JP3801032B2 - 光源とこの光源を用いた液晶表示装置 - Google Patents

光源とこの光源を用いた液晶表示装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置、センサー、スキャナー、プリンター等、特に、液晶表示装置の照明手段に用いられる光源、及び、これらの光源を用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置の照明手段としては、冷陰極管等の管状ランプやＬＥＤ（発光ダイオード）を一次光源（自身が光を発する光源）としたいくつかの方式が用いられている。管状ランプと透過型液晶パネルを組み合わせた場合では、図２に示したように、面状導光体２４の一辺にリフレクター２２に覆われた管状ランプ２１を配し、面状導光体２４の背後に反射板２３を、出射面側に拡散板２５を配した構成が省スペース化の点から主流となっている。また、管状ランプと反射型液晶パネルを組み合わせた場合では、面状導光体の一辺にリフレクターに覆われた管状ランプを配し、その面状導光体を反射型液晶パネルの観察者側に配した構成となっている。一次光源としてＬＥＤを用いた場合、管状ランプに比べ省電力・省スペースの点で優れているが、ＬＥＤの発光面が小さいため面状光源において均一な発光を得ることが困難であった。そこで、この問題点を解決するいくつかの方法が知られている。例えば、特開平１０−２６０４０５号公報（引例１）に記載されている図３のように、ＬＥＤ３１からの光を線状に拡大する線状導光体３２をＬＥＤ３１と面状光源２４との間に配することによって均一な発光を得ることが挙げられる（図３）。また、特開平１１−２３１３２０号公報（引例２）に記載されているように、線状導光体を配し、さらに面状導光体の入射面に突起が繰り返し形成する方法もある。さらに、線状導光体を用いない方法としては、特開２００１−２３４２３号公報（引例３）に記載されているように、導光部材に光源の出射光を屈折、反射する機能を有する厚み方向にくぼんだ盲穴４１を設ける方法が挙げられる（図４）。これらの方法によって発光を均一化した面状光源を、照明手段として管状ランプの場合と同様に液晶パネルと組み合わせることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記技術では出射光の角度分布が広く、観察者の眼に入射する光量が少なく（光利用効率が低い）、表示が暗いという問題点があった。この点について、以下に説明する。
【０００４】
管状光源やＬＥＤの発光は一定の角度分布を有している。例えば、現在、携帯情報端末用液晶表示装置等に用いられるチップ型白色ＬＥＤは、主に±６０°程度の発光角度分布を有している。こうした分布を有する光５１が、引例１、２に記載されているような線状導光体・面状導光体に入射した場合（図５（ａ））、図５（ｂ）に示すように、面状導光体からの出射光は入射光と同様な角度分布（出射光角度分布）を有することとなる（引例２のように突起構造を用いると出射光角度分布はさらに広がる）。更に、液晶表示パネルから観察者５６への光も同様な角度分布を有するため、観察者の眼に入射する光量が少なくなる（図５（ｂ））。
つまり、光利用効率が低くなる。このことは、個人での使用が多く、省スペース化・省電力化が求められる携帯情報端末用液晶表示装置で特に問題となる。なお、図５において、符号３２は線状導光体、５２は線状導光体からの出射光、５３は反射型液晶パネル、５４は面状光源からの出射光、５５は反射型液晶パネルの表示用の反射光、５６は観察者、５７は、観察者の眼に入る光である。
【０００５】
この問題点を解決する方法として、特開２０００−３１５４１３号公報（引例４）の方法が挙げられる。引例４では、図６に示すように、一軸方向の平行度を高めるコリメート手段として、導光体側及び光源側では広く中間部では狭く、光源側で広がっている部分が光反射板６１で覆われている構造が示されている。しかし、この構造では、上述のコリメート構造を光源−導光体間に多数形成する必要があり、構造が複雑である。なお、図６において、符号６２は、光源からの入射光、６３はコリメート手段からの出射光である。
【０００６】
