分に実現される。
【００５２】
さらに図５に示す空気レンズと同様に、上記屈折部２８からの光出射面（すなわち屈折部から光線が再び入射される導光板１内部の所定面）には起伏が形成されてもよい。図８は、上記屈折部の形状を部分的に拡大して示す図である。なお、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光線は、導光板１を介して図の上方より屈折部２８に入射される。図８に示す起伏により、図５と同様に、導光板１へ再入射される光が拡散されるため、導光板１上の輝度均一性が実現される。なお、この起伏の形状は図５の場合と同様に限定されず、また上記光出射面には拡散膜等が形成されてもよい。
【００５３】
このように、上記一実施形態における空気レンズ８ａ〜８ｃおよび屈折部２８は、図の左右方向（導光板１の短手方向）に光を発散または屈折するものであればどのような形状であってもよい。また、空気レンズ８ａ〜８ｃまたは屈折部２８には、導光板１周囲の空気が自然に充填されるが、この空気レンズ８ａ〜８ｃまたは屈折部２８に代えて、導光板１の屈折率以下の屈折率を有する材料が用いられるレンズまたは屈折部が設けられてもよい。さらに、凸レンズである空気レンズ８ａ〜８ｃに代えて、導光板１の屈折率より大きい屈折率の材料が用いられる凹レンズ等が設けられてもよい。この場合にはこの凹レンズにより光線が発散される。
【００５４】
上記実施形態では、ＬＥＤ用ＦＰＣ基板４と導光板１とが単に密着するが、これらを接着するために両面テープを用いるのが好適である。図９は、ＬＥＤ用ＦＰＣ基板と導光板とが両面テープにより接着される液晶表示装置の構造例を示す図である。より詳細には、図９（ａ）は平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）に示すＤ−Ｄでの断面図であり、図９（ｃ）は図９（ｂ）の白色ＬＥＤ近傍を拡大した図である。これらの図を参照して、充填用樹脂７の充填作業を含む装置の組み立て手順例の一部を説明する。まず、樹脂フレーム２内に導光板１が組み込まれる。次に、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃが半田付け部６で半田付けされたＬＥＤ用ＦＰＣ基板４を、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃが収納空間に収納されるように、両面テープ９により導光板１に対して貼り付ける。最後に、ＬＥＤ用ＦＰＣ基板４に半田付けされた白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃが上になるように載置された後、収納空間に弾力性のある充填用樹脂７が注入され、常温（２５℃）または高温（６０℃程度）で硬化させられる。このような手順により、上記実施形態の液晶表示装置を容易に組み立てることができる。
【００５５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、光源と導光体の光入射面との間に空気よりも大きい屈折率を有する物質が充填されることにより、導光体との屈折率差が小さくなる。そのため光の反射ロスを低減し光源からの光の利用効率を向上させた面状照明装置を提供することができる。また、導光体の入射面近傍の内部に屈折部を含むことにより、導光体の明るい領域を広くし、導光体上の輝度均一性を実現する面状照明装置を提供することができる。
【００５６】
第２の発明によれば、屈折部が空気からなるので、屈折部に特別な素材を充填する必要がない。そのため、容易にまたは安価に導光体の明るい領域を広くし、導光体上の輝度均一性を実現する面状照明装置を提供することができる。
【００５７】
第３の発明によれば、屈折部により導光体の明るい領域が広がるため、導光体上の輝度均一性を実現する面状照明装置を提供することができる。
【００５８】
第４の発明によれば、屈折部が光線を発散するレンズであるため、光源からの光の放射角度を広げることにより導光体の明るい領域を広くし、導光体上の輝度均一性を実現する面状照明装置を提供することができる。
【００５９】
第５の発明によれば、導光体内部の前記屈折部からの光を受け取る面で光が拡散されるため、当該拡散された光により導光体上の輝度均一性を実現する面状照明装置を提供することができる。
【００６０】
第６の発明によれば、屈折部からの光を受け取る面に起伏を設けることにより、簡易な構成で光を拡散させることができる。
【００６１】
第７の発明によれば、光源が導光体の所定の端面または端面近傍の内部の収納空間内に配置されるので、所定の充填すべき物質を簡易な工程で充填することができ、また光の反射ロスが低減されるため光源からの光の利用効率を向上させた面状照明装置を提供することができる。
【００６２】
第８の発明によれば、所定の物質が弾力性を有するため、落下衝撃等による故障の発生を防止することができる。
【００６３】
第９の発明によれば、前記所定の物質が適宜の屈折率を有するように調整されるため、光源からの光の放射角度を広げつつ光の反射ロスを抑えることができる。よって導光体上の輝度均一性を実現しつつ光の利用効率を向上させる面状照明装置を提供することができる。
【００６４】
第１０の発明によれば、上記第１から第９までの発明に係る面状照明装置が使用される液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一本実施形態に係る液晶表示装置の導光板および光源近傍の構造例を示す図である。
【図２】上記実施形態における３つの白色ＬＥＤを収納するための１つの収納空間を有する導光板および光源近傍の構造例を示す図である。
