JP4750848B2 - 照明装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、導光板の端面近傍に１又は複数の光源を配置して構成される照明装置及びその照明装置を使用した液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄くて軽量であり、消費電力が小さいため、携帯電話や携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）等の電子機器に広く使用されている。これらの電子機器に使用される液晶表示装置には、通常、バックライトと呼ばれる照明装置が設けられている。

図１は、従来の液晶表示装置（透過型液晶表示装置）の一例を示す模式図である。この図１に示すように、透過型液晶表示装置は、液晶パネル１０と、液晶パネル１０の裏面側に配置されるバックライト２０とにより構成されている。

液晶パネル１０は、２枚の透明基板１１ａ，１１ｂの間に液晶１２を封入して形成されている。また、液晶パネル１０の前面側（図１では上側）には偏光子１３ａが配置され、裏面側（図１では下側）には偏光子１３ｂが配置されている。

バックライト２０は、光源となるＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）２１と、導光板２２と、反射シート（ミラー又は白色のシート）２３と、プリズムシート２４とにより構成されている。ＬＥＤ２１は、導光板２２の一方の端面（入光面）側に配置されている。通常、２インチの液晶パネルの場合、３〜４個のＬＥＤ２１が使用される。

導光板２２は透明樹脂からなり、図１に示すように断面が楔状に形成されている。この導光板２２の裏面側には反射シート２３が配置され、前面側（液晶パネル１０側）にはプリズムシート２４が配置されている。以下、導光板２２の裏面を反射面、前面を出光面ともいう。

このように構成された液晶表示装置において、ＬＥＤ２１から放出された光は、導光板２１の端面（入光面）から導光板２２内に進入し、厚さ方向に対向する２つの面（反射面と出光面）の間で反射を繰り返して、最終的に出光面から導光板２２の外部へ出射される。プリズムシート２４は、導光板２２から出射された光を、導光板２２の出光面にほぼ垂直な方向に屈折する。

通常、液晶パネル１０を構成する２枚の透明基板１１ａ，１１ｂのうちの一方の基板には画素毎に画素電極が形成されており、他方の基板にはそれらの画素電極に対向する共通電極（コモン電極）とカラーフィルタとが形成されている。バックライト２０から出射された光は、液晶パネル１０の裏面側に配置された偏光子１３ｂを通過すると、直線偏光となる。画素電極と共通電極との間に電圧を印加すると、電圧に応じて液晶１２中を通る光の位相が変化し、前面側の偏光子１３ａを透過する光の量を制御することができる。画素毎に光の透過量を制御することにより、液晶表示装置に所望の画像又は文字を表示することができる。

透過型液晶表示装置においては、バックライト２０から出射された光が液晶パネル１０の全面を均一に照射することが好ましい。そのために、導光板２２の反射面や出光面に微細な凹凸を設けて、光がより均一に散乱するようにしたものもある。

上述したように、一般的な透過型液晶表示装置では照明装置（バックライト）が必要である。これに対し、反射型液晶表示装置では、自然光や照明光の反射により表示を行うので、照明装置は必須ではない。しかし、反射型液晶表示装置においても、周囲が暗くなると画面が見にくくなるので、液晶パネルの前面側にフロントライトと呼ばれる照明装置を備えるものもある。フロントライトも、バックライトと同様に、導光板とその導光板の端面近傍に配置された光源とにより構成されている。

ところで、従来の液晶表示装置用照明装置では、図２に示すように、光源が配置された側の端面から斜め方向に延びる筋状の部分が他の部分よりも明るくなる輝度むらが発生することがある。この輝度むらは、以下に示す理由により発生する。

すなわち、図３（ａ）の斜視図に示すように、通常、導光板２２の反射面には、導光板２２の長さ方向（図３（ａ）に示すＹ軸方向）に延びる複数のシリンドリカルレンズ２５が並んでいる。これらのシリンドリカルレンズ２５は、光源から出力された光を導光板２２の幅方向（図３（ａ）に示すＸ軸方向）に拡散して輝度を均一化するために設けられている。しかしながら、図３（ｂ）の断面図に示すように、ＬＥＤ２１から導光板２２内に進入した光がシリンドリカルレンズ２５の境界部分（鋭部）で垂直方向（厚さ方向：図３（ｂ）に示すＺ軸方向）に反射して導光板２２の出光面から外部に出射され、輝度むらの原因となる。

