WO2011065052A1 - 面状照明装置およびそれを備えた表示装置 - Google Patents

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light guide
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illumination device
planar illumination
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文枝 國政
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シャープ株式会社
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    • G02B6/0033Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0058Means for improving the coupling-out of light from the light guide varying in density, size, shape or depth along the light guide
    • G02B6/0061Means for improving the coupling-out of light from the light guide varying in density, size, shape or depth along the light guide to provide homogeneous light output intensity

Definitions

  • the present invention relates to a planar illumination device and a display device including the same. More specifically, the present invention relates to a planar illumination device excellent in luminance uniformity and light utilization efficiency and a display device including the same.
  • liquid crystal display devices which are rapidly spreading in place of cathode ray tubes (CRT), are widely used in liquid crystal televisions, monitors, mobile phones and the like, taking advantage of their energy-saving, thin, and lightweight features.
  • improvement of an illuminating device (so-called backlight) disposed behind the liquid crystal display device can be mentioned.
  • Lighting devices are mainly classified into an edge light type (also referred to as a side light type) and a direct type.
  • the direct type illumination device has a plurality of light sources arranged behind a liquid crystal display panel and directly irradiates the liquid crystal display panel. Therefore, it is easy to obtain high brightness even on a large screen, and it is mainly used in large liquid crystal displays of 20 inches or more.
  • the current direct lighting device has a thickness of about 20 mm to 40 mm, which is an obstacle to further thinning the display.
  • the edge light type illumination device has a configuration in which a light guide (light guide plate) is provided behind the liquid crystal display panel, and a light source is provided at a lateral end of the light guide. The light emitted from the light source is reflected by the light guide and indirectly irradiates the liquid crystal display panel indirectly.
  • a light guide light guide plate
  • a light source is provided at a lateral end of the light guide. The light emitted from the light source is reflected by the light guide and indirectly irradiates the liquid crystal display panel indirectly.
  • edge light type illumination devices are mainly employed in small and medium liquid crystal displays such as mobile phones and notebook personal computers.
  • LED point light source
  • an optical pattern 135 made of a prism array or the like is formed on the light incident surface of the light guide plate 122, and a light emitting unit (point light source) is opposed to the optical pattern 135. 130).
  • the surface light source device is shown in which the light emitted from the point light source 130 is scattered by the optical pattern 135 and reaches the corner portion of the light guide plate 122 to improve the luminance of the corner portion.
  • the light exit surface a method is used in which a prism (hairline) extending in a direction substantially perpendicular to the light incident end surface is formed on a surface of the light guide that faces the light emitting surface (see, for example, Patent Documents 2 and 3). .
  • an introduction unit 118 that diffuses light incident from a point light source 115 and light incident from the introduction unit 118 are emitted.
  • a reflecting member 124 that reflects light incident on the daylighting unit 119 from the point light source 115 toward the emitting surface 123 is formed on the back surface opposite to the emitting surface 123.
  • 1 shows a plurality of light guide plates 114 in which a plurality of prism-shaped ridges 126 are provided so as to extend in a direction orthogonal to the direction in which the daylighting surface 125a extends.
  • the light from the point light source 115 is diffused by the optical prism of the introduction unit 118, so that the light is guided through the light guide plate 114 as a whole.
  • a prism-like or lens-like ridge 126 is formed on the light exit surface 123 side of the light guide plate 114 so as to extend in a direction orthogonal to the end face on the introduction portion 118 side in the daylighting portion 119, and from the introduction portion 118 to the daylighting portion 119.
  • the directivity and light quantity of the light incident on the light source are made uniform, and the occurrence of a dark part on the end face on the introduction part 118 side in the daylighting part 119, which is an area corresponding to the front surface of the point light source 115, is suppressed. A bright portion is prevented from occurring in a region corresponding to the gap. Furthermore, since the light is reflected by the reflecting member 121 of the introducing portion 118 in a direction substantially perpendicular to the light incident surface to guide the light to the entire light guide plate 114, the light loss is reduced.
  • Japanese Patent Publication Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-199316 (Publication Date: July 31, 1998)” Japanese Patent Publication “Japanese Patent Laid-Open No. 2005-63913 (Released on March 10, 2005)” Japanese Patent Publication “Japanese Patent Laid-Open No. 2004-6326 (Publication Date: Published on January 8, 2004)”
  • the angle of the light spread in the horizontal and horizontal directions by the optical pattern on the end surface on the point light source 115 side is converted by the prism on the emission surface 123 side.
  • the angle after the conversion is less than the critical angle with respect to the emission surface 123, and there is a problem that the light loss increases in the vicinity of the point light source 115.
  • light is reflected by the reflecting surface 121 in a direction substantially perpendicular to the light incident end surface, but the reflecting surface 121 is 2 for one point light source. The effect is not obtained for light that is only a surface and is incident at a position away from the reflecting surface 121.
  • the cut shape of the reflection surface 121 can be formed relatively easily by injection molding or the like, but is cut into individual sizes after forming a prism on a large sheet. In the case of the manufacturing method, there is a problem that it is difficult to form the reflecting surface 121 on a mirror surface.
  • FIG. 25A in the case where there is no unevenness (prism) on the light incident end face, the angular distribution of light after entering the light guide 22 from the light source 21 is shown in FIG. ) In the range of the A part.
  • FIG. 25C shows the angular distribution of light in the direction (z direction) perpendicular to the light incident end face.
  • FIG. 25 (b) by forming the prism 1 extending in the thickness direction of the light guide on the light incident end face, the angular distribution can be obtained from the portion B in FIG. 25 (c). Can be expanded to within range. Thereby, the area
  • a prism extending in a direction substantially perpendicular to the light incident end surface is provided on the light emitting surface of the light guide 22 or on the surface of the light guide 22 facing the light emitting surface. Therefore, the light that has spread in the horizontal direction of the light guide is converted into light that has spread in the thickness direction of the light guide due to the reflection of light from the prism. For example, the spread in the horizontal direction up to the C portion in FIG. 25C is converted into the spread in the thickness direction up to the D portion.
  • the prism 1 on the light incident end face has an angle as shown in FIG. 25D
  • the light that has been converted and spread in the thickness direction of the light guide is shown in FIG.
  • light having an incident angle with respect to the light exit surface of the light guide 22 or the surface of the light guide 22 opposite to the light exit surface is less than the critical angle, and this light causes light loss.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a planar illumination device excellent in luminance uniformity and light utilization efficiency and a display device including the same. is there.
  • the planar illumination device of the present invention has a light whose angle is expanded by the prism (optical pattern) on the light incident surface (incident end surface) as compared with the surface light source device disclosed in Patent Document 1 above. Is reflected in a direction substantially perpendicular to the light incident surface by a prism (optical pattern) formed on the light exit surface in the vicinity of the light source of the light guide, and guided in the light guide plate. Light loss in the region and light loss from the side surface of the light guide plate are reduced.
  • the light guide in the planar illumination device of the present invention can form a plurality of prisms (optical patterns) on the light exit surface in the vicinity of the light source, compared to the light guide plate disclosed in Patent Document 2 above. Therefore, it is possible to convert more light in a direction substantially perpendicular to the light incident surface. Furthermore, when the prism is formed on the light emitting surface near the light source, a pattern (optical pattern) near the light incident surface can be formed at the same time, so that pattern formation is easy.
  • the planar illumination device of the present invention is disposed so as to face the light source, the light incident surface for allowing the light emitted from the light source to enter the inside, the light emitting surface for emitting the light incident on the inside, and the light emitting surface.
  • a light guide having a back surface, and a reflecting member disposed to face the back surface, which reflects light emitted from the back surface and re-enters the light guide.
  • the light guide has a first optical member formed on the light incident surface for diffusing and entering the light emitted from the light source into the light guide, and an angle of light inside the light guide.
  • the light diffused and incident by the first optical member is condensed inside the light guide.
  • the planar illumination device of the present invention can reduce the ineffective area and reduce the light loss in the vicinity of the light source. As a result, the planar illumination device of the present invention can improve luminance uniformity and light utilization efficiency.
  • the planar illumination device of the present invention includes a light source, a light incident surface that allows the emitted light from the light source to enter the inside, a light exit surface that emits the light incident on the inside, and the light exit surface.
  • a light guide having a back surface disposed opposite to the light source, and a reflective member disposed to face the back surface that reflects light emitted from the back surface and re-enters the light guide body
  • planar illumination device of the present invention has the effect of being excellent in luminance uniformity and light utilization efficiency.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the backlight apparatus in one Embodiment of this invention, (a) shows schematic structure of the said backlight apparatus, (b) is a plane of schematic structure of the light guide in the said backlight apparatus. Is shown. It is a figure which shows the backlight apparatus in other embodiment of this invention, (a) shows schematic structure of the said backlight apparatus, (b) * (c) is the side of schematic structure of the said backlight apparatus. (D) has shown the plane of the schematic structure of the said backlight apparatus. It is a figure which shows angle distribution of the light seen from the direction (z direction) perpendicular
  • FIG. 1 It is a side view which shows schematic structure of the backlight apparatus in other embodiment of this invention. It is a figure which shows the backlight apparatus in further another embodiment of this invention, (a) shows schematic structure of the said backlight apparatus, (b) * (c) shows schematic structure of the said backlight apparatus. A side is shown, (d) has shown the plane of the outline composition of the back light device concerned. It is a side view which shows schematic structure of the backlight apparatus in further another embodiment of this invention. It is a side view which shows the manufacturing process of the light guide in the backlight apparatus in one Embodiment of this invention. It is a side view which shows the manufacturing process of the light guide in the backlight apparatus in one Embodiment of this invention.
  • a liquid crystal display device (display device) 1 includes a liquid crystal display panel (display panel) 10 and a back disposed on the back surface (surface opposite to the display surface) of the liquid crystal display panel 10.
  • a light device (planar illumination device) 20 and a frame (not shown) for housing the liquid crystal display panel 10 and the backlight device 20 are provided.
