JP4751104B2 - 薄型面光源およびこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ビデオカメラ、カーナビゲーションシステム、パーソナルコンピュータ、コンピュータ用モニタ、テレビ受像機、広告用看板などに利用される薄型面光源およびこれを用いた液晶表示装置に関する。

携帯電話、ＰＤＡ、ビデオカメラなどの小型表示装置やカーナビゲーションシステム、パーソナルコンピュータ、コンピュータ用モニタ、テレビ受像機、広告用看板などの中大型表示装置として広く使用されるようになった液晶ディスプレイは、面状に光を発する面光源素子（バックライト）と映像情報を与える透過型または半透過型の液晶表示パネルとで構成され、該液晶表示パネルが与えた映像情報により光の透過率がコントロールされることによって文字および映像が表示される。

ここで本明細書においては、発光ダイオード（ＬＥＤ）や冷陰極管（ＣＣＦＬ）などからなる光源を、面光源素子（または薄型面光源素子）における導光体の側面に配置した構成を面光源（または薄型面光源）と呼び、面光源素子（または薄型面光源素子）とは、導光体とこの導光体から光を出射させる少なくとも１つ以上の光出射手段とからなるものとする。

この面光源に関する従来の技術として、導光体の裏面にドット印刷などの光出射手段を設けることにより散乱反射を利用して面光源を発光させる方法があるものの、この方法では出射光があらゆる方向に広がるために正面方向の輝度は低くなるという問題を抱える（例えば、特許文献１）。これに対し高輝度化を図るためには線状プリズムを多数配列したプリズムシートなどで代表される出射角度をコントロールする集光部材を用いる必要がある。しかしながら、これらの部品を用いることは、面光源の厚みが増すことや液晶表示装置の組立て時におけるコスト増加に繋がるといった問題を生じる。

上述した問題に対して様々な方式の面光源が提案され（例えば、特許文献２、３、４）、実用化に至っているものもある。これらの面光源においては、プリズムシートや拡散シートの機能を面光源素子に複合化することができるため、面光源の薄型化を達成できると考えられる。しかし、面光源素子に用いられる導光体の側面の高さは光源の発光部の高さよりも大きいことを前提としており、該導光体の側面に該光源を単に設置するだけで、面光源を発光させることができるものの、一層の薄型化を実現する方法は開示されていない。

また、導光体の側面に光源を設置する方法の他に点状光源を線状光源に変換するためのライトガイドが用いられることがある（例えば、特許文献５、６）。ライトガイドを用いる方法によれば、ＬＥＤのような点状光源を導光体側面において相当する線状光源に変換することが可能であり、面光源を均一に発光させることができるなどのメリットがある。
特開２００１−４３７１６号公報 特開２００１−２４３８２２号公報 特開２００１−３４５００８号公報 特開２００２−１３１５５５号公報 特開平５−１４６１９号公報 特開平９−２４７３６８号公報

最近の技術開発により液晶表示装置向けの構成部材の薄型化が進んでおり、特に中小型用途においては、薄型化・軽量化が市場から要求され、液晶表示パネルのガラス基板をプラスチック基板で代替する提案もなされている。これに対して、面光源は厚みおよび重量において液晶表示装置の大部分を占めるというのが現状であり、面光源を薄型化・軽量化することは非常に重要な課題であるといえる。

しかし、従来のライトガイドは導光体と光源の高さがほぼ同程度であることを前提としているため、従来のライトガイドを用いたのでは、光源よりも薄型の導光体の側面に光をロスなく入光させることは難しいという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決して、光源の発光部よりも高さが小さい薄型の導光体を用いながら、光源の発光部からの光をロスなく薄型の導光体の側面部に導くことが可能な薄型面光源およびこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかる薄型面光源は、少なくとも１つ以上の光出射手段および薄板状の導光体からなる面光源素子と、該導光体の側面部に光を入射するための少なくとも１つ以上の光源とを備えた薄型面光源において、前記導光体の側面部の高さは前記光源の発光部の高さよりも小さく設定されており、前記光源の発光部と前記導光体の側面との間に設けられ、これら両者の高さの差に応じてそれぞれ異なる高さを持つ入光部と出光部とを有して、内部が複数の光ファイバで充填されてなり、該光源の発光部から入光した光を導いて該導光体の側面部へ出光するファイバライトガイドを備え、前記ファイバライトガイドは、該入光部の高さよりも該出光部の高さの方が小さく、かつ該入光部と該出光部の断面積が相等しいものであることを特徴とする。