このような不具合を回避するために、特許文献１には、図４に示すように、導光板２２の反射面側に形成されたシリンドリカルレンズ２５のうち光源に近い部分（図中ハッチングを施した部分）の表面を粗面化処理して光を乱反射させることが提案されている。また、特許文献２には、図５の断面図に示すように、出光面側にシリンドリカルレンズ（入光面に対し垂直な方向に延びる凸部）３２を設けた導光板３１が記載されている。この導光板３１では、各シリンドリカルレンズ３２の境界部分を曲面で形成している。

しかしながら、本願発明者らは、上述の特許文献１，２に記載された方法では、以下に示す問題点があると考える。すなわち、特許文献１に記載された方法では、粗面化処理として例えば導光板の形成に使用される金型に砂（砥粒）を吹き付けて凹凸を形成するブラスト処理が必要である。この場合、金型をブラスト処理する工程と、ブラスト処理された金型を用いて導光板を製造する工程と、製造された導光板の光学特性を評価する工程とを繰り返して、所望の特性の導光板が得られる金型を製造する必要がある。しかし、ブラスト処理による凹凸パターンの再現性が悪いため、所望の品質の金型が得られるまでに時間がかかり、製品コストが上昇する原因となる。

特許文献２に記載された導光板では、出光面側にシリンドリカルレンズを設けているので、光源から導光板内に入射した光が導光板内で十分に拡散されないまま液晶パネル側に出射して、輝度分布特性を劣化させるという問題がある。
特開２００４−６３２６号公報 特開２００５−７１６１０号公報

本発明の目的は、従来に比べて輝度分布特性がより一層良好な照明装置及びその照明装置を備えた液晶表示装置を提供することである。

本発明の照明装置は、光源と、前記光源から出力された光を端面から取り込んで厚さ方向の一方の面から出射する導光板とを有し、前記導光板の厚さ方向の他方の面には前記端面に交差する方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが並列して形成され、各シリンドリカルレンズの間が凹形の曲面で接続されていることを特徴とする。

本発明においては、導光板の反射面側に、複数のシリンドリカルレンズが相互に並列に形成されている。これらのシリンドリカルレンズは、導光板の入光面に交差する方向（例えば、入光面に垂直な方向）に延びており、各シリンドリカルレンズの間は凹形の曲面で接続されている。つまり、本発明の照明装置においては、各シリンドリカルレンズの境界部分に鋭部が存在しない。従って、シリンドリカルレンズの境界部分に到達した光は、凹形の曲面により種々の方向に反射される。これにより、シリンドリカルレンズの境界部分で反射された光が出光面から出射される割合が減少し、輝度むらが防止されて、良好な輝度分布特性が得られる。

シリンドリカルレンズの曲面は、例えば円、楕円又はサインカーブに倣って形成することができる。また、シリンドリカルレンズ間の凹形の曲面も、例えば円、楕円又はサインカーブに倣って形成することができる。

本発明の他の照明装置は、光源と、前記光源から出力された光を端面から取り込んで厚さ方向の一方の面から出射する導光板とを有し、前記導光板の厚さ方向の他方の面には前記端面に交差する方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが並列して形成され、各シリンドリカルレンズが平面で接続されていることを特徴とする。

本発明においては、導光板の反射面側に、複数のシリンドリカルレンズが相互に並列に形成されている。これらのシリンドリカルレンズは、導光板の入光面に交差する方向（例えば、入光面に垂直な方向）に延びており、各シリンドリカルレンズは例えば１つの平面又はＶ字状の組み合わされた複数の平面で接続されている。従って、シリンドリカルレンズの境界部分に到達した光は、平面により斜め方向に反射される。これにより、境界部分で反射された光が出光面から出射される割合が減少し、輝度むらが防止されて、良好な輝度分布特性が得られる。

本発明の液晶表示装置は、上述した照明装置の上に液晶パネルを配置して構成されている。照明装置は、上述したように輝度分布特性が良好であるので、液晶表示装置の表示品質も良好となる。

