JP2004273147A

JP2004273147A - 導光体、照明装置および液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004273147A
Application number: JP2003058632A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Hayashi; 祐三林
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】照明する必要のある領域だけに照明光を効率よく均一に照射可能な導光板および照明装置を提供する。
【解決手段】急斜面部（第２斜面）１４ｂには、誘電体層３０が形成されている。誘電体層３０は、導光部１１や突条１４を構成する材料の屈折率よりも高い屈折率を持つ材料で形成されている。このような、高屈折率の誘電体層３０を急斜面部（第２斜面）１４ｂに形成することによって、急斜面部（第２斜面）１４ｂに入射した光が、この急斜面部１４ｂで反射されずに、図５中の矢印Ｄの如くそのまま突き抜けて出射してしまう、いわゆる漏れ光を殆ど無くすことを可能にする。高屈折率の誘電体層３０は、急斜面部１４ｂに入射した光を出射面１２ｂに向けて確実に反射させる。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一面に多数の突条を備えた導光体と、この導光体を備えた照明装置、液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示パネルを表面側から照明して視認性を向上させるフロントライトに代表される照明装置は、液晶表示パネルの面内をムラ無く均一に照明するために、導光体の一面に、例えば断面が略三角形の突条を多数配列した凹凸面を形成している。こうした導光体の凹凸面を構成する突条は、例えば一対の緩斜面と急斜面で構成されており、緩斜面は主に光の伝搬に寄与し、急斜面は主に光の反射に寄与する。こうした多数の突条からなる凹凸面の作用で、広い面を均等な明るさで照明することが可能になる。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９５９１５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
フロントライトは照明能力に優れた効率的な照明手段として、様々な用途に利用が検討されつつあるが、液晶表示パネルの更なる視認性向上のために、一層の輝度向上を図ることが望まれている。しかしながら、輝度向上のために光源の光量を増加させると、導光体の凹凸面、特に突条の急斜面で反射せずにそのまま出射する、いわゆる漏れ光が顕著になり、視認性向上の妨げになっていた。
【０００５】
一方、突条の急斜面での漏れ光を防止するために、この急斜面に金属薄膜などの全反射層を形成すると、導光材を介して液晶表示パネルを観察した際に、この金属薄膜などの全反射層が黒スジ状に目立ってしまい、逆に視認性が低下するといった問題も生じている。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、輝度を向上させても漏れ光の発生を防止することが可能な導光体および照明装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、基準面に対して傾斜した第１斜面、および基準面に対して前記第１斜面よりも急角度で傾斜した第２斜面とを有する断面視略三角形状の突条を略平板状の導光部の一面に複数配列した導光体であって、前記導光部の構成材よりも大きい屈折率を持つ誘電体層を前記第２斜面に形成したことを特徴とする導光体が提供される。
【０００８】
このような導光体によれば、第２斜面で反射されずに出射してしまう漏れ光を誘電体層によって防止することで、漏れ光による液晶表示パネル等の視認性低下を防止することができ、液晶表示パネルを鮮明に観察することが可能になる。
【０００９】
こうした誘電体層はまた、上面から導光体を介して液晶表示パネルを観察した際に、導光体に黒スジが観察されたり、導光体が黒ずんで見えてしまうことがない。導光体の透明性を良好に保つことができる。
【００１０】
前記誘電体層は、屈折率が１．６〜２．５の範囲の材料で形成されるのが好ましい。また、前記基準面に対する前記第１斜面の傾斜角度を０．５°〜２．５°、前記基準面に対する前記第２斜面の傾斜角度を４０°〜４５°の範囲にそれぞれ設定することも好ましい。更に、前記突条の形成ピッチを５０μｍ〜３００μｍの範囲に設定するのも好ましい。
