WO2007125575A1

WO2007125575A1 - 照明装置及び液晶表示装置

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Publication number: WO2007125575A1
Application number: PCT/JP2006/308842
Authority: WO
Inventors: Satoshi Maeda; Hirokazu Aritake; Takao Satake; Susumu Fujiwara
Original assignee: Fujitsu Limited; Fujitsu Kasei Limited
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2007-11-08
Also published as: KR101213842B1; US7591580B2; CN101427070B; US20090040789A1; JP4750848B2; JPWO2007125575A1; KR20090007612A; CN101427070A

Abstract

【課題】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。【解決手段】導光板６２の反射面側にシリンドリカルレンズ６５を設け、これらのシリンドリカルレンズ６５の間を凹形の曲面により接続する。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、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。

Description

明細書

照明装置及び液晶表示装置

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 液晶パネル 10は、 2枚の透明基板 11a, l ib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。

[0005] 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。

[0006] 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。

[0007] 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)力も導光板 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、最終的に出光面力も導光板 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。

[0008] 通常、液晶パネル 10を構成する 2枚の透明基板 11a, l ib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。ノックライト 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 1 2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。

[0009] 透過型液晶表示装置においては、ノックライト 20から出射された光が液晶パネル 1 0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。

[0010] 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。

[0011] 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力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。

[0012] 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。し力しながら、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の出光面力外部に出射され、輝度むらの原因となる。

[0013] 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ヽる。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、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。

[0014] し力しながら、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。

[0015] 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!/、るので、光源力も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。

特許文献 1：特開 2004— 6326号公報

特許文献 2：特開 2005— 71610号公報

発明の開示

[0016] 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。

[0017] 本発明の照明装置は、光源と、前記光源力出力された光を端面力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 [0018] 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力ゝ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。

[0019] 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。

[0020] 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ヽることを特徴とする。

[0021] 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。

[0022] 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。

図面の簡単な説明

[0023] [図 1]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。

圆 2]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]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。

圆 4]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。

圆 5]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]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]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]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]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]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]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]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]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。圆 14]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アイルを示す図である。

[図 15]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]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]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]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。圆 19]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]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]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]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]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]図 24は、第 6の実施形態の効果を示す模式図である。

[図 25]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 26]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]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]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]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]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。

発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下、本発明について、添付の図面を参照して説明する。

[0025] (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ヽる。

[0026] 液晶パネル 50は、 2枚の透明基板 51a, 5 lb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。

[0027] 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、る。

[0028] 導光板 62は PMMA (ポリメチルメタタリレート）等の透明榭脂からなり、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 1 mm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、る。

[0029] 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。

[0030] 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の円に倣つて形成されている。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。

[0031] 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。

[0032] 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つている。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 6 2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。

[0033] (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。

[0034] 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間の境界部分カ^、ずれも半径 rの円に倣う形状をして！/、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。

[0035] 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。

[0036] 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、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。

[0037] 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 6 5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ょ、。

[0038] (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。

[0039] 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間の境界部分力ぃずれも11=。（1 + 5^1 ））のサィ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。

[0040] (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。

[0041] 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。

[0042] 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、ノ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ち高くすることちでさる。

[0043] 光拡散素子 66として、 DOE (Diflfractive 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ツドア-一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 1 5 (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。

[0044] 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。

[0045] まず、 Gerchberg- Saxton法又はシミュレ一テツドア-一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。

[0046] 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ツパ露光 (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。

[0047] 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つきして、金属ブロック 74を形成する。

[0048] 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、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。

[0049] 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等の透明榭脂を注入して、出光面に DOEを有する導光板 62を成形する。

[0050] (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。

[0051] 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。 LE D61から放出された光は、導光板 62の入光面力も導光板 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、全反射条件力外れた光が出光面力出力される。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。

[0052] 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 6 2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力も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力も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。

[0053] 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。

[0054] 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。

[0055] (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。

[0056] 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）の距離をとつて、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、る。

[0057] 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)。

[0058] 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. Olmm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。 [0059] 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— ^ Δ ΖΖ ΔΧ) )をとつて、シリンドリカルレンズ 81の頂部力も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、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。

[0060] 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ヽるので、この図 23に示すように、シリンドリカノレレンズ 81の頂咅（基^;)力ら 0. 04m m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力も境界部（ 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

[0061] 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。

[0062] 図 25は、シリンドリカルレンズ 81の頂部力も境界部までの 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の頂部力も境界部までの 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ユレーシヨ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ヨンした結果も示して、る。

[0063] これらの図 25及び図 26からわ力るように、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 4 5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。

[0064] 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の頂部力境界部までの 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 8 1の平面部の X軸方向の長さは、頂部力境界部までの X軸方向の長さの 50%未満とすることが好ましい。

[0065] 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。

[0066] 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力も出力される。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。

[0067] 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。

[0068] 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ノックライトに適用した例について説明した力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

請求の範囲

[I] 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ヽ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形の曲面が、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] 前記光源が、 LED (Light Emitting Diode)力なることを特徴とする請求項 1に記載の照明装置。

[6] 前記導光板の前記一方の面には、出射光を拡散する光拡散素子が設けられていることを特徴とする請求項 1に記載の照明装置。

[7] 前記光拡散素子は、前記一方の面に設けられた DOE (Diflractive Optical Element) 力なることを特徴とする請求項 6に記載の照明装置。

[8] 前記導光板の前記端面には、配光変換素子が設けられていることを特徴とする請求項 1に記載の照明装置。

[9] 前記配光変換素子は、前記端面に設けられた DOE (Diflfractive Optical Element)からなることを特徴とする請求項 8に記載の照明装置。

[10] 前記導光板の前記一方の面の上に、プリズムシートが配置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。

[I I] 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ヽることを特徴とする液晶表示装置。

[12] 光源と、

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。

[13] 前記シリンドリカルレンズの頂部の曲面力円、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 12に記載の照明装置。

[14] 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 12に記載の照明装置。

[15] 前記光源が、 LED (Light Emitting Diode)力もなることを特徴とする請求項 12に記載の照明装置。

[16] 前記導光板の前記一方の面には、出射光を拡散する光拡散素子が設けられていることを特徴とする請求項 12に記載の照明装置。

[17] 前記光拡散素子は、前記一方の面に設けられた DOE (Diflractive Optical Element) 力もなることを特徴とする請求項 16に記載の照明装置。

[18] 前記導光板の前記端面には、配光変換素子が設けられていることを特徴とする請求項 12に記載の照明装置。

[19] 前記配光変換素子は、前記端面に設けられた DOE (Diflfractive Optical Element)からなることを特徴とする請求項 18に記載の照明装置。

[20] 前記導光板の前記一方の面の上に、プリズムシートが配置されていることを特徴とする請求項 12に記載の照明装置。

[21] 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、ることを特徴とする液晶表示装置。