【図３】上記実施形態における白色ＬＥＤを収納するための収納空間を内部に含む導光板および光源近傍の構造例を示す図である。
【図４】上記実施形態における３つの空気レンズが設けられる場合の３つの白色ＬＥＤからの光線の屈折態様を示す模式図である。
【図５】上記実施形態における空気レンズの１つの形状を部分的に拡大して示す図である。
【図６】上記実施形態におけるシリンドリカルレンズである空気レンズを含む導光板を示す模式図である。
【図７】上記実施形態における直方体形状の屈折部を含む導光板と、白色ＬＥＤからの光線の屈折態様とを示す模式図である。
【図８】上記実施形態における屈折部の形状を部分的に拡大して示す図である
【図９】上記実施形態におけるＬＥＤ用ＦＰＣ基板と導光板とが両面テープにより接着される液晶表示装置の構造例を示す図である。
【図１０】従来の面状照明装置を含む液晶表示装置の構成を示す側面概略図である。
【図１１】従来の面状照明装置における白色ＬＥＤと導光板との位置関係を示す模式図である。
【図１２】従来の面状照明装置における導光板上に見かけ上生じる明線を例示する模式図である。
【図１３】従来の面状照明装置における白色ＬＥＤと導光板との隙間が樹脂で充填される場合のＬＥＤからの光線の屈折態様を例示する模式図である。
【符号の説明】
１ …導光板
２ …樹脂フレーム
３ａ〜３ｃ …白色ＬＥＤ
４ …ＬＥＤ用ＦＰＣ基板
５ …反射シート
６ …半田付け部
７ …充填用樹脂
８ａ〜８ｃ …空気レンズ
９ …両面テープ
１８ …空気レンズ
２８ …屈折部
【発明の属する技術分野】
本発明は、面状照明装置およびこれを使用した液晶表示装置に関し、より詳しくは光源からの光が入射されるライトガイド（導光板）を備える面状照明装置およびこれを使用した液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話をはじめとする液晶応用商品では小型化が強く要求されており、その要求に伴い液晶表示装置およびこれに用いられる面状照明装置自体の小型化および薄型化が要求されている。このような従来の面状照明装置は、白色の発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や冷陰極蛍光管（ＣＣＦＴ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｔｕｂｅ）などの光源と、当該光源から一定の距離をあけて（空気を介して）設けられる導光板とを備えており、当該光源からの光は当該導光板の所定の光入射面から入射された後、導光板全体に拡散されることにより所定面（照明面）から面状に放射される。
【０００３】
図１０は、このような従来の面状照明装置を含む液晶表示装置の構成を示す側面概略図である。この液晶表示装置は、光源である白色ＬＥＤ９０１と、ＬＥＤ用ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）基板９０２と、筐体を構成する樹脂フレーム９０３と、ベゼル９０４と、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板９０５およびＣＦ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ）基板９０６からなる液晶パネルと、当該液晶パネルからの信号を外部へ取り出すためのパネル信号取出用ＦＰＣ基板９０７と、偏光板９０８と、レンズシートや光拡散シート等からなるレンズシート類９１０と、照明面から面状に光を放つ導光板９１１と、反射シート９１２とを備える。これらのうち、白色ＬＥＤ９０１、ＬＥＤ用ＦＰＣ基板９０２、レンズシート類９１０、導光板９１１、および反射シート９１２により面状照明装置（またはバックライト部）が構成される。この面状照明装置からの光の光量が表示される画素毎に適宜調節されることにより液晶表示装置の表示面に各種表示がなされる。
【０００４】
ベゼル９０４は、樹脂フレーム９０３の側面に形成される固定用フック９１３によって固定されており、表示面側の筐体周縁部における外枠を構成する。液晶パネルは、遮光両面テープ９０９により樹脂フレーム９０３に固定されている。この液晶パネルの両面には偏光板９０８が貼り付けられており、導光板９１１の裏面側（表示面の反対側）には反射シート９１２が貼り付けられている。
【０００５】
白色ＬＥＤ９０１は、導光板９１１の光入射面から空間をあけて設置されており、ＬＥＤ用ＦＰＣ基板９０２上に実装されている。ここで、本液晶表示装置を内蔵する携帯機器等が落下などによる衝撃を受けると、その衝撃により白色ＬＥＤ９０１は導光板９１１や樹脂フレーム９０３と衝突し、ＬＥＤ用ＦＰＣ基板９０２から外れたり配線が切断されることがある。このような故障の発生を防止するため、白色ＬＥＤ９０１と導光板９１１との間、および白色ＬＥＤ９０１と樹脂フレーム９０３との間には、それぞれ０．４ｍｍ前後の隙間があけられている。
【０００６】
また、白色ＬＥＤ９０１から出射される光は所定の立体角を持った３次元的な放射光となり、導光板９１１の光入射面が平面であることから、反射が生じる。そのため、白色ＬＥＤ９０１からの光量に比して導光板９１１に入光する光量には所定のロスが発生する。そこで、導光板９１１の光入射面の表面に、導光板９１１の厚み方向（表示面に対して垂直な方向）に沿って三角形状の断面を有する溝を形成し、または断面が台形状である突起部を形成する従来の構成がある。この構成により、導光板９１１への光の入射効率を上昇させることができるため、液晶表示装置（における面状照明装置）の輝度やその均一性の向上が期待できる。このように、白色ＬＥＤの輝度は近年徐々に高まりつつあるものの液晶表示装置ではさらに高い輝度が要求されるため、従来より白色ＬＥＤからの光の利用効率を高める必要性がある。