  • the liquid crystal display device 1 is an example of the “display device” of the present invention
  • the liquid crystal display panel 10 is an example of the “display panel” of the present invention
  • the backlight device 20 is the “planar shape” of the present invention. It is an example of a “lighting device”.
  • the liquid crystal display panel 10 includes an AM substrate (active matrix substrate) 11, a counter substrate 12 disposed to face the front surface (display surface) of the AM substrate 11, and a liquid crystal disposed between the AM substrate 11 and the counter substrate 12. Layer (not shown).
  • the backlight device 20 is an edge light type backlight device, and includes a plurality of light sources 21 arranged in the X direction (see FIG. 2), And a light guide 22 that guides light.
  • Examples of the AM substrate 11 in the liquid crystal display panel 10 include a TFT substrate provided with a plurality of active elements such as TFT (Thin Film Transistor).
  • Examples of the counter substrate 12 in the liquid crystal display panel 10 include a CF (color filter) substrate.
  • a TFT substrate for example, a pixel electrode made of ITO (Indium Tin Oxide) and an active element such as a TFT (Thin Transistor) are provided for each pixel on a glass substrate.
  • a pixel electrode made of ITO (Indium Tin Oxide) and an active element such as a TFT (Thin Transistor) are provided for each pixel on a glass substrate.
  • Examples include a configuration in which a vertical alignment film (alignment film) and a polymer layer (polymerization film) are formed in this order from the glass substrate side so as to cover the electrode and the active element.
  • a color filter layer provided with R, G, B color filters corresponding to each pixel is formed on a glass substrate, and BM (black (black)) is formed between the color filters.
  • a common electrode made of ITO (Indium Tin Oxide), a vertical alignment film (alignment film), and a polymer layer (polymerization film) are arranged in this order from the glass substrate side so as to cover these color filters and BM. Examples include the formed structure.
  • the light source 21 is a point light source, a white LED (light emitting diode) light source, an RGB-LED (light emitting diode in which R, G, and B chips are molded in one package) light source, a multi-color LED light source, and a laser light source. Any of these can be preferably used.
  • the light guide 22 has a light incident surface 22 a, a light output surface 22 b, and a surface (hereinafter also referred to as “back surface”) 22 c facing the light output surface 22 b of the light guide 22. And the light radiate
  • the reflection plate 25 may be arranged at a position on the back surface (surface facing the light emitting surface 22b) 22c side of the light guide 22.
  • the reflection plate 25 is provided in contact with the back surface 22 c of the light guide 22.
  • the reflecting plate 25 reflects light and emits more light from the light emitting surface 22b.
  • the light incident surface 22 a of the light guide 22 is disposed substantially parallel to the light emitting surface of the light source 21.
  • the light guide 22 is made of acrylic, polycarbonate, or the like. Details of the light guide 22 will be described later.
  • the liquid crystal display device 1 of the present invention may include an optical member such as a diffusion plate or a condenser lens between the light guide 22 of the backlight device 20 and the liquid crystal display panel 10.
  • an optical member such as a diffusion plate or a condenser lens between the light guide 22 of the backlight device 20 and the liquid crystal display panel 10.
  • the diffusion plate is disposed to face the light emitting surface 22a at a predetermined distance from the light emitting surface 22a so as to cover the entire light emitting surface 22a of each light guide 22.
  • the diffusion plate diffuses the light emitted from the light exit surface 22 a of the light guide 22 and irradiates the liquid crystal display panel 10.
  • Examples of the diffusion plate include a prism sheet and a diffusion sheet.
  • the condensing lens equalizes and collects the light emitted from the light emitting surface 22 a of each light guide 22 and irradiates the liquid crystal display panel 10. These are preferably used in appropriate combination depending on the price, performance, etc. of the liquid crystal display device 1.
  • the light guide 22 has an optical pattern, specifically, a prism 1 (first optical member), a prism 2 (second optical member), and a prism 3 (third optical member). And the pattern 4 (4th optical member) is formed.
  • the light guide 22 has a substantially rectangular parallelepiped shape or a substantially cubic shape, and at least a light exit surface 22b or a back surface (a surface facing the light exit surface 22b) 22c (in FIG. 2,
  • the prism 2 that gradually changes the angle of light guided through the light guide 22 is formed on the rear surface 22c.
  • the shape of the prism 2 is not particularly limited as long as the angle of light guided through the light guide 22 is gradually changed.
  • a saw-shaped prism array, a lenticular lens array, and a V-shaped groove lens Examples include rough surfaces such as rows and dots.
  • the prism 2 has a shape extending in the horizontal direction (x direction in FIG. 2), so that it does not cause a light diffusion effect in the horizontal direction (x direction in FIG. 2), and the yz direction. Since the angle of the light can be changed only to the angle, it is easy to control the angle of the emitted light.
  • the light guide 22 is guided through at least the light exit surface 22b or the back surface (the surface facing the light exit surface 22b) 22c (formed on the light exit surface 22b in FIG. 2).
  • a prism 3 for diffusing light in the lateral direction (x direction in FIG. 2) is formed.
  • the shape of the prism 3 is not particularly limited as long as the light guided in the light guide 22 is diffused in the horizontal direction.
  • the prism 3 has a convex shape, a concave shape, a bowl shape having a curved surface, or a V-shaped groove. Examples include shape.
  • the prism 3 has a shape extending in the vertical direction (z direction in FIG. 2).
  • the light incident surface 22a of the light guide 22 is formed with a prism 1 that diffuses light incident on the light guide 22 from the light source 21 in the lateral direction (x direction in FIG. 2).
  • the shape of the prism 1 is not particularly limited as long as light incident on the light guide 22 from the light source 21 is diffused in the lateral direction.
  • the shape of the prism 1 is a convex shape, a concave shape, a bowl shape having a curved surface, or a V shape. Examples include the shape of the groove.
  • the prism 1 has a shape extending in the thickness direction (y direction in FIG. 2).
  • the prism 1 spreads light in the thickness direction (y direction in FIG. 2), the light that has entered the light guide 22 is directly emitted from the light emitting surface 22b or the back surface 22c, and light in the ineffective region. It becomes a loss.
  • the light guide 22 has at least one surface (in FIG. 4A, the light emitting surface 22b).
  • a pattern 4 for condensing light guided in the light guide 22 in the vertical direction (z direction in FIG. 2) is formed.
  • the shape of the pattern 4 has a concave shape when the light guide 22 is viewed from the light source 21.
  • the shape of the pattern 4 will be described below with reference to FIGS. 3A and 3B and FIGS. 4A to 4C.
  • FIGS. 3A and 3B show a schematic configuration of a backlight device according to an embodiment of the present invention.
  • the pattern 4 has the maximum depth for the recessed part in a recessed shape, (Thickness of light guide 22 (width in y direction in FIG. 3)) ⁇ (Thickness of light emitting portion of light source 21 (width in y direction in FIG. 3)) Smaller than that.
  • the maximum depth of the concave portion in the concave shape of the pattern 4 is preferably as deep as possible within the range satisfying the above upper limit, and at least from the depth of the prism (prism 3 in FIG. 3) on the same plane. Also deep. This is because if the maximum depth of the concave portion in the concave shape of the pattern 4 is shallower than the depth of the prism (the prism 3 in FIG. 3), the reflective surface of the pattern 4 does not have a sufficient area. is there.
  • the maximum depth of the concave portion in the concave shape of the pattern 4 is derived based on the highest position of the prism (prism 3 in FIG. 2) on the same plane as the pattern 4.
  • FIG. 4A shows a schematic configuration of the backlight device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 4B shows a light guide in the backlight device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 4C illustrates a part of the light guide in the backlight device according to the embodiment of the present invention.
  • the angle ⁇ 2 of the concave portion in the concave shape of the pattern 4 is preferably about 90 °. If it deviates from about 90 °, the light reflected by the pattern 4 is emitted from the light exit surface 22b or the back surface 22c, resulting in a light loss in the ineffective region.
  • FIGS. 5A to 5C and FIGS. 6A to 6C show schematic configurations of the backlight device according to the embodiment of the present invention. Specifically, FIGS. 5A to 5C and FIGS. 6A to 6C illustrate shapes when the pattern 4 is viewed from the light emitting surface 22b side.
  • the pattern 4 pitch (the width in the x direction in FIG. 6) is at least the width of the light source 21 (in FIG. 6). Is smaller than the width in the x direction).
  • the pattern 4 area width (the width in the z direction in FIG. 6) is set within the range of the invalid area in the display device, for example.
  • the angles ⁇ 3 and ⁇ 3 'of the pattern 4 in the shape when the pattern 4 is viewed from the light emitting surface 22b side may be different.
  • the angles ⁇ 3 and ⁇ 3 'of the pattern 4 are different, it is preferable that the angle closer to the center of the light source 21 arranged closest is smaller.
  • the angles ⁇ 3 and ⁇ 3 'of the pattern 4 are substantially equal, it is not necessary to consider the arrangement of the light sources 21.
  • the shape of the pattern 4 when viewed from the light emitting surface 22b side may not be an acute angle.
  • FIG. 7A shows a schematic configuration of the backlight device in one embodiment of the present invention
  • FIG. 7B shows the light guide in the backlight device in one embodiment of the present invention.
  • a part is shown.
  • 8A and 8B show a schematic configuration of a backlight device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows an angular distribution of light viewed from a direction (z direction) perpendicular to the light incident surface of the light guide in the backlight device according to the embodiment of the present invention.
  • the refractive index of the light guide 22 is n and the maximum angle with respect to the light incident surface 22a of the prism 1 is ⁇ 1, the light enters from the air layer (the region between the light guide 22 and the liquid crystal display panel 10).
  • ⁇ 1 is the maximum light spreading angle inside the light guide.
  • arcsin (n2 / n1)
  • n1 the refractive index n of the light guide
  • n2 the refractive index 1 of air
  • ⁇ 1 arcsin (1 / n) It becomes.
  • the emitted light from the light source 21 has the highest intensity in the z direction and has a spread of ⁇ 90 ° in the x and y directions.
