(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光板を備える導光板装置と、導光板上に配設された液晶表示素子を有し、
導光板の少なくとも一端面が、光が入射される入光端面とされ、
導光板の板厚が、入光端面から遠ざかるに従って、小となり、
液晶表示素子が、上下一対の基板と、両基板間に充填された液晶を有する液晶表示装置において、
下側基板の下面に、
・  下側基板に一体形成されると共に、断面が倒立二等辺三角形の突条とされたプリズム  部が、
導光板の入光端面側から反対側に向かう方向に、多数並設され、
プリズム部の頂角θ2 が、
【数１】
θ2 ＝（２／３）（９０＋ sin-1（（ sinθ3 ）／ｎ2 ））
但し  θ3 ＝θ2／２＋
sin-1（ｎ1 × sin（θ1 −２× tan-1（（ａ−ｂ）／ｃ）））−９０
sin-1（１／ｎ1 ）＞θ1 ＞
sin-1（１／ｎ1 ）−２× tan-1（（ａ−ｂ）／ｃ）
θ1 ：導光板の上面における、出光時入射角
ｎ1 ：導光板の屈折率
ｎ2 ：下側基板の屈折率
ａ：導光板における、入光端面の板厚
ｂ：導光板における、入光端面とは反対側端面の板厚
ｃ：導光板における、入光端面からその反対側端面までの長さ
なる式により、設定されたことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、図５に示すように、バックライト用導光板装置２１と、この上に配設された液晶表示素子２２を有する。導光板装置２１は、透明アクリル樹脂板等から成る導光板２３と、光源２４等を有し、導光板２３の一端面が、光源からの光が入射される入光端面２３Ａとされ、表面が発光面２３Ｂとされ、裏面が反射面２３Ｃとされている。又、最近では、導光板２３は、軽量化や発光効率の向上のため、入光端面２３Ａから遠ざかるに従って、板厚が漸次小となる、所謂、「楔形」とされている。
【０００３】
ところで、導光板２３では、入光端面２３Ａから内部に入射された光は、発光面２３Ｂと反射面２３Ｃで、全反射を繰り返しながら、内部を進行して、発光面２３Ｂから外部に出射される。
しかし、発光面２３Ｂと、外部に出射された光のなす角（出光角）は小さいため、導光板装置２１には、例えば、導光板２３上方に位置するプリズムシート２６が備えられている。このプリズムシート２６には、断面が二等辺三角形の突条とされたプリズム部２７が、多数並設されており、各プリズム部２７により、外部に出射された光の進行方向が略正面方向に変えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来においては、プリズムシート２６により、液晶表示装置全体の厚さが大となると共に、プリズムシート２６の分だけ、液晶表示装置の製造費も高くなるとの問題があった。
本発明は、上記問題を解決できる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の特徴とするところは、導光板を備える導光板装置と、導光板上に配設された液晶表示素子を有し、導光板の少なくとも一端面が、光が入射される入光端面とされ、導光板の板厚が、入光端面から遠ざかるに従って、小となり、液晶表示素子が、上下一対の基板と、両基板間に充填された液晶を有する液晶表示装置において、下側基板の下面に、・  下側基板に一体形成されると共に、断面が倒立二等辺三角形の突条とされたプリズム部が、導光板の入光端面側から反対側に向かう方向に、多数並設され、プリズム部の頂角θ2 が、下記式により、設定された点にある。
【数２】
θ2 ＝（２／３）（９０＋ sin-1（（ sinθ3 ）／ｎ2 ））
但し  θ3 ＝θ2／２＋
sin-1（ｎ1 × sin（θ1 −２× tan-1（（ａ−ｂ）／ｃ）））−９０
sin-1（１／ｎ1 ）＞θ1 ＞
sin-1（１／ｎ1 ）−２× tan-1（（ａ−ｂ）／ｃ）
θ1 ：導光板の上面における、出光時入射角
ｎ1 ：導光板の屈折率
ｎ2 ：下側基板の屈折率
ａ：導光板における、入光端面の板厚
ｂ：導光板における、入光端面とは反対側端面の板厚
ｃ：導光板における、入光端面からその反対側端面までの長さ
【０００６】
【作用】
