JP4648852B2

JP4648852B2 - 照明装置、及び、表示装置

Info

Publication number: JP4648852B2
Application number: JP2006049417A
Authority: JP
Inventors: 善太福富
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2006-02-25
Filing date: 2006-02-25
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2026-02-25
Also published as: JP2007227270A

Description

本発明は、照明装置、及び、照明装置を非自発光型の表示素子の照明用いた表示装置に関する。

携帯電話やパームトップＰＣや携帯情報端末等には、画像を表示するための液晶表示装置が組み込まれている。この液晶表示装置のタイプには、反射型、透過型、及び、半透過反射型がある。このうち、反射型は、外部からの光を反射させて表示を観察する方式である。また、透過型は、バックライトを用いる方式であり、このバックライトを液晶表示装置の裏面で点灯させ、液晶表示素子を透過した光を用いている。また、半透過反射型は、外部からの光とバックライトの両方を用いる方式であり、外部が明るいときは反射型として使用し、外部が暗いときは透過型として使用している。

従来の透過型、又は、半透過反射型の液晶表示装置の断面図を図７に模式的に示す。ここで、各部材の長手方向を縦方向とし、この縦方向と直交する方向を横方向とする。図７に示すように、透過型、又は、半透過反射型の液晶素子３０の背面（下面）には、照明装置であるバックライト３１が配置されている。バックライト３１は、ほぼ点光源である白色ＬＥＤ等の光源３２を備えている。この光源３２の側方には、光源３２からの光を導光する板状の導光板３３が配置されている。この導光板３３は、光源３２側の側端面が光の入射面となっており、液晶素子３３側を向く上面が光の出射面となっている（例えば、特許文献１参照）。

導光板３３の出射面とは反対側の面である導光板３３の下面には、反射性を有する多数の突起部、又は、ドット状の平面パターンからなる反射部材３４が形成されている。この反射部材３４により、導光板３３の下面は光を反射することができる。導光板３３の下面に反射部材３４を形成した場合、位置により輝度が高い部分と低い部分があるため、とにより輝度に縞状のムラができてしまうため、導光板３３の出射面の上部には、輝度ムラを抑制する拡散シート３５を配置している。しかし、この拡散シート３５では、光が出射される範囲が広くなりすぎてしまうため、拡散シート３５の上部に、プリズムが列状に設けられたプリズムシートを２枚重ねて配置している。このうち下側の下プリズムシート３６は、プリズムの列を横方向に配置し、上側の上プリズムシート３７は、プリズムの列を縦方向に配置している。
特表平１１−５０００７１号公報（第２頁、図２）

上述したような従来の照明装置の構成では、導光板３３の内部を伝播する光を反射部材３４で散乱させて導光板３３の外部へ出射させる構成であるため、導光板３３の側端面に光が出射されてしまい、液晶素子３０の正面側の輝度を高めることが困難である。また、導光板３３の奥側（光源から離れた位置）に行くにしたがい、出射する光線の量が減少してしまうことから、液晶素子３０の輝度にムラ（輝度ムラ）が生じるという問題もあった。

このような問題を解決するために、従来は、反射部材３４の突起部のサイズや分布を調整して、導光板３３の光源３２側の光線量と、奥側の光線量を均斉化させる技術や、導光板の上面に均斉度を向上させるための拡散シート３５を配置するなどして輝度ムラの発生を最小限に抑える構成が採用されていた。

しかしながら、上述の反射部材３４の突起部のサイズや分布を調整する方法や、拡散シート３５を配置する方法では、導光板３３の側端面から一度出射した光を有効に活用することができなかった。また、従来の照明装置の構造は、もともと導光板３３の側端面から光が出射されやすい構造であったため、液晶素子３０の正面側における輝度を高めることが困難であった。

