(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏面ならびに一定方向に間隔を隔てた第１および第２の側面を有する導光板と、この導光板内において光が上記第１の側面から上記第２の側面に向けて進行するように上記導光板への投光を行なう光源と、を具備している、照明装置であって、
上記導光板内を上記第１の側面から上記第２の側面に進行した光を反射可能な光反射手段と、
上記導光板の表面に設けられており、かつ上記光反射手段によって反射されることにより上記第２の側面から第１の側面に向けて進行する光を受けたときにこの光を上記導光板の裏面から出射させるように反射する複数の傾斜面と、
を具備している一方、
上記第２の側面は、この第２の側面が延びる方向に対して傾斜した壁面を形成し、かつ、この第２の側面が延びる方向に間隔をあけて形成された複数の凹部と、各凹部間をつなぐ平面部とを含んで構成されており、かつ、
上記光反射手段は、上記第２の側面における上記各凹部間をつなぐ平面部を覆う光反射部材または光反射膜であることを特徴とする、照明装置。
【請求項２】
液晶パネルと、この液晶パネルを照明するための照明装置と、を備えた液晶表示装置であって、
上記照明装置として、請求項１に記載の照明装置が用いられていることを特徴とする、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】
本願発明は、液晶パネルを照明するなどの所望の面状領域を照明するのに好適な照明装置、およびこの照明装置を備えた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置の一例を図４および図５に示す。図示された液晶表示装置は、フロントライト方式の反射型液晶表示装置である。この液晶表示装置は、背面部に反射板８０を備えた液晶パネル８と、この液晶パネル８の正面に配された導光板９と、光源７とを有している。導光板９は、第１および第２の側面９０ｃ，９０ｄを有する略矩形平板状の透明な合成樹脂製であり、その裏面９０ｂは平面状であるのに対し、その表面９０ａは複数の凸部９１を有する凹凸状とされている。各凸部９１は、傾斜の向きが相違する第１および第２の傾斜面９１ａ，９１ｂを有している。光源７は、導光板９の第１の側面９０ｃに対向している。
【０００３】
上記構成の液晶表示装置においては、光源７から発せられた光は、第１の側面９０ｃから導光板９内に進入し、凸部９１の第２の傾斜面９１ｂや裏面９０ｂによる全反射を繰り返しながら第２の側面９０ｄに向けて進行する。このような光の進行過程において、凸部９１の第１の傾斜面９１ａに到達した光は、その進行方向が急激に変えられるように反射され、裏面９０ｂに入射する。裏面９０ｂに対する光の入射角が所定の全反射臨界角よりも小さいと、この光はそのまま導光板９の外部に出射する。このようなことにより、液晶パネル８を照明することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のものにおいては、次のような不具合があった。
【０００５】
すなわち、光源７として、ＬＥＤ光源などの点状光源を用いた場合には、光源７の真正面領域を進行する光の量は多いものの、その真正面領域から外れた領域では光の量が少なくなる。これに対し、従来においては、第１の側面９０ｃから導光板９内に進入した光が、第１の傾斜面９１ａに到達すると、その光は、直ちに裏面９０ｂから外部に出射するようになっている。したがって、導光板９の裏面９０ｂからの出射光量は、光源７の真正面領域では多い反面、それ以外の領域では少なくなり、そのバラツキが大きくなっていた。これでは、液晶パネル８の表示画面に照度ムラが発生し、表示画像の質が低いものとなる。
【０００６】
また、従来においては、導光板９内に進行した光が第２の側面９０ｄに到達すると、この光はそのまま第２の側面９０ｄから外部に出射していた。したがって、光のロスが多く、照明効率が低いという不具合もあった。
【０００７】
本願発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、照明効率が高く、かつ光の照射対象領域の照度の均一化を図ることが可能な照明装置を提供することをその課題としている。また、本願発明は、画面の照度むらが少なく、かつ明るく質の高い画像表示が可能な液晶表示装置を提供することを他の課題としている。
