(57)【要約】【課題】  光源からの距離に関わらず、照明装置の出射光の強度と配光角度を一定にする。【解決手段】  導光板２の出射面と対向面の少なくとも一方に、光源１からの光を反射して出射面方向へ偏向する反射プリズム９と、光源からの光を拡散して出射面方向へ偏向する拡散プリズム１０とを設け、出射光の垂直成分と拡散成分をコントロールする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源の側方に配置された導光板を備える照明装置において、
前記導光板の出射面と、前記出射面とは反対側の対向面の少なくとも一方に、前記光源からの光を前記出射面に対して垂直方向に偏向する第一のプリズムと、前記光源からの光を拡散する第二のプリズムが設けられることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記第一のプリズムと前記第二のプリズムは前記対向面に凹形状に形成され、
前記第一のプリズムは前記光源からの光を反射し前記出射面に対して垂直方向に偏向する平面状の反射面を有し、前記第二のプリズムは前記光源からの光を拡散する曲面状の拡散面を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記出射面上にはプリズムシートが設けられ、
前記第一のプリズムと前記第二のプリズムは前記プリズムシートの表面と裏面の少なくとも一方に形成され、
前記第一のプリズムは前記光源からの光を屈折し前記出射面に対して垂直方向に偏向する平面状の屈折面を有し、前記第二のプリズムは前記光源からの光を拡散する曲面状の拡散面を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第一のプリズムと前記第二のプリズムの少なくとも一方は、前記光源からの距離に対応して密度が変化するように形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記第一のプリズムと前記第二のプリズムの少なくとも一方は、前記光源からの距離に対応してサイズが変化するように形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記第一のプリズムは前記光源からの距離が離れるに従い前記第二のプリズムへと形状が変化するように形成されることを特徴とする請求項２または３に記載の照明装置。
【請求項７】
光源と、前記光源の側方に配置された導光板と、前記導光板の上方に配置された液晶表示素子とを備える液晶表示装置において、
前記導光板の出射面と前記出射面とは反対側の対向面の少なくとも一方に、前記光源からの光を前記出射面に対して垂直方向の光成分に変換する第一のプリズムと、前記光源からの光を前記出射面に対してさまざまな角度をもつ光成分に変換する第二のプリズムが設けられる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】
【０００１】
本発明は、発光面が平面型の照明装置及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ、電子辞書等の携帯機器等には液晶表示装置が広く利用されている。液晶表示装置は自発光型の表示装置ではないために、液晶表示パネルの背面に平面型の照明装置を組み込む必要がある。携帯機器用の照明装置は薄型化が求められるので、液晶表示パネルの背面に厚さの厚い発光源を使用することができない。一方、この種の表示装置は日中に屋外でも見ることができるように、照明光の強度を高くする必要がある。また、表示される画像に明るさのムラのない均一な発光が望まれる。そこで、サイドライト型の照明装置が検討されている。サイドライト型の照明装置は、光源を発光面の側方に設置できることから、全体の厚さを薄く形成することができる。
【０００３】
従来、照明光の強度を高くすることと、発光を均一にすることを両立するため、点状光源から放射状に出射する光に対して直交するように凹凸プリズムを形成して、凹凸プリズムの長さを制御する導光板が提案されている（特許文献１参照）。図１１（ａ）は、特許文献１に記載の照明装置３の導光板の下面に形成された拡散パターンを示す上面図である。光源３０は、その出射面が導光板２２の入射面２６に接した状態で導光板２２に取付けられている。光源３０から入射した光は導光板２２に導入され、導光板２２内を、光源３０を中心として放射状に広がりながら全反射によって伝播していく。