光源からの光は、導光板の入光端面から内部に入射される。入射された光は、導光板と空気との界面である、発光面と反射面で、光学的密度差により、入射角と反射角が等しい全反射を繰り返しながら、進行して、導光板における、入光端面とは反対側の端面に向かう。
上記のようにして、導光板の発光面に導かれた光の内、臨界角以下で、導かれた光は、発光面から外部に出射される。
外部に出射された光の進行方向は、プリズム部により、略正面方向へ変えられる。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。
図１は液晶表示装置で、バックライト用のエッジ型導光板装置１と、液晶表示素子２を有する。
図２〜図４にも示すように、導光板装置１は、導光板４と、導光板４の一側方に配設された光源５と、遮光カバー６と、導光板４の裏面側に配設された光反射板７等を有する。
導光板４は長方形の板状とされて、アクリル、ポリスチレン、ポリカーボネイト、塩化ビニール、メタクリル樹脂等の透明樹脂板、又は、透明ガラス板等から成る。
【０００８】
導光板４の光源５側の端面が、光が入射される入光端面４Ａとされると共に、導光板４の断面が楔形とされ、入光端面４Ａ、即ち、光源５から遠ざかるに従って、その板厚が漸次小となるように形成されて、導光板４の軽量化及び発光効率が向上されている。導光板４の表面は、水平な発光面４Ｂとされ、裏面が、傾斜状の反射面４Ｃとされている。
導光板４における、入光端面を除く３端面には、遮光テープ８（エッジテープ、反射テープ）が貼付けられて、上記３端面からの光漏れが防止されている。遮光テープ８には、白色フィルム、銀蒸着フィルム、銀フィルム等が使用される。尚、遮光テープ８の代わりに、白色塗装されることもある。
【０００９】
光源５には、蛍光灯や冷陰極管等の線光源が使用されるが、ランプ、又は、ＬＥＤ等の点光源を並べて使用することもある。
遮光カバー６は、例えば、ポリエチレンフィルムの内面に銀蒸着フィルムを貼付けて成り、光源５の光が外部に漏れないように、光源５の外周を覆被している。
光反射板７は、導光板４の反射面４Ｃに当接（又は近接）しており、銀フィルムや、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の白色フィルムにアルミニュームを蒸着させたフィルムから成る。
【００１０】
液晶表示素子２は、導光板４上に配置され、上下一対の基板９，１０と、両基板９，１０間に充填された液晶１１と、電極等を有する。基板９，１０は、ガラス、又は、各種透明プラスチック（合成樹脂）から成る。下側基板１０は、上部の平板状の本体部１２と、下部の多数のプリズム部１３を一体形成して成り、その板厚は、例えば、１．１ｍｍ程度とされている。プリズム部１３は、下側基板１０の下面に、導光板４の入光端面側から反対側に向かう方向に多数並設されており、断面が倒立二等辺三角形の突条とされて、下方に突出している。尚、下側基板１０の板厚を薄くするために、プリズム部１３のピッチは、１０〜１５０μ、好ましくは、３５〜１００μ程度に小さくされている。
【００１１】
ところで、図４に示すように、導光板装置１では、光源５からの光は、導光板４の入光端面４Ａから内部に入射（入光）される。入射された光は、導光板４と空気との界面である、発光面４Ｂと反射面４Ｃで、光学的密度差により、入射角と反射角が等しい全反射を繰り返しながら、進行して、導光板４における、入光端面４Ａとは反対側の端面４Ｄに向かう。
上記のようにして、導光板４の発光面４Ｂに導かれた光の内、臨界角以下で、導かれた光は、発光面４Ｂから外部に出射（出光、放射）される。
【００１２】
ところで、上記外部に出射される光における、出射点での発光面４Ｂに対する入射角を、出光時入射角θ1 、出射点よりも一回前の発光面４Ｂへの入射時の入射角を、手前側入射角θ4 とすると、出光時入射角θ1 は、下記式により設定される。
【数３】
0003553208.tif 000002
但し    ｎ1 ：導光板４の屈折率
ａ：導光板４における、入光端面４Ａの板厚
ｂ：導光板４における、入光端面４Ａとは反対側端面４Ｄの板厚
ｃ：導光板４における、入光端面４Ａからその反対側端面４Ｄまでの長さ
【００１３】
上記（１）式で、 sin-1（１／ｎ1 ）は臨界角で、この角よりも出光時入射角θ1 が大であると、光は外部に出射できない。
