(57)【要約】【課題】  比較的簡便な方法で、導光板に反射部を形成することなく導光板内から光を取り出す技術と、反射シート、拡散シート、及び、プリズムシート等の部材を一切用いずに、液晶表示素子の正面方向での輝度が高い照明装置、及び、照明装置を用いた液晶表示装置を提供する。【解決手段】  光源１０から出射された光を側端面から入射して上端面と下端面の少なくとも一方から光を出射する導光板１１と、導光板１１の上端面と下端面の少なくとも一方に隙間なく密着し、導光板１１よりも屈折率が大きい屈折率層１２と、屈折率層１２と隙間なく密着し、屈折率層１２よりも屈折率が大きい液晶表示素子１３とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光を側端面から入射して、上端面と下端面の少なくとも一方から光を出射する導光板と、
前記導光板の上端面と下端面の少なくとも一方に隙間なく密着し、前記導光板よりも屈折率が大きい屈折率層とを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
光源から出射された光を側端面から入射して照射面から光を出射する導光板と、
前記導光板の照射面に、前記導光板から出射された光を前記照射面に対し垂直な方向に指向させる層が隙間なく密着したことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載された構成の照明装置と、
前記屈折率層と隙間なく密着し、前記屈折率層よりも屈折率が大きい非自発光型の表示素子とを備えることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
前記導光板の上端面と下端面の両方に前記屈折率層を形成し、これら前記屈折率層にそれぞれ前記表示素子を配置したことを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置、及び、照明装置を非自発光型の表示素子に用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示装置等の非自発光素子に用いられているフロントライトやバックライト等の照明装置は、一般に、光を導波する導光板とその側端面に配置された光源とにより構成されている。導光板の側端面から入射された光は、導光板の出射面と反対側の面に形成したプリズム形状の反射部により反射させて出射面から出射させることで液晶表示素子等の被照明体を照明するようになっている。
【０００３】
また、導光板と液晶表示素子との間に表面に複数のプリズムが列状に形成されたプリズムシートを配置し、液晶表示素子に入射する光の進行方向を制御して、液晶表示素子の正面側での輝度を高める技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図２に、従来の液晶表示装置の側面図を示す。図示するように、バックライト２１の照射面側には液晶表示素子２０が配置されている。この液晶表示素子２０のタイプは、反射層を備えていない透過型か、又は、画素領域内に部分的に反射層が設けられている半透過反射型である。バックライト２１は、ＬＥＤ等の光源２２を有している。光源２２の側方（図２中、右側）には、光源２２から出射された光を導光する導光板２３が配置されている。この導光板２３の下端面には、断面が楔状をなす溝部２３ａが複数形成されている。導光板２３の上部には、入射した光を拡散する拡散シート２４が配置されている。拡散シート２４の上部には、プリズムが列状に設けられたプリズムシートを２枚重ねて配置している。このうち下側の下プリズムシート２５は、光源２２が設置されている側の辺と平行になるようにプリズムが配置され、上側の上プリズムシート２６は、下プリズムシート２５のプリズムが配置された向きと直交する向きにプリズムが配置されている。これら下プリズムシート２５、及び、上プリズムシート２６は、導光板２３から出射された光を液晶表示素子の表面に対して垂直な方向に指向させている。
