JP4185721B2 - 照明装置及び液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置及び液晶表示装置に係り、特に、１灯の光源でも出射光量の分布の均一性を向上できる照明装置、及びそれを用いた液晶表示装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、反射型液晶表示装置のフロントライトには、光源、中間導光体、導光板及びこれらを一体保持する内面を反射性にしたケース体などから構成されたユニットが用いられている。
図１３Ａは、従来の液晶表示装置を示す斜視構成図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示す液晶表示装置に備えられたフロントライトを観察側から見たときの平面図である。これらの図に示す液晶表示装置は、液晶表示ユニット１２０と、この液晶表示ユニット１２０の前面側に配設されたフロントライト１１０とから構成されている。液晶表示ユニット１２０は、詳細は図示を省略したが、その前面側から入射した光を反射させて表示を行う反射型の液晶表示ユニットとされ、互いに対向して配置された上基板１２１、下基板１２２との間に液晶層１２３を挟持しており、この液晶層の配向状態を制御することで、光の透過状態を変化させて表示を行うようになっている。
【０００３】
フロントライト１１０は、平板状の導光板１１２と、この導光板１１２の側端面（入光面）１１２ａに配設された棒状の中間導光体１１３と、この中間導光体１１３の一端面（図示左側端面）１１３ｇに配設された白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode;発光ダイオード）などの点光源からなる発光素子１１５とを備えて構成されている。導光板１１２の上面側に、断面視くさび状の複数のプリズム溝１１４が互いに平行に平面視ストライプ状に形成された反射面１１２ｃとされており、下面は、液晶表示ユニット１２０を照明するための照明光が出射される出射面１１２ｂとされている。各プリズム溝１１４は、緩斜面部１１４ａと急斜面部１１４ｂとで形成されている。緩斜面部１１４ａの傾斜角度は、５°以上３５°以下の範囲の一定の値とされ、急斜面部１１４ｂの傾斜角度は緩斜面部１１４ａよりも急な傾斜角度で一定の値とされている。プリズム溝１１４のピッチは、反射面１１２ｃの面内で一定とされている。また、プリズム溝１１４の深さも反射面１１２ｃの面内で一定とされている。中間導光体１１３の外側面１１３ａの長さと、導光板１１２の入光面１１２ａの長さとは同じ長さとされており、中間導光体１１３の端面１１３ｇと導光板１１２の発光素子１１５側の辺端面１１２ｇとは面一とされている。中間導光体１１３の外側面（導光板１１２側と反対側の側面）１１３ａには、外側面１１３ａの長さ方向に沿って（発光素子１１５側の端面１１３ｇ側からこれの反対側の端面１１３ｈ側にかけて）、プリズム面１１３ｆが形成されており、中間導光体１１３内部を伝搬する光を反射させてその伝搬方向を変化させることができるようになっている。
【０００４】
従って、図１３に示すフロントライト１１０では、発光素子１１５から出射された光は、中間導光体１１３の端面を介して導光体１１３内部へ導入され、プリズム面１１３ｆによりその伝搬方向を変化され、導光板１１２の側端面１１２ａから導光板１１２内へ導入され、この光をプリズム溝が形成された導光板１１２上面の反射面（内面）側で反射させることにより光の伝搬方向を変え、導光板１１２の出射面（下面）から液晶表示ユニット１２０へ向けて照射するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
携帯情報端末や携帯用ゲーム機などの携帯電子機器では、バッテリ駆動時間がその使い勝手に大きく影響するために、これらの表示部として用いられる液晶表示装置ではフロントライトの低消費電力化を目的として、図１３に示すフロントライト１１０のように、１灯の発光素子１１５のみを備えた１灯型のフロントライトが用いられるようになってきている。すなわち、発光素子の省略により低消費電力化を実現しようとするものである。また、携帯電子機器の小型化に伴い、フロントライト１１０の板厚を１ｍｍ程度にまで薄型化することも求められている。
【０００６】
しかしながら、このような１灯型のフロントライトでは、対角数インチ以上の広い面積を有する表示領域を、薄型の導光板と１灯の発光素子との組み合わせにより均一かつ明るく照明することはほとんど不可能であった。つまり、図１３に示すフロントライト１１０において、発光素子１１５が片側に設けられた構成とした場合には、この発光素子１１５からの光を導光板に均一に導くために、まず、中間導光体１１３により導光板１１２の側端面長さ方向で入射光を均一化する必要があるが、この中間導光体１１３により導光板１１２への入射光を均一化させること自体が困難であるため、出射面１１２ｂの全面に渡って均一な出射光を得ることが困難で、液晶表示ユニット１２０の表示領域を輝度ムラなく均一に照射することが困難で、表示の視認性を低下させることがあった。そのために、特に顕著な場合には、図１３Ｂに示すような平面視短冊状の暗部１２８が、導光板１１２の発光素子１１５側の辺端面１１２ｇ付近に生じてしまうため出射光のバラツキの問題が生じ、液晶表示装置の視認性を低下させることがあった。
【０００７】
なお、中間導光体１１３の他方の端面１１３ｇ側（図示右側）にも発光素子を設けた２灯式のフロントライトでは、端面１１３ｇ側の発光素子から出射された光により導光板１１２の左側辺端面１１２ｇ付近の光量が補われて明るくなるが、１灯式に比べて消費電力がかかってしまう。
このように、１灯の発光素子を光源として使用するフロントライトへの要求は高まっているものの、薄型でありながら、大きな面積を均一に、かつ明るく照明することができるフロントライトは実現されていなかった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、出射光の均一性を向上でき、かつ明るく照明することができる低消費電力の照明装置を提供することを目的の一つとする。
また、本発明は、出射光の均一性に優れ、大面積を均一に、かつ明るく照明することができる低消費電力の照明装置を提供することを目的の一つとする。
また本発明は、上記照明装置を備え、高輝度で表示品質に優れた液晶表示装置を提供することを目的の一つとする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究及び検討した結果、従来の照明装置において上記のような問題が生じるのは、発光素子から出射されて中間導光体に入射する光は直進方向（中間導光体の長さ方向）に近い光（直進入射光）程光量は強くなり（多くなり）、直進方向から外れた光（斜め入射光）程光量が弱くなり（少なくなり）、しかもこの斜め入射光は発光素子の近傍にあるために、この斜め入射光が中間導光体の外側面の反射面で反射して導光板に入射しても光量が弱いために導光板の発光素子側の辺端面付近に暗部が生じてしまうことが分かった。
そして、本発明者らは更に研究及び検討した結果、発光素子近傍の光量が弱い斜め入射光については導光板に入射されるのを低減し、光量が強い直進出射光については導光板に多く入射できるような構成とすることで上記課題を解決できることを見いだした。
【００１０】
即ち、上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明に係わる照明装置は、導光板と、該導光板の一側端面に沿って配設された中間導光体と、該中間導光体の長さ方向の端面に配設された発光素子とを備え、前記導光板は光が導入される側端面が入光面とされ、前記発光素子から出射された光を前記中間導光体を介して前記導光板の入光面から導光板内部に導入し、前記導光板内部を伝搬する光を前記導光板の一面側から出射させる照明装置であって、前記導光板の入光面に沿った方向の中間導光体の長さは前記導光板の入光面に沿った方向の長さより前記発光素子側に延長形成されており、前記導光板の一側端面と対向する前記中間導光体の側端面が前記発光素子の光を導光板に出射するための出射面とされ、該出射面と反対側の外側面が該中間導光体の内部を伝搬する光を反射させるため反射面とされるとともに、前記中間導光体の外側面に、断面くさび状の溝が複数形成されたプリズム面または微小凹凸が複数形成された凹凸面が形成され、前記プリズム面の外面に第１の反射膜が設けられ、前記中間導光体のプリズム面は、前記中間導光体の前記発光素子側の端面とは離間して設けられることで、前記中間導光体の外側面の前記発光素子近傍に、第２の反射膜が形成されて前記プリズム面が形成されていない領域が設けられ、前記形成されていない領域の長さを、前記中間導光体内部へ伝搬されるように設定し、前記中間導光体の外側面に設けられるプリズム面の形成開始位置は、前記導光板の発光素子側の辺端面の延長線を前記中間導光体の外側面にまで引いたときの前記延長線上よりも発光素子側を−位置、発光素子側の反対側を＋位置とした場合、−１ｍｍ以上、＋０．５ｍｍ以下の範囲とされ、前記中間導光体の外側面に設けられる断面くさび状の溝の深さは、発光素子側と反対側に向かって指数関数的又は三次関数的に増加するように形成され、前記発光素子は、中間導光体側への直進入射光を中間導光体側への斜め入射光より強くした発光特性を有し、前記発光素子からの直進入射光を、前記プリズム面により反射させて前記導光板に入射させるとともに、前記発光素子からの斜め入射光を、前記プリズム面が形成されていない領域に入射させて前記第２の反射膜により反射させて前記中間導光体内部を伝搬させて前記プリズム面により反射させて前記導光板に入射させることを特徴とする。
前記の構成において、前記プリズム面が設けられていない領域が平面状に形成され、該平面状の領域の前記中間導光体の外側面にも反射膜が設けられてなることが好ましい。
【００１１】
本発明の照明装置は、上記構成としたことにより、前記導光板の入光面に沿った方向の中間導光体は前記導光板よりも前記発光素子側に突出したこととなり、中間導光体の一方の端面に発光素子を設けた１灯型であっても、上記発光素子から中間導光体に入射した光のうち発光素子近傍の光量が弱い斜め入射光については上記中間導光体の突出部内の反射面で反射されても導光板に入射するものが少なくなり、光量が強い直進入射光については中間導光体内部を伝搬し、反射面で反射されて中間導光体の反射面と対向する面（中間導光体の出射面）から出射されて導光板に多く入射するので、中間導光体の発光素子側の端面と導光板の発光素子側の辺端面とを面一とした従来の照明装置に比べて、導光板の発光素子側の辺端面付近に生じる暗部を低減でき、導光板の一側面（導光板の出射面）から出射される出射光の均一性を向上でき、かつ明るく照明することができるうえ低消費電力とすることができる。
【００１２】
本発明の照明装置において、上記発光素子から中間導光体に入射した光は、中間導光体内部を伝搬し、上記プリズム面又は凹凸面により反射されて、プリズム面又は凹凸面と対向する面（中間導光体の出射面）から出射されるようになっている。上記構成によれば、上記プリズム面又は凹凸面に反射膜が形成されていることで、プリズム面又は凹凸面における反射率を高め、プリズム面又は凹凸面と対向する面（中間導光体の出射面）方向へ反射する光量を増加させることができる。特に、発光素子からの直進入射光については導光板の入光面方向へ反射する光量を増加させることができ、導光板に入射する直進入射光量が増加し、結果として照明装置の輝度を高めることができる。
【００１３】
また、本発明の照明装置において、前記中間導光体のプリズム面又は凹凸面は、前記中間導光体の前記発光素子側の端面とは離間して設けられていることが必要となる。
前記導光板の入光面に沿った方向の中間導光体の長さを前記導光板の入光面に沿った方向の長さより前記発光素子側に延長形成した本発明の照明装置においては、先に述べたように従来の照明装置に比べて導光板の発光素子側の辺端面付近に生じる暗部を低減できるが、中間導光体の突出部の外側面に設けるプリズム面又は凹凸面の形成条件によっては、例えば、上記中間導光体の外側面に設けられるプリズム面又は凹凸面が該中間導光体の前記発光素子側の端面まで設けられている場合（言い換えればプリズム面又は凹凸面が発光素子と近接している場合）には、発光素子からの斜め入射光の光量は弱いものの、上記プリズム面又は凹凸面で反射して上記中間導光体の出射面方向へ反射して斜め反射光となる。
これら斜め反射光のうち導光板の辺端面と中間導光体の出射面との交点やこの交点より発光素子側と反対側に出射されたものは導光板に斜め入射光として入射するが、上記交点より発光素子側に出射された斜め反射光は導光板に入射しないため、上記交点を通る斜め入射光を境に傾斜した明暗が生じ、導光板の発光素子側の辺端面近傍に三角形状の暗部が生じることがあり、また、上記交点より発光素子側に出射された斜め反射光は導光板の辺端面で拡散し、輝線が生じてしまい見栄えが低下することがある。
上記のように前記中間導光体のプリズム面又は凹凸面は前記中間導光体の前記発光素子側の端面とは離間して設けることで、発光素子からの斜め入射光は、プリズム面又は凹凸面が形成されていない外側面（発光素子とプリズム面又は凹凸面の間の外側面）に入光し、中間導光体内に送り成分として出射され、中間導光体内部を伝搬し、上記プリズム面又は凹凸面により反射されて、中間導光体の出射面から出射されて導光板に直進入射光として入射する。また、発光素子からの直進入射光は中間導光体内部を伝搬し、プリズム面又は凹凸面により反射されて、中間導光体の出射面から出射されて導光板に直進入射光として入射する。
このようにすると、導光板に斜め入射光が入射するのを回避でき、しかも上記交点より発光素子側に出射される斜め反射光の発生も回避できるので、導光板の発光素子側の辺端面近傍に暗部が生じることがなく、斜め方向の輝度ムラが改善され、斜め反射光に起因する輝線の発生も改善され、見栄えが良いものが得られる。このような照明装置によれば、１灯型であっても、出射光の均一性に優れ、大面積を均一に、かつ明るく照明でき、低消費電力の照明装置が得られる。
【００１４】
