(57)【要約】【課題】ＬＥＤからの光をライトガイドを使用することなく直接導光板に投射しても、中央に輝線が生じることがなく、かつ明暗のバラツキが小さく周辺部に暗部を生じさせない液晶表示装置の面状照明装置を提供する。【解決手段】光源と、この光源からの光を一端面から入射し、上面と下面との間で全反射して内部に導光するとともに、上面又は下面の一方の面に形成された反射体で反射した光を液晶表示パネルに向かって照射する導光板とを有する液晶表示装置の面状照明装置において、導光板の照明領域の外部に、光源に対向する一端面に接近して配置され、長軸が前記光源に対向する一端面に平行な楕円形の透孔を有する液晶表示装置の面状照明装置によって達成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源からの光を一端面から入射し、上面と下面との間で全反射して内部に導光するとともに、上面又は下面の一方の面に形成された反射体で反射した光を液晶表示パネルに向かって照射する導光板とを有する液晶表示装置の面状照明装置において、
前記導光板の照明領域の外部に、光源に対向する一端面に接近して配置され、長軸が前記光源に対向する前記一端面に平行な楕円形の透孔を有することを特徴とする液晶表示装置の面状照明装置。
【請求項２】
前記光源に対向する前記一端面が、前記導光板の隅部に、前記導光板の対角線にほぼ直交して設けられていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の面状照明装置。
【請求項３】
前記楕円形の透孔が、長軸に平行に切断された一部切欠きを有する形状の楕円であることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示装置の面状照明装置。
【請求項４】
前記導光板の前記一端面及び前記楕円形の透孔が、前記導光板の長軸に平行な中心線に対して対称の位置に２組設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液晶表示装置の面状照明装置。
【請求項５】
前記光源が白色ＬＥＤであり、前記液晶表示パネルがカラー液晶表示パネルであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の液晶表示装置の面状照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置の液晶表示パネルを照明する面状照明装置に関するものであり、特に、光源と、この光源からの光を一端面から入射し、上面と下面との間で全反射して内部に導光するとともに、上面又は下面の一方の面に形成された反射体で反射した光を液晶表示パネルに照射する導光板とを有する液晶表示装置の面状照明装置に関するものであって、カラー液晶表示装置のフロントライトとして好適に採用することができる液晶表示装置の面状照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置、特にカラー液晶表示装置の液晶表示パネルを照明する面状照明装置として、光源と、この光源からの光を一端面から入射し、上面と下面との間で全反射して光を内部に導光するとともに、上面又は下面の一方の面に形成されたマイクロプリズム等の反射体で反射した光を他方の面に対向して配置された液晶表示パネルに向かって投射し、この液晶表示パネルを照明する導光板とを有する液晶表示装置の面状照明装置が広く使用されている。
【０００３】
最近では、携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｅｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等に使用される液晶表示装置もカラー表示が一般的となり、更に動画化することが求められている。これに伴って、携帯電話やＰＤＡの液晶表示装置の面状照明装置には、鮮明なカラー表示をするために、より高輝度化することが当面の課題として要求されている。一方、高輝度化すると、面状照明装置の部分的な明暗のバラツキがより明瞭になるので、従来よりも更に明暗のバラツキが少ない面状照明装置を開発することが望まれている。
【０００４】
また、照明装置の光源としては、消費電力を低くすることが可能な発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）を使用することが一般的になっているが、ＬＥＤは点状の光源なので、そのまま導光板に入射すると、中央に極端に光量の多い線状の部分（以下、輝線という）が生じ、周辺部には光量の少ない暗部が生じて、部分的な明暗のバラツキが大きくなる。このため、従来技術では、ライトガイドを使用して線状の光源にしてから導光板に投射することが行われている。
【０００５】