【特許文献１】特許３２７７１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来のバックライト２１の構成では、導光板２３から液晶表示素子２０側へ出射されるべき光（図２中にＪで示す）が、導光板２３の上方に出射されずに、斜め下方に出射される成分（図２中にＫで示す）が多いため、光源２２から出射された光の利用効率が低くなってしまうという問題があった。
【０００６】
また、複数の部材を積層した構造であるため、軽量化が困難である。また、部品点数も多くなることから、コストが増大してしまうという問題もある。特に、下プリズムシート２５，及び、上プリズムシート２６は単価が高い部材のひとつであり、従来からバックライト２１のシステム当たりの単価を引き上げる要因となっている。また、ＬＥＤ等の光源１０から出射される光を導光板２３の内部に導入し、導光板２３の下端面に設けた溝部２３ａで反射させて液晶表示素子２０側に出射させる構造では、導光板２３での光の損失が大きいことから、光の利用効率を向上させる点において問題があった。
【０００７】
さらに、昨今の液晶表示装置の薄型化のトレンドに伴い、使用する部材点数の削減や、部材自体の薄型化が要求されているが、導光板２３を薄くした場合、導光板２３の型成形時に溝部２３ａ等の反射部材が正確に形成されにくくなるため、導光板２３の材質の改善を行ったり、煩雑な光学シミュレーションを伴う設計を行う必要があるなどの問題があった。
【０００８】
これらのことから、本発明は、比較的簡便な方法で、導光板に反射部を形成することなく導光板内から光を取り出す技術と、反射シート、拡散シート、及び、プリズムシート等の部材を一切用いずに、液晶表示素子の正面方向での輝度が高い照明装置、及び、照明装置を用いた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】
【０００９】
そこで、本発明の照明装置は、光源から出射された光を側端面から入射して上端面と下端面の少なくとも一方から光を出射する導光板と、前記導光板の上端面と下端面の少なくとも一方に隙間なく密着し、前記導光板よりも屈折率が大きい屈折率層を備えることとした。あるいは、光源から出射された光を側端面から入射して照射面から光を出射する導光板と、前記導光板の照射面に、前記導光板から出射された光を前記照射面に対し垂直な方向に指向させる層が隙間なく密着された構成とした。このような構成によれば、光源から導光板に入射した光を空気の層を介さずに導光板の上端面に対して垂直な方向に光を出射させることができる。したがって、伝播中の光の損失を最小限に抑えることができ、照明装置の正面においての輝度を高めることができる。
【００１０】
また、本発明の表示装置は、上述した構成の照明装置の屈折率層と隙間なく、屈折率層よりも屈折率の大きい液晶表示素子を密着させた構成である。導光板と屈折率層と液晶表示素子とは一体構造となっているため、導光板から出射された光を空気の層を一切通過させることなく、液晶表示素子へ直接導光させることができる。これにより、伝播中の光の損失を最小限に抑えることができ、液晶表示素子の正面においての輝度を高めることができる。さらに、導光板の上端面と下端面の両方に屈折率層を形成し、これらの屈折率層にそれぞれ表示素子を配置した構成とした。
【００１１】
さらに、導光板からの光の出射角度の制御は、出射面に形成した屈折率層のみで行い、出射面と反対側の面に反射部材等を設置しないため、反射部材を設置することにより生ずる輝度ムラをなくすことができ、さらに、反射部材を使用しないことから反射部材の加工にかかる問題からも開放される。
【００１２】
すなわち、液晶表示素子へ導く光の輝度を最大限にすることができる。また、液晶表示素子と導光板とを一体構造としたことで、従来の照明装置で使用されていた拡散シート、及び、プリズムシート等が不要となるため、使用する部品点数を削減することができ、かつ、液晶表示装置全体の厚さが薄くなるので昨今の薄型化の要求にも対応することができる。また、拡散シートやプリズムシート等の部品点数を削減することができ、さらに、反射部材の加工等も不要となるため、より低価格で製造が容易な、高輝度、かつ、視認性に優れた液晶表示装置を提供することができる。
【００１３】