図１は、従来の液晶表示装置（透過型液晶表示装置）の一例を示す模式図である。 図２には、従来の液晶表示装置用照明装置の問題点を示す模式図である。 図３（ａ）は従来の導光板を示す斜視図、図３（ｂ）はその導光板により輝度むらが発生する理由を説明する断面図である。 図４は、特許文献１に記載された導光板を示す斜視図である。 図５は、特許文献２に記載された導光板を示す断面図である。 図６は、本発明の第１の実施形態の照明装置、及びその照明装置を使用した液晶表示装置を示す模式図である。 図７は、第１の実施形態に用いられる導光板の断面図である。 図８は、第１の実施形態に用いられる導光板のシリンドリカルレンズの曲面の形状、及び各シリンドリカルレンズの間を接続する凹形の曲面の形状を示す模式図である。 図９は、第１の実施形態の導光板のシリンドリカルレンズ境界部分における光の反射を示す模式図である。 図１０は、本発明の第２の実施形態に係る照明装置の導光板に設けられたシリンドリカルレンズの形状を示す図である。 図１１（ａ）は従来の照明装置の輝度分布をシミュレーションした結果を示す図、図１１（ｂ）は第２の実施形態に係る照明装置の輝度分布をシミュレーションした結果を示す図である。 図１２は、本発明の第３の実施形態に係る照明装置の導光板に設けられたシリンドリカルレンズの形状を示す図である。 図１３は、本発明の第４の実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。 図１４（ａ）は導光板の出光面に形成された光拡散素子（凹凸）を示す拡大図、図１４（ｂ）は光拡散素子形成面に垂直な面における光の拡散プロファイルを示す図、図１４（ｃ）は、光拡散素子形成面に平行な平面（ａｂ面）における光の拡散プロファイルを示す図である。 図１５（ａ）は導光板の出光面に設けられた光拡散素子（ＤＯＥ）を示す断面図、図１５（ｂ）は光拡散素子形成面に垂直な面における光の拡散プロファイルを示す図、図１５（ｃ）は光拡散素子形成面に平行な平面における光の拡散プロファイルを示す図である。 図１６（ａ）〜（ｅ）は、ＤＯＥの形成に使用する成形金型の製造方法の一例を示す模式図である。 図１７は、本発明の第５の実施形態において導光板の上にプリズムシートを配置した例を示す斜視図である。 図１８は、導光板の端面に配光変換素子を設けた例を示す斜視図である。 図１９（ａ），（ｂ）は、配光変換素子としてプリズムを用いた例を示す斜視図である。 図２０は、バックライト（照明装置）上に液晶パネルを配置して構成される液晶表示装置を示す斜視図である。 図２１は、本発明の第６の実施形態に係る照明装置の導光板に設けられたシリンドリカルレンズの形状を示す断面図である。 図２２は、シリンドリカルレンズの断面形状をより詳細に示す図である。 図２３は、シリンドリカルレンズの頂部から境界部までの各位置における接線の角度を示す図である。 図２４は、第６の実施形態の効果を示す模式図である。 図２５は、シリンドリカルレンズの平面部のＸ軸に対する角度を０〜７５度の範囲で変化させて導光板の出光面における輝度分布をシミュレーションした結果を示す図（その１）である。 図２５は、シリンドリカルレンズの平面部のＸ軸に対する角度を０〜７５度の範囲で変化させて導光板の出光面における輝度分布をシミュレーションした結果を示す図（その２）である。 図２７は、第６の実施形態で説明したシリンドリカルレンズを有する導光板の出光面に光拡散素子を形成した例を示す斜視図である 図２８は、図２７に示す導光板の上にプリズムシートを配置した例を示す斜視図である。 図２９は、図２８に示す導光板の入射面に配光変換素子を配置した例を示す斜視図である。 図３０は、図２９に示すバックライト（照明装置）の上に液晶パネルを配置して液晶表示装置を構成した例を示す斜視図である。

以下、本発明について、添付の図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図６は、本発明の第１の実施形態の照明装置、及びその照明装置を使用した液晶表示装置を示す模式図である。この図６に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置は、液晶パネル５０と、液晶パネル５０の裏面側に配置されるバックライト（照明装置）６０とにより構成されている。

液晶パネル５０は、２枚の透明基板５１ａ，５１ｂの間に液晶５２を封入して形成されている。また、液晶パネル５０の前面側（図６では上側）には偏光子５３ａが配置され、裏面側（図６では下側）には偏光子５３ｂが配置されている。液晶パネル５０の大きさは、例えば２〜４インチである。