【０００７】
さらに、従来の構成では、０．７ｍｍ〜１ｍｍ厚の平板状またはくさび形状の導光板により、白色ＬＥＤからの水平方向（表示面と平行方向）の入射光を９０度方向変えて表示面へ向け出射させる際にもロスが発生するため、さらに光入射面での光の入射効率を高める必要がある。
【０００８】
この点、特開２００１−６７９１７号公報には、導光体とＬＥＤとを一体化することによりＬＥＤの光の利用効率を向上させる構成が開示されており、特開２００２−１８４２２５号公報には、導光板の光入射面と光出射面との間にスリットを形成することにより表示領域の輝度ムラを低減する構成が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１８４３８６
【特許文献２】
特開２００１−６７９１７
【特許文献３】
特開２００２−１８４２２５
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、携帯機器などに搭載される従来の液晶表示装置は、白色ＬＥＤと導光板との間、および白色ＬＥＤと樹脂フレームとの間にそれぞれ０．４ｍｍ前後の隙間があけられている。図１１は、白色ＬＥＤと導光板との位置関係を示す模式図である。図１１に示す白色ＬＥＤ９０１ａ〜９０１ｃと導光板９１１とは距離Ｌの隙間が生じるように離されて配置されている。この隙間は、落下衝撃による故障の発生を防ぐために有効である。しかし、白色ＬＥＤ９０１ａ〜９０１ｃから放射された光の導光板９１１に対する入射光量を低下させるため、光の利用効率を悪化させる要因となる。
【００１１】
また、白色ＬＥＤ９０１ａ〜９０１ｃから放射された光は、隙間内の空気中を進んで導光板９１１の光入射面に達する。ここで、当該光の一部は、空気の屈折率とは異なる屈折率を有する導光板９１１の界面で反射されるため、導光板９１１に入射する光の光量には反射ロスが発生する。図１１に示す実線は白色ＬＥＤ９０１ａ〜９０１ｃから放射された光線を例示し、太い破線は導光板９１１が存在しないと仮定する場合（または導光板９１１の屈折率が空気と同じであると仮定する場合）の光線を例示し、細い破線は導光板９１１の界面で反射された光線を例示している。このような反射光の発生による反射ロスは、光の利用効率を悪化させる要因となる。
【００１２】
ここで、上述の特開２００１−６７９１７号公報に開示される構成のように白色ＬＥＤと導光板との隙間を樹脂で充填すれば、光の利用効率を向上させることができる。しかし、白色ＬＥＤからの光の放射角度が狭いため、白色ＬＥＤの放射角度内の領域外縁部に明線が発生する。この明線とは、本明細書中では導光板上に見かけ上生じる、明るい領域と暗い領域との境界線を指すものとする。図１２は、この明線を例示する模式図である。白色ＬＥＤ９０１ａ〜９０１ｃの放射角度内の領域の光量はＬＥＤの放射特性から決定されるが、当該放射角度外の領域の光量はかなり少ない。そのため、上記放射角度内の領域と放射角度外の領域との境界は明線として現れ、導光板上の輝度均一性を実現するにあたり障害となる。
【００１３】
なお、隙間へ充填される樹脂材料を変更することによりその屈折率が導光板の屈折率よりもより大きくなるように調整すれば、上記ＬＥＤからの光の放射角度をＬＥＤの放射特性に基づく放射角度より広げることができる。しかし、充填される樹脂材料と導光板との屈折率差が大きくなるほど反射ロスが増大する。図１３は、白色ＬＥＤと導光板との隙間が導光板の屈折率よりもより大きい屈折率を有する樹脂で充填される場合のＬＥＤからの光線の屈折態様を例示する模式図である。図１３に示す実線、太い破線、および細い破線は図１１の場合と同様のものを示しており、θはＬＥＤの放射特性に基づく放射角度を示し、θ’はθより広げられたＬＥＤからの光の放射角度を示す。この図１３に示す反射光の発生による反射ロスは、光の利用効率を悪化させる要因となる。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、光源からの光の利用効率を向上させ、かつ導光板上の輝度均一性を実現する面状照明装置およびこれを使用した液晶表示装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、光源と、当該光源からの光を受け取る光入射面および受け取られた光を放つ光出射面を有する導光体とを備える面状照明装置であって、
前記光源と前記導光体の光入射面との間には、空気よりも大きい屈折率を有する所定の物質が充填され、
前記導光体は、他の部分とは異なる屈折率を有する屈折部を、前記光入射面近傍に含むことを特徴とする。
【００１６】
このような第１の発明によれば、光源と導光体の光入射面との間に空気よりも大きい屈折率を有する物質が充填されることにより、導光体との屈折率差が小さくなるため光の反射ロスが低減される。また、導光体の入射面近傍の内部に屈折部を含むことにより、導光体の明るい領域が広くなり導光体上の輝度が均一となる。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記屈折部は、空気からなることを特徴とする。
【００１８】
このような第２の発明によれば、屈折部に特別な素材を充填する必要がないため、容易にまたは安価な構成で導光体の明るい領域が広くなり、導光体上の輝度が均一となる。
【００１９】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記屈折部は、前記光源からの光を屈折または発散することにより、当該光に照らされる前記導光体の明るい領域を広げるように構成されることを特徴とする。