本発明に係る照明装置、及び、これを用いた液晶表示装置は、液晶表示素子と接する面の導光板の屈折率を変化させた屈折率層を設け２層構造の導光板を形成することで、液晶表示素子を導光板と一体の構造とした。屈折率層は、厚さを薄くしても実現することが可能である。この屈折率層は、例えば、薄いフィルムを導光板に積層、又は、コーティングすることで形成する。
【００１４】
また、導光板の片面にのみ屈折率層を設置し、この屈折率層に液晶表示素子を設置することにより片面表示の液晶表示装置とすることもでき、さらに、導光板の両面に屈折率層を設置し、これらの屈折率層にそれぞれ液晶表示素子を設置することにより、両面表示の液晶装置とすることもできる。
【発明の効果】
【００１５】
このように、本発明に係る照明装置、及び、照明装置を用いた液晶表示装置によれば、液晶表示素子と屈折率層と導光板とを一体構造とすることで、導光板の上端面から出射した光を空気の層を介することなく液晶表示素子へと光を導くことができるため、光の伝播中の損失を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る照明装置、及び、液晶表示装置について図１を用いて説明する。図１は本発明の液晶表示装置の側面図である。図１に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置には、光源としてＬＥＤ１０が設置されている。ここでは、光源としてＬＥＤ１０を用いたが、冷陰極管等を用いることも可能である。ＬＥＤ１０の側方（図１中、右側）には、ＬＥＤ１０から出射された光を入射して導光する導光板１１が配置されている。
【００１７】
導光板１１の上部には、導光板１１から出射された光を入射して、垂直な方向に指向して出射させる屈折率層１２が配置されている。導光板１１と屈折率層１２との間は隙間なく密着している。本実施形態では、屈折率層は、薄いフィルムを導光板に積層、又は、コーティングすることで形成している。また、言い換えれば、屈折率層１２は導光板１１の一部ととらえることもでき、この場合、屈折率層１２は導光板１１の上端面側の一部分の屈折率が変化している層であるということもできる。
【００１８】
屈折率層１２の上部には、液晶表示素子１３が配置されている。この液晶表示素子１３は、液晶層とガラス基板と偏光板等の複数の部材により構成されている。屈折率層１２と液晶表示素子１３との間は隙間なく密着している。このため屈折率層１２から出射された光は空気の層を通過することなく液晶表示素子１３へと入射される。すなわち、導光板１１と屈折率層１２と液晶表示素子１３とは一体構造となっているため、導光板１１から出射された光は空気の層を一切通過することなく、直接液晶表示素子１３へ導光される構造となっている。
【００１９】
導光板１１の屈折率ｎ１と屈折率層の屈折率ｎ２と液晶表示素子１３の屈折率ｎ３を比較した場合、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３となるように各部材の材料を選択する。ここでは、導光板１１の材料としてアクリル樹脂（Polymethyl Methacrylate；ＰＭＭＡやポリカーボネート（Polycarbonate；ＰＣ）を用いた。アクリル樹脂の屈折率は１．５８５であり、ポリカーボネートの屈折率は１．５３である。
【００２０】
また、一般に、液晶表示素子１３の液晶層ｎ３の屈折率は１．６５８〜１．７程度であり、ガラス基板の屈折率は１．６程度であり、偏光板の屈折率は１．６〜１．６５程度である。ここでは、仮に、液晶表示素子１３全体の屈折率ｎ３を１．６５として考えるが、これ以外の値を設定してもよい。また、空気の屈折率は、ほぼ１．０である。
【００２１】
例として、導光板１１の材料としてアクリル樹脂を使用し、液晶表示素子１３全体の屈折率ｎ３を、仮に、１．６５とした場合、屈折率層１２の屈折率ｎ２は、１．５８５＜ｎ２＜１．６５と設定すればよく、導光板１１の材料としてポリカーボネートを使用し、液晶表示素子１３全体の屈折率ｎ３を、仮に、１．６５とした場合、屈折率層１２の屈折率ｎ２は、１．５３＜ｎ２＜１．６５と設定すればよい。本実施形態では例として、屈折率層１２の屈折率ｎ２は１．６と設定した。
【００２２】