【００１１】
屈折率や傾斜角度、および形成ピッチを上述した範囲に設定することによって、導光体の輝度向上、および視認性の向上に大いに役立つ。このような導光体と光源とを備えることで、明るく視認性に優れた照明装置を提供することができる。さらに、こうした照明装置を液晶パネルと組み合わせることで、高輝度で視認性に優れた液晶表示装置を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の照明装置の一実施の形態であるフロントライト（照明装置）を備えた液晶表示装置の全体斜視図であり、図２は、図１に示す液晶表示装置の側面断面図である。また、図３はバー導光体部分の分解斜視図である。液晶表示装置８は、液晶表示パネル９と、この液晶表示パネル９の上面（表示面）側に設けられて液晶表示パネル９を照明するフロントライト（照明装置）１０とから構成される。
【００１３】
液晶表示パネル９は、図２から明らかなように、液晶層４１を挟持して対向する第１の基板４２と第２の基板４３をシール材４４で接合一体化した透過型液晶表示パネルであり、第１の基板４２の液晶層４１側には、電極層や配向膜を含み、液晶層４１を駆動制御するための表示回路４５が形成されている。また、第２の基板４３の液晶層４１側には、電極層や配向膜を含み液晶層４１を駆動制御するための表示回路４６と、液晶表示パネル９に入射した光を反射させる反射層９ａが順に積層形成されている。
【００１４】
フロントライト（照明装置）１０は、透明な樹脂材料からなる平板状の導光体１２と、この導光体１２の入射面１２ａ（長方形状の導光体１２の短辺側の一端部）に接するバー導光体１３と、バー導光体１３の長さ方向の両端部に設けられた発光素子（光源）１５，１５と、前記バー導光体１３及び発光素子１５，１５並びに導光体１２の入射面１２ａ側の側端部を覆うように被着されたカバー部材１８とを備えて構成されている。なお、発光素子１５は１個または３個以上であってもよい。
【００１５】
導光体１２は、透明な平板状の導光部１１と、この導光部１１内に光を導入する入射面１２ａと、この入射面１２ａに直角に接続する基準面（上面）１２ｄと、この基準面１２ｄの一部に形成され、断面略三角型を成す多数の微細な突条１４からなる凹凸面１２ｃとを備えている。凹凸面１２ｃは導光部１１の内部を伝搬する光を伝搬および反射させる。突条１４の一方の面には、後ほど詳述する誘電体層３０が形成されている。
【００１６】
こういった構成により、導光体１２は入射面１２ａから内部に導入された光を、凹凸面１２ｃで反射させてその伝搬方向を変え、凹凸面１２ｃの反対側の出射面１２ｂから出射させる構造とされている。出射面１２ｂから出射した光（照明光）は液晶表示パネル９に入射した後、反射層９ａで反射し、再び導光体１２を透過して観察者に達する。これにより、観察者は透明な導光体１２を介して、明るく照らされた液晶表示パネル９を鮮明に観察することが可能になる。
【００１７】
導光体１２は、例えば透明なアクリル樹脂などの樹脂材料を平板状に射出成形して形成されれば良い。導光体１２を構成する材料としてはアクリル系樹脂のほか、脂環式重合体（例えば、アートン、ゼオノア（いずれも商品名））、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明な樹脂材料や、ガラスなどを用いることができる。
【００１８】
バー導光体１３は、図３に示すように、例えばアクリル系樹脂やポリカーボート系樹脂などからなる略四角柱状の透明の部材であり、その一側面１３ａと導光体１２の入射面１２ａとが対向するように、導光体１２側端面に沿って配設されている。また、バー導光体１３の長さ方向両端部に１個または複数個の発光素子１５，１５が配設されている。このバー導光体１３の側面のうち、導光体１２と反対側の側面は、図２に示すように、複数のくさび状の溝１６が形成された反射面１３ｂとされており、これらの溝１６の方向は発光素子１５が設けられた端面と平行とされている。
【００１９】
そして、バー導光体１３は、発光素子１５，１５から出射されて内部に導入された光を、この溝１６を構成する面で反射させることで、導光体１２側へ光の伝搬方向を変え、導光体１２の入射面１２ａに光を照射するようになっている。バー導光体１３から導光体１２内へ導入された光は、導光部１１の内部を伝搬し、凹凸面１２ｃに形成された突条１４を構成する面で反射されて、その伝搬方向を変えられ、導光体１２の出射面１２ｂから出射されるようになっている。
