(57)【要約】【課題】導光ロッドの光強度分布を略一定にすることで、表示デバイスの表示画面を鮮明なものにできる面状照明装置並びに表示画面が鮮明な液晶表示装置を提供する。【解決手段】導光板４と、該導光板４の一端に沿って配される導光ロッド１と、該導光ロッド１の長手方向の両端に配される光源３とから成り、前記光源３からの光を導光ロッド１を介して導光板４の一主面より出射させる面状照明装置において、前記導光ロッド１の内部に光散乱性粒子２を含有させるとともに、該光散乱性粒子の平均含有密度を前記導光ロッド１の長手方向中央域に比して両端域で小さく成す。【選択図】図１
2004296143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光板と、該導光板の一端に沿って配される導光ロッドと、該導光ロッドの長手方向の両端に配される光源とから成り、前記光源からの光を導光ロッドを介して導光板の一主面より出射させる面状照明装置において、
前記導光ロッドの内部に光散乱性粒子を含有させるとともに、該光散乱性粒子の平均含有密度を前記導光ロッドの長手方向中央域に比して両端域で小さく成したことを特徴とする面状照明装置。
【請求項２】
前記光散乱性粒子の平均含有密度を、導光ロッドの長手方向中央域で５×１０６個／ｃｍ３〜１×１０７個／ｃｍ３、両端域で１×１０５個／ｃｍ３〜５×１０５個／ｃｍ３の範囲となるように設定したことを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項３】
前記光散乱性粒子の平均粒径が、０．１μｍ〜５０μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面状照明装置。
【請求項４】
前記導光ロッドの屈折率と、前記光散乱性粒子の屈折率との差が、０．０１〜０．２の範囲となるように設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の面状照明装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の面状照明装置と、該面状照明装置の導光板の一主面上に配設される液晶表示パネルと、を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置等の表示デバイスに用いられる面状照明装置並びに液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、携帯情報端末や携帯電話等の表示画面には液晶表示装置等の表示デバイスが使用され、かかる表示デバイスの照明源として面状照明装置が知られている。
【０００３】
かかる面状照明装置は、例えば図５に示すごとく、矩形状を成すアクリル樹脂製の導光板２４と、該導光板２４の一辺に沿って配されるアクリル樹脂製の導光ロッド２１と、該導光ロッド２１の長手方向の両端に配される一対の光源２３とを有し、前記導光ロッド２１内全域に光散乱性粒子２２を略均一に含有させて構成されており、前記一対の光源２３より導光ロッド２１へ入射する光を、光散乱性粒子２２等によって屈折・反射させ、導光板２４内に入射させるとともに、この光を導光板２４内に設けられる溝２５によって、導光板２４の一主面側に反射させ、該反射光を面状光として外部に向けて出射することにより面状照明装置として機能する。
【０００４】
そして、面状照明装置を液晶表示装置に組み込む場合、上述の面状光を導光板の一主面上に配置された液晶表示パネルに照射させることにより、液晶表示パネルに写し出された画像を所定の輝度で表示し、夜間等外光の弱い環境下においても液晶表示パネルの画像を視認できるようにする。
【０００５】
尚、前記導光ロッド２１内部の光散乱性粒子２２は、例えばシリカやアルミナ等から成り、該導光ロッド２１の全域に亘り５×１０６個／ｃｍ３〜１×１０７個／ｃｍ３の平均含有密度で略均一に分布されており、光源２３から導光ロッド２１内へ入射した光を散乱させ、これを導光板２４内に入射させるためのものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１０９９３７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、導光ロッド２１の両端より入射した光源２３からの光は、その一部が光散乱性粒子２２により散乱されて導光板２４へ出射し、残りの光が長手方向中央域に向かうため、導光ロッド２１内を通過する光量は長手方向両端域よりも中央域で大幅に少なくなっている。
【０００８】