導光板２２に形成された拡散パターン２４は多数の拡散パターン素子２４ａを含み、これらの拡散パターン素子２４ａは、放射状に広がりながら伝播する導波光に対応して、光源３０を中心として同心円状に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第９８／１９１０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された照明装置では、導光板に凹凸プリズムにより形成される拡散パターン２４ａが、光源に対して直交する角度で形成されているため、光源からの距離によって出射光の配光角度が変化する。図１（ｂ）は、従来の照明装置３の模式的な縦断面図である。図面の矢印は出射光の配光特性を示す。図示するように、導光板２２では、点光源３０からの距離が短い位置では出射光の配光角度が大きく、点光源３０からの距離が長い位置では出射光の配光角度が小さい。すなわち、光源３０からの距離が長くなるにつれて、導光板２２から出射される光は、導光板２２に対して垂直な光成分が多くなり、導光板２２に対してさまざまな角度をもつ光成分が減ってくる。これは、一般にサイドライト型の照明装置では、導光板の内部の、光源からの距離が短い位置では、さまざまな角度の光が存在するが、光源からの距離が長い位置では、角度をもった光が減り導光板と平行な光が多く残るためである。このため、光源３０付近では、拡散パターン素子２４ａに様々な角度の光があたり、光源３０から離れた位置よりも拡散性の強い光が出射される。一方、光源３０から離れた位置では、拡散パターン素子２４ａには導光板と平行な光があたり、光源１付近よりも垂直方向に指向性の強い光が出射される。このように、従来の照明装置では、光源１からの距離に応じて出射光の配光角度が変化する。
【０００６】
図１（ｃ）は、従来の照明装置３に液晶表示パネル５を搭載した液晶表示装置４の模式的な縦断面図である。照明装置３では、均一な発光となるよう強度Ｃ１が等しくなるように設定されている。ただし、上述のように出射光の配光角度は光源３０からの距離に応じて変化している。液晶表示パネル５などの透過率の小さい媒体を透過する際に、配光角度の小さい出射光は、配光角度の大きな出射光に比べ、強度の減衰が大きくなる。このため、従来の照明装置３に液晶表示パネル５を搭載した液晶表示装置４では、点光源３０からの距離に応じて強度Ｃ２に差が生じ、均一な発光が得られない。従って、液晶表示装置のムラが大きくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、照明装置の導光板の出射面と対向面（出射面とは反対の面）の少なくとも一方に、光源からの光を出射面に対して垂直方向へ偏向する第一のプリズムと、光源からの光を拡散する第二のプリズムを形成する。これにより、出射光の垂直成分と拡散成分をコントロールし、光源からの距離に関係なく出射光の強度と配光角度を一定にすることができる。
【０００８】
第一のプリズムには平面状の反射面が設けられ、この反射面によって光源からの光を反射し、出射面に対して垂直方向に偏向する。第二のプリズムには曲面状の拡散面が設けられ、この拡散面によって光源からの光が拡散される。これら第一のプリズムと第二のプリズムは導光板の対向面に凹状に形成されてもよい。
【０００９】
または、導光板の出射面上にプリズムシートを設け、このプリズムシートの表面と裏面の少なくとも一方に、第一のプリズムと第二のプリズムが形成されてもよい。第一のプリズムには平面状の屈折面が設けられ、この屈折面によって光源からの光を屈折し、出射面に対して垂直方向に偏向する。第二のプリズムには曲面状の拡散面が設けられ、この拡散面によって光源からの光が拡散される。
【００１０】
さらに、第一のプリズムと第二のプリズムは、光源からの距離に応じて密度が変化するように形成されてもよい。
または、第一のプリズムと第二のプリズムは、光源からの距離に応じてサイズが変化するように形成されてもよい。
【００１１】
または、光源からの距離に応じて第一のプリズムの形状が第二のプリズムの形状へと変化するように形成されてもよい。
また、本発明の液晶表示装置は、上述の照明装置の出射面上に液晶表示パネルが配置される。
【発明の効果】
【００１２】
照明装置の出射光の強度を向上させ、光源からの距離に関係なく配光角度を一定にすることができる。また、照明装置の上に液晶表示素子を搭載した場合に、ムラのない液晶表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の照明装置の構成を模式的に示す上面図である。