本発明の照明装置において、前記中間導光体の外側面に設けられるプリズム面の形成開始位置は、前記導光板の発光素子側の辺端面の延長線を前記中間導光体の外側面にまで引いたときの前記延長線上よりも発光素子側を−位置、発光素子側の反対側を＋位置とした場合、−１ｍｍ以上＋０．５ｍｍ以下の範囲とされ、前記中間導光体の外側面に設けられる断面くさび状の溝の深さは、発光素子側と反対側に向かって指数関数的又は三次関数的に増加するように形成され、中間導光体の外側面の前記発光素子近傍に、プリズム面が形成されていない領域が設けられ、前記発光素子は、中間導光体側への直進入射光を中間導光体側への斜め入射光より強くした発光特性を有し、発光素子からの直進入射光を、プリズム面により反射させて導光板に入射させるとともに、発光素子からの斜め入射光を、プリズム面が形成されていない領域に入射させて中間導光体内部を伝搬させてプリズム面により反射させて導光板に入射させることが、中間導光体から出射される斜め反射光に起因する斜め方向の輝度ムラや輝線の発生を改善でき、導光板の発光素子側の辺端面付近に短冊状の暗部が生じるのを防止できる点で必要となる。
前記中間導光体の外側面に設けられるプリズム面の形成開始位置は、−０．５ｍｍ以上、＋０．５ｍｍ以下の範囲とされていることが中間導光体から出射される斜め反射光に起因する斜め方向の輝度ムラや輝線の発生を改善でき、導光板の発光素子側の辺端面近傍に暗部が生じるのを防止でき、導光板から出射される出射光の均一性を向上できる点でより好ましく、０ｍｍ（前記導光板の発光素子側の辺端面の延長線上）であることが上記効果をさらに高めることができる点でさらに好ましい。
【００１５】
また、本発明の照明装置においては、前記中間導光体の外側面に設けられる断面くさび状の溝のピッチは、発光素子側と反対側に向かって指数関数的又は二次関数的に減少するように形成されていることが、中間導光体から出射される光を効率よく導光板に供給でき、また中間導光体から出射される光の均一性を高めることができ、これによって導光板の出射面から出射される光量と、その均一性を高めることができる点で好ましい。
【００１６】
また、本発明の照明装置においては、前記中間導光体の外側面に設けられる断面くさび状の溝の深さは、発光素子側と反対側に向かって指数関数的又は三次関数的に増加するように形成されていることが、中間導光体の長さ方向での出射光量の分布を均一化することができる点で好ましい。
また、本発明の照明装置においては、前記断面くさび状の溝は光を反射させるための対になる斜面を有し、前記溝を構成する２つの斜面のなす角度が、１０５度以上１１５度以下とされていることが、導光板の入光面方向へ出射される光量を増大させることができ、より発光素子の利用効率を高めて、輝度の高い照明装置を実現することができる点で好ましい。上記２つの斜面のなす角度が１０５度未満であると、中間導光体からの出射光の均一性が低下し、１１５度を超えると照明装置の輝度が低下するので好ましくない。
【００１７】
また、本発明の照明装置においては、前記導光板の他の一面側には、緩斜面部と、該緩斜面部より急な傾斜角度を有する急斜面部とで形成される複数のプリズム溝が平面視ストライプ状に形成されていることが、導光板面内で出射光量が均一であり、かつ光源の利用効率が高く高輝度の照明装置が得られる点で好ましい。
また、本発明の照明装置においては、前記導光板のプリズム溝の延在方向が、前記入光面と交差する向きとされていてもよい。なお、当該照明装置により照明される被照明物が所定の間隔の周期的な形状又は模様（規則的パターン）を有している場合に、導光板のプリズム溝と上記被照明物の形状又は模様とが光学的に干渉してモアレ模様が生じるのを防止するために、被照明物における所定の間隔の周期的な形状又は模様（規則的パターン）のピッチに依存してプリズム溝の延在方向と入光面との交差角を設定し、プリズム溝の延在方向と被照明物の規則パターンの繰り返し方向とが平行にならないようにすることが好ましい。
【００１８】
次に、本発明の液晶表示装置は、上記のいずれの構成の本発明の照明装置と、該照明装置により照明される液晶表示ユニットとを備えたことを特徴とする。
本発明の液晶表示装置は、本発明の照明装置を備えたことで、照明装置の発光素子を１灯とした場合にも、明るさの均一性が良好であるため、表示の視認性が良好であり、従って高輝度で表示品質に優れ、低消費電力の液晶表示装置が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
［液晶表示装置の全体構成］
図１は、本発明の第１の実施形態である液晶表示装置の斜視構成図であり、図２は、図１に示す液晶表示装置の平面構成図、図３は、図２に示す液晶表示装置のIII−III線断面図である。本実施形態の液晶表示装置は、図１から図３に示すように、フロントライト（照明装置）１０と、その背面側（図示下面側）に配置された反射型の液晶表示ユニット２０とを備えて構成されている。
【００２０】
フロントライト１０は、図１に示すように、略平板状の透明の導光板１２と、その側端面（一側端面）１２ａに沿って配設された中間導光体１３と、この中間導光体１３の長さ方向の一方の端面１３ｇに配設された発光素子１５と、中間導光体１３、発光素子１５及び導光板１２の側端部を覆うように中間導光体１３側から被着されたケース体（遮光体）１９とを備えて構成されている。この中間導光体１３の長さ方向の端部のうち発光素子１５が配設される側の端部は、導光板１２の側端面１２ａの長さ方向に沿った長さよりも大きく形成されており、中間導光体１３の端面１３ｇと導光板１２の発光素子側の辺端面１２ｇとは面一とされていない。
すなわち、本実施形態に係るフロントライト１０では、発光素子１５と中間導光体１３とが光源とされ、導光板１２の側端面１２ａが導光板の入光面とされている。また、図２に示すように、導光板１２の外面側（図示上面側）には、中間導光体１３が配設された入光面１２ａに対して傾斜角αだけ傾斜して複数のプリズム溝１４が配列形成されている。なお、図１と図２において符号１２ｄは、導光板１２の入光面１２ａと反対側の側端面（末端面）である。
【００２１】
液晶表示ユニット２０は、対向して配置された上基板２１と下基板２２とを備えて構成され、図１に点線で示す矩形状の領域２０Ｄが液晶表示ユニット２０の表示領域とされ、また図２に示すように、表示領域２０Ｄ内に画素２０ｃがマトリクス状に形成されている。
上記構成の液晶表示装置は、液晶表示ユニット２０の表示領域２０Ｄ上に導光板１２が配置され、この導光板１２を透過して液晶表示ユニット２０の表示を視認できるようになっている。また、外光が得られない暗所では、発光素子１５を点灯させ、この発光素子１５から出射された光を中間導光体１３を介して導光板１２の入光面１２ａから導光板内部へ導入し、この光を該導光板内部を伝搬させ導光板１２の図示下面（一面）１２ｂ側から液晶表示ユニット２０へ向けて出射させ、液晶表示ユニット２０を照明するようになっている。
【００２２】
次に、本実施形態の液晶表示装置の各部の構成について図面を参照して詳細に説明する。
［フロントライト］
フロントライト１０の導光板１２は、液晶表示ユニット２０の表示領域上に配置されて発光素子１５から出射された光を下面１２ｂ側から液晶表示ユニット２０に出射する平板状の部材であり、透明なアクリル樹脂などから構成されている。図３の部分断面図に示すように、導光板１２の図示上面（他の一面、言い換えれば液晶表示ユニット２０側と反対側の面）は、複数のプリズム溝１４が互いに平行に平面視ストライプ状に形成された反射面１２ｃとされており、図示下面（液晶表示ユニット２０と対向する面）１２ｂは、液晶表示ユニット２０を照明するための照明光が出射される出射面とされている。
【００２３】
プリズム溝１４は、反射面１２ｃの基準面Ｓに対して傾斜して形成された一対の斜面部により構成された縦断面くさび状のもので、これらの斜面部の一方が緩斜面部１４ａとされ、他方がこの緩斜面部１４ａよりも急な傾斜角度に形成された急斜面部１４ｂとされている。また、プリズム溝１４は、図１及び図２に示すように、その延在方向と、導光板１２の入光面１２ａとが交差する向きとなるように、傾斜して形成されている。そして、導光板１２内部を図３では右側から左側へ伝搬する光（入光面側から末端面側へ伝搬する光）を、反射面１２ｃの急斜面部１４ｂにより出射面１２ｂ側へ反射して導光板１２の背面側に配置された液晶表示ユニット２０に向けて出射させるようになっている。
【００２４】
また、このフロントライト１０では、図３に示す緩斜面部１４ａの傾斜角度θ１は、反射面１２ｃの基準面Ｓに対して１°以上５°以下の範囲とされ、急斜面部１４ｂの傾斜角度θ２が４１°以上４５°以下の範囲とされている。このような範囲とされていることで、導光板１２面内を伝搬する光を効率よく液晶表示ユニット２０へ出射させることができ、明るい表示が可能な液晶表示装置を構成することができる。緩斜面部１４ａの傾斜角度θ１の範囲が、１°未満では、フロントライトの平均輝度が低下し、５°を越える場合には、導光板面内での出射光量を均一化することができなくなる。また、急斜面部１４ｂの傾斜角度θ２が、４１°未満の場合、及び４５°を越える場合には、急斜面部１４ｂにより反射された光の伝搬方向と出射面１２ｂの法線方向とのずれか大きくなり、出射面１２ｂからの出射光量（すなわちフロントライト１０の輝度）が低下するため好ましくない。 反射面１２ｃの基準面Ｓとは、導光板１２の隣接するプリズム溝１４、１４間の頂部１４ｄを含む面である。
【００２５】
また、本実施形態のフロントライト１０ではプリズム溝１４のピッチＰ（プリズム溝１４の頂部１４ｄの間隔あるいは底頂部の間隔）は、導光板の反射面１２ｃ面内で一定とされている。さらに、本実施形態のフロントライト１０の場合はプリズム溝１４の深さｄ（基準面Ｓと、プリズム溝１４の底頂部との距離）も反射面１２ｃの面内で一定とされている。
尚、プリズム溝１４のピッチＰ及び深さｄは、必ずしも反射面１２ｃの面内で一定とする必要はなく、これらを変化させてプリズム溝１４を形成しても本発明の技術範囲を超えるものではない。また、それぞれのプリズム溝１４の傾斜角度θ１及びθ２を変化させてプリズム溝１４を形成しても本発明の技術範囲を超えるものではない。
【００２６】
また、プリズム溝１４は、図２に示すように、プリズム溝１４と入光面１２ａとが成す角度により与えられるプリズム溝１４の傾斜角αが、０°を越えて１５°以下の範囲となるように形成されることが好ましい。また前記傾斜角αは、６．５°以上８．５°以下とされることがより好ましく、このような範囲とすることで、モアレ模様が生じにくく、かつ出射光の均一性に優れるフロントライトとすることができる。
【００２７】
導光板１２を構成する材料としてはアクリル系樹脂のほか、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明な樹脂材料や、ガラスなどを用いることができる。
また、導光板１２は、その板厚を大きくするほど導光板全体として出射光量を均一化することができるので、０．８ｍｍ以上の板厚とすることが好ましく、１．０ｍｍ以上とすることがより好ましい。また、板厚１．２ｍｍ以上では、１．０ｍｍ〜１．５ｍｍの板厚のものと輝度が大きく変わらないため、フロントライト１０の薄型化の点からも、板厚の上限は１．５ｍｍとするのがよい。
【００２８】
中間導光体１３は、導光板１２の入光面１２ａに沿う四角柱状とされた透明部材である。導光板１２の入光面に沿った方向の中間導光体の長さは、導光板１２の入光面１２ａに沿った方向の長さより発光素子側に延長形成されており、即ち、導光板１２よりも発光素子側に突出しており、この突出した側の端面１３ｇに発光素子１５が配設されている。
【００２９】
図４は、この中間導光体１３を拡大して示す平面構成図である。図１及び図４に示すように、導光板１２の入光面１２と対向する中間導光体１３の側端面が、発光素子１５から出射された光を導光板１２に出射するための出射面１３ｋとされ、この出射面１３ｋと反対側の外側面１３ｊは、中間導光体１３の内部を伝搬する光を反射させるため反射面とされている。
また、図４に示すように中間導光体１３の外側面１３ｊには、複数の平面視（横断面）くさび状の溝１３ｂが互いに平行に形成されたプリズム面１３ａとされており、発光素子１５から出射された光は、中間導光体１３内部を、中間導光体１３の長さ方向に伝搬され、くさび状の溝１３ｂ内面で反射されて導光板１２側へ出射されるようになっている。くさび状の溝１３ｂは光を反射させるための対になる斜面１３ｂ１、１３ｂ２を有している。
プリズム面１３ａは、中間導光体１３の発光素子側の端面１３ｇとは離間して設けられている。このプリズム面１３ａの発光素子側の形成開始位置Ｍは、導光板１２の発光素子側の辺端面１２ｇの延長線Ｌを中間導光体１３の外側面１３ｊにまで引いたときの延長線Ｌ上よりも発光素子側を−位置、発光素子側の反対側を＋位置とした場合、先に述べた理由により−１ｍｍ以上＋０．５ｍｍ以下の範囲とされていることが好ましく、−０．５ｍｍ以上＋０．５ｍｍ以下の範囲とされていることがより好ましく、さらに好ましくは０ｍｍ（導光板１２の発光素子側の辺端面１２ｈの延長線Ｌ上）とされる。
【００３０】
このくさび状の溝１３ｂの深さｄ３は、先に述べた理由から発光素子側と反対側に向かって指数関数的又は三次関数的に増加するように形成されており、本実施形態では、発光素子１５から離れて形成されたものほど深い溝（発光素子から離れた溝１３ｂほど中間導光体１３の内側に突出）に形成されており、導光板１２の側端面１２ａに均一に光を照射できるようになっている。
また、このくさび状の溝１３ｂのピッチＰ３（あるいは溝１３の底頂部間の間隔）は、先に述べた理由から発光素子側と反対側に向かって指数関数的又は二次関数的に減少するように形成されており、本実施形態では、発光素子１５から離れるほどピッチＰ３が小さく形成されており、導光板１２の出射面１３ｋから出射される光量と、その均一性を高めることができる。
【００３１】
また、くさび状の溝１３ｂを構成する２つの斜面１３ｂ１、１３ｂ２のなす角度ａは先に述べた理由により１０５度以上１１５度以下とされていることが好ましい。斜面１３ｂ１の角度ｂ、斜面１３ｂ２の角度ｃは、それぞれ３７．５度以上３２．５度以下とされていることが好ましい。また、これら斜面１３ｂ１の角度ｂと斜面１３ｂ２の角度ｃとは同じ大きさであっても異なる大きさであってもよい。
【００３２】
また、中間導光体１３の外側面１３ｊに全面に渡って、すなわち、外側面１３ｊのプリズム面１３ａが形成されている部分及びプリズム面１３ａと発光素子１５の間のプリズム面１３ａが形成されていない非プリズム部１３ｃに、ＡｌやＡｇ等の高反射率の金属薄膜からなる反射膜１７が形成されている。この反射膜１７によりプリズム面１３ａの反射率を高めてプリズム面１３ａと対向する出射面１３ｋ方向へ反射する光量を増加させて、入光面１２ａから導光板１２内へ入射する光量を増加させるようになっている。
【００３３】