しかしながら、上述したような従来の面状照明装置においては、導光ロッド２１の内部に含まれる光散乱性粒子２２が、導光ロッド２１の長手方向にわたり略均一に分布しており、光散乱性粒子２２によって散乱される光の割合も長手方向中央域と両端域とで略等しいことから、光散乱性粒子２２によって導光板２４に出射される光の量は、導光ロッド２１内を通過する光量が少ない中央域ほど少なくなり、導光板２４から出射する光強度分布が不均一なものとなる（図６、図７参照）。
【０００９】
それ故、このような面状照明装置を液晶表示装置に組み込んで使用した場合、液晶表示パネルに表示される画像には、図７に示す光強度に応じた輝度ムラが表れることとなり、表示画面が不鮮明となる欠点を有していた。
【００１０】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、導光ロッド２１の光強度分布を略一定にすることで、表示デバイスの表示画面を鮮明なものにできる面状照明装置並びに表示画面が鮮明な液晶表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の面状照明装置は、導光板と、該導光板の一端に沿って配される導光ロッドと、該導光ロッドの長手方向の両端に配される光源とから成り、前記光源からの光を導光ロッドを介して導光板の一主面より出射させる面状照明装置において、前記導光ロッドの内部に光散乱性粒子を含有させるとともに、該光散乱性粒子の平均含有密度を前記導光ロッドの長手方向中央域に比して両端域で小さく成したことを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明の面状照明装置は、前記光散乱性粒子の平均含有密度を、導光ロッドの長手方向中央域で５×１０６個／ｃｍ３〜１×１０７個／ｃｍ３、両端域で１×１０５個／ｃｍ３〜５×１０５個／ｃｍ３の範囲となるように設定したことを特徴とするものである。
【００１３】
更に本発明の面状照明装置は、前記光散乱性粒子の平均粒径が、０．１μｍ〜５０μｍであることを特徴とするものである。
【００１４】
また更に本発明の面状照明装置は、前記導光ロッドの屈折率と、前記光散乱性粒子の屈折率との差が、０．０１〜０．２の範囲となるように設定したことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の液晶表示装置は、上述の面状照明装置と、該面状照明装置の導光板の一主面上に配設される液晶表示パネルとを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の面状照明装置によれば、導光板と、該導光板の一端に沿って配される導光ロッドと、該導光ロッドの長手方向の両端に配される光源とから成る面状照明装置において、前記導光ロッドの内部に光散乱性粒子を含有させるとともに、該光散乱性粒子の平均含有密度を前記導光ロッドの長手方向中央域に比して両端域で小さく成したことから、光散乱性粒子によって散乱される光の割合が長手方向両端域よりも中央域で高くなる。従って、導光ロッド内を通過する光量が長手方向両端域よりも中央域で少なくなっても、光散乱性粒子によって導光板に出射される中央域の光量と両端域の光量とを同程度に成すことができ、導光ロッドの光強度分布が略一定になる。その結果、表示デバイスの表示画面を鮮明にすることが可能な面状照明装置が得られる。
【００１７】
また上述の面状照明装置の導光板の一主面上に液晶表示パネルを配設することにより、表示画面が鮮明な液晶表示装置を得ることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る面状照明装置及び液晶表示装置を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施形態に係る面状照明装置の斜視図、図２は導光ロッド１からの出射光の強度分布図であり、図１に示す面状照明装置は、大略的に、矩形状を成す導光板４と、該導光板４の一辺に沿って配される導光ロッド１と、該導光ロッド１の長手方向の両端に配される一対の光源３とで構成されている。
【００２０】
前記導光板４は、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ノルボルネン系樹脂、塩化ビニル樹脂等の熱可塑性透明樹脂や透明ガラスにより矩形状に形成されており、光が出射する一主面とは反対側の他主面に多数の溝５が設けられている。
【００２１】
かかる導光板４は、導光ロッド１より入射した光を他主面に設けられた多数の溝５により一主面側に反射させ、該反射光を一主面より出射させる作用を為しており、例えばアクリル樹脂を使用する場合、液状に成したアクリル樹脂を所定形状の金型に注入し成型することにより作成される。
【００２２】
また導光板４の他主面に設けられる多数の溝５は、導光ロッド１が配される導光板４の前記一辺と略平行となるように配列されており、各々が断面三角形状を成し、その深さが１μｍ〜７０μｍ、開口幅が１μｍ〜７０μｍに夫々設定されている。
