JP2006012510A

JP2006012510A - 面発光装置

Info

Publication number: JP2006012510A
Application number: JP2004185811A
Authority: JP
Inventors: Takuro Sugiura; 琢郎杉浦
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】高輝度の光を出射することができ、しかも部品点数を少なくすることができる面発光装置を提供すること。
【解決手段】導光板１０の端面１０ｃの近傍には、光源１１が配置されている。導光板１０の主面１０ａ側には、反射板１２が配置されている。反射板１２には、複数のプリズム１２ａが設けられている。この複数のプリズム１２ａ上には、金属膜１２ｂが被着されている。導光板１０の主面１０ｂ側には、液晶表示パネル１３が配置されている。反射部材である反射板１２は、導光板１０のプリズム面１０ａに対向する面に複数のプリズム１２ａを有する。この複数のプリズム１２ａは、それぞれ同じ形状を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に液晶表示装置などの表示装置に用いられる面発光装置に関する。

従来から、表示装置、主に液晶表示装置の照明手段として、液晶表示パネルの背面側から表示面側に向けて光を供給する面発光装置、例えばバックライト装置が知られている。従来のバックライト装置は、通常、光源と、この光源からの光を液晶表示パネルに出射する導光板と、導光板からの光を効率良く液晶表示パネルに供給するためのプリズムシートとから主に構成される。この導光板は、平板形状を有しており、互いに対向する一対の主面及び互いに対向する一対の端面を有する。一対の主面の一方の主面上に液晶表示パネルが配置され、一対の端面の一方の端面近傍に光源が配置される。また、一対の主面の他方の主面上には、反射板が配置され、光源からの光を反射する。このような従来のバックライト装置として、特許文献１に開示されたものがある。

特公平７-２７１３７号公報

この従来のバックライト装置（面発光装置）では、光源２０から発した光が導光板２１の端面２１ａから導光板２１に入射し、導光板２１の反射面２１ｂ側に配置された反射板２２で反射して、反射面２１ｂに対向する出射面２１ｃから出射される。導光板２１から出射された光は、導光板２１の出射面側に配置されたプリズムシート２３のプリズム２３ａにより光路が変更されて、導光板２１に対してほぼ鉛直方向に進行して、プリズムシート２３上に配置された液晶表示パネル（図示せず）に入射する。

従来のバックライト装置では、図６の矢印に示すように、導光板２１から出射される光の進行方向が異なり、光が分散した状態で出射される。このように出射光が分散すると、プリズムシート２３を通したとしても、プリズムシート２３を通した光を観察者方向に効率良く向けることはできない。その結果、従来のバックライト装置では、観察者方向に高い輝度の出射光を供給することができない。

また、従来のバックライト装置は、導光板２１、反射板２２、及びプリズムシート２３の３部材で構成されている。携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistance）のようなモバイル機器に搭載される液晶表示装置においては、できるだけ軽量化を図るために、部品点数を少なくすることが望まれているので、バックライト装置における部品点数をできるだけ少なくすることが望ましい。特に、導光板２１から出射された光をプリズムシート２３に通すと、輝度が低下してしまうので、プリズムシート２３を省略できる構成が望まれている。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、高輝度の光を出射することができ、しかも部品点数を少なくすることができる面発光装置を提供することを目的とする。

本発明の面発光装置は、互いに対向する一対の主面と光源から光を入射する端面とを有し、前記一対の主面の少なくとも一方の主面は、複数の第１プリズムを有する導光板と、前記主面に対向するように配置されており、前記主面に対向する側に複数の第２プリズムを有する反射部材と、を具備することを特徴とする。

この構成によれば、第２プリズムを備えた反射部材が指向性を有する光を鉛直方向（液晶表示パネルの表面に対して垂直な方向）に反射させる。したがって、従来の面発光装置に用いているプリズムシートを省略することができる。その結果、輝度の低下を回避しつつ、導光板から出射した光を液晶表示パネルの表面に対して垂直な方向に効率良く向けることができる。また、プリズムシートを省略できることから、面発光装置における部品点数を少なくすることが可能となる。

本発明の面発光装置においては、前記第２プリズムのそれぞれは、前記端面に相対的に近い側の第１底角θ₁が前記端面に相対的に遠い側の第２底角θ₂よりも小さいことが好ましい。

