(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板面に沿った所定方向に向けて内部を伝播する光を板面上から放出するように構成された透光性を備えた導光板と、該導光板の端部近傍に配置され前記導光板内に前記所定方向とは異なる他方向に向けて光を導入させる光源とを備え、前記導光板における前記光源を配置した側とは異なる端部に、前記他方向に向けて前記導光板内を伝播してきた光を前記導光板内における概ね前記所定方向へ向けて反射する反射層を設けた面状発光体において、
前記導光板は、前記他方向に進む光を前記反射層に到達する以前には板面上から放出しないように構成されていることを特徴とする面状発光体。
【請求項２】
請求項１において、前記光源は前記導光板内における光の放出方向に指向性を有することを特徴とする面状発光体。
【請求項３】
請求項１において、前記光源は点状光源であることを特徴とする面状発光体。
【請求項４】
請求項２又は３において、前記光源は発光ダイオードであることを特徴とする面状発光体。
【請求項５】
板面に沿った所定方向に向けて内部を伝播する光を板面上から放出するように構成された透光性を備えた導光板と、該導光板の端部近傍に配置され前記導光板内に前記所定方向とは異なる他方向に向けて光を導入させる光源とを備え、前記導光板は透視可能に構成されており、前記導光板における前記光源を配置した側とは異なる端部に、前記他方向に向けて前記導光板内を伝播してきた光を前記導光板内における概ね前記所定方向へ向けて反射する反射層を設けたフロントライトにおいて、
前記導光板は、前記他方向に進む光を前記反射層に到達する以前には板面上から放出しないように構成されていることを特徴とするフロントライト。
【請求項６】
請求項５において、前記光源は前記導光板内における光の放出方向に指向性を有することを特徴とするフロントライト。
【請求項７】
請求項５において、前記光源は点状光源であることを特徴とするフロントライト。
【請求項８】
請求項６又は７において、前記光源は発光ダイオードであることを特徴とするフロントライト。
【請求項９】
請求項５から請求項８までのいずれか１項に記載されたフロントライトを液晶パネルの前面側に備えたことを特徴とする液晶装置。
【請求項１０】
透光性を備え、板面に沿った所定方向に向けて内部を伝播する光を板面上から放出するように構成され、
前記所定方向とは異なる他方向に向けて内部を伝播してきた光が到達する端部には、前記他方向に向けて内部を伝播してきた光を概ね前記所定方向へ向けて反射する反射層が設けられた導光板において、
前記他方向に進む光を前記反射層に到達する以前には板面上から放出しないように構成されていることを特徴とする導光板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は面状発光体、フロントライト、液晶装置及び導光板に係り、特に、液晶表示装置のフロントライトとして用いられる場合に好適な面状発光体の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から携帯機器などには消費電力の小さい反射型の液晶表示パネルが用いられているが、夜間などの暗所では表示が見えないという問題点がある。一方、透過型の液晶表示パネルはバックライトを備えていることから暗所でも表示を見ることができるが、バックライトの消費電力が多いとともに、明るい昼間に建物の外部で使用する場合には却って表示が見にくくなるという問題点がある。
【０００３】
上記の問題点を解決するために、反射型の液晶表示パネルの前面に導光板を設置し、導光板の端部近傍に配置した冷陰極管などの光源からの光を導光板内に導入し、導光板の板面から液晶表示パネルに向けて光を照射することによって暗所でも表示を見ることができるようにした面状発光体であるフロントライトを備えた液晶表示装置が提案されている。フロントライトを備えた液晶表示装置において、昼間は導光板を通して液晶表示パネルを視認できるため、通常の反射型の液晶表示パネルとして用いることができ、暗所ではフロントライトを点灯することによって液晶表示パネルを照明し、表示を視認可能とすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のフロントライトにおいては冷陰極管などの線状光源を用いることによって導光板内にほぼ均一に光を導入し、液晶表示パネルを照明するように構成されているが、携帯機器などの小型の機器においては冷陰極管などを用いることがコスト上及び容積上の観点から不可能な場合があるとともに、冷陰極管では消費電力が大きすぎるという問題点がある。