  • ⁇ 3 is 90 ° - ⁇ 1 ⁇ ⁇ 3 ⁇ 90 ° It is represented by
  • the pattern 4 When the pattern 4 is formed in the above range, the light in the x direction is condensed in the z direction by the pattern 4, so that the angular distribution of the light in the x direction becomes small (change in the portion B in FIG. 9). As a result, even after the angle is converted by the prism 1, the angle becomes greater than the critical angle with respect to the surface of the light guide 22, and the light loss near the light source 21 can be reduced.
  • FIG. 10A shows a backlight device in which only the prisms 2 and 3 are formed
  • FIG. 10B shows a backlight device in which only the prisms 1, 2 and 3 are formed
  • FIG. 10C shows a backlight device (backlight device of the present invention) in which the prisms 1, 2, 3 and the pattern 4 are formed.
  • the width of the invalid region can be narrowed and the optical loss in the invalid region is reduced as compared with the backlight device shown in (a) of FIG. 10. be able to. Further, in the backlight device shown in FIG. 10C, light loss in the invalid region can be reduced as compared with the backlight device shown in FIG.
  • the backlight device 20 including the light guide 22 according to the present invention has a light emitting surface 22b in the vicinity of the light source 21 in the light guide 22, as shown in FIGS.
  • a pattern 4 formed on a surface 22c of the light guide 22 facing the light emitting surface 22b is provided.
  • the light is spread in the horizontal direction by the prism 1 on the light incident surface, and the spread is returned by the pattern 4 (concave shape) in the vicinity of the light source 21 before the spread light undergoes angle conversion by the prism 2 and becomes a light loss.
  • the pattern 4 concave shape in the vicinity of the light source 21 before the spread light undergoes angle conversion by the prism 2 and becomes a light loss.
  • the light guide 22 is formed using an imprint method using heat. Specifically, as shown in FIG. 17, a film material 22 k made of a transparent resin or the like is disposed between the upper mold 30 and the lower mold 31. Then, as shown in FIG. 18, the film material 22 k is heated and pressurized by the upper mold 30 and the lower mold 31. Thereby, the film material 22k is formed in a desired shape.
  • the desired shape refers to the above-described shape of the light guide 22.
  • the film material 22k is peeled off from the upper mold 30 and the lower mold 31, cooled, and divided into individual pieces, whereby the light guide 22 is obtained as shown in FIG.
  • the light guide 22 can be formed by injection molding instead of the imprint method
  • the roll toe is formed by forming the light guide 22 using the imprint method using the film material 22k.
  • -It is possible to manufacture the light guide 22 by a roll system. Thereby, the manufacturing time can be shortened and the manufacturing cost can be reduced.
  • the prism 1 may be formed at the same time as the cutting to be cut, and may be formed by imprinting or embossing after the cutting.
  • the pattern 4 is incorporated in the above-mentioned imprint mold. Thereby, the pattern 4 can be formed by one imprint.
  • Examples of the pattern 4 (fourth optical member) formed in the present invention include an asymmetric pattern shown in FIG. 5A in addition to the symmetrical pattern shown in FIGS. 5B and 5C. . Further, the pattern 4 formed in the present invention is incorporated in the upper mold 30 or the lower mold 31 used in the above-described light guide manufacturing method, so that the imprint in the light guide manufacturing can be performed simultaneously. It is formed.
  • the prisms 1 to 3 (first to third optical members) formed in the present invention may be formed by attaching a prism sheet.
  • FIG. 12A is a perspective view illustrating a schematic configuration of the backlight device according to the present embodiment
  • FIGS. 12B and 12C are side views illustrating a schematic configuration of the backlight device according to the present embodiment
  • FIG. 12D is a plan view illustrating a schematic configuration of the backlight device according to the present embodiment.
  • the backlight device includes a low refractive index layer 24 between the light guide 22 and the reflection plate 25.
  • the light guide 22 and the low refractive index layer 24 are collectively referred to as a light guide member 23.
  • the light guide member 23 is composed of a substantially rectangular parallelepiped or substantially cubic light guide 22 made of a transparent material having a refractive index n1, and a transparent material having a refractive index n2 attached to the lower surface of the light guide 22 without an air layer.
  • the low refractive index layer 24 is formed.
  • a material having a different refractive index may be included between the light guide 22 and the low refractive index layer 24, but the refractive index n ′ is n2 ⁇ n ′ ⁇ n1.
  • n2 ⁇ n1 holds between the refractive index n1 of the light guide 22 and the refractive index n2 of the low refractive index layer, and it is preferable that n1 / n2> 1.8.
  • the light guide 22 is formed of a substantially rectangular parallelepiped or a substantially cube, and has at least one surface (a surface in contact with the light exit surface 22b or the low refractive index layer 24; formed on the light exit surface in FIG. 12).
  • a prism 2 that gradually changes the angle of light guided through the body 22 is formed.
  • the prism 2 is not particularly limited as long as the angle of light is gradually changed, and examples thereof include a saw-shaped prism array and a lens array having a V-shaped groove.
  • the prism 2 has a shape extending in the lateral direction (the x direction in FIG. 2).
  • a prism 3 for diffusing light in the lateral direction (x direction) is formed on at least one surface of the light guide 22 (the surface in contact with the light emitting surface 22b or the low refractive index layer 24).
  • the prism 3 may be formed on the same surface as the prism 2 so as to overlap the prism 2 (in FIG. 12, it is formed so as to overlap the prism 2 on the exit surface side).
  • a prism 1 for diffusing light in the x direction is formed on the light incident surface facing the light source 21.
  • a pattern 4 for condensing light in a substantially traveling direction (z direction) is formed on at least one surface of the light guide 22 (formed on the light exit surface in FIG. 12).
  • the pattern 4 is formed on the surface opposite to the light emitting surface, it is formed on the light guide 22 side facing the low refractive index layer 24. Even if the pattern 4 is formed on the low refractive index layer 24, the light entering the light guide 22 from the light source 21 is limited in the amount of light entering the low refractive index layer 24 due to the refractive index difference. The effect of can not be obtained.
  • prisms 5 capable of condensing light using total reflection are continuously formed without any gaps and evenly over the entire surface.
  • the prism 5 has a shape extending in the lateral direction (the x direction in FIG. 12).
  • the reflection plate 25 is formed of any one of a dielectric multilayer mirror, a silver-coated reflection plate, or a white PET resin.
  • FIG. 14 is a side view showing a schematic configuration of the backlight device according to the present embodiment.
  • the light enters the low refractive index layer 24, so that light is emitted to the light exit surface side by the prism 5, resulting in light loss.
  • the spread light is condensed in the z direction by the pattern 4, the incidence at the interface with the low refractive index layer 24 becomes a critical angle or more, and the light loss in the vicinity of the light source 21 can be reduced.
  • the light guide 22 is formed using an imprint method using heat. Specifically, as shown in FIG. 17, a film material 22 k made of a transparent resin or the like is disposed between the upper mold 30 and the lower mold 31. Then, as shown in FIG. 18, the film material 22 k is heated and pressurized by the upper mold 30 and the lower mold 31. Thereby, the film material 22k is formed in a desired shape.
  • a desired shape means the shape mentioned above in the light guide 22.
  • the film material 22k is peeled off from the upper mold 30 and the lower mold 31, cooled, and divided into individual pieces, whereby the light guide 22 is obtained as shown in FIG.
  • the light guide 22 can be formed by injection molding instead of the imprint method
  • the roll toe is formed by forming the light guide 22 using the imprint method using the film material 22k.
  • -It is possible to manufacture the light guide 22 by a roll system. Thereby, the manufacturing time can be shortened and the manufacturing cost can be reduced.
  • the low refractive index layer 24 is formed on the back surface 22c of the light guide 22 by using an imprint method using UV light (ultraviolet light).
  • UV light ultraviolet light
  • a UV curable resin 24 e made of a transparent resin is applied on the back surface 22 c of the light guide 22.
  • the light guide 22 has the light emitting surface 22b and the back surface 22c formed substantially parallel to each other, so that the UV curable resin 24e can be applied in a uniform film thickness.
  • the light guide 22 and the UV curable resin 24e are disposed on the quartz substrate 32, and the light guide 22 and the UV curable resin 24e are sandwiched between the quartz substrate 32 and the mold 33. Thereafter, the UV curable resin 24 e is cured to become the low refractive index layer 24 by irradiating UV light from the quartz substrate 32 side.
  • the light guide member 23 which consists of the light guide 22 formed in the desired shape and the low-refractive-index layer 24 is obtained.
  • the optical member may be formed on the film material on which the low refractive index layer 24 is laminated by a double-sided imprint method or a single-sided imprint method.
  • the formation of the low refractive index layer 24 and the formation of the optical member may be performed by a roll-to-roll method, and then the light guide member 23 (the light guide 22 and the low refractive index layer 24) may be separated into pieces.
  • FIG. 15A is a perspective view illustrating a schematic configuration of the backlight device according to the present embodiment
  • FIGS. 15B and 15C are side views illustrating the schematic configuration of the backlight device according to the present embodiment.
  • FIG. 15D is a plan view illustrating a schematic configuration of the backlight device according to the present embodiment.
  • the light guide member 23 includes a substantially rectangular parallelepiped or substantially cubic light guide 22 made of a transparent material having a refractive index n1, and a light guide 22.
  • the low refractive index layer 24 made of a transparent material having a refractive index n2 attached to the lower surface of the low refractive index layer 2 without passing through the air layer, and the refractive index n3 attached to the lower surface of the low refractive index layer 24 without going through the air layer.
  • a prism layer made of a transparent material 26.
  • n2 ⁇ n3 holds between the refractive index n2 and the refractive index n3.
  • the prisms 6 capable of condensing light using total reflection are continuously formed without any gap and evenly formed over the entire surface. Yes.
  • FIG. 16 is a side view showing a schematic configuration of the backlight device according to the present embodiment.
  • the light When incident, the light enters the low refractive index layer 24, and light is emitted to the light exit surface side by the prism 6, resulting in light loss.
