JP2008147107A - 照明装置、照明装置の製造方法、電気光学装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な光量の光を射出することが可能な照明装置、照明装置の製造方法、電気光学装置及び電子機器を提供すること。
【解決手段】所定の屈折率を有するポリマーインク５２をノズル５４から導光板４１上に吐出し、このポリマーインク５２を乾燥させてレンズ部４２を形成することとしたので、金型を形成しなくてもレンズ部４２を形成することができる。これにより、短期間かつ低コストで十分な光量の光を射出することができるバックライトを製造することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、照明装置、照明装置の製造方法、電気光学装置及び電子機器に関する。

携帯電話機、携帯型コンピュータ、ビデオカメラ等といった電子機器の表示部として、液晶装置などの電気光学装置が広く用いられている。液晶装置は、電極を備えた一対の基板間に電気光学物質としての液晶を保持した構成となっており、液晶を電極間で駆動して画像の表示を行うようになっている。

このような液晶装置を光の供給方式や表示モードに基づいて区別すると、一方の基板の外面側または内面に設けた反射膜によって、他方の基板から入射した外光を再び他方の基板に向けて反射して表示を行う反射型液晶装置と、一方の基板の外面側に配置した照明装置によって液晶に光を平面的に供給し、他方の基板から出射されていく光によって画像を表示する透過型液晶装置と、外光がある場合には反射型として機能するとともに、外光が不足している場合には透過型として機能する半透過反射型液晶装置とがある（例えば、特許文献１参照）。

透過型液晶装置、あるいは半透過反射型液晶装置で用いられる照明装置（バックライト）の一般的な構成としては、液晶層を保持する一対の基板のうち一方の基板の外面側に対向するように配置される。このバックライトは、光源と、当該光源からの光を上記の一方の基板側に射出する導光板とを有している。導光板の光射出面には、光拡散シートやプリズムシート等が設けられている。導光板の光射出面とは反対側の面には、光源からの光を均一な面光源にするためにマイクロレンズ形状のレンズやストライプ形状のレンズなどが形成されている。光源からの光はこれらのレンズを構成する曲面において反射され、液晶層側に照射されるようになっている。
特開２００２−１８２０３８号公報

しかしながら、上記のレンズでは、光源からの光を十分に反射せず、バックライトから光が十分に照射されない虞がある。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、十分な光量の光を射出することが可能な照明装置、照明装置の製造方法、電気光学装置及び電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、光源と、前記光源に近接して設けられ、前記光源から入射した光を射出する光射出面を有し、前記光射出面及び前記光射出面の反対面のうち少なくとも一方の面にレンズ部が設けられた導光板とを具備し、前記レンズ部が、前記光源とは反対の方向に突出した曲面を有していることを特徴とする。
本発明によれば、導光板に設けられたレンズ部が、光源とは反対の方向に突出した曲面を有しているので、光射出面から射出される光線が当該光射出面に対して垂直に近い角度で照射されるように光源からの光を反射することができる。これにより、十分な光量の光を射出することができる。

上記の照明装置は、前記導光板の屈折率と前記レンズ部の屈折率とがほぼ同一になっていることを特徴とする。
本発明によれば、導光板の屈折率とレンズ部の屈折率とがほぼ同一になっているので、光源からの光が導光板とレンズとの界面において全反射されるのを防ぐことができる。これにより、光を無駄なく利用することができる。

上記の照明装置は、前記光源からの距離が遠いほど前記レンズ部の分布密度が高くなっていることを特徴とする。
従来の導光板においては、光源からの距離が大きくなるほど光源からの光が到達しにくく、光射出面から射出される光が弱くなってしまうものが多かった。これに対して、本発明によれば、光源からの距離が遠いほどレンズ部の分布密度が高くなっているので、導光板のうち光源からの距離が遠い部分でも到達した光を最大限に利用することができる。これにより、導光板全体から十分な光量の光を射出することができる。

