JP2007178836A - 照光装置及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導光板の全面において高輝度、かつ、均一な発光分布が得られる照光装置及びそれを用いた液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】導光板１０の入光部端面１０ａに、導光板１０の厚み方向と略平行な方向に稜線が延在する複数のプリズム１０ａｐが形成されており、プリズムの相対的に大きい底角がＬＥＤ２の発光中心９から遠ざかるにしたがって大きくなるように設定されている。これにより、プリズム１０ａｐの傾斜面の角度を変化させるようにしていない従来の照光装置と比べて、高輝度で均一な発光分布が得られ、光が伝播しない空白部を低く抑えることができ、高品質な液晶表示装置を実現できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置のバックライトとして用いられる照光装置及びそれを用いた液晶表示装置に関する。

従来、バックライトとして使用される照光装置としては、光源からの光を入光して被照光体に出光する導光板に拡散板、プリズムシート、及び反射板などを備えた照光装置がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１及び特許文献２に記載の照光装置には、光源からの光を入光する入光部端面に凹凸を設けて光源側の輝度の均一性を上げる導光板が開示されている。

図８は、従来の照光装置における導光板１０１の光源側の入光部端面１０１ａと点状光源１０２とを示す部分拡大図であり、図８（ａ）は点状光源１０２と導光板１０１の入光部端面１ａの平面図であり、図８（ｂ）は導光板１０１の入光部端面１０１ａの斜視図である。導光板１０１の入光部端面１０１ａには、導光板１０１の厚さ方向に断面略三角形状の複数のプリズム１０１ａｐが均一に形成されている。この点状光源１０２、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）から出射した光１０６は、導光板１０１の入光部端面１０１ａから導光板１０１内に入り、内部を伝播して導光板１０１の出光面より出射し、被照光体である液晶表示パネル（図示せず）を照明する。
特開平９−１４５９３６号公報 特開２００２−１９６１５１号公報

しかしながら、従来の照光装置においては、導光板の全面に高輝度で、かつ、均一な発光分布が得られ難く、入光部端面に凹凸を設けても、図８に示すように、その形状により光が広がり過ぎてＬＥＤ近傍の輝度が低下し、輝度が不均一になるという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、導光板の全面において高輝度、かつ、均一な発光分布が得られる照光装置及びそれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の照光装置は、点状光源と、前記点状光源からの光を入光する入光部端面及び前記点状光源から入光した光を出光する出光面を有する導光板と、を具備し、前記導光板の前記入光部端面には、前記導光板の厚み方向と略平行な方向に稜線が延在する複数のプリズムが形成されており、前記プリズムの相対的に大きい底角が前記点状光源の発光中心から遠ざかるにしたがって大きくなるように設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、プリズムの相対的に大きい底角が前記点状光源の発光中心から遠ざかるにしたがって大きくなるように設定されているので、光が伝播しない、いわゆる空白部の発生を抑えることができ、導光板の全面において高輝度、かつ、均一な発光分布を実現することができる。

本発明の照光装置においては、前記底角は、前記点状光源の発光中心から遠ざかるにしたがって一定の割合で大きくなるように設定されていることが好ましい。この場合において、前記底角が約２５°〜約８０°の範囲内で一定の割合で大きくなることが好ましい。

本発明の照光装置においては、前記プリズムが等間隔で形成されていることが好ましい。

本発明の照光装置においては、前記点状光源近傍以外の領域が平滑面であることが好ましい。

本発明の液晶表示装置は、上記照光装置と、前記照光装置にて照光される液晶パネルと、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、点状光源と、前記点状光源からの光を入光する入光部端面及び前記点状光源から入光した光を出光する出光面を有する導光板と、を具備し、前記導光板の前記入光部端面には、前記導光板の厚み方向と略平行な方向に稜線が延在する複数のプリズムが形成されており、前記プリズムの相対的に大きい底角が前記点状光源の発光中心から遠ざかるにしたがって大きくなるように設定されているので、導光板の全面において高輝度、かつ、均一な発光分布が得られる照光装置及びそれを用いた液晶表示装置を提供することができる。

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。
図１は、本発明の実施の形態に係る照光装置を示す平面図であり、図２は、図１に示す照光装置を備えた液晶表示装置を示す断面図である。図１及び図２において、本実施の形態に係る照光装置１５は、導光板１０と、点状光源としての３個のＬＥＤ２と、拡散シート１１とを備えている。導光板１０は、高い光透過率を有するアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などのプラスチックで構成され、板状で略直方体形状を有する。また、導光板１０は、ＬＥＤ２側の側面には入光部端面１０ａを有する。したがって、ＬＥＤ２から発光された光が入光部端面１０ａを介して導光板１０内に入光される。また、導光板１０は、液晶表示パネル２０側に光を出射する出光面１０ｂを有し、この出光面１０ｂと対向する下面１０ｃに反射面を有する。導光板１０の出光面１０ｂ上には、拡散シート１１が配置され、拡散シート１１上に液晶表示パネル２０が配置されている。

