JP2006185764A - 棒状導光体、照明装置及び液晶表示装置 - Google Patents

棒状導光体、照明装置及び液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】簡易な構成で、低コストを実現する棒状導光体、これを用いて十分な明るさを供給する照明装置、及び、この照明装置を用いる液晶表示装置を提供することを課題とする。
【解決手段】複数のプリズムを有し、光源から入射した光をプリズムで線状光に変換し出射する棒状導光体２０であって、前記複数のプリズムが、入射した光を全反射し棒状導光体から出射する機能を有する第１のプリズム２５と、第１のプリズムの両側に位置して入射した光を透過偏向する機能を有する第２、第３のプリズム２４、２６とからなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、棒状導光体と面状導光体とからなる照明装置を用いる液晶表示装置に関し、さらに詳しくは、複数のプリズムを有する棒状導光体に関する。
近年、情報端末で使用される液晶表示素子および液晶表示装置は、カラー化、高輝度化及び高解像度化等の高い表示品質が要求されている。また、液晶表示素子は、薄くて軽いため、携帯型の情報端末のディスプレイとして広く用いられている。
図１１は、従来の透過型液晶パネルを示す断面図である。透過型液晶パネルは、図１１に示すように、ガラス基板２１０とガラス基板２１２との間には、偏向子２１４が組み込まれている。ガラス基板２１２上には、バスライン等が形成されている。ガラス基板２１２とガラス基板２１８との間には、液晶２２０が封入されている。さらに、ガラス基板２１８とガラス基板２２２との間には、カラーフィルタ２２４が挟み込まれている。ガラス基板２２２とガラス基板２２６との間には、偏向子２２８が挟み込まれている。
透過型液晶パネルは、カラーフィルタと液晶が偏光してはさまれた構成であり、反射型液晶パネルは、偏向子２１４をミラー等の反射板で置き換えた構成である。いずれの液晶パネルにおいても、直線偏光の光が液晶を透過するときに、その特性から位相が変調され、カラーフィルタを通過し、偏光子によって透過、遮光されることで白、黒表示となる。このドットが複数個配列していることで文字情報あるいは画像情報となる。一方、液晶自体は発光しない受光型素子であるため、液晶単体では前記情報を視認することは困難である。
これを解決するために、一般的には、透過型液晶パネルでは背面、反射型液晶パネルでは前面に照明手段である照明装置を配置する。反射型液晶パネルは太陽光あるいは室内灯により光が照射されるため、その条件下では照明装置を必要としないが、照明環境にない場合は、透過型同様照明装置が必要となる。照明装置は、点光源、棒状導光板及び面状導光体から構成され、ＬＥＤ等の点光源から出射される光を棒状導光板で線光源に変換し、この線光源からの光を面状導光板に入射し液晶パネル全面を照射している。
例えば、特許文献１では、２つ以上の頂角部を備えたプリズムシートの各プリズム部の斜面が屈曲して形成され、この屈曲部が頂角を形成し、頂角部の角度が異なるプリズムシートを備えた液晶表示装置の技術が開示されている。
また、特許文献２では、複数の頂角の異なる三角プリズムで、頂角の少なくとも一つが８０〜１００°である三角プリズムからなるプリズムシートを有するバックライト装置、このバックライト装置を用いる液晶表示装置の技術が開示されている。
また、特許文献３では、リップル（輝度の不均一性）の軽減あるいは回避に有用な、入力面に形成された偏光プリズムアレイを具備した光学フィルムを形成する技術が開示されている。
また、特許文献４では、均一な光強度で照明を得るために、光を発する光源と、光源から導入される光を反射側に形成された複数の光反射部により反射し、反射側と対向する出射側から光を線状に出射する線状導光体とを有する照明装置であって、複数の光反射部の面が、視認する者の目に光が収束されるような角度で、それぞれ傾斜している照明装置の技術が開示されている。
特開平７−３２５２０８号公報 特開平１０−２１４０３５号公報 特表２００３−５１１７３５号公報 特開２００３−７７３２６号公報