【００２０】
このような第３の発明によれば、屈折部により導光体の明るい領域が広がるため、導光体上の輝度が均一となる。
【００２１】
第４の発明は、第１から第３までのいずれか１つの発明において、
前記屈折部は、光線を発散するレンズであることを特徴とする。
【００２２】
このような第４の発明によれば、屈折部で光源からの光の放射角度が広げられることにより導光体の明るい領域が広くなり、導光体上の輝度が均一となる。
【００２３】
第５の発明は、第１から第４までのいずれか１つの発明において、
前記導光体は、前記屈折部からの光を受け取る面で当該光を拡散するように構成されることを特徴とする。
【００２４】
このような第５の発明によれば、上記面で光が拡散されるため、当該拡散された光により導光体上の輝度が均一となる。
【００２５】
第６の発明は、第５の発明において、
前記屈折部からの光を受け取る面には、当該光を拡散するための起伏が設けられることを特徴とする。
【００２６】
このような第６の発明によれば、当該起伏により、簡易な構成で光が拡散される。
【００２７】
第７の発明は、第１の発明において、
前記光源は、前記導光体の所定の端面または当該端面近傍の内部に形成される収納空間内に配置され、
前記所定の物質は、前記光源が配置された収納空間内に充填されることを特徴とする。
【００２８】
このような第７の発明によれば、光源が収納空間内に配置されるので、所定の充填すべき物質を簡易な工程で充填可能であり、また光の反射ロスが低減されるため光源からの光の利用効率が向上する。
【００２９】
第８の発明は、第１または第７の発明において、
前記所定の物質は、弾力性を有することを特徴とする。
【００３０】
このような第８の発明によれば、落下衝撃等による故障の発生が防止される。
【００３１】
第９の発明は、第１の発明において、
前記所定の物質は、前記導光体の屈折率よりも大きい近傍値である所定の屈折率を有することを特徴とする。
【００３２】
このような第９の発明によれば、光源からの光の放射角度が広げられつつ光の反射ロスが抑えられるため、導光体上の輝度が均一でありながら光の利用効率が向上する。
【００３３】
第１０の発明は、第１から第９までのいずれか１つの発明の面状照明装置を備えることを特徴とする、液晶表示装置である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。本実施形態に係る液晶表示装置およびこれに用いられる面状照明装置の構造につき、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る液晶表示装置の導光板および光源近傍の構造例を示す図である。より詳細には、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａでの断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）の白色ＬＥＤ近傍を拡大した図である。
【００３５】
この液晶表示装置は、光源である白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃと、これらの光源からの光を所定面（照明面）から面状に放射する導光体としての導光板１と、筐体を構成する樹脂フレーム２と、半田付け部６で白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃを半田付けされることによりこれらを実装するＬＥＤ用ＦＰＣ基板４と、反射シート５と、レンズシートや光拡散シート等からなる図示されないレンズシート類と、ＴＦＴ基板およびＣＦ基板からなる図示されない液晶パネルと、この液晶パネルからの信号を外部へ取り出すための図示されないパネル信号取出用ＦＰＣ基板と、図示されない偏光板と、レンズシートや光拡散シート等からなるレンズシート類とを備える。図示されないこれらの構成要素は、図１に示す従来例とほぼ同様であるので、詳しい説明を省略する。また、導光板１および白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃを主要な要素として面状照明装置（またはバックライト部）が構成される。この面状照明装置からの光の光量が液晶パネルの画素毎に適宜調節されることにより液晶表示装置の表示面に各種表示がなされる。
【００３６】
樹脂フレーム２は、Ｐシャーシとも呼ばれており、例えば、光高反射グレードの帝人化成製パンライト（商標）ＬＤ−１０００ＲＭやＬＮ−１０００ＲＭのようなポリカーボネート樹脂等からなる。
【００３７】
導光板１には、例えば三菱エンジニアリングプラスティックス製アクリライトＥ（商標）のようなアクリル樹脂や、例えば出光石油化学製タフロン（商標）＃１７００のようなポリカーボネート樹脂を素材として使用する。なお、上記アクリライトＥ（商標）の屈折率（ｎ）は１．１９である（透過率はデータシートに記載なし）。また、上記タフロン（商標）＃１７００の屈折率（ｎ）は１．５８５であり、透過率は８５〜８９％（３ｍｍ板厚）である。なお、この導光板１および樹脂フレーム２は、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光束が導光板１の中へ効率よく入射されるのに適した厚さになるように設計される。
【００３８】
