(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射する光源部と、
前記光源部から照射された光を受光端面で受光し、この受光端面から入射した光を長手方向に沿う一側面に設けられた複数のプリズム状傾斜面で反射し、この反射された光を前記一側面と対向する出射面から帯状光束として出射するように構成された柱状の導光体と、
前記導光体の出射面から出射された帯状光束を一側面で受光し、この帯状光束を一方の板面から面状光束として出射するように構成された板状導光部とを備え、
前記導光体の受光端面には、前記出射面と平行な方向に稜線が延びる１以上の筒形凸レンズ、前記出射面と平行な方向に稜線が延びる１以上の凸プリズム、又は、１以上の球面凸レンズの何れかの凸面形状が設けられていることを特徴とする面発光体。
【請求項２】
前記筒形凸レンズの曲率半径が弦長の０．５倍〜１．０倍の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の面発光体。
【請求項３】
前記凸プリズムの底辺を挟む仰角が２°〜４０°の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の面発光体。
【請求項４】
前記球面凸レンズの曲率半径が弦長の０．５倍〜１．０倍の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の面発光体。
【請求項５】
前記受光端面には、円柱を軸心に沿って４等分した４分割筒形凸レンズの形状を有する凸レンズ部と、片側傾斜面の形状を有するプリズム部とが合体して形成される凸面の稜線が前記出射面と平行な方向に延びる１以上の複合型凸面形状が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の面発光体。
【請求項６】
前記複数のプリズム状傾斜面は、前記出射面と平行な方向に稜線が延び、この稜線を挟んだ一方の側が緩斜面部、他方の側が該緩斜面部より急峻な急斜面部とされていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の面発光体。
【請求項７】
前記板状導光部の他方の板面には、前記一側面で受光した帯状光束を前記一方の板面に向かって反射させる複数のプリズム状傾斜面が設けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の面発光体。
【請求項８】
前記板状導光部に設けられた複数のプリズム状傾斜面は、前記導光体の長手方向と平行な方向に稜線が延び、この稜線を挟んだ一方の側が緩斜面部、他方の側が該緩斜面部より急峻な急斜面部とされていることを特徴とする請求項７に記載の面発光体。
【請求項９】
前記導光体は、長手方向に沿う側面のうち前記出射面を除く側面が反射膜で覆われていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の面発光体。
【請求項１０】
前記光源部は、前記導光体の長手方向の両端に配置されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の面発光体。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の面発光体と、液晶表示ユニットとを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１２】
前記液晶表示ユニットは、液晶表示板と、前記液晶表示板の下層に配された反射層とを有し、
前記面発光体は、前記板状導光部の一方の板面が前記液晶表示ユニットの表示面と対向するように配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光体および液晶表示装置に係り、特に、液晶表示装置の照明に用いるとき優れた画像輝度と照明の均一性とが得られる面発光体、およびこの面発光体を用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機や携帯用表示端末機などに多く用いられる反射型液晶表示装置は、一般に表示画面の照明を外光に依存しているので、外光が不足する環境下では表示画像の視認性が極端に低下するという問題があった。この問題を解決するために、反射型の液晶表示ユニットの表示面上にフロントライトと呼ばれる面発光体を装備して補助光源として用いる液晶表示装置が提案されている。この面発光体を備えた液晶表示装置は、昼間の屋外や明るい室内など外光が十分に得られる環境では外光により表示画面を照明し、暗い環境下では前記面発光体を発光させて表示画面全体を照明している。