【０００８】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
本願発明の第１の側面により提供される照明装置は、表裏面ならびに一定方向に間隔を隔てた第１および第２の側面を有する導光板と、この導光板内において光が上記第１の側面から上記第２の側面に向けて進行するように上記導光板への投光を行なう光源と、を具備している、照明装置であって、上記導光板内を上記第１の側面から上記第２の側面に進行した光を反射可能な光反射手段と、上記導光板の表面に設けられており、かつ上記光反射手段によって反射されることにより上記第２の側面から第１の側面に向けて進行する光を受けたときにこの光を上記導光板の裏面から出射させるように反射する複数の傾斜面と、を具備している一方、上記第２の側面は、この第２の側面が延びる方向に対して傾斜した壁面を形成し、かつ、この第２の側面が延びる方向に間隔をあけて形成された複数の凹部と、各凹部間をつなぐ平面部とを含んで構成されており、かつ、上記光反射手段は、上記第２の側面における上記各凹部間をつなぐ平面部を覆う光反射部材または光反射膜であることを特徴としている。
【００１０】
このような構成によれば、光源から導光板内に進入した光は、導光板の第１の側面から第２の側面に向けて進行した後に、光反射手段によって反射されることにより第２の側面から第１の側面に向けて戻されるように進行する。このように進行する光が、導光板の第１の傾斜面によって裏面に向けて反射されることにより、導光板の外部に出射することとなる。導光板の第１の側面から第２の側面に向けて光が進行する際にその光量分布に比較的大きなバラツキがあったとしても、この光がその後第２の側面から第１の側面に戻されるように進行するときには、その光の進行距離が長くなっていることや、光反射手段による反射作用によって光の進行方向に変更が加えられていることなどに起因して、光量分布のバラツキが小さくなる。したがって、導光板の裏面の各所からの出射光量についてもそのバラツキを少なくし、光の照射対象領域の照度の均一化を図ることができる。また、本願発明においては、導光板の第２の側面に到達した光がそのまま外部に漏れてしまうことも防止することができるために、光のロスを少なくし、従来よりも照明効率を高くすることもできる。
【００１２】
また、上記第２の側面に進行してきた光のうち、上記各凹部の壁面に到達した光については、この壁面によって種々の方向に反射させることが可能であり、光を分散させて、第２の側面から第１の側面に向けて進行する光の光量分布を均一にするのにより好ましいものとなる。また、上記各凹部の壁面によって、受けた光を全反射させることも可能となり、光の反射率を高くして、照明効率を高めるのにも好ましいものとなる。
【００１３】
本願発明の第２の側面によって提供される液晶表示装置は、液晶パネルと、この液晶パネルを照明するための照明装置と、を備えた液晶表示装置であって、上記照明装置として、本願発明の第１の側面によって提供される照明装置が用いられていることを特徴としている。
【００１４】
このような構成によれば、本願発明の第１の側面によって提供される照明装置について述べたのと同様な効果が得られることとなり、液晶パネルの画面の照度むらを少なくし、表示画像の質を高めることができる。また、照明効率が良いため、画像を明るくすることも可能となる。
【００１５】
本願発明のその他の特徴および利点については、以下に行う発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００１７】
図１および図２は、本願発明の一実施形態を示している。図１に示された液晶表示装置Ａは、フロントライト方式の反射型液晶表示装置であり、液晶パネル１と照明装置Ｂとを備えて構成されている。照明装置Ｂは、導光板２と、１または複数の光源３とを備えて構成されている。
【００１８】
