JP2005166626A - 面光源装置およびこれを備えるフラットパネルディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】面光源装置を提供する。
【解決手段】本発明の面光源装置は、主に、導光板と光源とからなり、前記導光板は、入射端面、出射面、少なくとも一つの全反射面、及び複数の調光体を備え、前記全反射面は、入射端面から入射する光線を全反射し、出射面に向かって、導光板を透射し、調光体は、少なくとも一つの領域が不連続の密度変化により、導光板中に附設され、全反射光線の集合が出射面の異なる領域を出射するのを調整した後、輝度が不連続な状態を呈する。光源は導光板の入射端面に近接する所に設けられて、導光板の入射端面に入射する光線を提供する。
【選択図】図６

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイに関するものであり、特に、不連続な光度（光の強さ）の分布を与えることのできる面光源装置に関するものである。

フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display、FPD）は、高解像度である、軽量で小型である、低電圧である、そして消費電力が少ないといった特性を有しており、情報、通信、輸送機関、そして種々の電機製品など、様々な分野に幅広く応用されている。
このフラットパネルディスプレイは、大画面の高精細テレビ（High definition television、HDTV）、壁掛け式テレビ、そして投影型テレビなどに幅広く利用されており、さらには、ノート型パソコン、PDA、全地球測位システム（GPS）、電子辞典等にも利用されている。
液晶ディスプレイは、夜間や暗がりにおいては、内部照明を利用しているが、この内部照明は、一般的に、導光板とサイドライト型の面光源との組み合わせから提供される。

例えば、図１に示すように、液晶ディスプレイが反射型液晶パネルを利用するものである場合、サイドライト型の面光源装置１’は、反射型液晶パネル２’の上に設置される。
一方、図２に示ように、液晶ディスプレイが透過型の液晶パネル３’である場合、サイドライト型面光源装置１’は、透過型液晶パネル３’の下に配置される。

図１に示すように、サイドライト型面光源装置１’は、導光板１１’と光源１２’とを含んで構成される。そして、光源１２’は、導光板１１’の一端側の端部１１１’に沿って配置されている。
また、反射型液晶パネル２’は、上部偏光板２１’、上部基板２２’、液晶セル２３’、反射層２４’、そして下部基板２５’という順番で、図中において上から下に向かって積み重ねて形成される。
そして、サイドライト型面光源装置１’は、上部偏光板２１’の上側に覆い被さるようにして設けられている。

図２に示す透過型液晶パネル３’は、上部偏光板３１’、上部基板３２’、液晶セル３３’、下部基板３４’、下部偏光板３５’、拡散板３６’、サイドライト型面光源装置１’、そして反射板３７’という順番で上から下に向かって積み重ねて形成される。

光源１２’から照射される光線は、導光板１１’の端部１１１’から、導光板１１’の内部に導かれ、導光板１１’の内部において、スネルの法則（Snell's Law）に従って、全反射させられることになる。
そして、光線は、導光板１１’の上面に設けられたマイクロプリズム１１２’構造により反射されて、その進行方向が、導光板１１’底部の出射面１１３’に向けられる。そして、光線は、この出射面１１３’から照射されることになる。
これにより、導光板１１’の出射面１１３’からは、その全面に亘ってほぼ均一の輝度となる光線が、照射（出射）されることになる。

続いて、図１及び図２を参照して、導光板１１’から照射された光線は、反射型液晶パネル２’または透過型液晶パネル３’における目的の表示範囲に向けて、均一に集められる。
なお、導光板１１’から照射される光線の強度をより均一にするために、極小の反射体や拡散体のような調光体を、面光源装置１’の導光板１１’の内部に、設けた構成とすることも可能である。

図３は、調光体と光源との距離に対する調光体の密度分布を表したグラフであり、図４は、導光板の発光特性を表すグラフである。

導光板と面光源装置の性能は、これらと組み合わせて使用する液晶パネルの設計の影響を受ける。
液晶パネルの近年の趨勢は、初期型の反射型液晶パネルや透過型液晶パネルから半透過型液晶パネルに移行し、さらに、液晶パネルの表示範囲内に、異なる光透過性を備える画素が設けられたものに発展してきている。

