JP4153776B2 - 面状光源装置および該装置を用いた液晶表示装置 - Google Patents
面状光源装置および該装置を用いた液晶表示装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は面状光源装置および該装置を用いた液晶表示装置に関する。さらに詳しくは、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）およびＢ（青色）の単色光を発する発光ダイオードなどの複数の点状光源を用いる面状光源装置および該装置を用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、液晶が挟持された２枚のガラス基板からなる液晶表示素子と該液晶表示素子の裏面側に配置される面状光源装置とから構成されている。この面状光源装置としては、光源に線状の冷陰極管が用いられていたが、冷陰極管には水銀が使用されており、近年の環境問題に対して使用が難しくなってきている。また、水銀の消耗により輝度が劣化するという問題がある。
【０００３】
一方、携帯電話などの小型の液晶表示装置用として、冷陰極管に比べて、光源の寿命の長さおよび発光効率の良さから、発光ダイオード（Light Emitting Diode：以下、単にＬＥＤという）を用いた面状光源装置が開発されている。
【０００４】
従来の発光ダイオードを用いた面状光源装置においては、光を投光するＬＥＤと、この投光を線光源化して出射面より出射する線状の導光体と、この線状化された光を光入射端面において入射し面光源化する導光板とを備えている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２８３８１７号公報（［０００１］〜［０００２］、［００２７］、図１、図２および図８）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＬＥＤを用いた従来の小型の液晶表示装置用面状光源装置の構成を、中小型、大型の液晶表示装置用の面状光源装置に適用した場合には、従来の小型の液晶表示装置のように、光源である白色ＬＥＤを１つ（赤色、緑色および青色の単色光を発するＬＥＤをそれぞれ１つ組み合わせた場合には１組）用いただけでは充分な輝度を得ることができない。このため、輝度を上げるために複数のＬＥＤを光源に用いると、複数のＬＥＤを導光体の光入射端面に沿って（特許文献１の図１におけるＹ方向に）配設することとなり、狭額縁化が困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、叙上の事情に鑑み、輝度ムラおよび色度ムラが発生せず、液晶表示装置の狭額縁化に対応でき、かつ安価な面状光源装置を得ることができるとともに、この面状光源装置を用いることにより優れた表示特性を安価に得ることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の面状光源装置は、対向する一対の上面および下面と該上面および下面の端縁に複数の側面を有しており、該側面のうち、対向する一対の面が入射面および出射面である混色手段と、該混色手段の入射面に近接し、当該入射面の長手方向に沿って配設される複数の点状光源と、前記混色手段に対して略平行または略垂直に配置される矩形状の導光板とを備える面状光源装置であって、前記混色手段から前記導光板への光路に空気より屈折率の高い透明体を介在し、前記混色手段が、該混色手段の入射面から該混色手段の出射面に向かって直線的に該混色手段の厚さが増加する傾斜平面部を有し、前記混色手段、前記導光板および前記透明体が一体に形成され、前記混色手段の入射面にプリズム形状の突部が形成されてなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の液晶表示装置は、前記面状光源装置と、該面状光源装置の上部に配置され、液晶が挟持された２枚のガラス基板からなる液晶表示素子と、該液晶表示素子に接続される駆動回路基板とを備えてなることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の面状光源装置および該装置を用いた液晶表示装置を説明する。
【００１１】
実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１にかかわる液晶表示装置の概略構成を示す平面図、図２は図１に示す液晶表示装置のＩ−Ｉ線断面図、図３は図２における直角プリズムを通る光の光路を説明するための要部拡大図である。図１〜３において、１は混色手段であり、該混色手段１は、対向する一対の上面１ａ、下面１ｂと、該上面１ａ、下面１ｂの端縁を結んだ複数の側面のうち、対向する一対の面である入射面１ｃおよび出射面１ｄから構成されている。なお、混色手段１はすべての面が鏡面であることが好ましい。
【００１２】
ＬＥＤなどの点状光源２は、前記混色手段１の入射面１ｃに近接し、入射面１ｃの長手方向に沿って配設されており、赤色の光を発する第１の点状光源２ａと、緑色の光を発する第２の点状光源２ｂと、青色の光を発する第３の点状光源２ｃとから構成されている。なお、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の単色光を発するＬＥＤは、白色光を発するＬＥＤに比べて、発光効率が高く、カラーフィルタの赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の透過特性と、ＬＥＤの発光スペクトルを合わせ込むことで、色再現性の高い表示装置を得ることができるので好ましい。複数の点状光源２が取り付けられた点状光源基板３は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の単色の点状光源を組み合わせて、全体として白色光となるように配置されている。なお、本実施の形態１では、赤色光を発光する第１の点状光源１ａを２個連続して並べているが、本発明においては、これに限られるものではない。
【００１３】
リフレクタ４が、点状光源２からの光を混色手段１ｃの入射面１ｃへ集光するために、前記点状光源２の周囲に配置されている。矩形状の導光板５の導光板入射面５ａが、前記混色手段１の出射面１ｄと略平行に配置され、導光板上面５ｂを発光面としている。また、該導光板５の導光板下面５ｃには、光反射手段である反射シート６が配置されている。この導光板上面５ｂの上には、光を効率的に利用するための複数枚の光学シートからなる光学シート類７が配置されている。液晶表示素子８は、前記導光板上面５ｂ側に光学シート類７を介して配置されている。
【００１４】
なお、光学シート類７は、レンズシートを拡散シートで挟み込む構成であるが、このレンズシートは輝度の向上が必要な場合には、複数枚をその表面に形成されるプリズムの方向を考慮して組み合わせてもよい。また、拡散シートは、拡散性を向上させる場合には、２枚以上用いることは可能であるが、導光板５およびレンズシートの配向性によっては１枚または使用しなくてもよい。また、保護シート、プリズムシートまたは偏光反射プリズムを組み合わせてもよい。
【００１５】
また、前記液晶表示素子８は、図示しない上側または下側基板上に着色層、遮光層、スイッチング素子となる薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）、画素電極などの電極および配線が形成されたＴＦＴアレイ基板および対向基板、２枚の基板を等間隔に保持するスペーサ、２枚の基板を貼り合わせるシール材、２枚の基板とのあいだに液晶を注入したのちに封止する封止材、液晶に初期配向をもたせる配向膜および光を偏光させる偏光板などから構成されるが、本発明においては、既存の液晶表示素子を用いるので、以下、説明を省略する。
【００１６】
空気より屈折率の高い透明体は、本実施の形態１においては直角プリズム９の形状であり、直角をなす２つの面を反射面９ａ、９ｂとし、該反射面９ａ、９ｂに対して４５度の角度をなす面を斜面９ｃとする。なお、本実施の形態１においては、直角プリズム９の斜面９ｃを混色手段１の出射面１ｄと導光板５の導光板入射面５ａに対向するように配置している。また、反射面９ａ、９ｂは鏡面であることが好ましい。なお、１０は反射板であり、直角プリズム９の斜面９ｃ以外の面に配置されているが、直角プリズム９の斜面９ａ、９ｂで効率よく光を全反射できれば、配置する必要はない。。