バックライト６０は、光源となる複数個のＬＥＤ６１と、導光板６２と、反射シート（ミラー又は白色のシート）６３と、プリズムシート６４とにより構成されている。ＬＥＤ６１は、導光板６２の一方の端面（入光面）に沿って配置されている。

導光板６２はＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等の透明樹脂からなり、図６に示すように断面が楔状に形成されている。導光板６２の大きさは液晶パネル５０の大きさとほぼ同じであり、ＬＥＤ配置側の端部における厚さ（すなわち、入光面の高さ）は約１ｍｍである。この導光板６２の裏面側には反射シート６３が配置され、前面側（液晶パネル５０側）には配光制御板としてプリズムシート６４が配置されている。

図７は導光板６２の入光面に平行な面における断面図、図８は同じくその導光板６２に設けられたシリンドリカルレンズの形状を示す模式図である。

図７に示すように、本実施形態においては、導光板６２の反射面側に、導光板６２の長さ方向（Ｙ軸方向：入光面に垂直な方向）に延びる複数のシリンドリカルレンズ６５が幅方向（Ｘ軸方向）に並んで形成されている。これらのシリンドリカルレンズ６５の曲面は、図８に示すように、半径ｒの円に倣って形成されている。また、各シリンドリカルレンズ６５の間は凹形の曲面で接続されており、その凹形の曲面も半径ｒの円に倣って形成されている。すなわち、本実施形態では、相互に隣り合うシリンドリカルレンズ６５の間に鋭部がなく、シリンドリカルレンズ６５間は曲率半径ｒのなだらかな曲面で接続されている。なお、シリンドリカルレンズ６５の高さｈは円の半径ｒの２倍よりも小さく設定され、シリンドリカルレンズ６５の配設ピッチｐは円の半径ｒの４倍よりも小さく設定されている。

図９は、本実施形態の導光板のシリンドリカルレンズ境界部分における光の反射を示す模式図である。この図９と従来例を示す図３（ｂ）とを参照して、本実施形態の効果を説明する。

従来の照明装置では、図３（ｂ）に示すように、各シリンドリカルレンズ２５の境界部分に鋭部が存在するため、ＬＥＤ２１から導光板２２内に進入した光がシリンドリカルレンズ２５の境界部分（鋭部）で出光面に垂直な方向に反射して、輝度むらの原因となっている。これに対し、本実施形態では、図９に示すように、各シリンドリカルレンズ６５間が凹形のなだらかな曲面で接続されているので、ＬＥＤ６１から出力されて導光板６２内に進入した光は、シリンドリカルレンズ６５の境界部分で種々の方向に偏向される。これにより、シリンドリカルレンズ６５の境界部分で垂直方向（厚さ方向）に反射されて導光板６２の外側に出射する光の割合が減少し、図２に示すような筋状の輝度むらの発生が回避される。その結果、液晶表示装置の表示品質が向上する。

（第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る照明装置の導光板に設けられたシリンドリカルレンズの形状を示す図である。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、導光板の反射面側に設けられたシリンドリカルレンズの形状が異なることにあり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

図８に示すように、第１の実施形態の導光板６２では、シリンドリカルレンズ６５及び各シリンドリカルレンズ６５間の境界部分がいずれも半径ｒの円に倣う形状をしている。これに対し、第２の実施形態の導光板６２では、図１０に示すように、シリンドリカルレンズ６５及び各シリンドリカルレンズ６５間の境界部分が、いずれもＸ軸方向（導光板６２の幅方向）を短軸、Ｚ軸方向（導光板６２の厚さ方向）を長軸とする楕円に倣う形状をしている。なお、シリンドリカルレンズ６５の高さｈは楕円の半長軸ｂの２倍よりも小さく設定され、シリンドリカルレンズ６５の配設ピッチｐは楕円の半短軸ａの４倍よりも小さく設定されている。

この第２の実施形態においても、各シリンドリカルレンズ６５間の境界部分が凹形のなだらかな曲面により形成されているので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

図１１（ａ）は、図３（ａ），（ｂ）に示す形状のシリンドリカルレンズを有する従来の照明装置の輝度分布をシミュレーションした結果を示す図、図１１（ｂ）は本実施形態に係る照明装置の輝度分布をシミュレーションした結果を示す図である。但し、ここでは、楕円の半短軸ａが０．０７５ｍｍ、半長軸ｂが０．０８ｍｍとしている。また、ここでは、反射面で１回反射した光のみによる輝度分布をシミュレーションしている。これらの図１１（ａ），（ｂ）の比較から、本実施形態の照明装置は、従来に比べて筋状の輝度むらを抑制できることが確認できる。