この構成によれば、導光板を出射した指向性を有する光を鉛直方向（液晶表示パネルの表面に対して垂直な方向）により効率的に反射させることができる。

本発明の面発光装置においては、前記第１底角θ₁が下記式（１）から求められ、前記第２底角θ₂が下記式（２）の条件を満たすことが好ましい。
θ₁＝（α−β）／２式（１）
９０°−α＜θ₂≦９０° 式（２）
ここで、αは前記反射部材に対向する前記主面から出射された光の進行方向と前記導光板の軸に垂直な方向とのなす角を示し、βは前記反射部材に反射した前記光の進行方向と前記導光板の軸に垂直な方向とのなす角を示す。

本発明の面発光装置においては、前記第１プリズムのそれぞれは、前記端面に相対的に近い側の第１底角θ_aが前記端面に相対的に遠い側の第２底角θ_bよりも大きいことが好ましい。

この構成によれば、第１プリズムから出射した光に指向性を与えることができ、反射部材で光路を変えて効率良く観察者に光を送ることができる。その結果、高い輝度の光を出射することが可能となる。

本発明の面発光装置においては、前記反射部材は、複数の第２プリズムを有する樹脂成形体と、前記樹脂成形体の前記複数の第２プリズムを有する面上に設けられた金属膜と、から構成されることが好ましい。

本発明の液晶表示装置は、上記面発光装置と、前記面発光装置の前記反射部材側と反対側に配置された液晶表示パネルと、を具備することを特徴とする。

本発明の面発光装置によれば、複数のプリズムを有する反射部材を備えているので、プリズムシートを用いることなく、高輝度の光を出射することができる。したがって、面発光装置における部品点数を少なくすることができる。また、第２プリズムの第１底角θ₁の角度を適宜調節することにより、いかなる方向も照明することができる。

本発明者は、プリズムシートの作用に着目し、このプリズムシートの作用を反射板に持たせることにより、プリズムシートを省略できることを見出し本発明をするに至った。すなわち、本発明の骨子は、反射板の反射特性を制御して、すなわち反射板にプリズムを設けて、輝度の低下を防止しつつ光を効率良く任意の方向に向けると共に、部品点数を減らすことである。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態では、導光板の反射板側の主面にプリズムを設けた場合について説明する。図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る面発光装置を備えた液晶表示装置の概略構成を示す図である。図１（ｂ）は、導光板のプリズムを説明するための図である。

図中１０は導光板を示す。導光板１０は、互いに対向する一対の主面１０ａ，１０ｂと、光源１１から光を入射する端面１０ｃとを有している。主面１０ａは、複数のプリズム１０ｄ（第１プリズム）を有しており、プリズム面を構成している。また、主面１０ｂは、平坦面であり、光出射面を構成している。なお、導光板１０は、アクリル樹脂などの透明材料により構成される。

導光板１０の端面１０ｃの近傍には、光源１１が配置されている。なお、光源１１は、端面１０ｃから離して配置せずに、端面１０ｃに接するように配置しても良い。導光板１０の主面１０ａ側には、反射板１２が配置されている。反射板１２には、複数のプリズム１２ａ（第２プリズム）が設けられている。この複数のプリズム１２ａ上には、反射率の高い材料、例えばアルミニウムや銀などの金属からなる膜１２ｂが被着されている。導光板１０の主面１０ｂ側には、液晶表示パネル１３が配置されている。

主面（プリズム面）１０ａに設けられた複数のプリズム１０ｄは、それぞれ同じ形状を有しており、具体的には図１（ｂ）に示すような形状を有する。すなわち、それぞれのプリズム１０ｄにおいては、端面１０ｃに相対的に近い側の底角θ_aが端面１０ｃに相対的に遠い側の底角θ_bよりも大きくなるように設定されている。このため、それぞれのプリズム１０ｄは、急斜面１０ｅ及び緩斜面１０ｆを有する。導光板１０内を通る光は、主に緩斜面１０ｆで反射して伝搬する。プリズム１０ｄに急斜面１０ｅと緩斜面１０ｆを設けることにより、プリズム面１０ａから出射した光に指向性を与えることができ、後述する反射板１２で光路を変えて効率良く観察者に光を送ることができる。その結果、高い輝度の光を出射することが可能となる。

なお、このように急斜面１０ｅ及び緩斜面１０ｆを有するプリズム１０ｄにより出射光に指向性を与えることについては、本発明者が平成１５年１２月５日出願の特願２００３−４０７３９２号において提案している。この内容は参照によりここに含めておく。