【０００５】
このため、たとえば発光ダイオードなどの安価かつ低消費電力の点状光源を用いることによって機器の低コスト化、小型化、低消費電力化を可能にすることが考えられる。しかし、この場合には、発光ダイオードが点状光源であり、しかも、その光放出方向に指向性を有しているため、導光板への光の放出が不均一になり、その結果、液晶表示パネルへの照明光の光強度分布（面内分布）に偏りが発生して暗所における視認性に支障が出るという問題点がある。
【０００６】
また、図５に示すように表面に緩斜面１２ａ及び急斜面１２ｂからなる平面視ストライプ状、断面三角状の凸状部を並列させて形成した導光板１２を用いたフロントライト１０を設ける場合には、照明時における表示の実効的な明るさを高めるために導光板１２の板面の法線よりやや傾いた図示のＦ方向から視認するように設定する場合が多いが、光源として冷陰極管などの線状光源を用いる場合には急斜面１２ｂから漏れる光によって図６に示すように多数の輝線が横線として視認される。この場合に、光源として発光ダイオードなどの点状光源１３を用いると、冷陰極管などの線状光源の場合とは異なり図７に示すように光源からの導光方向に沿って短い輝線が筋状に見えてしまうため、線状光源の場合よりも視認性がさらに悪化するという問題点がある。
【０００７】
そこで本発明は上記の問題点を解決するものであり、その課題は、発光ダイオードなどの点状光源を用いても視認性の悪化しないフロントライトなどの面状発光体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、板面に沿った所定方向に向けて内部を伝播する光を板面上から放出するように構成された透光性を備えた導光板と、該導光板の端部近傍に配置され前記導光板内に前記所定方向とは異なる他方向に向けて光を導入させる光源とを備え、前記導光板における前記光源を配置した側とは異なる端部に、前記他方向に向けて前記導光板内を伝播してきた光を前記導光板内における概ね前記所定方向へ向けて反射する反射層を設けたことを特徴とする面状発光体である。
【０００９】
この手段によれば、光源から導光板の内部に導入された光は導光板内を進行して反射板にて反射されて概ね所定方向に進む光となり、導光板の板面から放出されるので、光源から放出位置までの光路長を長くとることができるため、光源に指向性があったり、光源の形状が点状光源であったり、或いは光源から導光板への光の導入分布に偏りがあったりした場合などにおいて、放出光の面内均一性を高めることができる。また、各種表示体の前面側に配置されるフロントライトとして用いられる場合、前面側へ漏れる漏洩光の分布の偏りを緩和させることができるので、視認性を向上させることができる。なお、上記他方向としては、たとえば導光板の板面に沿った方向であって、前記所定方向の反対方向である場合がある。
【００１０】
また、前記導光板と前記反射層との間に光散乱層を配置することが好ましい。反射面の手前に光散乱層が配置されていることにより反射前後において光が散乱されるので、放出光の面内均一性をより高めることができる。
【００１１】
なお、前記光源は前記導光板内における光の放出方向に指向性を有する場合があり、また、前記光源は点状光源である場合があり、これらの場合に本願発明は特に有効である。
【００１２】
また、前記光源は発光ダイオードであることが好ましい。発光ダイオードを用いることによって面状発光体を内蔵する機器の小型化、軽量化を図ることができるとともに、製造コストを低減できる。
【００１３】
また、前記導光板は前記他方向に進む光を前記反射層に到達する以前には板面上から放出しないように構成されていることが望ましい。光源から導入された光のうち他方向に進む光を放出しないように導光板を形成していることにより、導光板の板面から放出される光の光路長を全て光源から反射層までの距離以上に取ることができるため、放出光の面内均一性を高めることができる。
【００１４】
