(57)【要約】照明装置は、光源と、棒状の導光体とを備え、棒状の導光体は、光源からの光を入射する入射面と、複数のプリズムを有する反射面と、反射面の反対側の出射面とを有する。棒状の導光体の入射面における反射面と出射面との間の幅が光源の同方向の幅より小さい。それによって、棒状の導光体の出射光の明るさ分布が均一になる。また、そのような照明装置とプレート状の導光体とを組み合わせて面状の照明装置を構成する。また、そのような照明装置と液晶パネルとを組み合わせて液晶表示装置を構成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、棒状の導光体とを備え、該棒状の導光体は、該光源からの光を入射する入射面と、複数のプリズムを有する反射面と、該反射面の反対側の出射面とを有し、該棒状の導光体の該入射面における該反射面と該出射面との間の幅が該光源の同方向の幅より小さいことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
光源と、棒状の導光体と、プレート状の導光体とを備え、該棒状の導光体は、該光源からの光を入射する入射面と、複数のプリズムを有する反射面と、該反射面の反対側の出射面とを有し、該プレート状の導光体は該棒状の導光体の出射面からの光を入射する入射面と、出射面とを有し、該棒状の導光体の該入射面における該反射面と該出射面との間の幅が該光源の同方向の幅より小さいことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
該棒状の導光体の中央部における該反射面と該出射面との間の幅は該棒状の導光体の端部における該反射面と該出射面との間の幅と異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
該棒状の導光体の該反射面は概略滑らかな曲線で構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の照明装置。
【請求項５】
該棒状の導光体の該反射面の該複数のプリズムは光が該出射面からほぼ垂直に出射するように形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の照明装置。
【請求項６】
該光源は該棒状の導光体の入射面の中心からずらして配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の照明装置。
【請求項７】
該光源は該棒状の導光体の入射面の中心から該出射面側にずらして配置されることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
該反射面には反射手段が設けられることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の照明装置。
【請求項９】
該反射手段は一体構成であることを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
【請求項１０】
液晶パネルと、請求項１から９のいずれかに記載の照明装置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】
【技術分野】  本発明は照明装置とその照明装置を用いた液晶表示装置に関する
【背景技術】  液晶表示装置は薄くて軽いので携帯型の情報端末のディスプレイとして広く使用されている。液晶表示装置は一対の基板の間に液晶を挟持してなる液晶パネルを含み、カラーフィルタや偏光子が含まれることもある。光が一対の基板と液晶を透過する透過型表示装置と、光が一方の基板と液晶を透過し反対側の基板で反射する反射型表示装置とがある。いずれも光が液晶を透過するときに位相が変調され、カラーフィルタを通過し、偏光子によって透過、遮光されることで白、黒表示となる。複数のドットが配列していることで文字情報あるいは画像情報が形成される。
液晶自体は発光しない受光型素子であるため、液晶単体では情報を視認することは困難である。従って、一般的に照明装置が液晶パネルと組み合わせて設けられている。透過型の液晶表示装置では照明装置は液晶パネルの背面側に配置され、反射型の液晶表示装置では照明装置は液晶パネルの液晶パネルの前面側に配置される。反射型の液晶パネルの場合には、太陽光あるいは室内灯により光が液晶パネルに照射されるため、その条件下では照明装置を必要としない。しかし、光が届きにくい環境においては、透過型の液晶パネルと同様に反射型の液晶パネルに照明装置が必要になる。