【００１７】
前記混色手段１、導光板５および直角プリズム９の材料としては、主に光の透過率が高いＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）またはガラスなどが用いられる。
【００１８】
前記第１の点状光源２ａ、第２の点状光源２ｂおよび第３の点状光源２ｃからなる複数の点状光源２、混色手段１、導光板５および直角プリズム９などを含めて面状光源装置と称す。また、前記液晶表示素子８は、駆動回路基板（図示せず）を備えており、該液晶表示素子８を面状光源装置の上部である導光板上面５ｂ側に配置することで液晶表示装置を構成する。
【００１９】
つぎに点状光源２から発せられた光が混色手段１、直角プリズム９および導光板５を通過したのち、液晶表示素子８に入射するまでの光路について説明する。
【００２０】
前記点状光源２である第１の点状光源２ａ、第２の点状光源２ｂおよび第３の点状光源２ｃから発せられた赤色、緑色および青色の単色光は、直接またはリフレクタ４によって反射され、入射面１ｃから混色手段１に入射する。混色手段１に入射する単色光は、混色手段１と空気との屈折率の違いにより全反射を繰り返しながら混色手段１内部を伝搬していく。単色光は混色手段１内部を伝搬していくうちに配光を広げるので、複数の点状光源２から発せられた赤色、緑色および青色の単色光は混色され白色光に均一化される。光の全反射条件が破られた光は混色手段１の出射面１ｄから出射することとなる。
【００２１】
前記混色手段１の出射面１ｄから出射した光は、混色手段１と直角プリズム９との間隙にある空気中を通過したのち、直角プリズム９の斜面９ｃに入射する。ここで、図３に基づいて直角プリズム９を通る光の光路を説明するが、説明を簡単にするために、直角プリズム９の屈折率を１．５とする。なお、本実施の形態１では直角プリズム９の周囲は空気で満たされているが、直角プリズム９より屈折率が低い材料で直角プリズム９の周囲を満たしてもよい。
【００２２】
図３に示されるように、空気中を通過した光は、直角プリズム９の斜面９ｃに対して入射角θ０（０°≦θ０≦９０°）で入射した場合には、屈折角をθ１とすると、スネルの法則から０°≦θ１≦ｓｉｎ-1（１／ｎ・ｓｉｎθ０）＝４１．８１°を満たす屈折角θ１で屈折される。屈折された光は直角プリズム９内を進み、反射面９ａに対して入射角θ２＝４５°−θ１で入射する。ここで、反射面９ａで全反射する条件は、スネルの法則からθ２＝４５°−θ１≧ｓｉｎ-1（１／ｎ）＝４１．８１°、θ１≦３．１９°、すなわちθ０≦４．７９°となる。
【００２３】
以上のように、直角プリズム９に屈折率１．５の材料を用いた場合に、直角プリズム９の斜面９ｃに対する入射角θ０を−４．７９°≦θ０≦４．７９°で光を入射することで、反射面９ａ、９ｂで光を全反射させることができる。逆に、直角プリズム９の斜面９ｃに対して４．７９°より大きな角度で入射した光は反射面９ａで全反射することなく透過され、直角プリズム９の斜面９ｃに対して−４．７９°より小さな角度で入射した光は反射面９ｂで全反射することなく透過される。透過された光は反射板１０によって反射され、再び直角プリズム９に入射される。この際、反射板１０において反射ロスが生じる。
【００２４】
なお、本実施の形態では、前記直角プリズム９の屈折率を１．５で説明したが、直角プリズム９を屈折率がより高い材料から作製することにより、反射面９ａ、９ｂで全反射する光の直角プリズム９の斜面９ｃに対する入射角θ０の範囲を広げることができる。逆に、直角プリズム９を屈折率が１．４１より低い材料から作製すると、直角プリズム９の斜面９ｃにあらゆる方向から入射した光は直角プリズム９の反射面９ａ、９ｂで全反射せず透過することとなる。このため、直角プリズム９としては、屈折率が１．４１以上の材料を用いることが好ましい。
【００２５】
前記反射面９ａまたは反射面９ｂで全反射した光、または直角プリズム９を透過して反射板１０によって反射されたのち、再び直角プリズム９に入射された光は、全反射または反射板１０での反射を繰り返し、反射板が設けられていない直角プリズム９の斜面９ｃから光の全反射条件が破られ出射する。
【００２６】
前記直角プリズム９の斜面９ｃから出射した光は、空気中を通過し、導光板５の導光板入射面５ａから入射する。導光板５に入射した光は、導光板５と空気との屈折率の違いにより全反射を繰り返しながら導光板５内部を伝搬していく。導光板上面５ｂと対向する導光板下面５ｃには、インクドットなどによる凹凸（図示せず）が形成されており、該凹凸に光があたり拡散することで、光の全反射条件が破られ導光板上面５ｂから光が出射する。また、導光板下面５ｂから出射された光は反射シート６によって反射され、再び導光板５に入射する。
【００２７】
前記導光板上面５ｂから出射した光は、拡散シート、保護シート、レンズシート、偏光反射シートまたはプリズムシートなどからなる光学シート類７を通過して液晶表示素子８に入射する。この液晶表示素子８は、前記ＴＦＴによる電圧のオンまたはオフによって液晶層が配光されることで、液晶表示素子８に入射した光は映像信号にあわせて変調され、赤色、緑色または青色の各色を表示する。
【００２８】
なお、本実施の形態１の面状光源装置では、透明体として直角プリズム９が用いられているが、本発明においては、これに限られるものではなく、たとえば図４に示されるように半円柱１１の透明体を用いても同様の作用効果を奏することができる。なお、図４は半円柱を透明体に用いた液晶表示装置の部分断面図であり、簡潔に説明するため図１〜２と同一または相当部品の説明は省略する。この半円柱１１の長方形の面１１ａは、混色手段１の出射面１ｄと導光板５の導光板入射面５ａに対向するよう配設されている。また、反射板１０は、半円柱１１に合わせて半円形に形成されている。
【００２９】
また、本実施の形態１の面状光源装置において、導光板５の導光板入射面５ａにサンドブラスト加工または梨地加工などにより表面を粗面化するか、または図５に示されるように、複数のプリズム形状の突部を形成することにより、導光板５の導光板入射面５ａに入射した光が導光板入射面５ａの近傍で導光板５の内部に拡散することで、輝度および色度の均一性が高い面状光源を得ることが可能である。なお、図５は突部を形成した導光板の部分拡大斜視図である。
【００３０】
以上のように、本発明の実施の形態１の液晶表示装置によれば、点状光源２から発せられた赤色、緑色および青色の単色光は、混色手段１および透明体９を介すことで、白色光として導光板に入射できるうえに、点状光源であった光源が面状光源化され、導光板４の導光板入射面５ａにおける入射光の強度が均一となり、導光板５の内部の導光板入射面５ａの近傍での色度ムラおよび輝度ムラの発生を抑制することができる。
【００３１】
また、液晶表示素子８に光を面状に出射する導光板５と、点状光源２からの単色光を白色光にする混色手段１との光路に、直角プリズム９を介すことにより、導光板５の下面５ｃと混色手段１の上面１ａとを対向させて重ねることができ、面状光源装置の厚さが薄くできるうえに、狭額縁化を図ることもできる。
【００３２】
さらに混色手段１から出射した光を直角プリズム９で全反射させたのち、導光板５に入射させることで、反射板１０による反射ロスを直角プリズム９の全反射により低減することができる。
【００３３】
実施の形態２
つぎに本発明の実施の形態２を説明する。図６は本発明の実施の形態２にかかわる液晶表示装置の部分断面図である。図６において、簡潔に説明するため図１〜２と同一または相当部品の説明は省略する。本実施の形態２における直角プリズム１２は、直角をなす２つの面を第１の面１２ａと第２の面１２ｂとし、この第１の面１２ａおよび第２の面１２ｂに対して４５度の角度をなす面を斜面１２ｃとする。なお、直角プリズム１２の第１の面１２ａを混色手段１の出射面１ｄに配置するとともに、直角プリズム１２の第２の面１２ｂを導光板５の導光板入射面５ａに対向するように配置している。また、斜面１２ｃは鏡面であることが好ましい。
【００３４】
なお、実施の形態２は、直角プリズム１２の第１の面１２ａを混色手段１の出射面１ｄに配置し、直角プリズム１２の第２の面１２ｂを導光板５の導光板入射面５ａに対向するように配置している点で前記実施の形態１と異なっており、後述する直角プリズム１２の配置による作用効果以外は、実施の形態１と同様の作用効果を奏する。
