JPWO2005017407A1 - 照明装置及び液晶表示装置 - Google Patents

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智司 前田
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Abstract

照明装置は、光源(16)と、面状導光板(18)とを備える。面状導光板(18)は、対向する表面と、側面と、端面を有し、複数のプリズム(28)が一方の端面(23)に設けられる。複数のプリズム(28)は線状導光板の機能を有し、一体型の面状導光板を提供する。複数のプリズム(28)の形状は位置に従って変えられており、光源(16)は光が側面に端面の近くの位置から入射するように配置される。対向する表面の一方は面状導光板の内部を伝播する光を対向する表面の一方から出射させるための手段(26)を有する。また、面状導光板の側面又は裏面にスリット(30,32)又は溝(34)を設ける。液晶表示装置はそのような照明装置を含む。

Description

本発明は照明装置及び液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は薄くて軽いため、携帯型の情報端末のディスプレイとして広く用いられている。液晶自体は発光しない受光型素子であるため、液晶表示装置は液晶パネルを照明するための照明装置を含む。液晶表示装置は透過型の液晶表示装置及び反射型の液晶表示装置に分類される。透過型液晶表示装置は背面側に照明装置(バックライト)が配置され、反射型液晶表示装置は前面側に照明装置(フロントライト)が配置される。反射型液晶表示装置は太陽光、あるいは室内灯により光が照射されるため、その条件下では照明手段を必要としないが、照明環境にない場合は、照明手段が必要となる。いずれの場合にも、直線偏光の光が液晶を透過するときにその特性から位相が変調され、カラーフィルタを透過し、偏光子によって透過又は遮光されることで1つのドットの白黒表示が形成される。ドットが複数個配設されていることで文字情報あるいは画像情報となる。
従来の照明装置は、光源と、線状導光板と、面状導光板から構成されている(例えば、特開平10−260405号公報及び特開2003−77326号公報参照)。LED等の光源は線状導光板の側部に配置され、線状導光板は面状導光板と隣接して配置されている。光源の光は線状導光板の側面に入射し、線状導光板の端面に設けられた複数のプリズムで反射して面状導光板に入射する。面状導光板はプリズム等の光出射手段を有し、面状導光板の内部を伝播する光が液晶パネルに向かって出射する。
さらに、照明装置は、面内の明るさの分布が均一であることが望ましい。近年、情報端末で使用される液晶パネルおよび液晶表示装置はカラー化、高輝度化、高解像度化といった表示品質の向上と、コスト低減を可能にする簡単な構成の照明装置が求められている。
しかし、上記した照明装置では、光源と、線状導光板と、面状導光板とが別々に作られ、1つのアッセンブリとして組み立てられていたため、使用部品が多く、組み立てに工数を要し、コストが高くなる問題があった。
本発明の目的は明るさの分布が均一で安価な照明装置およびその照明装置を含む液晶表示装置を提供することである。
本発明による照明装置は、光源と、面状導光板とを備え、該面状導光板は、対向する表面と、側面と、端面を有し、複数のプリズムが一方の端面に設けられ、該複数のプリズムの形状は位置に従って変えられており、該光源は光が該側面に該端面の近くの位置から入射するように配置され、該対向する表面の一方は該面状導光板の内部を伝播する光を出射させるための手段を有することを特徴とするものである。
また、本発明による照明装置は、光源と、面状導光板とを備え、該面状導光板は、対向する表面と、側面と、端面を有し、複数のプリズムが一方の端面に設けられ、該光源は光が該側面に該端面の近くの位置から入射するように配置され、該面状導光板は該複数のプリズムの近くに溝又はスリットを有し、該対向する表面の一方は該面状導光板の内部を伝播する光を出射させるための手段を有することを特徴とするものである。
さらに、本発明による液晶表示装置は、液晶パネルと、該液晶パネルを照明するための照明装置とを備える。この照明装置は、上記したいずれかの構成のものとすることができる。