又、（ sin-1（１／ｎ1 ）−２× tan-1（（ａ−ｂ）／ｃ））よりも出光時入射角θ1 が小さくないと、手前側入射角θ4 が臨界角よりも小となり、上記出射点よりも入光端面４Ａに近い箇所で、光が発光面４Ｂから外部に出射される。
この外部に出射された光と発光面４Ｂのなす角を、出光角θ5 とすると、出光角θ5 は、下記式により設定される。
【数４】
0003553208.tif 000003
【００１４】
尚、上記（２）式は、導光板４の反射面４Ｃが鏡面に近いことが条件であるため、光反射板７として、銀フィルム等の反射性の良いフィルムを使用することは有効である。
ところで、今、導光板４をアクリル樹脂板とすると、ｎ1 ＝１．４９５となる。又、上記ａ＝３ｍｍ、ｂ＝１ｍｍ、ｃ＝１６０ｍｍとすると、 tan-1（（ａ−ｂ）／ｃ）で定義される、導光板４の楔角は０．７２°となる。従って、出光時入射角θ1 は、４３．５３５°〜４０．６７１°の範囲となり、出光角θ5 は、約０．４°〜１９．４°の範囲となる。
【００１５】
上記のように、導光板４を楔形とすることにより、導光板４の裏面に、特別な拡散手段（乱反射手段）を備えずとも、導光板４の発光面４Ｂから光が出射される。
しかし、出光角θ５  が、例えば、約０．４°〜１９．４°の範囲のように、非常に小さいため、導光板４を、面光源として、正面から見ると、殆ど発光していないように見える。
そこで、本発明では、図２及び図３に示すように、液晶表示素子２の下側基板１０にプリズム部１３を並設し、導光板４から出射された光を、プリズム部１３の入光端面４Ａ側の側面から入射させて、屈折させた後、プリズム部１３における、入光端面４Ａ側とは反対側の側面で全反射させて、光の進行方向を液晶表示装置の略正面方向に変えるようにしている。
これにより、従来のように、導光板装置１と液晶表示素子２間に、プリズムシートを、別途、介装する必要がなく、それ故、液晶表示装置全体を薄くできる共に、その製造費も安価にできる。
【００１６】
外部に出射される光を、より正確に正面方向に向けるためには、プリズム部１３の頂角θ2 が、下記の（３）式を満たすことが必要となる。
【数５】
θ2 ＝（２／３）（９０＋ sin-1（（ sinθ3 ）／ｎ2 ））        ……（３）
但し  θ3 ＝θ2／２＋
sin-1（ｎ1 × sin（θ1 −２× tan-1（（ａ−ｂ）／ｃ）））−９０
sin-1（１／ｎ1 ）＞θ1 ＞
sin-1（１／ｎ1 ）−２× tan-1（（ａ−ｂ）／ｃ）
ｎ2 ：下側基板１０の屈折率
【００１７】
尚、出光時入射角θ２  は、実際には、一定範囲の角度である。そのため、上記▲３▼式で設定される頂角θ３  も一定範囲の角度となると共に、プリズム部１３で方向を変えられた光の進行方向も、全て、正面方向とならず、正面方向を中心とする一定範囲の方向となる。
従って、本発明は、上記のように、出光角θ５  が狭い範囲の角度である場合には、効果的であるが、これとは逆に、導光板４の裏面に、特別な拡散手段（乱反射手段）を備えた場合のように、出光角θ５  が広い範囲の角度である場合には、プリズム部１３で方向を変えられた光の進行方向も、正面方向を中心とする広い範囲の方向となるため、飛び抜けて、効果的であるとは言えない。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、液晶表示装置全体を薄くできる共に、その製造費も安価にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す断面説明図である。
【図２】図１の要部の拡大図である。
【図３】図２の要部の拡大図である。
【図４】説明図である。
【図５】従来一例を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１  導光板装置
２  液晶表示素子
４  導光板
４Ａ  入光端面
４Ｂ  発光面
４Ｃ  反射面
４Ｄ  反対側端面
５  光源
９，１０  基板
１１  液晶
１３  プリズム部
【図１】
0003553208.tif 000004
【図２】
0003553208.tif 000005
【図３】
0003553208.tif 000006
【図４】
0003553208.tif 000007
【図５】
0003553208.tif 000008