  • the spread light is condensed in the z direction by the pattern 4, the incidence at the interface with the low refractive index layer 24 becomes a critical angle or more, and the light loss in the vicinity of the light source 21 can be reduced.
  • the second optical member has a shape extending in a direction parallel to the light incident surface.
  • the light incident from the end surface of the light guide is reflected by the second optical member, and the traveling direction is deflected in the direction perpendicular to the light emitting surface. Therefore, variation in the direction of light emitted from the light exit surface can be suppressed.
  • the fourth optical member is formed to have a plurality of concave portions with respect to the light emitting surface.
  • planar illumination device of the present invention can further improve the light collection efficiency inside the light guide.
  • the fourth optical member has a concave portion that is guided from the light incident surface when the fourth optical member is viewed from the light emitting surface side. It is preferable that the width of the light body is reduced toward the surface facing the light incident surface.
  • planar illumination device of the present invention can further improve the light collection efficiency inside the light guide.
  • the fourth optical member has a depth value in the concave portion of the thickness value of the light guide and the thickness of the light emitting surface of the light source. It is preferable that the difference is smaller than the value.
  • planar illumination device of the present invention can reduce the light loss that the radiated light from the light source does not enter the light guide.
  • the fourth optical member has the same depth as that of the surface of the light guide on which the fourth optical member is formed. It is preferable that the thickness of the second optical member or the third optical member formed in is larger than the thickness value.
  • the planar illumination device of the present invention makes the reflective surface have a sufficient area when reflecting the light diffused by the first optical member by the fourth optical member on the side surface in the concave shape. Can do.
  • the fourth optical members are arranged without gaps in a region where the radiated light from the light source in the light guide is irradiated.
  • planar illuminating device of this invention can enlarge the area of a reflective surface, when reflecting the light diffused by the said 3rd optical member with the said 4th optical member by the side surface in a concave shape. it can.
  • the fourth optical member has a concave portion having a width smaller than that of the light source.
  • planar illumination device of the present invention can further improve the light collection efficiency inside the light guide.
  • the fourth optical member has a base angle of 90 ° in the concave portion.
  • the planar illumination device of the present invention has a demerit that the light reflected by the fourth optical member becomes a light loss in the ineffective region when the angle of the base angle in the concave portion deviates from about 90 °. Can be reduced.
  • a low refractive index layer is further provided between the light guide and the reflective member, and the low refractive index layer acts as a fifth optical member.
  • the fifth optical member it is preferable that a low refractive index layer is further provided between the light guide and the reflecting member.
  • the surface illumination device of the present invention can further improve the luminance and the light utilization efficiency.
  • the planar illumination device of the present invention further includes a low refractive index layer between the light guide and the reflective member, and a sixth material made of a transparent material between the low refractive index layer and the reflective member. It is preferable to further include the optical member.
  • the surface illumination device of the present invention is relatively expensive because a transparent material having a relatively low refractive index used for the low refractive index layer can be made thin, but the thickness of the low refractive index layer can be reduced. It is possible to reduce the amount of the transparent material having a low refractive index that is expensive and to suppress an increase in manufacturing cost.
  • the display device of the present invention is characterized by comprising the above planar illumination device and a display panel.
  • the display device of the present invention can be excellent in luminance uniformity and light utilization efficiency.
  • the planar illumination device includes a light source on a light incident surface of a light guide plate in a light guide plate (light guide body) that receives light emitted from a point light source, converts the light into a planar shape, and emits the light.
  • An optical pattern is formed on the opposite side, an optical pattern extending in a direction orthogonal to the light incident surface is formed on at least one surface of the light guide plate, and light incident on at least one surface in contact with the light incident surface (light incident surface) of the light guide plate
  • a configuration in which a plurality of concave optical patterns are formed at positions adjacent to the surface may be employed.
  • planar illumination device may have a configuration in which, for example, an optical pattern extending in parallel with the light incident surface is formed on at least one surface of the light guide plate.
  • the planar illumination device has a configuration in which, for example, a concave optical pattern formed at a position adjacent to the light incident surface is narrowed in a direction from the light incident surface toward the opposite surface. There may be.