【０００３】
従来から用いられている前記液晶表示装置の一例を図１９および図２０（ａ）（ｂ）に示す。図１９は前記液晶表示装置の斜視図であり、図２０（ａ）は前記液晶表示装置の一部を表示面側から見た平面図、図２０（ｂ）はその線Ｘ−Ｘで切った断面図である。
この液晶表示装置１００は、面発光体１０１と液晶表示ユニット５０とからなっている。面発光体１０１は概略、光源１０と導光体１２０と板状導光部３０とからなっている。光源１０は冷陰極管またはＬＥＤなどの発光素子からなり、導光体１２０および板状導光部３０は透明なアクリル樹脂などを射出成形して形成されている。液晶表示ユニット５０は板面の垂線方向に透光性の液晶表示板５１と反射層５２とからなっている。
【０００４】
導光体１２０は、細長い角柱状に成形され、その受光端面１２１が光源１０からの光を受光すると、入射した光を長手方向（図１９のＺ−Ｚ方向）に沿う出射面１２２から帯状光束Ｌ1として出射するように構成されている。この導光体１２０は、その出射面１２２と対向する側面（反射面）１２３に、複数のプリズム状傾斜面１２４…が形成されている。このプリズム状傾斜面１２４…は何れもその稜線１２５が出射面１２２の幅方向（図１９のＹ軸方向）に延びていて、光源１０から導光体１２０に入射した光のうち、このプリズム状傾斜面１２４…に射突した光の多くは反射して出射面１２２から帯状光束Ｌ1として出射される。このときプリズム状傾斜面１２４…の数や配置、それぞれの傾斜角などを適宜に選択することにより導光体１２０の出射面１２２から出射される帯状光束Ｌ1の輝度と均一性が良好にバランスするよう調整される。
【０００５】
板状導光部３０は板状に成形され、導光体１２０の出射面１２２から出射した帯状光束Ｌ1を側面（入射側面）３１から受光し、板面の一方である発光面３２から面状光束Ｌ2として液晶表示ユニット５０の液晶表示板５１に向けて出射するように構成されている。板状導光部３０の発光面３２と対向する面（対向面）３３には、複数のプリズム状傾斜面３４…が形成されている。このプリズム状傾斜面３４…は何れもその稜線３５が導光体１２０の長手（Ｚ−Ｚ）方向に延びていて、入射側面３１から入射した帯状光のうち、このプリズム状傾斜面３４…に射突した光の多くは反射して発光面３２から面状光束Ｌ2として出射される。このときプリズム状傾斜面３４…の数や配置、それぞれの傾斜角などを適宜に選択することにより板状導光部３０の発光面３２から出射される面状光束Ｌ2の輝度と均一性が良好にバランスするよう調整される。
【０００６】
液晶表示ユニット５０の液晶表示板５１は一般に用いられているものであって、液晶分子の駆動によって、表示面に垂直な光の透過／不透過が動的に制御される。
液晶表示板５１に向けて出射された光のうち、液晶分子の配向によって板面の垂線方向に光透過性とされた液晶表示板５１の部分を透過した光は、反射層５２によって反射され、再び液晶表示板５１を垂直方向に透過し、更に板状導光部３０も透過する。これによって液晶表示板５１により形成された画像が板状導光部３０の上方から視認できるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記構成の液晶表示装置１００は小型の携帯用機器に多く用いられるので、面発光体１０１による照明に際しては、光源１０の小型化と共に消費電力を極力低減し、なおかつ充分な輝度と照明の均一性とを得ることが求められる。しかし、光源１０からの光は一般に拡散性であることに加え、面発光体１０１は前記のように光の進路が導光体１２０内と面状導光部３０内との２箇所でほぼ直角方向に反射を繰り返し、しかもその反射が入射光の一部しか利用できない前記プリズム状傾斜面に依存しているので導光損失が大きく、出射光に充分な輝度が得られないばかりか照明ムラも大きかった。特に導光体１２０における導光効率の悪さが指摘されていた。