この構成によれば、ファイバライトガイドが光源の発光部とこれよりも高さが小さい導光体の側面部との間に設けられて、これら両者の高さの差に応じてそれぞれ異なる高さを持つ入光部と出光部とを有して、内部が複数の光ファイバで充填されてなるので、光源の発光部と導光体の側面部の高さの差に応じて少なくとも入光部と出光部の断面形状を異ならせることにより、光源の発光部からの光をロスなく薄型の導光体の側面部に導くことができる。しかも、前記ファイバライトガイドは、該入光部の高さよりも該出光部の高さの方が小さく、かつ該入光部と該出光部の断面積が相等しいものである。この場合、光源の発光部と導光体の側面部の高さの差に応じて入光部と出光部の断面形状が異なっていても、両部における光量を同一にできる。

好ましくは、前記面光源素子は、前記光出射手段が複数の凸部を有する出射光制御板からなり、前記導光体の出射面と前記出射光制御板の該凸部の頂部とが接着されてなる。この場合、面光源素子をより薄型にできる。

本発明の液晶表示装置は、上記した薄型面光源を用いることを特徴とする。この構成によれば、上記した薄型面光源を用いることにより液晶表示装置の薄型・軽量化を達成することができる。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る薄型面光源を示す概略斜視図である。この薄型面光源４は、例えばフィルムのような薄板状の導光体３およびこの導光体３から光を出射させる図示しない１つ以上の光出射手段からなる面光源素子１０と、該導光体３の側面部３ａに光を入射するための例えば１つの光源２とを備えている。導光体３の側面部３ａの高さは光源２の発光部２ａの高さよりも小さく設定されている。

本発明にかかる薄型面光源４は、光源２の発光部２ａと導光体３の側面部３ａとの間に設けられて、該光源２の発光部２ａから入光した光を導いて該導光体３の側面部３ａへ出光するファイバライトガイド５を備えている。ファイバライトガイド５は、これら両者の高さの差に応じてそれぞれ異なる高さを持つ入光部６と出光部７とを有して、つまり該光源２の発光部２ａに対応した高さを持つ入光部６と、これと異なる高さの該導光体３の側面部３ａに対応した高さを持つ出光部７とを有して、内部が複数の光ファイバ１５で充填されてなる（図３）。この例では、ファイバライトガイド５は、光源２の発光部２ａから導光体３の側面部３ａへ向かって、高さ方向では漸次低くなり、幅方向では漸次広くなるテーパー形状を示しているが、これに限定されるものではなく、開口した入光部６と出光部７とを有し、かつ内部が複数の光ファイバ１５で充填されていれば任意の形状とすることができる。

ファイバライトガイド５の入光部６は薄型面光源に用いられる光源２の発光部２ａに対して形状およびサイズをほぼ同一とすることが好ましい。ファイバライトガイド５の入光部６が光源２の発光部２ａよりも小さい場合には光の入光ロスを生じ、逆にファイバライトガイド５の入光部６が光源２の発光部２ａよりも大きい場合には光が入光されない光ファイバが存在するためファイバライトガイド５の出光部７での明るさが不均一になるためである。ファイバライトガイド５の出光部７の高さは面光源素子に用いられる導光体３の側面部３ａの高さと同じであるか、それよりも小さくすることが必要である。また、ファイバライトガイド５の出光部７の幅は導光体３の側面部３ａの幅と同じであるか、それよりも小さければよい。

図３に示すように、ファイバライトガイド５の入光部６、出光部７および内部は、複数の光ファイバ１５が細密充填された構成となっており、充填される光ファイバ１５の本数は入光部６と出光部７で等しいために両部の断面積（開口部の面積）もまた等しくなる。