導光板２は、略矩形の平板状を有する透明度の高い合成樹脂からなる透光部材２０からなり、後述するように、所定部分に光反射テープ４が接着された構成を有している。透光部材２０は、厚み方向に間隔を隔てた表面２０ａおよび裏面２０ｂと、図２のｘ方向に間隔を隔てており、かつｙ方向に延びた第１および第２の側面２２ａ，２２ｂと、ｙ方向に間隔を隔てており、かつｘ方向に延びた一対の第３の側面２２ｃとを有している。透光部材２０のこれら複数の面、および後述するその他の面は、一定条件下において受けた光を全反射できるように、いずれも滑らかな面（鏡面）となっている。
【００１９】
第１の側面２２ａは、平面状である。光源３は、この第１の側面２２ａに対向して設けられており、光源３からの光は第１の側面２２ａを介して透光部材２０内に進入するようになっている。光源３としては、ＬＥＤ光源が用いられており、より具体的には、ＬＥＤベアチップをそのまま光源として用いたもの、あるいはＬＥＤベアチップを透光性を有する樹脂を用いてチップ状に樹脂パッケージしたものが用いられている。
【００２０】
第２の側面２２ｂには、Ｖ字状をなす一対の壁面２９ａをそれぞれ形成する複数の凹部２９がｙ方向に適当な間隔で設けられている。第２の側面２２ｂのうち、凹部２９が設けられていない残余の部分は、ｙ方向に断続した平面状となっている。光反射テープ４は、受けた光を高い反射率で反射可能なものであり、第２の側面２２ｂの各壁面２９ａを除く部分に接着されている。
【００２１】
透光部材２０の裏面２０ｂは、平面状であり、後述するように、この裏面２０ｂの大部分は、透光部材２０内を進行する光を液晶パネル１に向けて出射させるための光出射面となる。透光部材２０の表面２０ａは、ｙ方向に断面一様に延びる複数の凸部２１が設けられた凹凸面とされている。各凸部２１は、裏面２０ｂに対して傾斜した第１および第２の傾斜面２１ａ，２１ｂを有している。これら第１および第２の傾斜面２１ａ，２１ｂは、光源３の位置を基準として考察すると、従来技術で説明した導光板の第１および第２の傾斜面の位置とは反対の位置関係となっている。より具体的には、第１の傾斜面２１ａは、第２の側面２２ｂから第１の側面２２ａに向かう光を受けたときに、この光を裏面２０ｂに対して小さな入射角で入射させるように反射可能な面であり、第２の側面２２ｂ寄り部分よりも第１の側面２２ａ寄りの部分の方が裏面２０ｂに接近するように傾斜した平面状である。第２の傾斜面２１ｂは、第１の側面２２ａから第２の側面２２ｂに向けて進行する光、およびこれとは反対に第２の側面２２ｂから第１の側面２２ａに向けて進行する光を受けたときに、これらの光をなるべく多く全反射して導光板２の表面２０ａから外部に漏れないようにしつつ、それらの光の進行を促進するための面であり、第１の傾斜面２１ａの傾斜角よりも緩やかな角度で、かつ第１の傾斜面２１ａとは反対方向に傾斜した平面状である。
【００２２】
液晶パネル１としては、従来既知の構造のものが用いられており、たとえば次のような構成を有している。すなわち、図１によく表われているように、液晶パネル１は、ガラス製または樹脂製の一対の基板１０ａ，１０ｂ間に液晶１１を封入したものであり、それら一対の基板１０ａ，１０ｂの各内面には、複数の電極１４ａ，１４ｂや配向膜１３ａ，１３ｂが設けられている。基板１０ａの正面には、偏光板１６ａが設けられている。駆動方式としては、単純マトリクス方式（パッシブ駆動方式）が採用されており、複数の電極１４ａは水平電極（走査電極）に相当し、同図の左右方向に延び、かつ紙面と直交する方向に等間隔で平行に並んでいる。複数の電極１４ｂは、垂直電極（信号電極）に相当し、紙面と直交する方向に延び、かつ図面の左右方向に等間隔で平行に並んでいる。液晶１１は、それら２種類の電極１４ａ，１４ｂが互いに交差して重なり合った部分において電圧印加がなされるように構成されており、この部分がドット状の画素となる。むろん、本願発明においては、液晶パネルの駆動方式として、アクティブ駆動方式を採用することもできる。
【００２３】
基板１０ａは透明基板とされているとともに、各電極１４ａはＩＴＯ膜などからなる透明電極とされている。これに対し、各電極１４ｂは、光の反射が可能な金属製の反射電極とされている。この液晶パネル１においては、その正面からこの液晶パネル１に向けて進行してきた光が偏光板１６ａ、基板１０ａ、および液晶１１を透過すると、複数の電極１４ｂによって液晶パネル１の正面に向けて反射されるようになっている。むろん、本願発明においては、このような反射電極を用いる構成に代えて、液晶パネル１の背面部に反射板を設けた構成とすることもできる。液晶パネルとしては、モノクロ表示用のものに代えて、カラー表示用のものを用いることもできる。