【図２】本発明の照明装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の反射プリズムおよび拡散プリズムの形状例を示す斜視図である。
【図４】本発明の照明装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の照明装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明の照明装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図７】本発明の照明装置のプリズムの形状例を示す上面図である。
【図８】本発明の照明装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図９】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１０】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１１】従来の照明装置および液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の照明装置は、導光板の出射面と出射面とは反対の対向面の少なくとも一方に、光源からの光を出射面に対して垂直方向に偏向する第一のプリズムと、光源からの光を拡散する第二のプリズムが設けられる。すなわち、第一のプリズムにより光源からの光は、出射面に対して垂直方向の光成分（以降、垂直成分という）に変換され、第二のプリズムにより光源からの光は出射面に対してさまざまな角度をもつ光成分（以降、拡散成分という）に変換される。そして、これらのパターンにより出射光の垂直成分と拡散成分がコントロールされ、照明装置は、光源からの距離に関係なく出射光の強度と配光角度を一定にすることができる。
【００１５】
第一のプリズムには平面状の反射面が設けられ、この反射面によって光源からの光を反射し出射面に対して垂直方向に偏向する。また、第二のプリズムは曲面状の拡散面が設けられ、この拡散面によって光源からの光を拡散する。これらのプリズムは導光板の対向面に凹形状に形成されてもよい。
【００１６】
または、導光板の出射面上にはプリズムシートを設け、このプリズムシートの表面と裏面の少なくとも一方に第一のプリズムと第二のプリズムを形成してもよい。この場合は、第一のプリズムには平面状の屈折面が設けられ、この屈折面によって光源からの光を屈折し出射面に対して垂直方向に偏向する。第二のプリズムには曲面状の拡散面が設けられ、拡散面によって光源からの光を拡散する。
【００１７】
さらに、これらの第一のプリズムと第二のプリズムは、出射光の垂直成分と拡散成分をコントロールするために、光源からの距離に応じて密度やサイズが変化するように形成されてもよい。第一のプリズムと第二のプリズムは、それぞれ光源を中心とした円弧状の第一のプリズムラインと第二のプリズムラインを形成し、第一のプリズムラインと第二のプリズムラインは交互に配置されてもよい。
【００１８】
または、第一のプリズムは、光源からの距離に応じて第二のプリズムへと形状が変化するように形成することによっても、出射光の垂直成分と拡散成分をコントロールすることができる。
また、本発明の液晶表示装置は、上述の構成の照明装置の出射面上に液晶表示パネルが配置される。
以下、本発明について、図面を用いて具体的に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１と図２は、本実施例の照明装置１１の上面図および斜視図である。図示するように導光板２の側方には光源１が配置される。導光板２の下面、すなわち出射面とは反対の対向面には、反射プリズム９と拡散プリズム１０が全面にわたって形成される。反射プリズム９と拡散プリズム１０は、それぞれ光源１を中心として円弧状に配置されており、円弧状の反射プリズムラインと拡散プリズムラインは交互に配列される。本実施例では、反射プリズム９は断面が三角形状の三角柱を横転した形状で、拡散プリズム１０は円錐形状である。
【００２０】