中間導光体１３は、 アクリル系樹脂のほか、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明な樹脂材料や、ガラスなどを用いることができる。また発光素子１５は、中間導光体１３の端面部に配設可能であれば、特に限定されず、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や有機ＥＬ素子等を用いることができる。
【００３４】
また、図１に示すように、フロントライト１０の中間導光体１３側には、ケース体１９が被着されている。このケース体１９を含むフロントライト１０の断面構造を図５に示す。図５に示すように、ケース体１９の内面側には、ＡｌやＡｇ等の高反射率の金属薄膜からなる反射膜１９ａが形成されており、中間導光体１３及び導光板１２の側端部から外側に漏洩する光をこの反射膜１９ａで反射させることで、再度中間導光体１３に入射させ、照明光として利用することができるようになっている。
【００３５】
本実施形態のフロントライト１０では、導光板１２の入光面１２ａに沿った方向の中間導光体１３の長さを導光板１２の入光面１２ａに沿った方向の長さより発光素子１５側に延長形成し、しかも中間導光体１３の外側面（反射面）１３ｊに設けられたプリズム面１３ａと、中間導光体１３の発光素子側の端面１３ｇとは離間して設けたことで、発光素子１５から出射された光Ｅのうち発光素子近傍の光量が弱い斜め入射光（直進方向から外れた光）Ｅ１は、非プリズム部１３ｃ（発光素子１５とプリズム面１３ａの間の反射面１３ｊ）に入光し、中間導光体内に送り成分Ｅ２として出射され、中間導光体内部を伝搬し、プリズム面１３ａにより反射されて、中間導光体１３の出射面１３ｋから出射されて導光板１２に直進入射光Ｅ３として入射する。また、発光素子１５から出射された光Ｅのうち光量が強い直進入射光（直進方向及び直進方向に近い光）Ｅ４については中間導光体内部を伝搬し、プリズム面１３ａにより反射されて中間導光体１３の出射面１３ｋから出射されて導光板１３に直進入射光Ｅ３として入射する。
【００３６】
なお、導光板１２の入光面１２ａに沿った方向の中間導光体１３の長さを導光板１２の入光面１２ａに沿った方向の長さより発光素子側に延長形成され、中間導光体１３の外側面のプリズム面と、中間導光体１３の発光素子側の端面１３ｇとが離間されていないタイプのフロントライトにおいては、従来の照明装置に比べて導光板の発光素子側の辺端面付近に生じる暗部を低減できるが、中間導光体の突出部１３ｎの外側面１３ｊに設けるプリズム面１３ａの形成条件によっては、例えば、図９に示すように中間導光体１３の外側面１３ｊに設けられるプリズム面１３ａが中間導光体１３の発光素子側の端面１３ｇまで設けられている場合（言い換えればプリズム面１３ａが発光素子１５と近接している場合）、発光素子１５からの斜め入射光Ｅ１の光量は弱いものの、プリズム面１３ａで反射して中間導光体１３の出射面方向へ反射して斜め反射光Ｅ５となる。
これら斜め反射光Ｅ５のうち導光板１２の辺端面１２ｇと中間導光体１３の出射面１３ｋとの交点Ｆやこの交点Ｆより発光素子側と反対側に出射されたものは導光板１２に斜め入射光Ｅ６として入射するが、上記交点Ｆより発光素子側に出射された斜め反射光Ｅ５は導光板１２に入射しないため、上記交点Ｆを通る斜め入射光Ｅ６を境に傾斜した明暗が生じ、導光板１２の発光素子側の辺端面付近にに三角形状の暗部８８が生じることがあり、また、上記交点Ｆより発光素子側に出射された斜め反射光Ｅ５は導光板１２の辺端面１２ｇで拡散し、輝線が生じてしまい見栄えが低下することがある。
【００３７】
これに対して第１の実施形態のフロントライト１０では、導光板１２の入光面１２ａに沿った方向の中間導光体１３の長さを導光板１２の入光面１２ａに沿った方向の長さより発光素子１５側に延長形成し、しかも中間導光体１３の外側面（反射面）１３ｊに設けられたプリズム面１３ａと、中間導光体１３の発光素子側の端面１３ｇとは離間して設けたことで、導光板１２に斜め入射光が入射するのを回避でき、しかも導光板１２の辺端面１２ｇと中間導光体１３の出射面１３との交点Ｆより発光素子側に出射される斜め反射光の発生も回避できるので、導光板１２の発光素子側の辺端面１２ｇ近傍に暗部が生じることがなく、斜め方向の輝度ムラが改善され、斜め反射光に起因する輝線の発生も改善され、見栄えが良いものが得られる。
従って本実施形態のフロントライト１０によれば、１灯型であっても、出射光の均一性に優れ、大面積を均一に、かつ明るく照明でき、低消費電力のフロントライトを提供できる。
【００３８】
尚、この本実施形態では、中間導光体１３の長さ方向の一方の端面に発光素子１５を設けた１灯型のフロントライトについて説明したが、中間導光体１３の両端部に発光素子１５が設けられていても良いのは勿論であり、その場合、中間導光体１３の他方の端面１３ｈは、導光板１２の他方の辺側端面１２ｈより発光素子側に突出させてもよく、また、プリズム面１３ａは中間導光体１３の他方の端面１３ｈと離間して設けられていることが好ましい。
また、本実施形態では、中間導光体１３の外側面１３ｊに端面１３ｇとは離間してプリズム面１３ａを設け、プリズム面１３ａの表面および非プリズム面１３ｃの表面に反射膜１７を設けた場合について説明したが、プリズム面１３ａに代えて図１０に示すような微小凹凸が複数形成された凹凸面８３ａを設け、この凹凸面８３ａの表面及び非凹凸面８３ｃの表面（中間導光体１３の突出部の外側面）に反射膜１７が設けられたものであっても本実施形態のものと同様の効果が得られる。この凹凸面８３ａは、外側面１３ｊに断面略円弧状の溝８３ｂが複数形成されたものであり、溝８３ｂと溝８３ｂの接合部が曲面とされていないものであるので、横断面形状は曲面の傾きが不連続に形成されたものである。
また、凹凸面８３ａに代えて断面形状が連続した傾きを有する連続カーブを有する凹凸面であってもよく、その場合、溝８３ｂと溝８３ｂの接合部も曲面とされる。
上記のような微小凹凸が複数形成された凹凸面８３ａを形成する場合には、その凹凸面８３ａの曲線の傾斜角（曲線の微小区間の接線傾き）を一定範囲とすることで、中間導光体１３、導光板１２を平面視した状態で中間導光体１３から導光板１２への出射光の広がり範囲を所定範囲内に制御することができ、好ましい結果が得られる。導光板１２側に有効に光を出射するための中間導光体の拡散角は、極力導光板１２の辺端面１２ｇに平行な方向に近い方、あるいは中間導光体１３のプリズム面８３ａが形成された外側面１３ｊの長さ方向に沿った方向に垂直な方向に近い方が良い。
【００３９】
［液晶表示ユニット］
液晶表示ユニット２０は、カラー表示が可能な反射型のパッシブマトリクス型液晶表示ユニットであり、図３に示すように、対向して配置された上基板２１と下基板２２との間に、液晶層２３を挟持して構成され、上基板２１の内面側（液晶層２３側）に、図示左右方向に延在する平面視短冊状の複数の透明電極２６ａ、配向膜２６ｂが順次形成され、下基板２２の内面側（液晶層２３側）には、反射層２５、カラーフィルタ層２９、複数の平面視短冊状の透明電極２８ａ、及び配向膜２８ｂが順次形成されている。
上基板２１の透明電極２６ａと、下基板２２の透明電極２８ａは、いずれも短冊状の平面形状に形成されており、平面視ストライプ状に配列されている。そして、透明電極２６ａの延在方向と、透明電極２８ａの延在方向とは平面視において互いに直交するように配置されている。従って、一つの透明電極２６ａと一つの透明電極２８ａとが交差する位置に液晶表示ユニット２０の１ドットが形成され、それぞれのドットに対応して後述する３色（赤、緑、青）のカラーフィルタのうち１色のカラーフィルタが配置されるようになっている。そして、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に発色する３ドットが、図３に示すように、液晶表示ユニット２０の１画素２０ｃを構成している。また図２に示すように、その平面視においては、表示領域２０Ｄ内に多数の画素２０ｃがマトリクス状に配置された構成とされている。
【００４０】
カラーフィルタ層２９は、赤、緑、青のそれぞれのカラーフィルタ２９Ｒ，２９Ｇ，２９Ｂが、周期的に配列された構成とされており、各カラーフィルタは、それぞれ対応する透明電極２８ａの下側に形成され、各画素２０ｃ毎にカラーフィルタ２９Ｒ，２９Ｇ，２９Ｂの組が配置されている。そして、それぞれのカラーフィルタ２９Ｒ，２９Ｇ，２９Ｂと対応する電極を駆動制御することで、画素２０ｃの表示色が制御されるようになっている。
【００４１】
本実施形態の液晶表示装置においては、フロントライト１０の導光板１２に形成されたプリズム溝１４の延在方向と、液晶表示ユニット２０の画素の配列方向とが交差する向きとされている。つまり、液晶表示ユニット２０に周期的な模様を与えるカラーフィルタ層２９のＲＧＢの繰り返し方向と、プリズム溝１４の延在方向とが平行とならないようにすることで、両者の光学的干渉によるモアレ模様の発生を防ぐようになっている。
【００４２】
図６は、図２に示す液晶表示ユニット２０の隣接する画素群を拡大して示す平面構成図である。この図に示すように、液晶表示ユニット２０には、平面視においてマトリクス状に複数の画素２０ｃが形成されており、それぞれの画素２０ｃは、一組の赤、緑、青のカラーフィルタ２９Ｒ，２９Ｇ，２９Ｂを備えている。そして、図６に示すように、本実施形態の液晶表示装置では、図６に二点鎖線で示されるフロントライト１０のプリズム溝１４の延在方向が、液晶表示ユニット２０の画素２０ｃの配列方向（図示左右方向）に対して傾斜角βだけ傾斜して配置されている。
このプリズム溝１４の画素２０ｃの配列方向（図示左右方向）に対する傾斜角βは、０°を越えて１５°以下の範囲とされることが好ましく、より好ましくは６．５°以上８．５°以下の範囲である。このような範囲とすることで、液晶表示ユニット２０の画素の周期構造と光学的に干渉してモアレ模様が生じるのを防ぐことができる。上記範囲外ではモアレ模様を低減する効果が小さくなる傾向にある。また、上記傾斜角βは、６．５°以上８．５°以下の範囲とすることがより好ましい。このような範囲とすることで、よりモアレ模様を防止する効果が高くなる。なお、モアレ模様が生じる恐れがない場合、上記傾斜角βは０°であってもよい。
【００４３】
本実施形態の液晶表示装置では、図２に示すように、フロントライト１０の導光板側端面１２ａと、液晶表示ユニット２０の画素配列方向とが平行となるように配置されているため、上述のプリズム溝１４の延在方向と導光板側端面１２ａとの成す角度αと、プリズム溝１４の延在方向と画素２０ｃの配列方向との成す角度βとは一致しているが、導光板側端面１２ｃと画素２０ｃの配列方向とが平行とならない場合には、傾斜角αとβは異なる角度となる。この場合、モアレ模様を低減するために傾斜角βを傾斜角αよりも優先して上記範囲とするのがよい。傾斜角βを決定すると、プリズム溝１４の延在方向が決定されるので、導光板１２の出射光量分布を均一化するためにはプリズム溝１４の角度に対して導光板側端面１２ｃの角度を、傾斜角αの範囲となるように調整すればよい。
【００４４】
反射層２５は、アクリル樹脂材料などからなる有機膜と、この有機膜上に形成されたＡｌやＡｇ等の高反射率の金属反射膜とからなり、この反射層２５の表面には、光反射性を有する複数の凹部が複数設けられている。上記有機膜は、上記金属反射膜に所定の表面形状を与えるためのものである。
【００４５】
本実施形態の液晶表示装置は、大面積を均一に、かつ明るく照明することができるフロントライト１０を備えたことで、表示領域２０Ｄの全面にわたって高輝度で均一な明るさで照射されるので、優れた表示品質を得ることができる。また、照明装置の発光素子を１灯とした場合にも、明るさの均一性が低下することがないため、表示の視認性が良好であり、従って優れた表示品質でかつ低消費電力の液晶表示装置が得られる。
【００４６】
［アクティブマトリクス型液晶表示ユニット］
上述の実施形態では、液晶表示ユニット２０をパッシブマトリクス型としたが、本発明に係る液晶表示装置には、アクティブマトリクス型の液晶表示ユニットも適用することができる。この場合にも、液晶表示ユニットの平面構成は、図２に示す先の実施形態の液晶表示ユニット２０と同様であるので、以下の説明には図２も併用することとする。つまり、本構成の液晶表示ユニットは平面視マトリクス状に配列形成された複数の画素２０ｃを備えている。
【００４７】
本構成の液晶表示ユニットに形成された画素２０ｃの平面構成図を図７に示し、図７のVIII−VIII線に沿う断面構成図を図８に示す。図７、８に示す液晶表示ユニットは、対向して配置された上基板３１と、下基板３２との間に液晶層３３を挟持して構成されており、上基板３１の内面側（液晶層３３側）に、平面視マトリクス状に配列形成された複数の略長方形状の透明電極３６と、これら透明電極３６毎に形成された画素スイッチング用のトランジスタ素子Ｔとを備えており、下基板３２の内面側（液晶層３３側）に、反射層３５と、この反射層３５上に形成されたカラーフィルタ層３９と、このカラーフィルタ層３９上の全面に形成された透明電極３８とを備えている。そして、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する３つの透明電極３６が形成された領域が、１画素２０ｃに対応している。尚、図７では、図面を見易くするためにトランジスタ素子Ｔを等価回路図とした。
【００４８】
上記透明電極３６をスイッチングするためのトランジスタ素子Ｔの一端側は、透明電極３６に接続され、トランジスタ素子Ｔの他の二端は、透明電極３６の間の図示左右方向に延在する走査線Ｇ１〜Ｇ３及び、図示上下方向に延在する信号線Ｓ１に接続されている。また、下基板３２の透明電極３６と対応する位置のカラーフィルタ層３９には、それぞれカラーフィルタ３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂが配置され、隣接するカラーフィルタ３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂ間には、ブラックマトリクス３９Ｍが平面視格子状に形成されている。また、図示は省略したが、上基板３１の内面側にも、透明電極３６の周囲を取り囲むように平面視格子状のブラックマトリクスが形成されており、上面側から入射する光がトランジスタ素子Ｔや、これに接続された走査線や信号線に入射しないようになっている。
また、本例の液晶表示ユニットの反射層３５としては、先の実施形態で説明した構成と同様の反射層２５を適用することができる。
