(57)【要約】【課題】入光面から導入された光を効率よく均一に出射面に伝搬させることができる導光体を提供する。【解決手段】出射面に形成された突条１４は、出射面の水平基準面ｚに対して傾斜して形成された３面の斜面部により構成された断面略くさび状のもので、第１斜面１４ａと、第２斜面１４ｂと、第３斜面１４ｃとされている。第１斜面１４ａは水平基準面ｚに対して傾斜角θ１  で光伝搬方向Ｌの方向に傾斜し、第２斜面１４ｂは水平基準面ｚに対して傾斜角θ２  で光伝搬方向Ｌの方向に傾斜している。第３斜面１４ｃは第１斜面および第２斜面を結ぶように突条１４の先端部分を構成し、水平基準面ｚに対して傾斜角θ３  で光伝搬方向Ｌの方向に傾斜している。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から照射された光を一方の側端面から内部に導入し、この光を他方の側端面に向けて伝搬しつつ出射面から出射させる導光体であって、基準面に対して前記光の伝搬方向に傾斜した第１斜面と、基準面に対して前記光の伝搬方向に前記第１斜面よりも急角度で傾斜した第２斜面と、前記第１斜面と前記第２斜面とを結ぶ第３斜面とを備えた断面視くさび状の突条を前記出射面に複数形成し、該導光体内部を伝搬する光を前記突条で反射させて前記出射面側に出射させることを特徴とする導光体。
【請求項２】
前記基準面に対する前記第１斜面の傾斜角度を０．５°〜５．０°、前記基準面に対する前記第２斜面の傾斜角度を４０°〜６０°、前記基準面に対する前記第３斜面の傾斜角度を−５°〜１０°の範囲にそれぞれ設定したことを特徴とする請求項１に記載の導光体。
【請求項３】
前記第２斜面に入射する伝搬光の進行方向と、該伝搬光の反射光の進行方向との成す角度が鈍角であることを特徴とする請求項１または２に記載の導光体。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の導光体と光源とを備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項５】
前記光源は、前記導光体の側端面に沿って配設されたバー導光体と、該バー導光体の端面部に配設された発光素子とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の照明装置と液晶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、導光体、照明装置、及び液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置等に用いられるフロントライトやバックライト等の照明装置は、導光板（導光体）とその側端面に配設された光源とを基本構成としており、導光板側端面から導入した光を、導光板の出射面と反対側の面に形成したプリズム形状により反射させて出射面から出射させることで、液晶パネル等の被照明体を照明するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１２６４９４号公報
【０００４】
図６は、これら従来の導光板（導光体）を適用した照明装置を備えた液晶表示装置の断面構造を示す図である。図７は、図６に示すフロントライトの導光状態を説明するための説明図である。図６に示す液晶表示装置は、液晶パネル１２０とその前面側（図示上面側）に配設されたフロントライト１１０とから構成されており、フロントライト１１０において、符号１１２は導光板、符号１１３はバー導光体、符号１１５はＬＥＤ（発光ダイオード）である。また導光板１１２の上面に、緩斜面部１１４ａと急斜面部１１４ｂとからなる断面三角形状の突条１１４が連続的に形成されている。液晶パネル１２０において、符号１２１は上基板、符号１２２は下基板、符号１２３は液晶層、符号１２４はシール材である。また、液晶パネル１２０には、図示略の反射板が下基板１２２の外面側又は内面側に設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような、従来のフロントライト１１０では、図７に示すように、バー導光体１１３から導光板１１２内部に導入された光は、導光板１１２内部で全反射を繰り返しながら伝搬し、主に急斜面部１１４ｂに入射した光が、導光板１１２の出射面１１２ｂから出射されるようになっている（図７に示す光Ａ，Ｂ）。