例えば、表裏の二面に表示する機能を備えた液晶パネルの場合、液晶パネルの表示範囲には、透過領域と反射領域とが設けられており、液晶パネルの一側に形成される影像は、面光源が透過領域を透過することにより表示される影像（透過光により表示される映像）であり、もう一側に形成される影像は、面光源が反射領域に反射することにより表示される影像（反射光により表示される映像）である。
しかしながら、従来公知の導光板を備える面光源装置では、総ての領域に対して均一な輝度の面光照明（照明光）が得られるようにしているので、前記した場所によって異なる光透過性を有する画素を備えた液晶パネルと組み合わせると、液晶パネルの表示範囲内において、輝度が不均一になるという弊害が生じている。

本発明は、面光源装置の導光板から照射される光線の光強度を、導光板の位置に応じて変えることのできる面光源装置、すなわち、導光板のある領域から照射される光線の光強度を、他の領域から照射される光線の光強度と異ならせることのできる面光源装置を提供することを目的とする。なお、このような面光源装置を、不連続の光強度分布を有する面光源装置ともいうこととする。

上述の目的を達成するため、本発明が提供する面光源装置は、導光板と光源とを備える面光源装置であって、前記導光板には、入射側端面、出射面、少なくとも一つの全反射面、及び複数の調光体が設けられており、前記全反射面は、前記入射側端面から入射する光線を反射して、前記光線の進行方向を前記出射面に変更し、前記調光体は、前記導光板の少なくとも一部において、その密度分布が不均一となるように設けられており、前記出射面から照射される光線の光強度が、前記出射面の所定領域毎に不連続になるように、前記全反射面で反射された光線の集光を調整し、前記光源は、前記導光板の前記入射側端面の近傍に設けられており、前記入射側端面に向けて光線を提供する面光源装置とした。

また、本発明に係るフラットパネルディスプレイは、ディスプレイパネルと面光源装置とを備えるフラットパネルディスプレイであって、前記ディスプレイパネルには、透光率がそれぞれ異なる少なくとも二つの領域が設けられており、前記面光源装は、導光板と光源とを備え、前記導光板には、入射側端面、出射面、少なくとも一つの全反射面、及び複数の調光体が設けられており、前記全反射面は、前記入射側端面から入射する光線を反射して、前記光線の進行方向を前記出射面に変更し、前記調光体は、前記導光板の少なくとも一部において、その密度分布が不均一となるように設けられており、前記出射面から照射される光線の光強度が、前記出射面の所定領域毎に不連続になるように、前記全反射面で反射された光線の集光を調整し、前記光源は、前記導光板の前記入射側端面の近傍に設けられており、前記入射側端面に向けて光線を提供する
ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。

少なくとも一つの領域が不連続の光強度分布を呈する面光源装置を提供することが出来る。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るフラットパネルディスプレイの好ましい一態様について、図５、図６を参照しながら説明する。
本実施の形態におけるフラットパネルディスプレイ１は、ディスプレイパネル２と、面光源装置３とを含んで構成される。

ディスプレイパネル２は、半透過型ディスプレイ領域（半透過性領域）２１と、透過型ディスプレイ領域（透過性領域）２２とを備えて構成される。
半透過性領域２１は、長方形形状を有しており、ディスプレイパネル２のほぼ中央に配置されている。
透過性領域２２は、半透過性領域２１に隣接させて設けられており、ディスプレイパネル２の半透過性領域２１以外の部分が、この透過性領域２２となるように構成されている。

図６を参照して、半透過性領域２１と透過性領域２２とは、それぞれ、上から、上部偏光板２１１、上部位相シフト板２１２、上部基板２１３、フィルタ２１４、液晶セル２１５、下部基板２１６、下部位相シフト板２１７、そして下部偏光板２１８という順番で構成される。
なお、半透過性領域２１においては、更に、半反射層２１９が、液晶セル２１５と下部基板２１６との間に設けられており、これにより、半透過性領域２１の透光率が、透過性領域２２の透過率よりも小さくなるように設定されている。