以下、上記薄型面光源４におけるファイバライトガイド５の作用を説明する。図２（Ａ）は本発明にかかる薄型面光源４を示す概略断面図である。
まず、図２（Ｃ）に示すように、従来の面光源１１はＬＥＤなどの光源１２の発光部１２ａの高さの方が、導光体１３の側面部１３ａの高さよりも小さいため、光源１２から導光体１３へはロスなく光を入射させることが可能である（導光体１３への入射光を矢印で示す）。一方、本発明で課題とする薄型面光源４は、図２（Ｂ）に示すように、光源２の発光部２ａの高さの方が、導光体３の側面部３ａの高さよりも大きい場合であって、本発明に係るファイバライトガイド５を介すことなく、導光体３の側面部３ａに光源２を単に配置した場合には、光源２からの出射光の一部は導光体３に入射されずにロスとなる（ロスとなる光を点線矢印で示す）。

図２（Ａ）のように、本発明にかかる薄型面光源４は、ファイバライトガイド５を光源２の発光部２ａと導光体３の側面部３ａの高さの差に応じて、一般に光源２の発光部２ａと導光体３の側面部３ａの幅に差があることから、これに対応させて、少なくとも入光部６と出光部７の断面形状を互いに異ならせた一体的・連続的な形状としている。また、ファイバライトガイド５内部の光ファイバ１５の断面形状も入光部６の断面形状から出光部７の断面形状へ連続的に変化する。

このファイバライトガイド５の形状によって、光源２の発光部２ａからロスなくファイバライトガイド５の入光部６に入射した光は、充填された複数の光ファイバ１５内部をロスなく伝播し、ファイバライトガイド５の出光部７に達する。ファイバライトガイド５の出光部７からロスなく導光体３の側面部３ａへ出光することで、面光源素子４における光出射手段により観察者側に光が取出されるため薄型面光源としての機能を果たす。

このように、本発明では、ファイバライトガイド５が光源２の発光部２ａとこれよりも高さが小さい導光体３の側面部３ａとの間に設けられて、これら両者の高さの差に応じてそれぞれ異なる高さを持つ入光部６と出光部７とを有して、内部が複数の光ファイバ１５で充填されてなるので、光源２の発光部２ａと導光体３の側面部３ａの高さの差に応じて少なくとも入光部６と出光部７の断面形状を異ならせることにより、光源２の発光部２ａからの光をロスなく薄型の導光体３の側面部３ａに導くことができる。

前記したように、ファイバライトガイド５の入光部６と出光部７の断面積が等しいので、ファイバライトガイド５の入光部６または出光部７における幅または高さの中で、最も小さいものよりも更に小さい直径の光ファイバ１５を用いる必要がある。また、それぞれの光ファイバ１５は一体化しなくても性能面で不利とはならないが、ファイバライトガイド５を取り扱う上では接着剤などでそれぞれの光ファイバ１５を固定化することが好ましい。

また、一般的な光ファイバはコア層および該コア層よりも屈折率の低いクラッド層からなり、ガラスやプラスチックなどで形成されている。本発明のファイバライトガイド５における光ファイバ１５にも同様にガラスやプラスチックからなる光ファイバを用いることができる。ただし、可視光波長の光に対して透明であればよく、材料は特に限定されない。また、該光ファイバの断面形状は円形や楕円形でも良いし、四角形や六角形などの多角形でもよい。

本発明に用いられる面光源素子は、少なくとも導光体を用いる方式であれば特に限定されず、導光体の裏面に拡散材を添加した塗料のドット印刷方式、導光体表面および／もしくは裏面に凹凸や溝を形成するパターン形成方式、導光体に拡散材を添加する散乱導光体方式など、あらゆる方式の光出射手段を具備する面光源素子を用いることができる。ただし、上記の面光源素子は反射シートや拡散シート、プリズムシートといった光学シートを少なくとも１枚以上使用しなければならず、その分だけ面光源素子の厚み増加要因となるため、本発明の薄型面光源を実現する方式として最適とは言えない。