【００２４】
次に、上記構成の液晶表示装置Ａの作用について説明する。
【００２５】
図１において、光源３を点灯駆動させると、光源３から発せられた光は、第１の側面２２ａを介して導光板２内に進入する。導光板２内に進入した光は、導光板２の表面２０ａの複数の第２の傾斜面２１ｂや裏面２０ｂによる全反射を繰り返しながら、第２の側面２２ｂに向けて進行する。その際、第１の傾斜面２１ａに対して光が到達する割合は少なく、また第１の傾斜面２１ａに光が到達しても、この光が裏面２０ｂに対して小さな入射角で入射するように反射される可能性は少ない。したがって、光が第１の側面２２ａから第２の側面２２ｂに向かう途中において、多くの光が裏面２０ｂから外部に出射することはない。
【００２６】
第２の側面２２ｂに光が到達すると、この光は光反射テープ４によって反射される。したがって、第２の側面２２ｂから光が無駄に外部に漏れないようにすることができる。光反射テープ４によって反射された光は、その後表面２０ａの第２の傾斜面２１ｂや裏面２０ｂによる全反射を繰り返しながら第１の側面２２ａに向けて進行する。この光の進行過程においては、先程とは異なり、第１の傾斜面２１ａに光が到達する割合が高く、かつこの第１の傾斜面２１ａに到達した光の多くは、裏面２０ｂに対して小さな入射角で入射するように全反射される。したがって、裏面２０ｂの一定領域の各所からは多くの光が下向きに出射して液晶パネル１に照射される。液晶パネル１に照射された光は、液晶パネル１の各電極１４ｂによって液晶パネル１の正面に向けて反射され、導光板２をその厚み方向に透過するために、この導光板２を介して液晶パネル１で表示される画像を目視することができる。
【００２７】
導光板２の裏面２０ｂから出射する光は、第１の側面２２ａから第２の側面２２ｂに到達した後に第１の側面２２ａに向けて進行していた光である。このように、光源３から発せられた光が長い光路を辿ると、光源３から発せられた直後においてはｙ方向における光量分布に比較的大きなバラツキが存在する光であっても、その光量分布のバラツキは小さなものとなる。光反射テープ４によって光が散乱反射されると、その効果は一層高まる。また、各凹部２９の壁面２９ａは傾斜しているために、受けた光の進行方向が大きく変更されて種々の方向に反射されることとなり、このことによっても光量分布のバラツキがより小さくなる。このように、第２の側面２２ｂから第１の側面２２ａに向かう光のｙ方向における光量分布のバラツキが小さくなると、裏面２０ｂからの出射光量についても、ｙ方向において大きなバラツキが無いものとなり、裏面２０ｂからの出射光量が均一化される。その結果、液晶パネル１の表示画面の照度むらが少なくなり、表示画像の質を高めることができる。また、光反射テープ４の存在により、第２の側面２２ｂから外部に向けて光が無駄に漏れないようにすることもできるために、照射効率も高めて、液晶パネル１の表示画像を明るくすることも可能となる。
【００２８】
図３は、本願発明の参考例を示している。同図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
【００２９】
この参考例においては、導光板２の各第３の側面２２ｃのうち、第１の側面２２ａの近傍に、切欠部２３が形成されており、光源３から導光板２内への光の入射を行なわせるための光入射面部２４が形成されている。この光入射面部２４は、この光入射面部２４と第１の側面２２ａとの間の角度αが鋭角となるように第１の側面２２ａに対して傾斜している。光源３は、その発光面３０が光入射面部２４と平行または略平行に対面する姿勢に設けられており、この光源３から発せられた光が第１の側面２２ａに向けて効率良く進行する構成となっている。
【００３０】
第１の側面２２ａには、Ｖ字状をなす一対の壁面２５ａ，２５ｂをそれぞれ形成する複数の凹部２５がｙ方向に適当な間隔で並んで設けられている。各凹部２５の壁面２５ａ，２５ｂは、第１の側面２２ａの他の部分に対して適当な角度βａ，βｂだけ傾斜していることにより、光源３から進行してきた光を受けたときにはこの光をｘ方向またはこれと略平行な方向に全反射可能な光反射面としての役割を果たすようになっている。各壁面２５ａ，２５ｂによって全反射される光を上記方向に正確に反射させるための手段として、たとえば各壁面２５ａ，２５ｂからこれに対応する光源３までの距離に応じて角度βａ，βｂを変化させた構成とすることもできる。第２の側面２２ｂは、その全体が平面状とされており、かつその全面にわたって光反射テープ４が接着されている。