しかしながら、光Ａ，Ｂと同様に急斜面部１１４ｂに入射する光でも、図７に示す光Ｃ，Ｄのように光Ａ，Ｂよりも浅い入射角で斜面部に入射する光が、急斜面部１１４ｂを透過して液晶表示装置上面側へ漏れ出る場合がある。これは、光Ｃ，Ｄの入射角が導光板１１２と空気とにおける臨界角を越えて浅くなったためであり、このような光Ｃ，Ｄは、照明光として利用されないためフロントライト１１０の輝度を低下させ、また導光板１１２を透過しての表示に対してはコントラストを低下させる原因となっていた。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、入光面から導入された光を効率よく均一に出射面に伝搬させることができる導光体、およびこれを適用した、高輝度でかつ漏れ光が低減され、好ましくは薄型化を実現できる照明装置および液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明においては、光源から照射された光を一方の側端面から内部に導入し、この光を他方の側端面に向けて伝搬しつつ出射面から出射させる導光体であって、基準面に対して前記光の伝搬方向に傾斜した第１斜面と、基準面に対して前記光の伝搬方向に前記第１斜面よりも急角度で傾斜した第２斜面と、前記第１斜面と前記第２斜面とを結ぶ第３斜面とを備えた断面視くさび状の突条を前記出射面に複数形成し、該導光体内部を伝搬する光を前記突条で反射させて前記出射面側に出射させることを特徴とする導光体が提供される。。
【０００８】
このような導光体によれば、第２斜面の反射光の一部が導光体に向けて再反射することによる漏れ光を、基準面に対する鉛直方向から大きく外れた角度に反射させることができる。これにより、例えば、導光体を液晶表示装置に適用した場合に液晶パネルの視認性を大いに高めることができる。
【０００９】
前記基準面に対する前記第１斜面の傾斜角度を０．５°〜５．０°、前記基準面に対する前記第２斜面の傾斜角度を４０°〜６０°、前記基準面に対する前記第３斜面の傾斜角度を−５°〜１０°の範囲にそれぞれ設定するのが好ましい。
各斜面の傾斜角度がこのような範囲に設定されれば、導光体内を伝搬する光を効率よく出射させることができ、明るい照明光を出射することができるとともに、漏れ光を、基準面に対する鉛直方向から大きく外れた角度に反射させることができる。前記第２斜面に入射する伝搬光の進行方向と、該伝搬光の反射光の進行方向との成す角度は鈍角であることが好ましい。
【００１０】
上述した導光体と光源とを備えた照明装置によれば、被照明物に向けて明るい照明光を出射することができるとともに、視認性の妨げとなる漏れ光を最小限に抑えた照明装置を提供することができる。前記光源は、前記導光体の側端面に沿って配設されたバー導光体と、該バー導光体の端面部に配設された発光素子とから構成されれば良い。
【００１１】
前記照明装置と液晶パネルとを備えた液晶表示装置によれば、高輝度で、かつ従来よりも高コントラストで視認性に優れた液晶表示装置を提供することが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の導光体を適用したフロントライトを備えた液晶表示装置の斜視図であり、図２は、図１に示す液晶表示装置の断面構成図である。また、図３は、図２に示すフロントライトの導光状態を説明するための部分断面構成図である。本実施形態の液晶表示装置９は、図１及び図２に示すように、フロントライト（照明装置）１０と、その背面側（図示下面側）に配設された液晶パネル２０とを備えて構成されている。
【００１３】
フロントライト１０は、図１に示すように、略平板状の透明の導光板（導光体）１２と、その側端面１２ａに沿って配設された光源を成すバー導光体（光源）１３と、このバー導光体１３の長さ方向の少なくとも一方の端面に配設された発光素子１５と、を備えて構成されている。すなわち、本実施形態に係るフロントライト１０では、発光素子１５とバー導光体１３とが光源とされ、導光板１２の側端面１２ａが導光板の入光面とされている。また、図２に示すように、導光板１２の液晶パネル側面（図示下面）１２は、導光板１２の側端面１２ａと略平行に延在する複数の突条１４が配列形成された、断面略鋸刃状とされている。
【００１４】