なお、この第２の実施形態ではシリンドリカルレンズ６５及び各シリンドリカルレンズ６５間の境界部分の曲線形状を、長軸をＺ軸方向（導光板の厚さ方向）、短軸をＸ軸方向（導光板の幅方向）とする楕円により決めているが、シリンドリカルレンズ６５及び各シリンドリカルレンズ６５間の境界部分の曲面形状を、長軸をＸ軸方向（導光板の幅方向）、短軸をＺ軸方向（導光板の厚さ方向）とする楕円により決めてもよい。

（第３の実施形態）
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る照明装置の導光板に設けられたシリンドリカルレンズの形状を示す図である。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、導光板の反射面側に設けられたシリンドリカルレンズの形状が異なることにあり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態の導光板では、図１２に示すように、シリンドリカルレンズ６５及び各シリンドリカルレンズ６５間の境界部分が、いずれもｈ＝ｃ（１＋ｓｉｎ（ｘ））のサインカーブに沿って形成されている。この第３の実施形態においても、各シリンドリカルレンズ６５間の境界部分が凹形のなだらかな曲面により形成されているので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、導光板の出光面に光拡散素子を形成したことにあり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

本実施形態においては、導光板６２の出光面（図１３にハッチングを施した面）全体に、光拡散素子６６として微細な凹凸を形成している。これらの微細な凹凸は、例えば導光板の製造に使用される金型をブラスト処理することにより形成される。図１４（ａ）は、導光板の出光面に形成された光拡散素子６６（凹凸）を示す拡大図である。また、図１４（ｂ）は光拡散素子形成面に平行な方向ａを横軸にとり、光拡散素子形成面に垂直な方向ｃを縦軸にとって、光拡散素子（凹凸）による光の拡散プロファイルを示す図である。更に、図１４（ｃ）は、光拡散素子形成面に平行な平面（ａｂ面）における光拡散素子による光の拡散プロファイルを示す図である。本実施形態では、光拡散素子形成面に平行な平面における拡散プロファイルを、図１４（ｃ）に示すように回転対称形（円形）としている。

本実施形態においては、第１の実施形態と同様の効果を得ることができるのに加えて、導光板６２の出光面に光拡散素子６６を形成しているので、バックライトから出力される光の分布をより一層均一化することができる。また、光拡散素子６６を構成する凹凸の密度や深さを部分的に変えることで光の分布を制御することも可能であり、例えばパネル中央部を照射する光の強度をパネル周縁部を照射する光の強度よりも高くしたり、逆にパネル周縁部を照射する光の強度をパネル中央部を照射する光の強度よりも高くすることもできる。

光拡散素子６６として、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element：回折光学素子）を使用することもできる。ＤＯＥは、例えば図１５（ａ）に示すように、導光板６２の出光面に設けられた２値の凹凸パターン、すなわち深さ及び高さが均一の凹凸パターンにより構成される。ＤＯＥの凹凸パターンは、所望の特性に応じてGerchberg-Saxton法又はシミュレーテッドアニーリング法により凹凸パターンを最適化することにより決定される。図１５（ｂ）は光拡散素子形成面に平行な方向ａを横軸にとり、光拡散素子形成面に垂直な方向ｃを縦軸にとって、光拡散素子（ＤＯＥ）による光の拡散プロファイルを示す図である。また、図１５（ｃ）は、光拡散素子形成面に平行な平面（ａｂ面）における光拡散素子６６による光の拡散プロファイルを示す図である。光拡散素子６６としてＤＯＥを使用した場合は、例えば図１５（ｃ）に示すように、光拡散素子形成面に平行な面における拡散プロファイルを楕円にすることも容易である。

図１６（ａ）〜（ｅ）は、ＤＯＥの形成に使用する成形金型の製造方法の一例を示す模式図である。

まず、Gerchberg-Saxton法又はシミュレーテッドアニーリング法により決定された凹凸パターンを描画したレチクル（露光マスク）を用意しておく。

次に、図１６（ａ）に示すように、シリコン基板７１の上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜７２を形成する。そして、予め用意しておいたレチクルを使用してステッパ露光（縮小露光）を行い、その後現像処理して、図１６（ｂ）に示すようにレチクルの凹凸パターンをレジスト膜７２に転写する。