これらのことから、本発明は、液晶素子の正面側における輝度を高めることができる照明装置、及び、照明装置を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の照明装置は、光源から出射された光を側端面から入射して照射面から光を出射する導光板と、導光板の光源が設けられた側の側端面と対向するように設けられた、入射した光を２分岐して出射する複屈折媒質と、複屈折媒質の導光板とは反対側に光を全反射する反射膜を備えている。これにより、導光板の周辺部に拡散した光を４倍の光線本数に増大させた上で導光板の内部へと戻すことができる。そのため、導光板の光源から離れた奥の部分においても輝度を高めることができ、光源に近い導光板下面の反射部材の構造を適正化すれば、導光板の上面全体の輝度差を均斉化することができる。

さらに、複屈折媒質を光源の設けられた側端面以外の導光板の端面と対向するように設けることとした。これにより、導光板の全ての周辺部に拡散した光を４倍の光線本数に増大させた上で導光板の内部へと戻すことができる。

あるいは、本発明の表示装置は、光源から出射された光を側端面から入射して、照射面光を出射する導光板と、光源が設けられた側の導光板の側端面と対向する、入射した光を２分岐して出射する複屈折媒質と、複屈折媒質の導光板とは反対側に、光を拡散して反射する反射コート層とを備えることとした。これによれば、複屈折媒質と反射コート層の作用により、導光板の周辺部に拡散した光を４ｎ倍（ｎは拡散反射後の光線の本数）の光線本数に増大させた上で、より多くの光を導光板の内部へと戻すことができる。

さらに、複屈折媒質を光源の設けられた側端面以外の導光板の端面と対向するように設けることとした。これにより、導光板の全ての周辺部に拡散した光を４ｎ倍の光線本数に増大させた上で導光板の内部へと戻すことができる。

このように、本発明に係る照明装置、及び、照明装置を用いた液晶表示装置は、導光板とモールドフレームとの間に、導光板の端面から出射した光を２分岐する複屈折媒質と、モールドフレームの内側の側面に到達した光を反射させ、再び複屈折媒質へ戻す反射膜とを備えている。

本発明の照明装置によれば、導光板の光源から離れた奥の部分の輝度を高めること、及び、照射面全体の輝度差を均斉化することができる。すなわち、従来行っていた導光板の奥の部分での反射部材の調整が不要となるとともに、導光板の側端面から出射された光が有効活用できる。また、反射部材の調整にかかる加工が不要となるため、製造が容易な液晶表示装置を提供することができる。

また、本発明の表示装置によれば、表示素子の正面側における輝度が高く、さらに、輝度ムラのない表示装置を実現することができる。

本発明の照明装置は、光源から出射した光が入射する入射部と、光を出射する照射面を有する導光板、光を反射する反射層、及び入射光を分岐して出射する複屈折媒質を備えており、複屈折媒質は導光板の照射面に対して略直交する方向の側面と反射層との間に設けられている。反射層としては、光を全反射する反射膜や、光を拡散して反射する反射コート層を用いることができる。

また、複屈折媒質を、導光板の入射部と対向する導光板の側面、の側に設けることとした。あるいは、複屈折媒質を、照射面に対して略直交する方向の全ての導光板側面に対向して設けることとした。ただし、この時は入射部には設けられない。

ここで、複屈折媒質の材料として、カルサイト（ＣａＣｏ３）、方解石（ＣａＯ・ＣＯ２）、及び、硫酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）等を例示することができ、これらの他にも複屈折性を有する素材を複屈折媒質として用いることもできる。また、反射膜の材料として銀反射フィルムを例示できる。

さらに、本発明の表示装置は、上述したいずれかの構成の照明装置と、照明装置の照射面側に設けられた非自発光型の表示素子を備えることとした。

以下、本実施例に係る照明装置の概要について説明する。図２に、本実施例の照明装置の各部材の配置を示した斜視図を示す。ここで、各部材の長手方向を縦方向とし、この縦方向と直交する方向を横方向とする。図３に、本実施例に係る照明装置を用いた液晶表示装置を側方から見た断面図を模式的に示す。図２に示すように、各部材は枠状をなすモールドフレーム１０の内部に収納される。モールドフレーム１０の内部の一番下側には、光を反射する反射シート１１が配置される。反射シート１１の上部には、光源であるＬＥＤ１７（図３参照）から出射された光を入射して導光する導光板１２が配置される。本実施例では、光源としてＬＥＤ１７を用いたが、冷陰極管等を用いることも可能である。