ここで、透過性領域２２の透光率は約７０％であり、半透過性領域２１の透光率は約５０％である。
なお、図６に示すディスプレイパネル２では、当該ディスプレイパネル２を構成する各素子の配置を判りやすくするために、各素子の大きさや厚みは、拡大誇張して表示してある。
なお、本実施の形態場合、ディスプレイパネル２を構成する各素子は、接着剤などにより互いに接着されている。
この図６に示された素子以外に、防眩フィルム、スペーサボール（spacer ball）、液晶駆動用IC、そして駆動回路等の素子が不可欠であるが、これらの素子は本考案の技術内容を説明する上で、特に必要ではないため、ここでは、その説明を省略する。

図６を参照して、面光源装置３は、ディスプレイパネル２の上に配置されるものである。この面光源装置３は、光源３１と導光板３２とを含んで構成される。
光源３１としては、様々なものが利用可能であるが、本実施の形態の場合、発光ダイオード等の点光源をディスプレイパネル２の幅方向に沿って並べたものや（図５参照）、点光源から照射された光を線状光源となるようにして取り出したものや、線状に形成された冷陰極蛍光ランプ（Cold Cathode Fluorescence Lamp）などが利用可能である。

導光板３２は、光透過性を有する物質から構成されており、光源から照射される光（特定の波長の光）を透過するものである。光透過性を有する物質としては、アクリル、ポリカーボネート、そしてエポキシ樹脂などの透明性樹脂や、石英や、ガラスなどが挙げられ、本実施の形態では、これらのものから構成される導光板が用いられている。

図６を参照して、導光板３２は、入射側端面３２１と、出射面３２２と、全反射面３２３と、複数の調光体３２４と、反射層３２５とを含んで構成される。
なお、図５および図６では、複数の調光体３２４が局所的に位置すること（不連続密度分布状態）が明確になるように、不連続密度分布の領域のみを示し、以下の各実施例でもこの方法に従って図示するものとする。

光源３１は、導光板３２の入射側端面３２１に沿って設けられている（図５参照）。
図６を参照して、導光板３２の出射面３２２は、ディスプレイパネル２に貼り付けられており、出射面３２２の反対側に位置する全反射面３２３は、光源３１から照射された光線が、導光板３２の入射側端面３２１から入射されると、入射された光線を全反射して、出射面３２２に誘導するように構成される。これにより、導光板３２から光線が照射されることになる。

調光体３２４は、導光板３２の内部に設けられており、この調光体３２４が設けられる範囲は、ディスプレイパネル２の半透過性領域２１に対応（一致）する範囲である。
さらに、この調光体３２４は、出射面３２２の法線方向に平行となり、かつ不連続の密度分布を有するように設けられている。
なお、本実施の形態の場合、調光体として、極小な反射体や拡散体が用いられている。

反射層３２５は、全反射面３２３の上面に設けられており、反射層３２５が設けられる範囲は、調光体３２４が位置する範囲をさけるように設定されている。
なお、反射層３２５の分布領域と、調光体３２４は、出射面３２２の法線方向に平行となるように設定されている。
反射層３２５は、全反射面３２３における反射により拡散する光線を回収して、光度を最大化するために、銀やアルミ等の銀色の金属材料か、酸化マグネシウムや酸化チタン等の白色の非金属材料で構成されることが好ましい。
すなわち、この反射層３２５は、入射側端面３２１から入射された光線が全反射面で３２３反射される際に生じる目的とする出射面３２２に向かわない光線を反射させて、その進行方向を出射面３２２に修正するものである。

これにより、図８を参照して、光線を出射面３２２側に集中させることがきるので、導光板３２から照射される光線の光度を高くすることができる。よって、ディスプレイパネル２の透過性領域の輝度を改善することができ、フラットパネルディスプレイ１の面光源装置３とは反対側の面の輝度（光度）を、均一にすることができる。

さらに、面光源装置３において、導光板３２の入射側端面３２１の光源３１に対応する範囲に、光源３１からの照射される光を他の方向に散乱させる補助素子（図示せず）を設けた構成とすることも可能である。
このような補助素子として、例えば、高反射率を有する金属薄膜が塗布された樹脂膜や、金属箔膜などを用いることができる。

前記したフラットパネルディスプレイにおいて、半透過性領域と透過性領域の数や大きさや配置は、適宜変更可能である。
たとえば、図９、図１０、及び図１１には、それぞれ、本発明の第２実施形態に係る面光源装置４、第３実施形態に係る面光源装置５、そして第４実施形態に係る面光源装置６が示してある。
これら三つの面光源装置の構造は、前記した第１実施形態の面光源装置とほぼ同じであり、調光体４１、５１、６１の数や大きさや配置などが異なっている。