次に、図１６（ｃ）に示すように、シリコン基板７１の上側全面にＮｉ（ニッケル）をスパッタリングして、下地膜７３を形成する。その後、図１６（ｄ）に示すように、下地膜７３の上にＮｉを十分な厚さになるまで電解めっきして、金属ブロック７４を形成する。

次いで、図１６（ｅ）に示すように、金属ブロック７４をシリコン基板７１から取り外し、所定の形状に外形加工した後、補強板７５と接合して成形金型とする。但し、金属ブロック７４が十分な強度を有しているときは、補強板７５を接合することなく金属ブロック７４を成形金型としてもよい。

このようにして凹凸パターンが形成された成形金型を他の成形金型と組み合わせた後、それらの成形金型により形成される空間内にＰＭＭＡ等の透明樹脂を注入して、出光面にＤＯＥを有する導光板６２を成形する。

（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、導光板の入光面に配光変換素子を設けたことにあり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同様である。

図１７は、導光板６２の上にプリズムシート６４を配置した例を示す斜視図である。ＬＥＤ６１から放出された光は、導光板６２の入光面から導光板６２内に進入し、反射面と出光面との間で反射を繰り返して、全反射条件から外れた光が出光面から出力される。プリズムシート６４は、導光板６２から出力された光を、導光板６２の出光面に対しほぼ垂直な方向に屈折する。なお、導光板６２の上に、２枚のプリズムシートを直交させて配置してもよい。

ところで、導光板６２の端面（入斜面）が平坦であると、端面近傍であって各ＬＥＤ６１間の領域が暗くなり、輝度むらが発生する。このような不具合を回避するために、本実施形態では、図１８に示すように、導光板６２の端面に、ＬＥＤ６１から放出された光を導光板６１の幅方向（Ｘ軸方向）に拡散する配光変換素子６７を設けている。配光変換素子６７としては、例えばＤＯＥやブラスト処理により形成された微細な凹凸を用いることができる。また、配光変換素子６７として、図１９（ａ），（ｂ）に示すように、導光板６２の端面にプリズム６７ａ，６７ｂを設けてもよい。図１９（ａ）に示すプリズム６７ａは導光板６２の端面に設けられた三角形状の突起からなるプリズムであり、図１９（ｂ）に示すプリズム６７ｂは導光板６２の端面に設けられた三角形状の切り欠きからなるプリズムである。このように、導光板６２の端面に配光変換素子６７を設けることにより、導光板６２の端面近傍における輝度むらを抑制することができる。

図２０は、上述した構造のバックライト（照明装置）６０上に液晶パネル５０を配置して構成される液晶表示装置を示す斜視図である。液晶パネル５０は、前述したように、２枚の透明基板（ガラス基板）の間に液晶を封入した構造を有し、その厚さ方向の両側にはそれぞれ偏光子が配置されている（図６参照）。画素電極とコモン電極との間に電圧を印加することにより、液晶パネル５０を透過する光の量を画素毎に制御して、文字や画像を表示する。

バックライト６０の導光板６２には、第１〜第３の実施形態で説明した形状のシリンドリカルレンズ６５を有するものを使用する。導光板６２の出射面には、第４の実施形態で説明したような光拡散素子を形成することが好ましい。本実施形態では、図１８に示すように、導光板６２の端面に配光変換素子（微細な凹凸、ＤＯＥ又はプリズム等）６７を形成している。このように構成された液晶表示装置は、バックライト６０から出射される光が液晶パネル５０の全面を均一に照射するので、輝度むらが防止され、画像の表示品質が向上する。

（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態について説明する。第６の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、導光板の反射面側に設けられたシリンドリカルレンズの断面形状が異なることにあり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。

図２１は本発明の第６の実施形態に係る照明装置の導光板６２に設けられたシリンドリカルレンズ８１の形状を示す断面図である。また、図２２は、横軸にシリンドリカルレンズ８１の頂部を基点としたＸ軸方向（幅方向）の距離をとり、縦軸にシリンドリカルレンズ８１の頂部を基点としたＺ軸方向（厚さ方向）の距離をとって、シリンドリカルレンズの断面形状をより詳細に示す図である。なお、図２２中の実線は本実施形態において用いたシリンドリカルレンズ（実施例）の形状を示し、破線は従来例におけるシリンドリカルレンズの形状を示している。