このため、より一層の薄型化を実現するように、図５に示す面光源素子１０が好ましく用いられる。この面光源素子１０は、光出射手段として複数の凸部８を有して出射光の出射角度を制御する出射光制御板９を使用し、導光体３の出射面（表面）と該出射光制御板９の該凸部８の頂部とが接着されてなる。この面光源素子は、例えばＵＳＰ５，３９６，３５０、特開２００５−３８７４９、特開２００５−３８７５０などで参照される。該面光源素子は他の光学シートを使用する必要がないため、本発明の薄型面光源に非常に適している。

本発明の薄型面光源の出射面側に液晶表示パネルを配置することで液晶表示装置を得ることができる。ここで用いられる液晶表示パネルについては特に限定されないが、本質的に該液晶表示装置の薄型化を達成するためには、液晶表示パネルの基板としてガラスよりも薄くフレキシブルであるフィルムを使用することが好ましい。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
（実施例１）
４０ｍｍ＊３０ｍｍ＊０．１２５ｍｍのＰＭＭＡフィルム（サンデュレン、株式会社カネカ）に、高さ０．０２ｍｍ、幅０．０２ｍｍ程度の略半球状の複数の凸部形状を形成し出射光制御板を作製した。次に５０ｍｍ＊４０ｍｍ＊０．１２５ｍｍのＰＭＭＡフィルムの表面にＵＶ硬化型接着剤を塗付した導光体と、作製した該出射光制御板の凸部の頂部とを該出射光制御板が該導光体の中央部に位置されるように貼合した後、ＵＶ照射することにより面光源素子を作製した。

該導光体の厚みは０．１２５ｍｍであり、発光部が０．６ｍｍの高さを有するＬＥＤ光源（ＣＩＴＩＬＥＤ ＣＬ４３２Ｓ、シチズン電子株式会社）よりも非常に薄い。そこで、ファイバライトガイドを導光体とＬＥＤ光源との間に配置することで、薄型面光源を作製した。該ファイバライトガイドの入光部を該ＬＥＤの発光サイズと同面積の２．８ｍｍ＊０．６ｍｍとし、出光部を該導光体よりも薄くするために１６ｍｍ＊０．１ｍｍとした。また、入光部と出光部は直径０．０５ｍｍの光ファイバを多数充填することで両者を繋いだ。上記ファイバライトガイド２つを作製し、図５のように導光体３の側面部３ａにファイバライトガイド５およびＬＥＤ光源２を２個ずつ設置した。

上記薄型面光源においてＬＥＤ光源２の２灯を点灯したところ、該ＬＥＤ光源２から発せられた光がファイバライトガイド５中を伝播し、更に面光源素子１０に入光されることにより、薄型面光源４が面内均一に発光することを確認した。

本発明の一実施形態にかかる薄型面光源を示す概略斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明のファイバライトガイドの作用を示す概略断面図である。 本発明のファイバライトガイドを示す概略断面図および投影図である。 本発明の面光源素子を示す概略斜視図である。 本発明の他の実施形態にかかる薄型面光源を示す概略平面図である。

符号の説明

２：光源
３：導光体
４：薄型面光源
５：ファイバライトガイド
６：入光部
７：出光部
８：凸部
９：出射光制御板
１０：面光源素子
１５：光ファイバ

Claims (3)

1. 少なくとも１つ以上の光出射手段および薄板状の導光体からなる面光源素子と、該導光体の側面部に光を入射するための少なくとも１つ以上の光源とを備えた薄型面光源において、
   前記導光体の側面部の高さは前記光源の発光部の高さよりも小さく設定されており、
   前記光源の発光部と前記導光体の側面との間に設けられ、これら両者の高さの差に応じてそれぞれ異なる高さを持つ入光部と出光部とを有して、内部が複数の光ファイバで充填されてなり、該光源の発光部から入光した光を導いて該導光体の側面部へ出光するファイバライトガイドを備え、
   前記ファイバライトガイドは、該入光部の高さよりも該出光部の高さの方が小さく、かつ該入光部と該出光部の断面積が相等しいものであることを特徴とする薄型面光源。
2. 前記面光源素子は、前記光出射手段が複数の凸部を有する出射光制御板からなり、前記導光体の出射面と前記出射光制御板の該凸部の頂部とが接着されてなる請求項１に記載の薄型面光源。
3. 請求項１または２に記載の薄型面光源を用いることを特徴とする液晶表示装置。

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