図６はＬＥＤから投射される光の指向特性の１例を示す図であり、図７はＬＥＤから直接導光板に光を投射したときの光の投射方向を示す図、図８はＬＥＤから直接導光板に光を投射したときの光の投射方向とその投射方向への光量を示す図である。図６に示すように、ＬＥＤから投射される光は、放射角度が０°とその周辺の位置における光度が高く、放射角度が０°の位置を１００％とすると、３０°の位置では約８５％であるが、６０°の位置では約４３％に、７０°の位置では約２５％に激減する。
【０００６】
このため、液晶表示装置の面状照明装置に使用されるＬＥＤでは、光源として有効な放射角度を片側６０°（全幅では１２０°）として考えることが通例となっている。図７及び図８に示すように、この光源としてのＬＥＤ２１から全幅で１２０°の投射角度で投射された光は、屈折率の高い材質からなる導光板２２に入射する際に内側に屈折するので、図に示すように、ＬＥＤ２１から投射された光の範囲（１２０°）よりはるかに狭い範囲の光束２３となって導光板２２に入射する。
【０００７】
図８は、ＬＥＤ２１から投射された光を導光板２２に直接入射したときの光の投射方向とその投射方向への光量の分布を描いたものであって、光の投射方向は図７と同一であり、図６に示された光の光度（光量）を線の長さで示してある。図から明らかなように、導光板２２に入射した光の光束２３の密度（光量）は中央の部分が高く、外周部では光量（線の長さ）が急激に減少する分布となる。このため、照明領域２４の内側には、光束２３の中心（ＬＥＤ２１からの放射角度が０°の位置）に輝線２５が生じるとともに、放射角度が６０°を超える外周部の位置には暗部２６が生じることになる。
【０００８】
この導光板２２の内部に入射した光は、周知のように、導光板２２の上面と下面との間で全反射して内部に導光するとともに、上面又は下面の一方の面に形成された反射体で反射した光を液晶表示パネル（図示しない）に向かって照射することによって液晶表示装置の液晶表示パネルを照明する液晶表示装置の面状照明装置を構成する。このため、液晶表示装置の液晶表示パネルは輝線２５の位置では極端に明るく照明され、暗部２６では光量が不足して暗くなることは避けられず、液晶表示パネルにおける部分的な明暗が明瞭に認められることになる。
【０００９】
従来技術では、このような輝線２５や暗部２６による液晶表示パネルの部分的な明暗のバラツキは、格別に目立たない限り止むを得ないものとして許容されていたが、前述したように、面状照明装置を高輝度化することによって、この輝線２５や暗部２６が今までよりも更に明瞭に目立つようになってきて、許容される範囲を超えるようになってきた。
【００１０】
このため、導光板の外周に溝を設け、或いは内部に穴を明けたり凹部を設けることによって、外周部の光を反射して内部に戻し、或いは中央部の光を反射して外方に分散して、輝線や暗部をなくすことを試みるアイデアが示されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この発明では、前述したように、外周部の光量は非常に少ないので、溝によって外周部の光を反射して内部に戻すことはほとんど効果が期待できず、或いは面状照明装置の有効領域（照明領域）の内部に穴や凹部を設けることによって光を外方に反射させるので、穴や凹部の位置では極端に光量が少なくなって、逆に部分的な暗部を生じるなどの問題点が残るものであった。
【００１１】
すなわち、特許文献１の発明のように、有効領域（照明領域）の内部に穴（途中まで穴明けした凹部もほぼ同様なので、以下、穴についてのみ説明する）を設けると、この穴の位置には導光板の下面に光を上方に反射する反射体（拡散パターンやマイクロプリズム）を設けることができないので、上方に向かう光が実質的に無くなり穴の形状をした暗部が生じることになる。仮に、何らかの方法で反射体を形成したとしても、この穴の部分は空気層となって周囲の部分とは屈折率が大きく異なるので、反射体で反射して上方に向かう光束の密度（光量）も当然に大きく異なり、穴の位置に、穴の形状をした部分的な明暗のバラツキが生じることは避けられない。
【００１２】
このため、面状照明装置の有効領域（照明領域）の全域を可能な限り一定の光量で照明しようとするものには、この特許文献１に記載された実施例は、とうてい採用することができないものである。更に、この実施例では、この穴は導光板の有効領域（照明領域）の内部に位置しているので、当然のことながら、導光板の端面からかなり離れた位置に配置されている。このため、仮にこの穴によって生じる暗部を有効領域（照明領域）の外部に配置しようとしても、有効領域（照明領域）の外部に穴のための広いスペースを要することになり、小型の機器である携帯電話やＰＤＡに使用するのには適さないものとなる。
【００１３】