  • the depth of the concave optical pattern formed at a position adjacent to the light incident surface is the thickness of the light guide and the thickness of the emission region of the point light source.
  • it may be configured to be larger than the depth (height) of the prism shape formed on the same surface on which the concave optical pattern is formed.
  • planar illumination device may have a configuration in which, for example, concave optical patterns are arranged without gaps in a region where light from a point light source enters.
  • planar illumination device may have a configuration in which the pitch of the concave optical pattern is smaller than the width of the point light source, for example.
  • the present invention can be used for display devices such as mobile phones, notebook computers, televisions, digital cameras, digital photo frames, and electronic dictionaries.
  • Liquid crystal display device (display device) 10 Liquid crystal display panel (display panel) 11 AM substrate 12 Counter substrate 20 Backlight device (planar illumination device) 21 Light source 22 Light guide 22a Light incident surface 22b Light output surface 22c Back surface (surface facing light output surface 22b) 23 Light guide member 24 Low refractive index layer 25 Reflector (reflective member) 26 Transparent material

Abstract

 輝度均一性および光の利用効率に優れた面状照明装置およびそれを備えた表示装置を提供する。本発明の面状照明装置は、導光体(22)が、光源(21)からの放射光を導光体(22)の内部へ拡散入光させる、光入射面(22a)に形成された第1の光学部材と、導光体内部の光の角度を変化させる、光出射面(22b)または背面(22c)に形成された第2の光学部材と、光を導光体(22)の内部で拡散させる、光出射面(22b)または背面(22c)に形成された第3の光学部材と、第1の光学部材により拡散された光を導光体(22)の内部で集光させる、光出射面(22b)または背面(22c)における光入射面(22a)側の位置に形成された第4の光学部材とを備えており、第4の光学部材が、光出射面(22b)または背面(22c)に対して、凹形状を有するように形成されている。

Description

面状照明装置およびそれを備えた表示装置
 本発明は、面状照明装置およびそれを備えた表示装置に関するものである。さらに詳しくは、輝度均一性および光の利用効率に優れた面状照明装置およびそれを備えた表示装置に関するものである。
 近年、ブラウン管(CRT)に代わり急速に普及している液晶表示装置は、省エネ型、薄型、軽量型等の特長を活かし液晶テレビ、モニター、携帯電話等に幅広く利用されている。これらの特長をさらに活かす方法として液晶表示装置の背後に配置される照明装置(いわゆるバックライト)の改良が挙げられる。
 照明装置は、主にエッジライト型(サイドライト型ともいう)と直下型とに大別される。
直下型の照明装置は、液晶表示パネルの背後に光源を複数個配列し、液晶表示パネルを直接照射するものである。したがって、大画面でも高輝度が得やすく、20インチ以上の大型液晶ディスプレイで主に採用されている。しかし、現在の直下型の照明装置は、厚みが約20mm~40mm程度もあり、ディスプレイのさらなる薄型化には障害となる。
 一方、エッジライト型の照明装置は、液晶表示パネルの背後に導光体(導光板)が設けられ、導光体の横端部に光源が設けられた構成を有している。光源から出射した光は、導光体で反射して間接的に液晶表示パネルを均一照射する。この構造により、輝度は低いが、薄型化することができるとともに、輝度均一性に優れた照明装置が実現できる。そのため、エッジライト型の照明装置は、携帯電話、ノートパソコン等のような中小型液晶ディスプレイに主に採用されている。しかし、エッジライト型の照明装置は、点光源(LED)では幅の広い導光板に対して均一に光を入射させることが困難である。
 そこで従来、入射させる光を広範囲に広げるため、導光体の入光端面にプリズム(光学部材)を形成する方法が用いられている(例えば、特許文献1~3を参照)。
 例えば、特許文献1には、図23に示すような、導光板122の光入射面にプリズムアレイ等からなる光学的パターン135を形成し、この光学的パターン135に対向させて発光部(点光源130)を配置する。点光源130から出た光は、光学的パターン135で散乱され、導光板122の隅部分にも達し、隅部分の輝度を向上させる面光源装置が示されている。
 さらに、導光体における入光端面近傍の無効領域での光ロスおよび導光体の側面からの光ロスを低減し、導光体に対してより一層均一に光を入射させるため、光出射面、または該導光体における該光出射面と対向する面に、入光端面と略垂直方向に延びるプリズム(ヘアライン)を形成する方法が用いられている(例えば、特許文献2,3を参照)。
 例えば、特許文献2には、図24の(a)・(b)に示すような、点状光源115から入射された光を拡散させる導入部118と、導入部118から入射された光を出射する出射面123とを備え、出射面123と反対側の裏面には、点状光源115から採光部119に入射した光を出射面123に向けて反射させる反射部材124が形成され、出射面123には、プリズム状の凸条126が採光面125aの延びる方向と直交する方向に延びるように複数設けられている導光板114が示されている。
 上記特許文献2に示されている導光板では、点状光源115からの光が、導入部118の光学プリズムによって拡散されるため、導光板114全体に光を導波させている。また、導光板114の出射面123側にプリズム状またはレンズ状の凸条126が、採光部119における導入部118側の端面と直交する方向に延びるように形成され、導入部118から採光部119に入射した光の指向性や光量が均一化され、点状光源115の正面と対応する領域である採光部119における導入部118側の端面に暗部が生じるのを抑制するとともに、点状光源115間に対応する領域に明部が生じるのを抑制している。さらに、導入部118の反射部材121によって、入光面に対して略垂直方向に光を反射して導光板114全体に光を導波させているので、光ロスを低減している。
日本国公開特許公報「特開平10-199316号公報(公開日:1998年7月31日)」 日本国公開特許公報「特開2005-63913号公報(公開日:2005年3月10日公開)」 日本国公開特許公報「特開2004-6326号公報(公開日:2004年1月8日公開)」
 しかしながら、上記特許文献1に示されている面光源装置では、光学的パターン135によって広げられた光によって点光源130近傍の無効領域で光ロスが生じ、さらに、導光板122の側面から光が外部に出射されて光ロスが大きくなるという問題点を有している。
 また、上記特許文献2に示されている導光板114では、点状光源115側の端面の光学パターンによって水平横方向に広げられた光が、出射面123側のプリズムによって角度が変換されるため、変換後の角度が出射面123に対して臨界角以下となり、点状光源115近傍で光ロスが大きくなるという問題点を有している。また、上記特許文献2に示されている導光板114では、反射面121によって、光が入光端面に対して略垂直方向に反射されるが、反射面121は1つの点光源に対して2面のみであり、反射面121から離れたところに入射した光にはその効果が得られない。よって、反射面121に照射される光量が少なく、光の方向変換効果が低いという問題点を有している。さらに、上記特許文献2に示されている導光板114において、反射面121の切れ込み形状は、射出成型等では比較的容易に形成可能であるが、大きなシートにプリズムを形成した後に個別サイズに切り取る製造方法の場合には、反射面121を鏡面に形成することが困難であるという問題点を有している。
 ここで、光出射面、または該光出射面と対向する面に、入光端面と略垂直方向に延びるプリズムが形成されている導光体では、入光端面近傍の無効領域(画像表示に有効な光が通過しない領域)において光ロスが発生する。その理由は、以下の通りである。
 図25の(a)に示すように、入光端面に凹凸加工(プリズム)が無い場合には、光源21から導光体22に入射された後の光の角度分布は、図25の(c)におけるA部分の範囲内である。ここで、図25の(c)は、入光端面に垂直な方向(z方向)における光の角度分布を示している。しかし、図25の(b)に示すように、入光端面に、導光体の厚さ方向に延びるプリズム1を形成することにより、上記角度分布を、図25の(c)におけるB部分の範囲内まで広げることができる。これにより、導光体22における暗部の領域を減少させることができる。
 しかしながら、図25の(b)に示すように、導光体22における光出射面、または該導光体22における該光出射面と対向する面に、入光端面と略垂直方向に延びるプリズムが形成されているため、該プリズムでの光の反射により、導光体の水平方向に広がった光を該導光体の厚さ方向に広がった光へと変換してしまう。例えば、図25の(c)におけるC部分までの水平方向の広がりを、D部分までの厚さ方向の広がりへと変換してしまう。
 また、入光端面におけるプリズム1が図25の(d)に示すような角度を有している場合、変換されて導光体の厚さ方向へ広がった光は、図25の(e)に示すように、導光体22における光出射面、または該導光体22における該光出射面と対向する面への入射角が臨界角以下となる光が生じ、この光が光ロスの原因となる。
 また、図25の(f)に示すように、入射後の光の最大広がりは、入射光の最大角を90°、導光体22の屈折率をnとして、以下のように導かれる。
スネルの法則 n・sin(x)=sin(90-ψ)=cosψ より
x=arcsin(cosψ/n)
よって、入射後の光の最大広がり角は、
x+ψ=arcsin(cosψ/n)+ψ
となる。
 本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、輝度均一性および光の利用効率に優れた面状照明装置およびそれを備えた表示装置を提供することにある。
 具体的には、本発明の面状照明装置は、上記特許文献1に示されている面光源装置と比較して、光入射面(入射端面)のプリズム(光学パターン)によって角度が広がった光を、導光体における光源近傍の光出射面に形成したプリズム(光学パターン)によって、光入射面に対して略垂直方向に反射して導光板を導波することにより、光入射面近傍の無効領域での光ロスおよび導光板の側面からの光ロスを低減している。
 また、本発明の面状照明装置における導光体は、上記特許文献2に示されている導光板と比較して、光源近傍の光出射面にプリズム(光学パターン)を複数形成することが可能であるので、より多くの光を光入射面に対して略垂直方向に変換することが可能である。さらに、光源近傍の光出射面にプリズムを形成する際に、光入射面近傍のパターン(光学パターン)も同時に形成することができるため、パターン形成が容易である。
 本発明の面状照明装置は、光源と、上記光源からの放射光を内部へ入射させる光入射面、内部に入射された光を出射させる光出射面、および該光出射面に対向して配置された背面を有している導光体と、上記背面から出射した光を反射して上記導光体の内部へ再度入射させる、該背面に対向して配置された反射部材とを備えており、上記導光体が、上記光源からの放射光を上記導光体の内部へ拡散入光させる、上記光入射面に形成された第1の光学部材と、導光体内部の光の角度を変化させる、上記光出射面または上記背面に形成された第2の光学部材と、光を上記導光体の内部で拡散させる、上記光出射面または上記背面に形成された第3の光学部材と、上記第1の光学部材により拡散入光された光を上記導光体の内部で集光させる、上記光出射面または上記背面における上記光入射面側の位置に形成された第4の光学部材とをさらに備えており、上記第4の光学部材が、上記光出射面または上記背面に対して、凹形状を有するように形成されていることを特徴としている。