また、出射光角度分布を狭める方法として、ＬＥＤにレンズを貼り合わせる方法が挙げられる。しかし、レンズが集光効果を発揮するためには、光源がレンズに対して点光源と見なされるほど小さい（少なくとも光源がレンズに対して１／１０）必要がある（図７（ａ））。例えば、図７（ｂ）のように、光源３１とレンズ７１の大きさが近い場合、レンズ面のある一点に様々な角度の光が当たり、ごく一部の光７２は集光されるが、光７３は集光されない。したがって、ＬＥＤにレンズを貼り合わす方法では、ＬＥＤの大きさに比べて非常に大きなレンズが必要となり、省スペース化の点から液晶表示装置の照明手段として用いることは困難である。また、レンズ形状を用いた方法として、"玉井進吾ら，電子情報通信学会２０００年エレクトロニクスソサイエティ大会講演論文集１，２４７ページ"（引例５）に記載されたレンズ面８４と全反射面８３を組み合わせた構造（図８（ａ））を液晶表示装置の照明手段として適用することも（図８（ｂ））、上述と同様にＬＥＤの大きさに比べて非常に大きなレンズ形状が必要となるため困難である。また、引例５記載のＬＥＤそのものを一次光源として用いることも考えられるが、引例５記載のＬＥＤ自身、レンズ形状の大きさ及び反射板８２等の構造によって、ＬＥＤチップに比べて非常に大きくなり、省スペース化の点から一次光源として用いることは困難である。さらに、ＬＥＤの構造が複雑となり、コストアップの要因にもなる。
【０００７】
本発明は、上述のような複雑な構造、スペースの大きさといった課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡易な構造、省スペースで、高効率で出射光角度分布を狭め、光利用効率を向上させた光源及びこの光源を用いた明るい液晶表示装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【問題を解決するための手段】
本発明の光源は、一次光源からの光を入射面から取り込み出射する光源において、入射面の両側に反射面を有し、入射面から出射面に向かって２つの屈折率界面を有し、入射面側の第１の屈折率界面においては入射面側の屈折率が出射面側より大きく、第２の屈折率界面においては出射面側の屈折率が入射面側よりも大きいことを特徴としている。第一の屈折率界面において、一次光源から第一の屈折率界面への入射光の内、入射角度の大きな光を反射し、その反射光を入射面両側の反射面により第一の屈折率界面への入射角度を小さくして再入射させることにより、高効率で入射光の角度分布を整え、さらに第二の屈折率界面で出射光角度分布を狭めることにより、高効率で出射光角度分布を狭めることができる。
【０００９】
また、入射面の中点から出射面の中点を通る直線を主軸とし、さらに、第一の屈折率界面の入射面側の屈折率をｎ１、第一の屈折率界面の出射面側の屈折率をｎ２、主軸を中心とした所望する出射光角度分布値をβ（βは絶対値）、主軸と第一の屈折率界面がなす角をθ１とする時、第一の屈折率界面を式（１）を満たす２つの斜面で形成することにより高効率で所望する出射光角度分布（β）を高効率で得ることができる。
【００１０】
90−sin- １(n2/n1)≦θ１≦90−｛sin- １(n2/n1)−β｝ （１）
また、入射面両側の反射面と主軸がなす角φが下式（２）を満たすことにより、第一の屈折率界面で反射された光を、高効率で第一の屈折率界面への入射角度を小さくして再入射させることができる。
【００１１】
θ１−４５≦φ≦θ１ （２）
さらに、第二の屈折率界面と主軸のなす角をθ２とする時、第二の屈折率界面を下式（３）を満たす２つの斜面で形成することにより場合、高効率で出射光角度分布を狭めることができる。
【００１２】
θ１／２ ≦θ２ （３）
また、これら光源の一次光源としては、省スペース，省電力等の点からＬＥＤ（発光ダイオード）を用いることが望ましい。
【００１３】
また、本発明の一つは、上記光源出射面の出射方向に線状導光体を設けた線状光源である。この線状導光体において、線状出射面に対向する面に反射面を設けることにより、高効率で出射光を得ることができる。また、その出射面に対向する面は出射面に対して、傾斜していても構わない。さらに、光源の出射面と線状導光体の入射面を密着または接着することにより、漏れ光を抑制し、高効率で出射光を得ることができる。また、第二の屈折率界面と側面の交点同士を結ぶ直線を光源出射面と仮定することにより、光源と線状導光体を一体化することもできる。さらに、出射面以外の面を反射部材で上記光源または線状光源を覆うことにより、漏れ光を抑制し、高効率で出射光を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の一つは、上記線状光源出射面の出射方向に面状導光体を設けたことである。また、面状導光体の出射面に対向する面に突起を設けることにより、高効率で出射光を得ることができる。さらに、この出射面に対向する面における突起の屈折率を伝搬部よりも大きくすることにより、均一な出射光を得ることができる。線状光源の出射面と面状導光体の入射面を密着または接着することにより、漏れ光を抑制し、高効率で出射光を得ることができる。また、線状光源と面状導光体を一体化しても構わない。