【００３５】
前記実施の形態１においては、図２に示されるように、導光板５の下面５ｃと混色手段１の上面１ａとを対向させて重ねているので、導光板５の下面５ｃ側の直角プリズム９の近傍に、たとえば駆動回路基板などの部品を配置することができないために、面状光源装置の設計に多少の制約がある。しかし、本実施の形態２においては、図６に示されるように、直角プリズム１２の第１の面１２ａを混色手段１の出射面１ｄに配置し、直角プリズム１２の第２の面１２ｂを導光板５の導光板入射面５ａに対向するように配置することで、混色手段１の出射面１ｄと導光板５の導光板入射面５ａとが直角をなし、導光板５の下面５ｃ側の直角プリズム１２の近傍にスペースを確保でき、駆動回路基板などを配置することができる。
【００３６】
実施の形態３
つぎに本発明の実施の形態３を説明する。図７は本発明の実施の形態３にかかわる液晶表示装置の部分断面図、図８は本発明の実施の形態３にかかわる液晶表示装置の変形例を示した部分断面図、図９は本発明の実施の形態３にかかわる液晶表示装置の他の変形例を示した部分断面図である。図７〜９において、簡潔に説明するため図１〜２と同一または相当部品の説明は省略する。まず図７に示されるように、本実施の形態３における第２の混色手段１３は、入射面１３ｃから出射面１３ｄに向かって直線的に厚さが増加する（傾斜角度をδ１とする）傾斜平面部１３ｅを有する形状にされている。また、図８に示されるように、本実施の形態３の変形例における第３の混色手段１４は、入射面１４ｃの近傍で入射面１４ｃに垂直な第１の平面部１４ｅと、該第１の平面部１４ｅに続いて出射面１４ｄに向かって直線的に厚さが増加する（傾斜角度をδ２とする）傾斜平面部１４ｆと、出射面１４ｄの近傍で傾斜平面部１４ｆに続いて厚さが前記第１の平面部１４ｅより厚い状態で出射面１４ｄに垂直な第２の平面部１４ｇとから構成されている。また、図９に示されるように、本実施の形態３の他の変形例における第４の混色手段１５は、入射面１５ｃに垂直な平面部１５ｅと、該平面部１５ｅに続いて出射面１５ｄに向かって直線的に厚さが増加する（傾斜角度をδ２とする）傾斜平面部１５ｆとから構成されている。
【００３７】
なお、本実施の形態３は、第２の混色手段１３、第３の混色手段１４および第４の混色手段１５の形状が矩形状でない点で前記実施の形態１と異なっており、後述する第２の混色手段１３、第３の混色手段１４および第４の混色手段１５の形状による作用効果以外は、実施の形態１と同様の作用効果を奏する。
【００３８】
本実施の形態３においては、図７に示されるように、第２の混色手段１３の上面１３ａおよび下面１３ｂが入射面１３ｃに対して同じ傾斜角度δ１で傾斜している傾斜平面部１３ｅを設けることで、実施の形態１における矩形状の混色手段１に比べて、第２の混色手段１３の内部を光が伝搬していき、傾斜平面部１３ｅに対する入射角が小さくなる。入射角が小さくなることで傾斜部平面１３ｅにおける反射角が小さくなり、これを繰り返すことで、第２の混色手段１３の内部から出射面１３ｄに入射する光の入射角の範囲が狭くなる。
【００３９】
したがって、実施の形態１における矩形状の混色手段１の出射面１ｄから出射した光の直角プリズム９への入射角の範囲に比べて、第２の混色手段１３の出射面１３ｄから出射した光の直角プリズム９への入射角の範囲が狭くなることで、直角プリズム９の反射面９ａ、９ｂで全反射される光の量が多くなり効率よく光の向きを変えることが可能である。
【００４０】
また、図８に示されるように、第３の混色手段１４において、傾斜平面部１４ｆにおける厚さより厚い部分を第２の平面部１４ｇとすることにより、導光板５の下面５ｃと第３の混色手段１４の上面側の第２の平面部１４ｇとを平行に配置することができるので、図７に示される第２の混色手段１３と導光板５との位置決めに比べて、位置決めを容易に行なうことができる。
【００４１】
また、第２の混色手段１３の上面１３ａおよび下面１３ｂが入射面１３ｃに対して傾斜している角度δ１を大きくすればするほど、第２の混色手段１３の内部の傾斜平面部１３ｅに対する光の入射角が小さくなり、傾斜部平面１３ｅにおける反射角が小さくなるので好ましい。
【００４２】
しかしながら、図６に示されるように、第２の混色手段１３は一つの側面で単一の傾斜平面部１３ｅを構成しているので、充分な傾斜角度δ１を得るために、第２の混色手段１３の厚さが厚くなり、装置として小型化および軽量化が難しくなる。しかし、実施の形態１における混色手段１に比べて、混色手段の出射面から出射する光の直角プリズム９への入射角の範囲を狭くするのであれば、図８〜９に示されるように、混色手段の側面に少なくとも１箇所だけ傾斜平面部１４ｆ、１５ｆを設けることにより、傾斜角度δ２が同じであっても、混色手段を薄くすることができ、図７に示される液晶表示装置に比べて、装置として小型化および軽量化が可能である。
【００４３】
なお、本実施の形態３においては、混色手段の上面および下面で同じ角度δで傾斜している傾斜平面部を設けているが、混色手段の上面および下面で異なる角度で傾斜している傾斜平面部を設けてもよい。また、本実施の形態３においては、混色手段の上面および下面に傾斜平面部を設けているが、混色手段の入射面および出射面を除く面の少なくなくとも１面に設ければ、実施の形態１における混色手段１に比べて、混色手段の出射面から出射する光の直角プリズム９への入射角の範囲を狭くすることが可能である。
【００４４】
実施の形態４
つぎに本発明の実施の形態４を説明する。図１０は本発明の実施の形態４にかかわる混色手段と透明体である直角プリズムとを一体に形成した液晶表示装置を示す部分断面図、図１１は本発明の実施の形態４にかかわる導光板と透明体である直角プリズムとを一体に形成した液晶表示装置を示す部分断面図、図１２は本発明の実施の形態４にかかわる混色手段、導光板および透明体である直角プリズムを一体に形成した液晶表示装置を示す部分断面図、図１３は本発明の実施の形態４にかかわる混色手段、導光板および透明体を一体に形成した他の液晶表示装置を示す部分断面図である。図１０〜１３において、簡潔に説明するため図４および図７と同一または相当部品の説明は省略する。
【００４５】
図１０に示される第２の混色手段１３と直角プリズム９、図１１に示される導光板５と直角プリズム９および図１２に示される第２の混色手段１３、導光板５および直角プリズム９は、第２の混色手段１３、直角プリズム９および導光板５をそれぞれ成形したのちに、透過率が高い両面テープで貼り付けるか、または紫外線硬化樹脂などで一体化されている。また、図１３に示される第２の混色手段１３、導光板５および半円柱１１は、矩形状の透明体を成形したのち、透明体を加熱しながら曲げることで所望の形状に一体加工されている。
【００４６】
なお、本実施の形態４は、第２の混色手段１３と直角プリズム９、導光板５と直角プリズム９、第２の混色手段１３、導光板５および直角プリズム９、または第２の混色手段１３、導光板５および半円柱１１が一体に形成されている点で前記実施の形態１および３と異なっており、後述する第２の混色手段１３と直角プリズム９、導光板５と直角プリズム９、第２の混色手段１３、導光板５および直角プリズム９または導光板を一体に形成することによる作用効果以外は、実施の形態１および３と同様の作用効果を奏する。
【００４７】
前記実施の形態３においては、図７に示されるように、第２の混色手段１３を出射した光は直角プリズム９の入射面である斜面９ｃ、および直角プリズム９を出射した光は導光板５の導光板入射面５ａに入射されるが、一部の光が斜面９ｃまたは導光板入射面５ａで反射され、光のロスを生じる。しかし、本実施の形態４においては、図１０に示されるように、第２の混色手段１３と直角プリズム９とを一体に形成することにより、実施の形態３のような斜面９ｃでの反射がなくなるため、高輝度の面状光源装置を得ることができる。また、図１１に示されるように、導光板５と直角プリズム９とを一体に形成することにより、実施の形態１のような導光板入射面５ａでの反射をなくすことができるため、高輝度の面状光源装置を得ることができる。また、図１２〜１３に示されるように、第２の混色手段１３、導光板５および直角プリズム９または半円柱１１を一体に形成することにより、実施の形態１および３のような斜面９ｃ、長方形の面１１ａおよび導光板入射面５ａでの反射をなくすことができるため、効果的に導光板上面５ｂまで光を導くことができ、高輝度の面状光源装置を得ることができる。