図９及び図１０は、このことを更に詳細に検討するために、特許文献１の実施例を示す図１１及び図１６において、ＬＥＤからの投射された光が入射する端面と穴の部分を拡大して描いた拡大図である。ここで、図９には円形の穴２７が、図１０には三角形の穴２８が設けられており、それぞれ特許文献１の図１１と図１６に対応している。これらの穴２７又は２８の部分には、空気層が形成されるので、導光板２９の屈折率を１．４９とすると、導光板２９から穴２７又は２８の部分に投射される光の臨界角は約４２°となり、入射角が約４２°を超える光は全反射することになる。
【００１４】
図９に示すように、円形の穴２７の場合には、円形の穴２７の中央部分に入射する光３０は、導光板２９と空気層に出入する際の入射角は、常に０°に近いのでほとんど屈折することなく穴２７を透過する光３１となるが、円形の穴２７の中央部分からわずかに外れた光３２も、円形の穴２７の曲率によって入射角が大きくなり、屈折して外方に向かって拡散する光となる。
【００１５】
そして、円形の穴２７の中央部分を透過する光３１は、ＬＥＤ３４から投射される投射角度が０°に近い光なので、図６に示すように、最大の光量を有する光束となる。一方、円形の穴２７の中央部分からわずかに外れた光３２は、屈折して外方に拡散するので、穴２７の背後の光量は中央部分は十分に明るいが、中央部分からわずかに外れると急激に光量が減少することになり、導光板２９に設けられた穴２７の中央部分とその周辺の間の光量の差が非常に大きくなり、導光板２９の円形の穴２７の背後には、中央に輝線３５が生じるとともに、その周囲に暗部３６が生じることとなる。
【００１６】
また、図１０に示す三角形の穴２８の場合には、三角形の穴２８に入射する光３７の入射角は常に６０°を超えるので、臨界角の４２°を常に超えており、全反射して外方に拡散する光３８となって、三角形の穴２８の背後に進む光が全くなくなることとなる。このため、何らかの方法で三角形の穴２８の背後に光を補充したとしても、三角形の穴２８の背後に暗部３９が生じることは避けられないものとなる。
【００１７】
以上に述べたように、従来技術の液晶表示装置の面状照明装置では、鮮明なカラー表示をするためにより高輝度化すると、面状照明装置の部分的な明暗のバラツキがより明瞭になって、ライトガイドを使用して線状の光源にしてから導光板に投射しなければならなかった。一方、特許文献１に開示された発明には、導光板の外周に溝を設け、或いは内部に穴を明けたり凹部を設けることによって輝線や暗部をなくす発明が示されており、その実施例には、導光板の外周に溝を設けて外周部の光を反射して内部に戻す例と、面状照明装置の有効領域（照明領域）の内部に円形や三角形の穴や凹部を設けることによって、中央部の光を反射して外方に分散する例とが開示されている。しかし、前者は、外周部の光量が非常に少ないのでほとんど効果は期待できず、後者は、有効領域（照明領域）の内部に円形や三角形の暗部が生じ、更に穴の背後に輝線や暗部が生じる欠点を有しているものであった。
【００１８】
【特許文献１】
特開平１０−１９９３１８号公報（図１１及び図１６）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの従来技術の問題点を解消して、光源と、この光源からの光を一端面から入射し、上面と下面との間で全反射して内部に導光するとともに、上面又は下面の一方の面に形成された反射体で反射した光を液晶表示パネルに照射する導光板とを有する液晶表示装置の面状照明装置において、光源であるＬＥＤからの光をライトガイドを使用することなく直接導光板に投射しても、中央に輝線が生じることがなく、かつ周辺部との光量の差を少なくして部分的な明暗のバラツキを小さくし、周辺部に暗部を生じさせない液晶表示装置の面状照明装置を提供しようとするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するために、光源と、該光源からの光を一端面から入射し、上面と下面との間で全反射して内部に導光するとともに、上面又は下面の一方の面に形成された反射体で反射した光を液晶表示パネルに向かって照射する導光板とを有する液晶表示装置の面状照明装置において、前記導光板の照明領域の外部に、光源に対向する一端面に接近して配置され、長軸が前記光源に対向する前記一端面に平行な楕円形の透孔を有することを特徴とする液晶表示装置の面状照明装置を提供するものである。
【００２１】