上記構成によれば、面状導光板の端面に線状導光板の機能を有する複数のプリズムを設け、面状導光板を従来の線状導光板と一体化することで、明るさの分布などの表示品質を維持したまま、従来別部品として形成されていた線状導光板を削除し、よって使用部材の数を低減してコスト低減を可能とする。
特に、面状導光板の一端部に設けられた複数のプリズムの角度を位置に応じて変えることで、面状導光板の出射光の明るさの分布を均一にすることが可能である。
さらに、面状導光板は複数のプリズムの近くに溝又はスリットを有する構成にすることで、溝又はスリットの表面で全反射した光を複数のプリズムで方向変換させ、面状導光板に入射した光を有効に利用することができるようになり、明るさを改善することができる。
図1は本発明の実施例のバックライトを有する液晶表示装置を示す斜視図である。
図2は本発明の実施例のフロントライトを有する液晶表示装置を示す斜視図である。
図3は本発明の実施例の照明装置を示す斜視図である。
図4は比較例の照明装置を示す斜視図である。
図5は面状導光板から出射する光の明るさを示す図である。
図6は面状導光板の端面に設けられたプリズムの形状を説明する図である。
図7は図3の面状導光板の端面に設けられた中央部に位置するプリズムの形状を説明する図である。
図8は図3の面状導光板の端面に設けられた端部に位置するプリズムの形状を説明する図である。
図9は集光する光とともに示した液晶表示装置の例を示す斜視図である。
図10は他の例の面状導光板の端面に設けられた中央部に位置するプリズムの形状を説明する図である。
図11は他の例の面状導光板の端面に設けられた端部に位置するプリズムの形状を説明する図である。
図12は平行に進む光とともに示した液晶表示装置の例を示す斜視図である。
図13は他の例の面状導光板を示す斜視図である。
図14は図13の面状導光板のプリズムの形状を示す図である。
図15は他の例の面状導光板を示す斜視図である。
図16は図15の面状導光板のプリズムの形状を示す図である。
図17は他の例の面状導光板を示す斜視図である。
図18は他の例の面状導光板を示す斜視図である。
図19は図18の面状導光板の略平面図である。
図20は他の例の面状導光板を示す斜視図である。
図21は図20の面状導光板の略平面図である。
図22は他の例の面状導光板を示す斜視図である。
図23は図22の面状導光板の略側面図である。
図24は図22の面状導光板の略底面図である。
図25は他の例の面状導光板を示す斜視図である。
図26は他の例の面状導光板を示す斜視図である。
図27は他の例の面状導光板を示す斜視図である。
図1は本発明の実施例のバックライトを有する液晶表示装置を示す斜視図である。液晶表示装置10は液晶パネル12と、液晶パネル12の背面側に配置された照明装置14とからなる。液晶パネル12は一対のガラス基板の間に封入された液晶を含み、偏光子が液晶パネル12の両側に配置される。この場合、照明装置14の光は液晶パネル12を透過して、視認者に達する。
図2は本発明の実施例のフロントライトを有する液晶表示装置を示す斜視図である。液晶表示装置10は液晶パネル12と、液晶パネル12の前面側に配置された照明装置14とからなる。液晶パネル12は反射膜を有する反射型の液晶パネルであり、照明装置14の光は液晶パネル12の液晶を透過した後で反射膜で反射し、再度液晶を透過して液晶パネル12から出射する。図1及び図2において、明るさの分布を均一にするために、照明装置14とともに、散乱板やBEFシート等の種々の光学部材や光学フィルムを用いてもよい。
図3は本発明の実施例の照明装置を示す斜視図である。この照明装置14(及び後で説明する照明装置14)は図1及び図2の照明装置14として使用可能である。図1から図3において、照明装置14は、光源16と、面状導光板18とからなる。光源16は白色LEDからなる点光源である。面状導光板18は透明な樹脂またはガラスで作られ、対向する表面19,20と、側面21,22と、端面23,24を有するほぼ矩形の板からなる。表面19は光が出射する表面であり、面状導光板18の内部を伝播する光を出射させるための手段としての複数のプリズム26を備える。プリズム26は面状導光板18の軸線に対して垂直な方向に側面21から端面22へ延びる。なお、光を出射させるための手段は、プリズム26に限定されるものではなく、散乱層や反射層としてもよい。