従来、光源と、光源からの光を入射面から入射して長い出射面から出射する棒状の導光体とからなる線状の照明装置がある。また、光源と、棒状の導光体と、棒状の導光体からの光を入射面から入射して広い出射面から出射するプレート状の導光体とからなる面状の照明装置がある（例えば、特開平１０−２６０４０５号公報参照）。
近年、情報端末で使用される液晶表示装置はカラー化、高輝度化、高解像度化、といった表示品質の向上が要求され、特に面内の明るさ分布の均一化への要求が求められている。しかし、光源からの光が棒状の導光体に入射する際に、広い角度分布の光が棒状の導光体に入射されるために、棒状の導光体の出射面から出射する光の強度分布が一様にならず、棒状の導光体の出射面の端部付近において明るさが低下する傾向がある。
【発明の開示】
本発明の目的は棒状の導光体の出射光の明るさ分布をできるだけ均一にし、明るさ分布が均一な照明装置及び表示品質がよく安価な液晶表示装置を提供することを目的とする。
本発明による照明装置は、光源と、棒状の導光体とを備え、該棒状の導光体は、該光源からの光を入射する入射面と、複数のプリズムを有する反射面と、該反射面の反対側の出射面とを有し、該棒状の導光体の該入射面における該反射面と該出射面との間の幅が該光源の同方向の幅より小さいことを特徴とするものである。
本発明による照明装置は、光源と、棒状の導光体と、プレート状の導光体とを備え、該棒状の導光体は、該光源からの光を入射する入射面と、複数のプリズムを有する反射面と、該反射面の反対側の出射面とを有し、該プレート状の導光体は該棒状の導光体の出射面からの光を入射する入射面と、出射面とを有し、該棒状の導光体の該入射面における該反射面と該出射面との間の幅が該光源の同方向の幅より小さいことを特徴とするものである。
この構成によれば、棒状の導光体の入射面から入射する光の角度分布が改善され、棒状の導光体の端部付近の暗部が解消され、棒状の導光体の明るさ分布が均一になり、明るさ分布が均一な照明装置が得られる。
また、本発明による液晶表示装置は、そのような照明装置と、液晶パネルとを含む。この液晶表示装置は、明るさ分布が均一であり
表示品質がよく安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】  図１は本発明による照明装置の１実施例を示す図である。
図２は本発明による照明装置の１実施例を示す図である。
図３は照明装置を含む反射型液晶表示装置の例を示す図である。
図４は照明装置を含む透過型液晶表示装置の例を示す図である。
図５は図１の照明装置の特徴を説明する図である。
図６は従来の照明装置の特徴を説明する図である。
図７はＬＥＤ光源を示す斜視図である。
図８は  ＬＥＤ光源の光強度の分布を示す図である。
図９は図１の照明装置の光強度の分布を示す図である。
図１０は図１の照明装置の変形例を示す図である。
図１１は棒状の導光体の厚さとそれを通る光の明るさとの関係を示す図である。
図１２は図１０の照明装置の光強度の分布を示す図である。
図１３は図１０の照明装置の変形例を示す図である。
図１４は図１０の照明装置の光強度の分布を示す図である。
図１５は図１０の照明装置の変形例を示す図である。
図１６は図１０の照明装置の変形例を示す図である。
図１７は図１の照明装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１は本発明による照明装置（線状光源）の１実施例を示す図である。照明装置１０は、ＬＥＤからなる光源１２と、棒状の導光体１４とを備える。２つのＬＥＤ光源１２が棒状の導光体１４の両側に配置されている。棒状の導光体１４は、光源１２からの光を入射する入射面（端面）１６と、複数のプリズム１８を有する反射面（上面）２０と、反射面２０の反対側の出射面（下面）２２とを有する。図１においては、３つのプリズム１８のみが示されているが、多数のプリズム１８が反射面２０に沿って連続的に配置される。
棒状の導光体１４の入射面１６における反射面２０と出射面２２との間の（出射面２２に垂直な方向の）幅がＡで示され、光源１２の同方向の幅がＢで示される。入射面１６の幅Ａが光源１２の幅Ｂより小さくなっている。逆に言えば、光源１２の幅Ｂが入射面１６の幅Ａよりも大きい。棒状の導光体１４の幅はその長さ方向に一定であり、中央部分の幅は入射面１６の幅Ａと等しい。また、棒状の導光体１４の長さはＬで示され、光源１２と棒状の導光体１４との間のギャップがΔＬで示されている。プリズム１８の頂角はθｐで示されている。この実施例では、全てのプリズム１８の頂角θｐは等しい。