上記の照明装置は、前記光源からの距離が遠いほど前記レンズ部の寸法が大きくなっていることを特徴とする。
本発明によれば、光源からの距離が遠いほど前記レンズ部の寸法が大きくなっているので、導光板のうち光源からの距離が遠い部分でも到達した光を最大限に利用することができる。これにより、導光板全体から十分な光量の光を射出することができる。

上記の照明装置は、前記光源からの距離が遠い位置に設けられた前記レンズ部ほど、当該レンズ部のうち曲面の突出した部分における前記導光板との接触角が大きくなっていることを特徴とする。
レンズ部の突出した部分は、光源からの光を光射出面に向けて反射する反射面となる。本発明によれば、光源からの距離が遠い位置に設けられたレンズ部ほど、当該レンズ部のうち曲面の突出した部分における導光板との接触角が大きくなっている、すなわち、反射面が急角度になっているので、光源からの距離が遠くなっても確実に光源からの光を光射出面側に反射することができる。これにより、導光板全体から十分な光量の光を射出することができる。

上記の照明装置は、前記レンズ部が、前記光射出面及び前記反対面の両方に設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、レンズ部が、光射出面及び反対面の両方に設けられているので、光射出面から射出される光のうち光射出面に対して垂直に近い角度で射出される光、すなわち、光量の増加に寄与する光が多くなる。これにより、十分な光量の光を射出することができる。

上記の照明装置は、前記光射出面に設けられた前記レンズ部と前記反対面に設けられた前記レンズ部とが、平面視で異なる領域に設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、光射出面に設けられたレンズ部と反対面に設けられたレンズ部とが、平面視で異なる領域に設けられているので、２つの面に設けられたレンズ部が平面視で導光板全体に相補的に配置されることになる。これにより、均一な光を射出することができる。

本発明に係る照明装置の製造方法は、光源と、前記光源に近接して設けられる導光板とを具備する照明装置の製造方法であって、所定の屈折率を有する液状体をノズルから前記導光板上に吐出する工程と、前記液状体を乾燥させてレンズ部を形成する工程とを具備することを特徴とする。
従来、導光板にマイクロレンズやストライプ形状のレンズ等を形成する際には金型を用いていた。一方で、この金型を形成するには光学的設計が必要となるため、作製するのに莫大な期間と費用とがかかってしまうという問題があった。また、金型を一端作製した後、当該金型によって成型された導光板を用いる場合に、輝度ムラが発生したり輝度効率が目標値よりも低かったりすると、再度金型自体を作製し直す必要がある。この場合にも、莫大な期間と費用とがかかってしまっていた。これに対して、本発明によれば、所定の屈折率を有する液状体をノズルから導光板上に吐出し、この液状体を乾燥させてレンズ部を形成することとしたので、金型を形成しなくてもレンズ部を形成することができる。これにより、短期間かつ低コストで十分な光量の光を射出することができる照明装置を製造することができる。

上記の照明装置の製造方法は、水平面に対して前記導光板を傾けた状態で前記液状体を前記ノズルから吐出することを特徴とする。
本発明によれば、水平面に対して導光板を傾けた状態で液状体をノズルから吐出することとしたので、光源から離れる方向に突出した曲面を有するレンズ部を形成することができる。このようなレンズ部を形成することにより、光射出面から射出される光線が当該光射出面に対して垂直に近い角度で照射されるように光源からの光を反射することができる。これにより、十分な光量の光を射出することができる。

上記の照明装置の製造方法は、前記導光板の表面上に所定の方向に気流を生じさせた状態で前記液状体を前記ノズルから吐出することを特徴とする。
本発明によれば、導光板の表面上に所定の方向に気流を生じさせた状態で液状体をノズルから吐出することとしたので、当該気流によってレンズ部の曲面を一方向に突出した状態にすることができる。このようなレンズ部を形成することにより、光射出面から射出される光線が当該光射出面に対して垂直に近い角度で照射されるように光源からの光を反射することができる。これにより、十分な光量の光を射出することができる。