図３は、本実施例に用いられる反射プリズム９および拡散プリズム１０の形状例を示した斜視図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、反射プリズム９の形状例である。図３（ａ）は四角錘形状、図３（ｂ）は、直角三角柱を横転した形状、図３（ｃ）は二等辺三角柱を横転した形状である。いずれの形状も光源１に対向した平面９ａをもち、この平面９ａが反射面となって、光源からの光を反射し、出射面に対して垂直方向へ方向転換させる。図３（ｄ）〜図３（ｆ）は、拡散プリズム１０の形状例である。図３（ｄ）は円錐形状、図３（ｅ）は円錐台形状、図３（ｆ）は半球形状である。いずれの形状も光源１に対向した曲面１０ａをもち、この曲面１０ａによって、光源からの光を反射し拡散させ、出射面から出射させる。なお、反射プリズム９および拡散プリズム１０の形状は、上述の機能を備えればこれらの形状例に限定されない。すなわち、反射プリズム９であれば、光源からの光を出射面に対して垂直方向に偏向させる平面を持つ形状であればよい。また、拡散プリズム１０であれば光源１に対向した曲面を持つ形状であれば良い。
【００２１】
次に図４を用いて本実施例の照明装置の出射光の配光特性について説明する。図４は、本実施例の照明装置１１の構成を模式的に示す縦断面図である。また、図４の矢印および３つの矢印を含む円は、出射光の配光特性を模式的に示す。導光板２は平板状の形状で、出射面７と対向面８を有する。導光板２の側方には、光源１が配置される。導光板２の対向面８には反射プリズム９と拡散プリズム１０が凹形状に形成される。反射プリズム９は、光源１からの光を反射して出射面７に対し垂直方向の光成分（垂直成分）へ変換する。拡散プリズム１０は、光源１からの光を出射面に対してさまざまな角度をもつ光成分（拡散成分）へ変換する。そして、反射プリズム９と拡散プリズム１０によって、出射光の垂直成分と拡散成分がコントロールされる。そのため、図示するように、照明装置１１では、光源１からの距離に関わらず、出射光の強度と配光角度は一定となる。
【実施例２】
【００２２】
図５は、本実施例に係る照明装置を模式的に示す斜視図である。本実施例では、拡散プリズム１０が、光源１からの距離に応じて密度が変化するように形成される点で実施例１と異なる。その他の構成は実施例１と同じであるため、説明を省く。本実施例では、光源１からの距離が短い位置では拡散プリズム１０の密度が低く、光源１からの距離が長い位置では拡散プリズム１０の密度が高くなっている。そのため、光源１から離れた位置で拡散成分をより増やすことができ、光源１からの距離に関わらず、出射光の強度および配光角度が一定となる。図５では、光源１からの距離に応じて、拡散プリズム１０の密度が変化する構成を説明したが、反射パターン９の密度が光源１からの距離に応じて変化する構成としても良いし、反射プリズム９と拡散プリズム１０の両方の密度が光源１からの距離に応じて変化する構成としても良い。
【実施例３】
【００２３】
図６は、本実施例に係る照明装置を模式的に示す斜視図である。本実施例では、拡散プリズム１０が、光源１からの距離に応じてサイズが変化するように形成される点で実施例１と異なる。その他の構成は実施例１と同じであるため説明を省く。本実施例では、光源１からの距離が短い位置では拡散プリズム１０のサイズが小さく、光源１からの距離が長い位置では拡散プリズム１０のサイズが大きくなっている。そのため、光源１から離れた位置で拡散成分をより増やすことができ、光源１からの距離に関わらず、出射光の強度および配光角度が一定となる。図６では、光源１からの距離に応じて、拡散プリズム１０のサイズが変化する構成を説明したが、反射パターン９のサイズが光源１からの距離に応じて変化する構成としても良いし、反射プリズム９と拡散プリズム１０の両方のサイズが光源１からの距離に応じて変化する構成としても良い。反射プリズム９および拡散プリズム１０のサイズは相似形状で変化することが望ましい。
【実施例４】
【００２４】
上述の実施例１〜３では、反射プリズム９と拡散プリズム１０の２種類のパターンが交互に配列されていた。本実施例では、光源からの距離に応じて、反射プリズム９の形状を拡散プリズム１０の形状へ変化させる。
【００２５】
図７（ａ）〜（ｄ）は、本実施例の反射プリズム９の形状変化を示す上面図である。反射プリズム９は、光源１からの距離が短い位置では、図７（ａ）の四角錘形状のように光源１に対向する平面を持つ。光源１からの距離が長くなるにつれ、図７（ｂ）、図７（ｃ）と四角錘形状の角がとれて光源１に対向する平面が小さくなり、光源１に対向する曲面が大きくなる。光源１から十分に距離が長い位置では、図７（ｄ）のように光源１に対向する曲面を持つ形状となる。すなわち、反射プリズム９は、光源から遠ざかるにつれ、その形状と機能を変化させ、拡散プリズム１０となる。
【００２６】
このように反射プリズム９の形状を光源１からの距離に応じて変化させることより照明装置の出射光の強度と配光角度を光源１からの距離に関わらず一定にすることができる。
【実施例５】
【００２７】