照明装置１０の作動において、光源１２から発した光は棒状の導光体１４の入射面１６に入射する。棒状の導光体１４に入った光の一部は反射面２０のプリズム１８のプリズム面で反射して出射面２２から出射する。棒状の導光体１４に入った光の他の一部は出射面２２で反射し、さらに反射面２０で反射して出射面２２から出射する。
図２は本発明による照明装置（面状光源）の１実施例を示す図である。照明装置３０は、ＬＥＤ光源１２と、棒状の導光体１４と、プレート状の導光体３２とを備える。ＬＥＤ光源１２と棒状の導光体１４は図１に示した照明装置１０と同様の構成をもつ。つまり、棒状の導光体１４は、ＬＥＤ光源１２からの光を入射する入射面１６と、複数のプリズム１８を有する反射面２０と、反射面２０の反対側の出射面２２とを有する。棒状の導光体１４の入射面１６における反射面２０と出射面２２との間の幅Ａは、光源１２の同方向の幅Ｂより小さくなっている。ただし、照明装置３０は、図１に示した照明装置１０に限定されず、後で説明する変形例の照明装置１０と組み合わせて使用されることができる。
プレート状の導光体３２は、棒状の導光体１４の出射面２２からの光を入射する入射面（端面）３４と、出射面（上面）３６とを有する。プレート状の導光体３２の下面は光が通過する面である。
図３は照明装置３０を含む反射型液晶表示装置の例を示す図である。液晶表示装置４０は照明装置３０と、反射型液晶パネル４２とを含む。照明装置３０は図２に示したもの及びその変形例の特徴を含む。反射型液晶パネル４２は一対の基板の間に液晶を挟持してなり、一方の基板に反射層が設けられている（例えば、画素電極が反射材料で作られる）。反射型液晶パネル４２はカラーフィルタや偏光子を備えることができる。図３においては、反射型液晶パネル４２は照明装置３０のプレート状の導光体３２の下側に配置される。
光源１２から発した光は棒状の導光体１４の入射面１６に入射し、棒状の導光体１４を通って出射面２２から出射する。棒状の導光体１４の出射面２２を出た光はプレート状の導光体３２の入射面３４に入射し、プレート状の導光体３２を通って出射面３６から出る。つまり、図３に矢印で示されるように、光は、プレート状の導光体３２に入射した後、上面（出射面３６と同じ）で反射して下面を通過し、反射型液晶パネル４２に向かう。光は液晶を透過した後で反射層で反射して再度液晶を透過し、プレート状の導光体３２の下面に入射し、プレート状の導光体３２を通って出射面３６から出射する。
図４は照明装置３０を含む透過型液晶表示装置の例を示す図である。液晶表示装置５０は照明装置３０と、透過型液晶パネル５２とを含む。照明装置３０は図２に示したもの及びその変形例の特徴を含む。透過型液晶パネル５２は一対の基板の間に液晶を挟持してなり、光は一対の基板を透過する。透過型液晶パネル５２はカラーフィルタや偏光子を備えることができる。図４においては、透過型液晶パネル５２は照明装置３０のプレート状の導光体３２の上側に配置される。
光源１２から発した光は棒状の導光体１４の入射面１６に入射し、棒状の導光体１４を通って出射面２２から出射する。棒状の導光体１４の出射面２２を出た光はプレート状の導光体３２の入射面３４に入射し、プレート状の導光体３２を通って出射面３６から出る。プレート状の導光体３２の出射面３６を出た光は透過型液晶パネル５２を透過する。
図７は  ＬＥＤ光源１２を示す斜視図である。ＬＥＤ光源１２は電極１２ａ，１２ｂを取り付けた半導体を含み、その半導体は透明又は白濁した樹脂１２ｃで覆われ、さらに封止樹脂１２ｄで封止されてパッケージとされる。電極１２ａ，１２ｂで生じる発光は樹脂１２ｃによって散乱されて外部へ出射する。従って、樹脂１２ｃの部分がＬＥＤ光源１２の発光領域となる。ＬＥＤ光源１２の幅Ａは発光領域の幅とみなすことができる。
図８はＬＥＤ光源１２の光強度の分布を示す図である。ＬＥＤ光源１２の光強度は中央部分で高く、端部で低い。従って、ＬＥＤ光源１２の中央部分から発した光は有効に利用できるが、ＬＥＤ光源１２の端部から発した光はあまり利用できない。
図５は図１の照明装置１０の特徴を説明する図である。図１及び図５において、上記したように、棒状の導光体１４の入射面１６における反射面２０と出射面２２との間の幅Ａは、ＬＥＤ光源１２の同方向の幅Ｂより小さくなっている。ここで、棒状の導光体１４の端部付近のプリズム１８に向かうように、ＬＥＤ光源１２から棒状の導光体１４の入射面１６に入射する光Ｌ０に着目すると、その光Ｌ０の入射面１６における入射角は比較的に小さい第１の値になる。
図６は従来の照明装置１０Ａの特徴を説明する図である。便宜的に図５の要素と対応する要素には同じ参照番号をつけてある。従来の照明装置１０Ａにおいては、棒状の導光体１４の入射面１６における反射面２０と出射面２２との間の幅Ａは、ＬＥＤ光源１２の同方向の幅Ｂより大きくなっている。ここで、棒状の導光体１４の端部付近のプリズム１８に向かうように、ＬＥＤ光源１２から棒状の導光体１４の入射面１６に入射する光Ｌ０に着目すると、その光Ｌ０の入射面１６における入射角は比較的に大きい第２の値になる。