【００４９】
上記構成の液晶表示ユニットは、トランジスタ素子Ｔにより透明電極３６の電位を制御し、透明電極３６と下基板３２の透明電極３８との間の液晶層３３の光透過状態を制御することで、表示を行うようになっている。
【００５０】
アクティブマトリクス型の液晶表示ユニットでは、透明電極３６を取り囲むように遮光性のブラックマトリクスが平面視格子状に形成され、また表示のコントラストを高くすることができるため、パッシブマトリクス型の液晶表示ユニットよりも、画素２０ｃの周期的な模様が明瞭になる傾向がある。すなわち、画素２０ｃの周期的配列と、フロントライト１０のプリズム溝１４との光学的干渉が生じやすくなる傾向となるが、本実施形態の液晶表示装置では、プリズム溝１４が画素２０ｃの配列方向と交差する向きに延在するように形成されていることで、前記干渉を抑制し、モアレ模様により視認性が低下するのを効果的に防止することができる。このように、アクティブマトリクス型の液晶表示ユニットを用いて本発明に係る液晶表示装置を構成した場合にも、その表示領域においてモアレ模様が生じることが無く、また均一で明るい表示が可能な表示品質に優れた液晶表示装置とすることができる。
【００５１】
尚、図８には、反射層３５側にカラーフィルタ層３９を形成した場合を示したが、下基板３２側に画素スイッチング用の電極を形成するとともに、この電極が反射層を兼ねる構成とし、上基板３１側にカラーフィルタ層を形成して構成することもできる。
【００５２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の液晶表示装置について図１１を参照して説明する。図１１は、第２の実施形態の液晶表示装置の断面図である。
第２の実施形態の液晶表示装置に備えられたフロントライト５０が、第１の実施形態で用いられたフロントライト１０と異なるところは、導光板１２に形成されたプリズム溝５４の延在方向が入光面１２ａと交差しない点であり、即ち、プリズム溝５４の延存方向は入光面１２ａと平行されている点であるので、上記以外の構成については、図１乃至図３に示すフロントライト１０と同様の構成であるため、以下ではその詳細な説明は省略することとする。また、液晶表示ユニット２０の基本構造は、図１及び図３に示す液晶表示ユニットと同等のものであるので、その詳細な説明は省略する。なお、この実施形態の液晶表示装置に備えられる液晶表示ユニットでは、液晶表示ユニットが有する規則性パターンが目視上認識されない程度に拡散される様に、導光板１２と液晶表示ユニットの上基板との間に拡散層が形成されたている。この拡散層は、例えば、液晶表示ユニットの上基板上に設けられた位相差板や偏光板に積層される。
【００５３】
本実施形態のフロントライト５０においても、中間導光体１３の外側面１３ｊに設けられたプリズム面は中間導光体１３の発光素子側の端面１３ｇとは離間されているので、１灯型であっても、出射光の均一性に優れ、大面積を均一に、かつ明るく照明でき、低消費電力の照明装置が得られる。
本実施形態の液晶表示装置は、上記構成のフロントライト５０を備えたことで、フロントライトの発光素子１５を１灯とした場合にも、明るさの均一性が良好であるため、表示の視認性が良好であり、従って高輝度で表示品質に優れ、低消費電力の液晶表示装置が得られる。
【００５４】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態の液晶表示装置について説明する。図１２は、第３の実施形態の液晶表示装置に備えられたフロントライトの要部を拡大して示す平面構成図である。
第３の実施形態の液晶表示装置に備えられたフロントライト６０が、第１の実施形態で用いられたフロントライト１０と異なるところは、中間導光体１３の突出部１３ｎの外側面１３ｊにもプリズム面１３ａが形成されている点であり、即ち、中間導光体１３の外側面に設けられるプリズム面１３ａが中間導光体１３の発光素子側の端面１３ｇまで設けられている（言い換えればプリズム面１３ａの発光素子側の形成開始位置は、端面１３ｇからの距離が殆ど０である）ので、上記以外の構成については、図１乃至図３に示すフロントライト１０と同様の構成であるため、以下ではその詳細な説明は省略することとする。また、液晶表示ユニット２０は、図１及び図３に示す液晶表示ユニットと同等のものであるので、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
本実施形態のフロントライト６０は、上記構成としたことにより、導光板１２の入光面１２ａに沿った方向の中間導光体１３は導光板１２よりも発光素子側に突出したこととなり、中間導光体１３の一方の端面１３ｇに発光素子１５を設けた１灯型であっても、発光素子１５から中間導光体１３に入射した光のうち発光素子近傍の光量が弱い斜め入射光Ｅ１については中間導光体１３の突出部１３ｎ内のプリズム面１３ａで反射されても導光板１２に入射するものが少なくなり、光量が強い直進入射光Ｅ４については中間導光体内部を伝搬し、プリズム面１３ａで反射されて中間導光体１３の出射面１３ｋから出射されて導光板１２に直進入射光Ｅ３として射するものが多くなるので、図１３に示したような中間導光体１１３の発光素子側の端面１１３ｇと導光板１１２の発光素子側の辺端面１１２ｇとを面一とした従来のフロントライトに比べて、導光板１２の発光素子側の辺端面１２ｇ付近に生じる暗部を低減でき、導光板１２の出射面から出射される出射光の均一性を向上でき、かつ明るく照明することができるうえ低消費電力とすることができる。
【００５６】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。ただし、以下の実施例は本発明を限定するものではない。
（実験例）
本実験例では、図１０の液晶表示装置において、フロントライト５０の導光板１２として、入光面１２ａに沿った方向（長さ方向）の長さ６６．２ｍｍ、辺端面１２ｇに沿った方向（幅方向）の長さ４８ｍｍ、厚み０．９７５ｍｍのアクリル系樹脂製矩形板を用い、さらにこの矩形板の反射面１２ｃに形成するプリズム溝１４のピッチＰを０．９１９ｍｍ、緩斜面部１４ａの傾斜角度θ１を２．６度、急斜面部１４ｂの傾斜角度θ２を４１度とし、発光素子１５として白色ＬＥＤ(日亜化学製のＮＳＣＷ２１５Ｔ）を用い、中間導光体１３として外側面１３ｊに沿った方向（長さ方向）の長さ６８ｍｍ、端面１３ｇに沿った方向（幅方向）の長さ３ｍｍ、厚み０．９ｍｍのアクリル系樹脂製四角柱体を用い、くさび状の溝１３ｂのピッチＰ３を０．３６〜０．２４ｍｍの範囲で、かつ発光素子１５から離れるほどピッチが小さくなるように形成し、深さｄ３を７．４〜７３．５μｍの範囲で、かつ発光素子１５から離れるほど深さが大きくなるように形成し、斜面１３ｂ１、１３ｂ２のなす角度ａを１１０度、斜面１３ｂ１の角度ｂを３５度、斜面１３ｂ２の角度ｃを３５度とし、中間導光体１３の外側面１３ｊに形成するプリズム面１３ａの発光素子側の形成開始位置Ｍを−１ｍｍから＋０．５ｍｍの範囲で変化させた種々のフロントライトを作製した。ここでのプリズム面１３ａの発光素子側の形成開始位置Ｍは、導光板１２の発光素子側の辺端面１２ｇの延長線Ｌを中間導光体１３の外側面１３ｊにまで引いたときの延長線Ｌ上よりも発光素子側を−位置、発光素子側の反対側を＋位置としたときの値である。
また、比較のために中間導光体１３の発光素子側の端面１３ｇと導光板１２の発光素子側の辺端面１２ｇとを面一とし、中間導光体１３の外側面１３ｊの略全面に渡ってプリズム面１３ａを形成することによりプリズム面１３ａの発光素子側の形成開始位置Ｍを０ｍｍとした以外は上記で作製したものと同様のフロントライトを作製した。
作製した各種のフロントライトをそれぞれ図１０に示す液晶表示ユニット２０上に配置し、フロントライトを点灯させて反射面１２ｃ側からフロントライトを観察したときの見栄えについて調べた。なお、液晶表示ユニット２０としては、面方向のサイズが約７０ｍｍ×５０ｍｍのものを用いた。結果を下記表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１に示した結果から導光板の発光素子側の辺端面と中間導光体の発光素子側の端面とが面一とされ、中間導光体の外側面に形成するプリズム面の形成開始位置Ｍが０ｍｍとした比較例のフロントライトは、導光板の辺端面近傍に短冊状の暗部が発生し、見栄えが悪いことがわかる。
また、プリズム面の形成開始位置Ｍが０．５ｍｍより大きくした中間導光体が備えられたフロントライトは、プリズム面と発光素子との距離が遠くなり過ぎることとなり、暗線が発生し、見栄えが悪いことがわかる。
また、中間導光体の外側面に形成するプリズム面の形成開始位置Ｍが−１ｍｍより小さくしたフロントライトでは、プリズム面と発光素子との距離が近接し過ぎることとなり、輝線が発生するが、比較例のものより見栄えがよいことがわかる。
プリズム面の形成開始位置Ｍが−１ｍｍ以上−０．５ｍｍ以下とした中間導光体が備えられたフロントライトは、若干輝線見えるものの、短冊状の暗部は認められず、見栄えが良いことがわかる。
リズム面の形成開始位置Ｍが−０．５ｍｍ以上＋０．５ｍｍ以下とした中間導光体が備えられたフロントライトは、輝線及び暗部は認められず、見栄えが優れていることがわかる。
以上の結果から導光板の入光面に沿った方向の中間導光体の長さを上記導光板の入光面に沿った方向の長さより上記発光素子側に延長形成したフロントライトは、比較例に比べて見栄えを向上でき、さらに中間導光体の外側面に設けられるプリズム面又は凹凸面の形成開始位置は、−１ｍｍ以上＋０．５ｍｍの範囲とするのが好ましく、−０．５ｍｍ以上＋０．５ｍｍ以下の範囲とするのがさらに好ましいことがわかる。
【００５９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明の照明装置によれば、出射光の均一性に優れ、大面積を均一に、かつ明るく照明することができる低消費電力の照明装置を提供できる。
また、本発明の液晶表示装置によれば、高輝度で表示品質に優れた液晶表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の第１の実施形態である液晶表示装置の斜視構成図。
【図２】 図２は、図１に示す液晶表示装置の平面構成図。
【図３】 図２に示す液晶表示装置のIII−III線断面図。
【図４】 図４は、図２に示す中間導光体を拡大して示す平面構成図。
【図５】 図５は、図１に示すフロントライトの部分断面図。
【図６】 図６は、図２に示す液晶表示ユニットの画素群を拡大して示す平面構成図。
【図７】 図７は、アクティブマトリクス型の液晶表示ユニットの画素を拡大して示す平面構成図。
【図８】 図８は、図７のVIII−VIII線に沿う断面図。
【図９】 図９は、中間導光体の突出部の外側面にプリズム面を設けたタイプのフロントライトの中間導光体を拡大して示す平面構成図。
【図１０】 図１０は、本実施形態のフロントライトに備えられる中間導光体の他の例を拡大して示す平面構成図。
【図１１】 図１１は、本発明の第１の実施形態である液晶表示装置の斜視構成図。
【図１２】 第３の実施形態の液晶表示装置に備えられたフロントライトの要部を拡大して示す平面構成図。
【図１３】 図１３Ａは、従来の構成の液晶表示装置の斜視図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示すフロントライトの平面図である。
【符号の説明】
１０，５０，６０ フロントライト（照明装置）
２０ 液晶表示ユニット（被照明物）
１２，導光板
１２ａ 側端面（入光面、一側端面）
１２ｂ 下面（出射面、一面）
１２ｃ 上面（反射面、他の一面）
１２ｄ 側端面（末端面、他の側端面）
１２ｇ 辺端面
１２ｈ 辺端面
１３ 中間導光体
１３ａ、８３ａ プリズム面
１３ｂ、８３ｂ くさび状の溝
１３ｂ１、１３ｂ２ 斜面
１３ｇ 端面
１３ｈ 端面
１４ プリズム溝
１４ａ 緩斜面部
１４ｂ 急斜面部
１４ｄ 頂部
１５ 発光素子
１７ 反射膜
２０ 液晶表示ユニット
θ１ 緩斜面部の傾斜角度
θ２ 急斜面部の傾斜角度
ｄ プリズム溝の深さ
Ｐ プリズム溝のピッチ
ｄ３ くさび状の溝の深さ
Ｐ３ くさび状の溝のピッチ
Ｌ 導光板の発光素子側の辺端面の延長線
Ｍ プリズム面又は凹凸面の形成開始位置
ａ ２つの斜面のなす角度
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置及び液晶表示装置に係り、特に、１灯の光源でも出射光量の分布の均一性を向上できる照明装置、及びそれを用いた液晶表示装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、反射型液晶表示装置のフロントライトには、光源、中間導光体、導光板及びこれらを一体保持する内面を反射性にしたケース体などから構成されたユニットが用いられている。
図１３Ａは、従来の液晶表示装置を示す斜視構成図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示す液晶表示装置に備えられたフロントライトを観察側から見たときの平面図である。これらの図に示す液晶表示装置は、液晶表示ユニット１２０と、この液晶表示ユニット１２０の前面側に配設されたフロントライト１１０とから構成されている。液晶表示ユニット１２０は、詳細は図示を省略したが、その前面側から入射した光を反射させて表示を行う反射型の液晶表示ユニットとされ、互いに対向して配置された上基板１２１、下基板１２２との間に液晶層１２３を挟持しており、この液晶層の配向状態を制御することで、光の透過状態を変化させて表示を行うようになっている。
【０００３】
フロントライト１１０は、平板状の導光板１１２と、この導光板１１２の側端面（入光面）１１２ａに配設された棒状の中間導光体１１３と、この中間導光体１１３の一端面（図示左側端面）１１３ｇに配設された白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode;発光ダイオード）などの点光源からなる発光素子１１５とを備えて構成されている。導光板１１２の上面側に、断面視くさび状の複数のプリズム溝１１４が互いに平行に平面視ストライプ状に形成された反射面１１２ｃとされており、下面は、液晶表示ユニット１２０を照明するための照明光が出射される出射面１１２ｂとされている。各プリズム溝１１４は、緩斜面部１１４ａと急斜面部１１４ｂとで形成されている。緩斜面部１１４ａの傾斜角度は、５°以上３５°以下の範囲の一定の値とされ、急斜面部１１４ｂの傾斜角度は緩斜面部１１４ａよりも急な傾斜角度で一定の値とされている。プリズム溝１１４のピッチは、反射面１１２ｃの面内で一定とされている。また、プリズム溝１１４の深さも反射面１１２ｃの面内で一定とされている。中間導光体１１３の外側面１１３ａの長さと、導光板１１２の入光面１１２ａの長さとは同じ長さとされており、中間導光体１１３の端面１１３ｇと導光板１１２の発光素子１１５側の辺端面１１２ｇとは面一とされている。中間導光体１１３の外側面（導光板１１２側と反対側の側面）１１３ａには、外側面１１３ａの長さ方向に沿って（発光素子１１５側の端面１１３ｇ側からこれの反対側の端面１１３ｈ側にかけて）、プリズム面１１３ｆが形成されており、中間導光体１１３内部を伝搬する光を反射させてその伝搬方向を変化させることができるようになっている。