導光板１２の上部には、導光板１２から出射された光を入射して拡散する拡散シート１３が配置される。拡散シート１３の上部には、拡散シート１３から出射された拡散光を入射して光を縦方向で起こして出射する下プリズムシート１４がある。この下プリズムシート１４の上部には、横方向にプリズムが列状に複数設けられている。下プリズムシート１４の上部には、下プリズムシート１４から出射された拡散光を入射して光を横方向に起こして出射する上プリズムシート１５がある。この上プリズムシート１５の上面には、縦方向にプリズムが列状に複数設けられている。ＬＥＤ１７（図３参照）、反射シート１１、導光板１２、拡散シート１３、下プリズムシート１４、及び、上プリズムシート１５がモールドフレーム１０の内部に納められた状態で、上プリズムシート１５の上部に光が隙間から漏れ出すことを防ぐ枠状の遮光両面テープ１６が貼られている。さらに、遮光両面テープ１６の上部に液晶素子２０を配置する。

図３に示すように、ＬＥＤ１７から出射された光は導光板１２内を伝播し、この光が臨界角を越えたときに導光板１２の上面から出射される。出射された光は拡散シート１３で拡散され拡散光となる。この拡散光は、下プリズムシート１４と上プリズムシート１５とにより、液晶素子２０の表面にほぼ垂直に立ち上げられる。このときの光線の光路を図５中に矢印Ｂで示す。

次に、本実施例に係る照明装置の要部の構成について説明する。図３に示すように、導光板１２の側方（図３中、右側）には、複屈折媒質１８が設けられている。さらに、複屈折媒質１８の導光板１２の側とは反対側の側方（図３中、右側）には、反射膜１９が設けられている。

図１に、図３に示したＡ−Ａ線での照明装置の断面を模式的に示す。図示するように、モールドフレーム１０の内部にはＬＥＤ１７が設置されている。本実施例では３個のＬＥＤ１７を用いている。これらＬＥＤ１７の側方（図１中、上部）には、導光板１２が設置されている。導光板１２のＬＥＤ１７が設置されている側の辺を除いた側方（図１中、左右及び上方）には、コ字状をなす複屈折媒質１８が設けられている。

このように、本実施例では、複屈折媒質１８を導光板１２のＬＥＤ１７が設置されている側の辺を除いた側方（図１中、左右及び上方）に設けたが、ＬＥＤ１７が設置された側の辺と対面する辺（図１中、上方）にのみ複屈折媒質１８を設けることも可能である。

ここで複屈折媒質１８について説明する。図６に、複屈折媒質１８を透過する光の光路を示す。初めに無偏光の光２１が複屈折媒質１８内に入射される。入射された光は複屈折媒質１８内で偏光され、横の成分の光２２と縦の成分の光２３に２分岐されて複屈折媒質１８内から出射される。本実施例では、複屈折媒質１８としてカルサイト（ＣａＣＯ３）を用いたが、この他にも方解石（ＣａＯ・ＣＯ２）や硫酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）等を用いることも可能である。また、これらの他にも複屈折性を有する素材を複屈折媒質１８として用いることも可能である。

また、複屈折媒質１８とモールドフレーム１０との間には、光を全反射する反射膜１９が設けられている。本実施例では、反射膜１９として、銀反射フィルムを用いが、この他にも全反射性を有する素材であれば、反射膜１９として用いることが可能である。

次に、本実施例に係る照明装置の作用について説明する。図４に、本実施例に係る導光板１２の側端面から出射された光の光路を示す。ここで、図４は図１に破線Ｇで示す部分を拡大したものである。図４にＣで示した導光板１２の側端面から出射された光は、複屈折媒質１８に入射して２分岐され、Ｄで示すように複屈折媒質１８から２本の光線として出射される。２本の光線は反射膜１９により全反射され、Ｅで示すように再び複屈折媒質１８に入射する。複屈折媒質１８に入射した光はさらにそれぞれ２分岐され、Ｆで示すように４本の光線として導光板１２側へ出射される。このように、導光板１２の側端面から出射した光は、再び導光板１２に入射される際には光線の数が４倍に増大する。このため、導光板１２のＬＥＤ１７から離れた奥側での輝度が向上する。