 上記の構成によれば、上記第1の光学部材により、上記光源からの放射光を上記導光体の内部で主に該導光体の幅方向に拡散させ、上記第4の光学部材により、光を凹形状における側面で反射させて上記導光体の内部で主に該導光体の長さ方向に対して集光させる。さらに、上記第2の光学部材での光の角度変化および上記第3の光学部材による光の拡散を繰り返しながら導光させる。これにより、本発明の面状照明装置は、無効領域が減少し、かつ光源近傍での光ロスを低減することができる。その結果、本発明の面状照明装置は、輝度均一性および光の利用効率を向上させることができる。
 本発明の面状照明装置は、以上のように、光源と、上記光源からの放射光を内部へ入射させる光入射面、内部に入射された光を出射させる光出射面、および該光出射面に対向して配置された背面を有している導光体と、上記背面から出射した光を反射して上記導光体の内部へ再度入射させる、該背面に対向して配置された反射部材とを備えており、上記導光体が、上記光源からの放射光を上記導光体の内部へ拡散入光させる、上記光入射面に形成された第1の光学部材と、導光体内の光の角度を変化させる、上記光出射面または上記背面に形成された第2の光学部材と、光を上記導光体の内部で拡散させる、上記光出射面または上記背面に形成された第3の光学部材と、上記第1の光学部材により拡散された光を上記導光体の内部で集光させる、上記光出射面または上記背面における上記光入射面側の位置に形成された第4の光学部材とをさらに備えており、上記第4の光学部材が、上記光出射面または上記背面に対して、凹形状を有するように形成されているものである。
 それゆえ、本発明の面状照明装置は、輝度均一性および光の利用効率に優れているという効果を奏する。
本発明の一実施形態におけるバックライト装置を備えた液晶表示装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の一実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の一実施形態におけるバックライト装置を示す図であり、(a)は、当該バックライト装置の概略構成を示し、(b)は、当該バックライト装置中の導光体の概略構成の断面を示し、(c)は、当該バックライト装置中の導光体の一部分の断面を示している。 本発明の一実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態におけるバックライト装置を示す平面図であり、(a)は、当該バックライト装置の概略構成を示し、(b)は、当該バックライト装置中の導光体の一部分を示している。 本発明の一実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態におけるバックライト装置中の導光体の光入射面に垂直な方向(z方向)から見た光の角度分布を示す図である。 本発明の一実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態におけるバックライト装置を示す図であり、(a)は、当該バックライト装置の概略構成を示し、(b)は、当該バックライト装置中の導光体の概略構成の平面を示している。 本発明の他の実施形態におけるバックライト装置を示す図であり、(a)は、当該バックライト装置の概略構成を示し、(b)・(c)は、当該バックライト装置の概略構成の側面を示し、(d)は、当該バックライト装置の概略構成の平面を示している。 本発明の他の実施形態におけるバックライト装置中の導光体の光入射面に垂直な方向(z方向)から見た光の角度分布を示す図である。 本発明の他の実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示す側面図である。 本発明のさらに他の実施形態におけるバックライト装置を示す図であり、(a)は、当該バックライト装置の概略構成を示し、(b)・(c)は、当該バックライト装置の概略構成の側面を示し、(d)は、当該バックライト装置の概略構成の平面を示している。 本発明のさらに他の実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の一実施形態におけるバックライト装置中の導光体の製造工程を示す側面図である。 本発明の一実施形態におけるバックライト装置中の導光体の製造工程を示す側面図である。 本発明の一実施形態におけるバックライト装置中の導光体の製造工程を示す側面図である。 本発明の他の実施形態におけるバックライト装置中の導光体の製造工程を示す側面図である。 本発明の他の実施形態におけるバックライト装置中の導光体の製造工程を示す側面図である。 本発明の他の実施形態におけるバックライト装置中の導光体の製造工程を示す側面図である。 従来のバックライト装置の概略構成を示す平面図である。 従来のバックライト装置を示す図であり、(a)は、当該バックライト装置の概略構成を示し、(b)は、当該バックライト装置の概略構成の平面を示している。 本発明の一実施形態におけるバックライト装置において、光ロスが生じる理論を説明する図である。
 〔実施の形態1〕
 本発明の一実施形態について、図1~11,17~19に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に限定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
 <表示装置>
 本発明の液晶表示装置(表示装置)1は、図1に示すように、液晶表示パネル(表示パネル)10と、液晶表示パネル10の背面(表示面と反対の面)側に配置されたバックライト装置(面状照明装置)20と、液晶表示パネル10およびバックライト装置20を収納するフレーム(図示せず)とを備えている。なお、液晶表示装置1は、本発明の「表示装置」の一例であり、液晶表示パネル10は、本発明の「表示パネル」の一例であり、バックライト装置20は、本発明の「面状照明装置」の一例である。
 液晶表示パネル10は、AM基板(アクティブマトリックス基板)11と、AM基板11の前面(表示面)側に対向配置された対向基板12と、AM基板11および対向基板12の間に配置された液晶層(図示せず)とを含んでいる。
 バックライト装置20は、図1および図2に示すように、エッジライト型のバックライト装置であり、X方向(図2参照)に並ぶように配置された複数の光源21と、光源21からの光を導光する導光体22とを含んでいる。
 液晶表示パネル10におけるAM基板11としては、例えば、TFT(Thin Film Transistor)等のアクティブ素子が複数設けられたTFT基板などが挙げられる。また、液晶表示パネル10における対向基板12としては、例えば、CF(カラーフィルタ)基板等が挙げられる。
 TFT基板の一例としては、例えば、ガラス基板上に、ITO(Indium Tin Oxide)からなる画素電極と、TFT(Thin Film Transistor)等のアクティブ素子とが画素毎に設けられ、その上に、これら画素電極およびアクティブ素子を覆うように、垂直配向膜(配向膜)とポリマー層(重合膜)とが、ガラス基板側からこの順に形成された構成などが挙げられる。
 一方、CF基板の一例としては、例えば、ガラス基板上に、各画素に対応してR,G,Bのカラーフィルタが設けられたカラーフィルタ層を形成するとともに、各カラーフィルタ間にBM(ブラックマトリクス)が形成され、これらカラーフィルタおよびBMを覆うように、ITO(Indium Tin Oxide)からなる共通電極、垂直配向膜(配向膜)、およびポリマー層(重合膜)が、ガラス基板側からこの順に形成された構成などが挙げられる。
 光源21は点光源であり、白色LED(発光ダイオード)光源、RGB-LED(R、G、Bのチップがそれぞれ1つのパッケージ内にモールドされている発光ダイオード)光源、マルチカラーLED光源、レーザー光源のいずれも好ましく用いうる。
 導光体22は、光入射面22a、光出射面22b、導光体22における光出射面22bと対向する面(以下、「背面」ともいう。)22cを有している。そして、光源21から出射された光を光入射面22aで受け取り、該光を光出射面22bから面発光させるものである。
 また、導光体22の背面(光出射面22bと対向する面)22c側の位置に反射板25が配置されていてもよい。反射板25は、導光体22の背面22cと接するように設けられている。反射板25は、光を反射し、光出射面22bからより多くの光を出射させるものである。
 導光体22の光入射面22aは、光源21の光出射面と略平行に配置されている。また、導光体22は、アクリル、ポリカーボネート等により形成されている。導光体22の詳細については後述する。
 本発明の液晶表示装置1は、バックライト装置20の導光体22と液晶表示パネル10との間に、拡散板、集光レンズ等の光学部材を備えていてもよい。
 該拡散板は、各導光体22の光出射面22aの全体を覆うように、光出射面22aから所定の距離をもって、光出射面22aに対向配置される。該拡散板は、導光体22の光出射面22aから出射した光を拡散させて、液晶表示パネル10に照射する。該拡散板としては、例えば、プリズムシート、拡散シート等が挙げられる。該集光レンズは、各導光体22の光出射面22aから出射した光を均一化するとともに集光して、液晶表示パネル10へ照射する。これらは、液晶表示装置1の価格、性能等によって適宜組み合わせて使用することが好ましい。
 <導光体およびバックライト装置(面状照明装置)の具体的な構成>
 本発明における導光体22およびバックライト装置20の詳細について、図2~11を用いて説明する。
 図2に示すように、導光体22には、光学パターン、具体的にはプリズム1(第1の光学部材)、プリズム2(第2の光学部材)、プリズム3(第3の光学部材)およびパターン4(第4の光学部材)が形成されている。
 図2に示すように、導光体22は、略直方体または略立方体の形状を有しており、少なくとも光出射面22bまたは背面(光出射面22bに対向する面)22c(図2においては、背面22cに形成)には、導光体22内を導光する光の角度を徐々に変化させるプリズム2が形成されている。
 プリズム2の形状は、導光体22内を導光する光の角度を徐々に変化させるものであれば特に限定されず、例えば、鋸状のプリズム列、レンチキュラーレンズ列、V字状溝のレンズ列、ドット形状等の粗面などが挙げられる。また、プリズム2は、横方向(図2においては、x方向)に延びる形状とすることで、横方向(図2のx方向)への光の拡散効果を発生させること無く、y-z方向にのみ光の角度を変化させることができるため、出射光の角度制御が容易となる。
 また、導光体22の少なくとも光出射面22bまたは背面(光出射面22bに対向する面)22c(図2においては、光出射面22bに形成)には、導光体22内を導光する光を横方向(図2においては、x方向)に拡散させるプリズム3が形成されている。
 プリズム3の形状は、導光体22内を導光する光を横方向に拡散させるものであれば特に限定されず、例えば、凸形状、凹形状、曲面を有する蒲鉾形状、V字状溝の形状などが挙げられる。また、プリズム3は、縦方向(図2においては、z方向)に延びる形状である。
 なお、プリズム2とプリズム3とを重ねた形状を同一面に形成してもよい。
 また、導光体22における光入射面22aには、光源21から導光体22に入射された光を横方向(図2においては、x方向)に拡散させるプリズム1が形成されている。
 プリズム1の形状は、光源21から導光体22に入射された光を横方向に拡散させるものであれば特に限定されず、例えば、凸形状、凹形状、曲面を有する蒲鉾形状、V字状溝の形状などが挙げられる。また、プリズム1は、厚さ方向(図2においては、y方向)に延びる形状である。
 なお、プリズム1が厚さ方向(図2においては、y方向)に光を広げると、導光体22に入った光が直接光出射面22bまたは背面22cから出射されてしまい、無効領域の光ロスとなる。
 図3の(a)・(b)および図4の(a)~(c)に示すように、導光体22は、少なくともその一面(図4の(a)においては、光出射面22bに形成)には、導光体22内を導光する光を縦方向(図2においては、z方向)に集光させるパターン4が形成されている。
 パターン4の形状は、光源21から導光体22を見たときに凹形状を有している。パターン4の形状について、図3の(a)・(b)および図4の(a)~(c)を用いて以下に説明する。
 図3の(a)・(b)は、本発明の一実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示している。図3の(a)に示すように、パターン4は、凹形状における凹部分の最大の深さが、
(導光体22の厚さ(図3においてはy方向の幅))-(光源21の光出射部の厚さ(図3においてはy方向の幅))
よりも小さいものである。
 図3の(b)に示すように、パターン4の凹形状における凹部分の最大の深さが、上記値よりも大きい場合には、光源21からの光が導光体22に入らないという光ロスが増加する。
 一方、パターン4の凹形状における凹部分の最大の深さは、上記の上限値を満たす範囲内においてできるだけ深いことが好ましく、少なくとも同一面にあるプリズム(図3においては、プリズム3)の深さよりも深い。なぜなら、パターン4の凹形状における凹部分の最大の深さが同一面にあるプリズム(図3においては、プリズム3)の深さよりも浅いと、パターン4の反射面が十分な面積とならないからである。
 なお、パターン4の凹形状における凹部分の最大の深さは、パターン4と同一面にあるプリズム(図2においては、プリズム3)の最も高い位置を基準として導く。