図１（ａ）に示すように、導光板１は、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃが配置されるべき位置に相当する端部の一部分が直方体形状に欠けている。ＬＥＤ３ａ〜３ｃの配列に合わせてここでは３つの切り欠けが形成されているため、この導光板１の端部は櫛型様になっている。この切り欠け部分が白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃを配置するための収納空間して機能する。白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃは、周囲に隙間を生じるように、この切り欠け部分（収納空間）の適宜の位置に配置されており、この隙間には弾力性のある樹脂（以下「充填用樹脂」という）７が充填される。このことにより、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光が導光板１へ効率良く入射され、かつ（落下衝撃等で）白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃが導光板１や樹脂フレーム２と衝突することにより生じる白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの脱落や配線の切断などの故障の発生を未然に防止することができる。
【００３９】
なお、上記収納空間は、必ずしも切り欠けである必要はなく、凹部であってもよい。例えば、収納空間は、表示面と反対側の導光板面が所定の厚さだけ残るように切り取られることにより、表示面側の導光板面が開口されており、表示面と反対側の導光板面が開口されない凹部であってもよい。
【００４０】
また、上記収納空間は、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃを収納する１つの切り欠けまたは凹部であってもよい。図２は、３つの白色ＬＥＤを収納するための（コの字状の）１つの収納空間を有する導光板および光源近傍の構造例を示す図である。より詳細には、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＢ−Ｂでの断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）の白色ＬＥＤ近傍を拡大した図である。
【００４１】
さらに、上記収納空間は、導光板１の端部近傍の内部（内側）に形成されてもよい。図３は、白色ＬＥＤを収納するための収納空間を内部に含む導光板および光源近傍の構造例を示す図である。より詳細には、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＣ−Ｃでの断面図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）の白色ＬＥＤ近傍を拡大した図である。なお、上記収納空間は、貫通孔であっても凹部であってもよく、また、３つの白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃに対応させて３つが設けられてもよい。
【００４２】
以上のように、収納空間が形成されることにより、充填用樹脂７の充填が容易となる。また、導光板１の上記端部よりも内側に切り欠けや凹部などの収納空間が形成されることにより、収納空間の所定面（例えば白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光の放射方向にある面）で界面反射される光を収納空間の他の面（例えば上記所定面に垂直な面）から導光板１の内部に取り込むことができるため、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光の反射ロスが低減され、当該光の利用効率が向上する。なお、当該光の利用効率をさらに向上させるために、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの光の放射方向と反対側近傍に光を反射させるための反射部が設けられてもよい。この反射部は、ポリカーボネート板によって例えば白い壁状に形成されてもよいし、所定の曲面（例えばパラボラ形状の曲面）が形成され、当該曲面に光を反射するための反射シートが貼り付けられることにより形成されてもよい。この反射シートは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）シート、当該ＰＥＴシートに銀がスパッタリングされた銀シート、またはポリエステル系樹脂の多層膜構造を有するＥＳＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）シートなどである。
【００４３】
上記収納空間に充填されるべき充填用樹脂７には、例えば、東芝ＧＥシリコーン社製の高伸長・高強度シリコーンゲルＴＳＥ３０６２やＴＳＥ３０７０のようなポッティング（注型封止）用樹脂を使用する。なお、上記シリコーンゲルＴＳＥ３０６２およびＴＳＥ３０７０は、２成分室温硬化型のシリコーンポッティングゲルであって、その屈折率（ｎ）は１．４２であり、その透過率はほぼ８０〜９２％（１０ｍｍ×１０ｍｍ×４５ｍｍの容器に３ｇを入れて測定）である。また、その（特性からの）伸びは、上記ＴＳＥ３０６２が１５０％、ＴＳＥ３０７０が１５００％であり、ＴＳＥ３０６２が硬目である。これらはともに、Ａ液とＢ液とを１対１の配合とし７０℃で３０分（室温では２４時間程度）経過後、透明液状から柔らかい透明ゲル状に硬化する。これらの樹脂はともに、金属、プラスチック、セラミック、およびガラスなどに良く粘着する。そのため、衝撃や振動から部品（ここでは白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃ）が保護される。
【００４４】