また、前記導光板の表面には光を板面から放出するための斜面を備えた凸状部若しくは凹部が形成されていることが好ましい。また、この前記凸状部若しくは凹部には、前記導光板の内部から見て前記他方向に対向するように形成され、前記導光板の板面に対して緩角度を有する緩斜面と、前記導光板の内部から見て前記所定方向に対向するように形成され、前記導光板の板面に対して急角度を有する急斜面とが設けられていることが望ましい。この場合、表面が緩斜面と急斜面のみで構成され、断面三角状、平面視ストライプ状の凸状部であることが好ましい。このとき、凸状部が光の放出方向とは逆側の板面上に形成されており、しかも、所定方向と他方向とが相互に反対方向である場合には、急斜面は凸状部の光源側に、緩斜面は光源とは反対側に形成される。
【００１５】
一方、前記光源及び前記導光板が液晶装置のパネル面の前面側に配置されるフロントライトとして構成されていることが望ましい。このようなフロントライトとしては、以下に記述するものがある。
【００１６】
板面に沿った所定方向に向けて内部を伝播する光を板面上から放出するように構成された透光性を備えた導光板と、該導光板の端部近傍に配置され前記導光板内に前記所定方向とは異なる他方向に向けて光を導入させる光源とを備え、前記導光板は透視可能に構成されており、前記導光板における前記光源を配置した側とは異なる端部に、前記他方向に向けて前記導光板内を伝播してきた光を前記導光板内における概ね前記所定方向へ向けて反射する反射層を設けたことを特徴とするフロントライトである。
【００１７】
この手段によれば、光源から導光板内に導入した光は導光板内を所定方向に伝播して反射層にて反射され、他方向に向けて伝播し、導光板の板面から放出される。したがって、光源から導光板内を伝播して放出されるまでの光路長を大きくとることができるため、光源の光放出方向に指向性があってもこれを緩和することができるので、照明光の面内均一性の向上と漏洩光の偏りの低減とを図ることができ、光源の指向性に起因する視認性の悪化を低減できる。
【００１８】
また、前記反射層の反射面の手前に光散乱層を配置することが好ましい。このフロントライトによれば、光源から離れた光散乱層によって散乱された光が導光板から放出されるので、光源の光放出方向に指向性があっても指向性の少ない光源と同等の作用が得られるため、さらに視認性を向上できる。特に、従来のフロントライト構造において導光板の入射面に散乱板を配置した場合に較べて光源に近い領域で大きな指向性の緩和作用が期待できる。また、この緩和作用によって、光散乱板として比較的散乱強度の低いものを用いることができ、光の損失を低減することができる。
【００１９】
また、前記光源は前記導光板内における光の放出方向に指向性を有することを特徴とするフロントライト。
【００２０】
また、前記光源は点状光源である場合に特に本願発明は有効であり、前記光源は発光ダイオードであることが望ましい。また、前記導光板は前記他方向に進む光を前記反射層に到達する以前には板面上から放出しないように構成されていることが特に効果的である。
【００２１】
上記の各フロントライトを液晶パネルの前面側に備えた反射型の液晶装置を構成することができ、この場合には明るい場所でも暗い場所でも良好な視認性を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る面状発光体及び液晶装置の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明に係る面状発光体２０の概略構造を示す模式断面図である。本実施形態は、発光ダイオードなどの点状光源２１と、射出成形などにより形成されたアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などからなる透光性を備えた導光板２２と、導光板２２における点状光源２１の配置された側の端面２２ｃとは逆側の端面２２ｄに貼着された透過型の光散乱板２３と、光散乱板２３の表面に貼着された反射板２４とから構成されている。なお、光散乱板２３及び反射板２４は、導光板２２の端面２２ｄに対して当接しているだけでケース体などの他部材により保持されていてもよく、また、端面２２ｄ上に物理的若しくは化学的な方法で形成されていてもよい。
【００２３】