上記の照明装置の製造方法は、前記ノズルを前記導光板の表面に対して傾けた状態で前記液状体を吐出することを特徴とする。
本発明によれば、ノズルを導光板の表面に対して傾けた状態で液状体を吐出することとしたので、当該ノズルを傾けた方向に液状体が突出した状態になる。この状態で液状体を乾燥させることにより、一方向に突出した曲面を有するレンズを形成することができる。このようなレンズ部を形成することにより、光射出面から射出される光線が当該光射出面に対して垂直に近い角度で照射されるように光源からの光を反射することができる。これにより、十分な光量の光を射出することができる。

本発明に係る電気光学装置は、電気光学材料を保持する電気光学パネルと、前記電気光学パネルに対向するように設けられた上記の照明装置又は上記の照明装置の製造方法によって製造された照明装置とを具備することを特徴とする。
本発明において、電気光学装置とは、電界により物質の屈折率が変化して光の透過率を変化させる電気光学効果を有するものの他、電気エネルギーを光学エネルギーに変換するもの等も含んで総称している。具体的には、電気光学物質として液晶を用いる液晶表示装置等がある。
本発明によれば、十分な光量の光を射出することができる照明装置を具備することとしたので、明るくコントラストの高い表示が可能な電気光学装置を得ることができる。

本発明に係る電子機器は、上記の電気光学装置を搭載したことを特徴とする。
本発明によれば、明るくコントラストの高い表示が可能な電気光学装置を搭載したので、表示特性の高い表示部を有する電子機器を得ることができる。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図面に基づき説明する。以下の図では、各部材を認識可能な大きさとするため、縮尺を適宜変更している。
（液晶装置）
図１は、液晶装置１の全体構成を示す図である。本実施形態では、スイッチング素子に薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下ＴＦＴという）素子を用いたアクティブマトリクス方式の液晶装置を例に挙げて説明する。
図１に示すように、液晶装置１は、液晶パネル２と、バックライト３とを主体として構成されている。

液晶パネル２は、ＴＦＴアレイ基板４とカラーフィルタ基板５とがシール材７によって貼り合わされ、このシール材７によって区画された領域内に液晶層６が封入された構成になっている。シール材７の一部には液晶を注入する注入口７ａが設けられており、当該注入口７ａは封止材７ｂにより封止されている。シール材７の内側の領域には、遮光性材料からなる遮光膜（周辺見切り）８が形成されている。周辺見切り８の内側の領域は、画像や動画等を表示する表示領域９になっている。表示領域９には、複数のドット領域１０がマトリクス状に設けられている。

ＴＦＴアレイ基板４の周縁部は、カラーフィルタ基板５から張り出した張出領域になっている。この張出領域のうち図中左辺側及び右辺側には、走査信号を生成する走査線駆動回路１１が形成されている。図中上辺側には、左右の走査線駆動回路１１の間を接続する配線１３が引き回されている。図中下辺側には、データ信号を生成するデータ線駆動回路１２と、外部の回路等に接続するための接続端子１４とが形成されている。走査線駆動回路１１と接続端子１４との間の領域には、両者を接続する配線１５が形成されている。カラーフィルタ基板５の各角部には、ＴＦＴアレイ基板４とカラーフィルタ基板５との間で電気的に接続するための基板間導通材１７が設けられている。

図２は、図１のＡ−Ａ断面に沿った構成を示す図である。
ＴＦＴアレイ基板４は、例えばガラスや石英等の透光性の高い材料から形成された基材４ａと、この基材４ａの液晶側に形成された画素電極１８と、この画素電極１８上に形成された配向膜１６とを主体として構成されている。画素電極１８は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明な導電材料によって形成されている。この他、画素電極１８には、図示しないＴＦＴ素子が接続されており、ＴＦＴ素子には、図示しない走査線及びデータ線が接続されている。ＴＦＴアレイ基板４の外側（液晶層６とは反対側）には、偏光板１９が貼付されている。