【０００４】
従って、図１３に示すフロントライト１１０では、発光素子１１５から出射された光は、中間導光体１１３の端面を介して導光体１１３内部へ導入され、プリズム面１１３ｆによりその伝搬方向を変化され、導光板１１２の側端面１１２ａから導光板１１２内へ導入され、この光をプリズム溝が形成された導光板１１２上面の反射面（内面）側で反射させることにより光の伝搬方向を変え、導光板１１２の出射面（下面）から液晶表示ユニット１２０へ向けて照射するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
携帯情報端末や携帯用ゲーム機などの携帯電子機器では、バッテリ駆動時間がその使い勝手に大きく影響するために、これらの表示部として用いられる液晶表示装置ではフロントライトの低消費電力化を目的として、図１３に示すフロントライト１１０のように、１灯の発光素子１１５のみを備えた１灯型のフロントライトが用いられるようになってきている。すなわち、発光素子の省略により低消費電力化を実現しようとするものである。また、携帯電子機器の小型化に伴い、フロントライト１１０の板厚を１ｍｍ程度にまで薄型化することも求められている。
【０００６】
しかしながら、このような１灯型のフロントライトでは、対角数インチ以上の広い面積を有する表示領域を、薄型の導光板と１灯の発光素子との組み合わせにより均一かつ明るく照明することはほとんど不可能であった。つまり、図１３に示すフロントライト１１０において、発光素子１１５が片側に設けられた構成とした場合には、この発光素子１１５からの光を導光板に均一に導くために、まず、中間導光体１１３により導光板１１２の側端面長さ方向で入射光を均一化する必要があるが、この中間導光体１１３により導光板１１２への入射光を均一化させること自体が困難であるため、出射面１１２ｂの全面に渡って均一な出射光を得ることが困難で、液晶表示ユニット１２０の表示領域を輝度ムラなく均一に照射することが困難で、表示の視認性を低下させることがあった。そのために、特に顕著な場合には、図１３Ｂに示すような平面視短冊状の暗部１２８が、導光板１１２の発光素子１１５側の辺端面１１２ｇ付近に生じてしまうため出射光のバラツキの問題が生じ、液晶表示装置の視認性を低下させることがあった。
【０００７】
なお、中間導光体１１３の他方の端面１１３ｇ側（図示右側）にも発光素子を設けた２灯式のフロントライトでは、端面１１３ｇ側の発光素子から出射された光により導光板１１２の左側辺端面１１２ｇ付近の光量が補われて明るくなるが、１灯式に比べて消費電力がかかってしまう。
このように、１灯の発光素子を光源として使用するフロントライトへの要求は高まっているものの、薄型でありながら、大きな面積を均一に、かつ明るく照明することができるフロントライトは実現されていなかった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、出射光の均一性を向上でき、かつ明るく照明することができる低消費電力の照明装置を提供することを目的の一つとする。
また、本発明は、出射光の均一性に優れ、大面積を均一に、かつ明るく照明することができる低消費電力の照明装置を提供することを目的の一つとする。
また本発明は、上記照明装置を備え、高輝度で表示品質に優れた液晶表示装置を提供することを目的の一つとする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究及び検討した結果、従来の照明装置において上記のような問題が生じるのは、発光素子から出射されて中間導光体に入射する光は直進方向（中間導光体の長さ方向）に近い光（直進入射光）程光量は強くなり（多くなり）、直進方向から外れた光（斜め入射光）程光量が弱くなり（少なくなり）、しかもこの斜め入射光は発光素子の近傍にあるために、この斜め入射光が中間導光体の外側面の反射面で反射して導光板に入射しても光量が弱いために導光板の発光素子側の辺端面付近に暗部が生じてしまうことが分かった。
そして、本発明者らは更に研究及び検討した結果、発光素子近傍の光量が弱い斜め入射光については導光板に入射されるのを低減し、光量が強い直進出射光については導光板に多く入射できるような構成とすることで上記課題を解決できることを見いだした。
【００１０】
即ち、上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明に係わる照明装置は、導光板と、該導光板の一側端面に沿って配設された中間導光体と、該中間導光体の長さ方向の端面に配設された発光素子とを備え、前記導光板は光が導入される側端面が入光面とされ、前記発光素子から出射された光を前記中間導光体を介して前記導光板の入光面から導光板内部に導入し、前記導光板内部を伝搬する光を前記導光板の一面側から出射させる照明装置であって、前記導光板の入光面に沿った方向の中間導光体の長さは前記導光板の入光面に沿った方向の長さより前記発光素子側に延長形成されており、前記導光板の一側端面と対向する前記中間導光体の側端面が前記発光素子の光を導光板に出射するための出射面とされ、該出射面と反対側の外側面が該中間導光体の内部を伝搬する光を反射させるため反射面とされるとともに、前記中間導光体の外側面に、断面くさび状の溝が複数形成されたプリズム面または微小凹凸が複数形成された凹凸面が形成され、前記プリズム面の外面に第１の反射膜が設けられ、前記中間導光体のプリズム面は、前記中間導光体の前記発光素子側の端面とは離間して設けられることで、前記中間導光体の外側面の前記発光素子近傍に、第２の反射膜が形成されて前記プリズム面が形成されていない領域が設けられ、前記形成されていない領域の長さを、前記中間導光体内部へ伝搬されるように設定し、前記中間導光体の外側面に設けられるプリズム面の形成開始位置は、前記導光板の発光素子側の辺端面の延長線を前記中間導光体の外側面にまで引いたときの前記延長線上よりも発光素子側を−位置、発光素子側の反対側を＋位置とした場合、−１ｍｍ以上、＋０．５ｍｍ以下の範囲とされ、前記中間導光体の外側面に設けられる断面くさび状の溝の深さは、発光素子側と反対側に向かって指数関数的又は三次関数的に増加するように形成され、前記発光素子は、中間導光体側への直進入射光を中間導光体側への斜め入射光より強くした発光特性を有し、前記発光素子からの直進入射光を、前記プリズム面により反射させて前記導光板に入射させるとともに、前記発光素子からの斜め入射光を、前記プリズム面が形成されていない領域に入射させて前記第２の反射膜により反射させて前記中間導光体内部を伝搬させて前記プリズム面により反射させて前記導光板に入射させることを特徴とする。
前記の構成において、前記プリズム面が設けられていない領域が平面状に形成され、該平面状の領域の前記中間導光体の外側面にも反射膜が設けられてなることが好ましい。
【００１１】
本発明の照明装置は、上記構成としたことにより、前記導光板の入光面に沿った方向の中間導光体は前記導光板よりも前記発光素子側に突出したこととなり、中間導光体の一方の端面に発光素子を設けた１灯型であっても、上記発光素子から中間導光体に入射した光のうち発光素子近傍の光量が弱い斜め入射光については上記中間導光体の突出部内の反射面で反射されても導光板に入射するものが少なくなり、光量が強い直進入射光については中間導光体内部を伝搬し、反射面で反射されて中間導光体の反射面と対向する面（中間導光体の出射面）から出射されて導光板に多く入射するので、中間導光体の発光素子側の端面と導光板の発光素子側の辺端面とを面一とした従来の照明装置に比べて、導光板の発光素子側の辺端面付近に生じる暗部を低減でき、導光板の一側面（導光板の出射面）から出射される出射光の均一性を向上でき、かつ明るく照明することができるうえ低消費電力とすることができる。
【００１２】
本発明の照明装置において、上記発光素子から中間導光体に入射した光は、中間導光体内部を伝搬し、上記プリズム面又は凹凸面により反射されて、プリズム面又は凹凸面と対向する面（中間導光体の出射面）から出射されるようになっている。上記構成によれば、上記プリズム面又は凹凸面に反射膜が形成されていることで、プリズム面又は凹凸面における反射率を高め、プリズム面又は凹凸面と対向する面（中間導光体の出射面）方向へ反射する光量を増加させることができる。特に、発光素子からの直進入射光については導光板の入光面方向へ反射する光量を増加させることができ、導光板に入射する直進入射光量が増加し、結果として照明装置の輝度を高めることができる。
【００１３】
また、本発明の照明装置において、前記中間導光体のプリズム面又は凹凸面は、前記中間導光体の前記発光素子側の端面とは離間して設けられていることが必要となる。
前記導光板の入光面に沿った方向の中間導光体の長さを前記導光板の入光面に沿った方向の長さより前記発光素子側に延長形成した本発明の照明装置においては、先に述べたように従来の照明装置に比べて導光板の発光素子側の辺端面付近に生じる暗部を低減できるが、中間導光体の突出部の外側面に設けるプリズム面又は凹凸面の形成条件によっては、例えば、上記中間導光体の外側面に設けられるプリズム面又は凹凸面が該中間導光体の前記発光素子側の端面まで設けられている場合（言い換えればプリズム面又は凹凸面が発光素子と近接している場合）には、発光素子からの斜め入射光の光量は弱いものの、上記プリズム面又は凹凸面で反射して上記中間導光体の出射面方向へ反射して斜め反射光となる。
これら斜め反射光のうち導光板の辺端面と中間導光体の出射面との交点やこの交点より発光素子側と反対側に出射されたものは導光板に斜め入射光として入射するが、上記交点より発光素子側に出射された斜め反射光は導光板に入射しないため、上記交点を通る斜め入射光を境に傾斜した明暗が生じ、導光板の発光素子側の辺端面近傍に三角形状の暗部が生じることがあり、また、上記交点より発光素子側に出射された斜め反射光は導光板の辺端面で拡散し、輝線が生じてしまい見栄えが低下することがある。
上記のように前記中間導光体のプリズム面又は凹凸面は前記中間導光体の前記発光素子側の端面とは離間して設けることで、発光素子からの斜め入射光は、プリズム面又は凹凸面が形成されていない外側面（発光素子とプリズム面又は凹凸面の間の外側面）に入光し、中間導光体内に送り成分として出射され、中間導光体内部を伝搬し、上記プリズム面又は凹凸面により反射されて、中間導光体の出射面から出射されて導光板に直進入射光として入射する。また、発光素子からの直進入射光は中間導光体内部を伝搬し、プリズム面又は凹凸面により反射されて、中間導光体の出射面から出射されて導光板に直進入射光として入射する。
このようにすると、導光板に斜め入射光が入射するのを回避でき、しかも上記交点より発光素子側に出射される斜め反射光の発生も回避できるので、導光板の発光素子側の辺端面近傍に暗部が生じることがなく、斜め方向の輝度ムラが改善され、斜め反射光に起因する輝線の発生も改善され、見栄えが良いものが得られる。このような照明装置によれば、１灯型であっても、出射光の均一性に優れ、大面積を均一に、かつ明るく照明でき、低消費電力の照明装置が得られる。
【００１４】
本発明の照明装置において、前記中間導光体の外側面に設けられるプリズム面の形成開始位置は、前記導光板の発光素子側の辺端面の延長線を前記中間導光体の外側面にまで引いたときの前記延長線上よりも発光素子側を−位置、発光素子側の反対側を＋位置とした場合、−１ｍｍ以上＋０．５ｍｍ以下の範囲とされ、前記中間導光体の外側面に設けられる断面くさび状の溝の深さは、発光素子側と反対側に向かって指数関数的又は三次関数的に増加するように形成され、中間導光体の外側面の前記発光素子近傍に、プリズム面が形成されていない領域が設けられ、前記発光素子は、中間導光体側への直進入射光を中間導光体側への斜め入射光より強くした発光特性を有し、発光素子からの直進入射光を、プリズム面により反射させて導光板に入射させるとともに、発光素子からの斜め入射光を、プリズム面が形成されていない領域に入射させて中間導光体内部を伝搬させてプリズム面により反射させて導光板に入射させることが、中間導光体から出射される斜め反射光に起因する斜め方向の輝度ムラや輝線の発生を改善でき、導光板の発光素子側の辺端面付近に短冊状の暗部が生じるのを防止できる点で必要となる。
前記中間導光体の外側面に設けられるプリズム面の形成開始位置は、−０．５ｍｍ以上、＋０．５ｍｍ以下の範囲とされていることが中間導光体から出射される斜め反射光に起因する斜め方向の輝度ムラや輝線の発生を改善でき、導光板の発光素子側の辺端面近傍に暗部が生じるのを防止でき、導光板から出射される出射光の均一性を向上できる点でより好ましく、０ｍｍ（前記導光板の発光素子側の辺端面の延長線上）であることが上記効果をさらに高めることができる点でさらに好ましい。
【００１５】
また、本発明の照明装置においては、前記中間導光体の外側面に設けられる断面くさび状の溝のピッチは、発光素子側と反対側に向かって指数関数的又は二次関数的に減少するように形成されていることが、中間導光体から出射される光を効率よく導光板に供給でき、また中間導光体から出射される光の均一性を高めることができ、これによって導光板の出射面から出射される光量と、その均一性を高めることができる点で好ましい。
【００１６】
また、本発明の照明装置においては、前記中間導光体の外側面に設けられる断面くさび状の溝の深さは、発光素子側と反対側に向かって指数関数的又は三次関数的に増加するように形成されていることが、中間導光体の長さ方向での出射光量の分布を均一化することができる点で好ましい。