本発明は前記の課題を解決するためになされたものであり、従ってその目的は、出射光に高い輝度が得られると共に照明ムラも軽減された面発光体並びに液晶表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために本発明は、光を照射する光源部と、前記光源部から照射された光を受光端面で受光し、この受光端面から入射した光を長手方向に沿う一側面に設けられた複数のプリズム状傾斜面で反射し、この反射された光を前記一側面と対向する出射面から帯状光束として出射するように構成された柱状の導光体と、前記導光体の出射面から出射された帯状光束を一側面で受光し、この帯状光束を一方の板面から面状光束として出射するように構成された板状導光部とを備え、前記導光体の受光端面には、前記出射面と平行な方向に稜線が延びる１以上の筒形凸レンズ、前記出射面と平行な方向に稜線が延びる１以上の凸プリズム、又は、１以上の球面凸レンズの何れかの凸面形状が設けられていることを特徴とする面発光体を提供する。
本発明者らは、小型省電力の光源を用い、しかも反射型液晶表示装置のフロントライトとして充分な照度と照明の均一性が得られる面発光体を開発すべく鋭意研究の結果、面発光体の構成要素である導光体の受光端面を凸面形状に成形することにより、光源部から入射された光の拡散を適度に制御し、導光体の出射面から光を帯状光束として効率よく均一に出射させ得ることを見出し本発明に到達した。すなわち、従来のこの種の導光体においては、受光端面が平坦であったので、光源部から入射した光が導光体内で広い角度に拡散し、出射面以外の側面から光が漏洩したり直進したりして充分な光量が出射面から出射せず、光の利用効率が悪かった。本発明の導光体によれば、導光体内部の光の拡散が好適に制御され、出射面以外の側面から漏洩したり直進したりすることによる光の損失を抑制することができ、出射面からより多くの光をより均一な輝度の帯状光束として出射させることができる。
【０００９】
前記面発光体においては、稜線が出射面の幅方向に延びる筒形凸レンズ（シリンドリカルレンズ）を導光体の受光端面に形成し、この筒形凸レンズの曲率を選択することによって、出射面と、これに対向する側面との間の光の拡散角を好適に制御することができ、帯状光束の出射光量を向上させることができる。
筒形凸レンズは、受光端面に１条だけ形成されていてもよく、２条以上が平行して形成されていてもよい。
実験の結果、筒形凸レンズの曲率半径は、弦長（断面弧の弦の長さ）の０．５倍〜１．０倍の範囲内とすることがより効果的であることがわかった。
【００１０】
前記面発光体においては、１以上の球面凸レンズを導光体の受光端面に形成し、この球面凸レンズの曲率を選択することによって、出射面と、これに対向する側面との間の光の拡散角を好適に制御することができるばかりでなく、導光体の他の側面に対する光の拡散も制御できるので、帯状光束の出射光量と均一性とを更に向上させることができる。
球面凸レンズは、受光端面全体を覆うように１個だけ成形されていてもよく、２個以上が隣接は位置された形状に成形されていてもよい。
実験の結果、球面凸レンズの曲率半径は、弦長の０．５倍〜１．０倍の範囲内とすると、より効果的であることがわかった。球面凸レンズの曲率は帯状光束の出射方向と出射面の幅方向とで同じでも異なっていてもよい。
【００１１】
前記面発光体においては、稜線が前記出射面の幅方向に延びる凸プリズム（断面三角形）を導光体の受光端面に形成し、この凸プリズムの仰角を選択することによって、出射面と、これに対向する側面との間の光の拡散角を好適に制御することができ、帯状光束の出射光量と均一性とを向上させることができる。
凸プリズムは、受光端面に１条だけ形成されていてもよく、２条以上が平行して形成されていてもよい。
実験の結果、凸プリズムの仰角（底辺と斜辺とが挟む角）は、２°〜４０°の範囲内とすることがより効果的であることがわかった。凸プリズムの仰角は底辺を挟む双方が同じでも異なっていてもよい。
【００１２】
更に、前記受光端面には、円柱を軸心に沿って４等分した４分割筒形凸レンズの形状を有する凸レンズ部と、片側傾斜面の形状を有するプリズム部とが合体して形成される凸面の稜線が前記出射面と平行な方向に延びる１以上の複合型凸面形状が設けられている構成としてもよい。