ここで、充填用樹脂７の材料を変更することによりその屈折率が導光板１の屈折率よりもより大きくなるように調整すれば、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光の放射角度をＬＥＤ３ａ〜３ｃの放射特性に基づく放射角度より広げることができる。しかし、充填用樹脂７と導光板１との屈折率差が大きくなるほど反射ロスが増大する。そのため、充填用樹脂７の屈折率は、空気の屈折率よりも大きく、かつ導光板１の屈折率よりも所定の範囲を超えて大きくなり過ぎないように調整されるのが好ましい。より好適には、導光板１の屈折率よりもやや大きい近傍の適宜の値に設定される。そうすれば、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光の利用効率が向上する。
【００４５】
以上のように充填用樹脂７の屈折率が導光板１の屈折率よりもそれほど大きくない場合（すなわち屈折率差が大きくない場合）には、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光の放射角度をＬＥＤ３ａ〜３ｃの放射特性に基づく放射角度より十分に広げることができない。
【００４６】
そこで、図１に示すように、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃが配置されるべき収納空間から適宜の距離があけられた位置の導光板１内に空気レンズ８ａ〜８ｃが設けられる。これらの空気レンズ８ａ〜８ｃは、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃから放射された（白色の）光線を屈折（ここでは発散）させるために設けられる。すなわちこの空気レンズ８ａ〜８ｃがない場合、面状照明装置の（表示面での）輝度均一性は白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの放射特性に依存する。そのため、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光の放射角度が白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの放射特性に基づく放射角度よりも大きくなるように、白色ＬＥＤ３ａ近傍の導光板１中に空気レンズ８ａが、白色ＬＥＤ３ｂ近傍の導光板１中に空気レンズ８ｂが、白色ＬＥＤ３ｃ近傍の導光板１中に空気レンズ８ｃがそれぞれ設けられる。
【００４７】
なお、空気レンズ８ａ〜８ｃに代えて、空気の屈折率に近い樹脂材料が充填されて形成されるレンズを使用することも考えられるが、充填に適しており空気の屈折率に近い樹脂材料は実用上存在しない。もちろん、例えば風船のようなクッション状の材料を用いることも考えられるが、現実的ではない。また、充填用樹脂７の屈折率よりも導光板１の屈折率の方がより大きい場合、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光の放射角度θ’は、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの放射特性に基づく放射角度θよりも小さくなるので好適ではない。
【００４８】
さらに、上記白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光線の屈折につき図４を参照して説明する。図４は、上記３つの空気レンズが設けられる場合の３つの白色ＬＥＤからの光線の屈折態様を示す模式図である。空気は導光板１の（材料の）屈折率よりも小さいため、図４に示される凸レンズ形状の空気レンズ８ａ〜８ｃにより光線が発散される。なお、空気中のガラス製凸レンズにより光線が収束されることに対して、この凸レンズは逆の作用を有している。また図中の距離Ｌは、各白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの光出射面から隣り合う白色ＬＥＤの明線の交差点までの、導光板１の長手方向に沿った距離である。この距離Ｌが短くなるほど、導光板１の明るい領域が広くなるため、面状照明装置の（表示面での）輝度均一性が十分に実現される。この距離Ｌは、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの配置間隔が小さいほど（もしくは白色ＬＥＤの数を増やすほど）短くなり、また白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃの放射角度が広いほど短くなる。さらに、この距離Ｌは、空気レンズ８ａ〜８ｃの厚み（形状）を変えることにより変更することができる。これらの空気レンズ８ａ〜８ｃにより、空気レンズが設けられない場合よりも距離Ｌが短くなり、輝度均一性が保たれる明るい領域の端部位置を白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃに近づけることができる。
【００４９】
次に、空気レンズ８ａ〜８ｃにつき図５を参照して説明する。図５は、空気レンズの１つの形状を部分的に拡大して示す図である。図５では、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光線は、導光板１を介して上方より空気レンズに入射される。図に示されるように、空気レンズからの光出射面すなわち空気レンズからの光線が再び入射される導光板１内部の所定面には起伏が形成されている。より詳細には、この起伏は、導光板１の厚み方向（表示面に対して垂直な方向）に沿って三角形状の断面を有する複数の溝、または断面が台形状である複数の突起部により形成される。この起伏により、導光板１へ再入射される光が拡散されるため、導光板１上の輝度均一性が実現される。なお、この起伏の形状は特に限定されるものではなく、例えばのこぎり状や不規則な形状の溝や突起であってもよい。また、レンズの上記光出射面には、光を拡散（散乱）するための拡散膜等が形成されてもよい。