【００２０】
発光素子１５は、その発光面をバー導光体１３の側端面に向けて配設されている。ここで、本実施形態のフロントライトに備えられている発光素子１５について、図４を参照して説明する。図３に示す発光素子１５は、基板３５と、基板３５の中央部に配列形成されたＬＥＤ（発光ダイオード）１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂと、これらのＬＥＤを覆って形成された樹脂製の集光レンズ３７と、集光レンズ３７の両側方の基板３５上に形成された電源端子３６，３６とを備えて構成されており、図示前面側（ＬＥＤが配設された側）に向けて発光するようになっている。また、図示されていないが、ＬＥＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂそれぞれの発光強度を制御するための信号端子も基板３５上に設けられている。あるいは、１つの青色ＬＥＤの発光部に黄色の蛍光体を塗布して白色光を得るものもある。
【００２１】
ＬＥＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂはそれぞれ赤、緑、青の発光色を有するダイオードとされており、これらのＬＥＤの発光強度比を制御することで、集光レンズ３７内で加法混色するとともに、レンズ３７により集光された光をバー導光体１３の端面に照射できるようになっている。このような構成の発光素子１５を備えることで、本実施形態のフロントライトはその照明光を種々の色調で制御することが可能とされている。
【００２２】
図４に示す発光素子１５では、図示下側からそれぞれ赤、緑、青の発光色の発光体を縦方向一列に配置しているが、この配列方向及び配列順序に特に限定はなく、各ＬＥＤを三方に配置しても良い。また、上記三色のＬＥＤに加えて白色のＬＥＤを更に設け、輝度を高めた構成としても良い。また、集光レンズ３７も、図４に示す形状に限定されるものではなく、略半球状のもの等に適宜変更することが可能である。
【００２３】
さらに、本実施形態ではＲＧＢのＬＥＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの発光強度を自在に変更できる構成としたが、これらの発光強度は必ずしも可変にする必要はなく、発光強度比を固定して特定の発光色とすることもできる。また、発光色を固定、あるいは特定範囲で可変とする構成では、２つのＬＥＤを組み合わせて発光色を生成する構成や、１つのＬＥＤと集光レンズ３７の色とを組み合わせて発光色を生成する構成なども適用することが可能である。
【００２４】
導光体１２の凹凸面１２ｃに形成された突条１４の詳細な構成について図５を参照して説明する。図５に示すように、突条１４は、凹凸面１２ｃの基準面１２ｄに対して傾斜して形成された２つの斜面部により構成されており、その傾斜角度が比較的緩やかな斜面部が緩斜面部（第１斜面）１４ａと、緩斜面部１４ａよりも急な傾斜角度を有して形成された急斜面部（第２斜面）１４ｂとされている。緩斜面部（第１斜面）１４ａと急斜面部（第２斜面）１４ｂとは交互に形成されている。図５に示す緩斜面部（第１斜面）１４ａの基準面１２ｄに対する傾斜角度θ１は、例えば０．５°以上２．５°以下に設定され、好ましくは１．０°以上２．０°以下に設定されている。急斜面部（第２斜面）１４ｂの基準面１２ｄに対する傾斜角度θ２は、例えば４０°以上４５°以下に設定され、好ましくは４２°以上４４°以下に設定されている。突条１４をこれらの範囲で形成することで、出射面１２ｂの面方向で出射光量の均一なフロントライトとすることができる。
【００２５】
上記緩斜面部（第１斜面）１４ａの傾斜角度θ１が０．５°未満の場合には、照明装置として十分な輝度が得られず、２．５°を越える場合には、導光体の出射面からの出射光量の均一性が低下するので好ましくない。また、前記急斜面部（第２斜面）１４ｂの傾斜角度θ２が、４０°未満の場合、及び４５°を越える場合には、照明装置の輝度が低下するため好ましくない。
【００２６】
一方、凹凸面１２ｃを構成する突条１４の形成ピッチＰは、例えば５０μｍ以上３００μｍ以下に設定され、好ましくは１００μｍ以上２５０μｍ以下に設定されている。被照明物に規則性のあるパターンが存在する場合には、突条１４のピッチＰを適宜変更することで、被照明物に干渉縞が生じるのを抑えることができる。