すなわち、棒状の導光体１４の幅Ａと光源１２の幅Ｂとの関係から、図５における入射面１６への光Ｌ０の入射角（第１の値）は図６における入射面１６への光Ｌ０の入射角（第２の値）より小さくなる（第１の値＜第２の値）。光が入射面１６に入射するときに、一部の光が屈折を伴って棒状の導光体１４の内部に入り、一部の光が入射面１６で反射して棒状の導光体１４の内部に入らない。入射面１６への入射角が小さいほど入射面１６で反射する光の割合が小さく、棒状の導光体１４へ入る光の量が多くなる。
従って、図５において入射面１６へ入射した光Ｌ０が棒状の導光体１４を通ってその端部付近のプリズム１８のプリズム面で反射し、出射面２２から出射するときの光量は、図６において同様に入射面１６へ入射した光Ｌ０が棒状の導光体１４を通ってその端部付近のプリズム１８のプリズム面で反射し、出射面２２から出射するときの光量よりも大きい。
図９は本発明の照明装置１０の光強度の分布を示す図である。図５及び図６を参照して説明したように、本発明によれば、棒状の導光体１４の端部付近の出射光の明るさが高くなる。棒状の導光体１４の中央付近の出射光の明るさが高いのは言うまでもない。よって、棒状の導光体１４の端部付近の暗部の発生が解消される。
従来は光源１２の棒状の導光体１４に対する位置ずれマージンを確保するために図６に示すように棒状の導光体１４の入射面１６の幅ＡはＬＥＤ光源１２の幅Ｂより大きくしている。また、棒状の導光体１４の入射面１６の幅ＡをＬＥＤ光源１２の幅Ｂより大きくすると、ＬＥＤ光源１２の発光領域の端部から発した光も棒状の導光体１４の入射面１６に取り込むことができるので有利と思われていた。しかし、図８を参照して説明したように、ＬＥＤ光源１２の発光領域の端部から発する光の量は少なく、多くの光はＬＥＤ光源１２の中央から発するので、本発明のように、棒状の導光体１４の入射面１６の幅ＡをＬＥＤ光源１２の幅Ｂより小さくしても、棒状の導光体１４に入る光の量はあまり変らないことが分かった。
図２の照明装置３０は図１の照明装置１０の光強度分布の影響を受けるものであるから、図２の照明装置３０の光強度分布は図１の照明装置１０の光強度分布の改善により改善される。同様に、図３及び図４の液晶表示装置４０，５０は図１の照明装置１０の光強度分布の影響を受けるものであるから、図３及び図４の液晶表示装置４０，５０の光強度分布も改善される。
図１の照明装置１０及び図２の照明装置３０を画面サイズが１インチ、画面幅が１７．５ｍｍの液晶表示装置に適用された。例において、棒状の導光体１４の長さＬは１８．５ｍｍ、棒状の導光体１４の幅Ａは１．７ｍｍである。ＬＥＤ光源１２の幅Ｂは２ｍｍである。ＬＥＤ光源１２と棒状の導光体１４との間のギャップΔＬはほとんど０である。プリズム１８の数は１２２、プリズムピッチは０．１５ｍｍ、プリズム１８の頂角θｐは１０５．５度である。棒状の導光体１４の屈折率は１．５１である。
図１０は図１の照明装置１０の変形例を示す図である。図１０の照明装置１０は図１の照明装置１０と基本的に類似している。図１０においては、棒状の導光体１４の中央部における反射面２０と出射面２２との間の幅Ｃは棒状の導光体１４の端部における反射面２０と出射面２２との間の幅Ａと異なる。棒状の導光体１４の反射面２０の中央の部分は出射面２２と平行に延び、棒状の導光体１４の反射面２０の中央の部分の両側の部分はテーパーをつけて延び、棒状の導光体１４の端部の入射面１８において幅Ａとなる。
図１１は棒状の導光体の厚さとそれを通る光の明るさとの関係を示す図である。棒状の導光体１４を通る光の明るさは、棒状の導光体１４の幅（厚さ）が大きい領域に１つのピークをもち、そして棒状の導光体１４の幅（厚さ）が小さい領域にもう１つのピークをもつ。
図１２は図１０の照明装置の光強度の分布を示す図である。光強度は、棒状の導光体１４の幅（厚さ）の大きい中央部分で高く、そして、棒状の導光体１４の幅（厚さ）の小さい端部部分でも高い。このようにして、棒状の導光体１４の全体にわたって十分な明るさを提供することができる。
図１０の照明装置１０及び図２の照明装置３０を画面サイズが１インチ、画面幅が１７．５ｍｍの液晶表示装置に適用された。例において、棒状の導光体１４の長さＬは１８．５ｍｍ、棒状の導光体１４の入射面１８における幅Ａは１．７ｍｍ、棒状の導光体１４の中央における幅Ｃは３．０ｍｍである。ＬＥＤ光源１２の幅Ｂは２ｍｍである。ＬＥＤ光源１２と棒状の導光体１４との間のギャップΔＬはほとんど０である。プリズム１８の数は１２２、プリズムピッチは０．１５ｍｍ、プリズム１８の頂角θｐは１１２．８度である。棒状の導光体１４の屈折率は１．５１である。