【００２３】
前記多数の溝５の形成密度は、導光板４の前記一辺より離間するにつれて漸次高くなるように（前記一辺の近傍：１本／ｍｍ〜２本／ｍｍ、前記一辺の対向辺近傍：９本／ｍｍ〜１０本／ｍｍ）形成されており、これによって通過する光量が少ない導光板４の前記一辺の対向辺近傍で光を多く反射させ、導光板４より出射させる光量を導光板４全域に亘り、略均一となるようにしている。
【００２４】
更に導光板４の一辺に沿って配される導光ロッド１は、例えばアクリル樹脂等により直方体状に形成されており、その端面と導光板４の端面とを対向させた形で近接配置させている。
【００２５】
前記導光ロッド１は、光源３から入射した光を前記導光ロッド１の端面から導光板４へと出射させるためのものであり、その内部には光散乱性粒子２が含有されている。
【００２６】
前記光散乱性粒子２は、導光ロッド１とは屈折率の異なる材料から成り、具体的にはシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化カルシウム等の無機系粒子、或はアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機系粒子が好適に使用され、その平均含有密度は導光ロッド１の長手方向中央域に比して、両端域で小さくなっている。
【００２７】
具体的には、光散乱性粒子２の平均含有密度は、導光ロッド１の長手方向中央域で５×１０６個／ｃｍ３〜１×１０７個／ｃｍ３、両端域で１×１０５個／ｃｍ３〜５×１０５個／ｃｍ３の範囲に成してある。
【００２８】
このため、光散乱性粒子２によって散乱される光の割合が長手方向両端域よりも中央域で高くなり、導光ロッド１内を通過する光量が長手方向両端域よりも中央域で少なくなっても、光散乱性粒子２によって導光板４に出射される中央域の光量と両端域の光量とを同程度に成すことができる。
【００２９】
また前記光散乱性粒子２の平均粒径は、好適には０．１μｍ〜５０μｍ、最適には１μｍ〜４０μｍにすると良く、平均粒径が０．１μｍより小さいと、光散乱性粒子２により散乱される光量が不十分となる傾向にあり、導光板４に入射する光量が不足する傾向にあり、また平均粒径が５０μｍより大きいと、光散乱性粒子２により散乱される光量が多すぎて、導光ロッド１の中央域を通過する光量が不足気味になる。
【００３０】
一方、前記導光ロッド１の屈折率と光散乱性粒子２の屈折率との差が０．０１〜０．２の範囲内になるように設定することが好ましく、屈折率の差が０・０１未満になると、散乱される光量が不十分となる傾向にあり、導光板４に入射する光量が不足する傾向にあり、また屈折率の差が０．２を超えると、光散乱性粒子２により散乱される光量が多すぎて、導光ロッド１の中央域を通過する光量が不足気味になる。
【００３１】
例えば導光ロッド１を構成するアクリル樹脂の屈折率は１．４９、光散乱性粒子２に用いられるシリカの屈折率は１．４６であり、この程度の屈折率の差であれば問題はない。
【００３２】
尚、上述した導光ロッド１は、例えばアクリル樹脂から成る場合、光散乱性粒子２の光散乱性粒子の平均含有密度が異なる複数の直方体部材を作成し、これらをアクリル樹脂系接着剤等で接合することで製造される。
【００３３】
前記接着剤としては、導光ロッド１と接着剤との界面で光の屈折・反射等が起こらないように、導光ロッド１と接着剤との屈折率が略等しいもの（両者の屈折率の差が０．０１以内）がよい。
【００３４】
そして導光ロッド１の両端に配される光源３は、例えばｎ型半導体層とｐ型半導体層とを積層した構造を有するＬＥＤ等が好適に用いられ、図示しない電極を介して電圧が印加されるとｐｎ接合付近より光が発せられ、その光を導光ロッド１内に出射するようになっている。
【００３５】
次に上述した面状照明装置を組み込んだ液晶表示装置について図３を用いて説明する。
【００３６】
図３に示す液晶表示装置は、上述の面状照明装置の導光板４の一主面と液晶表示パネルの一主面とが対向するように配置されている。
【００３７】
前記液晶表示パネルは、例えば、ＳＴＮ型単純マトリックスタイプの半透過型液晶表示パネルが用いられ、かかる液晶表示パネルは、各々が略四角形状を成すように形成された透明基板７ａ，７ｂの一主面にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）から成る多数の透明電極８やポリイミド樹脂から成る配向膜（図示せず）等を、他主面に偏光板６等を夫々被着・形成し、この両基板７ａ，７ｂを透明電極８同士が互いに向かい合うようにして間に所定の間隔を空けて対向配置させた上、両基板間７ａ−７ｂの間隙に液晶材料を充填した構造を有している。
【００３８】