【００２７】
図５に示す急斜面部（第２斜面）１４ｂには、誘電体層３０が形成されている。誘電体層３０は、導光部１１や突条１４を構成する材料の屈折率よりも高い屈折率を持つ材料で形成されている。このような、高屈折率の誘電体層３０を急斜面部（第２斜面）１４ｂに形成することによって、急斜面部（第２斜面）１４ｂに入射した光が、この急斜面部１４ｂで反射されずに、図５中の矢印Ｄの如くそのまま突き抜けて出射してしまう、いわゆる漏れ光を殆ど無くすことを可能にする。高屈折率の誘電体層３０は、急斜面部１４ｂに入射した光を出射面１２ｂに向けて確実に反射させる。
【００２８】
このような、急斜面部（第２斜面）１４ｂで反射されずに出射してしまう漏れ光を誘電体層３０の形成によって防止することで、漏れ光による液晶表示パネル９の視認性低下を防止することができ、観察者は液晶表示パネル９を鮮明に観察することが可能になる。
【００２９】
こうした高屈折率の誘電体層３０はまた、上面から導光体１２を介して液晶表示パネル９を観察した際に、急斜面部（第２斜面）１４ｂに全反射の金属薄膜などを積層した場合と異なり、導光体１２に黒スジが観察されたり、導光体１２が黒ずんで見えてしまうことがない。即ち、急斜面部（第２斜面）１４ｂに高屈折率の誘電体層３０を形成することによって、この急斜面部１４ｂに入射した光を出射面１２ｂに向けて確実に反射させるとともに、導光体１２を凹凸面１２ｃ側から観察した際に、良好な透明性を保つ役割を果たす。
【００３０】
以上のように、急斜面部（第２斜面）１４ｂに、導光部１１や突条１４を構成する材料の屈折率よりも高屈折率の誘電体層３０を形成することによって、液晶表示パネル９の輝度を高めて、視認性を大いに向上させることが可能になる。
【００３１】
このような誘電体層３０は、導光部１１や突条１４を構成する材料の屈折率よりも高い屈折率を持つ誘電体材料であれば、どのようなものでも適用可能であるが、例えば、屈折率は１．６〜２．５の範囲に設定される。導光部１１や突条１４を構成する材料の屈折率は、アートン（商品名）で約１．５２、アクリル（商品名）で約１．４９、ポリカーボネートで約１．６程度であり、これよりも屈折率が大きいことが好ましい。こうした高屈折率の誘電体として好ましい材料例と、その成膜温度、及び得られる屈折率を表１に示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
なお、こうした誘電体層３０を急斜面部（第２斜面）１４ｂに形成する方法としては、例えば、例えば、特開平６−１３６５１３号公報等に示されるパターン蒸着法が好ましく挙げられる。
【００３４】
本実施形態のフロントライト１０においては、バー導光体１３の構造を適切なものとすることにより、出射光量の均一化を実現している。このバー導光体１３の構成について図６を参照して以下に詳細に説明する。図６は、図３に示すバー導光体１３の一部を拡大して示す部分平面図であり、バー導光体の反射面１３ｂには、反射膜１９が設けられている。この反射膜１９は、ＡｌやＡｇ等からなる金属薄膜であり、バー導光体１３内部を伝搬する光が、反射面１３ｂから外部へ漏洩するのを防ぎ、導光体１２へ入射する光量を増加させるために設けられている。
【００３５】
本実施形態に係るバー導光体１３の反射面１３ｂには、複数のくさび状の溝１６が形成されており、これらの溝１６は、バー導光体１３の出射面１３ａに対して傾斜して形成された２つの斜面部１６ａ、１６ｂから構成され、これらの斜面部１６ａ、１６ｂどうしが成す角度αは、例えば１０５度以上１１５度以下とされている。角度αが１０５度未満の場合には、望ましい方向への出射光が得られず、結果として輝度が低下する。また角度αが１１５度を超える場合には、出射光量分布の均一性が保てない。前記角度αは、１０８度以上１１２度以下とすることがより好ましい。このような範囲とするならば、導光体１２方向へ出射される光量をより増加させることができ、フロントライト１０の輝度をさらに高めることができる。
【００３６】