しかしながら、従来、点光源の光を線状光源に効率的に変換し、面状導光板を明るくするためには、点光源からの光を線状光源に変換する棒状導光板に反射用アルミコートを施す必要があった。棒状導光板に反射用アルミコートを施す必要から、そのための製造プロセスが必要になり、低コスト化が困難であった。図1２は、従来の棒状導光板を示す図である。図1２（ａ）に示すように、反射用アルミコートを施した場合は、所望の角度で光は反射する。一方、図1２（ｂ）に示すように、低コストを優先し反射用アルミコートを施さない場合は、棒状導光板に構成されるプリズム内を透過し所望の棒状導光体出射面から所望の角度で出射しないため、十分な強度の出射光が得られないという問題点があった。
上記問題点に鑑み、本発明は、簡易な構成で、低コストを実現する棒状導光体、これを用いて十分な明るさを供給する照明装置、及び、この照明装置を用いる液晶表示装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下のことを特徴とする。
本発明の棒状導光体は、光源から入射した光を線状光に変換し出射するプリズム群を有する棒状導光体であって、前記プリズム群が、入射した光を全反射し棒状導光体から出射する機能を有する第１のプリズムと、第１のプリズムの両側に位置して入射した光を透過偏向する機能を有する複数のプリズムとからなることを特徴とする。これにより、線状光を棒状導光体の出射面から所望の角度で出射することができるようになる。
また、本発明の照明装置は、光源と、光源から入射した光を線状光に変換し出射するプリズム群を有する棒状導光体と、棒状導光体からの線状光を平面状の出射面から面状に出射する面状導光体とを有する照明装置であって、前記棒状導光体のプリズム群が、入射した光を全反射し棒状導光体から出射する機能を有する第１のプリズムと、第１のプリズムの両側に位置して入射した光を透過偏向する機能を有する複数のプリズムとからなることを特徴とする。これにより明るさの分布が均一で、輝度も高い照明装置にすることができる。
また、本発明の液晶表示装置は、光源と、光源から入射した光を線状光に変換し出射するプリズム群を有する棒状導光体と、棒状導光体からの線状光を平面状の出射面から面状に出射する面状導光体とを有する照明装置と、液晶パネルとを有する液晶表示装置であって、前記棒状導光体のプリズム群が、入射した光を全反射し棒状導光体から出射する機能を有する第１のプリズムと、第１のプリズムの両側に位置して入射した光を透過偏向する機能を有する複数のプリズムとからなることを特徴とする。反射型又は透過型液晶表示装置を構成することで、分布が均一で、輝度も高い液晶表示装置にすることができる。
本発明により、棒状導光体に反射用のアルミコート等を施すことなく、簡易な構成で、低コストを実現する棒状導光体、これを用いて十分な明るさを供給する照明装置、及び、この照明装置を用いる液晶表示装置を提供することができる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明はこの発明の最良の形態の例であって、いわゆる当業者は特許請求の範囲内で、変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、以下の説明が特許請求の範囲を限定するものではない。
図１は、本発明に係る棒状導光体の実施形態を示す図である。図１に示すように、棒状導光体２０は、全反射し棒状導光体２０から出射する機能を有する第１のプリズム２５と、第１のプリズム２５の両側に位置して透過偏向する機能を有する第２のプリズム２４および第３のプリズム２６とをそれぞれ配置した３つのプリズムから構成される。
一方の端部のＬＥＤ光源からの光は、まず透過偏向する第２のプリズム２４の第１面に入射する。入射した光は、屈折により棒状導光体２０の長手方向に対し略平行に偏向され、一旦、棒状導光体２０の外へ出射する。一旦、棒状導光体２０の外へ出射した光は、透過偏向する第２のプリズム２４の第２面に入射する。この第２面は、棒状導光体２０の長手方向に対し略９０度に構成させるため、光は屈性の影響をほとんど受けず棒状導光体２０の長手方向に対し、略平行のまま再び棒状導光体２０に再入射する。再入射した光は、第１のプリズム２５の第１面によって全反射し、棒状導光体２０の外に出射する。同様に、他の端部のＬＥＤ光源からの光は、第３のプリズム２６及び第１のプリズム２５を利用することで棒状導光体２０の外に出射する。
また、棒状導光体２０の外に出射する光の角度は、照明装置における光強度分布を均一に保つために、棒状導光体２０から略垂直に出射することが望ましい。従って、本発明の実施形態においては、棒状導光体２０から出射する光の角度が垂直になるよう透過偏向する第２のプリズム２４の頂角θ２と棒状導光体２０から出射する機能を有する第１のプリズム２５の頂角θ１とが端部の光源からの位置に応じて変化している。