また、本発明の照明装置においては、前記断面くさび状の溝は光を反射させるための対になる斜面を有し、前記溝を構成する２つの斜面のなす角度が、１０５度以上１１５度以下とされていることが、導光板の入光面方向へ出射される光量を増大させることができ、より発光素子の利用効率を高めて、輝度の高い照明装置を実現することができる点で好ましい。上記２つの斜面のなす角度が１０５度未満であると、中間導光体からの出射光の均一性が低下し、１１５度を超えると照明装置の輝度が低下するので好ましくない。
【００１７】
また、本発明の照明装置においては、前記導光板の他の一面側には、緩斜面部と、該緩斜面部より急な傾斜角度を有する急斜面部とで形成される複数のプリズム溝が平面視ストライプ状に形成されていることが、導光板面内で出射光量が均一であり、かつ光源の利用効率が高く高輝度の照明装置が得られる点で好ましい。
また、本発明の照明装置においては、前記導光板のプリズム溝の延在方向が、前記入光面と交差する向きとされていてもよい。なお、当該照明装置により照明される被照明物が所定の間隔の周期的な形状又は模様（規則的パターン）を有している場合に、導光板のプリズム溝と上記被照明物の形状又は模様とが光学的に干渉してモアレ模様が生じるのを防止するために、被照明物における所定の間隔の周期的な形状又は模様（規則的パターン）のピッチに依存してプリズム溝の延在方向と入光面との交差角を設定し、プリズム溝の延在方向と被照明物の規則パターンの繰り返し方向とが平行にならないようにすることが好ましい。
【００１８】
次に、本発明の液晶表示装置は、上記のいずれの構成の本発明の照明装置と、該照明装置により照明される液晶表示ユニットとを備えたことを特徴とする。
本発明の液晶表示装置は、本発明の照明装置を備えたことで、照明装置の発光素子を１灯とした場合にも、明るさの均一性が良好であるため、表示の視認性が良好であり、従って高輝度で表示品質に優れ、低消費電力の液晶表示装置が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
［液晶表示装置の全体構成］
図１は、本発明の第１の実施形態である液晶表示装置の斜視構成図であり、図２は、図１に示す液晶表示装置の平面構成図、図３は、図２に示す液晶表示装置のIII−III線断面図である。本実施形態の液晶表示装置は、図１から図３に示すように、フロントライト（照明装置）１０と、その背面側（図示下面側）に配置された反射型の液晶表示ユニット２０とを備えて構成されている。
【００２０】
フロントライト１０は、図１に示すように、略平板状の透明の導光板１２と、その側端面（一側端面）１２ａに沿って配設された中間導光体１３と、この中間導光体１３の長さ方向の一方の端面１３ｇに配設された発光素子１５と、中間導光体１３、発光素子１５及び導光板１２の側端部を覆うように中間導光体１３側から被着されたケース体（遮光体）１９とを備えて構成されている。この中間導光体１３の長さ方向の端部のうち発光素子１５が配設される側の端部は、導光板１２の側端面１２ａの長さ方向に沿った長さよりも大きく形成されており、中間導光体１３の端面１３ｇと導光板１２の発光素子側の辺端面１２ｇとは面一とされていない。
すなわち、本実施形態に係るフロントライト１０では、発光素子１５と中間導光体１３とが光源とされ、導光板１２の側端面１２ａが導光板の入光面とされている。また、図２に示すように、導光板１２の外面側（図示上面側）には、中間導光体１３が配設された入光面１２ａに対して傾斜角αだけ傾斜して複数のプリズム溝１４が配列形成されている。なお、図１と図２において符号１２ｄは、導光板１２の入光面１２ａと反対側の側端面（末端面）である。
【００２１】
液晶表示ユニット２０は、対向して配置された上基板２１と下基板２２とを備えて構成され、図１に点線で示す矩形状の領域２０Ｄが液晶表示ユニット２０の表示領域とされ、また図２に示すように、表示領域２０Ｄ内に画素２０ｃがマトリクス状に形成されている。
上記構成の液晶表示装置は、液晶表示ユニット２０の表示領域２０Ｄ上に導光板１２が配置され、この導光板１２を透過して液晶表示ユニット２０の表示を視認できるようになっている。また、外光が得られない暗所では、発光素子１５を点灯させ、この発光素子１５から出射された光を中間導光体１３を介して導光板１２の入光面１２ａから導光板内部へ導入し、この光を該導光板内部を伝搬させ導光板１２の図示下面（一面）１２ｂ側から液晶表示ユニット２０へ向けて出射させ、液晶表示ユニット２０を照明するようになっている。
【００２２】
次に、本実施形態の液晶表示装置の各部の構成について図面を参照して詳細に説明する。
［フロントライト］
フロントライト１０の導光板１２は、液晶表示ユニット２０の表示領域上に配置されて発光素子１５から出射された光を下面１２ｂ側から液晶表示ユニット２０に出射する平板状の部材であり、透明なアクリル樹脂などから構成されている。図３の部分断面図に示すように、導光板１２の図示上面（他の一面、言い換えれば液晶表示ユニット２０側と反対側の面）は、複数のプリズム溝１４が互いに平行に平面視ストライプ状に形成された反射面１２ｃとされており、図示下面（液晶表示ユニット２０と対向する面）１２ｂは、液晶表示ユニット２０を照明するための照明光が出射される出射面とされている。
【００２３】
プリズム溝１４は、反射面１２ｃの基準面Ｓに対して傾斜して形成された一対の斜面部により構成された縦断面くさび状のもので、これらの斜面部の一方が緩斜面部１４ａとされ、他方がこの緩斜面部１４ａよりも急な傾斜角度に形成された急斜面部１４ｂとされている。また、プリズム溝１４は、図１及び図２に示すように、その延在方向と、導光板１２の入光面１２ａとが交差する向きとなるように、傾斜して形成されている。そして、導光板１２内部を図３では右側から左側へ伝搬する光（入光面側から末端面側へ伝搬する光）を、反射面１２ｃの急斜面部１４ｂにより出射面１２ｂ側へ反射して導光板１２の背面側に配置された液晶表示ユニット２０に向けて出射させるようになっている。
【００２４】
また、このフロントライト１０では、図３に示す緩斜面部１４ａの傾斜角度θ１は、反射面１２ｃの基準面Ｓに対して１°以上５°以下の範囲とされ、急斜面部１４ｂの傾斜角度θ２が４１°以上４５°以下の範囲とされている。このような範囲とされていることで、導光板１２面内を伝搬する光を効率よく液晶表示ユニット２０へ出射させることができ、明るい表示が可能な液晶表示装置を構成することができる。緩斜面部１４ａの傾斜角度θ１の範囲が、１°未満では、フロントライトの平均輝度が低下し、５°を越える場合には、導光板面内での出射光量を均一化することができなくなる。また、急斜面部１４ｂの傾斜角度θ２が、４１°未満の場合、及び４５°を越える場合には、急斜面部１４ｂにより反射された光の伝搬方向と出射面１２ｂの法線方向とのずれか大きくなり、出射面１２ｂからの出射光量（すなわちフロントライト１０の輝度）が低下するため好ましくない。 反射面１２ｃの基準面Ｓとは、導光板１２の隣接するプリズム溝１４、１４間の頂部１４ｄを含む面である。
【００２５】
また、本実施形態のフロントライト１０ではプリズム溝１４のピッチＰ（プリズム溝１４の頂部１４ｄの間隔あるいは底頂部の間隔）は、導光板の反射面１２ｃ面内で一定とされている。さらに、本実施形態のフロントライト１０の場合はプリズム溝１４の深さｄ（基準面Ｓと、プリズム溝１４の底頂部との距離）も反射面１２ｃの面内で一定とされている。
尚、プリズム溝１４のピッチＰ及び深さｄは、必ずしも反射面１２ｃの面内で一定とする必要はなく、これらを変化させてプリズム溝１４を形成しても本発明の技術範囲を超えるものではない。また、それぞれのプリズム溝１４の傾斜角度θ１及びθ２を変化させてプリズム溝１４を形成しても本発明の技術範囲を超えるものではない。
【００２６】
また、プリズム溝１４は、図２に示すように、プリズム溝１４と入光面１２ａとが成す角度により与えられるプリズム溝１４の傾斜角αが、０°を越えて１５°以下の範囲となるように形成されることが好ましい。また前記傾斜角αは、６．５°以上８．５°以下とされることがより好ましく、このような範囲とすることで、モアレ模様が生じにくく、かつ出射光の均一性に優れるフロントライトとすることができる。
【００２７】
導光板１２を構成する材料としてはアクリル系樹脂のほか、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明な樹脂材料や、ガラスなどを用いることができる。
また、導光板１２は、その板厚を大きくするほど導光板全体として出射光量を均一化することができるので、０．８ｍｍ以上の板厚とすることが好ましく、１．０ｍｍ以上とすることがより好ましい。また、板厚１．２ｍｍ以上では、１．０ｍｍ〜１．５ｍｍの板厚のものと輝度が大きく変わらないため、フロントライト１０の薄型化の点からも、板厚の上限は１．５ｍｍとするのがよい。
【００２８】
中間導光体１３は、導光板１２の入光面１２ａに沿う四角柱状とされた透明部材である。導光板１２の入光面に沿った方向の中間導光体の長さは、導光板１２の入光面１２ａに沿った方向の長さより発光素子側に延長形成されており、即ち、導光板１２よりも発光素子側に突出しており、この突出した側の端面１３ｇに発光素子１５が配設されている。
【００２９】
図４は、この中間導光体１３を拡大して示す平面構成図である。図１及び図４に示すように、導光板１２の入光面１２と対向する中間導光体１３の側端面が、発光素子１５から出射された光を導光板１２に出射するための出射面１３ｋとされ、この出射面１３ｋと反対側の外側面１３ｊは、中間導光体１３の内部を伝搬する光を反射させるため反射面とされている。
また、図４に示すように中間導光体１３の外側面１３ｊには、複数の平面視（横断面）くさび状の溝１３ｂが互いに平行に形成されたプリズム面１３ａとされており、発光素子１５から出射された光は、中間導光体１３内部を、中間導光体１３の長さ方向に伝搬され、くさび状の溝１３ｂ内面で反射されて導光板１２側へ出射されるようになっている。くさび状の溝１３ｂは光を反射させるための対になる斜面１３ｂ１、１３ｂ２を有している。
プリズム面１３ａは、中間導光体１３の発光素子側の端面１３ｇとは離間して設けられている。このプリズム面１３ａの発光素子側の形成開始位置Ｍは、導光板１２の発光素子側の辺端面１２ｇの延長線Ｌを中間導光体１３の外側面１３ｊにまで引いたときの延長線Ｌ上よりも発光素子側を−位置、発光素子側の反対側を＋位置とした場合、先に述べた理由により−１ｍｍ以上＋０．５ｍｍ以下の範囲とされていることが好ましく、−０．５ｍｍ以上＋０．５ｍｍ以下の範囲とされていることがより好ましく、さらに好ましくは０ｍｍ（導光板１２の発光素子側の辺端面１２ｈの延長線Ｌ上）とされる。
【００３０】
このくさび状の溝１３ｂの深さｄ３は、先に述べた理由から発光素子側と反対側に向かって指数関数的又は三次関数的に増加するように形成されており、本実施形態では、発光素子１５から離れて形成されたものほど深い溝（発光素子から離れた溝１３ｂほど中間導光体１３の内側に突出）に形成されており、導光板１２の側端面１２ａに均一に光を照射できるようになっている。
また、このくさび状の溝１３ｂのピッチＰ３（あるいは溝１３の底頂部間の間隔）は、先に述べた理由から発光素子側と反対側に向かって指数関数的又は二次関数的に減少するように形成されており、本実施形態では、発光素子１５から離れるほどピッチＰ３が小さく形成されており、導光板１２の出射面１３ｋから出射される光量と、その均一性を高めることができる。
【００３１】
また、くさび状の溝１３ｂを構成する２つの斜面１３ｂ１、１３ｂ２のなす角度ａは先に述べた理由により１０５度以上１１５度以下とされていることが好ましい。斜面１３ｂ１の角度ｂ、斜面１３ｂ２の角度ｃは、それぞれ３７．５度以上３２．５度以下とされていることが好ましい。また、これら斜面１３ｂ１の角度ｂと斜面１３ｂ２の角度ｃとは同じ大きさであっても異なる大きさであってもよい。
【００３２】
また、中間導光体１３の外側面１３ｊに全面に渡って、すなわち、外側面１３ｊのプリズム面１３ａが形成されている部分及びプリズム面１３ａと発光素子１５の間のプリズム面１３ａが形成されていない非プリズム部１３ｃに、ＡｌやＡｇ等の高反射率の金属薄膜からなる反射膜１７が形成されている。この反射膜１７によりプリズム面１３ａの反射率を高めてプリズム面１３ａと対向する出射面１３ｋ方向へ反射する光量を増加させて、入光面１２ａから導光板１２内へ入射する光量を増加させるようになっている。
【００３３】
中間導光体１３は、 アクリル系樹脂のほか、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明な樹脂材料や、ガラスなどを用いることができる。また発光素子１５は、中間導光体１３の端面部に配設可能であれば、特に限定されず、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や有機ＥＬ素子等を用いることができる。
【００３４】
また、図１に示すように、フロントライト１０の中間導光体１３側には、ケース体１９が被着されている。このケース体１９を含むフロントライト１０の断面構造を図５に示す。図５に示すように、ケース体１９の内面側には、ＡｌやＡｇ等の高反射率の金属薄膜からなる反射膜１９ａが形成されており、中間導光体１３及び導光板１２の側端部から外側に漏洩する光をこの反射膜１９ａで反射させることで、再度中間導光体１３に入射させ、照明光として利用することができるようになっている。
【００３５】
本実施形態のフロントライト１０では、導光板１２の入光面１２ａに沿った方向の中間導光体１３の長さを導光板１２の入光面１２ａに沿った方向の長さより発光素子１５側に延長形成し、しかも中間導光体１３の外側面（反射面）１３ｊに設けられたプリズム面１３ａと、中間導光体１３の発光素子側の端面１３ｇとは離間して設けたことで、発光素子１５から出射された光Ｅのうち発光素子近傍の光量が弱い斜め入射光（直進方向から外れた光）Ｅ１は、非プリズム部１３ｃ（発光素子１５とプリズム面１３ａの間の反射面１３ｊ）に入光し、中間導光体内に送り成分Ｅ２として出射され、中間導光体内部を伝搬し、プリズム面１３ａにより反射されて、中間導光体１３の出射面１３ｋから出射されて導光板１２に直進入射光Ｅ３として入射する。また、発光素子１５から出射された光Ｅのうち光量が強い直進入射光（直進方向及び直進方向に近い光）Ｅ４については中間導光体内部を伝搬し、プリズム面１３ａにより反射されて中間導光体１３の出射面１３ｋから出射されて導光板１３に直進入射光Ｅ３として入射する。
【００３６】