【００５０】
なお、上記一実施形態における空気レンズ８ａ〜８ｃは、１つの空気レンズであってもよく、また通常の凸レンズとは異なる形状の光を発散するレンズ（例えばシリンドリカルレンズ）であってもよい。図６は１つの空気レンズを含む導光板を示す模式図である。この空気レンズ１８はシリンドリカルレンズであり、導光板１の厚み方向に曲率を有しない。導光板１の厚み方向への光の発散は必要ないからである。このシリンドリカルレンズは、通常の凸レンズと異なり厚み方向の断面形状が同一となるため、導光板１の成型が容易である。
【００５１】
また、上記一実施形態における空気レンズ８ａ〜８ｃは光を発散するが、この空気レンズに代えて光を発散しない屈折部が備えられてもよい。図７は、空気レンズに代えて直方体形状の屈折部分を含む導光板と、白色ＬＥＤからの光線の屈折態様を示す模式図である。図に示すように、この屈折部２８は自然に充填される空気からなる直方体の（レンズではない）形状であるため、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光線を屈折するが発散しない。したがって、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光の放射角度は変化しない。しかし、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光線は屈折部２８により屈折され、屈折部２８がない場合の光線（図の破線）の位置より所定の距離だけ（図の左右方向に）ずれた位置から出射される。図中のｄは、上記所定の距離を示す。このように光の放射位置が左右に広がるため、距離Ｌが短くなる。よって、導光板１の明るい領域が広くなるため、面状照明装置の（表示面での）輝度均一性が十分に実現される。
【００５２】
さらに図５に示す空気レンズと同様に、上記屈折部２８からの光出射面（すなわち屈折部から光線が再び入射される導光板１内部の所定面）には起伏が形成されてもよい。図８は、上記屈折部の形状を部分的に拡大して示す図である。なお、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃからの光線は、導光板１を介して図の上方より屈折部２８に入射される。図８に示す起伏により、図５と同様に、導光板１へ再入射される光が拡散されるため、導光板１上の輝度均一性が実現される。なお、この起伏の形状は図５の場合と同様に限定されず、また上記光出射面には拡散膜等が形成されてもよい。
【００５３】
このように、上記一実施形態における空気レンズ８ａ〜８ｃおよび屈折部２８は、図の左右方向（導光板１の短手方向）に光を発散または屈折するものであればどのような形状であってもよい。また、空気レンズ８ａ〜８ｃまたは屈折部２８には、導光板１周囲の空気が自然に充填されるが、この空気レンズ８ａ〜８ｃまたは屈折部２８に代えて、導光板１の屈折率以下の屈折率を有する材料が用いられるレンズまたは屈折部が設けられてもよい。さらに、凸レンズである空気レンズ８ａ〜８ｃに代えて、導光板１の屈折率より大きい屈折率の材料が用いられる凹レンズ等が設けられてもよい。この場合にはこの凹レンズにより光線が発散される。
【００５４】
上記実施形態では、ＬＥＤ用ＦＰＣ基板４と導光板１とが単に密着するが、これらを接着するために両面テープを用いるのが好適である。図９は、ＬＥＤ用ＦＰＣ基板と導光板とが両面テープにより接着される液晶表示装置の構造例を示す図である。より詳細には、図９（ａ）は平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）に示すＤ−Ｄでの断面図であり、図９（ｃ）は図９（ｂ）の白色ＬＥＤ近傍を拡大した図である。これらの図を参照して、充填用樹脂７の充填作業を含む装置の組み立て手順例の一部を説明する。まず、樹脂フレーム２内に導光板１が組み込まれる。次に、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃが半田付け部６で半田付けされたＬＥＤ用ＦＰＣ基板４を、白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃが収納空間に収納されるように、両面テープ９により導光板１に対して貼り付ける。最後に、ＬＥＤ用ＦＰＣ基板４に半田付けされた白色ＬＥＤ３ａ〜３ｃが上になるように載置された後、収納空間に弾力性のある充填用樹脂７が注入され、常温（２５℃）または高温（６０℃程度）で硬化させられる。このような手順により、上記実施形態の液晶表示装置を容易に組み立てることができる。
【００５５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、光源と導光体の光入射面との間に空気よりも大きい屈折率を有する物質が充填されることにより、導光体との屈折率差が小さくなる。そのため光の反射ロスを低減し光源からの光の利用効率を向上させた面状照明装置を提供することができる。また、導光体の入射面近傍の内部に屈折部を含むことにより、導光体の明るい領域を広くし、導光体上の輝度均一性を実現する面状照明装置を提供することができる。
【００５６】
第２の発明によれば、屈折部が空気からなるので、屈折部に特別な素材を充填する必要がない。そのため、容易にまたは安価に導光体の明るい領域を広くし、導光体上の輝度均一性を実現する面状照明装置を提供することができる。
【００５７】