 また、図4の(a)は、本発明の一実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示しており、図4の(b)は、本発明の一実施形態におけるバックライト装置中の導光体の概略構成を示しており、図4の(c)は、本発明の一実施形態におけるバックライト装置中の導光体の一部分を示している。図4の(b)・(c)に示すように、パターン4の凹形状における凹部分の角度ψ2は、約90°であることが好ましい。約90°からずれると、パターン4で反射した光が、光出射面22bまたは背面22cから出射して、無効領域の光ロスとなる。
 また、図5の(a)~(c)および図6の(a)~(c)は、本発明の一実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示している。具体的には、図5の(a)~(c)および図6の(a)~(c)は、パターン4を光出射面22b側から見たときの形状を例示している。
 パターン4の凹形状における凹部分の側面の面積が大きいほど光集光効果が向上するので、光源21付近では、パターン4を隙間無く並べることが好ましい。また、光源21付近でのパターン4の反射面の面積が大きいほど光集光効果が向上するので、パターン4ピッチ(図6においてはx方向の幅)は、少なくとも光源21の幅(図6においてはx方向の幅)よりも小さい。
 また、パターン4領域幅(図6においてはz方向の幅)は、例えば表示装置における無効領域の範囲内に収めておく。
 ここで、図6の(a)に示すように、パターン4を光出射面22b側から見たときの形状におけるパターン4の角度ψ3とψ3’とは、異なっていてもよい。パターン4の角度ψ3とψ3’とが異なる場合には、最も近くに配置されている光源21の中心から近い方の角度が小さいことが好ましい。一方、パターン4の角度ψ3とψ3’とがほぼ等しい場合には、光源21の配置を考慮する必要がない。
 また、図6の(c)に示すように、パターン4を光出射面22b側から見たときの形状が鋭角となっていなくてもよい。
 図7の(a)は、本発明の一実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示しており、図7の(b)は、本発明の一実施形態におけるバックライト装置中の導光体の一部分を示している。また、図8の(a)・(b)は、本発明の一実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示している。また、図9は、本発明の一実施形態におけるバックライト装置中の導光体の光入射面に垂直な方向(z方向)から見た光の角度分布を示している。
 ここで、導光体22の屈折率をn、プリズム1の光入射面22aに対する最大の角度をψ1とすると、空気層(導光体22と液晶表示パネル10との間の領域)より入射した光の導光体22の内部での最大広がり角は、
θ1=arcsin(1/n)
で表される。
 また、φ1は導光体内部での光の最大広がり角である。例えば、プリズム1が光入射面22aに対して凹形状の場合には、光の広がりは、
φ1=arcsin(cosψ/n)+ψ
で表される。
 ここで、スネルの法則(屈折の法則)より、臨界角は一般的に、
θ=arcsin(n2/n1)
で示されることが知られており、n1は導光体の屈折率n、n2は空気の屈折率1となるため、
θ1=arcsin(1/n)
となる。
 また、スネルの法則 n・sin(x)=sin(90-ψ)=cosψ より、
x=arcsin(cosψ/n)
となるため、最大広がり角は、
φ1=arcsin(cosψ/n)+ψ
となる(図25の(f)を参照)。
 光源21からの出射光は、z方向に最も強度が高く、x方向およびy方向に±90°の広がりを有している。
 光源21からの出射光が屈折率n1の導光体22に入射する際、光が屈折して、導光体22内における光のy方向への広がりは±θ1となる。しかし、プリズム1によって光がx方向に広がるため、x方向への広がりは±φ1となる。
 ±φ1の範囲で広がっている光よりも小さい角度(図8の(b)におけるψ3a)でパターン4が形成されている場合には、光がパターン4の側面で反射することがないので、光をz方向に集光する効果が得られない。そのため、ψ3は、
90°-φ1≦ψ3≦90°
で表される。
 上記範囲でパターン4が形成されている場合には、パターン4によりx方向の光がz方向に集光するため、x方向の光の角度分布は小さくなる(図9におけるB部分の変化)。これにより、プリズム1で角度が変換された後でも、導光体22の面に対して臨界角以上となり、光源21近傍での光ロスを低減することができる。
 図10の(a)~(c)は、本発明の一実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示している。具体的には、図10の(a)は、プリズム2,3のみを形成したバックライト装置を示しており、図10の(b)は、プリズム1,2,3のみを形成したバックライト装置を示しており、図10の(c)は、プリズム1,2,3およびパターン4を形成したバックライト装置(本発明のバックライト装置)を示している。
 図10の(c)に示すバックライト装置では、図10の(a)に示すバックライト装置と比較して、無効領域の幅を狭くすることができ、かつ無効領域での光ロスを低減することができる。また、図10の(c)に示すバックライト装置では、図10の(b)に示すバックライト装置と比較して、無効領域での光ロスを低減することができる。
 以上のように、本発明における導光体22を備えたバックライト装置20は、図11の(a)・(b)に示すように、導光体22における光源21近傍の光出射面22b、または該導光体22における該光出射面22bと対向する面22cに形成されたパターン4を備えている。
 これにより、光入射面のプリズム1により光を水平方向に広げ、広がった光がプリズム2により角度変換されて光ロスとなる前に、光源21近傍のパターン4(凹形状)により広がりを戻す。その結果、光源間の光の届かない暗部の領域を低減し、導光体内の光の角度分布は水平方向の広がりを低減することができるので、光ロスを抑制することができる。
 <導光体の製造方法>
 本実施形態における導光体22の製造方法について、図17~図19を参照して説明する。
 まず、熱によるインプリント法を用いて、導光体22を形成する。具体的には、図17に示すように、上金型30と下金型31との間に、透明樹脂等からなるフィルム材22kを配置する。そして、図18に示すように、上金型30と下金型31とにより、フィルム材22kを加熱および加圧する。これにより、フィルム材22kは、所望の形状に形成される。なお、所望の形状とは、導光体22における上述した形状をいう。
 そして、フィルム材22kを、上金型30および下金型31から剥離し冷却するとともに、個片に分割することによって、図19に示すように、導光体22が得られる。
 なお、インプリント法ではなく、射出成形により導光体22を形成することも可能であるが、フィルム材22kを用いたインプリント法を用いて導光体22を形成することによって、ロール・トゥ・ロール方式で導光体22を製造することが可能である。これにより、製造時間を短縮することが可能であるとともに、製造コストを低減することが可能である。
 プリズム1は、フィルム材を分断するときに、分断する刃物等に加工を施して分断と同時に形成してもよいし、分断後にインプリントや型押しなどで形成してもよい。
 また、パターン4は、上記インプリントの金型に組み込まれていることが望ましい。これにより、1回のインプリントでパターン4を形成することができる。
 <パターン4(第4の光学部材)>
 本発明において形成されるパターン4(第4の光学部材)は、例えば図5の(b)・(c)に示す対称なパターン以外に、図5の(a)に示す非対称なパターンが挙げられる。また、本発明において形成されるパターン4は、上記導光体の製造方法に用いられた上金型30または下金型31に組み込まれていることにより、導光体の製造におけるインプリントで同時に形成される。
 <プリズム1,2,3(第1,2,3の光学部材)>
 本発明において形成されるプリズム1~3(第1~3の光学部材)は、プリズムシートを貼り付けることによって形成してもよい。
 〔実施の形態2〕
 本発明の光学部材に関する他の実施形態について、図12~14,20~22に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態1にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
 <導光体およびバックライト装置(面状照明装置)の具体的な構成>
 図12の(a)は、本実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示す斜視図であり、図12の(b)・(c)は、本実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示す側面図であり、図12の(d)は、本実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示す平面図である。
 図12の(b)に示すように、本実施形態におけるバックライト装置では、導光体22と反射板25との間に、低屈折率層24を備えている。なお、本明細書において、導光体22と低屈折率層24とを合わせて導光部材23という。
 導光部材23は、屈折率n1の透明材料からなる略直方体または略立方体の導光体22と、導光体22の下面に空気層を介することなく貼り付けられた屈折率n2の透明材料からなる低屈折率層24からなる。なお、導光体22と低屈折率層24の間に屈折率の異なる材料が含まれても構わないが、その屈折率n’は、n2<n’≦n1である。
 導光体22の屈折率n1と低屈折率層の屈折率n2との間には、n2<n1という関係式が成り立ち、n1/n2>1.8であることが好ましい。
 なお、導光体22は、略直方体または略立方体からなり、少なくともその一面(光出射面22bまたは低屈折率層24と接する面。図12においては、光出射面に形成)には、導光体22内を導光する光の角度を徐々に変化させるプリズム2が形成されている。
 プリズム2は、光の角度を徐々に変化させるものであれば特に限定されず、例えば、鋸状のプリズム列、V字状溝のレンズ列などが挙げられる。また、プリズム2は、横方向(図2においては、x方向)に延びる形状である。
 また、導光体22の少なくとも一面(光出射面22bまたは低屈折率層24と接する面)には、光を横方向(x方向)に拡散するためのプリズム3が形成されている。なお、プリズム3は、プリズム2と同一面に、プリズム2と重なり合う形状で形成してもよい(図12においては、出射面側に、プリズム2と重なる形状で形成している)。
 光源21と対向する光入射面には、x方向に光を拡散させるためのプリズム1が形成されている。
 導光体22の少なくとも一面(図12においては、光出射面に形成)に、光を略進行方向(z方向)に集光させるためのパターン4が形成されている。パターン4を光出射面の対向する面に形成する場合には、低屈折率層24に面している導光体22側に形成する。低屈折率層24にパターン4を形成しても、光源21より導光体22に入った光は、屈折率差により低屈折率層24に入光する光量が制限されているため、パターン4の効果が得られない。
 低屈折率層24の反射板25と対向する面には、全反射を利用して光を集光することができるプリズム5が隙間無く連続して、全面に渡って均等に形成されている。プリズム5は、横方向(図12においては、x方向)に延びる形状である。
 反射板25は、誘電体多層膜ミラー、銀をコーティングした反射板または白色PET樹脂のいずれかで形成される。
 図13の(a)・(b)は、本実施形態におけるバックライト装置中の導光体の光入射面に垂直な方向(z方向)から見た光の角度分布を示している。また、図14は、本実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示す側面図である。
 プリズム1により光がx方向に広がって導光体22に入光し、プリズム3で反射して方向が変わった光が、導光体22と低屈折率層24との界面に臨界角以下で入射すると、低屈折率層24に入光するため、プリズム5により光出射面側に光が出てしまい、光ロスとなる。
 そこで、パターン4により、広がった光をz方向に集光させるため、低屈折率層24との界面における入射は臨界角以上となり、光源21近傍の光ロスを低減させることができる。
 <導光体の製造方法>
 本実施形態における導光体22の製造方法について、図17~図22を参照して説明する。
 まず、熱によるインプリント法を用いて、導光体22を形成する。具体的には、図17に示すように、上金型30と下金型31との間に、透明樹脂等からなるフィルム材22kを配置する。そして、図18に示すように、上金型30と下金型31とにより、フィルム材22kを加熱および加圧する。これにより、フィルム材22kは、所望の形状に形成される。なお、所望の形状とは、導光体22における上述した形状をいう。
 そして、フィルム材22kを、上金型30および下金型31から剥離し冷却するとともに、個片に分割することによって、図19に示すように、導光体22が得られる。
 なお、インプリント法ではなく、射出成形により導光体22を形成することも可能であるが、フィルム材22kを用いたインプリント法を用いて導光体22を形成することによって、ロール・トゥ・ロール方式で導光体22を製造することが可能である。これにより、製造時間を短縮することが可能であるとともに、製造コストを低減することが可能である。
 その後、UV光(紫外線)によるインプリント法を用いて、導光体22の背面22c上に低屈折率層24を形成する。具体的には、図20に示すように、導光体22の背面22c上に透明樹脂からなるUV硬化樹脂24eを塗布する。このとき、導光体22は、光出射面22bと背面22cとが略平行に形成されているので、UV硬化樹脂24eを均一な膜厚に塗布することが可能である。