なお、導光板１２の入光面１２ａに沿った方向の中間導光体１３の長さを導光板１２の入光面１２ａに沿った方向の長さより発光素子側に延長形成され、中間導光体１３の外側面のプリズム面と、中間導光体１３の発光素子側の端面１３ｇとが離間されていないタイプのフロントライトにおいては、従来の照明装置に比べて導光板の発光素子側の辺端面付近に生じる暗部を低減できるが、中間導光体の突出部１３ｎの外側面１３ｊに設けるプリズム面１３ａの形成条件によっては、例えば、図９に示すように中間導光体１３の外側面１３ｊに設けられるプリズム面１３ａが中間導光体１３の発光素子側の端面１３ｇまで設けられている場合（言い換えればプリズム面１３ａが発光素子１５と近接している場合）、発光素子１５からの斜め入射光Ｅ１の光量は弱いものの、プリズム面１３ａで反射して中間導光体１３の出射面方向へ反射して斜め反射光Ｅ５となる。
これら斜め反射光Ｅ５のうち導光板１２の辺端面１２ｇと中間導光体１３の出射面１３ｋとの交点Ｆやこの交点Ｆより発光素子側と反対側に出射されたものは導光板１２に斜め入射光Ｅ６として入射するが、上記交点Ｆより発光素子側に出射された斜め反射光Ｅ５は導光板１２に入射しないため、上記交点Ｆを通る斜め入射光Ｅ６を境に傾斜した明暗が生じ、導光板１２の発光素子側の辺端面付近にに三角形状の暗部８８が生じることがあり、また、上記交点Ｆより発光素子側に出射された斜め反射光Ｅ５は導光板１２の辺端面１２ｇで拡散し、輝線が生じてしまい見栄えが低下することがある。
【００３７】
これに対して第１の実施形態のフロントライト１０では、導光板１２の入光面１２ａに沿った方向の中間導光体１３の長さを導光板１２の入光面１２ａに沿った方向の長さより発光素子１５側に延長形成し、しかも中間導光体１３の外側面（反射面）１３ｊに設けられたプリズム面１３ａと、中間導光体１３の発光素子側の端面１３ｇとは離間して設けたことで、導光板１２に斜め入射光が入射するのを回避でき、しかも導光板１２の辺端面１２ｇと中間導光体１３の出射面１３との交点Ｆより発光素子側に出射される斜め反射光の発生も回避できるので、導光板１２の発光素子側の辺端面１２ｇ近傍に暗部が生じることがなく、斜め方向の輝度ムラが改善され、斜め反射光に起因する輝線の発生も改善され、見栄えが良いものが得られる。
従って本実施形態のフロントライト１０によれば、１灯型であっても、出射光の均一性に優れ、大面積を均一に、かつ明るく照明でき、低消費電力のフロントライトを提供できる。
【００３８】
尚、この本実施形態では、中間導光体１３の長さ方向の一方の端面に発光素子１５を設けた１灯型のフロントライトについて説明したが、中間導光体１３の両端部に発光素子１５が設けられていても良いのは勿論であり、その場合、中間導光体１３の他方の端面１３ｈは、導光板１２の他方の辺側端面１２ｈより発光素子側に突出させてもよく、また、プリズム面１３ａは中間導光体１３の他方の端面１３ｈと離間して設けられていることが好ましい。
また、本実施形態では、中間導光体１３の外側面１３ｊに端面１３ｇとは離間してプリズム面１３ａを設け、プリズム面１３ａの表面および非プリズム面１３ｃの表面に反射膜１７を設けた場合について説明したが、プリズム面１３ａに代えて図１０に示すような微小凹凸が複数形成された凹凸面８３ａを設け、この凹凸面８３ａの表面及び非凹凸面８３ｃの表面（中間導光体１３の突出部の外側面）に反射膜１７が設けられたものであっても本実施形態のものと同様の効果が得られる。この凹凸面８３ａは、外側面１３ｊに断面略円弧状の溝８３ｂが複数形成されたものであり、溝８３ｂと溝８３ｂの接合部が曲面とされていないものであるので、横断面形状は曲面の傾きが不連続に形成されたものである。
また、凹凸面８３ａに代えて断面形状が連続した傾きを有する連続カーブを有する凹凸面であってもよく、その場合、溝８３ｂと溝８３ｂの接合部も曲面とされる。
上記のような微小凹凸が複数形成された凹凸面８３ａを形成する場合には、その凹凸面８３ａの曲線の傾斜角（曲線の微小区間の接線傾き）を一定範囲とすることで、中間導光体１３、導光板１２を平面視した状態で中間導光体１３から導光板１２への出射光の広がり範囲を所定範囲内に制御することができ、好ましい結果が得られる。導光板１２側に有効に光を出射するための中間導光体の拡散角は、極力導光板１２の辺端面１２ｇに平行な方向に近い方、あるいは中間導光体１３のプリズム面８３ａが形成された外側面１３ｊの長さ方向に沿った方向に垂直な方向に近い方が良い。
【００３９】
［液晶表示ユニット］
液晶表示ユニット２０は、カラー表示が可能な反射型のパッシブマトリクス型液晶表示ユニットであり、図３に示すように、対向して配置された上基板２１と下基板２２との間に、液晶層２３を挟持して構成され、上基板２１の内面側（液晶層２３側）に、図示左右方向に延在する平面視短冊状の複数の透明電極２６ａ、配向膜２６ｂが順次形成され、下基板２２の内面側（液晶層２３側）には、反射層２５、カラーフィルタ層２９、複数の平面視短冊状の透明電極２８ａ、及び配向膜２８ｂが順次形成されている。
上基板２１の透明電極２６ａと、下基板２２の透明電極２８ａは、いずれも短冊状の平面形状に形成されており、平面視ストライプ状に配列されている。そして、透明電極２６ａの延在方向と、透明電極２８ａの延在方向とは平面視において互いに直交するように配置されている。従って、一つの透明電極２６ａと一つの透明電極２８ａとが交差する位置に液晶表示ユニット２０の１ドットが形成され、それぞれのドットに対応して後述する３色（赤、緑、青）のカラーフィルタのうち１色のカラーフィルタが配置されるようになっている。そして、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に発色する３ドットが、図３に示すように、液晶表示ユニット２０の１画素２０ｃを構成している。また図２に示すように、その平面視においては、表示領域２０Ｄ内に多数の画素２０ｃがマトリクス状に配置された構成とされている。
【００４０】
カラーフィルタ層２９は、赤、緑、青のそれぞれのカラーフィルタ２９Ｒ，２９Ｇ，２９Ｂが、周期的に配列された構成とされており、各カラーフィルタは、それぞれ対応する透明電極２８ａの下側に形成され、各画素２０ｃ毎にカラーフィルタ２９Ｒ，２９Ｇ，２９Ｂの組が配置されている。そして、それぞれのカラーフィルタ２９Ｒ，２９Ｇ，２９Ｂと対応する電極を駆動制御することで、画素２０ｃの表示色が制御されるようになっている。
【００４１】
本実施形態の液晶表示装置においては、フロントライト１０の導光板１２に形成されたプリズム溝１４の延在方向と、液晶表示ユニット２０の画素の配列方向とが交差する向きとされている。つまり、液晶表示ユニット２０に周期的な模様を与えるカラーフィルタ層２９のＲＧＢの繰り返し方向と、プリズム溝１４の延在方向とが平行とならないようにすることで、両者の光学的干渉によるモアレ模様の発生を防ぐようになっている。
【００４２】
図６は、図２に示す液晶表示ユニット２０の隣接する画素群を拡大して示す平面構成図である。この図に示すように、液晶表示ユニット２０には、平面視においてマトリクス状に複数の画素２０ｃが形成されており、それぞれの画素２０ｃは、一組の赤、緑、青のカラーフィルタ２９Ｒ，２９Ｇ，２９Ｂを備えている。そして、図６に示すように、本実施形態の液晶表示装置では、図６に二点鎖線で示されるフロントライト１０のプリズム溝１４の延在方向が、液晶表示ユニット２０の画素２０ｃの配列方向（図示左右方向）に対して傾斜角βだけ傾斜して配置されている。
このプリズム溝１４の画素２０ｃの配列方向（図示左右方向）に対する傾斜角βは、０°を越えて１５°以下の範囲とされることが好ましく、より好ましくは６．５°以上８．５°以下の範囲である。このような範囲とすることで、液晶表示ユニット２０の画素の周期構造と光学的に干渉してモアレ模様が生じるのを防ぐことができる。上記範囲外ではモアレ模様を低減する効果が小さくなる傾向にある。また、上記傾斜角βは、６．５°以上８．５°以下の範囲とすることがより好ましい。このような範囲とすることで、よりモアレ模様を防止する効果が高くなる。なお、モアレ模様が生じる恐れがない場合、上記傾斜角βは０°であってもよい。
【００４３】
本実施形態の液晶表示装置では、図２に示すように、フロントライト１０の導光板側端面１２ａと、液晶表示ユニット２０の画素配列方向とが平行となるように配置されているため、上述のプリズム溝１４の延在方向と導光板側端面１２ａとの成す角度αと、プリズム溝１４の延在方向と画素２０ｃの配列方向との成す角度βとは一致しているが、導光板側端面１２ｃと画素２０ｃの配列方向とが平行とならない場合には、傾斜角αとβは異なる角度となる。この場合、モアレ模様を低減するために傾斜角βを傾斜角αよりも優先して上記範囲とするのがよい。傾斜角βを決定すると、プリズム溝１４の延在方向が決定されるので、導光板１２の出射光量分布を均一化するためにはプリズム溝１４の角度に対して導光板側端面１２ｃの角度を、傾斜角αの範囲となるように調整すればよい。
【００４４】
反射層２５は、アクリル樹脂材料などからなる有機膜と、この有機膜上に形成されたＡｌやＡｇ等の高反射率の金属反射膜とからなり、この反射層２５の表面には、光反射性を有する複数の凹部が複数設けられている。上記有機膜は、上記金属反射膜に所定の表面形状を与えるためのものである。
【００４５】
本実施形態の液晶表示装置は、大面積を均一に、かつ明るく照明することができるフロントライト１０を備えたことで、表示領域２０Ｄの全面にわたって高輝度で均一な明るさで照射されるので、優れた表示品質を得ることができる。また、照明装置の発光素子を１灯とした場合にも、明るさの均一性が低下することがないため、表示の視認性が良好であり、従って優れた表示品質でかつ低消費電力の液晶表示装置が得られる。
【００４６】
［アクティブマトリクス型液晶表示ユニット］
上述の実施形態では、液晶表示ユニット２０をパッシブマトリクス型としたが、本発明に係る液晶表示装置には、アクティブマトリクス型の液晶表示ユニットも適用することができる。この場合にも、液晶表示ユニットの平面構成は、図２に示す先の実施形態の液晶表示ユニット２０と同様であるので、以下の説明には図２も併用することとする。つまり、本構成の液晶表示ユニットは平面視マトリクス状に配列形成された複数の画素２０ｃを備えている。
【００４７】
本構成の液晶表示ユニットに形成された画素２０ｃの平面構成図を図７に示し、図７のVIII−VIII線に沿う断面構成図を図８に示す。図７、８に示す液晶表示ユニットは、対向して配置された上基板３１と、下基板３２との間に液晶層３３を挟持して構成されており、上基板３１の内面側（液晶層３３側）に、平面視マトリクス状に配列形成された複数の略長方形状の透明電極３６と、これら透明電極３６毎に形成された画素スイッチング用のトランジスタ素子Ｔとを備えており、下基板３２の内面側（液晶層３３側）に、反射層３５と、この反射層３５上に形成されたカラーフィルタ層３９と、このカラーフィルタ層３９上の全面に形成された透明電極３８とを備えている。そして、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する３つの透明電極３６が形成された領域が、１画素２０ｃに対応している。尚、図７では、図面を見易くするためにトランジスタ素子Ｔを等価回路図とした。
【００４８】
上記透明電極３６をスイッチングするためのトランジスタ素子Ｔの一端側は、透明電極３６に接続され、トランジスタ素子Ｔの他の二端は、透明電極３６の間の図示左右方向に延在する走査線Ｇ１〜Ｇ３及び、図示上下方向に延在する信号線Ｓ１に接続されている。また、下基板３２の透明電極３６と対応する位置のカラーフィルタ層３９には、それぞれカラーフィルタ３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂが配置され、隣接するカラーフィルタ３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂ間には、ブラックマトリクス３９Ｍが平面視格子状に形成されている。また、図示は省略したが、上基板３１の内面側にも、透明電極３６の周囲を取り囲むように平面視格子状のブラックマトリクスが形成されており、上面側から入射する光がトランジスタ素子Ｔや、これに接続された走査線や信号線に入射しないようになっている。
また、本例の液晶表示ユニットの反射層３５としては、先の実施形態で説明した構成と同様の反射層２５を適用することができる。
【００４９】
上記構成の液晶表示ユニットは、トランジスタ素子Ｔにより透明電極３６の電位を制御し、透明電極３６と下基板３２の透明電極３８との間の液晶層３３の光透過状態を制御することで、表示を行うようになっている。
【００５０】
アクティブマトリクス型の液晶表示ユニットでは、透明電極３６を取り囲むように遮光性のブラックマトリクスが平面視格子状に形成され、また表示のコントラストを高くすることができるため、パッシブマトリクス型の液晶表示ユニットよりも、画素２０ｃの周期的な模様が明瞭になる傾向がある。すなわち、画素２０ｃの周期的配列と、フロントライト１０のプリズム溝１４との光学的干渉が生じやすくなる傾向となるが、本実施形態の液晶表示装置では、プリズム溝１４が画素２０ｃの配列方向と交差する向きに延在するように形成されていることで、前記干渉を抑制し、モアレ模様により視認性が低下するのを効果的に防止することができる。このように、アクティブマトリクス型の液晶表示ユニットを用いて本発明に係る液晶表示装置を構成した場合にも、その表示領域においてモアレ模様が生じることが無く、また均一で明るい表示が可能な表示品質に優れた液晶表示装置とすることができる。
【００５１】
尚、図８には、反射層３５側にカラーフィルタ層３９を形成した場合を示したが、下基板３２側に画素スイッチング用の電極を形成するとともに、この電極が反射層を兼ねる構成とし、上基板３１側にカラーフィルタ層を形成して構成することもできる。
【００５２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の液晶表示装置について図１１を参照して説明する。図１１は、第２の実施形態の液晶表示装置の断面図である。
第２の実施形態の液晶表示装置に備えられたフロントライト５０が、第１の実施形態で用いられたフロントライト１０と異なるところは、導光板１２に形成されたプリズム溝５４の延在方向が入光面１２ａと交差しない点であり、即ち、プリズム溝５４の延存方向は入光面１２ａと平行されている点であるので、上記以外の構成については、図１乃至図３に示すフロントライト１０と同様の構成であるため、以下ではその詳細な説明は省略することとする。また、液晶表示ユニット２０の基本構造は、図１及び図３に示す液晶表示ユニットと同等のものであるので、その詳細な説明は省略する。なお、この実施形態の液晶表示装置に備えられる液晶表示ユニットでは、液晶表示ユニットが有する規則性パターンが目視上認識されない程度に拡散される様に、導光板１２と液晶表示ユニットの上基板との間に拡散層が形成されたている。この拡散層は、例えば、液晶表示ユニットの上基板上に設けられた位相差板や偏光板に積層される。