【００４８】
なお、図１２〜１３における面状光源装置においては、第２の混色手段１３の入射面１３ｃに、図５に示すような複数のプリズム形状の突部を形成することで、第２の混色手段１３の入射面１３ｃに入射した光を該入射面１３ｃの近傍で混色手段１３の内部に拡散させることができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は、以下に示すような効果を奏する。
【００５０】
本発明は、混色手段から導光板への光路に空気より屈折率の高い透明体を介在しているので、点状光源であった光源が面状光源化され、導光板の入射面における入射光の強度が均一となり、導光板の内部の導光板の入射面の近傍での輝度ムラの発生を抑制することができる。
【００５１】
また、点状光源は、赤色の光を発する第１の点状光源と、緑色の光を発する第２の点状光源と、青色の光を発する第３の点状光源とからなるので、点状光源から発せられた赤色、緑色および青色の単色光を白色光として導光板に入射できる。
【００５２】
また、透明体は直角プリズムであり、直角プリズムの斜面を混色手段の出射面と導光板の入射面に対向するよう配設するか、または透明体は半円柱であり、半円柱の長方形の面を混色手段の出射面と導光板の入射面に対向するよう配設しているので、導光板と混色手段とを対向させて重ねることができ、面状光源装置の厚さが薄くできるうえに、狭額縁化を図ることができる。また、混色手段から出射した光を透明体で全反射させ導光板に入射させることで、反射板による反射ロスを透明体の全反射により低減することができる。
【００５３】
また、透明体は直角プリズムであり、混色手段の出射面に対向する第１の面と、導光板の入射面に対向する第２の面とを有し、第１の面と第２の面とが直角をなしているので、混色手段の出射面と導光板の導光板入射面とが直角をなし、導光板の下面側の直角プリズムの近傍にスペースが得ることができる。
【００５４】
また、混色手段が、混色手段の入射面から混色手段の出射面に向かって直線的に混色手段の厚さが増加する傾斜平面部を有するので、直角プリズムの反射面で全反射される光の量が多くなり効率よく光の向きを変えることができる。
【００５５】
また、混色手段が、混色手段の入射面近傍では、混色手段の入射面に垂直な第１の平面部と、第１の平面部に続いて混色手段の出射面に向かって直線的に混色手段の厚さが増加する傾斜平面部と、混色手段の出射面近傍では傾斜平面部に続いて混色手段の厚さが第１の平面部より厚い状態で混色手段の出射面に垂直な第２の平面部とにより構成されているので、直角プリズムの反射面で全反射される光の量が多くなり効率よく光の向きを変えることができる。また、導光板の下面と混色手段の上面側の第２の平面部とを平行に配置することができるので、位置決めを容易に行なうことができる。
【００５６】
また、混色手段が、混色手段の入射面近傍では、混色手段の入射面に垂直な平面部と、平面部に続いて混色手段の出射面に向かって直線的に混色手段の厚さが増加する傾斜平面部とにより構成されているので、直角プリズムの反射面で全反射される光の量が多くなり効率よく光の向きを変えることができる。
【００５７】
また、混色手段と透明体とを一体に形成したり、導光板と透明体とを一体に形成しているので、高輝度の面状光源装置を得ることができる。
【００５８】
また、混色手段、導光板および透明体を一体に形成しているので、効果的に導光板上面まで光を導くことができ、高輝度の面状光源装置を得ることができる。
【００５９】
また、混色手段の入射面にプリズム形状の突部を形成したり、導光板の入射面にプリズム形状の突部を形成しているので、混色手段の入射面に入射した光が入射面近傍で混色手段内部に拡散することで、輝度および色度の均一性が高い面状光源を得ることができる。
【００６０】
さらに本発明は、面状光源装置の上部に、液晶表示素子を備えているので、表示特性に優れた安価な液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかわる液晶表示装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す液晶表示装置のＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】図２における直角プリズムを通る光の光路を説明するための要部拡大図である。
【図４】半円柱を透明体に用いた液晶表示装置の部分断面図である。
【図５】突部を形成した入射面の部分拡大拡大斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかわる液晶表示装置の部分断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかわる液晶表示装置の部分断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３にかかわる液晶表示装置の変形例を示した部分断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３にかかわる液晶表示装置の他の変形例を示した部分断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４にかかわる混色手段と透明体である直角プリズムとを一体に形成した液晶表示装置を示す部分断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態４にかかわる導光板と透明体である直角プリズムとを一体に形成した液晶表示装置を示す部分断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４にかかわる混色手段、導光板および透明体である直角プリズムを一体に形成した液晶表示装置を示す部分断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４にかかわる混色手段、導光板および透明体を一体に形成した他の液晶表示装置を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１ 混色手段
１ａ 上面
１ｂ 下面
１ｃ 入射面
１ｄ 出射面
２ 点状光源
２ａ 第１の点状光源
２ｂ 第２の点状光源
２ｃ 第３の点状光源
５ 導光板
５ａ 導光板入射面
９、１２ 直角プリズム
９ｃ 斜面
１１ 半円柱
１１ａ 長方形の面
１２ａ 第１の面
１２ｂ 第２の面
１３ 第２の混色手段
１３ｃ、１４ｃ、１５ｃ 入射面
１３ｄ、１４ｄ、１５ｄ 出射面
１３ｅ 傾斜平面部
１４ 第３の混色手段
１４ｅ 第１の平面部
１４ｆ 傾斜平面部
１４ｇ 第２の平面部
１５ 第４の混色手段
１５ｅ 平面部
１５ｆ 傾斜平面部
【発明の属する技術分野】
本発明は面状光源装置および該装置を用いた液晶表示装置に関する。さらに詳しくは、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）およびＢ（青色）の単色光を発する発光ダイオードなどの複数の点状光源を用いる面状光源装置および該装置を用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、液晶が挟持された２枚のガラス基板からなる液晶表示素子と該液晶表示素子の裏面側に配置される面状光源装置とから構成されている。この面状光源装置としては、光源に線状の冷陰極管が用いられていたが、冷陰極管には水銀が使用されており、近年の環境問題に対して使用が難しくなってきている。また、水銀の消耗により輝度が劣化するという問題がある。
【０００３】
一方、携帯電話などの小型の液晶表示装置用として、冷陰極管に比べて、光源の寿命の長さおよび発光効率の良さから、発光ダイオード（Light Emitting Diode：以下、単にＬＥＤという）を用いた面状光源装置が開発されている。
【０００４】