図２は、棒状導光体の複数のプリズムを有する面を凸形状にした実施形態である。凸型にしない場合は、ＬＥＤ光源に近い方の端部では、ＬＥＤ光源の光が回折により集光することが多く中央部の直接光が当たる部分より暗くなりがちになり、さらに、ＬＥＤ光源に遠い方の端部では光源から距離があるために中央部に比べて暗くなりがちになる。従って、凸形状にすることにより、光源と端部との距離を短くでき、より端部に集光ができるので棒状導光体２０の端部及び中央付近の明るさを均等にすることが可能となる。凸形状にした場合も、図１に示す実施形態の場合と同様に、棒状導光体２０は、全反射し棒状導光体２０から出射する機能を有する第１のプリズム２５と、第１のプリズム２５の両側に位置して透過偏向する機能を有する第２のプリズム２４および第３のプリズム２６とをそれぞれ配置した３つのプリズムを有する。
図３は、図２に示す棒状導光体の複数のプリズムを有する面の凸形状を、直線で組み合わせた多角形状にした実施形態である。多角形状にすることで光源と端部との距離をきめ細かく調整することができ、図２に示す実施形態より表示品位を上げることができる。さらに、直線の組合せであることから凸形状の加工は容易になる。
図４は、図２に示す棒状導光体の複数のプリズムを有する面の凸形状を、曲面形状にした実施形態である。曲面形状とすることで、なめらかな形状となり、図３に示す実施形態より表示品位を向上させることができる。また、曲面形状とは、直線と直線を組み合わせた場合のつなぎ合わせの部分を滑らかにすることも含め、さらに非球面形状などもこれに該当することは言うまでもない。
図５は、棒状導光体の光源の光が入射する面の大きさを、光源の長手方向の大きさより小さくした実施形態である。棒状導光体２０の入光部の長手方向の大きさをｔ１、光源の長手方向の大きさをｔ２とするときに、ｔ１＜ｔ２なる関係を有する。図６は、ＬＥＤ光源の光強度分布を示す図である。例えば、ＬＥＤ光源を使用した場合、ＬＥＤ光源は、一般的に、図６に示すような光強度分布を有しており、発光面全体が明るいのではない。従って、棒状導光体２０の入光面を小さくしても明るさが低下することはなく、ＬＥＤの明るい部分を棒状導光体２０の入光面とすることで、より効果的に、明るさを均一にすることができる。
図７は、本発明の棒状導光体の第１、第２及び第３のプリズムの頂角の変化を示す図である。第１のプリズム２５、第２のプリズム２４及び第３のプリズム２６を一つのグループとしてプリズム番号を付けたものである。本実施形態の棒状導光体２０は約２００のグループからなる。本発明に係る棒状導光体２０を２インチクラスの照明光学系に実施し、第１、第２及び第３のプリズムの頂角θ１、θ２、θ３の変化を示したものである。第２、第３のプリズムの頂角θ２、θ３は、２５度付近から８０度付近まで変化し、これに対応する第１のプリズム２５の頂角θ１は８５度付近から９３度付近まで変化していることが分かる。また、棒状導光体２０の長手方向の中心でプリズム部は左右対称の形状を有していることから型の作製が容易になる。
図８は、本発明の棒状導光体を用いる照明装置を示す図である。図８に示すように、本発明の棒状導光体２０と面状導光体３０とを組み合わせたものである。両端のＬＥＤ光源より発せられる光を本発明の棒状導光体２０を用いることで照明装置の線状光源として使用することができる。これにより、明るさの分布が均一で、輝度も高い照明装置が低コストで提供することが可能となる。
図９は、反射型液晶パネルを用いる液晶表示装置の実施形態である。図９に示すように、本発明の棒状導光体２０と面状導光体３０とを組み合わせて照明装置とし、これをフロントライトとして用いた反射型の液晶表示装置である。
図１０は、透過型液晶パネルを用いる液晶表示装置の実施形態である。図１０に示すように、本発明の棒状導光体２０と面状導光体３０とを組み合わせて照明装置とし、これをバックライトとして用いた透過型の液晶表示装置である。
本発明の棒状導光体２０を面状の照明光学系の線状光源として使用し、反射型又は透過型液晶表示装置を構成することで、分布が均一で、輝度も高い液晶表示装置が低コストで提供することが可能となる。
図１ないし図１０では、全反射し棒状導光体２０から出射する機能を有する第１のプリズム２５の両側に位置して透過偏向する機能を有する第２のプリズム２４および第３のプリズム２６を、それぞれ単一のプリズムから構成される実施形態として説明してきたが、第２のプリズムおよび第３のプリズムは、それぞれ複数のプリズムから構成されてもよい。複数のプリズムから構成されたとしても、入射してきた光を透過偏向する機能を有していればよく、単一のプリズムで構成される必要はないからである。