第２実施形態に係る面光源装置４の調光体４１は、ディスプレイパネル（図示しない）の、中央に位置する半透過性領域に対応させて、設けられており、図９に示す例の場合は、ほぼ長方形の形状を有している。
これにより、前記したのと同様にして、ディスプレイパネルを、面光源装置４の接合側に位置させると、ディスプレイパネルの全面の輝度を均一にすることができる。

第３実施形態に係る面光源装置５の調光体５１は、ディスプレイパネル（図示しない）の中央部並べられた３つの半透過性領域に対応させて、設けられており、図１０に示す例の場合は、ほぼ長方形の形状を有している。
この調光体５１もまた、前記した第１実施形態の場合と同じ効果をもたらす。

第４実施態様の調光体６１は、ディスプレイパネル（図示しない）の半透過性領域と透過性領域に対応させて設けられており、これらは、碁盤の目状に交互に配列されている。
この場合もまた、前記した第１実施形態の場合と同じ効果をもたらす。

図１２および図１３には、本発明の第５実施態様に係るフラットパネルディスプレイ７が示されている。
このフラットパネルディスプレイ７の構造は、ディスプレイパネル８において、反射性領域８２が半透過性領域８１に隣接させて設けられている点が、前記した第１実施形態とほぼ同じである。
この場合、導光板９２の内部に設けられる調光体９２４の密度を調節することにより、半透過性領域８１と反射性領域８２から出射される光の輝度を調整し、所望の輝度を得ることができる。さらに、フラットパネルディスプレイ７側と、面光源装置９側の輝度を均一にすることができる。
なお、調光体９２４の密度を調節すると、当該調光体の密度に応じて、全反射面で反射された光線の集光、すなわち導光板９２の出射面の場所毎に集まる光線の量を調整できるので、出射面から照射される光線の光強度が、出射面の所定領域毎に不連続になるようになる。

半透過性領域８１と反射性領域８２は、共に、上から、上部偏光板８１１、上部位相シフト板８１２、上部基板８１３、フィルタ８１４、液晶セル８１５、下部基板８１６、下部位相シフト板８１７、及び下部偏光板８１８のという順番で備えて構成される。
さらに、半透過性領域８１では、液晶セル８１５と下部基板８１６と間に、半反射層８１９が設けられており、反射性領域８２では、液晶セル８１５と下部基板８１６との間に、反射層８２９が設けられている。

注意すべきことは、本発明を熟知する技術者なら分かるように、本発明に係るフラットパネルディスプレイでは、光強度は、導光板の全反射面上に設置されたマイクロプリズムの分布を調整することにより調整される。そして、ディスプレイパネルに設けられた反射性領域と、半透過性領域の存在により、面光源装置が領域不連続強度分布を呈する。
マイクロプリズムユニットの分布は調光体の応用と同様で、各実施例中のディスプレイパネルの要求に対応する。
この他、エレクトロルミネッセンス（electroluminescent、EL）、若しくは有機発光ダイオード（Organic Light−Emitting Diode、OLED）を採用する場合、面状の発光層を形成すると共に、入力電圧を分域制御して、領域不連続光強度分布を呈する面光源装置を得ることが出来る。

上述のように、本発明において、面光源装置からの光の異なる領域は、少なくとも一つの領域が不連続密度変化の方式で、複数の調光体を設けたする導光板により得られる不連続輝度を提供し、これにより、面光源装置の光の集中を調節することが出来る。

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

公知の反射型ディスプレイの構造を示した説明図である。 公知の透過型ディスプレイの構造を示した説明図である。 公知の調光体と光源との距離に対する調光体の分布密度図である。 公知の導光板の光線出射の特性図である。 本発明の第一実施例による正面図である。 図５の６−６に沿った断面図である。 第一実施例による調光体で、図５の６−６に沿った光源距離の密度分布図である。 第一実施例による導光板の光線出射の特性図である。 本発明の第二実施例による正面図である。 本発明の第三実施例による正面図である。 本発明の第四実施例による正面図である。 本発明の第五実施例による正面図である。 図１２の１３−１３に沿った断面図である。

