(57)【要約】【課題】効率良く液晶表示パネルを照明でき、しかも像が二重に観察されることを防止する導光板並びにそれを用いた面発光装置及び液晶表示装置を提供すること。【解決手段】導光板１０の内部を伝搬する光のうち、内壁面２２で反射する光（Ａ）は、内壁面２２で光路を変えて液晶表示パネル１３方向に向い、光出射面である主面１０ｂから出射されて液晶表示パネルを照明する。内壁面２２を透過する光（Ｂ）内壁面２２から溝１０ｄに出射され、さらに内壁面２１から導光板１０内に入射する。液晶表示パネル１３の像１４を照明した光のうち、導光板１０に対して垂直に入射した光（Ｃ）は、そのまま導光板１０を透過して観察者により観察される。液晶表示パネル１３に対して角度αを持つ光（Ｄ）は、内壁面２２から溝１０ｄに出射され、内壁面２１から導光板１０内に入射して主面１０ａから角度αで出射される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する一対の主面と光源から光を入射する端面とを有する導光板であって、前記一対の主面の一方の主面は、前記一方の主面に対して所定の角度で形成された複数の溝を有しており、前記溝のそれぞれは、互いに略並行した内壁面で構成されていることを特徴とする導光板。
【請求項２】
互いに対向する一対の主面と光源から光を入射する端面とを有する導光板であって、前記導光板の内部に、前記一方の主面に対して所定の角度で形成された複数の溝を有しており、前記溝のそれぞれは、互いに略並行した内壁面で構成されていることを特徴とする導光板。
【請求項３】
前記所定の角度が２５°〜５０°であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の導光板。
【請求項４】
前記溝内には、前記導光板を構成する材料よりも屈折率が小さい物質が存在することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の導光板。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の導光板と、前記導光板の前記端面の近傍に配置された光源と、を具備することを特徴とする面発光装置。
【請求項６】
請求項５記載の面発光装置と、前記導光板の主面と対向するように配置された表示パネルと、を具備することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光板並びにそれを用いた面発光装置及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、表示装置、主に液晶表示装置の照明手段として、液晶表示パネルを照明する面発光装置、例えばフロントライトが知られている。従来のフロントライトは、図７に示すように、通常、光源２と、この光源２からの光Ｘを液晶表示パネル３に出射する導光板１とから主に構成される。導光板１の上側の主面（液晶表示パネル２と反対側の主面）には、複数のプリズム４が形成されている。それぞれのプリズム４は、光源２に相対的に近い緩斜面４ａと光源２から相対的に遠い急斜面４ｂとから構成されている。このようなフロントライトとしては、特許文献１に開示されているものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４５００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の導光板１を用いて液晶表示パネル３を照明すると、図７に示すように、光源２からの光Ｘが急斜面４ｂで反射して液晶表示パネル３を照明する光Ｘ1と、急斜面４ｂを透過してしまう損失光Ｘ2とになってしまうため、光源２からの光を効率良く液晶表示パネル３に供給することができない。
【０００５】
また、図８に示すように、従来の導光板１を用いて液晶表示パネル３に光を供給した状態で、観察者５が液晶表示パネル３上の図９（ａ）に示すような像６を観察すると、図９（ｂ）に示すように、二重に観察される（いわゆるゴーストの発生）。真の像６からの光は、光路Ｙ1と光路Ｙ2を通って導光板１のプリズム４に到達する。プリズム４は、緩斜面４ａ及び急斜面４ｂを有しているので、光路Ｙ1と光路Ｙ2が液晶表示パネル３から異なる方向を向いていても、それぞれ緩斜面４ｂ及び急斜面４ａで屈折すると、ずれ幅を有した状態でほぼ同じ方向に導光板１から出射されて観察者５の目に到達する。このため、図９（ｂ）に示すように二重に観察される。