複数のプリズム28が面状導光板18の端面23に設けられる。プリズム28は表面19に垂直に表面19から表面20へ延び、プリズム28には反射膜がコーティングされている。光源16は各側面21,22の端面23の近くの位置に配置される。すなわち、光源16は光が面状導光板18の側面21,22に端面23の近くの位置から入射するように配置される。面状導光板18に入射した光は複数のプリズム28で反射して方向を変え、面状導光板18の内部をほぼ面状導光板18の軸線と平行な方向(側面21,22と平行な方向)に進み、最終的に表面19から出射する。
図4は比較例の照明装置を示す斜視図である。従来の照明装置は、光源16aと、線状導光板17aと、面状導光板18aから構成されている。線状導光板17aは複数のプリズム28aを有する。光源16aは線状導光板17aの側部に配置され、線状導光板17aは面状導光板18aと隣接して配置されている。光源16aの光は線状導光板17aの側面に入射し、線状導光板17aの端面に設けられた複数のプリズム28aで反射して面状導光板18aに入射する。面状導光板18aの内部を伝播する光が液晶パネルに向かって出射する。
図3に示した照明装置14の作用は図4に示した照明装置の作用と基本的に同様である。しかし、図4に示した照明装置では、光源16aと、線状導光板17aと、面状導光板18aとが別々に作られ、1つのアッセンブリとして組み立てられていたため、使用部品が多く、組み立てに工数を要し、コストが高くなる。これに対して、本発明では、面状導光板18の端面23に線状導光板18aの機能を有する複数のプリズム28を設けることで、光学特性を維持し、使用部品数を低減し、低コスト化を実現することができる。
本発明の実施例においては、面状導光板18の端面23に設けられた複数のプリズム28の形状は端面23に沿った位置に従って変えられている。すなわち、光源16を出てプリズム28の斜面で反射した光が面状導光板18の軸線とほぼ平行に進むように、プリズム28の形状は変えられている。ほぼ平行な光が得られるようにプリズム28の形状を変えれば、図5に示されるように、均一な明るさの分布の表明装置を得ることができる。
図6は面状導光板18の端面23に設けられたプリズム28の形状を説明する図である。nは面状導光板18の端面23に設けられたプリズム28の数である。一部のプリズム28のみが示されているが、多数のプリズム28が一定のピッチで設けられている。他の図においても一部のプリズム28のみが示されているが、この場合にも、多数のプリズム28が一定のピッチで設けられている。例えば、2インチの液晶パネルの場合、プリズム28は0.23mmのピッチで150個設けられる。
各プリズム28は2つの斜面を含む。一方の光源16を向いたプリズム28の斜面の傾斜角度をθnとする。この場合、角度θnは面状導光板18の軸線に垂直な線(端面23に平行な線)に対する角度である。θoutは光源16を出てプリズム28の斜面で反射した光の面状導光板18の軸線と平行な直線に対する角度である。また、面状導光板18の幅をL、光源16と面状導光板18との間の距離をΔLとする。ΔLはできるだけ0に近くする。さらに、光源16の中心と面状導光板18の端面23(プリズム28の斜面の外端部)との間の距離をt/2とする。Xnは面状導光板18の側面21とn番目のプリズム28との間のX方向の距離である。
一方の光源16を向いたプリズム28の斜面の傾斜角度θnは次の式(1)によって定められる。
Figure 2005017407
このようにして、一方の光源16を向いたプリズム28の一方の斜面の傾斜角度を求めることができる。さらに、他方の光源16を向いたプリズム28のもう一方の斜面の傾斜角度についても同様にして求めることができる。また、一方の光源16を向いたプリズム28の一方の斜面の傾斜角度を上記したようにして求め、他方の光源16を向いたプリズム28のもう一方の斜面の傾斜角度については、プリズム28の溝の中心各θpを一定にする条件で求めることもできる。こうすれば、プリズム28の切削加工をより低コストで実施することが可能になる。また、プリズム28の形状は全て1個ずつ変える必要はなく、幾つかのプリズム28のグループ毎に形状を変えてもよい。