液晶パネル２０は、対向して配置された上基板２１と下基板２２とを備えて構成された反射型の液晶表示パネルであり、図１に点線で示す矩形状の領域２０Ｄが液晶パネル２０の表示領域とされており、表示領域２０Ｄ内に図示略の画素がマトリクス状に形成されている。液晶表示装置９は、液晶パネル２０の表示領域２０Ｄ上に導光板１２が配置され、この導光板１２を透過して液晶パネル２０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所では、発光素子１５を点灯させ、この発光素子１５から出射された光をバー導光体１３を介して導光板１２の入光面１２ａから導光板内部へ導入し、導光板内部を伝搬する光（伝搬光）を導光板１２の図示下面（出射面）１２ｂ側から液晶パネル２０へ向けて出射させ、液晶パネル２０を照明するようになっている。
【００１５】
本発明の導光板（導光体）１２は、図２及び図３に示すように、液晶パネル２０の表示領域上に配置されて発光素子１５から光伝搬方向Ｌに向けて出射された光を出射面１２ｂ側から液晶パネル２０に出射する略平板状の部材であり、例えば透明なアクリル樹脂などで形成されている。図２の部分断面図に示すように、導光板１２の出射面１２ｂには、複数の突条１４が互いに平行に平面視ストライプ状に形成されてプリズム形状を成しており、出射面１２ｂと反対側面（対向面）１２ｃは、平坦面に形成されている。
【００１６】
図３および図４に示すように、出射面１２ｂに形成された突条１４は、出射面１２ｂの水平基準面ｚに対して傾斜して形成された３面の斜面部により構成された断面略くさび状のもので、第１斜面（緩斜面部）１４ａと、第２斜面（急斜面部）１４ｂと、第３斜面（先端斜面部）１４ｃとされている。第１斜面（緩斜面部）１４ａは水平基準面ｚに対して傾斜角θ１  で光伝搬方向Ｌの方向に傾斜し、第２斜面（急斜面部）１４ｂは水平基準面ｚに対して傾斜角θ２  で光伝搬方向Ｌの方向に傾斜している。第３斜面（先端斜面部）１４ｃは第１斜面および第２斜面を結ぶように突条１４の先端部分を構成し、水平基準面ｚに対して傾斜角θ３  で光伝搬方向Ｌの方向に傾斜している。
【００１７】
これら第１斜面１４ａ、第２斜面１４ｂおよび第３斜面１４ｃの傾斜方向は水平基準面ｚの法線に対して同一方向とされている。すなわち、第２斜面１４ｂの外面が導光板１２の対向面１２ｃ側を向き、内面は出射面１２ｂの外側を向くように形成されている。また、第１斜面１４ａおよび第３斜面１４ｃは外面が導光板１２の出射面１２ｂの外側を向き、内面は対向面１２ｃ側を向くように形成されている。そして、導光板１２内部を図４では左側（バー導光体１３側）から右側へ伝搬する光を、出射面１２ｂの第２斜面１４ｂにより出射面１２ｂ側へ反射して導光板１２の背面側に配置された液晶パネル２０に向けて出射させるようになっている。
【００１８】
ここで、図４及び図５を参照して前記第２斜面１４ｂによる伝搬光の反射作用について説明する。図５は、図４に示す第２斜面１４ｂを拡大して示す部分断面構成図である。本実施形態に係る導光板（導光体）１２では、図５に示すように、導光板１２内部から第２斜面１４ｂに入射する伝搬光Ｌｉｎと、第２斜面１４ｂによる前記伝搬光Ｌｉｎの反射光Ｌｏｕｔとの成す角度θ４  が、鈍角となるように、傾斜角θ２  を有して前記第２斜面１４ｂが形成されている。すなわち、この第２斜面１４ｂ（突条１４）が形成された位置において伝搬光Ｌｉｎが第２斜面１４ｂに対して４５°を越える入射角で入射するようしている。これにより、第２斜面１４ｂに入射した伝搬光Ｌｉｎが透過されるのを最大限防止することが可能になり、その結果、第２斜面１４ｂで反射される光量が増加し、フロントライト１０の輝度が向上する。
【００１９】
この時、伝搬光Ｌｉｎが第２斜面１４ｂで反射した反射光Ｌｏｕｔが導光板１２の出射面１２ｂから出射される際に、出射面１２ｂの内側で反射光Ｌｏｕｔの一部が導光板１２に向けて再反射することにより漏れ光ＬＲ  が生じる。しかし、第１斜面１４ａの先端側に形成された第３斜面１４ｃによって、この漏れ光ＬＲ  は水平基準面ｚに対する鉛直方向ｙ、すなわち、液晶パネル２０の表示面に対する鉛直方向から大きく外れた角度に反射され、液晶パネル２０の表示面に対する鉛直方向ｙに反射することを防止する。従って、液晶パネル２０のコントラストを低下させる原因となる水平基準面ｚに対する鉛直方向ｙ（液晶パネル２０の表示面に対する鉛直方向ｙ）に向けた漏れ光は著しく低減され、液晶パネル２０の視認性は大いに高まる。なお、本発明者は上記第３斜面１４ｃの作用によってＬＣＤのコントラストを向上させ得ることを検証しており、後述の実施例に詳述している。
【００２０】