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、効率良く液晶表示パネルを照明でき、しかも像が二重に観察されることを防止する導光板並びにそれを用いた面発光装置及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の導光板は、互いに対向する一対の主面と光源から光を入射する端面とを有する導光板であって、前記一対の主面の一方の主面は、前記一方の主面に対して所定の角度で形成された複数の溝を有しており、前記溝のそれぞれは、互いに略並行した内壁面で構成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の導光板は、互いに対向する一対の主面と光源から光を入射する端面とを有する導光板であって、前記導光板の内部に、前記一方の主面に対して所定の角度で形成された複数の溝を有しており、前記溝のそれぞれは、互いに略並行した内壁面で構成されていることを特徴とする。
【０００９】
これらの構成によれば、溝から出射した光を導光板内に回収することができる。このため、損失光がなくなるので、光を効率良く液晶表示パネルに向けることができ、観察者に光を効率良く供給することができる。また、溝により、液晶表示パネルに対して角度を持つ光をその角度を持ったまま導光板から外界に出射させるので、ゴースト発生を防止することができる。
【００１０】
本発明の導光板においては、前記所定の角度が２５°〜５０°であることが好ましい。また、本発明の導光板においては、前記溝内には、前記導光板を構成する材料よりも屈折率が小さい物質が存在することが好ましい。
【００１１】
本発明の面発光装置は、上記導光板と、前記導光板の前記端面の近傍に配置された光源と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明の表示装置は、上記面発光装置と、前記導光板の主面と対向するように配置された表示パネルと、を具備することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、導光板に形成した溝により、損失光がなくなるので、光を効率良く液晶表示パネルに向けることができ、観察者に光を効率良く供給することができる。また、導光板に形成した溝により、液晶表示パネルに対して角度を持つ光をその角度を持ったまま導光板から外界に出射させるので、ゴースト発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、互いに対向する一対の主面と光源から光を入射する端面とを有する導光板であって、前記一対の主面の一方の主面は、前記一方の主面に対して所定の角度で形成された複数の溝を有しており、前記溝のそれぞれは、互いに略並行した内壁面で構成されているので、効率良く表示装置を照明でき、しかも像が二重に観察されることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明者は、主面にプリズムを有する導光板内を伝搬する光や液晶表示パネルを照明した光の光路に着目し、導光板と他の層（空気層）との界面を２つ作ることにより、損失光を回収し、液晶表示パネルに対して角度を有する光をその角度を持ったまま出射させるができることを見出し本発明をするに至った。
【００１６】
すなわち、本発明の骨子は、互いに対向する一対の主面と光源から光を入射する端面とを有する導光板において、前記一対の主面の一方の主面は、前記一方の主面に対して所定の角度で形成された複数の溝を有し、前記溝のそれぞれを、互いに略並行した内壁面で構成することにより、効率良く液晶表示パネルを照明でき、しかも像が二重に観察されることを防止することである。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る面発光装置を備えた液晶表示装置の概略構成を示す図である。
【００１８】
図中１０は導光板を示す。導光板１０は、互いに対向する一対の主面１０ａ，１０ｂと、光源１１から光を入射する端面１０ｃとを有している。主面１０ａは、複数の溝（エアルーバー）１０ｄを有している。また、主面１０ｂは、平坦面であり、光出射面を構成している。なお、導光板１０は、アクリル樹脂などの透明樹脂材料により構成される。
【００１９】
導光板１０の端面１０ｃの近傍には、端面１０ｃに沿って長尺状のバー導光体１２が配置されており、そのバー導光体１２の端面近傍に発光素子であるＬＥＤ１１が配置されている。したがって、ＬＥＤ１１とバー導光体１２とで光源を構成している。なお、光源は、端面１０ｃから離して配置せずに、端面１０ｃに接するように配置しても良い。
【００２０】