【００１５】
上記面状光源を液晶表示パネルに装着することにより、明るい液晶表示装置を実現することができる。また、面状導光体が液晶表示パネルを構成する基板を兼ね、面状導光体の液晶層側に面状導光体よりも屈折率の小さい透明層を設けることにより、液晶表示パネルに面状光源を装着した際に生じる奥行き感を抑制し、さらに面状光源を伝播する導光量を確保し、均一な表示を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
図９は、本発明の第１の実施形態を示す上面図である。本実施形態の光源は、図９に示すように、入射面９２と、入射面９２の両側の反射面９１からなる符号９３で示した光源部分１（屈折率：ｎ１）、光源部分１よりも屈折率の小さい符号９４で示した光源部分２（屈折率：ｎ２）、光源部分２よりも屈折率が大きく出射面を有する符号９５で示した光源部分３（屈折率：ｎ３）により構成されている。光源部分１の入射面より入射した光の内、第一の屈折率界面（光源部分１と光源部分２の間の屈折率界面）９７における臨界角（ｓｉｎ- １(ｎ２/ｎ１)）よりも大きな角度で第一の屈折率界面９７に入射する光は、第一の屈折率界面９７で反射され（図９▲１▼）、臨界角よりも小さい光は透過する（図９▲２▼）。これにより、入射光の内、入射角度の大きな光を一旦除くことができる。さらに、一旦除かれた第一の屈折率界面９７で反射された光は、入射面両側にある反射面９１によって第一の屈折率界面９７に対する入射角度が小さくなり、再び、第一の屈折率界面９７に入射し、第一の屈折率界面９７を透過する（図９▲３▼）。これによって、入射光の内、入射角度の大きな光を高効率で、入射角度の小さな光に変えることができる。次に、第一の屈折率界面９７を透過し光源部分２に入射した光（図９▲２▼及び▲３▼）は、光源部分１と２の屈折率差によって出射角度が大きくなる方向に屈折するが、光源部分２と光源部分３との間の屈折率界面によって出射角度が小さくなる方向に屈折する。これにより、出射光角度を狭めることができる。
【００１８】
また、本光源は、光源部分１の屈折率が光源部分２の屈折率よりも大きく、光源部分３の屈折率が光源部分２の屈折率が大きければよく、図９（ａ）の他に図９（ｂ）のような構造でも構わない。なお、符号９６は光源の出射面、９８は、第二の屈折率界面である。
【００１９】
図１０は、本発明の第２の実施形態を示す上面図である。本実施形態では、入射面の中点から出射面の中点を通る直線を主軸とし、さらに、第一の屈折率界面９７の入射面側の屈折率をｎ１、第一の屈折率界面９７の出射面側の屈折率をｎ２、主軸を中心とした所望する出射光角度分布値をβ（βは絶対値）、主軸と第一の屈折率界面がなす角をθ１とする時、第一の屈折率界面９７が、下式（１）を満たす２つの斜面により形成されている（図１０）。
【００２０】
90−sin- １(n2/n1)≦θ１≦90−｛sin- １(n2/n1)−β｝ （１）
ここで、所望する出射光角度分布値をβとは、主となる出射光角度分布の最大角度、つまり、入射光を出射光角度±３０°以内に狭める場合には、β＝３０°を示している（図１１）。θ１が90−sin- １(n2/n1)よりも小さくなると、入射面に垂直に入射した光までも反射されるため、効率が低下してしまう（図１２（ａ））。つまり、多くの入射光が反射面を経由して透過するため、効率が低下してしまう。また、θ１が90−｛sin- １(n2/n1)−β｝よりも大きい場合、所望の角度分布よりも大きな光まで第一の屈折率界面９７を透過するため、出射光におけるβよりも大きな光の割合が大きくなってしまう（図１２（ｂ））。したがって、θ１は式（１）の範囲内にあることが好ましい。
【００２１】
図１３は、本発明の第３の実施形態を示す上面図である。本実施形態では、入射面両側の反射面９１と主軸がなす角φが下式（２）を満たしている。
【００２２】
θ１−４５≦φ≦θ１ （２）