 そして、図21に示すように、石英基板32上に導光体22およびUV硬化樹脂24eを配置するとともに、石英基板32と金型33とにより、導光体22およびUV硬化樹脂24eを挟み込む。その後、石英基板32側からUV光を照射することにより、UV硬化樹脂24eは、硬化し低屈折率層24になる。
 そして、図22に示すように、所望の形状に形成された導光体22および低屈折率層24からなる導光部材23が得られる。
 プリズム2、3およびパターン4を導光体22の出射面側22bに形成し、導光体22と低屈折率層24との界面に光学部材を形成しない場合は、導光体22の上に低屈折率層24を積層したフィルム材に、両面インプリント法、または片面ずつのインプリント法により光学部材を形成してもよい。
 なお、低屈折率層24の形成、光学部材形成までをロール・トゥ・ロール方式で行い、その後、導光部材23(導光体22および低屈折率層24)を個片にしてもよい。
 〔実施の形態3〕
 本発明の光学部材に関する他の実施形態について、図15,16に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態1にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
 <導光体およびバックライト装置(面状照明装置)の具体的な構成>
 図15の(a)は、本実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示す斜視図であり、図15の(b)・(c)は、本実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示す側面図であり、図15の(d)は、本実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示す平面図である。
 図15の(b)に示すように、本実施形態におけるバックライト装置では、導光部材23は、屈折率n1の透明材料からなる略直方体または略立方体の導光体22と、導光体22の下面に空気層を介することなく貼り付けられた屈折率n2の透明材料からなる低屈折率層24と、低屈折率層24の下面に空気層を介することなく貼り付けられた屈折率n3の透明材料26からなるプリズム層とで構成される。
 屈折率n2と屈折率n3との間には、n2<n3の関係式が成り立つ。透明材料26からなるプリズム層における反射板25と対向する面には、全反射を利用して光を集光することができるプリズム6が隙間無く連続して、全面に渡って均等に形成されている。
 図16は、本実施形態におけるバックライト装置の概略構成を示す側面図である。プリズム1により光がx方向に広がって導光体22に入光し、プリズム3で反射して方向が変わった光が、導光体22と低屈折率層24との界面に臨界角以下で入射すると、低屈折率層24に入光するため、プリズム6により光出射面側に光が出てしまい、光ロスとなる。
 そこで、パターン4により、広がった光をz方向に集光させるため、低屈折率層24との界面における入射は臨界角以上となり、光源21近傍の光ロスを低減させることができる。
 〔本発明の好ましい形態〕
 本発明の面状照明装置では、上記第2の光学部材は、上記光入射面と平行な方向に延びる形状を有していることが好ましい。
 これにより、本発明の面状照明装置は、上記導光体の端面から入射された光が、上記第2の光学部材で反射して進行方向が光出射面に対して垂直方向に偏向されるため、光出射面から出射される光の方向のバラツキを抑制することができる。
 また、本発明の面状照明装置では、上記第4の光学部材は、上記光出射面に対して、凹形状の部分を複数個有するように形成されていることが好ましい。
 これにより、本発明の面状照明装置は、上記導光体の内部での集光効率をより一層高めることができる。
 また、本発明の面状照明装置では、上記第4の光学部材は、該第4の光学部材を上記光出射面側から見たときに、凹形状の部分が、上記光入射面から上記導光体における該光入射面と対向する面に向かって幅が狭くなるように形成されていることが好ましい。
 これにより、本発明の面状照明装置は、上記導光体の内部での集光効率をより一層高めることができる。
 また、本発明の面状照明装置では、上記第4の光学部材は、凹形状の部分における深さの値が、上記導光体における厚さの値と上記光源における光出射面の厚さの値との差よりも小さいことが好ましい。
 これにより、本発明の面状照明装置は、上記光源からの放射光が上記導光体に入らないという光ロスを減少させることができる。
 また、本発明の面状照明装置では、上記第4の光学部材は、凹形状の部分における深さの値が、上記導光体における該第4の光学部材が形成されている面と同一面に形成されている上記第2の光学部材または上記第3の光学部材における厚さの値よりも大きいことが好ましい。
 これにより、本発明の面状照明装置は、上記第4の光学部材により上記第1の光学部材により拡散された光を凹形状における側面で反射させる際に、反射面を十分な面積とすることができる。
 また、本発明の面状照明装置では、上記第4の光学部材は、上記導光体における上記光源からの放射光が照射される領域において、隙間無く並べられていることが好ましい。
 これにより、本発明の面状照明装置は、上記第4の光学部材により上記第3の光学部材により拡散された光を凹形状における側面で反射させる際に、反射面の面積を大きくすることができる。
 また、本発明の面状照明装置では、上記第4の光学部材は、凹形状の部分の幅が、上記光源の幅よりも小さいことが好ましい。
 これにより、本発明の面状照明装置は、上記導光体の内部での集光効率をより一層高めることができる。
 また、本発明の面状照明装置では、上記第4の光学部材は、凹形状の部分における底角の角度が、90°であることが好ましい。
 これにより、本発明の面状照明装置は、凹形状の部分における底角の角度が約90°からずれると上記第4の光学部材で反射した光が無効領域での光ロスとなるというデメリットを低減することができる。
 また、本発明の面状照明装置では、さらに、上記導光体と上記反射部材との間に低屈折率層を備えており、上記低屈折率層が、第5の光学部材として作用することが好ましい。すなわち、上記第5の光学部材を備えている場合には、上記導光体と上記反射部材との間に低屈折率層をさらに備えていることが好ましい。
 これにより、本発明の面状照明装置は、輝度向上および光の利用効率をより一層向上させることができる。
 また、本発明の面状照明装置では、上記導光体と上記反射部材との間に低屈折率層をさらに備え、該低屈折率層と上記反射部材との間に透明材料からなる第6の光学部材をさらに備えていることが好ましい。
 これにより、本発明の面状照明装置は、低屈折率層に用いるような比較的低い屈折率を有する透明材料は高価であるが、低屈折率層の厚みを薄くすることができるので、比較的高価である低い屈折率を有する透明材料の使用量を低減し、製造コストが増加するのを抑制することができる。
 また、本発明の表示装置は、上記面状照明装置と、表示パネルとを備えていることを特徴としている。
 これにより、本発明の表示装置は、輝度均一性および光の利用効率に優れたものとすることができる。
 〔その他〕
 なお、本発明に係る面状照明装置は、点状光源から出射された光を入射し、面状に変換して出射する導光板(導光体)において、導光板の光入射面の光源と対向する箇所に光学的パターンが形成され、導光板の少なくとも一面に入光面と直交する方向に延びる光学パターンが形成され、導光板の入光面(光入射面)に接する少なくとも一面における入光面に隣接する位置に凹状の光学パターンが複数形成されているという構成であってもよい。
 また、本発明に係る面状照明装置は、例えば、導光板の少なくとも一面に、光入射面と平行に延びる光学パターンが形成されているという構成であってもよい。
 また、本発明に係る面状照明装置は、例えば、入光面に隣接する位置に形成された凹状の光学パターンが、入光面から対向する面に向かう方向に狭くなる形状であるという構成であってもよい。
 また、本発明に係る面状照明装置は、例えば、入光面に隣接する位置に形成された凹状の光学パターンの深さが、導光体の厚さと点状光源の出射領域の厚さとの差よりも小さいが、凹状の光学パターンが形成されている同一面に形成されているプリズム形状の深さ(高さ)よりも大きいという構成であってもよい。
 また、本発明に係る面状照明装置は、例えば、凹状の光学パターンが、点状光源からの光が入光する領域においては、隙間無く並べられているという構成であってもよい。
 また、本発明に係る面状照明装置は、例えば、凹状の光学パターンのピッチが、点状光源の幅よりも小さいという構成であってもよい。
 本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
 すなわち、上述した具体的な実施形態および実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する請求の範囲内において、いろいろと変更して実施することができるものである。
 本発明は、携帯電話、ノートパソコン、テレビ、デジタルカメラ、デジタルフォトフレーム、電子辞書等の表示装置などに利用することができる。
  1  液晶表示装置(表示装置)
 10  液晶表示パネル(表示パネル)
 11  AM基板
 12  対向基板
 20  バックライト装置(面状照明装置)
 21  光源
 22  導光体
 22a 光入射面
 22b 光出射面
 22c 背面(光出射面22bと対向する面)
 23  導光部材
 24  低屈折率層
 25  反射板(反射部材)
 26  透明材料
 

Claims (12)

  1.  光源と、
     上記光源からの放射光を内部へ入射させる光入射面、内部に入射された光を出射させる光出射面、および該光出射面に対向して配置された背面を有している導光体と、
     上記背面から出射した光を反射して上記導光体の内部へ再度入射させる、該背面に対向して配置された反射部材と
    を備えており、
     上記導光体が、上記光源からの放射光を上記導光体の内部へ拡散入光させる、上記光入射面に形成された第1の光学部材と、
     上記導光体内部の光の角度を変化させる、上記光出射面または上記背面に形成された第2の光学部材と、
     上記光を上記導光体の内部で拡散させる、上記光出射面または上記背面に形成された第3の光学部材と、
     上記第1の光学部材により拡散入光された光を上記導光体の内部で集光させる、上記光出射面または上記背面における上記光入射面側の位置に形成された第4の光学部材と
    をさらに備えており、
     上記第4の光学部材が、上記光出射面または上記背面に対して、凹形状を有するように形成されていることを特徴とする面状照明装置。
  2.  上記第2の光学部材は、上記光入射面と平行な方向に延びる形状を有していることを特徴とする請求項1に記載の面状照明装置。
  3.  上記第4の光学部材は、上記光出射面に対して、凹形状の部分を複数個有するように形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の面状照明装置。
  4.  上記第4の光学部材は、該第4の光学部材を上記光出射面側から見たときに、凹形状の部分が、上記光入射面から上記導光体における該光入射面と対向する面に向かって幅が狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の面状照明装置。
  5.  上記第4の光学部材は、凹形状の部分における深さの値が、上記導光体における厚さの値と上記光源における光出射面の厚さの値との差よりも小さいことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の面状照明装置。
  6.  上記第4の光学部材は、凹形状の部分における深さの値が、上記導光体における該第4の光学部材が形成されている面と同一面に形成されている上記第2の光学部材または上記第3の光学部材における厚さの値よりも大きいことを特徴とする請求項5に記載の面状照明装置。
  7.  上記第4の光学部材は、上記導光体における上記光源からの放射光が照射される領域において、隙間無く並べられていることを特徴とする請求項3~6のいずれか1項に記載の面状照明装置。
  8.  上記第4の光学部材は、凹形状の部分の幅が、上記光源の幅よりも小さいことを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の面状照明装置。
  9.  上記第4の光学部材は、凹形状の部分における底角の角度が、90°であることを特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載の面状照明装置。
  10.  上記導光体と上記反射部材との間に低屈折率層をさらに備えており、
     上記低屈折率層が、第5の光学部材として作用することを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
  11.  上記導光体と上記反射部材との間に低屈折率層をさらに備え、該低屈折率層と上記反射部材との間に透明材料からなる第6の光学部材をさらに備えていることを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の面状照明装置。
  12.  請求項1~11のいずれか1項に記載の面状照明装置と、表示パネルとを備えていることを特徴とする表示装置。
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