図7から図9はプリズム28の形状の一例を示す図である。図7は端面23の中央部に位置するプリズム28の形状を説明する図である。中央部に位置するプリズム28の形状は、θoutを0度としてθnを求める。図8は端面23の端部に位置するプリズム28の形状を説明する図である。端部に位置するプリズム28の形状は、θoutを−3度としてθnを求める。この場合、図9に示されるように、液晶パネル12を見る場合に、視認者の目に±3度の範囲内で集光する光が入ることになる。例えば、携帯電話では手の長さと目の位置関係から画面の端では+3度、もう一方の端では−3度、中心では0度といったように±3度の光が目に入射するようにするのが好ましい。このように、複数のプリズム28の形状(角度)をプリズム28の位置に従って所望の角度(例えば+3度から−3度)になるように変化させることで、照明光学系の分布が均一になる。なお、面状導光板18のプリズム26は、視認者の目に集光するような角度で配置した場合、より明るくすることが可能である。
図10から図12はプリズム28の形状の一例を示す図である。図10は端面23の中央部に位置するプリズム28の形状を説明する図である。中央部に位置するプリズム28の形状は、θoutを0度としてθnを求める。図11は端面23の端部に位置するプリズム28の形状を説明する図である。端部に位置するプリズム28の形状は、θoutを0度としてθnを求める。この場合、図12に示されるように、液晶パネル12を見る場合に、視認者の目に平行光が入ることになる。図9の構成では、全ての光を一点に集光するため、非常に明るくすることが可能であるが、目の位置が集光点からずれると、表示が暗くなる。そこで、図12に示すように、照明装置14から平行な光が出射し、どの位置へも均一に光が届くようにすれば、全体的に表示を明るくすることが可能である。
以上説明した例では、面状導光板18の端面23はほぼまっすぐに形成されている。すなわち、複数のプリズム28の斜面の外端部は一直線上に並んで設けられている。これに対して、面状導光板18の端面23は中央部が端部よりも外側へ突出するように曲がって形成されることができる。すなわち、複数のプリズム28の頂部は湾曲した線上に設けられている。このように、面状導光板18の端面23を外に凸の多角形または曲面とすることで、明るさを改善することが可能になる。こうすれば、1枚の面状導光板18で、さらに良好な光学特性を得ることが可能で、低コスト化を実現することが可能になる。以下、この特徴をもった面状導光板18について説明する。
図13は他の例の面状導光板を示す斜視図である。複数のプリズム28がある面状導光板18の端面23が多角形形状となっている。図14は図13の面状導光板18のプリズム28の形状を示す図である。プリズム28の形状は上記した式(1)を使用して定めることができる。この場合、端面23の形状が変わることで、式(1)のtの値が変わる。端面23の端部では、光源16から大きな角度で入射した光を利用することができる。また、端面23の中央部では、光源16から比較的に小さな角度で入射した光を近くの他のプリズム28に影響されることなく利用することができる。このように、端部及び中央部をより明るくすることが可能になり、全体として中心をより明るくすることが可能になる。
図15は他の例の面状導光板を示す斜視図である。複数のプリズム28がある面状導光板18の端面23が曲面形状となっている。図16は図15の面状導光板18のプリズム28の形状を示す図である。この実施例でも、図13及び図14の多角形形状の端面23を有する場合と同様に、中心をより明るくするとともに、多角形のように角張りがないから、より高い表示品質を得ることが可能である。複数のプリズム28の角度は、光源16の略中心からの光を、平行な光にするように定めることができる。あるいは、複数のプリズム28の角度は、視認者の目に集光するように定めることができる。
図17は他の例の面状導光板を示す斜視図である。この実施例では、2つの光源16が面状導光板18の各側面21,22に配置される。片側に複数の光源16を配置することで、より明るくすることが可能になる。
図18から図24は他の例の面状導光板を示す斜視図である。これらの実施例では、面状導光板18の端面23には複数のプリズム28が設けられている。従って、これらの実施例は前に説明した実施例と基本的に同様な作用を有する。さらに、これらの実施例では、面状導光板18は複数のプリズム28の近くに溝又はスリットを有する。溝又はスリットは面状導光板18の軸線に対して垂直な線に沿って延びる。また、これらの実施例では、端面23は曲面形状となっているが、端面23は曲面形状のものに限定されるものではない。