本実施形態の導光板６２では、図２１に示すように、各シリンドリカルレンズ８１を接続する接続部（図２１中に破線円で囲んだ部分）が平面で構成されている。以下、本実施形態において、シリンドリカルレンズ８１の接続部を平面部という。なお、シリンドリカルレンズ８１の頂部（曲面部）は、第１〜第３の実施形態と同様に、円、楕円又はサインカーブに倣った形状で形成されている。ここでは、シリンドリカルレンズ８１の曲面部は、半長軸ａが０．０８ｍｍ、半短軸ｂが０．０７５ｍｍの楕円に倣った形状で形成されているものとする（図１０参照）。

本実施形態では、図２２に示すように、シリンドリカルレンズ８１の頂部から隣接するシリンドリカルレンズ８１の境界までのＸ軸方向の長さが０．０５ｍｍであり、シリンドリカルレンズ８１の曲面部のＸ軸方向の長さが０．０４ｍｍ、シリンドリカルレンズ８１の平面部のＸ軸方向の長さが０．０１ｍｍである。また、シリンドリカルレンズ８１の平面部のＸ軸に対する角度（すなわち、シリンドリカルレンズ８１の配列方向に対する角度））θが５０度となっている。

図２３は、横軸にシリンドリカル８１の頂部からのＸ軸方向の距離をとり、縦軸に角度θ（θ＝ｔａｎ^-1（ΔＺ／ΔＸ））をとって、シリンドリカルレンズ８１の頂部から境界部までの各位置における接線の角度を示す図である。なお、図２３中の実線は本実施形態において用いたシリンドリカルレンズの各位置における接線の傾きを示し、破線は従来例におけるシリンドリカルレンズの各位置における接線の傾きを示している。

本実施形態では、シリンドリカルレンズ８１の曲面が楕円に倣った形状で形成されているので、この図２３に示すように、シリンドリカルレンズ８１の頂部（基点）から０．０４ｍｍまでの範囲では接線の角度θは直線的に変化する。また、０．０４ｍｍから境界部（０．０５ｍｍ）までの間は平面であるので、接線の傾きθは一定の値（θ＝５０度）となる。

図２４は、本実施形態の効果を示す図である。この図２４に示すように、本実施形態においては、ＬＥＤ６１から出力されて導光板６２内に進入した光は、各シリンドリカルレンズ８１の境界近傍の平面部で斜め方向に反射される。これにより、シリンドリカルレンズ８１の境界部分で垂直方向（厚さ方向）に反射されて導光板６２の外側に出射する光の割合が減少し、図２に示すような筋状の輝度むらの発生を回避することができる。

図２５は、シリンドリカルレンズ８１の頂部から境界部までのＸ軸方向の長さを１とし、平面部のＸ軸方向の長さを０．０５（５％）とし、平面部のＸ軸に対する角度を０〜７５度の範囲で変化させて、導光板の出光面における輝度分布をシミュレーションした結果を示す図である。また、図２６は、シリンドリカルレンズ８１の頂部から境界部までのＸ軸方向の長さを１とし、平面部のＸ軸方向の長さを０．５（５０％）とし、平面部のＸ軸に対する角度を０〜７５度の範囲で変化させて、導光板の出光面における輝度分布をシミュレーションした結果を示す図である。但し、ここでは、反射面で１回反射した光のみによる輝度分布をシミュレーションしている。また、図２５、図２６には、参考として図３（ｂ）に示す形状のシリンドリカルレンズを有する従来例の導光板の輝度分布をシミュレーションした結果も示している。

これらの図２５及び図２６からわかるように、本実施形態においては、従来に比べて輝度分布を均一化することができる。但し、シリンドリカルレンズ８１の平面部のＸ軸（シリンドリカルレンズの配列方向）に対する角度が４５度の場合は、輝度むらを防止する効果が少ない。このため、シリンドリカルレンズ８１の平面部のＸ軸に対する角度は４５度以外とすることが好ましい。例えば、シリンドリカルレンズ８１の平面部のＸ軸に対する角度は、０〜４０度又は５０〜９０度の範囲内とすることが好ましい。