カラーフィルタ基板５は、ＴＦＴアレイ基板４と同様にガラスや石英等の透光性材料からなる基材５ａの液晶側に、例えば赤色層、緑色層、青色層の３色の色層からなるカラーフィルタ層３０が形成され、当該カラーフィルタ層３０の周囲には遮光膜３１が形成されている。また、カラーフィルタ層３０及び遮光膜３１を覆うように共通電極２８が形成され、当該共通電極２８上には配向膜２６が形成されている。共通電極２８は、画素電極１８と同様、例えばＩＴＯ等の透明な導電材料によって形成されている。

液晶層６は、例えばフッ素系液晶化合物や非フッ素系液晶化合物等の液晶分子３２によって構成されており、ＴＦＴアレイ基板４側の配向膜１６とカラーフィルタ基板５側の配向膜２６との双方に接するように両基板に挟持されている。液晶分子３２の配向は、非選択電圧を印加したときに所定の方向に向くように、配向膜１６及び配向膜２６によって規制されている。

（バックライト）
バックライト３は、光源４０と、導光板４１とを主体として構成されており、液晶パネル２のうちＴＦＴアレイ基板４の外側に配置されている。
光源４０は、例えばＬＥＤなどからなる。導光板４１は、例えばアクリルやポリカーボネートなどの透明な樹脂からなる矩形の板状部材である。導光板４１の表面４１ａ、４１ｂのうち、ＴＦＴアレイ基板４に対向する面が光射出面４１ａである。導光板４１の側面のうち光源４０側の面は光入射面４１ｃになっている。

図３は、バックライト３の平面構成を示す図である。同図では、バックライト３を液晶パネル２とは反対側から見た場合の構成を示している。
同図に示すように、液晶パネル２に対して光射出面４１ａの反対側の面（反対面４１ｃ）には、レンズ部４２が設けられている。このレンズ部４２は、光屈折率が導光板４１とほぼ同様の透明材料からなり、光源４０からの距離が大きくなるほどレンズ部４２の分布密度が高くなっている。

図４は、バックライト３の断面構成を示す図である。同図に示すように、光源４０とは反対の方向に突出した曲面４２ａを有した形状になっている。光源４０からの距離が遠い位置に設けられたレンズ部４２ほど、当該レンズ部４２の突出した部分における導光板４１との接触角αが大きくなっている。光源４０からの光は、光入射面４１ｃから導光板４１内に入射し、反対面４１ｂに到達した光がレンズ部４２の曲面４２ａで反射するようになっている。当該レンズ部４２の突出した部分における接触角αが大きいほど、大きい反射角で光を反射可能になっている。

（バックライトの製造方法）
次に、上記のように構成されたバックライト３の製造方法を説明する。ここでは、導光板４１にレンズ部４２を形成する工程を中心に説明する。
まず、導光板４１をステージ５１上に載置する。このステージ５１は、水平面に対して任意の角度に傾くことが可能になっている。次に、ステージ５１を傾ける。ステージ５１を傾けることにより、ステージ５１上に載置された導光板４１の表面が水平面に対して傾く。このとき、光入射面４１ｃとなる側が水平面に対して上側となるようにステージ５１を傾けるようにする。

ステージ５１を傾けた状態で、レンズ部４２を構成する例えばポリマーインク５２をインクジェット法によって導光板４１の表面に配置する。例えば、予めレンズ部４２の構成材料をインク状にしてタンク５３内に貯留しておき、当該ポリマーインク５２をノズル５４から所定の吐出量で吐出させるようにする。

導光板４１の表面が傾いているため、ノズル５４から吐出されたポリマーインク５２は、表面張力によって導光板４１の表面上で下側に突出する。この状態でポリマーインク５２を乾燥させると、一方向に突出した曲面４２ａを有するレンズ部４２が形成される。

上記のポリマーインク５２の吐出量は光学設計に基き予め決定しておき、ポリマーインク５２の吐出量やステージ５１の傾き角をコントロールしながらポリマーインク５２の吐出を行う。例えば、ポリマーインク５２を吐出してから時間の経過と共にステージ５１の傾き角を変化させることにより、突出部の接触角αに差をつけることができる。