反射部材である反射板１２は、導光板１０のプリズム面１０ａに対向する面に複数のプリズム１２ａを有する。この複数のプリズム１２ａは、それぞれ同じ形状を有している。反射板１２に複数のプリズム１２ａを設けることにより、導光板１０の光出射面１０ｂから出射した指向性を有する光の光路を変えて、観察者方向、すなわち液晶表示パネル１４の表面に対して垂直な方向に、効率良く光を向けることが可能となる。具体的には、図１に示すように、導光板１０のプリズム１０ｄの緩斜面１０ｆから出射した光は、反射板１２のプリズム１２ａの斜面１２ｃで反射して、液晶パネル１４の表面に対してほぼ垂直に入射するように、その光路が変わる。

導光板１０のプリズム１０ｄの緩斜面１０ｆから出射した光は、所定の角度で斜面１２ｃに到達する。このため、このことを考慮して、液晶パネル１４の表面に対してほぼ垂直に光を反射板１２で反射させるために、以下のようにプリズム１２ａの斜面１２ｃ及び１２ｄを規定することが好ましい。すなわち、プリズム１２ａのそれぞれが、導光板１０の端面１０ｃ（光源１１）に相対的に近い側の底角θ₁が端面１０ｃ（光源１１）に相対的に遠い側の底角θ₂よりも小さくなるように設定することが好ましい。なお、底角θ₁，θ₂は、導光板１０から出射した指向性を有する光の方向により適宜変更して設定する。

この底角θ₁及びθ₂は、図２に示すように、導光板１０のプリズム面１０ａから出射した光の進行方向１４ａと導光板１０の軸１０ｅに垂直な方向１０ｆとのなす角をαとし、反射板１２に反射した光の進行方向１４ｂ（すなわち照明したい方向）と導光板１０の軸１０ｅに垂直な方向１０ｇとのなす角βとすると、下記式（１）及び式（２）を用いて規定される。すなわち、底角θ₁は下記式（１）から求められ、底角θ₂は下記式（２）の条件を満たすことが好ましい。
θ₁＝（α−β）／２式（１）
９０°−α＜θ₂≦９０° 式（２）

ここで、上記の式に基づいて求めた底角θ₁及びθ₂を有するプリズムを備えた反射板の反射特性について説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る面発光装置の反射特性を示す特性図である。

まず、上記の式に基づいて求めた底角θ₁及びθ₂を有するプリズムを備えた反射板（実験例１，実験例２）を作製した。実験例１の反射板は、底角θ₁が３７．５°であり、底角θ₂が５２．５°であり、図２に示すピッチＰが０．１４９３ｍｍであり、高さｈが７２．１μｍである。実験例２の反射板は、底角θ₁が３７．５°であり、底角θ₂が５２．５°であり、ピッチＰが０．０６００ｍｍであり、高さｈが３０．０μｍである。また、参考例として、プリズムを有しない反射板も準備した。

これらの反射板のそれぞれに対して−７５°方向からレーザ光を照射したときに反射する角度を調べた。その結果を図３に示す。図３から分かるように、上記の式に基づいて求めた底角θ₁及びθ₂を有するプリズムを備えた反射板（実験例１，実験例２）については、受光角がほぼ０°の方向に、すなわち鉛直方向（液晶表示パネルの表面に対して垂直な方向）に反射した。一方、プリズムを有しない反射板（参考例）については、＋７５°の方向に反射した。なお、プリズムを備えた反射板において、ピッチＰが大きく、高さｈが高い反射板（実験例１）の方がより高い反射光強度を示した。

このように、所定の底角を有するプリズムを備えた反射板は、指向性を有する光を鉛直方向（液晶表示パネルの表面に対して垂直な方向）に反射させることができる。したがって、このような反射板を用いることにより、プリズムシートを設けなくても指向性を有する光を鉛直方向に向けることが可能であることが分かった。したがって、本実施の形態に係る面発光装置においては、輝度の低下を招くプリズムシートを省略することができる。その結果、輝度の低下を回避しつつ、導光板から出射した光を液晶表示パネルの表面に対して垂直な方向に効率良く向けることができる。また、プリズムシートを省略できることから、面発光装置における部品点数を少なくすることが可能となる。

本実施の形態に係る面発光装置の反射板は、例えば樹脂材料を用いて複数のプリズムを有する反射板本体を、例えば射出成形により成形し、得られた樹脂成形体のプリズム面上に、アルミニウムや銀などの反射率の高い金属を被着することにより作製することができる。