この複合型凸面形状によっても、出射面と、これに対向する側面との間の光の拡散角を好適に制御することができ、帯状光束の出射光量と均一性とを向上させることができることがわかった。
前記複合型凸面形状は、受光端面に１条だけ形成されていてもよく、２条以上が平行して形成されていてもよい。また、凸レンズ部とプリズム部とは、これらの組が１稜線を共有していればよいので、それらの配列順序は特に限定されない。
【００１３】
前記複数のプリズム状傾斜面は、出射面と平行な方向に稜線が延び、この稜線を挟んだ一方の側が緩斜面部、他方の側が該緩斜面部より急峻な急斜面部とされていることが好ましい。これによって帯状光束の輝度と均一性を更に向上することができる。
【００１４】
前記板状導光部は、一方の板面から面状光束が出射されてもよくまたは双方の板面から同時に面状光束が出射されてもよい。また、面状光束が出射しない側の板面は、板面の垂線方向に光透過性であっても光反射性であってもよい。面発光体の面状光束を出射する側の板面を「発光面」、これと対向する側の板面を「対向面」という。この面発光体は、前記導光体が従来型の導光体よりも出射光の輝度および均一性において優れているので、板状導光部が従来型のものであっても、全体として発光面から出射される面状光束の輝度と均一性が向上している。
【００１５】
前記板状導光部の他方の板面には、一側面で受光した帯状光束を一方の板面に向かって反射させる複数のプリズム状傾斜面が設けられていることが好ましい。この板状導光部に設けられた複数のプリズム状傾斜面は、導光体の長手方向と平行な方向に稜線が延び、この稜線を挟んだ一方の側が緩斜面部、他方の側が該緩斜面部より急峻な急斜面部とされていることが好ましい。これによって本発明の面発光体は面状光束を１方向（発光面）に指向して出射できるようになり、かつ光が前記面発光体を垂直に透過できるようになり、本発明の面発光体を反射型液晶表示装置のフロントライトとして使用できるようになる。
また、前記導光体は、長手方向に沿う側面のうち前記出射面を除く側面が反射膜で覆われていることが好ましい。
また、前記光源部は、前記導光体の長手方向の両端に配置されていることが好ましい。
【００１６】
本発明は更に、前記の面発光体と液晶表示ユニットとを備えた液晶表示装置を提供する。本発明の液晶表示装置は、前記本発明の面発光体を液晶表示面の照明に用いるので小型省電力の光源を用いながら明るく視認性の高い画面が得られる。前記の面発光体と液晶表示ユニットとの組合わせ順序は特に限定されない。例えば板状導光部が板面の垂線方向に光透過性であり、かつ入射側面から入射した帯状光束が面状光束として一方の発光面から出射されるタイプの面発光体を上層に配置し、その下に反射型液晶表示ユニットを表示面が前記発光面と対向するように配置すれば、本発明の面発光体をフロントライトとする反射型液晶表示装置が得られる。また反射層を持たない透光性の液晶表示板を上層に配置し、その下に、板状導光部の対向面を光反射性とした本発明の面発光体を、その発光面が液晶表示板の裏面と対向するように配置すれば、前記面発光体をバックライトとする反射型液晶表示装置が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。また、本実施の形態において参照される各図面は、本発明の思想を説明するためのものであり、各部の形状寸法は実際のものと異なる。
【００１８】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１の面発光体を示す平面図である。
この面発光体１は概略、二つの光源部１０，１０と、この光源部１０，１０に挟まれた角柱状の導光体２０と、導光体２０の一側面（出射面２２）に入射側面３１を対向させて延びる方形の板状導光部３０とからなっている。図１においてこの面発光体１は中央線（Ｘ−Ｘ）に関して左右対称に構成されている。
光源部１０，１０は発光素子１１としてＬＥＤを内蔵するランプハウスからなり、それぞれ、一方に設けられた照射窓から導光体２０のそれぞれの受光端面２１に向けて光を照射するように配置されている。導光体２０および板状導光部３０はいずれも透明なアクリル樹脂から成形されている。
【００１９】