導光板４１の光入射面４１ｃ近傍にポリマーインク５２を吐出する際にポリマーインク５２の吐出量を小さくしておき、光入射面４１ｃから遠ざかるにつれて徐々に吐出量を大きくしていく。そうすると、上記の構成のように、光射出面４１ａからの距離が遠ざかるにつれてレンズ部４２の分布密度が高くなる。

導光板４１の光入射面４１ｃ近傍にポリマーインク５２を吐出する際にステージの傾き角を低角度にしておき、光入射面４１ｃから遠ざかるにつれて徐々に傾き角を大きくしていく。そうすると、上記の構成のように、光射出面４１ａからの距離が遠い位置に設けられたレンズ部４２ほど、当該レンズ部４２の突出した部分における導光板４１との接触角αが大きくなる。

このように、本実施形態によれば、所定の屈折率を有するポリマーインク５２をノズル５４から導光板４１上に吐出し、このポリマーインク５２を乾燥させてレンズ部４２を形成することとしたので、金型を形成しなくてもレンズ部４２を形成することができる。これにより、短期間かつ低コストで十分な光量の光を射出することができるバックライト３を製造することができる。

また、本実施形態によれば、導光板４１に設けられたレンズ部４２が、光源４０とは反対の方向に突出した曲面４２ａを有しているので、光射出面４１ａから射出される光が当該光射出面４１ａに対して垂直に近い角度で照射されるように光源４０からの光を反射することができる。これにより、十分な光量の光を射出することができる。

また、本実施形態によれば、導光板４１の屈折率とレンズ部４２の屈折率とがほぼ同一になっているので、光源４０からの光が導光板４１とレンズ部４２との界面において全反射されるのを防ぐことができる。これにより、光を無駄なく利用することができる。

なお、従来の導光板においては、光源からの距離が大きくなるほど光源からの光が到達しにくく、光射出面から射出される光が弱くなってしまうものが多かった。これに対して、本実施形態によれば、光源４０からの距離が遠いほどレンズ部４２の分布密度が高くなっているので、導光板４１のうち光源４０からの距離が遠い部分でも到達した光を最大限に利用することができる。これにより、導光板４１全体から十分な光量の光を射出することができる。

また、本実施形態によれば、十分な光量の光を射出することができるバックライト３を具備することとしたので、明るくコントラストの高い表示が可能な液晶装置１を得ることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態では、上記の液晶装置１が搭載された電子機器について、携帯電話を例に挙げて説明する。
図６は、携帯電話３００の全体構成を示す斜視図である。
携帯電話３００は、筺体３０１、複数の操作ボタンが設けられた操作部３０２、画像や動画、文字等を表示する表示部３０３を有する。表示部３０３には、上記実施形態に係る液晶装置１が搭載される。
このように、明るくコントラストの高い表示が可能な液晶装置１を搭載したので、表示特性の高い表示部を有する携帯電話３００を得ることができる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、図７に示すように、光源４０からの距離が遠いほどレンズ部４２の寸法が大きくなるように構成しても構わない。このような構成によれば、導光板４１のうち光源４０からの距離が遠い部分でも到達した光を最大限に利用することができる。これにより、導光板４１全体から十分な光量の光を射出することができる。

また、図８に示すように、レンズ部４２が光射出面４１ａ及び反対面４１ｂの両方に設けられている構成であっても構わない。このような構成によれば、光射出面４１ａから射出される光のうち当該光射出面４１ａに対して垂直に近い角度で射出される光、すなわち、光量の増加に寄与する光が多くなる。これにより、十分な光量の光を射出することができる。

さらに、この場合において、図９に示すように、光射出面４１ａに設けられたレンズ部と反対面４１ｂに設けられたレンズ部４２とが、平面視で異なる領域に設けられている構成であっても構わない。このような構成によれば、２つの面に設けられたレンズ部４２が平面視で導光板４１全体に相補的に配置されることになる。これにより、均一な光を射出することができる。