入射面両側の反射面９１は、第一の屈折率界面９７で反射された光を反射し、第一の屈折率界面への入射角度を小さくするため、φはθ１以上であることが望ましい（図１４（ａ）：φ＜θ１の場合、反射面で反射され第一の屈折率界面に入射される光の入射角度は、入射面から第一の屈折率界面への入射する際の入射角度よりも大きくなる）。また、第一の屈折率界面を透過する光は、第一の屈折率界面に対して鋭角で入射することが望まれる（鈍角で入射すると、第二の屈折率界面での屈折において、出射光分布が拡大する方向に屈折してしまう）。反射面９１で反射し、第一の屈折率界面９７を透過する光の内最も角度が大きい（反射によって最も鈍角になりやすい）光は、第一の屈折率界面に平行な光であるので、この光が第一の屈折率界面に９０°以下で入射するようにφを設定することが望まれる。このようなφの条件は、図１４（ｂ）に示されるように、２（θ１−φ）≦９０、つまり、φ≧θ１−４５である。したがって、入射面両側の反射面９１と主軸がなす角φは式（２）を満たすことが望まれる。
【００２３】
図１５は、本発明の第４の実施形態を示す上面図である。本実施形態では、第二の屈折率界面９８と主軸のなす角をθ２とする時、第二の屈折率界面９８が、下式（３）を満たす２つの斜面により形成されている。
【００２４】
θ１／２ ≦θ２ （３）
θ２がθ１の半分よりも小さくなると、図１６に示すように、光源部分３を透過せず出射される光（図１６▲１▼：側面なし）や側面で一旦反射され光源部分３と透過する光（図１６▲２▼：側面が反射面１６１の場合）が、光源部分３を直接透過する光よりも多くなる。光源部分３を透過せず出射される光は、出射光角度を狭めることができず、また、側面で反射され光源部分３を透過する光は、反射により強度が低下する。したがって、θ２は式（３）を満たすことが好ましい。
【００２５】
図１７、１８は、本発明の第５の実施形態を示す上面図である。本実施形態は、光源出射面の出射方向に線状導光体１７１を設けた線状光源である。この線状導光体において、線状出射面１８１に対向する面に反射面１８３を設けることにより、高効率で出射光を得ることができる。この反射面１８３は、面を研磨等で鏡面加工したものでもよいし、面にアルミニウム、銀等を蒸着あるいはスパッタしたもの、あるいは面に突起、溝を繰り返し形成したもの（図１８）でも構わない。また、出射面に対向する面１８３は、出射面１８１に対して、傾斜していても構わない（図１８）。さらに、光源の出射面１７４と線状導光体の入射面１７３とを密着または接着することにより、漏れ光を抑制し、高効率で出射光を得ることができる。また、図１９に示すように、第二の屈折率界面と側面の交点同士を結ぶ直線１９１を光源出射面と仮定することにより、光源（光源部分３）と線状導光体１７１とを一体化することもできる。さらに、出射面以外の面を反射部材で上記光源または線状光源を覆うことにより、漏れ光を抑制し、高効率で出射光を得ることができる。
【００２６】
また、図２０、図２１は、本発明の第６の実施形態を示す図である。本実施形態は、線状光源１７１の出射面１８１の出射方向に面状導光体２０１を設けたこと面状光源である。また、図２０に示すように、面状導光体２０１の出射面に対向する面に突起２０４を設けることにより、高効率で出射光を得ることができる。また、出射面に対向する面における突起２０４の屈折率を伝搬部２０３よりも大きくすることにより、突起部２０４と伝搬部２０３との界面で屈折が生じ、界面から突起表面に達するまでの距離が短くなり、面状表面全体に光を伝搬することができ、均一な出射光を得ることができる（図２１）。伝搬部よりも大きな屈折率を有する突起は、伝搬部に面状導光体よりも大きな屈折率を有する材料（例えば、高屈折率ＵＶ硬化樹脂）を塗布し、突起形状に応じた金型を材料に押し当て、材料を硬化させ金型を取り外す手法や同様な手法で突起を有するシートを作製し、その突起シートを伝搬部に貼る手法等により作製することができる。さらに、線状光源の出射面と面状導光体の入射面を密着または接着することにより、漏れ光を抑制し、高効率で出射光を得ることができる。また、線状光源と面状導光体を一体化しても構わない。
【００２７】