本発明の導光板（導光体）１２では、図３，図４に示す第１斜面１４ａの傾斜角θ１  は、水平基準面ｚに対して０．５°以上５°以下の範囲が好適であり、第２斜面１４ｂの傾斜角θ２  は４０°以上６０°以下の範囲が好適である。このような範囲とするならば、導光板１２面内を伝搬する光を効率よく液晶パネル２０へ出射させることができ、明るい表示が可能な液晶表示装置を構成することができる。第１斜面１４ａの傾斜角θ１  の範囲が、０．５°未満では、フロントライトの平均輝度が低下し、５°を越える場合には、導光板面内での出射光量を均一化することができなくなる。また、第２斜面１４ｂの傾斜角度θ２  が、４０°未満の場合、及び４５°を越える場合には、第２斜面１４ｂを透過して漏れ出る光量が多くなり出射面１２ｂからの出射光量（すなわちフロントライト１０の輝度）が低下するため好ましくない。
【００２１】
また、本発明の導光板（導光体）１２では、図３，図４に示す第３斜面１４ｃの傾斜角θ３  は、水平基準面ｚに対して−５°以上１０°以下の範囲が好適である。第３斜面１４ｃの傾斜角θ３  をこのような範囲とするならば、反射光Ｌｏｕｔの一部が導光板１２に向けて再反射することにより漏れ光ＬＲ  を水平基準面ｚに対する鉛直方向ｙ、すなわち、液晶パネル２０の表示面に対する鉛直方向から大きく外れた角度に反射させることができ、液晶パネル２０の視認性を大いに高めることができる。
【００２２】
バー導光体（光源）１３は、透明なアクリル樹脂等の材料からなる棒状の部材で、導光板１２の側端面１２ａに沿って配置される。このバー導光体１３の背面（導光板１２と反対側面）には、図示略のプリズム形状が加工されており、端面から導入されてバー導光体１３の長さ方向に伝搬する光を導光板１２の側端面１２ａに均一に照射できるようになっている。
【００２３】
液晶パネル２０は、対向して配置された上基板２１と下基板２２との間に液晶層２３が挟持され、この液晶層２３が基板２１，２２の内面側周縁部に沿って平面額縁状に設けられたシール材２４により封止された構成とされている。上基板２１の内面側（下基板２２側）には、液晶制御層２６が形成されており、下基板２２の内面側（上基板２１側）には、フロントライト１０の照明光や外光を反射させるための金属薄膜を有する反射層２７が形成され、この反射層２７上に液晶制御層２８が形成されている。
【００２４】
液晶制御層２６，２８は、液晶層２３を駆動制御するための電極や、配向膜等を含んで構成されており、上記電極をスイッチングするための半導体素子等も含むものである。また、場合によってはカラー表示のためのカラーフィルタを備えていてもよい。
【００２５】
反射層２７は、液晶表示パネル２０に入射した外光やフロントライト１０の照明光を反射させるためのアルミニウムや銀などの高反射率の金属薄膜からなる反射膜を備えるものであり、特定の方向で反射光が強くなり液晶表示装置の視認性が低下するのを防止するための光散乱手段を備えることが好ましい。この光散乱手段としては、反射膜に凹凸形状を付与したものや、樹脂膜中に樹脂膜を構成する材料と異なる屈折率の樹脂ビーズを分散させた散乱膜等を用いることができる。
【００２６】
上記構成を備えた本実施形態の液晶表示装置９では、液晶パネル２０の前面に配設されたフロントライト１０の導光板１２の出射面１２ｂに形成された突条１４の第２斜面１４ｂが、導光板１２内部から入射する伝搬光に対して、鈍角の反射光を生じさせるので、第２斜面１４ｂに入射する伝搬光の反射率を向上させることができ、もって照明光の輝度を高めることができる。そして、出射面１２ｂに形成された突条１４の第３斜面１４ｃによって、この反射光が出射される際の漏れ光を液晶パネル２０の表示面に対する鉛直方向から大きく外れた角度に反射させるので、液晶パネル２０のコントラストを向上させて視認性を大いに高めることができる。従って、本発明の液晶表示装置９によれば、フロントライト１０を点灯させた反射表示において、高輝度、高コントラストの高品質の表示を得ることができる。
【００２７】