以上が本発明の実施形態による説明であるが、発明として、例えば、下記のような特徴を抽出することができるので、ここで列挙しておく。
（付記１）光源から入射した光を線状光に変換し出射するプリズム群を有する棒状導光体であって、前記プリズム群が、入射した光を全反射し棒状導光体から出射する機能を有する第１のプリズムと、第１のプリズムの両側に位置して入射した光を透過偏向する機能を有する複数のプリズムとからなることを特徴とする棒状導光体。
（付記２）光源から入射した光を線状光に変換し出射するプリズム群を有する棒状導光体であって、前記プリズム群が、入射した光を全反射し棒状導光体から出射する機能を有する第１のプリズムと、第１のプリズムの両側に位置して入射した光を透過偏向する機能を有する第２及び第３のプリズムとからなることを特徴とする棒状導光体。
（付記３）付記１に記載の棒状導光体において、前記プリズム群を有する面は凸形状であることを特徴とする棒状導光体。
（付記４）付記１に記載の棒状導光体において、前記プリズム群を有する面は多角形状であることを特徴とする棒状導光体。
（付記５）付記１に記載の棒状導光体において、前記プリズム群を有する面は曲面形状であることを特徴とする棒状導光体。
（付記６）付記１に記載の棒状導光体において、光源から光が入射する面の大きさが、光源の長手方向の大きさより小さいことを特徴とする棒状導光体。
（付記７）付記１に記載の棒状導光体において、光源から光が入射する面の大きさが、光源の長手方向の大きさより小さく、かつ、前記第１のプリズムは、頂角が８５度から９３度まで連続的に変化することを特徴とする棒状導光体。
（付記８）付記１に記載の棒状導光体において、前記プリズム群を有する面は凸形状であり、かつ、光源から光が入射する面の大きさが、光源の長手方向の大きさより小さく、かつ、前記第１のプリズムは、頂角が８５度から９３度まで連続的に変化することを特徴とする棒状導光体。
（付記９）付記１に記載の棒状導光体において、前記プリズム群を有する面は多角形状であり、かつ、光源から光が入射する面の大きさが、光源の長手方向の大きさより小さく、かつ、前記第１のプリズムは、頂角が８５度から９３度まで連続的に変化することを特徴とする棒状導光体。
（付記１０）付記１に記載の棒状導光体において、前記プリズム群を有する面は曲面形状であり、かつ、光源から光が入射する面の大きさが、光源の長手方向の大きさより小さく、かつ、前記第１のプリズムは、頂角が８５度から９３度まで連続的に変化することを特徴とする棒状導光体。
（付記１１）光源と、光源から入射した光を線状光に変換し出射するプリズム群を有する棒状導光体と、棒状導光体からの線状光を平面状の出射面から面状に出射する面状導光体とを有する照明装置であって、前記棒状導光体のプリズム群が、入射した光を全反射し棒状導光体から出射する機能を有する第１のプリズムと、第１のプリズムの両側に位置して入射した光を透過偏向する機能を有する複数のプリズムとからなることを特徴とする照明装置。
（付記１２）光源と、光源から入射した光を線状光に変換し出射するプリズム群を有する棒状導光体と、棒状導光体からの線状光を平面状の出射面から面状に出射する面状導光体とを有する照明装置であって、前記棒状導光体のプリズム群が、入射した光を全反射し棒状導光体から出射する機能を有する第１のプリズムと、第１のプリズムの両側に位置して入射した光を透過偏向する機能を有する第２及び第３のプリズムとからなることを特徴とする照明装置。
（付記１３）光源と、光源から入射した光を線状光に変換し出射するプリズム群を有する棒状導光体と、棒状導光体からの線状光を平面状の出射面から面状に出射する面状導光体とを有する照明装置と、液晶パネルとを有する液晶表示装置であって、前記棒状導光体のプリズム群が、入射した光を全反射し棒状導光体から出射する機能を有する第１のプリズムと、第１のプリズムの両側に位置して入射した光を透過偏向する機能を有する複数のプリズムとからなることを特徴とする液晶表示装置。
（付記１４）光源と、光源から入射した光を線状光に変換し出射するプリズム群を有する棒状導光体と、棒状導光体からの線状光を平面状の出射面から面状に出射する面状導光体とを有する照明装置と、液晶パネルとを有する液晶表示装置であって、前記棒状導光体のプリズム群が、入射した光を全反射し棒状導光体から出射する機能を有する第１のプリズムと、第１のプリズムの両側に位置して入射した光を透過偏向する機能を有する第２及び第３のプリズムとからなることを特徴とする液晶表示装置。