図２２は、本発明の第７の実施形態を示す断面図である。本実施形態は、面状光源を液晶表示パネルに装着した液晶表示装置である。図２２には反射型液晶表示パネル２２１に装着した場合を示したが、図２と同様な構成で透過型液晶表示パネルに適用することもできる。図２２において、符号１７２は本発明の光源、符号２２２は、一時光源からの入射光、１７１は線状導光体、２２３は線状導光体１７１から面状導光体２０１への入射光、２２４は、面状導光体２０１から反射型液晶表示パネルへの出射光である。また、面状導光体２０１が、液晶表示パネルを構成する基板を兼ね、面状導光体の液晶層側に面状導光体よりも屈折率の小さい透明層を設けることにより、液晶表示パネルに面状光源を装着した際に生じる奥行き感を抑制し、さらに面状光源を伝播する導光量を確保し、均一な表示を得ることができる（図２３）。なお、図２３において、符号２３１は低屈折率層、２３２はカラーフィルター、２３３は偏光層、２３４は位相差層、２３５は透明電極、２３６は配向膜、２３７は液晶層、２３８は対向基板（反射電極、配向膜等を含む）である。
【００２８】
本発明の光源及び線状導光体・線状光源は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂あるいはポリカーボーネイト樹脂等の材料を用い、これらを切削加工あるいは射出成形することによって作製することができる。また、面状導光体には、ガラス基板あるいは上述のような樹脂基板を用いることができる。また、突起や溝を有する面状導光体は、線状導光体・線状光源と同様に、切削加工あるいは射出成形することによって作製することができる。さらに、第５の実施形態で示した金型やシートを用いた手法でも突起や溝を有する面状導光体を作製できる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例で詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
【００３０】
以下の実施例の光源（光源部分１、３）及び線状導光体はアクリル樹脂を切削加工して作製した。また、各面には鏡面加工を施した（厚さはいずれも１．０ｍｍ）。光源部分１における入射面両側の反射面は、Ａｌスパッタにより作製した。さらに、出射面以外の面をアルミニウム製反射板で覆った。
【００３１】
光源としては、図２４に示したチップ型白色ＬＥＤ２４１（幅２．８ｍｍ×奥行き１．０ｍｍ×高さ０．８ｍｍ、発光面２．２ｍｍ×０．７ｍｍ）を用いた。このＬＥＤの出射角度分布を測定したところ、±３０°内で５０％（ＬＥＤからの発光の内、発光面の中心軸に対して±３０°以内に分布している光量が３０％）、±４０°内で６５％であった。このＬＥＤのＬＥＤ発光面を光源の入射面にＵＶ硬化樹脂を用いて貼り合わせた。
【００３２】
（実施例１）
所望する出射角度分布をβ＝±３０°とし、図２５に示す形状の光源部分１（図２５の符号９３）、光源部分３（図２５の符号９５）（屈折率ｎ１＝ｎ３＝１．５）を作製した（光源部分２（図２５の符号９４）は、空気層：屈折率ｎ２＝１．０）。これらをアルミニウム製反射板で組立て、その後、出射面以外をアルミニウム製反射板で覆った。ＬＥＤを点灯し、この光源の出射光角度分布をＬＥＤの場合と同様に測定したところ、β＝±３０°内に分布している光量は、６８％であった。本実施例から、わずか幅５．０ｍｍ×長さ３．０ｍｍの大きさで、所望する出射角度分布の光量を１８％も向上させることができ、その有用性は明らかである。
【００３３】
（実施例２）
所望する出射角度分布をβ＝±３０°とし、図１に示す形状の光源部分１、３（屈折率ｎ１＝ｎ３＝１．５）を作製した（光源部分２は空気層：屈折率ｎ２＝１．０）。ここで、ａ＝２．２ｍｍ、ｂ＝５．０ｍｍ、ｃ＝３．５５ｍｍ、θ１＝６０°、θ２＝５５°、φ＝３５°とした。これらをアルミニウム製反射板で組立て、その後、出射面以外をアルミニウム製反射板で覆った。ＬＥＤを点灯し、この光源の出射光角度分布をＬＥＤの場合と同様に測定したところ、β＝±３０°内に分布している光量は、６６％であった。本実施例から、わずか幅５．０ｍｍ×長さ３．５５ｍｍの大きさで、所望する出射角度分布の光量を１６％も向上させることができ、その有用性は明らかである。
【００３４】
（実施例３）
所望する出射角度分布をβ＝±３０°とし、図１に示す形状の光源部分１、３（屈折率ｎ１＝ｎ３＝１．５）を作製した（光源部分２は空気層：屈折率ｎ２＝１．０）。ここで、ａ＝２．２ｍｍ、ｂ＝５．０ｍｍ、ｃ＝２．９ｍｍ、θ１＝７５°、θ２＝６５°、φ＝５５°とした。これらをアルミニウム製反射板で組立て、その後、出射面以外をアルミニウム製反射板で覆った。ＬＥＤを点灯し、この光源の出射光角度分布をＬＥＤの場合と同様に測定したところ、β＝±３０°内に分布している光量は、７５％であった。本実施例から、わずか幅５．０ｍｍ×長さ２．９ｍｍの大きさで、所望する出射角度分布の光量を２５％も向上させることができ、その有用性は明らかである。