尚、上記実施の形態では、本発明に係る照明装置をフロントライトとして用いた場合について説明したが、液晶パネルの背面に配設して用いるバックライトとしても本発明の照明装置は好適に用いることができ、その場合には、前記突条が形成された導光板面を液晶パネルの背面と対向させて配置すれば良く、この構成によっても、従来のバックライトに比して高輝度の照明光が得られ、明るい表示の液晶表示装置を提供することができる。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとするが、以下の実施例は本発明の技術範囲を限定するものではない。実施例として、図４に示す第１実施形態と同様の構成の導光板１２を準備した。本発明のサンプルとして、導光板１２の第１斜面１４ａの傾斜角θ１  を２．３°に設定し、第２斜面１４ｂの傾斜角θ２  を３５°〜４５°にそれぞれ設定し、更に第３斜面１４ｃの傾斜角θ３  を−３°，０°，５°にそれぞれ設定した６個の測定サンプルとを準備した。
【００２９】
一方、比較例として、特開２００１−１２６４９４号公報に示される導光板を実施例のサンプルとして準備した。
【００３０】
こうして準備された本発明の実施例である６個の測定サンプルと、従来の測定サンプルに、同一輝度の光源からそれぞれ光を入射させ、出射された光の輝度およびコントラストを測定した。表１に、上述した実施例の輝度およびコントラスト測定の結果を示す。なお、輝度の項目は、従来の実施例の導光体からの出射光の輝度を１００とした場合の、各測定サンプルの輝度の比率を示している。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１から明らかなように、本発明の導光板（導光体）のように、突条１４に第３斜面１４ｃを形成することによって、出射光の輝度が高められることが確認された。またコントラストも大幅に改善されることが判明した。
【００３３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の導光体によれば、第２斜面の反射光の一部が導光板に向けて再反射することによる漏れ光を、基準面に対する鉛直方向から大きく外れた角度に反射させることができる。これにより、例えば、導光体を液晶表示装置に適用した場合に液晶パネルの視認性を大いに高めることができる。また、本発明による導光板は、表面（観察）側に微細な形状のプリズムが形成されていないので、この表面（観察）側を触れたり、当たったりすることで微細な形状のプリズムが崩れるといったことが回避される。
【００３４】
前記基準面に対する前記第１斜面の傾斜角度を０．５°〜５．０°、前記基準面に対する前記第２斜面の傾斜角度を４０°〜６０°、前記基準面に対する前記第３斜面の傾斜角度を−５°〜１０°の範囲にそれぞれ設定すれば、導光板内を伝搬する光を効率よく出射させることができ、明るい照明光を出射することができるとともに、漏れ光を、基準面に対する鉛直方向から大きく外れた角度に反射させることができる。
【００３５】
また、上述した導光体と光源とを備えた照明装置によれば、被照明物に向けて明るい照明光を出射することができるとともに、視認性の妨げとなる漏れ光を最小限に抑えた照明装置を提供することができる。そして、前記照明装置と液晶パネルとを備えた液晶表示装置によれば、高輝度で、かつ従来よりも高コントラストで視認性に優れた液晶表示装置を提供することが可能になる。本発明の導光体は、単純マトリクス型の液晶表示素子のみならず、アクティブマトリクス型の液晶表示素子にも好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の導光体を備えた液晶表示装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す液晶表示装置の断面構成図である。
【図３】図３は、本発明の導光体の突条の様子を拡大して示す部分斜視図である。
【図４】図４は、本発明の導光体の導光状態を説明するための部分断面図である。
【図５】図５は、本発明の導光体の突条による伝搬光の反射状態を説明するための部分断面図である。
【図６】図６は、従来の照明装置を備えた液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【図７】図７は、図６に示すフロントライトの導光状態を説明するための説明図である。
【符号の説明】
９  液晶表示装置
１０  フロントライト（照明装置）
１２  導光板（導光体）
１２ｂ  出射面
１３  バー導光体（光源）
１４  突条
１４ａ  第１斜面（緩斜面部）
１４ｂ  第２斜面（急斜面部）
１４ｃ  第３斜面（先端斜面部）
２０  液晶パネル
【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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