光源と導光板１０とで構成される面発光装置であるフロントライトは、その光出射面である主面１０ｂと液晶表示パネル１３が対向するように配置される。このような液晶表示装置においては、ＬＥＤ１１からの光は、導光板１０内を伝搬し、光出射面１０ｂから液晶表示パネル１３に出射する。
【００２１】
導光板１０の主面１０ａに複数設けられた溝１０ｄは、図２に示すような形状を有する。溝１０ｄは、互いに略平行する内壁面２１，２２で構成されている。また、この溝１０ｄは、導光板１０の主面１０ａに対して所定の角度θで形成されている。
【００２２】
ここで、内壁面２１，２２は、照明光の損失やゴーストの発生を防止するためには、略平行である必要がある。なお、実質的に照明光の損失やゴーストの発生を防止できれば、内壁面２１，２２が完全に平行でなくても良い。また、所定の角度θは、照明光の損失やゴーストの発生を防止するためには、２５°〜５０°であることが好ましい。なお、この場合においても、実質的に照明光の損失やゴーストの発生を防止できれば、所定の角度が２５°〜５０°の範囲外であっても良い。
【００２３】
溝１０ｄの長さＬは、２μｍ〜１００μｍであることが好ましく、溝１０ｄの幅Ｗは、長さＬの半分以下、すなわちＷ＜Ｌ／２であることが好ましく、導光板１０の厚さｔは、０．３ｍｍ〜５．０ｍｍであることが好ましい。また、主面１０ａに設ける溝１０ｄのピッチは、０．３ｍｍ以下であることが好ましい。このように設定することにより、より効率的に照明光の損失やゴーストの発生を防止することができる。
【００２４】
溝１０ｄ内には、導光板１０を構成する材料よりも屈折率が小さい物質が存在するようにすることが好ましい。本実施の形態においては、溝１０ｄ内には空気が存在しているが、導光板を構成する材料よりも屈折率が小さい空気以外の物質が存在しても良い。
【００２５】
上記溝１０ｄを形成する方法としては、溝１０ｄに対応する凸形状を有する金型を用いて透明樹脂材料を射出成形する方法や、射出成形体に切削加工を施して溝を形成する方法などを挙げることができる。
【００２６】
光出射面である主面１０ｂには、反射防止構造が施されていることが好ましい。光出射面に電子線蒸着、スパッタリング又は湿式成膜を行うことにより反射防止膜を形成することができる。その他にも、例えば、反射防止用の凹凸形状を有する金型を用い、透明樹脂材料を射出成形することにより反射防止構造を形成しても良く、導光板１０を射出成形した後に、主面１０ｂを加熱・加圧して反射防止構造を形成しても良く、反射防止構造である凹凸を有する反射防止層を例えばシリコーンゴムなどで作製し、その反射防止層を主面１０ｂ上に、例えば光硬化性樹脂などを用いて接着しても良い。
【００２７】
上記構成を有する液晶表示装置においては、観察者はこの導光板１０を通して液晶表示パネル１３の表示を視認できるようになっている。また、外光が得られない暗い所では、フロントライトのＬＥＤ１１を点灯させる。このＬＥＤ１１から出射された光は、バー導光体１２を介して導光板１０の端面１０ｃから導光板１０の内部へ導入し、導光板１０の内部を伝搬する。
【００２８】
導光板１０の内部を伝搬する光のうち、内壁面２２で反射する光（Ａ）（内壁面２２に臨界角よりも大きい入射角で到達する光）は、図３（ａ）に示すように、内壁面２２で光路を変えて液晶表示パネル１３方向に向う。そして、この光（Ａ）は光出射面である主面１０ｂから出射されて液晶表示パネルを照明する。一方、導光板１０の内部を伝搬する光のうち、内壁面２２を透過する光（Ｂ）（内壁面２２に臨界角よりも小さい入射角で到達する光）は、図３（ａ）に示すように、内壁面２２から溝１０ｄに出射され、さらに内壁面２１から導光板１０内に入射する。これは、溝１０ｄを構成する内壁面２１，２２が互いに略平行であるからである。このように、内壁面２２から溝１０ｄに出射され、さらに内壁面２１から導光板１０内に入るので、光（Ｂ）は、光（Ａ）のように内壁面２２で反射して液晶表示パネル１３に供給されなくても、他の溝１０ｄの内壁面２２で反射して液晶表示パネル１３に供給される可能性がある。このように、光（Ｂ）は、導光板１０内に回収されるので損失光とはならないので、光利用効率が向上してフロントライトの輝度が向上する。その結果、このフロントライトは、効率良く液晶表示パネル１３を照明することができる。
【００２９】