【００３５】
（実施例４）
所望する出射角度分布をβ＝±４０°とし、図１に示す形状の光源部分１、３（屈折率ｎ１＝ｎ３＝１．５）を作製した。光源部分１と３を屈折率ｎ２＝１．４のＵＶ硬化樹脂で貼り合わせ、ａ＝２．２ｍｍ、ｂ＝５．０ｍｍ、ｃ＝４．２ｍｍ、θ１＝５５°、θ２＝４５°、φ＝５０°とした。出射面以外をアルミニウム製反射板で覆った。ＬＥＤを点灯し、この光源の出射光角度分布をＬＥＤの場合と同様に測定したところ、β＝±４０°内に分布している光量は、１６％であった。本実施例から、わずか幅５．０ｍｍ×長さ４．２ｍｍの大きさで、所望する出射角度分布の光量を２５％も向上させることができ、その有用性は明らかである。
【００３６】
（実施例５）
実施例３記載の光源に図２６の線状導光体をＵＶ硬化樹脂で貼り合わせ、出射面以外をアルミニウム製反射板で覆い、線状光源を作製した。ＬＥＤを点灯し、この線状光源の出射光角度分布をＬＥＤの場合と同様に測定したところ、β＝±３０°内に分布している光量は、６１％であった。
【００３７】
（実施例６）
所望する出射角度分布をβ＝±３０°とし、実施例３記載の光源部分１と図２７に示す形状の線状導光体（屈折率ｎ１＝ｎ３＝１．５）を組み合わせ線状光源を作製した（光源部分２は空気層：屈折率ｎ２＝１．０）。この線状光源の出射光角度分布をＬＥＤの場合と同様に測定したところ、β＝±３０°内に分布している光量は、６４％であった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、簡易な構造、省スペースで、高効率で出射光角度分布を狭め、光利用効率を向上させた光源及び明るい液晶表示装置を提供することが可能となる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施例２〜４を示す模式的な上面図である。
【図２】管状ランプと透過型液晶パネルを組み合わせた従来例を示す模式的な断面図である。
【図３】ＬＥＤと面状光源との間に線状導光を配した従来例を示す模式的な上面図である。
【図４】盲穴を設けた従来例を示す模式的な上面図である。。
【図５】従来例の出射光角度分布を示す模式的な上面図及び断面図である。
【図６】従来例のコリメート構造を示す模式的な上面図である。
【図７】ＬＥＤにレンズを貼り合わせた場合の効果を示す模式図である。
【図８】ＬＥＤとレンズ形状を組み合わせた従来例を示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態１を示す模式的な上面図である。
【図１０】本発明の実施形態２を示す模式的な上面図である。
【図１１】本発明における出射光角度分布値βを示す模式図である。
【図１２】本発明の実施形態２における式（１）を示す模式的な上面図である。
【図１３】本発明の実施形態３を示す模式的な上面図である。
【図１４】本発明の実施形態３における式（２）を示す模式的な上面図である。
【図１５】本発明の実施形態４を示す模式的な上面図である。
【図１６】本発明の実施形態４における式（３）を示す模式的な上面図である。
【図１７】本発明の実施形態５を示す模式的な上面図である。
【図１８】線状光源における出射面に対向する面の反射面構造を示す模式的な上面図である。
【図１９】光源と線状光源を一体化する場合に仮定される光源出射面を示す模式的な上面図である。
【図２０】本発明の実施形態６を示す模式図である。
【図２１】突起部の屈折率を伝搬部よりも大きくした場合の模式的な断面図である。
【図２２】本発明の実施形態７を示す模式的な断面図である。
【図２３】本発明の実施形態７における光の伝搬を示す模式的な断面図である。
【図２４】本発明の実施例で使用したＬＥＤを示す模式図である。
【図２５】本発明の実施例１を示す模式的な上面図である。
【図２６】本発明の実施例５を示す模式的な上面図である。
【図２７】本発明の実施例６を示す模式的な上面図である。
【符号の説明】
２１． 管状光源
２２． リフレクター
２３． 反射板
２４． 面状導光体
２５． 拡散板
２６． 入射光
２７． 出射光
３１． ＬＥＤ
３２． 線状導光体
４１． 盲穴
４２． 反射面
５１． ＬＥＤからの発光
５２． 線状導光体からの出射光
５３． 反射型液晶パネル
５４． 面状光源からの出射光
５５． 反射型液晶パネルからの反射光（表示）
５６． 観察者（眼）