導光板１０の下面１０ｃには、入光部端面１０ａから入光した光を出光面１０ｂに向けて反射させるための複数の凸状突起（又は凹状の窪みなど）１２が設けられている。出光面１０ｂは平滑な鏡面となっている。なお、出光面１０ｂには、反射面１０ｃの表面と同様な凹凸状突起を設けても良い。拡散シート１１は、導光板１０の出光面１０ｂより出射した光を拡散させる。なお、図示しないが、拡散シート１１と液晶パネル２０との間には導光板１０の出光面１０ｂからの光を液晶パネル２０の方向に集光させるプリズムシートを配置し、また導光板１０の反射面１０ｃの下には反射板を配置して輝度の増加を図っている。３個のＬＥＤ２は、図１に示すように、導光板１０の入光部端面１０ａに沿って一定の間隔で配置されている。

導光板１０の入光部端面１０ａには、図３（ａ），（ｂ）に示すように、導光板１０の厚み方向と略平行な方向に稜線が延在する複数のプリズム１０ａｐが略等間隔で形成されている。プリズム１０ａｐは、断面略三角形状を有しており、導光板１０の入光部端面１０ａにその厚み方向に沿って微細な溝を形成することで得られる。この場合、溝の形成ピッチ及び深さは、点状光源であるＬＥＤ２からの配光分布に応じて適宜決定する。

図３は、図１のＡ部分の拡大図であり、図３（ａ）は、点状光源２と導光板１０の入光部端面１０ａを示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の拡大図である。図３（ｂ）において、紙面向って上方向を左側とし、下方向を右側とした場合、ＬＥＤ２の発光中心９に面するプリズム１０ａｐは略三角形状である。その隣の左側のプリズム１０ａｐのＬＥＤ２の発光中心側の底角、すなわち相対的に大きい底角（傾斜面１０ａｐｓ１の傾斜角）θ１と右側のプリズム１０ａｐのＬＥＤ２の発光中心側の底角、すなわち相対的に大きい底角（傾斜面１０ａｐｓ２の傾斜角）θ２とは、ＬＥＤ２の発光中心から離れるにしたがって徐々に変化する。具体的には、傾斜角θ１と傾斜角θ２の角度がＬＥＤ２の発光中心から離れるにしたがって徐々に大きくなる。言い換えると、プリズム１０ａｐの相対的に小さい底角は、ＬＥＤ２の発光中心から離れるにしたがって徐々に小さくなる。このように設定することにより、導光板１０における輝度のバラツキが小さくなり、輝度均一性が向上する。その理由について以下で説明する。

図４及び図５は、屈折現象を説明するための図である。導光板の入光部端面が、例えば図５に示す平滑面の場合、光の入射角θ３と導光板１内への出射角θ４との間の関係は、空気の屈折率が１であることから、導光板１の屈折率をｎとしたとき、スネルの法則より下記式（１）となる。
ｓｉｎθ３×１＝ｓｉｎθ４×ｎ …（１）

プラスチックで構成された導光板１の屈折率ｎは、例えば１．５９であり、空気の屈折率１より大きいので、上記式（１）より出射角θ４は入射角θ３より小さくなる。例えば、導光板１の屈折率ｎを１．５９とし、入射角θ５を８９°とすると、出射角θ４は約３９°となり、ＬＥＤの発光中心から３９°以下の扇状に光が導光板１内に伝播する。このような伝播を起こすと、ＬＥＤ間や導光板１の端面に光が伝播しない空白部が発生する。空白部の輝度は光が伝播している部分の輝度より大幅に低いため、照光装置全体として輝度の不均一が生じる。なお、照光装置に使用されるＬＥＤは、通常２個以上使用されるので、ＬＥＤ間に光が伝播しない空白部が発生することになる。

上述した原理を、プリズムを有する入光部端面に適用すると、図４に示すようになる。ここでは、底角を一定として図示している。本発明者らは、プリズムを有する入光部端面の場合に、入射角θ３及び出射角θ４、並びにプリズムの頂角θ５及び底角θ６に着目し、それらの角度を最適に設定することにより、上述した空白部の発生を抑制して、導光板の全面において高輝度、かつ、均一な発光分布が得られることを見出し本発明をするに至った。

ＬＥＤ２からの入射角θ３が小さい光ほど光の強度が大きく、入射角θ３に対して光強度は不均一となり、ＬＥＤ２からの入射角の小さい光を曲げ過ぎる（大きく屈折させる）ほどＬＥＤ２間の輝度が大きくなり、輝度の不均一の原因となる。このため、あまり大きく屈折させないように底角θ６（本発明においては相対的に大きい底角：傾斜面の傾斜角）を小さくする必要がある。また、ＬＥＤ２からの入射角θ３の大きい光は光の強度が小さく、ＬＥＤ２間や導光板１０の端面の空白部の輝度を上げるために、この光を大きく屈折させて利用した方が良い。このため、ＬＥＤ２の発光中心より離れた部分においては、ＬＥＤ２からの入射角が大きい光が多いので、この部分のプリズム１０ａｐの底角θ６（本発明においては相対的に大きい底角：傾斜面の傾斜角）は大きくした方が良い。したがって、図６に示すように、プリズム１０ａｐの底角は、ＬＥＤ２の発光中心から遠ざかるにしたがって大きくなるように設定することにより、輝度のバラツキが小さくなり、輝度均一性が向上する。