また、本願発明者等の実験から、曲面部の長さ（Ｘ軸方向の長さ）が全体（頂部から境界部までのＸ軸方向の長さ）の５０％以下となると、光を十分に拡散することができなくなり、輝度分布特性が劣化することが判明している。従って、シリンドリカルレンズ８１の曲面部のＸ軸方向の長さは、シリンドリカルレンズ８１の頂部から境界部までのＸ軸方向の長さの５０％以上とすることが好ましい。換言すれば、シリンドリカルレンズ８１の平面部のＸ軸方向の長さは、頂部から境界部までのＸ軸方向の長さの５０％未満とすることが好ましい。

図２７は、上述した形状のシリンドリカルレンズ８１を有する導光板６２の出光面に光拡散素子６６を形成した例を示す斜視図である。第４の実施形態で説明したように、光拡散素子６６としてＤＯＥやブラスト処理により形成される微細な凹凸を使用することができる。これにより、所望の輝度分布特性を得ることができる。

図２８は、図２７に示す導光板６２の上にプリズムシート６４を配置した例を示す斜視図である。ＬＥＤ６１から放出された光は、導光板６２の入光面から導光板６２内に進入し、反射面と出光面との間で反射を繰り返して、全反射条件から外れた光が出光面から出力される。プリズムシート６４は、導光板６２から出力された光を、導光板６２の出光面に対しほぼ垂直な方向に屈折する。

図２９は、図２８に示す導光板６２の入射面に配光変換素子６７を配置した例を示す斜視図である。配光変換素子６７としては、第５の実施形態で説明したように、ＤＯＥやブラスト処理により形成される微細な凹凸又はプリズムを用いることができる。これにより、導光板６２内に入射する光をより広い範囲に拡散することができて、入光面の近傍における輝度むらを防止することができる。

図３０は、図２９に示すバックライト（照明装置）６０の上に液晶パネル５０を配置して液晶表示装置を構成した例を示す斜視図である。この図３０に示すように構成された液晶表示装置は、バックライト６０の輝度分布特性が良好であるので輝度むらの発生が防止され、表示品質が従来に比べてより一層向上する。

なお、上述した各実施の形態ではいずれも本発明の照明装置を液晶パネルの裏面側に配置するバックライトに適用した例について説明したが、本発明は液晶パネルの全面側に配置するフロントライトに適用することもできる。

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源から出力された光を端面から取り込んで厚さ方向の一方の面から出射する導光板とを有し、
   前記導光板の厚さ方向の他方の面には前記端面に交差する方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが並列して形成され、各シリンドリカルレンズの間が凹形の曲面で接続されていることを特徴とする照明装置。
2. 前記シリンドリカルレンズの曲面が、円、楕円及びサインカーブのいずれかに倣って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記凹形の曲面が、円、楕円及びサインカーブのいずれかに倣って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記シリンドリカルレンズの曲面及び前記凹型の曲面が、同一の大きさの円、楕円又はサインカーブに倣って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
5. 光源と、
   前記光源から出力された光を端面から取り込んで厚さ方向の一方の面から出射する導光板と、
   前記一方の面上に配置された液晶パネルとにより構成され、
   前記導光板の厚さ方向の他方の面には前記端面に交差する方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが並列して形成され、各シリンドリカルレンズの間が凹形の曲面で接続されていることを特徴とする液晶表示装置。
6. 光源と、
   前記光源から出力された光を端面から取り込んで厚さ方向の一方の面から出射する導光板とを有し、
   前記導光板の厚さ方向の他方の面には前記端面に交差する方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが並列して形成され、各シリンドリカルレンズが平面で接続されていることを特徴とする照明装置。
7. 前記シリンドリカルレンズの頂部の曲面が、円、楕円及びサインカーブのいずれかに倣って形成されていることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 前記平面と前記シリンドリカルレンズの配列方向とのなす角度が０乃至９０度の範囲内であり、かつ４５度以外であることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
9. 光源と、
   前記光源から出力された光を端面から取り込んで厚さ方向の一方の面から出射する導光板と、
   前記一方の面上に配置された液晶パネルとにより構成され、
   前記導光板の厚さ方向の他方の面には前記端面に交差する方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが並列して形成され、各シリンドリカルレンズの間が平面で接続されていることを特徴とする液晶表示装置。

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