前記液晶パネルの透明基板７ａ，７ｂは、ガラスやプラスチック等の透明な電気絶縁材料により形成されており、該各透明基板７ａ，７ｂの一主面に設けられる多数の透明電極８は、その上方に配置される透明基板７ａ（または７ｂ）の透明電極８に対して直交するように一定の間隔で配列・形成され、これら２種類の透明電極群でもってマトリクス配線を形成している。
【００３９】
また前記液晶パネルの液晶材料としては、例えばネマティック型液晶が用いられ、該液晶９は前述の配向膜によって一対の透明基板７ａ，７ｂ間で１８０°〜２７０°だけ捻れてツイスト配列された構造となる。
【００４０】
このような液晶表示パネルは、透明電極８の対向領域に個々の画素が形成され、各画素領域内の液晶９に透明電極８を介して所定の電圧を印加すると、液晶９の分子配列が変化し、面状照明装置からの光が液晶表示パネルを透過する割合、すなわち光透過率が可変される。
【００４１】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更・改良が可能である。
【００４２】
例えば、上述の実施形態において、前記導光ロッド１の光散乱性粒子の平均含有密度を、中央域より両端域に向かって漸次低くなるように設定しても上述の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４３】
また、上述の実施形態において、前記導光板４と対向する端面と反対側の導光ロッド１の端面に、導光ロッド１の短辺方向に沿って複数の溝１０を形成してもよく、更に導光ロッド１の表面にＡｌ，Ａｇ，ＡＰ（ＡｇとＰｄの合金）、ＡＰＣ（ＡｇとＰｄとＣｕの合金）、ＡＣＡ（ＡｇとＣｕとＡｕの合金）等から成る光反射膜１１を形成してもよく、この場合光源３からの光や光散乱性粒子２により散乱された光を、導光ロッドから漏洩させることなく導光板４へと出射させることが可能となり、面状照明装置の輝度向上が可能となる。
【００４４】
このような溝１０は、導光ロッド１の射出成型時に一体的に形成され、また光反射膜１０は、導光ロッド１の光の入、出射口となる部分以外の箇所に、金属や誘電体から成る材料を、充来周知のスパッタリング法や蒸着法等の薄膜形成技術により被着させることにより作成される。
【００４５】
更に上述の実施形態においては、ＳＴＮ方式の半透過型液晶表示パネルに面状照明装置を組み込んだ場合について説明したが、これに換えてＴＦＴ方式を採用してもよく、また透過型、反射型の液晶表示パネルにも適用できる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の面状照明装置によれば、導光板と、該導光板の一端に沿って配される導光ロッドと、該導光ロッドの長手方向の両端に配される光源とから成る面状照明装置において、前記導光ロッドの内部に光散乱性粒子を含有させるとともに、該光散乱性粒子の平均含有密度を前記導光ロッドの長手方向中央域に比して両端域で小さく成したことから、光散乱性粒子によって散乱される光の割合が、長手方向両端域よりも中央域で高くなる。従って、導光ロッド内を通過する光量が、長手方向両端域よりも中央域で少なくなっても、光散乱性粒子によって導光板に出射される中央域の光量と両端域の光量とを同程度に成すことができ、導光ロッドの光強度分布が略一定になる。その結果、表示デバイスの表示画面を鮮明にすることが可能な面状照明装置が得られる。
【００４７】
また上述の面状照明装置の導光板の一主面上に液晶表示パネルを配設することにより、表示画面が鮮明な液晶表示装置を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る面状照明装置の斜視図である。
【図２】図１の面状照明装置の導光ロッドから出射した光の強度分布図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の側面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る面状照明装置の平面図である。
【図５】従来の面状照明装置の斜視図である。
【図６】従来の面状照明装置の導光ロッドから出射した光の強度分布図である。
【図７】従来の面状照明装置の導光板から出射した光の強度分布図である。
【符号の説明】
１・・・導光ロッド
２・・・光散乱性粒子
３・・・光源
４・・・導光板
５・・・導光板の溝
６・・・偏光板
７ａ，７ｂ・・・透明基板
８・・・透明電極
９・・・液晶
１０・・・導光ロッドの溝
１１・・・光反射膜
【図１】
2004296143.tif 000003
【図２】
2004296143.tif 000004
【図３】
2004296143.tif 000005
【図４】
2004296143.tif 000006
【図５】
2004296143.tif 000007
【図６】
2004296143.tif 000008
【図７】
2004296143.tif 000009