本発明の棒状導光体の実施形態を示す図である。 棒状導光体の複数のプリズムを有する面を凸形状にした実施形態である。 棒状導光体の複数のプリズムを有する面の凸形状を直線で組み合わせた多角形状にした実施形態である。 棒状導光体の複数のプリズムを有する面の凸形状を曲面形状にした実施形態である。 棒状導光体の光源の光が入射する面の大きさを、光源の長手方向の大きさより小さくした実施形態である。 ＬＥＤ光源の光強度分布を示す図である。 本発明の棒状導光体の第１、２、３のプリズムの頂角の変化を示す図である。 本発明の棒状導光体を用いる照明装置を示す図である。 反射型液晶パネルを用いる液晶表示装置の実施形態である。 透過型液晶パネルを用いる液晶表示装置の実施形態である。 従来の透過型液晶パネルを示す断面図である。 従来の棒状導光板を示す図である。
符号の説明
１０ ＬＥＤ光源
２０ 棒状導光体
２１ プリズム
２２ 反射コート（アルミ有り）
２３ 反射コート（アルミ無し）
２４ 第２のプリズム
２５ 第１のプリズム
２６ 第３のプリズム
３０ 面状導光体
４０ 反射型液晶パネル
５０ 透過型液晶パネル
６０ 照明装置
７０ 液晶表示装置
２１０、２１２、２１８、２２２、２２６ ガラス基板
２１４、２２８ 偏向子
２２０ 液晶
２２４ カラーフィルタ

Claims (10)

  1. 光源から入射した光を線状光に変換し出射するプリズム群を有する棒状導光体であって、
    前記プリズム群が、入射した光を全反射し棒状導光体から出射する機能を有する第１のプリズムと、
    第１のプリズムの両側に位置して入射した光を透過偏向する機能を有する複数のプリズムとからなる
    ことを特徴とする棒状導光体。
  2. 請求項１に記載の棒状導光体において、
    前記複数のプリズムは、第２及び第３のプリズムからなる
    ことを特徴とする棒状導光体。
  3. 請求項１または２に記載の棒状導光体において、
    前記プリズム群を有する面は凸形状である
    ことを特徴とする棒状導光体。
  4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の棒状導光体において、
    光源から光が入射する面の大きさが、光源の長手方向の大きさより小さい
    ことを特徴とする棒状導光体。
  5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の棒状導光体において、
    前記第１のプリズムは、頂角が８５度から９３度まで連続的に変化する
    ことを特徴とする棒状導光体。
  6. 請求項２ないし５のいずれかに記載の棒状導光体において、
    前記第２及び第３のプリズムは、頂角が２５度から８０度まで連続的に変化する
    ことを特徴とする棒状導光体。
  7. 光源と、
    光源から入射した光を線状光に変換し出射するプリズム群を有する棒状導光体と、
    棒状導光体からの線状光を平面状の出射面から面状に出射する面状導光体とを有する照明装置であって、
    前記棒状導光体のプリズム群が、入射した光を全反射し棒状導光体から出射する機能を有する第１のプリズムと、
    第１のプリズムの両側に位置して入射した光を透過偏向する機能を有する複数のプリズムとからなる
    ことを特徴とする照明装置。
  8. 請求項７に記載の照明装置において、
    前記棒状導光体は、請求項２ないし６のいずれかに記載の棒状導光体である
    ことを特徴とする照明装置。
  9. 光源と、光源から入射した光を線状光に変換し出射するプリズム群を有する棒状導光体と、棒状導光体からの線状光を平面状の出射面から面状に出射する面状導光体とを有する照明装置と、
    液晶パネルとを有する液晶表示装置であって、
    前記棒状導光体のプリズム群が、入射した光を全反射し棒状導光体から出射する機能を有する第１のプリズムと、
    第１のプリズムの両側に位置して入射した光を透過偏向する機能を有する複数のプリズムとからなる
    ことを特徴とする液晶表示装置。
  10. 請求項９に記載の液晶表示装置において、
    前記棒状導光体は、請求項２ないし６のいずれかに記載の棒状導光体である
    ことを特徴とする液晶表示装置。
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