従来の発光ダイオードを用いた面状光源装置においては、光を投光するＬＥＤと、この投光を線光源化して出射面より出射する線状の導光体と、この線状化された光を光入射端面において入射し面光源化する導光板とを備えている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２８３８１７号公報（［０００１］〜［０００２］、［００２７］、図１、図２および図８）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＬＥＤを用いた従来の小型の液晶表示装置用面状光源装置の構成を、中小型、大型の液晶表示装置用の面状光源装置に適用した場合には、従来の小型の液晶表示装置のように、光源である白色ＬＥＤを１つ（赤色、緑色および青色の単色光を発するＬＥＤをそれぞれ１つ組み合わせた場合には１組）用いただけでは充分な輝度を得ることができない。このため、輝度を上げるために複数のＬＥＤを光源に用いると、複数のＬＥＤを導光体の光入射端面に沿って（特許文献１の図１におけるＹ方向に）配設することとなり、狭額縁化が困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、叙上の事情に鑑み、輝度ムラおよび色度ムラが発生せず、液晶表示装置の狭額縁化に対応でき、かつ安価な面状光源装置を得ることができるとともに、この面状光源装置を用いることにより優れた表示特性を安価に得ることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の面状光源装置は、対向する一対の上面および下面と該上面および下面の端縁に複数の側面を有しており、該側面のうち、対向する一対の面が入射面および出射面である混色手段と、該混色手段の入射面に近接し、当該入射面の長手方向に沿って配設される複数の点状光源と、前記混色手段に対して略平行または略垂直に配置される矩形状の導光板とを備える面状光源装置であって、前記混色手段から前記導光板への光路に空気より屈折率の高い透明体を介在し、前記混色手段が、該混色手段の入射面から該混色手段の出射面に向かって直線的に該混色手段の厚さが増加する傾斜平面部を有し、前記混色手段、前記導光板および前記透明体が一体に形成され、前記混色手段の入射面にプリズム形状の突部が形成されてなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の液晶表示装置は、前記面状光源装置と、該面状光源装置の上部に配置され、液晶が挟持された２枚のガラス基板からなる液晶表示素子と、該液晶表示素子に接続される駆動回路基板とを備えてなることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の面状光源装置および該装置を用いた液晶表示装置を説明する。
【００１１】
実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１にかかわる液晶表示装置の概略構成を示す平面図、図２は図１に示す液晶表示装置のＩ−Ｉ線断面図、図３は図２における直角プリズムを通る光の光路を説明するための要部拡大図である。図１〜３において、１は混色手段であり、該混色手段１は、対向する一対の上面１ａ、下面１ｂと、該上面１ａ、下面１ｂの端縁を結んだ複数の側面のうち、対向する一対の面である入射面１ｃおよび出射面１ｄから構成されている。なお、混色手段１はすべての面が鏡面であることが好ましい。
【００１２】
ＬＥＤなどの点状光源２は、前記混色手段１の入射面１ｃに近接し、入射面１ｃの長手方向に沿って配設されており、赤色の光を発する第１の点状光源２ａと、緑色の光を発する第２の点状光源２ｂと、青色の光を発する第３の点状光源２ｃとから構成されている。なお、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の単色光を発するＬＥＤは、白色光を発するＬＥＤに比べて、発光効率が高く、カラーフィルタの赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の透過特性と、ＬＥＤの発光スペクトルを合わせ込むことで、色再現性の高い表示装置を得ることができるので好ましい。複数の点状光源２が取り付けられた点状光源基板３は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の単色の点状光源を組み合わせて、全体として白色光となるように配置されている。なお、本実施の形態１では、赤色光を発光する第１の点状光源１ａを２個連続して並べているが、本発明においては、これに限られるものではない。
【００１３】
リフレクタ４が、点状光源２からの光を混色手段１ｃの入射面１ｃへ集光するために、前記点状光源２の周囲に配置されている。矩形状の導光板５の導光板入射面５ａが、前記混色手段１の出射面１ｄと略平行に配置され、導光板上面５ｂを発光面としている。また、該導光板５の導光板下面５ｃには、光反射手段である反射シート６が配置されている。この導光板上面５ｂの上には、光を効率的に利用するための複数枚の光学シートからなる光学シート類７が配置されている。液晶表示素子８は、前記導光板上面５ｂ側に光学シート類７を介して配置されている。
【００１４】
なお、光学シート類７は、レンズシートを拡散シートで挟み込む構成であるが、このレンズシートは輝度の向上が必要な場合には、複数枚をその表面に形成されるプリズムの方向を考慮して組み合わせてもよい。また、拡散シートは、拡散性を向上させる場合には、２枚以上用いることは可能であるが、導光板５およびレンズシートの配向性によっては１枚または使用しなくてもよい。また、保護シート、プリズムシートまたは偏光反射プリズムを組み合わせてもよい。
【００１５】
また、前記液晶表示素子８は、図示しない上側または下側基板上に着色層、遮光層、スイッチング素子となる薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）、画素電極などの電極および配線が形成されたＴＦＴアレイ基板および対向基板、２枚の基板を等間隔に保持するスペーサ、２枚の基板を貼り合わせるシール材、２枚の基板とのあいだに液晶を注入したのちに封止する封止材、液晶に初期配向をもたせる配向膜および光を偏光させる偏光板などから構成されるが、本発明においては、既存の液晶表示素子を用いるので、以下、説明を省略する。
【００１６】
空気より屈折率の高い透明体は、本実施の形態１においては直角プリズム９の形状であり、直角をなす２つの面を反射面９ａ、９ｂとし、該反射面９ａ、９ｂに対して４５度の角度をなす面を斜面９ｃとする。なお、本実施の形態１においては、直角プリズム９の斜面９ｃを混色手段１の出射面１ｄと導光板５の導光板入射面５ａに対向するように配置している。また、反射面９ａ、９ｂは鏡面であることが好ましい。なお、１０は反射板であり、直角プリズム９の斜面９ｃ以外の面に配置されているが、直角プリズム９の斜面９ａ、９ｂで効率よく光を全反射できれば、配置する必要はない。。
【００１７】
前記混色手段１、導光板５および直角プリズム９の材料としては、主に光の透過率が高いＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）またはガラスなどが用いられる。
【００１８】
前記第１の点状光源２ａ、第２の点状光源２ｂおよび第３の点状光源２ｃからなる複数の点状光源２、混色手段１、導光板５および直角プリズム９などを含めて面状光源装置と称す。また、前記液晶表示素子８は、駆動回路基板（図示せず）を備えており、該液晶表示素子８を面状光源装置の上部である導光板上面５ｂ側に配置することで液晶表示装置を構成する。
【００１９】
つぎに点状光源２から発せられた光が混色手段１、直角プリズム９および導光板５を通過したのち、液晶表示素子８に入射するまでの光路について説明する。
【００２０】
前記点状光源２である第１の点状光源２ａ、第２の点状光源２ｂおよび第３の点状光源２ｃから発せられた赤色、緑色および青色の単色光は、直接またはリフレクタ４によって反射され、入射面１ｃから混色手段１に入射する。混色手段１に入射する単色光は、混色手段１と空気との屈折率の違いにより全反射を繰り返しながら混色手段１内部を伝搬していく。単色光は混色手段１内部を伝搬していくうちに配光を広げるので、複数の点状光源２から発せられた赤色、緑色および青色の単色光は混色され白色光に均一化される。光の全反射条件が破られた光は混色手段１の出射面１ｄから出射することとなる。