図２は、導光体２０の端部近辺を示す斜視図である。図１および図２において、導光体２０は概略、細長い角柱状に成形され、その長手方向に延びる４側面のうち、図示しない板状導光部３０の入射側面３１と対向して配置された側面が導光体２０に入射した光を出射する出射面２２とされ、この出射面２２と対向する側面が反射面２３とされている。
反射面２３には複数のプリズム状傾斜面２４…が形成されている。このプリズム状傾斜面２４…は、何れもその稜線２５が出射面２２の幅方向、すなわち導光体２０の厚みＴ方向に延びていて、導光体２０に入射した光を出射面２２側に均一に反射する形状に成形されている。図示しないが出射面２２を除く導光体２０の３方の側面は全て反射膜により覆われている。
【００２０】
導光体２０の双方の端面は、それぞれ光源部１０から照射された光を受光する受光端面２１とされている。これらの受光端面２１，２１は何れもそれぞれの光源部１０方向に凸となる筒形凸レンズ（シリンドリカルレンズ）の形状に成形されている。この筒形凸レンズ形状は、図２のＹ−Ｙで示す稜線の方向が、導光体２０の厚みＴ方向に延びていて、その曲率半径ｒは、この筒形凸レンズ形状の弦長Ｃ（この場合は導光体２０の幅Ｗに等しい）の０．５倍〜１．０倍の範囲内とされている。ここで弦長Ｃとは筒形凸レンズ形状の断面弧の弦の長さであり、導光体の幅Ｗとは、出射面２２と反射面２３との離間距離である。この受光端面２１の筒形凸レンズ形状が本実施形態の特徴となっている。
【００２１】
図３は本実施形態の面発光体１と液晶表示ユニット５０とを組合わせて構成した本発明の液晶表示装置の一例を示す、図１の線Ｘ−Ｘで切った断面図である。図１および図３において、板状導光部３０は概略方形の平板状に成形されてなり、その一方の側面が入射側面３１として導光体２０の出射面２２に対向して配置され、板状導光部３０の受光面とされている。
【００２２】
板状導光部３０の板面の一方は液晶表示ユニット５０の表示面５３と対向するように配置され、発光面３２とされている。発光面３２と対向する外側の板面は対向面３３とされている。対向面３３には複数のプリズム状傾斜面３４…が形成されている。このプリズム状傾斜面３４…は、何れもその稜線３５が導光体２０の出射面２２が延びる方向と平行になるように成形され、かつ導光体２０から板状導光部３０に入射した光を発光面３２の方向に均一に反射する形状に成形されている。
【００２３】
図３に示した液晶表示ユニット５０は液晶表示板５１とその下層に配された反射層５２とからなっている。液晶表示板５１は液晶層５４と、図示しないが液晶層を駆動する電極と、この電極に断続的に電位を印加する駆動回路と、偏光膜やカラーフィルタなどの光制御板とを有し、液晶層５４の液晶分子の配向により透光／遮光のスイッチングが行われるようになっている。液晶表示板５１の構成や駆動方式は特に限定されるものではない。
反射層５２は、一例を図４に示すように、有機膜５５の表面に内面が球面の一部をなす多数の凹部５６ａ…が重なり合うように連続して形成されており、この有機膜５５上に反射膜５７が成膜されてなっている。液晶表示板５１と反射層５２とは、液晶表示板５１の表示面５３が板状導光部３０の発光面３２と対向するように積層されることで、反射型液晶表示ユニットを構成している。
【００２４】
次に図１〜図３を用い、本実施形態の面発光体１の作用について説明する。まず概略の光の経路を説明すると、光源部１０，１０から放射されたＬＥＤ光は導光体２０のそれぞれの受光端面２１，２１から入射し、導光体２０内に導入される。導光体２０内に導入された光は反射面２３に成形された複数のプリズム状傾斜面２４…によって大部分の光は出射面２２の方向に反射され、出射面２２から、この細長い面全体が光る帯状光束Ｌ1として出射し、入射側面３１から板状導光部３０内に導入される。板状導光部３０内に導入された光は、対向面３３に成形された複数のプリズム状傾斜面３４…によって大部分の光は発光面３２の方向に反射され、発光面３２から、面全体が光る面状光束Ｌ2として液晶表示ユニット５０の表示面５３を照射する。
【００２５】
液晶表示ユニットの表示面５３を照射した光の内、液晶分子の配向によって遮光されることなく液晶層５４を透過した光は反射層５２に達し、この反射層５２によって反射され、再び液晶層５４を透過し、更に板状導光部３０を透過して直進する。板状導光部３０は、板面に対してほぼ垂直に入射する液晶表示ユニットからの反射光を透過することができるので、液晶層５４がパターン形成する画像光Ｌ3は対向面３３から外部に出射され視認されるようになる。