また、液晶表示パネル１３の像１４を照明した光のうち、導光板１０に対して垂直に入射した光（Ｃ）は、図３（ｂ）に示すように、そのまま導光板１０を透過して観察者により観察される。一方、液晶表示パネル１３の像１４を照明した光のうち、液晶表示パネル１３に対して角度αを持つ光（Ｄ）は、図３（ｂ）に示すように、導光板１０を通り、内壁面２２から溝１０ｄに出射され、さらに内壁面２１から導光板１０内に入射して主面１０ａから角度αで出射される。このように、液晶表示パネル１３に対して角度αを持つ光（Ｄ）は、内壁面２１，２２が互いに略平行である溝１０ｄを通ることにより、主面１０ａで液晶表示パネルに対して持つ角度と同じ角度で出射される。このため、観察者は、液晶表示パネル１３に対して角度αを持つ光（Ｄ）について、単に導光板１０を介して観察するのと同じ状態となり、光（Ｃ）と光（Ｄ）とは異なる方向を向くことになる。その結果、像１４が二重に見えることはなく、ゴーストが発生することはない。
【００３０】
なお、屈折率の異なる物質間の界面における光の振る舞いは、以下のスネルの法則にしたがう。
ｎ1・sinθ1＝ｎ2・sinθ2
ここで、ｎ1，ｎ2は屈折率を示し、θ1は入射角を示し、θ2は出射角を示す。
このスネルの法則にしたがうと、例えば、図４に示すように、相対的に高い屈折率ｎ1を有する物質３０から相対的に低い屈折率ｎ2を有する物質３１に光が伝わる場合、入射角θ1が相対的に小さいと矢印Ｅ1のように界面を透過し、入射角θ1が相対的に大きいと矢印Ｅ2のように界面で全反射する。この透過と全反射の境界が臨界角θc＝sin-1（ｎ2／ｎ1）である。例えば、アクリル樹脂（屈折率１．４９）と空気（屈折率１）との間の界面では臨界角θc＝４２．２°である。
【００３１】
このように、本実施の形態のフロントライトは、導光板１０に形成した溝１０ｄにより、損失光がなくなるので、光を効率良く液晶表示パネル１３に向けることができ、観察者に光を効率良く供給することができる。また、本実施の形態のフロントライトは、導光板１０に形成した溝１０ｄにより、液晶表示パネル１３に対して角度を持つ光をその角度を持ったまま導光板から外界に出射させるので、ゴースト発生を防止することができる。
【００３２】
図５及び図６は、本発明の他の実施の形態に係る面発光装置を備えた液晶表示装置の概略構成を示す図である。図５に示す液晶表示装置は、導光板１０の内部に溝１０ｄが形成されている構成を有する。また、図６に示す液晶表示装置は、導光板１０の光出射面である主面１０ｂに溝１０ｄが形成されている構成を有する。これらの構成であっても上記と同様の効果を発揮することができる。なお、図５に示す導光板は、まず、図１又は図６に示す導光板を作製し、溝１０ｄを蓋するように導光板を構成する材料からなる平板を重ねることにより製造することができる。
【００３３】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態において、導光板のような光学部品は、板状体に限定されず、適宜フィルム状体、シート状体に変更して実施しても良い。また、上記実施の形態においては、光源が発光素子であるＬＥＤとバー導光体とで構成されている場合について説明しているが、本発明においては光源がＬＥＤとバー導光体以外のもので構成されていても良い。また、上記実施の形態においては、液晶表示装置が反射型液晶表示装置である場合について説明しているが、本発明は半透過型液晶表示装置にも同様に適用することができ、また電子ペーパーなどの表示装置などのその他の表示装置にも適用することができる。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る面発光装置を備えた液晶表示装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す液晶表示装置の導光板の溝部の構成を示す図である。
【図３】図１に示す液晶表示装置の効果を説明するための図である。
【図４】スネルの法則を説明するための図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る面発光装置を備えた液晶表示装置の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る面発光装置を備えた液晶表示装置の概略構成を示す図である。
【図７】従来の面発光装置を備えた液晶表示装置の概略構成を示す図である。
【図８】従来の液晶表示装置における課題を説明するための図である。
【図９】（ａ），（ｂ）は、従来の液晶表示装置における課題を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  導光板
１０ａ，１０ｂ  主面
１０ｃ  端面
１０ｄ  溝
１１  ＬＥＤ
１２  バー導光体
１３  液晶表示パネル
２１，２２  内壁面
３０，３１  物質
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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