次に、本実施形態に係る液晶表示装置の作用について説明する。図１に示すように、ＬＥＤ１０から出射された光（図中のＡ）は導光板１１の内部に入射される。導光板１１の内部に入射された光は、導光板１１の下端面と空気との境界面１１ａでは、導光板１１の屈折率ｎ１は空気の屈折率よりも十分大きな値（ｎ１＞１）であるため、光の入射角度が臨界角を超えずに全反射（図中のＢ）する。ここで、導光板１１の屈折率ｎ１を例示すると、導光板１１の屈折率ｎ１は、１．５３程度、又は、１．５８５程度である。
【００２３】
また、導光板１１の上端面と屈折率層１１との境界面１１ｂでは、導光板１１の屈折率ｎ１は屈折率層１２の屈折率ｎ２よりも若干小さな値（ｎ１＜ｎ２）であるため、全反射することなく一部が屈折率層１１の内部に入射（図１中にＣで示す）され、残りは導光板１１の内部に反射（図１中にＤで示す）される。ここで屈折率層１２の屈折率ｎ２を例示すると、屈折率層１２の屈折率ｎ２は、１．６０程度である。
【００２４】
導光板１１の内部に反射された光（図１中にＤで示す）は、導光板１１の下端面と空気との境界面１１ａで再び全反射（図１中にＥで示す）され、導光板１１の上端面と屈折率層１２との境界面１１ｂで一部が屈折率層１２の内部に入射（図１中にＦで示す）される。また、これ以外の残りの光は再び導光板１１の内部に反射（図１中にＧで示す）される。これを繰り返すことにより、光は導光板１１の内部から屈折率層１２の内部へのみ出射される。ようするに、導光板１１の内部に入射された光は全て導光板１１の上端面からのみ出射される。屈折率層１２に入射した光は、導光板１１の上端面に対し垂直な方向に指向される。このとき、垂直方向に指向される度合いは、屈折率層１２の屈折率ｎ２により異なり、導光板１１の屈折率ｎ１と液晶表示素子１３の屈折率ｎ３との範囲内で、屈折率ｎ２が大きいほど垂直方向に指向される度合いは大きく、屈折率ｎ２が小さいほど垂直方向に指向される度合いは小さい。
【００２５】
屈折率層１２の内部に入射された光（図１中にＣ、および、Ｆで示す）は、屈折率層１２の上端面と液晶表示素子１３の下端面との境界面１３ａでは、屈折率層１２の屈折率ｎ２は液晶表示素子１３の屈折率ｎ３よりも十分大きな値（ｎ２＜ｎ３）であるため、液晶表示素子１３の内部に入射した光（図１中にＨ、及び、Ｉで示す）は、液晶表示素子１３の上端面に対しほぼ垂直に指向される。ここで液晶表示素子１３の屈折率ｎ３を例示すると、液晶表示素子１３の屈折率ｎ３は、１．６５程度である。すなわち、このときの屈折率層１２の屈折率ｎ２は、導光板１１の屈折率ｎ１よりも若干大きな値であっても、屈折率層１２の屈折率ｎ２と液晶表示素子１３の屈折率ｎ３との差は十分大きいものであるため、液晶表示素子１３の上端面に対して垂直な方向に光を指向させることができる。
【００２６】
また、屈折率層１２の屈折率ｎ２が、導光板１１の屈折率ｎ１と液晶表示素子１３の屈折率ｎ３との範囲内で、大きく設定された場合には、液晶表示素子１３での垂直な方向に光を指向させる度合いは小さくなるが、屈折率層により垂直な方向に光を指向させる度合いが大きいため、このような場合であっても、液晶表示素子１３の上端面に対して垂直な方向に光を指向させることができる。
【００２７】
このように、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、液晶表示素子１３へ導く光の輝度を最大限にすることができる。また、拡散シート２４（図２参照）、下プリズムシート２５、及び、上プリズムシート２６等の部品点数を削減することができるため、液晶表示装置の昨今の薄型化にも対応することが可能である。さらに、反射部材の加工等も不要となるため、より低価格で製造が容易な、高輝度、かつ、視認性に優れた液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】従来の液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  ＬＥＤ（光源）
１１  導光板
１２  屈折率層
１３  液晶表示素子
【図１】
2007227271.tif 000003
【図２】
2007227271.tif 000004