図１３は図１０の照明装置１０の変形例を示す図である。図１３の照明装置１０は図１０の照明装置１０と基本的に類似している。図１３においては、棒状の導光体１４の中央部における反射面２０と出射面２２との間の幅Ｃは棒状の導光体１４の端部における反射面２０と出射面２２との間の幅Ａと異なる。棒状の導光体１４の反射面２０の中央の部分は出射面２２と平行に延び、棒状の導光体１４の反射面２０の中央の部分の両側の部分はテーパーをつけて延び、棒状の導光体１４の端部の入射面１８において幅Ａとなる。さらに、反射面２０のプリズム１８が、光が出射面２２からほぼ垂直に出射するように形成されている。好ましくは、光が出射面２２から出射面２２に対する法線に対して±３度以内の角度分布で出射するようになっている。プリズム１８は、下記の関係から得られる。
プリズム１８の頂角θｐは一定とし、出射面２２に対する法線に対するプリズム１８の中心線の傾きをθ（ｎ）で表してある。ｎは入射面１８側からとったプリズム１８の番号である。ｘを入射面１８から反対側の端面の方向にとり、ｔを出射面２２から反射面２０の方向にとる。Ｘ（ｎ）はｎ個目のプリズム１８のｘ方向の位置を示し、ｔ（ｎ）はｎ個目のプリズム１８のｔ方向の位置を示す。プリズム１８の傾きθ（ｎ）は下記の関係から得られる。（下記の関係は、入射面１８から棒状の導光体１４の中心までを表している。）
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図１４は図１３の照明装置の光強度の分布を示す図である。図１４に示されるように、ＬＥＤ光源１２から入射した光を棒状の導光体１４の出射面２２からほぼ垂直で出射するようにすることにより、光強度はほぼ一定で分布するようになる。
なお、式（２）において、θ（ｎ）が物理的に構成不可能なほど傾く場合がある。例えば、プリズム番号１から１０までが物理的に製造不可能であった場合、プリズム番号１から１０はプリズム番号１１のＸ（ｎ）及びｔ（ｎ）を用いて構成してもよいことは言うまでもない。
図１５は図１０の照明装置１０の変形例を示す図である。図１５の照明装置１０は図１０の照明装置１０と基本的に類似している。図１５においては、ＬＥＤ光源１２の中心を棒状の導光体１４の入射面１８の中心からＤだけ出射面２２側にずらしている。この構成とすることで、棒状の導光体１４の中央部分の明るさをより明るくすることができ、よって全面にわたって明るくすることが可能となる。なお、ＬＥＤ光源１２の中心を棒状の導光体１４の反射面２０側に移動させた場合には、端部が明るくなり、中央部分が若干暗くなる。どちらにずらすかは、ユーザーの好みに合わせて選択するのが好ましいのは言うまでもない。
図１６は図１０の照明装置１０の変形例を示す図である。図１６の照明装置１０は図１０の照明装置１０と基本的に類似している。図１０においては、棒状の導光体１４の反射面２０は直線部分からなる凸面で構成されている。図１６においては、棒状の導光体１４の反射面２０は滑らかな曲線からなる凸面で構成されている。このように、棒状の導光体１４の反射面２０は滑らかな曲線からなる凸面で構成しても、図１０の照明装置１０と同様の効果が得られる。図１０の場合、２つの直線の接続部の角部が表示にあらわれることがあるが、図１６のように滑らかな曲線にすればそのようなことがない。
図１７は図１の照明装置１０の変形例を示す図である。図１７の照明装置１０は図１の照明装置１０と基本的に類似している。図１７においては、棒状の導光体の反射面２０に反射コートを施さず、アルミニウムの膜などの反射要素をホルダに配置している。反射面２０に反射コートを施さなくとも、ＬＥＤ電源１２の中心位置から光を所望の角度にして出射できる。ただし、反射面２０に蒸着などにより反射膜を形成してもよい。
以上説明したように、本発明によれば、導光体の端部の明るさが改善され、光強度分布がより均一な照明装置を得ることが可能になる。また、この照明装置と液晶パネルとを組み合わせることで、面内の分布が均一な液晶表示装置を得ることが可能になる。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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2004051140.tif 000022
2004051140.tif 000023
2004051140.tif 000024