符号の説明

１ 面光源装置
２ ディスプレイパネル
３ 面光源装置
２１ 半透過性領域
２２ 透過性領域
２４ 反射層
３２１ 入射側端面
３２２ 出射面
３２３ 全反射面
３２４ 調光体
３２５ 反射層

Claims (20)

1. 導光板と光源とを備える面光源装置であって、
   前記導光板には、入射側端面、出射面、少なくとも一つの全反射面、及び複数の調光体が設けられており、
   前記全反射面は、前記入射側端面から入射する光線を反射して、前記光線の進行方向を前記出射面に変更し、
   前記調光体は、前記導光板の少なくとも一部において、その密度分布が不均一となるように設けられており、前記出射面から照射される光線の光強度が、前記出射面の所定領域毎に不連続になるように、前記全反射面で反射された光線の集光を調整し、
   前記光源は、前記導光板の前記入射側端面の近傍に設けられており、前記入射側端面に向けて光線を提供する
   ことを特徴とする面光源装置。
2. 前記調光体は、極小な反射体であることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記調光体は、拡散体であることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
4. 前記調光体は、マイクロプリズムであることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
5. 前記全反射面上には反射層が設けられており、前記反射層が設けられた範囲と、前記調光体が設けられた範囲とは重複しないように設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
6. 前記反射層は、金属材料からなることを特徴とする請求項５に記載の面光源装置。
7. 前記反射層は、銀、若しくはアルミであることを特徴とする請求項６に記載の面光源装置。
8. 前記反射層は、白色の非金属材料からなることを特徴とする請求項５に記載の面光源装置。
9. 前記反射層は、酸化マグネシウム、若しくは酸化チタンであることを特徴とする請求項８に記載の面光源装置。
10. ディスプレイパネルと面光源装置とを備えるフラットパネルディスプレイであって、
    前記ディスプレイパネルには、透光率がそれぞれ異なる少なくとも二つの領域が設けられており、
    前記面光源装は、導光板と光源とを備え、
    前記導光板には、入射側端面、出射面、少なくとも一つの全反射面、及び複数の調光体が設けられており、
    前記全反射面は、前記入射側端面から入射する光線を反射して、前記光線の進行方向を前記出射面に変更し、
    前記調光体は、前記導光板の少なくとも一部において、その密度分布が不均一となるように設けられており、前記出射面から照射される光線の光強度が、前記出射面の所定領域毎に不連続になるように、前記全反射面で反射された光線の集光を調整し、
    前記光源は、前記導光板の前記入射側端面の近傍に設けられており、前記入射側端面に向けて光線を提供する
    ことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。
11. 前記ディスプレイパネルは、少なくとも一つの半透過性領域と、少なくとも一つの透過性領域とからなり、前記半透過性領域には、半反射層が設けられている
    ことを特徴とする請求項１０に記載のフラットパネルディスプレイ。
12. 前記ディスプレイパネルは、少なくとも一つの半透過性領域と、少なくとも一つの反射性領域とからなり、前記半透過性領域には半反射層が設けられており、前記反射性領域には、反射層が設けられている
    ことを特徴とする請求項１０に記載のフラットパネルディスプレイ。
13. 前記調光体は、極小な反射体であることを特徴とする請求項１０に記載のフラットパネルディスプレイ。
14. 前記調光体は、拡散体であることを特徴とする請求項１０に記載のフラットパネルディスプレイ。
15. 前記調光体は、マイクロプリズムであることを特徴とする請求項１０に記載のフラットパネルディスプレイ。
16. 前記全反射面上には反射層が設けられており、前記反射層が設けられた範囲と、前記調光体が設けられた範囲とは重複しないように設定されている
    ことを特徴とする請求項１０に記載のフラットパネルディスプレイ。
17. 前記反射層は、金属材料からなることを特徴とする請求項１６に記載のフラットパネルディスプレイ。
18. 前記反射層は、銀、若しくはアルミであることを特徴とする請求項１７に記載のフラットパネルディスプレイ。
19. 前記反射層は、白色の非金属材料からなることを特徴とする請求項１６に記載のフラットパネルディスプレイ。
20. 前記反射層は、酸化マグネシウム、若しくは酸化チタンであることを特徴とする請求項１９に記載のフラットパネルディスプレイ。

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