図18は他の例の面状導光板を示す斜視図である。図19は図18の面状導光板の略平面図である。図18及び図19において、面状導光板18は複数のプリズム28の近くにスリット30を有する。スリット30は光源16の延長線に対して端面23の反対側に設けられる。スリット30は面状導光板18の軸線に対して垂直な線に沿って延びる。スリット30は面状導光板18の両表面19,20間を貫通するスリットであり、それぞれ面状導光板18の側面21,22から内部へ向かって所定の距離延びている。面状導光板18は両スリット30の間において連続している。
スリット30の端面23側の表面30aは光源16から出て面状導光板18の内部を進む光に対して全反射面を提供する。光源16から面状導光板18に入る光は、面状導光板18内を種々の角度で進む。上記実施例では、面状導光板18の端面23に向かって進む光は端面23のプリズム28で反射して面状導光板18の軸線に対してほぼ平行な方向に方向変換されるが、面状導光板18の端面23とは反対側に向かって進む光はそのままの角度で面状導光板18の内部を伝播し、大きな角度で面状導光板18の表面19から出る。大きな角度で面状導光板18の表面19から出る光は実質的に表示に寄与しない。従って、スリット30を設けることにより、図19に矢印で示されるように端面23とは反対側へ向かって進む光は、表面30aで全反射して端面23へ向かって進むようになる。このようにして端面23へ向かって進む光は端面23のプリズム28で反射して方向変換され、面状導光板18の軸線に対して平行に近い角度で面状導光板18の内部を伝播するようになる。このようにして、面状導光板18に入射した光を有効に利用することができるようになり、明るさを改善することができる。
図20は他の例の面状導光板を示す斜視図である。図21は図20の面状導光板の略平面図である。図20及び図21において、面状導光板18は複数のプリズム28の近くにスリット32を有する。スリット32は面状導光板18の両表面19,20間を貫通するスリットであり、面状導光板18の中間部に設けられ、面状導光板18の軸線に対して垂直な線に沿って延びる。面状導光板18はスリット32の両側において連続している。
この場合にも、スリット30は光源16の延長線に対して端面23の反対側に設けられ、スリット32の端面23側の表面32aは面状導光板18内を進む光に対して全反射面を提供する。従って、この実施例の作用は前の実施例の作用と同様である。
図22は他の例の面状導光板を示す斜視図である。図23は図22の面状導光板の略側面図である。図24は図22の面状導光板の略底面図である。図22から図24において、面状導光板18は複数のプリズム28の近くに溝34を有する。溝34は面状導光板18の表面20側に開口する溝であり、面状導光板18の両側面21,22間を、面状導光板18の軸線に対して垂直な線に沿って延びる。面状導光板18は溝34の上側の部分において連続している。
この場合にも、溝34は光源16の延長線に対して端面23の反対側に設けられ、スリット32の端面23側の表面34aは面状導光板18内を進む光に対して全反射面を提供する。従って、この実施例の作用は前の実施例の作用と同様である。
図25から図27は他の例の面状導光板を示す斜視図である。これらの実施例では、面状導光板18の端面23には複数のプリズム28が設けられている。従って、これらの実施例は前に説明した実施例と基本的に同様な作用を有する。さらに、これらの実施例では、面状導光板18は側面21,22又は底面20にさらなる複数のプリズムを備える。また、これらの実施例では、端面23は曲面形状となっているが、端面23は曲面形状のものに限定されるものではない。
図25においては、面状導光板18の側面21,22にさらなる複数のプリズム36を備える。光源16を出て面状導光板18の端面23とは反対側に向かって進む光は、プリズム36で反射して端面23へ向かって進むようになる。このようにして端面23へ向かって進む光は端面23のプリズム28で反射して方向変換され、面状導光板18の軸線に対して平行に近い角度で面状導光板18の内部を伝播するようになる。このようにして、面状導光板18に入射した光を有効に利用することができるようになり、明るさを改善することができる。
図26においては、面状導光板18の底面20にさらなる複数のプリズム38を備える。面状導光板18の表面19のプリズム26は面状導光板18の軸線に対して垂直に延びるのに対して、面状導光板18の底面20のプリズム38は面状導光板18の軸線に対して平行に延びる。従って、光源16を出て面状導光板18の端面23とは反対側に向かって進む光は、関連する光源16を向いたプリズム38の斜面で反射して上向きに方向変換され、表面19から出射できるようになる。このようにして、面状導光板18に入射した光を有効に利用することができるようになり、明るさを改善することができる。