【００３１】
この参考例においては、各光源３から発せられて導光板２内に進入した光は、まず第１の側面２２ａに到達し、凹部２５の壁面２５ａまたは壁面２５ｂによって全反射されることにより第２の側面２２ｂに到達する。第２の側面２２ｂに到達した光は、光反射テープ４によって反射されることにより、第１の側面２２ａに向けて進行し、このようにして進行する光が、上記実施形態と同様な作用によって、導光板２の裏面２０ｂの一定領域から順次下向きに出射することとなる。したがって、この場合にも、上記実施形態と同様に、裏面２０ｂから出射する光量の均一化を図ることができる。
【００３２】
この参考例から理解されるように、本願発明では、光源３からの光を第１の側面２２ａに導く手段としては、光源３の光を第３の側面２２ｃの一部分から導光板２内に進入させる手段を採用してもかまわない。このような手段を採用すれば、第１の側面２２ａに設けられた凹部２５の壁面２５ａ，２５ｂの反射作用によって、光の進行方向を揃えることが可能となるために、導光板２内におけるｙ方向の光量分布の均一化をより促進するのに好適である。
【００３３】
本願発明の内容は、上述の実施形態に限定されない。本願発明に係る照明装置および液晶表示装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００３４】
本願発明でいう光反射手段は、上述した実施形態の光反射テープ４に限定されない。本願発明では、光反射テープとは異なる形態の光反射部材によって導光板の第２の側面を覆う手段、あるいは導光板の第２の側面上に光反射膜を形成する手段を用いることもできる。光反射膜の具体例としては、白色塗料などの光反射率の高い塗料を第２の側面上に塗布することによって形成される塗装膜、あるいはアルミニウムなどの金属を蒸着させることによって形成される金属蒸着膜などが挙げられる。
【００３５】
本願発明に係る液晶表示装置は、フロントライト方式の反射型液晶表示装置に代えて、バックライト方式の透過型液晶表示装置として構成することもできる。バックライト方式とする場合には、光の出射がなされる導光板の裏面を液晶パネルの背面部に対面させることにより、導光板の光出射面から液晶パネル内に進入した光がそのまま液晶パネルの正面に向けて透過するように構成すればよく、照明装置自体の基本的な構成に変更を加える必要はない。本願発明でいう導光板の表面とは、導光板の厚み方向に間隔を隔てた２つの面のうちの一方の面を指し、また裏面とは、それとは反対側の他方の面を指しており、上向きの面が常に本願発明でいう表面になるとは限らない。
【００３６】
本願発明に係る照明装置においては、光源の具体的な数は限定されず、たとえば１つの光源のみを用いた構成とすることもできる。また、光源の具体的な種類も限定されず、ＬＥＤ光源以外の光源を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明に係る液晶表示装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】  図１の平面図およびその一部拡大断面図である。
【図３】  本願発明の参考例を示す平面図およびその一部拡大断面図である。
【図４】  従来技術の一例を示す概略側面断面図である。
【図５】  図４の平面図である。
【符号の説明】
Ａ  液晶表示装置
Ｂ  照明装置
１  液晶パネル
２  導光板
３  光源
４  光反射テープ（光反射手段）
２０  透光部材
２０ａ  表面
２０ｂ  裏面
２１ａ  第１の傾斜面（傾斜面）
２２ａ  第１の側面
２２ｂ  第２の側面
２９  凹部
２９ａ  壁面
【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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