【００２１】
前記混色手段１の出射面１ｄから出射した光は、混色手段１と直角プリズム９との間隙にある空気中を通過したのち、直角プリズム９の斜面９ｃに入射する。ここで、図３に基づいて直角プリズム９を通る光の光路を説明するが、説明を簡単にするために、直角プリズム９の屈折率を１．５とする。なお、本実施の形態１では直角プリズム９の周囲は空気で満たされているが、直角プリズム９より屈折率が低い材料で直角プリズム９の周囲を満たしてもよい。
【００２２】
図３に示されるように、空気中を通過した光は、直角プリズム９の斜面９ｃに対して入射角θ０（０°≦θ０≦９０°）で入射した場合には、屈折角をθ１とすると、スネルの法則から０°≦θ１≦ｓｉｎ-1（１／ｎ・ｓｉｎθ０）＝４１．８１°を満たす屈折角θ１で屈折される。屈折された光は直角プリズム９内を進み、反射面９ａに対して入射角θ２＝４５°−θ１で入射する。ここで、反射面９ａで全反射する条件は、スネルの法則からθ２＝４５°−θ１≧ｓｉｎ-1（１／ｎ）＝４１．８１°、θ１≦３．１９°、すなわちθ０≦４．７９°となる。
【００２３】
以上のように、直角プリズム９に屈折率１．５の材料を用いた場合に、直角プリズム９の斜面９ｃに対する入射角θ０を−４．７９°≦θ０≦４．７９°で光を入射することで、反射面９ａ、９ｂで光を全反射させることができる。逆に、直角プリズム９の斜面９ｃに対して４．７９°より大きな角度で入射した光は反射面９ａで全反射することなく透過され、直角プリズム９の斜面９ｃに対して−４．７９°より小さな角度で入射した光は反射面９ｂで全反射することなく透過される。透過された光は反射板１０によって反射され、再び直角プリズム９に入射される。この際、反射板１０において反射ロスが生じる。
【００２４】
なお、本実施の形態では、前記直角プリズム９の屈折率を１．５で説明したが、直角プリズム９を屈折率がより高い材料から作製することにより、反射面９ａ、９ｂで全反射する光の直角プリズム９の斜面９ｃに対する入射角θ０の範囲を広げることができる。逆に、直角プリズム９を屈折率が１．４１より低い材料から作製すると、直角プリズム９の斜面９ｃにあらゆる方向から入射した光は直角プリズム９の反射面９ａ、９ｂで全反射せず透過することとなる。このため、直角プリズム９としては、屈折率が１．４１以上の材料を用いることが好ましい。
【００２５】
前記反射面９ａまたは反射面９ｂで全反射した光、または直角プリズム９を透過して反射板１０によって反射されたのち、再び直角プリズム９に入射された光は、全反射または反射板１０での反射を繰り返し、反射板が設けられていない直角プリズム９の斜面９ｃから光の全反射条件が破られ出射する。
【００２６】
前記直角プリズム９の斜面９ｃから出射した光は、空気中を通過し、導光板５の導光板入射面５ａから入射する。導光板５に入射した光は、導光板５と空気との屈折率の違いにより全反射を繰り返しながら導光板５内部を伝搬していく。導光板上面５ｂと対向する導光板下面５ｃには、インクドットなどによる凹凸（図示せず）が形成されており、該凹凸に光があたり拡散することで、光の全反射条件が破られ導光板上面５ｂから光が出射する。また、導光板下面５ｂから出射された光は反射シート６によって反射され、再び導光板５に入射する。
【００２７】
前記導光板上面５ｂから出射した光は、拡散シート、保護シート、レンズシート、偏光反射シートまたはプリズムシートなどからなる光学シート類７を通過して液晶表示素子８に入射する。この液晶表示素子８は、前記ＴＦＴによる電圧のオンまたはオフによって液晶層が配光されることで、液晶表示素子８に入射した光は映像信号にあわせて変調され、赤色、緑色または青色の各色を表示する。
【００２８】
なお、本実施の形態１の面状光源装置では、透明体として直角プリズム９が用いられているが、本発明においては、これに限られるものではなく、たとえば図４に示されるように半円柱１１の透明体を用いても同様の作用効果を奏することができる。なお、図４は半円柱を透明体に用いた液晶表示装置の部分断面図であり、簡潔に説明するため図１〜２と同一または相当部品の説明は省略する。この半円柱１１の長方形の面１１ａは、混色手段１の出射面１ｄと導光板５の導光板入射面５ａに対向するよう配設されている。また、反射板１０は、半円柱１１に合わせて半円形に形成されている。
【００２９】
また、本実施の形態１の面状光源装置において、導光板５の導光板入射面５ａにサンドブラスト加工または梨地加工などにより表面を粗面化するか、または図５に示されるように、複数のプリズム形状の突部を形成することにより、導光板５の導光板入射面５ａに入射した光が導光板入射面５ａの近傍で導光板５の内部に拡散することで、輝度および色度の均一性が高い面状光源を得ることが可能である。なお、図５は突部を形成した導光板の部分拡大斜視図である。
【００３０】
以上のように、本発明の実施の形態１の液晶表示装置によれば、点状光源２から発せられた赤色、緑色および青色の単色光は、混色手段１および透明体９を介すことで、白色光として導光板に入射できるうえに、点状光源であった光源が面状光源化され、導光板４の導光板入射面５ａにおける入射光の強度が均一となり、導光板５の内部の導光板入射面５ａの近傍での色度ムラおよび輝度ムラの発生を抑制することができる。
【００３１】
また、液晶表示素子８に光を面状に出射する導光板５と、点状光源２からの単色光を白色光にする混色手段１との光路に、直角プリズム９を介すことにより、導光板５の下面５ｃと混色手段１の上面１ａとを対向させて重ねることができ、面状光源装置の厚さが薄くできるうえに、狭額縁化を図ることもできる。
【００３２】
さらに混色手段１から出射した光を直角プリズム９で全反射させたのち、導光板５に入射させることで、反射板１０による反射ロスを直角プリズム９の全反射により低減することができる。
【００３３】
実施の形態２
つぎに本発明の実施の形態２を説明する。図６は本発明の実施の形態２にかかわる液晶表示装置の部分断面図である。図６において、簡潔に説明するため図１〜２と同一または相当部品の説明は省略する。本実施の形態２における直角プリズム１２は、直角をなす２つの面を第１の面１２ａと第２の面１２ｂとし、この第１の面１２ａおよび第２の面１２ｂに対して４５度の角度をなす面を斜面１２ｃとする。なお、直角プリズム１２の第１の面１２ａを混色手段１の出射面１ｄに配置するとともに、直角プリズム１２の第２の面１２ｂを導光板５の導光板入射面５ａに対向するように配置している。また、斜面１２ｃは鏡面であることが好ましい。
【００３４】
なお、実施の形態２は、直角プリズム１２の第１の面１２ａを混色手段１の出射面１ｄに配置し、直角プリズム１２の第２の面１２ｂを導光板５の導光板入射面５ａに対向するように配置している点で前記実施の形態１と異なっており、後述する直角プリズム１２の配置による作用効果以外は、実施の形態１と同様の作用効果を奏する。
【００３５】
前記実施の形態１においては、図２に示されるように、導光板５の下面５ｃと混色手段１の上面１ａとを対向させて重ねているので、導光板５の下面５ｃ側の直角プリズム９の近傍に、たとえば駆動回路基板などの部品を配置することができないために、面状光源装置の設計に多少の制約がある。しかし、本実施の形態２においては、図６に示されるように、直角プリズム１２の第１の面１２ａを混色手段１の出射面１ｄに配置し、直角プリズム１２の第２の面１２ｂを導光板５の導光板入射面５ａに対向するように配置することで、混色手段１の出射面１ｄと導光板５の導光板入射面５ａとが直角をなし、導光板５の下面５ｃ側の直角プリズム１２の近傍にスペースを確保でき、駆動回路基板などを配置することができる。
【００３６】
実施の形態３