ここで、前記光源に対向する前記一端面が、前記導光板の隅部に、前記導光板の対角線にほぼ直交して設けられていることが望ましく、更に、前記楕円形の透孔が、長軸に平行に切断された一部切欠きを有する形状の楕円であることが望ましい。また、前記導光板の前記一端面及び前記楕円形の透孔が、前記導光板の長軸に平行な中心線に対して対称の位置に２組設けられていることが望ましく、或いは、前記光源が白色ＬＥＤであり、前記液晶表示パネルがカラー液晶表示パネルであることが望ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細について、実施例を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係わる液晶表示装置の平面照明装置においてＬＥＤから直接導光板に光を投射したときの光の投射方向を示す図、図２は図１の透孔部を拡大して描いた光の投射方向を示す図、図３は本発明に係わる液晶表示装置の平面照明装置においてＬＥＤから直接導光板に光を投射したときの光の投射方向とその投射方向への光量を示す図、図４は図２の更なる拡大図であってＬＥＤからの投射角が０°と３０°の光のみを描いた説明図、図５は他の実施例であって楕円形の透孔が一部切欠きを有する形状のときの説明図である。
【００２３】
本発明に係わる液晶表示装置の平面照明装置における導光板１は、図１に示すように、光源であるＬＥＤ２と、このＬＥＤ２からの光を導光板１の一端面１ａから入射し、上面と下面との間で全反射して内部に導光するとともに、上面又は下面の一方の面に形成された反射体で反射した光を液晶表示パネルに照射するものである。ここで、図示の実施例の導光板１は、下側の右隅部に、導光板１の対角線にほぼ直交するようにスリット３が設けられており、このスリット３の導光板１側の内側に形成された一端面１ａに対向してＬＥＤ２が配置されている。ここで、このスリット３は、その内側にＬＥＤ２を配置することによって搬送や次工程の作業の際に不測の事故からＬＥＤ２を保護するためのものであって、必ずしも必須ではなく、導光板１の任意の端面に配置することができる。
【００２４】
また、スリット３が導光板１の対角線にほぼ直交するように設けられていることも、１個のＬＥＤ２で導光板１の全体を可能な限り均一に照明するための方策であって、光量を増加するために複数個のＬＥＤを使用する場合には、従来技術と同様に、導光板１の長軸に直交する端面に複数個のＬＥＤを配置することが好ましいことが多い。
【００２５】
導光板１には、図２に拡大図で示すように、ＬＥＤ２に接近して楕円形の透孔４が設けられている。この透孔４は、楕円形の長軸がスリット３の一端面１ａに平行になるように配置されており、導光板１の照明領域５の外部となる位置に、スリット３に接近して配置されている。
【００２６】
このように構成されている導光板１とＬＥＤ２のセットにおいては、ＬＥＤ２が発光することによって、ＬＥＤ２からの光が導光板１の一端面１ａから内部に入射し、光束６が図１に示すように導光板１の内部に拡散する。ここで、この実施例では、導光板１のＬＥＤ２に接近した位置に楕円形の透孔４が設けられているので、図２及び図３に示すように、ＬＥＤ２から投射された光が導光板１に入射する際と、導光板１を透過して透孔４に入射する際及び透孔４から導光板１に再入射する際に屈折して、図７に示す透孔４がない場合に比べて広い範囲に光束３が拡散する。
【００２７】
すなわち、図４に示すように、光源であるＬＥＤ２から投射された光７は、空気層から屈折率の高い導光板１に入射する際に内側に屈折し、導光板１を透過して透孔４に入射する際に外側に屈折する。このときの屈折角は、一端面１ａから透孔４までの距離と透孔４の長軸と短軸との比によって入射面の傾斜角が異なるので、透孔４の長軸と短軸との比率などを適宜選択することによって適切な屈折角を選択することができる。そして、透孔４から導光板１に再入射する際にも再び外側に屈折する。この際の屈折率も、一端面１ａから透孔４までの距離と透孔４の長軸と短軸との比によって入射面の傾斜角が異なるので、同様にして適切な屈折角を選択することができる。
【００２８】
図３は、導光板１に入射した光の投射方向とその投射方向への光量の分布を描いたものであって、従来技術を同様に描いた図８と比較すると明らかなように、光束６（図８では光束２３）が導光板１の全体に拡がっており、中央部分の光束６の分布が減少して輝線の発生が防止されるとともに、周辺部分にも光束６が広がり、照明領域５の内部に暗部となる部分がなくなっていることが明瞭に示されている。
【００２９】
この光束６の拡がり方は、前述したように、導光板１の一端面１ａから透孔４までの距離と楕円形の透孔４の長軸と短軸との比率を選択することで任意に選ぶことができる。そして、この長軸と短軸との比率は、導光板１の屈折率によっても異なるが、図に示すように、長軸と短軸との比率を３〜４倍とするときに輝線もなく隅に暗部も生じない導光板を得ることができる。
【００３０】