図８は、本実施例に係る照明装置を模式的に示す縦断面図である。平板状の導光板２の側方には光源１が配置される。導光板２は光源１からの光を入射して、出射面７から出射する。導光板２の上方には、出射面７と対向するようにプリズムシート１３が配置される。プリズムシート１３の裏面には、出射面７から出射された光を屈折して出射面７に対して垂直方向へ方向変換する偏向プリズム１４と、出射面７から出射された光を拡散する拡散プリズム１５が形成されている。偏向プリズム１４の形状は、図７(ａ)〜（ｃ）に示した実施形態を用いることができる。この場合、平面９ａが屈折面となり、光源からの光は、平面９ａによって屈折され、出射面７に対して垂直方向へ方向転換される。
【００２８】
本実施例では、導光板２には反射プリズムや拡散プリズムが形成されていない。そのため、図示するように、光源１からの距離に関わらず導光板２から出射する光の強度Ｃ１は一定であるが、配光角度は光源１からの距離に応じて変化する。すなわち、光源から離れるに従い、出射光の拡散成分が減少する。プリズムシート１３を用いることにより、プリズムシート１３から出射する光の垂直成分と拡散成分がコントロールされ、照明装置１６の出射光の強度Ｃ２と配光角度は光源１からの距離に関わらず一定となる。
【００２９】
なお、偏向プリズム１４と拡散プリズム１５は、プリズムシート１３の裏面に形成されても良いし、表面に形成されても良いし、両面に形成されても良い。また、実施例２と実施例３で記したように、偏向プリズム１４および拡散プリズム１５は、光源１からの距離に応じて密度が変化するように形成されてもよいし、サイズが変化するように形成されても良い。また、実施例４に記したように、光源１からの距離に応じて偏向プリズム１４は、その形状が拡散プリズム１５の形状へ変化するように形成されてもよい。
【実施例６】
【００３０】
図９は、本実施例の液晶表示装置を模式的に示す図である。液晶表示装置１２は、上述の実施例１〜実施例５の構造の照明装置１１と、その上面に設置された液晶表示パネル５を含む。液晶表示パネル５は、２枚のガラス基板がシール材により間隙を設けて貼り合わされ、その間隙に（図示しない）液晶層を構成した液晶パネル１９と、その上下面に貼り付けられた偏光板２０から形成される。液晶表示パネル５の背面には、照明装置１１が設置され、液晶表示パネル５の背面から照明光を照射する。照明装置１１は、導光板２と、その側面に設置した光源１を含む。導光板２の背面には反射シート１７が配置される。また、導光板２と液晶表示パネル５との間には拡散シート１８が配置される。
【００３１】
なお、照明装置１１にプリズムシートを用いた構造を用いる場合には、プリズムシートは液晶表示パネル５と拡散シート１８の間に配置される。
【００３２】
次に、本実施例の液晶表示装置の配光特性について説明する。図１０は、本実施例の液晶表示装置１２の構成を模式的に示す縦断面図である。液晶表示装置１２は、導光板２の出射面７の上方に液晶表示パネル５が配置される。照明装置１１から出射する光の強度Ｃ１および光の配光角度が光源１からの距離に関わらず一定であるため、液晶表示パネル５から出射する光の強度Ｃ２も光源１からの距離に関わらず一定となる。従って、ムラのない液晶表示装置１２が実現できる。
【００３３】
なお、上述の各実施例では、光源１としてＬＥＤを使用することができる。導光板２は、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等の透光性プラスチック材料やガラスを使用することができる。反射プリズム９と拡散プリズム１０は導光板２の作成工程において、射出成形によって同時に形成することができる。導光板２と反射プリズム９および拡散プリズム１０は同一材料で形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
強度分布の小さい照明装置および液晶表示装置なので、透過型の表示装置に適応できる。
【符号の説明】
【００３５】
１、３０  光源
２、２２  導光板
３、１１、１６  照明装置
４、１２  液晶表示装置
５  液晶表示パネル
７  出射面
８  対向面
９  反射プリズム
１０、１５  拡散プリズム
１３  プリズムシート
１４  偏向プリズム
１７  反射シート
１８  拡散シート
１９  液晶パネル
２０  偏光板
２４  拡散パターン
２４ａ  拡散パターン素子
２６  入射面
【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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