つぎに本発明の実施の形態３を説明する。図７は本発明の実施の形態３にかかわる液晶表示装置の部分断面図、図８は本発明の実施の形態３にかかわる液晶表示装置の変形例を示した部分断面図、図９は本発明の実施の形態３にかかわる液晶表示装置の他の変形例を示した部分断面図である。図７〜９において、簡潔に説明するため図１〜２と同一または相当部品の説明は省略する。まず図７に示されるように、本実施の形態３における第２の混色手段１３は、入射面１３ｃから出射面１３ｄに向かって直線的に厚さが増加する（傾斜角度をδ１とする）傾斜平面部１３ｅを有する形状にされている。また、図８に示されるように、本実施の形態３の変形例における第３の混色手段１４は、入射面１４ｃの近傍で入射面１４ｃに垂直な第１の平面部１４ｅと、該第１の平面部１４ｅに続いて出射面１４ｄに向かって直線的に厚さが増加する（傾斜角度をδ２とする）傾斜平面部１４ｆと、出射面１４ｄの近傍で傾斜平面部１４ｆに続いて厚さが前記第１の平面部１４ｅより厚い状態で出射面１４ｄに垂直な第２の平面部１４ｇとから構成されている。また、図９に示されるように、本実施の形態３の他の変形例における第４の混色手段１５は、入射面１５ｃに垂直な平面部１５ｅと、該平面部１５ｅに続いて出射面１５ｄに向かって直線的に厚さが増加する（傾斜角度をδ２とする）傾斜平面部１５ｆとから構成されている。
【００３７】
なお、本実施の形態３は、第２の混色手段１３、第３の混色手段１４および第４の混色手段１５の形状が矩形状でない点で前記実施の形態１と異なっており、後述する第２の混色手段１３、第３の混色手段１４および第４の混色手段１５の形状による作用効果以外は、実施の形態１と同様の作用効果を奏する。
【００３８】
本実施の形態３においては、図７に示されるように、第２の混色手段１３の上面１３ａおよび下面１３ｂが入射面１３ｃに対して同じ傾斜角度δ１で傾斜している傾斜平面部１３ｅを設けることで、実施の形態１における矩形状の混色手段１に比べて、第２の混色手段１３の内部を光が伝搬していき、傾斜平面部１３ｅに対する入射角が小さくなる。入射角が小さくなることで傾斜部平面１３ｅにおける反射角が小さくなり、これを繰り返すことで、第２の混色手段１３の内部から出射面１３ｄに入射する光の入射角の範囲が狭くなる。
【００３９】
したがって、実施の形態１における矩形状の混色手段１の出射面１ｄから出射した光の直角プリズム９への入射角の範囲に比べて、第２の混色手段１３の出射面１３ｄから出射した光の直角プリズム９への入射角の範囲が狭くなることで、直角プリズム９の反射面９ａ、９ｂで全反射される光の量が多くなり効率よく光の向きを変えることが可能である。
【００４０】
また、図８に示されるように、第３の混色手段１４において、傾斜平面部１４ｆにおける厚さより厚い部分を第２の平面部１４ｇとすることにより、導光板５の下面５ｃと第３の混色手段１４の上面側の第２の平面部１４ｇとを平行に配置することができるので、図７に示される第２の混色手段１３と導光板５との位置決めに比べて、位置決めを容易に行なうことができる。
【００４１】
また、第２の混色手段１３の上面１３ａおよび下面１３ｂが入射面１３ｃに対して傾斜している角度δ１を大きくすればするほど、第２の混色手段１３の内部の傾斜平面部１３ｅに対する光の入射角が小さくなり、傾斜部平面１３ｅにおける反射角が小さくなるので好ましい。
【００４２】
しかしながら、図６に示されるように、第２の混色手段１３は一つの側面で単一の傾斜平面部１３ｅを構成しているので、充分な傾斜角度δ１を得るために、第２の混色手段１３の厚さが厚くなり、装置として小型化および軽量化が難しくなる。しかし、実施の形態１における混色手段１に比べて、混色手段の出射面から出射する光の直角プリズム９への入射角の範囲を狭くするのであれば、図８〜９に示されるように、混色手段の側面に少なくとも１箇所だけ傾斜平面部１４ｆ、１５ｆを設けることにより、傾斜角度δ２が同じであっても、混色手段を薄くすることができ、図７に示される液晶表示装置に比べて、装置として小型化および軽量化が可能である。
【００４３】
なお、本実施の形態３においては、混色手段の上面および下面で同じ角度δで傾斜している傾斜平面部を設けているが、混色手段の上面および下面で異なる角度で傾斜している傾斜平面部を設けてもよい。また、本実施の形態３においては、混色手段の上面および下面に傾斜平面部を設けているが、混色手段の入射面および出射面を除く面の少なくなくとも１面に設ければ、実施の形態１における混色手段１に比べて、混色手段の出射面から出射する光の直角プリズム９への入射角の範囲を狭くすることが可能である。
【００４４】
実施の形態４
つぎに本発明の実施の形態４を説明する。図１０は本発明の実施の形態４にかかわる混色手段と透明体である直角プリズムとを一体に形成した液晶表示装置を示す部分断面図、図１１は本発明の実施の形態４にかかわる導光板と透明体である直角プリズムとを一体に形成した液晶表示装置を示す部分断面図、図１２は本発明の実施の形態４にかかわる混色手段、導光板および透明体である直角プリズムを一体に形成した液晶表示装置を示す部分断面図、図１３は本発明の実施の形態４にかかわる混色手段、導光板および透明体を一体に形成した他の液晶表示装置を示す部分断面図である。図１０〜１３において、簡潔に説明するため図４および図７と同一または相当部品の説明は省略する。
【００４５】
図１０に示される第２の混色手段１３と直角プリズム９、図１１に示される導光板５と直角プリズム９および図１２に示される第２の混色手段１３、導光板５および直角プリズム９は、第２の混色手段１３、直角プリズム９および導光板５をそれぞれ成形したのちに、透過率が高い両面テープで貼り付けるか、または紫外線硬化樹脂などで一体化されている。また、図１３に示される第２の混色手段１３、導光板５および半円柱１１は、矩形状の透明体を成形したのち、透明体を加熱しながら曲げることで所望の形状に一体加工されている。
【００４６】
なお、本実施の形態４は、第２の混色手段１３と直角プリズム９、導光板５と直角プリズム９、第２の混色手段１３、導光板５および直角プリズム９、または第２の混色手段１３、導光板５および半円柱１１が一体に形成されている点で前記実施の形態１および３と異なっており、後述する第２の混色手段１３と直角プリズム９、導光板５と直角プリズム９、第２の混色手段１３、導光板５および直角プリズム９または導光板を一体に形成することによる作用効果以外は、実施の形態１および３と同様の作用効果を奏する。
【００４７】
前記実施の形態３においては、図７に示されるように、第２の混色手段１３を出射した光は直角プリズム９の入射面である斜面９ｃ、および直角プリズム９を出射した光は導光板５の導光板入射面５ａに入射されるが、一部の光が斜面９ｃまたは導光板入射面５ａで反射され、光のロスを生じる。しかし、本実施の形態４においては、図１０に示されるように、第２の混色手段１３と直角プリズム９とを一体に形成することにより、実施の形態３のような斜面９ｃでの反射がなくなるため、高輝度の面状光源装置を得ることができる。また、図１１に示されるように、導光板５と直角プリズム９とを一体に形成することにより、実施の形態１のような導光板入射面５ａでの反射をなくすことができるため、高輝度の面状光源装置を得ることができる。また、図１２〜１３に示されるように、第２の混色手段１３、導光板５および直角プリズム９または半円柱１１を一体に形成することにより、実施の形態１および３のような斜面９ｃ、長方形の面１１ａおよび導光板入射面５ａでの反射をなくすことができるため、効果的に導光板上面５ｂまで光を導くことができ、高輝度の面状光源装置を得ることができる。
【００４８】
なお、図１２〜１３における面状光源装置においては、第２の混色手段１３の入射面１３ｃに、図５に示すような複数のプリズム形状の突部を形成することで、第２の混色手段１３の入射面１３ｃに入射した光を該入射面１３ｃの近傍で混色手段１３の内部に拡散させることができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は、以下に示すような効果を奏する。
【００５０】
本発明は、混色手段から導光板への光路に空気より屈折率の高い透明体を介在しているので、点状光源であった光源が面状光源化され、導光板の入射面における入射光の強度が均一となり、導光板の内部の導光板の入射面の近傍での輝度ムラの発生を抑制することができる。
【００５１】
また、点状光源は、赤色の光を発する第１の点状光源と、緑色の光を発する第２の点状光源と、青色の光を発する第３の点状光源とからなるので、点状光源から発せられた赤色、緑色および青色の単色光を白色光として導光板に入射できる。
【００５２】
また、透明体は直角プリズムであり、直角プリズムの斜面を混色手段の出射面と導光板の入射面に対向するよう配設するか、または透明体は半円柱であり、半円柱の長方形の面を混色手段の出射面と導光板の入射面に対向するよう配設しているので、導光板と混色手段とを対向させて重ねることができ、面状光源装置の厚さが薄くできるうえに、狭額縁化を図ることができる。また、混色手段から出射した光を透明体で全反射させ導光板に入射させることで、反射板による反射ロスを透明体の全反射により低減することができる。