また、製造方法については、水平面に対して導光板４１を傾けた状態でポリマーインク５２を吐出する他、導光板４１の表面上に所定の方向に気流を生じさせた状態でポリマーインク５２を吐出しても良い。この方法によれば、当該気流によってレンズ部４２の曲面４２ａを一方向に突出した状態にすることができる。

また、導光板４１を水平面に対して傾けるのではなく、ノズル５４を導光板４１の表面に対して傾けた状態でポリマーインク５２を吐出しても良い。この方法によれば、当該ノズル５４を傾けた方向にポリマーインク５２が突出した状態になる。この状態でポリマーインク５２を乾燥させることにより、一方向に突出した曲面４２ａを有するレンズ部４２を形成することができる。

本発明の第１実施形態に係る液晶装置の構成を示す平面図。 本実施形態に係る液晶装置の構成を示す断面図。 バックライトの構成を示す平面図。 バックライトの構成を示す断面図。 バックライトの製造工程を示す図。 本発明の第２実施形態に係る携帯電話の構成を示す斜視図。 本発明に係るバックライトの他の構成を示す図。 本発明に係るバックライトの他の構成を示す図。 本発明に係るバックライトの他の構成を示す図。

符号の説明

１…液晶装置 ２…液晶パネル ３…バックライト ４…ＴＦＴアレイ基板 ５…カラーフィルタ基板 ６…液晶層 ４０…光源 ４１…導光板 ４１ａ…光射出面 ４１ｂ…反対面 ４１ｃ…光入射面 ４２…レンズ部 ４２ａ…曲面 ５１…ステージ ５２…ポリマーインク ５３…タンク ５４…ノズル ３００…携帯電話

Claims (13)

1. 光源と、
   前記光源に近接して設けられ、前記光源から入射した光を射出する光射出面を有し、前記光射出面及び前記光射出面の反対面のうち少なくとも一方の面にレンズ部が設けられた導光板と
   を具備し、
   前記レンズ部が、前記光源とは反対の方向に突出した曲面を有している
   ことを特徴とする照明装置。
2. 前記導光板の屈折率と前記レンズ部の屈折率とがほぼ同一になっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光源からの距離が大きくなるほど前記レンズ部の分布密度が高くなっている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
4. 前記光源からの距離が大きくなるほど前記レンズ部の寸法が大きくなっている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
5. 前記光源からの距離が遠い位置に設けられた前記レンズ部ほど、当該レンズ部のうち曲面の突出した部分における前記導光板との接触角が大きくなっている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記レンズ部が、前記光射出面及び前記反対面の両方に設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記光射出面に設けられた前記レンズ部と前記反対面に設けられた前記レンズ部とが、平面視で異なる領域に設けられている
   ことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 光源と、前記光源に近接して設けられる導光板とを具備する照明装置の製造方法であって、
   所定の屈折率を有する液状体をノズルから前記導光板上に吐出する工程と、
   前記液状体を乾燥させてレンズ部を形成する工程と
   を具備することを特徴とする照明装置の製造方法。
9. 水平面に対して前記導光板を傾けた状態で前記液状体を前記ノズルから吐出する
   ことを特徴とする請求項８に記載の照明装置の製造方法。
10. 前記導光板の表面上に所定の方向に気流を生じさせた状態で前記液状体を前記ノズルから吐出する
    ことを特徴とする請求項８に記載の照明装置の製造方法。
11. 前記ノズルを前記導光板の表面に対して傾けた状態で前記液状体を吐出する
    ことを特徴とする請求項８乃至請求項１０のうちいずれか一項に記載の照明装置の製造方法。
12. 電気光学材料を保持する電気光学パネルと、
    前記電気光学パネルに対向するように設けられた請求項１乃至請求項７のうちいずれか一項に記載の照明装置又は請求項８乃至請求項１１のうちいずれか一項に記載の照明装置の製造方法によって製造された照明装置と
    を具備することを特徴とする電気光学装置。
13. 請求項１２に記載の電気光学装置を搭載したことを特徴とする電子機器。

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