バー導光体、および、導光体の一部は、反射膜で覆われている構成であっても良い。第２の実施形態においては、照明装置４０を構成する発光素子４１およびバー導光体４２は、カバー部材４３に覆われている。こうしたカバー部材４３は、バー導光体４２に接する内面側が反射面にされており、例えば、金属鏡面であればよい。カバー部材４３は、バー導光体４２からそのまま導光体４４の入射面側の端部を覆うように延長されている。このうち、カバー部材４３の上面部４３ａは、カバー部材４３の下面部４３ｂよりも図中長さＬ分だけ長く導光体４４の突条４５に向けて延びている。こうした長さＬは、例えば０．５ｍｍ以上に設定される。突条４５は、前述した実施形態と同様に、緩斜面部（第１斜面）４５ａと急斜面部（第２斜面）４５ｂとからなり、急斜面部（第２斜面）４５ｂには、高屈折率の誘電体層４６が形成されている。
【００３７】
このようなカバー部材４３を照明装置４０に備え、かつカバー部材４３の上面部４３ａをカバー部材４３の下面部４３ｂよりも長さＬ分だけ長くすることによって、照明装置４０は、大幅な輝度の向上を実現している。前記長さＬは、０．７ｍｍ以上とすることが好ましく、０．８ｍｍ以上とすることがより好ましい。このような範囲とすることで、さらなる輝度の向上を実現することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の導光体および照明装置によれば、第２斜面で反射されずに出射してしまう漏れ光を誘電体層によって防止することで、漏れ光による液晶表示パネル等の視認性低下を防止することができ、液晶表示パネルを鮮明に観察することが可能になる。
【００３９】
こうした誘電体層はまた、上面から導光体を介して液晶表示パネルを観察した際に、導光体に黒スジが観察されたり、導光体が黒ずんで見えてしまうことがない。導光体の透明性を良好に保つことができる。
【００４０】
前記誘電体層は、屈折率が１．６〜２．５の範囲の材料で形成されるのが好ましい。また、前記基準面に対する前記第１斜面の傾斜角度を０．５°〜２．５°、前記基準面に対する前記第２斜面の傾斜角度を４０°〜４５°の範囲にそれぞれ設定することも好ましい。更に、前記突条の形成ピッチを５０μｍ〜３００μｍの範囲に設定するのも好ましい。屈折率や傾斜角度、および形成ピッチを上述した範囲に設定することによって、導光体の輝度向上、および視認性の向上に大いに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の照明装置の一実施の形態であるフロントライト（照明装置）を備えた液晶表示装置の全体斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す液晶表示装置の側面断面図である。
【図３】図３は、図３はバー導光体部分の分解斜視図である。
【図４】図４は、光源である発光素子の構成をしめす斜視図である。
【図５】図５は、凹凸面と誘電体層の作用を説明する部分平面図である。
【図６】図６は、バー導光体の一部を拡大して示す部分平面図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態を示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
８液晶表示装置
９液晶表示パネル
１０フロントライト（照明装置）
１１導光部
１２導光体
１２ａ入射面
１２ｂ出射面
１２ｃ凹凸面
１２ｄ基準面
１４突条
１４ａ緩斜面部（第１斜面）
１４ｂ急斜面部（第２斜面）
１５発光素子（光源）
３０誘電体層

Claims

基準面に対して傾斜した第１斜面、および基準面に対して前記第１斜面よりも急角度で傾斜した第２斜面とを有する断面視略三角形状の突条を略平板状の導光部の一面に複数配列した導光体であって、
前記導光部の構成材よりも大きい屈折率を持つ誘電体層を前記第２斜面に形成したことを特徴とする導光体。
前記誘電体層は、屈折率が１．６〜２．５の範囲の材料で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の導光体。
前記基準面に対する前記第１斜面の傾斜角度を０．５°〜２．５°、前記基準面に対する前記第２斜面の傾斜角度を４０°〜４５°の範囲にそれぞれ設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の導光体。
前記突条の形成ピッチを５０μｍ〜３００μｍの範囲に設定したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の導光体。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の導光体と光源とを備えたことを特徴とする照明装置。
請求項５に記載の照明装置と液晶表示パネルとを備えたことを特徴とする液晶表示装置。