【００５３】
また、透明体は直角プリズムであり、混色手段の出射面に対向する第１の面と、導光板の入射面に対向する第２の面とを有し、第１の面と第２の面とが直角をなしているので、混色手段の出射面と導光板の導光板入射面とが直角をなし、導光板の下面側の直角プリズムの近傍にスペースが得ることができる。
【００５４】
また、混色手段が、混色手段の入射面から混色手段の出射面に向かって直線的に混色手段の厚さが増加する傾斜平面部を有するので、直角プリズムの反射面で全反射される光の量が多くなり効率よく光の向きを変えることができる。
【００５５】
また、混色手段が、混色手段の入射面近傍では、混色手段の入射面に垂直な第１の平面部と、第１の平面部に続いて混色手段の出射面に向かって直線的に混色手段の厚さが増加する傾斜平面部と、混色手段の出射面近傍では傾斜平面部に続いて混色手段の厚さが第１の平面部より厚い状態で混色手段の出射面に垂直な第２の平面部とにより構成されているので、直角プリズムの反射面で全反射される光の量が多くなり効率よく光の向きを変えることができる。また、導光板の下面と混色手段の上面側の第２の平面部とを平行に配置することができるので、位置決めを容易に行なうことができる。
【００５６】
また、混色手段が、混色手段の入射面近傍では、混色手段の入射面に垂直な平面部と、平面部に続いて混色手段の出射面に向かって直線的に混色手段の厚さが増加する傾斜平面部とにより構成されているので、直角プリズムの反射面で全反射される光の量が多くなり効率よく光の向きを変えることができる。
【００５７】
また、混色手段と透明体とを一体に形成したり、導光板と透明体とを一体に形成しているので、高輝度の面状光源装置を得ることができる。
【００５８】
また、混色手段、導光板および透明体を一体に形成しているので、効果的に導光板上面まで光を導くことができ、高輝度の面状光源装置を得ることができる。
【００５９】
また、混色手段の入射面にプリズム形状の突部を形成したり、導光板の入射面にプリズム形状の突部を形成しているので、混色手段の入射面に入射した光が入射面近傍で混色手段内部に拡散することで、輝度および色度の均一性が高い面状光源を得ることができる。
【００６０】
さらに本発明は、面状光源装置の上部に、液晶表示素子を備えているので、表示特性に優れた安価な液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかわる液晶表示装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す液晶表示装置のＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】図２における直角プリズムを通る光の光路を説明するための要部拡大図である。
【図４】半円柱を透明体に用いた液晶表示装置の部分断面図である。
【図５】突部を形成した入射面の部分拡大拡大斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかわる液晶表示装置の部分断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかわる液晶表示装置の部分断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３にかかわる液晶表示装置の変形例を示した部分断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３にかかわる液晶表示装置の他の変形例を示した部分断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４にかかわる混色手段と透明体である直角プリズムとを一体に形成した液晶表示装置を示す部分断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態４にかかわる導光板と透明体である直角プリズムとを一体に形成した液晶表示装置を示す部分断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４にかかわる混色手段、導光板および透明体である直角プリズムを一体に形成した液晶表示装置を示す部分断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４にかかわる混色手段、導光板および透明体を一体に形成した他の液晶表示装置を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１ 混色手段
１ａ 上面
１ｂ 下面
１ｃ 入射面
１ｄ 出射面
２ 点状光源
２ａ 第１の点状光源
２ｂ 第２の点状光源
２ｃ 第３の点状光源
５ 導光板
５ａ 導光板入射面
９、１２ 直角プリズム
９ｃ 斜面
１１ 半円柱
１１ａ 長方形の面
１２ａ 第１の面
１２ｂ 第２の面
１３ 第２の混色手段
１３ｃ、１４ｃ、１５ｃ 入射面
１３ｄ、１４ｄ、１５ｄ 出射面
１３ｅ 傾斜平面部
１４ 第３の混色手段
１４ｅ 第１の平面部
１４ｆ 傾斜平面部
１４ｇ 第２の平面部
１５ 第４の混色手段
１５ｅ 平面部
１５ｆ 傾斜平面部
Claims (11)
- 対向する一対の上面および下面と該上面および下面の端縁に複数の側面を有しており、該側面のうち、対向する一対の面が入射面および出射面である混色手段と、該混色手段の入射面に近接し、当該入射面の長手方向に沿って配設される複数の点状光源と、前記混色手段に対して略平行または略垂直に配置される矩形状の導光板とを備える面状光源装置であって、
前記混色手段から前記導光板への光路に空気より屈折率の高い透明体を介在し、
前記混色手段が、該混色手段の入射面から該混色手段の出射面に向かって直線的に該混色手段の厚さが増加する傾斜平面部を有し、
前記混色手段、前記導光板および前記透明体が一体に形成され、前記混色手段の入射面にプリズム形状の突部が形成されてなる
ことを特徴とする面状光源装置。 - 前記点状光源が、赤色の光を発する第１の点状光源と、緑色の光を発する第２の点状光源と、青色の光を発する第３の点状光源とからなる請求項１記載の面状光源装置。
- 前記透明体が直角プリズムであり、該直角プリズムの斜面を前記混色手段の出射面と前記導光板の入射面に対向するよう配設してなる請求項１または２記載の面状光源装置。
- 前記透明体が直角プリズムであり、前記混色手段の出射面に対向する第１の面と、前記導光板の入射面に対向する第２の面とを有し、前記第１の面と前記第２の面とが直角をなすよう配設してなる請求項１または２記載の面状光源装置。
- 前記透明体が半円柱であり、該半円柱の長方形の面を、前記混色手段の出射面と前記導光板の入射面に対向するよう配設してなる請求項１または２記載の面状光源装置。
- 前記混色手段が、該混色手段の入射面の近傍では、該混色手段の入射面に垂直な第１の平面部と、該第１の平面部に続いて該混色手段の出射面に向かって直線的に該混色手段の厚さが増加する傾斜平面部と、該混色手段の出射面の近傍では、該傾斜平面部に続いて該混色手段の厚さが前記第１の平面部より厚い状態で前記混色手段の出射面に垂直な第２の平面部とからなる請求項１または２記載の面状光源装置。
- 前記混色手段が、該混色手段の入射面の近傍では、該混色手段の入射面に垂直な平面部と、該平面部に続いて該混色手段の出射面に向かって直線的に該混色手段の厚さが増加する傾斜平面部とからなる請求項１または２記載の面状光源装置。
- 前記混色手段と前記透明体とが一体に形成されてなる請求項１または２項記載の面状光源装置。
- 前記導光板と前記透明体とが一体に形成されてなる請求項１または２項記載の面状光源装置。
- 前記導光板の入射面にプリズム形状の突部が形成されている請求項１または２記載の面状光源装置。
- 前記請求項１〜１０のいずれか１項に記載の面状光源装置と、該面状光源装置の上部に配置され、液晶が挟持された２枚のガラス基板からなる液晶表示素子と、該液晶表示素子に接続される駆動回路基板とを備えてなる液晶表示装置。
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