導光板２２の表面上には、緩斜面２２ａ及び急斜面２２ｂからなるストライプ状の凸状部が多数並列形成されている。ここで、図１においては凸状部の本数を３本に限定し、凸状部の形状が分かりやすいように凸状部の形状を拡大して模式的に描いてある。導光板２２の板面に沿って伝播する光は、導光板の裏面や緩斜面２２ａに当たっても導光板の高い光屈折率によって全反射して外部へは漏れず、伝播方向の変化も少なく導光板内を再び板面に沿って伝播するが、急斜面２２ｂに当たる光のうち急斜面２２ｂへの入射角が臨界角よりも小さい場合は、導光板２２の表面側への漏洩光２２Ｂとして放出され、急斜面２２ｂへの入射角が臨界角よりも大きい場合は全反射される。この反射光が導光板２２の裏面に達した時、裏面への入射角が臨界角よりも大きい場合は全反射され再び導光板内を伝播する。一方、裏面への入射角が臨界角よりも大きい場合には反射されず、導光板２２の裏面から下方へと照明光２２Ａとして放出される。この場合、急斜面２２ｂを急傾斜にするほど照明光２２Ａの平均の出射方向は導光板２２の板面の法線方向に近づくので照明効率が良くなるが、同時に急斜面２２ｂへの入射角が臨界角より小さくなる光の割合が大きくなるので全反射されずに急斜面２２ｂから放出される漏洩光２２Ｂも増加する。この漏洩光２２Ｂが多いほど視認性が悪くなるので、急斜面２２ｂは適宜の傾斜角度、たとえば３０〜５０程度に設定される。なお、導光板２２において光を導光板の裏面から放出させるための光放出構造としては、上記凸状部に限定されるものではない。
【００２４】
本実施形態では、点状光源２１から放出される光は一旦導光板の板面に沿って図示左側へと進む。ここで、光の一部は緩斜面２２ａや裏面に当たるが、これらの光のうちほとんどは緩斜面２２ａや裏面にて全反射して導光板２２内に留まりながら伝播していく。緩斜面２２ａの傾斜角度は点状光源２１から放出されて緩斜面２２ａに当たる光が全反射されずに外部へと漏れるようなことがないように、しかし、緩斜面２２ａの光進行方向に見た時の断面での斜辺が長くなることで凸状部の形成ピッチが大きくなり急斜面２２ｂの数、面積が少なくなるようなことがないように定められる。
【００２５】
やがて光は、導光板２２の図示左端の端面２２ｄに到達すると光散乱板２３を透過して反射板２４で反射し、導光板２２の内部を図示右側へと進む。すると、この反射光の進行方向の表面側には急斜面２２ｂが形成されているため、急斜面２２ｂに当たった光の多くは全反射によって導光板２２の裏面から放出される照明光２２Ａとなり、一部は急斜面２２ｂを抜けて漏洩光２２Ｂとなる。
【００２６】
図２は上記の面状発光体２０をフロントライトとして備えた液晶表示装置の概略構成を示すものである。この液晶表示装置は、反射層３１を備えた反射型液晶表示パネル３０の前面側に面状発光体２０の導光板２２を配置して構成されている。面状発光体２０は、外部が明るい場合には外光を透過させて反射型液晶表示パネル３０の内部に光を導き、反射層３１にて反射した光によって反射型液晶表示パネル３０の表示領域Ｖに形成された表示内容を視認できるようになっている。一方、外部が暗い場合には点状光源２１を点灯することによって、導光板２２の下面から反射型液晶表示パネル３０に向けて照明光２２Ａを照射することができるので、この照明光２２Ａによって反射型液晶表示パネル３０に形成された表示内容を視認することができるようになる。
【００２７】
図３は上記の面状発光体２０の一部断面平面図である。点状光源２１は導光板２２の一つの端面２２ｃに沿ってほぼ均等に３つ並んで配置されている。それぞれの点状光源２１は、図示矢印に示すように正面方向への照度が最も高く、正面方向から外れるに従って急激に照度が小さくなるように指向性を有する発光特性を備えている。したがって、図５に示す従来のフロントライトのように光源１１から導光板１２の板面に沿って進行する光を用いて照明を行う場合に、光源１１の代わりに点状光源２１を採用すると、図４に示す表示領域Ｖのうち、導光板２２の点状光源２１に近い光源近傍領域Ｖａにおいて充分な照明光の面内均一性が得られない。この場合に、点状光源２１と導光板２２との間に光散乱板などを配置して光を拡散することで、上記の光源近傍領域Ｖａでも充分な照明光の面内均一性を得る方法もある。導光板の入射面に散乱板を配置した場合、導光板から十分離れた場所に点光源２１を配置し十分な光路長を確保することによって、散乱板面での散乱光が線状光源と同等になるので面内均一性が得られる。この時の散乱板は散乱強度の低い光散乱板でも良いが導光板と点光源との距離を十分とる必要があるので構造上問題が生ずる。そのため点光源２１を導光板に隣接させた状態で同様の効果を得ようとすると散乱強度の高い光散乱板を用いる必要があることから、光損失が大きく、充分な明るさを得ることが困難であったり、逆に充分な明るさを得るには消費電力が大きく成りすぎるという問題が生ずる。