６１． 反射面
６２． 光源からの入射光
６３． コリメトリー手段からの出射光
７１． レンズ
７２． レンズの効果により出射光角度分布が狭まった出射光
７３． レンズの効果がほとんどない出射光
８１． ＬＥＤチップ
８２． 反射面
８３． 全反射面
８４． レンズ形状
９１． 反射面
９２． 入射面
９３． 光源部分１
９４． 光源部分２
９５． 光源部分３
９６． 出射面
９７． 第一の屈折率界面
９８． 第二の屈折率界面
９９． 一次光源からの入射光
１７１． 線状導光体
１７２． 光源
１７３． 線状光源の入射面
１７４． 光源の出射面
１８１． 線状光源の出射面
１８２． 反射面
１８３． 反射面の構造
１９１． 仮定される光源出射面
１９２． 光源部分３
２０１． 面状導光体
２０２． 面状導光体の入射面
２０３． 面状導光体の伝搬部
２０４． 面状導光体の突起部
２１１． 伝搬部より屈折率の大きな突起部
２１２． 面状光源への入射光
２１３． 屈折率差による屈折
２２１． 反射型液晶パネル
２２２． 一次光源からの入射光
２２３． 線状光源から面状導光体への入射光
２２４． 面状導光体から反射型液晶パネルへの出射光
２３１． 低屈折率層
２３２． カラーフィルター
２３３． 偏光層
２３４． 位相差層
２３５． 透明電極
２３６． 配向膜
２３７． 液晶層
２３８． 対向基板（反射電極、配向膜等を含む）

Claims (35)

  1. 一次光源からの光を入射面から取り込み出射する光源において、入射面の両側に反射面を有し、入射面から出射面に向かって２つの屈折率界面を有し、入射面側の第１の屈折率界面においては入射面側の屈折率が出射面側より大きく、第２の屈折率界面においては出射面側の屈折率が入射面側よりも大きいことを特徴とする光源。
  2. 前記第一の屈折率界面において、入射面の中点から出射面の中点を通る直線を主軸とし、さらに、前記第一の屈折率界面の入射面側の屈折率をｎ１、前記第一の屈折率界面の出射面側の屈折率をｎ２、前記主軸を中心とした所望する出射光角度分布値をβ、主軸と第一の屈折率界面がなす角をθ１とする時、前記第一の屈折率界面が下式（１）を満たす斜面により形成されていることを特徴とする請求項１記載の光源。
    90−sin- １(n2/n1)≦θ１≦90−｛sin- １(n2/n1)−β｝ （１）
  3. 前記入射面両側の反射面と前記主軸がなす角φが、下式（２）を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載の光源。
    θ１−４５≦φ≦θ１ （２）
  4. 前記第二の屈折率界面と前記主軸のなす角をθ２とする時、前記第二の屈折率界面が下式（３）を満たす斜面により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光源。
    θ１／２ ≦θ２ （３）
  5. 一次光源がＬＥＤ（発光ダイオード）であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の光源。
  6. 一次光源が、前記入射面に密着または接着されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の光源。
  7. 前記光源の出射面の出射方向に線状導光体を設けたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の光源。
  8. 前記線状導光体の出射面に対向する面に反射面を設けたことを特徴とする請求項７記載の光源。
  9. 前記線状導光体の出射面に対向する面が、前記線状導光体の出射面に対して傾斜していることを特徴とする請求項７又は８記載の光源。
  10. 前記光源の出射面と前記線状導光体の入射面とが密着または接着されていることを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の光源。
  11. 前記第二の屈折率界面と側面の交点同士を結ぶ直線を光源出射面とし、光源と線状導光体を一体に形成したことを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の光源。
  12. 前記光源の出射面以外の面が反射部材で覆われていることを特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の光源。