図27においては、面状導光板18の底面20にさらなる複数のプリズム40を備える。プリズム40は面状導光板18の軸線に対して斜めに且つ互いに交差するように延びるものである。従って、光源16を出て面状導光板18の端面23とは反対側に向かって進む光は、図26のプリズム38のように光を上向きに方向変換させるとともに、面状導光板18の軸線に対して平行な方向に近づくように方向変換させる。このようにして、面状導光板18に入射した光を有効に利用することができるようになり、明るさを改善することができる。
以上説明したように、本発明によれば、面状導光板の端面に線状導光板の機能を有する複数のプリズムを配置することにより、簡単な構造で光学特性を維持し、低コストを実現することができる照明装置及び液晶表示装置を得ることができる。

Claims (11)

  1. 光源と、面状導光板とを備え、該面状導光板は、対向する表面と、側面と、端面を有し、複数のプリズムが一方の端面に設けられ、該複数のプリズムの形状は位置に従って変えられており、該光源は光が該側面に該端面の近くの位置から入射するように配置され、該対向する表面の一方は該面状導光板の内部を伝播する光を出射させるための手段を有することを特徴とする照明装置。
  2. 該対向する表面の一方に設けられた前記手段は複数のプリズムからなることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  3. 該一方の端面はほぼまっすぐに形成されることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  4. 該一方の端面は中央部が端部よりも外側へ突出するように曲がって形成されることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  5. 該一方の端面の複数のプリズムは、ほぼ点光源からの光を略平行光に変換することを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  6. 複数のプリズムは、ほぼ点光源からの光を視認者の目に集光する光に変換することを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  7. 該面状導光板は該複数のプリズムの近くに溝又はスリットを有することを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  8. 該面状導光板は該側面又は他方の表面に複数のプリズムを有することを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  9. 光源と、面状導光板とを備え、該面状導光板は、対向する表面と、側面と、端面を有し、複数のプリズムが一方の端面に設けられ、該光源は光が該側面に該端面の近くの位置から入射するように配置され、該面状導光板は該複数のプリズムの近くに溝又はスリットを有し、該対向する表面の一方は該面状導光板の内部を伝播する光を出射させるための手段を有することを特徴とする照明装置。
  10. 液晶パネルと、該液晶パネルを照明するための照明装置とを備え、該照明装置は、
    光源と、面状導光板とを備え、該面状導光板は、対向する表面と、側面と、端面を有し、複数のプリズムが一方の端面に設けられ、該複数のプリズムの形状は該端面に沿った位置に従って変わっており、該光源は光が該側面に該端面の近くの位置から入射するように配置され、該対向する表面の一方は該面状導光板の内部を伝播する光を該対向する表面の一方から出射させるための手段を有することを特徴とする液晶表示装置。
  11. 液晶パネルと、該液晶パネルを照明するための照明装置とを備え、該照明装置は、
    光源と、面状導光板とを備え、該面状導光板は、対向する表面と、側面と、端面を有し、複数のプリズムが一方の端面に設けられ、該光源は光が該側面に該端面の近くの位置から入射するように配置され、該面状導光板は該複数のプリズムの近くに溝又はスリットを有し、該対向する表面の一方は該面状導光板の内部を伝播する光を該対向する表面の一方から出射させるための手段を有することを特徴とする液晶表示装置。
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