次に、上記構成を有する図１（ａ）に示す液晶表示装置における面発光装置の動作について説明する。

光源１１から発した光は、端面１０ｃから入射して導光板１０内を反射しながら伝搬する。このとき、プリズム面１０ａのプリズム１０ｄを抜けて透過した光は指向性の高い光（矢印Ａ）となる。導光板１０を透過した光は、反射板１２のプリズム１２ａの斜面１２ｃで反射されて、光路が変わり再び導光板１０に入射する。この反射光（矢印Ｂ）は、ほぼ鉛直方向に向きが変えられている。この反射光は、既に臨界角に満たないので、導光板１０を透過して光出射面１０ｂから出射する。この出射光は、ほぼ鉛直方向に向いた状態で液晶表示パネル１３に入射する。このように複数のプリズム１２ａを有する反射板１２を用いることにより、導光板１０から出射した指向性を有する光を効率良く任意の方向に向けることができるので、高い輝度で光を液晶表示パネル１３に供給することができる。

次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
図１（ａ）に示すような導光板１０及び反射板１２で構成された面発光装置に、半透過型液晶表示装置を装着し、平均輝度、輝度均一性及び中心輝度を測定した。なお、輝度は、それぞれの面発光装置を半透過型液晶表示装置に装着し、光源として白色ＬＥＤ２灯（それぞれ１０ｍＡ）を用いて発光させたときの液晶表示装置における輝度を測定した。このとき、面発光装置面を２５分割して、各部分の輝度を測定した。なお、測定器としては、分光放射計SR-3（トプコン社製、商品名）を用い、測定器から液晶表示装置までの距離を５００ｍｍとし、視野角を１°とした。

その結果、平均輝度は１４．５ｃｄ／ｍ²であり、中心輝度は１７．１ｃｄ／ｍ²であった。これは、従来の面発光装置とほぼ同等の値であった。

（実施の形態２）
本実施の形態では、導光板の反射板側と反対側（液晶表示パネル側）の主面にプリズムを設けた場合について説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係る面発光装置の概略構成を示す図である。なお、図４において、図１（ａ）と同じ部分については図１（ａ）と同じ符号を付して、その詳しい説明は省略する。

図中１５は導光板を示す。導光板１５は、互いに対向する一対の主面１５ａ，１５ｂと、光源１１から光を入射する端面１５ｃとを有している。主面１５ａ（反射板１２側）は、平坦面であり、光出射面を構成している。また、主面１５ｂは、複数のプリズム１５ｄ（第１プリズム）を有しており、プリズム面を構成している。なお、プリズム１５ｄの底角については、上記実施の形態１のプリズム１０ｄと同じである。

導光板１５の端面１５ｃの近傍には、光源１１が配置されている。導光板１５の主面１５ａ側には、反射板１２が配置されている。反射板１２には、複数のプリズム１２ａ（第２プリズム）が設けられている。この複数のプリズム１２ａ上には、反射率の高い材料、例えばアルミニウムや銀などの金属からなる膜１２ｂが被着されている。

次に、上記構成を有する図４に示す面発光装置の動作について説明する。
光源１１から発した光は、端面１５ｃから入射して導光板１５内を反射しながら伝搬する。このとき、プリズム面１５ｂのプリズム１５ｄで反射して導光板１５から出射した光は指向性の高い光（矢印Ａ）となる。この光は、反射板１２のプリズム１２ａの斜面１２ｃで反射されて、光路が変わり再び導光板１５に入射する。この反射光（矢印Ｂ）は、ほぼ鉛直方向に向きが変えられている。この反射光は、既に臨界角に満たないので、導光板１５を透過してプリズム面１５ｂから出射する。この出射光は、ほぼ鉛直方向に向いた状態で液晶表示パネルに入射する。このように、実施の形態１と同様に、複数のプリズム１２ａを有する反射板１２を用いることにより、導光板１５から出射した指向性を有する光を効率良くほぼ鉛直方向に向けることができるので、高い輝度で光を液晶表示パネルに供給することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、導光板の両側の主面にプリズムを設けた場合について説明する。図５は、本発明の実施の形態３に係る面発光装置の概略構成を示す図である。なお、図５において、図１（ａ）と同じ部分については図１（ａ）と同じ符号を付して、その詳しい説明は省略する。