  13. 前記線状導光体の出射面の出射方向に面状導光体を設けたことを特徴とする請求項７乃至１２の何れかに記載の光源。
  14. 前記面状導光体の出射面に対向する面に突起または溝を設けたことを特徴とする請求項１３記載の光源。
  15. 前記突起の屈折率が、前記面状導光体の伝搬部よりも大きいことを特徴とする請求項１４記載の光源。
  16. 前記面状導光体の出射面と面状導光体の入射面が密着または接着されていることを特徴とする請求項１３至１５の何れかに記載の光源。
  17. 前記線状光源と面状導光体とが一体であることを特徴とする請求項１３至１５の何れかに記載の光源。
  18. 一次光源からの光を入射面から取り込み出射する光源において、入射面の両側に反射面を有し、入射面から出射面に向かって２つの屈折率界面を有し、入射面側の第１の屈折率界面においては入射面側の屈折率が出射面側より大きく、第２の屈折率界面においては出射面側の屈折率が入射面側よりも大きい光源を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  19. 前記光源は、前記第一の屈折率界面において、入射面の中点から出射面の中点を通る直線を主軸とし、前記第一の屈折率界面の入射面側の屈折率をｎ１、前記第一の屈折率界面の出射面側の屈折率をｎ２、前記主軸を中心とした所望する出射光角度分布値をβ、主軸と第一の屈折率界面がなす角をθ１とする時、前記第一の屈折率界面が下式（１）を満たす斜面により形成されていることを特徴とする請求項１８記載の液晶表示装置。
    90−sin- １(n2/n1)≦θ１≦90−｛sin- １(n2/n1)−β｝ （１）
  20. 前記光源の入射面両側の反射面と前記主軸がなす角φが、下式（２）を満たすことを特徴とする請求項１８又は１９記載の液晶表示装置。
    θ１−４５≦φ≦θ１ （２）
  21. 前記光源の第二の屈折率界面と前記主軸のなす角をθ２とする時、前記第二の屈折率界面が下式（３）を満たす斜面により形成されていることを特徴とする請求項１８乃至２０の何れかに記載の液晶表示装置。
    θ１／２ ≦θ２ （３）
  22. 一次光源がＬＥＤ（発光ダイオード）であることを特徴とする請求項１８乃至２１の何れかに記載の液晶表示装置。
  23. 一次光源が、前記入射面に密着または接着されていることを特徴とする請求項１８乃至２２の何れかに記載の液晶表示装置。
  24. 前記光源の出射面の出射方向に線状導光体を設けたことを特徴とする請求項１８乃至２３の何れかに記載の液晶表示装置。
    請求項１〜６記載の液晶表示装置。
  25. 前記線状導光体の出射面に対向する面に反射面を設けたことを特徴とする請求項２４記載の液晶表示装置。
  26. 前記線状導光体の出射面に対向する面が、前記線状導光体の出射面に対して傾斜していることを特徴とする請求項２４又は２５記載の液晶表示装置。
  27. 前記光源の出射面と前記線状導光体の入射面とが密着または接着されていることを特徴とする請求項２４乃至２６の何れかに記載の液晶表示装置。
  28. 前記第二の屈折率界面と側面の交点同士を結ぶ直線を光源出射面とし、光源と線状導光体を一体に形成したことを特徴とする請求項２４乃至２６の何れかに記載の液晶表示装置。
  29. 前記光源の出射面以外の面が反射部材で覆われていることを特徴とする請求項１８至２８の何れかに記載の液晶表示装置。
  30. 前記線状導光体の出射面の出射方向に面状導光体を設けたことを特徴とする請求項２４乃至２９の何れかに記載の液晶表示装置。
  31. 前記面状導光体の出射面に対向する面に突起または溝を設けたことを特徴とする請求項３０記載の液晶表示装置。
  32. 前記突起の屈折率が、前記面状導光体の伝搬部よりも大きいことを特徴とする請求項３１記載の液晶表示装置。
  33. 前記面状導光体の出射面と面状導光体の入射面が密着または接着されていることを特徴とする請求項３０至３２の何れかに記載の液晶表示装置。
  34. 前記線状光源と面状導光体とが一体であることを特徴とする請求項３０至３２の何れかに記載の液晶表示装置。
  35. 前記面状導光体が液晶表示パネルを構成する基板を兼ね、前記面状導光体の液晶層側に面状導光体の伝搬部よりも屈折率の小さい透明層を設けたことを特徴とする請求項３０乃至３４の何れかに記載の液晶表示装置。
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