また、この透孔４は、図５に示すように、スリット３側を直線状に一部切欠かれた形状の楕円、例えば、図５の実施例に示すように、楕円の長軸に沿って切り欠かれた半楕円の透孔８とすることも可能であり、このように構成することによって、楕円形の透孔４より更に短軸方向の幅を狭くすることが可能となり、照明領域の外側を狭くすることが可能となる。また、この楕円又は半楕円の形状は、必ずしも正確な楕円又はその一部である必要はなく、実質的に楕円に近似した形状であって、外方に光を屈折させる滑らかな形状であればよいことは明らかである。
【００３１】
この導光板１における光束６の分布をより均一にするためには、導光板１の左右の下側の隅部にそれぞれスリット３を設け、この２個のスリット３のそれぞれの一端面１ａにＬＥＤ２を配置し、このＬＥＤ２にそれぞれ対向する位置に楕円形の透孔４を設けて、導光板１の長軸に平行な中心線に対して対称に２組の光源を配置するように構成することができる。このように構成することによって、導光板１の内部における光束６の分布が左右対称になって、より均一な光量とすることが可能になるとともに、光を反射して液晶表示パネルを照明する導光板１の上面又は下面の一方の面に形成された反射体の分布を下側では粗に、上になるに従って密にすることによって、更に均一な光量にすることができる。
【００３２】
更に、ＬＥＤ２と透孔４とのセットを複数個にして、これを導光板１の端面に相互に平行に配置することによって、光束６の分布を更に均一化することができる。或いは、導光板１の幅が大きいときには、導光板１の両側の端面に、ＬＥＤ２と透孔４とのセットを千鳥状に配置して、更に光束６の分布を均一化するとともに、導光板１から投射される光量を増加することもできる。
【００３３】
また、この液晶表示装置の面状照明装置をカラー液晶表示装置に使用するときには、光源となるＬＥＤを白色ＬＥＤとし、液晶表示パネルをカラー液晶表示パネルとすることによって容易にカラー液晶表示装置に適用することができる。
【００３４】
本発明は、以上に述べた実施例に示した構成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各種の変更や改良を行うことができるのは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の液晶表示装置の平面照明装置は、以上に説明したように、光源と、この光源からの光を一端面から入射し、上面と下面との間で全反射して内部に導光するとともに、上面又は下面の一方の面に形成された反射体で反射した光を液晶表示パネルに向かって照射する導光板とを有する液晶表示装置の面状照明装置において、導光板の照明領域の外部に、光源に対向する一端面に接近して配置されており、長軸が光源に対向する一端面に平行な楕円形の透孔を有する構成となっているので、光源であるＬＥＤからの光をライトガイドを使用することなく直接導光板に投射しても、中央に輝線が生じることがなく、かつ周辺部との光量の差を少なくして部分的な明暗のバラツキを小さくし、周辺部に暗部を生じさせない液晶表示装置の面状照明装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる液晶表示装置の平面照明装置においてＬＥＤから直接導光板に光を投射したときの光の投射方向を示す図である。
【図２】図１の透孔部を拡大して描いた光の投射方向を示す図である。
【図３】本発明に係わる液晶表示装置の平面照明装置においてＬＥＤから直接導光板に光を投射したときの光の投射方向とその投射方向への光量を示す図である。
【図４】図２の更なる拡大図であってＬＥＤからの投射角が０°と３０°の光のみを描いた説明図である。
【図５】他の実施例であって楕円形の透孔が一部切欠きを有する形状のときの説明図である。
【図６】ＬＥＤから投射される光の指向特性を示す図である。
【図７】従来技術においてＬＥＤから直接導光板に光を投射したときの光の投射方向を示す図である。
【図８】ＬＥＤから直接導光板に光を投射したときの光の投射方向とその投射方向への光量を示す図である。
【図９】特許文献１の実施例を示す図のＬＥＤからの光が入射する端面と円形の穴の部分を拡大して描いた光の投射方向を示す拡大図である。
【図１０】特許文献１の実施例を示す図のＬＥＤからの光が入射する端面と三角形の穴の部分を拡大して描いた光の投射方向を示す拡大図である。
【符号の説明】
１  導光板
１ａ  一端面
２  ＬＥＤ
３  スリット
４  透孔
５  照明領域
６  光束
７  ＬＥＤから投射された光
８  半楕円の透孔
【図１】
2004265798.tif 000003
【図２】
2004265798.tif 000004
【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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【図１０】
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