本実施例に係る照明装置、及び、照明装置を用いた液晶表示装置によれば、導光板１２の周辺部に拡散した光を４倍の光線本数に増大させた上で導光板１２内部へと戻すことができる。これにより、導光板１２のＬＥＤ１７（図１参照）から離れた奥の部分においても輝度を高めることができるため、ＬＥＤ１７に近い導光板１２の下面の反射部材の構造を適正化して、導光板１２の上面全体の輝度差を均斉化することができる。

本実施例に係る照明装置、及び、照明装置を用いた液晶表示装置は、実施例１に記載する反射膜に替わり拡散反射性を備えた反射コート層を設置した。反射コート層以外の構成については、実施例１に係る照明装置、及び、照明装置を用いた液晶表示装置と同様である。図５に、本実施例に係る導光板の側端面から出射された光の光路を示す。図５を用いて本実施例の照明装置の作用について説明する。図示するように、複屈折媒質１６を透過した光線は、反射コート層２５で図５中に矢印Ｈで示すように拡散反射された後、再び複屈折媒質に入射するため、導光板１２に再び入射する際には光線の本数を４ｎ倍（ｎは拡散反射後の光線の本数）とすることができる。本実施例に係る照明装置、及び、照明装置を用いた液晶表示装置によれば、導光板１２の周辺部に拡散した光を４ｎ倍（ｎは拡散反射後の光線の本数）の光線本数に増大させた上で、より多くの光を導光板１２の内部へと戻すことができる。これにより、導光板１２のＬＥＤ１７（図１参照）から離れた奥の部分においても輝度を高めることができるため、ＬＥＤ１７に近い導光板１２の下面の反射部材の構造を適正化して、導光板１２の上面全体の輝度差を均斉化することができる。

本発明の照明装置を模式的に示す平面図である。実施例１に係る照明装置の各部材の配置を示した斜視図である。本発明の液晶表示装置を側方から見た模式的な断面図である。実施例１に係る導光板の側端面から出射された光の光路を示す図である。実施例２に係る導光板の側端面から出射された光の光路を示す図である。複屈折媒質を透過する光の光路を説明する模式図である。従来の透過型又は半透過反射型の液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

１０モールドフレーム
１１反射シート
１２導光板
１３拡散シート
１４下プリズムシート
１５上プリズムシート
１６遮光両面テープ
１７ＬＥＤ（光源）
１８複屈折媒質
１９反射膜
２０液晶素子
２１無偏光の光
２２横の成分の光
２３縦の成分の光
２４反射コート層
３４反射部材

Claims

光源が出射した光を入射部から入射して、照射面から光を出射する導光板と、
前記入射部を除いて、前記照射面に対して略直交する全ての側端面に対向して設けられた反射層と、
前記導光板と前記反射層との間に設けられ、無偏光の光を互いに直交する直線偏光の光に２分岐して出射する複屈折媒質とを備え、
前記側端面から出射された無偏光の光が前記複屈折媒質に入射し、前記反射層により反射され、再び前記複屈折媒質に入射することにより光線本数を増大させて前記導光板の内部へ戻されることを特徴とする照明装置。
前記複屈折媒質の材質がカルサイト（ＣａＣＯ３）、方解石（ＣａＯ・ＣＯ２）または硫酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記反射層が、光を拡散して反射する反射コート層であることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
光源が出射した光を入射部から入射して、照射面から光を出射する導光板と、
前記照射面上に設けられた非自発光型の表示素子と、
前記入射部を除いて、前記照射面に対して略直交する全ての側端面に対向して設けられた反射層と、
前記導光板と前記反射層との間に設けられ、無偏光の光を互いに直交する直線偏光の光に２分岐して出射する複屈折媒質とを備え、
前記側端面から出射された無偏光の光が前記複屈折媒質に入射し、前記反射層により反射され、再び前記複屈折媒質に入射することにより光線本数を増大させて前記導光板の内部へ戻されることを特徴とする表示装置。