【００２８】
本実施形態では、図３に示すように点状光源２１から光を導光板２２内に導入させるとほとんどの光が反対側の端部２２ｄにたどり着き、反対側の端部２２ｄに形成された光散乱板２３及び反射板２４にて散乱され、反射された後の光が照明光２２Ａとして急斜面２２ｂから下方へと照射される。点状光源２１から光散乱板２３までの光路長を長く取ることができるので、光散乱板２３の散乱強度が小さくても光散乱板２３による散乱光は線状光源と同等の光となるので照明光２２Ａの充分な面内均一性を得ることが可能であるとともに、図７に示すような漏洩光２２Ｂの偏りを低減することができる。
【００２９】
ここで、点状光源２１の指向性がそれほど強いものでなければ、光散乱層２３がなくても或る程度の照明光の面内均一性や漏洩光の均一性を確保することができる。また、光散乱板２３を用いる代わりに、反射板２４の表面（反射面）を粗面に形成したり、反射板２４の表面に選択的に別素材を付着させて細かな凹凸を形成したりすることなどによって光散乱効果を得てもよい。また、導光板の端面部２２ｄに細かな凹凸を形成し光散乱部としてもよい。
【００３０】
なお、面状発光体として照明光の面内分布を均一化するために光の進行方向に沿って次第に上記凸状部などの光放出構造の密度や形状を変化させる場合、本実施形態では反射板２４などの反射層の反射面から反射される反射光の進行方向（すなわち図１における図示右方向）に沿って光放出構造の密度や形状を変化させることによって、照明光２２Ａの面内均一性を高めることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光源から導光板の内部に導入された光は導光板内を進行して反射板にて反射されて概ね所定方向に進む光となり、導光板の板面から放出されるので、光源から放出位置までの光路長を長くとることができるため、光源に指向性があったり、光源の形状が点状光源であったり、或いは光源から導光板への光の導入分布に偏りがあったりした場合などにおいて、放出光の面内均一性を高めることができる。また、各種表示体の前面側に配置されるフロントライトとして用いられる場合、前面側へ漏れる漏洩光の分布の偏りを緩和させることができるので、視認性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る面状発光体（フロントライト）の実施形態の構造を示す概略模式断面図である。
【図２】同実施形態を用いた液晶表示装置の概略構成を示す概略構成図である。
【図３】同実施形態の平面的な配光状態を示すための一部断面概略平面図である。
【図４】同実施形態を用いた液晶表示装置の概略の平面構成を示す概略平面図である。
【図５】従来のフロントライトの概略構造を示すための概略模式断面図である。
【図６】従来のフロントライトにおいて光源として線状光源を用いた場合の外観を示すための外観説明図である。
【図７】従来のフロントライトにおいて光源として点状光源を用いた場合の外観を示すための外観説明図である。
【符号の説明】
２０  面状発光体
２１  点状光源
２２  導光板
２２ａ  緩斜面
２２ｂ  急斜面
２２ｃ，２２ｄ  端面部
２２Ａ  照明光
２２Ｂ  漏洩光
２３  光散乱板
２４  反射板
３０  液晶表示パネル
３１  反射層
【図１】
0003608412.tif 000002
【図２】
0003608412.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003608412.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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