【００５３】
本実施形態のフロントライト５０においても、中間導光体１３の外側面１３ｊに設けられたプリズム面は中間導光体１３の発光素子側の端面１３ｇとは離間されているので、１灯型であっても、出射光の均一性に優れ、大面積を均一に、かつ明るく照明でき、低消費電力の照明装置が得られる。
本実施形態の液晶表示装置は、上記構成のフロントライト５０を備えたことで、フロントライトの発光素子１５を１灯とした場合にも、明るさの均一性が良好であるため、表示の視認性が良好であり、従って高輝度で表示品質に優れ、低消費電力の液晶表示装置が得られる。
【００５４】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態の液晶表示装置について説明する。図１２は、第３の実施形態の液晶表示装置に備えられたフロントライトの要部を拡大して示す平面構成図である。
第３の実施形態の液晶表示装置に備えられたフロントライト６０が、第１の実施形態で用いられたフロントライト１０と異なるところは、中間導光体１３の突出部１３ｎの外側面１３ｊにもプリズム面１３ａが形成されている点であり、即ち、中間導光体１３の外側面に設けられるプリズム面１３ａが中間導光体１３の発光素子側の端面１３ｇまで設けられている（言い換えればプリズム面１３ａの発光素子側の形成開始位置は、端面１３ｇからの距離が殆ど０である）ので、上記以外の構成については、図１乃至図３に示すフロントライト１０と同様の構成であるため、以下ではその詳細な説明は省略することとする。また、液晶表示ユニット２０は、図１及び図３に示す液晶表示ユニットと同等のものであるので、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
本実施形態のフロントライト６０は、上記構成としたことにより、導光板１２の入光面１２ａに沿った方向の中間導光体１３は導光板１２よりも発光素子側に突出したこととなり、中間導光体１３の一方の端面１３ｇに発光素子１５を設けた１灯型であっても、発光素子１５から中間導光体１３に入射した光のうち発光素子近傍の光量が弱い斜め入射光Ｅ１については中間導光体１３の突出部１３ｎ内のプリズム面１３ａで反射されても導光板１２に入射するものが少なくなり、光量が強い直進入射光Ｅ４については中間導光体内部を伝搬し、プリズム面１３ａで反射されて中間導光体１３の出射面１３ｋから出射されて導光板１２に直進入射光Ｅ３として射するものが多くなるので、図１３に示したような中間導光体１１３の発光素子側の端面１１３ｇと導光板１１２の発光素子側の辺端面１１２ｇとを面一とした従来のフロントライトに比べて、導光板１２の発光素子側の辺端面１２ｇ付近に生じる暗部を低減でき、導光板１２の出射面から出射される出射光の均一性を向上でき、かつ明るく照明することができるうえ低消費電力とすることができる。
【００５６】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。ただし、以下の実施例は本発明を限定するものではない。
（実験例）
本実験例では、図１０の液晶表示装置において、フロントライト５０の導光板１２として、入光面１２ａに沿った方向（長さ方向）の長さ６６．２ｍｍ、辺端面１２ｇに沿った方向（幅方向）の長さ４８ｍｍ、厚み０．９７５ｍｍのアクリル系樹脂製矩形板を用い、さらにこの矩形板の反射面１２ｃに形成するプリズム溝１４のピッチＰを０．９１９ｍｍ、緩斜面部１４ａの傾斜角度θ１を２．６度、急斜面部１４ｂの傾斜角度θ２を４１度とし、発光素子１５として白色ＬＥＤ(日亜化学製のＮＳＣＷ２１５Ｔ）を用い、中間導光体１３として外側面１３ｊに沿った方向（長さ方向）の長さ６８ｍｍ、端面１３ｇに沿った方向（幅方向）の長さ３ｍｍ、厚み０．９ｍｍのアクリル系樹脂製四角柱体を用い、くさび状の溝１３ｂのピッチＰ３を０．３６〜０．２４ｍｍの範囲で、かつ発光素子１５から離れるほどピッチが小さくなるように形成し、深さｄ３を７．４〜７３．５μｍの範囲で、かつ発光素子１５から離れるほど深さが大きくなるように形成し、斜面１３ｂ１、１３ｂ２のなす角度ａを１１０度、斜面１３ｂ１の角度ｂを３５度、斜面１３ｂ２の角度ｃを３５度とし、中間導光体１３の外側面１３ｊに形成するプリズム面１３ａの発光素子側の形成開始位置Ｍを−１ｍｍから＋０．５ｍｍの範囲で変化させた種々のフロントライトを作製した。ここでのプリズム面１３ａの発光素子側の形成開始位置Ｍは、導光板１２の発光素子側の辺端面１２ｇの延長線Ｌを中間導光体１３の外側面１３ｊにまで引いたときの延長線Ｌ上よりも発光素子側を−位置、発光素子側の反対側を＋位置としたときの値である。
また、比較のために中間導光体１３の発光素子側の端面１３ｇと導光板１２の発光素子側の辺端面１２ｇとを面一とし、中間導光体１３の外側面１３ｊの略全面に渡ってプリズム面１３ａを形成することによりプリズム面１３ａの発光素子側の形成開始位置Ｍを０ｍｍとした以外は上記で作製したものと同様のフロントライトを作製した。
作製した各種のフロントライトをそれぞれ図１０に示す液晶表示ユニット２０上に配置し、フロントライトを点灯させて反射面１２ｃ側からフロントライトを観察したときの見栄えについて調べた。なお、液晶表示ユニット２０としては、面方向のサイズが約７０ｍｍ×５０ｍｍのものを用いた。結果を下記表１に示す。
【００５７】
【表１】
表１に示した結果から導光板の発光素子側の辺端面と中間導光体の発光素子側の端面とが面一とされ、中間導光体の外側面に形成するプリズム面の形成開始位置Ｍが０ｍｍとした比較例のフロントライトは、導光板の辺端面近傍に短冊状の暗部が発生し、見栄えが悪いことがわかる。
また、プリズム面の形成開始位置Ｍが０．５ｍｍより大きくした中間導光体が備えられたフロントライトは、プリズム面と発光素子との距離が遠くなり過ぎることとなり、暗線が発生し、見栄えが悪いことがわかる。
また、中間導光体の外側面に形成するプリズム面の形成開始位置Ｍが−１ｍｍより小さくしたフロントライトでは、プリズム面と発光素子との距離が近接し過ぎることとなり、輝線が発生するが、比較例のものより見栄えがよいことがわかる。
プリズム面の形成開始位置Ｍが−１ｍｍ以上−０．５ｍｍ以下とした中間導光体が備えられたフロントライトは、若干輝線見えるものの、短冊状の暗部は認められず、見栄えが良いことがわかる。
リズム面の形成開始位置Ｍが−０．５ｍｍ以上＋０．５ｍｍ以下とした中間導光体が備えられたフロントライトは、輝線及び暗部は認められず、見栄えが優れていることがわかる。
以上の結果から導光板の入光面に沿った方向の中間導光体の長さを上記導光板の入光面に沿った方向の長さより上記発光素子側に延長形成したフロントライトは、比較例に比べて見栄えを向上でき、さらに中間導光体の外側面に設けられるプリズム面又は凹凸面の形成開始位置は、−１ｍｍ以上＋０．５ｍｍの範囲とするのが好ましく、−０．５ｍｍ以上＋０．５ｍｍ以下の範囲とするのがさらに好ましいことがわかる。
【００５９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明の照明装置によれば、出射光の均一性に優れ、大面積を均一に、かつ明るく照明することができる低消費電力の照明装置を提供できる。
また、本発明の液晶表示装置によれば、高輝度で表示品質に優れた液晶表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の第１の実施形態である液晶表示装置の斜視構成図。
【図２】 図２は、図１に示す液晶表示装置の平面構成図。
【図３】 図２に示す液晶表示装置のIII−III線断面図。
【図４】 図４は、図２に示す中間導光体を拡大して示す平面構成図。
【図５】 図５は、図１に示すフロントライトの部分断面図。
【図６】 図６は、図２に示す液晶表示ユニットの画素群を拡大して示す平面構成図。
【図７】 図７は、アクティブマトリクス型の液晶表示ユニットの画素を拡大して示す平面構成図。
【図８】 図８は、図７のVIII−VIII線に沿う断面図。
【図９】 図９は、中間導光体の突出部の外側面にプリズム面を設けたタイプのフロントライトの中間導光体を拡大して示す平面構成図。
【図１０】 図１０は、本実施形態のフロントライトに備えられる中間導光体の他の例を拡大して示す平面構成図。
【図１１】 図１１は、本発明の第１の実施形態である液晶表示装置の斜視構成図。
【図１２】 第３の実施形態の液晶表示装置に備えられたフロントライトの要部を拡大して示す平面構成図。
【図１３】 図１３Ａは、従来の構成の液晶表示装置の斜視図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示すフロントライトの平面図である。
【符号の説明】
１０，５０，６０ フロントライト（照明装置）
２０ 液晶表示ユニット（被照明物）
１２，導光板
１２ａ 側端面（入光面、一側端面）
１２ｂ 下面（出射面、一面）
１２ｃ 上面（反射面、他の一面）
１２ｄ 側端面（末端面、他の側端面）
１２ｇ 辺端面
１２ｈ 辺端面
１３ 中間導光体
１３ａ、８３ａ プリズム面
１３ｂ、８３ｂ くさび状の溝
１３ｂ１、１３ｂ２ 斜面
１３ｇ 端面
１３ｈ 端面
１４ プリズム溝
１４ａ 緩斜面部
１４ｂ 急斜面部
１４ｄ 頂部
１５ 発光素子
１７ 反射膜
２０ 液晶表示ユニット
θ１ 緩斜面部の傾斜角度
θ２ 急斜面部の傾斜角度
ｄ プリズム溝の深さ
Ｐ プリズム溝のピッチ
ｄ３ くさび状の溝の深さ
Ｐ３ くさび状の溝のピッチ
Ｌ 導光板の発光素子側の辺端面の延長線
Ｍ プリズム面又は凹凸面の形成開始位置
ａ ２つの斜面のなす角度
Claims (8)
- 導光板と、該導光板の一側端面に沿って配設された中間導光体と、該中間導光体の長さ方向の端面に配設された発光素子とを備え、
前記導光板は光が導入される側端面が入光面とされ、前記発光素子から出射された光を前記中間導光体を介して前記導光板の入光面から導光板内部に導入し、前記導光板内部を伝搬する光を前記導光板の一面側から出射させる照明装置であって、
前記導光板の入光面に沿った方向の中間導光体の長さは前記導光板の入光面に沿った方向の長さより前記発光素子側に延長形成されており、前記導光板の一側端面と対向する前記中間導光体の側端面が前記発光素子の光を導光板に出射するための出射面とされ、該出射面と反対側の外側面が該中間導光体の内部を伝搬する光を反射させるため反射面とされるとともに、
前記中間導光体の外側面に、断面くさび状の溝が複数形成されたプリズム面が複数形成された凹凸面が形成され、前記プリズム面の外面に第１の反射膜が設けられ、
前記中間導光体のプリズム面は、前記中間導光体の前記発光素子側の端面とは離間して設けられることで、前記中間導光体の外側面の前記発光素子近傍に、第２の反射膜が形成されて前記プリズム面が形成されていない領域が設けられ、前記形成されていない領域の長さを、前記中間導光体内部へ伝搬されるように設定し、
前記中間導光体の外側面に設けられるプリズム面の形成開始位置は、前記導光板の発光素子側の辺端面の延長線を前記中間導光体の外側面にまで引いたときの前記延長線上よりも発光素子側を−位置、発光素子側の反対側を＋位置とした場合、−１ｍｍ以上、＋０．５ｍｍ以下の範囲とされ、
前記中間導光体の外側面に設けられる断面くさび状の溝の深さは、発光素子側と反対側に向かって指数関数的又は三次関数的に増加するように形成され、
前記発光素子は、中間導光体側への直進入射光を中間導光体側への斜め入射光より強くした発光特性を有し、
前記発光素子からの直進入射光を、前記プリズム面により反射させて前記導光板に入射させるとともに、前記発光素子からの斜め入射光を、前記プリズム面が形成されていない領域に入射させて前記第２の反射膜により反射させて前記中間導光体内部を伝搬させて前記プリズム面により反射させて前記導光板に入射させることを特徴とする照明装置。 - 前記中間導光体の長さ方向一側端面のみに発光素子が設けられ、前記中間導光体の外側面に設けられるプリズム面の発光素子側の形成開始位置が、前記導光板の発光素子側の辺端面の延長線を前記中間導光体の外側面にまで引いたときの前記延長線上よりも発光素子側を−位置、発光素子側の反対側を＋位置とした場合、−０．５ｍｍ以上、＋０．５ｍｍ以下の範囲とされたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
- 前記中間導光体の外側面に設けられるプリズム面の発光素子側の形成開始位置は、前記導光板の発光素子側の辺端面の延長線を前記中間導光体の外側面にまで引いたときの前記延長線上よりも発光素子側を−位置、発光素子側の反対側を＋位置とした場合、０ｍｍとされたことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
- 前記中間導光体の外側面に設けられる断面くさび状の溝のピッチは、発光素子側と反対側に向かって指数関数的又は二次関数的に減少するように形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記断面くさび状の溝は光を反射させるための対になる斜面を有し、前記溝を構成する２つの斜面のなす角度が、１０５度以上、１１５度以下とされたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記導光板の他の一面側には、緩斜面部と、該緩斜面部より急な傾斜角度を有する急斜面部とで形成される複数のプリズム溝が平面視ストライプ状に形成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記導光板のプリズム溝の延在方向が、前記入光面と交差する向きとされたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
- 請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明装置と、該照明装置により照明される液晶表示ユニットとを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
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