第３の発明によれば、屈折部により導光体の明るい領域が広がるため、導光体上の輝度均一性を実現する面状照明装置を提供することができる。
【００５８】
第４の発明によれば、屈折部が光線を発散するレンズであるため、光源からの光の放射角度を広げることにより導光体の明るい領域を広くし、導光体上の輝度均一性を実現する面状照明装置を提供することができる。
【００５９】
第５の発明によれば、導光体内部の前記屈折部からの光を受け取る面で光が拡散されるため、当該拡散された光により導光体上の輝度均一性を実現する面状照明装置を提供することができる。
【００６０】
第６の発明によれば、屈折部からの光を受け取る面に起伏を設けることにより、簡易な構成で光を拡散させることができる。
【００６１】
第７の発明によれば、光源が導光体の所定の端面または端面近傍の内部の収納空間内に配置されるので、所定の充填すべき物質を簡易な工程で充填することができ、また光の反射ロスが低減されるため光源からの光の利用効率を向上させた面状照明装置を提供することができる。
【００６２】
第８の発明によれば、所定の物質が弾力性を有するため、落下衝撃等による故障の発生を防止することができる。
【００６３】
第９の発明によれば、前記所定の物質が適宜の屈折率を有するように調整されるため、光源からの光の放射角度を広げつつ光の反射ロスを抑えることができる。よって導光体上の輝度均一性を実現しつつ光の利用効率を向上させる面状照明装置を提供することができる。
【００６４】
第１０の発明によれば、上記第１から第９までの発明に係る面状照明装置が使用される液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一本実施形態に係る液晶表示装置の導光板および光源近傍の構造例を示す図である。
【図２】上記実施形態における３つの白色ＬＥＤを収納するための１つの収納空間を有する導光板および光源近傍の構造例を示す図である。
【図３】上記実施形態における白色ＬＥＤを収納するための収納空間を内部に含む導光板および光源近傍の構造例を示す図である。
【図４】上記実施形態における３つの空気レンズが設けられる場合の３つの白色ＬＥＤからの光線の屈折態様を示す模式図である。
【図５】上記実施形態における空気レンズの１つの形状を部分的に拡大して示す図である。
【図６】上記実施形態におけるシリンドリカルレンズである空気レンズを含む導光板を示す模式図である。
【図７】上記実施形態における直方体形状の屈折部を含む導光板と、白色ＬＥＤからの光線の屈折態様とを示す模式図である。
【図８】上記実施形態における屈折部の形状を部分的に拡大して示す図である
【図９】上記実施形態におけるＬＥＤ用ＦＰＣ基板と導光板とが両面テープにより接着される液晶表示装置の構造例を示す図である。
【図１０】従来の面状照明装置を含む液晶表示装置の構成を示す側面概略図である。
【図１１】従来の面状照明装置における白色ＬＥＤと導光板との位置関係を示す模式図である。
【図１２】従来の面状照明装置における導光板上に見かけ上生じる明線を例示する模式図である。
【図１３】従来の面状照明装置における白色ＬＥＤと導光板との隙間が樹脂で充填される場合のＬＥＤからの光線の屈折態様を例示する模式図である。
【符号の説明】
１ …導光板
２ …樹脂フレーム
３ａ〜３ｃ …白色ＬＥＤ
４ …ＬＥＤ用ＦＰＣ基板
５ …反射シート
６ …半田付け部
７ …充填用樹脂
８ａ〜８ｃ …空気レンズ
９ …両面テープ
１８ …空気レンズ
２８ …屈折部
Claims (10)
- 光源と、当該光源からの光を受け取る光入射面および受け取られた光を放つ光出射面を有する導光体とを備える面状照明装置であって、
前記光源と前記導光体の光入射面との間には、空気よりも大きい屈折率を有する所定の物質が充填され、
前記導光体は、他の部分とは異なる屈折率を有する屈折部を、前記光入射面近傍に含むことを特徴とする、面状照明装置。 - 前記屈折部は、空気からなることを特徴とする、請求項１に記載の面状照明装置。
- 前記屈折部は、前記光源からの光を屈折または発散することにより、当該光に照らされる前記導光体の明るい領域を広げるように構成されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の面状照明装置。
- 前記屈折部は、光線を発散するレンズであることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の面状照明装置。
- 前記導光体は、前記屈折部からの光を受け取る面で当該光を拡散するように構成されることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の面状照明装置。
- 前記屈折部からの光を受け取る面には、当該光を拡散するための起伏が設けられることを特徴とする、請求項５に記載の面状照明装置。
- 前記光源は、前記導光体の所定の端面または当該端面近傍の内部に形成される収納空間内に配置され、
前記所定の物質は、前記光源が配置された収納空間内に充填されることを特徴とする、請求項１に記載の面状照明装置。 - 前記所定の物質は、弾力性を有することを特徴とする、請求項１または請求項７に記載の面状照明装置。
- 前記所定の物質は、前記導光体の屈折率よりも大きい近傍値である所定の屈折率を有することを特徴とする、請求項１に記載の面状照明装置。
- 請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の面状照明装置を備えることを特徴とする、液晶表示装置。
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