本発明において、輝度の均一性をより高めるためには、ＬＥＤ２の発光中心９から遠ざかるにしたがって一定の割合で大きくなるように設定されていることが好ましい。なお、底角の変化量については配光分布に応じて適宜設定することができる。また、底角が約２５°〜約８０°の範囲内で一定の割合で小さくなることが好ましい。また、入光部端面１０ａにおいて、プリズムはその全面にわたって形成されていなくても良く、ＬＥＤ２の近傍以外の領域が平滑面であっても良い。

次に、本発明の効果を明確にするための実施例について説明する。
図１，２に示す照光装置１５について、導光板１０の出光面１０ｂを縦、横に７等分して４９の部分に分けて、ＬＥＤ２近傍の７ポイントの各中央部の輝度及び輝度の均一性を調べた。その結果を図７に示す。なお、各ポイントの輝度均一性は、各ポイントにおける最大輝度と最小輝度を測定し、最大輝度に対する最小輝度の割合により求めた。また、輝度の測定は、輝度計ＢＭ−５Ａ（株式会社トプコン社製）を用いて行った。また、比較例として、プリズム１０ａｐの傾斜角θ１，θ２を３０°一定とした照光装置についても同様に輝度及び輝度の均一性を調べた。その結果を図７に併記する。図７から分かるように、比較例では、実施例に比べてＬＥＤ間（ポイント３，５）と導光板１０の端面（ポイント１，７）の輝度が低く輝度均一性も悪い。このように、実施例の照光装置が輝度均一性に優れることが確認された。

このように本実施の形態の照光装置によれば、導光板１０の入光部端面１０ａに、導光板１０の厚み方向と略平行な方向に稜線が延在する複数のプリズム１０ａｐが形成されており、プリズムの相対的に大きい底角がＬＥＤ２の発光中心９から遠ざかるにしたがって大きくなるように設定されているので、プリズム１０ａｐの底角を変化させるようにしていない従来の照光装置と比べて、高輝度で、かつ、均一な発光分布が得られ、光が伝播しない空白部を低く抑えることができる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、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はＬＥＤが３つである場合について説明しているが、ＬＥＤの数については特に制限はない。また、上記実施の形態においては、導光板１０の入光部端面１０ａに、導光板１０の厚み方向に複数のプリズム１０ａｐを等間隔で形成した場合について説明しているが、本発明においては、点状光源であるＬＥＤ２に近い中央部分に低密度でプリズムを形成し、その周辺部に高密度でプリズムを形成するようにして良い。また、上記実施の形態で説明した数値や材質、液晶表示パネルの構成などについては特に制限はない。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。

本発明は、透過型液晶表示装置や半透過型液晶表示装置に適用することができる。

本発明の実施の形態に係る照光装置を示す平面図である。 図１に示す照光装置を備えた液晶表示装置を示す断面図である。 図１のＡ部分の拡大図であり、（ａ）は、点状光源２と導光板の入光部端面を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の拡大図である。 屈折現象を説明するための図である。 屈折現象を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る照光装置の底角分布を示す図である。 本発明の効果を説明するための特性図である。 （ａ）は、従来の照光装置における点状光源及び導光板の部分拡大図であり、（ｂ）は、導光板の入光部端面の斜視図である。

符号の説明

２ ＬＥＤ
９ 発光中心
１０ 導光板
１０ａ 入光部端面
１０ｂ 出光面
１０ｃ 反射面
１０ａｐ プリズム
１０ａｐｓ１，１０ａｐｓ２ 傾斜面
１１ 拡散シート
１２ 凸状突起
１５ 照光装置
２０ 液晶表示パネル

Claims (6)

1. 点状光源と、前記点状光源からの光を入光する入光部端面及び前記点状光源から入光した光を出光する出光面を有する導光板と、を具備し、前記導光板の前記入光部端面には、前記導光板の厚み方向と略平行な方向に稜線が延在する複数のプリズムが形成されており、前記プリズムの相対的に大きい底角が前記点状光源の発光中心から遠ざかるにしたがって大きくなるように設定されていることを特徴とする照光装置。
2. 前記底角は、前記点状光源の発光中心から遠ざかるにしたがって一定の割合で大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の照光装置。
3. 前記底角が約２５°〜約８０°の範囲内で一定の割合で大きくなることを特徴とする請求項２記載の照光装置。
4. 前記プリズムが等間隔で形成されている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照光装置。
5. 前記点状光源近傍以外の領域が平滑面であ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照光装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の照光装置と、前記照光装置にて照光される液晶パネルと、を具備することを特徴とする液晶表示装置。

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