図中１６は導光板を示す。導光板１６は、互いに対向する一対の主面１６ａ，１６ｂと、光源１１から光を入射する端面１６ｃとを有している。両主面１６ａ，１６ｂは、複数のプリズム１６ｄ，１６ｅ（第１プリズム）を有しており、プリズム面を構成している。なお、プリズム１６ｄ，１６ｅの底角については、上記実施の形態１のプリズム１０ｄと同じである。

導光板１６の端面１６ｃの近傍には、光源１１が配置されている。導光板１６の主面１６ａ側には、反射板１２が配置されている。反射板１２には、複数のプリズム１２ａ（第２プリズム）が設けられている。この複数のプリズム１２ａ上には、反射率の高い材料、例えばアルミニウムや銀などの金属からなる膜１２ｂが被着されている。

次に、上記構成を有する図５に示す面発光装置の動作について説明する。
光源１１から発した光は、端面１６ｃから入射して導光板１６内を反射しながら伝搬する。このとき、プリズム面１６ｂのプリズム１６ｄで反射して導光板１６から出射した光及びプリズム面１６ａのプリズム１６ｅを透過した光は指向性の高い光（矢印Ａ）となる。この光は、反射板１２のプリズム１２ａの斜面１２ｃで反射されて、光路が変わり再び導光板１６に入射する。この反射光（矢印Ｂ）は、ほぼ鉛直方向に向きが変えられている。この反射光は、既に臨界角に満たないので、導光板１６を透過してプリズム面１６ｂから出射する。この出射光は、ほぼ鉛直方向に向いた状態で液晶表示パネルに入射する。このように、実施の形態１，２と同様に、複数のプリズム１２ａを有する反射板１２を用いることにより、導光板１６から出射した指向性を有する光を効率良くほぼ鉛直方向に向けることができるので、高い輝度で光を液晶表示パネルに供給することができる。

本発明は上記実施の形態１から３に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態において説明した寸法、材質などは一例であり、適宜変更して実施することが可能である。

（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る面発光装置を備えた液晶表示装置の概略構成を示す図である。（ｂ）は、導光板のプリズムを説明するための図である。本発明の面発光装置における反射部材を説明するための図である。本発明の実施の形態１に係る面発光装置の反射特性を示す特性図である。本発明の実施の形態２に係る面発光装置の概略構成を示す図である。本発明の実施の形態３に係る面発光装置の概略構成を示す図である。従来の面発光装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０，１５，１６導光板
１０ａ，１５ａ，１６ａ主面（プリズム面）
１０ｂ，１５ｂ，１６ｂ主面（光出射面）
１０ｃ，１５ｃ，１６ｃ端面
１０ｄ，１２ａ，１５ｄ，１６ｄ，１６ｅプリズム
１０ｅ急斜面
１０ｆ緩斜面
１１光源
１２反射板
１２ｂ膜
１２ｃ，１２ｄ斜面
１３液晶表示パネル
１４ａ，１４ｂ光の進行方向

Claims

互いに対向する一対の主面と光源から光を入射する端面とを有し、前記一対の主面の少なくとも一方の主面は、複数の第１プリズムを有する導光板と、前記主面に対向するように配置されており、前記主面に対向する側に複数の第２プリズムを有する反射部材と、を具備することを特徴とする面発光装置。
前記第２プリズムのそれぞれは、前記端面に相対的に近い側の第１底角θ₁が前記端面に相対的に遠い側の第２底角θ₂よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の面発光装置。
前記第２プリズムのそれぞれは、前記端面に相対的に近い側の第１底角θ₁及び前記端面に相対的に遠い側の第２底角θ₂を有し、前記第１底角θ₁が下記式（１）から求められ、前記第２底角θ₂が下記式（２）の条件を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の面発光装置。
θ₁＝（α−β）／２式（１）
９０°−α＜θ₂≦９０° 式（２）
ここで、αは前記反射部材に対向する前記主面から出射された光の進行方向と前記導光板の軸に垂直な方向とのなす角を示し、βは前記反射部材に反射した前記光の進行方向と前記導光板の軸に垂直な方向とのなす角を示す。
前記第１プリズムのそれぞれは、前記端面に相対的に近い側の第１底角θ_aが前記端面に相対的に遠い側の第２底角θ_bよりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の面発光装置。
前記反射部材は、複数の第２プリズムを有する樹脂成形体と、前記樹脂成形体の前記複数の第２プリズムを有する面上に設けられた金属膜と、から構成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の面発光装置。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の面発光装置と、前記面発光装置の前記反射部材側と反対側に配置された液晶表示パネルと、を具備することを特徴とする液晶表示装置。