この板状導光部３０は、入射側面３１以外の側面や上下の板面が、外光や光源光の余分な反射や散乱に起因するヘイズやグレアを防止し画像コントラストを高めるために反射防止膜が施されていてもよい。
【００２６】
前記実施形態の面発光体１において、導光体２０の受光端面２１の形状の効果を調べるため、筒形凸レンズ形状の曲率半径ｒを種々変化させた導光体の試作品を作成し、出射面２２から帯状光束として出射する光の輝度とその分布を測定した。出射光の輝度の測定は、出射面２２の長手方向に一方の端部から中央線Ｘ−Ｘまでの長さ（半長）を１７等分してそれぞれを測定点とし、図５に示すように、各測定点において、垂直線から出射面２２の長手方向に±２０°の範囲内で測定視野を振って輝度を測定し、その平均値を測定点における輝度とした。
【００２７】
（測定例１：平均出射光輝度）
受光端面２１の曲率半径ｒを０．５Ｃ〜２．５Ｃ（Ｃは弦長）の範囲内で変化させた実施例と、受光端面２１が平坦な比較例について前記各測定点で測定した輝度を、各曲率半径ごとに平均し、それぞれの比曲率半径（ｒ／Ｃ）において出射面２２全体から出射される帯状光束の平均輝度を求めた。測定結果を図６に示す。
図６の結果から、受光端面２１を筒形凸レンズ形状に成形した本実施形態の導光体２０は、受光端面が平坦な従来型の導光体より板状導光部３０に入射する光の平均輝度が明らかに勝っており、特に０．５ｒ／Ｃ〜１．０ｒ／Ｃの範囲内では従来型の導光体より１３％以上平均輝度が向上していることがわかる。
【００２８】
（測定例２：出射光輝度の均一性）
受光端面２１の曲率半径ｒを０．５Ｃ〜２．５Ｃの範囲内で変化させた実施例と、受光端面２１が平坦な比較例について前記各測定点で出射される光の輝度を測定し、それぞれの曲率半径における前記１７の測定点の輝度の内、最小値（min）と最大値（max）との比（min／max）を計算し、導光体の長手方向に沿う出射光輝度の均一性の指標とした。比較例のmin／maxは０．３であった。min／max値は大きい方が均一性が高い。
測定結果を図７に示す。
図７の結果から、受光端面２１を筒形凸レンズ形状に成形した本実施形態の導光体２０は、受光端面が平坦な従来型の導光体より導光体の長手方向に沿う出射光輝度の均一性が明らかに勝っており、部分的な出力ムラが少なくなっていることがわかる。
【００２９】
（測定例３：長手方向の出射光輝度均一性）
前記測定例２に関連して、前記１７測定点のそれぞれにおける出射光輝度を、本実施形態の一例である曲率半径ｒが０．６Ｃである導光体と、受光端面が平坦な従来型の導光体とについて測定した。
測定結果を図８に示す。測定位置は導光体の半長を１として表示した。
図８の結果から、実施形態の場合も比較例の場合も導光体の中央部に向かって輝度が上昇する傾向は見られるが、実施形態の場合は比較例に比べ端部と中央部との輝度出力の差が小さく、帯状光束の全長に亘って輝度の均一性が改善されていることがわかる。
【００３０】
以上説明した測定例１〜測定例３の結果から、受光端面が筒形凸レンズ形状に成形された本実施形態の導光体は、受光端面が平坦な従来型の導光体より出射光輝度が向上し、かつ帯状光束全体に亘って輝度の均一性が改善されていることがわかる。特に筒形凸レンズ部の曲率半径が弦長の０．５倍〜１．０倍の範囲内のときその効果が顕著である。
一般に光源からの拡散光の進路に凸レンズを挿入すれば、拡散する光が収束する結果、直進光が増大すると予想される。しかし本導光体の構成においては、導光体内を長手方向に直進する光は反射面２３で反射されることなく無駄になるので好ましくない。本発明はこの予想を覆し、意外にも光の進路に凸レンズを置くことで出射面２２からの光出力が増大しかつ帯状光束全体に亘って輝度ムラが改善されることを見出したことによりもたらされたものである。
【００３１】
（実施形態２）
実施形態２の面発光体は、導光体の受光端面形状が異なる以外は実施形態１と同様の構成を有する。従ってここでは主として導光体の受光端面形状について詳しく説明する。
図９は、この実施形態における導光体２０の一方の受光端面付近を示す斜視図である。図９において、この導光体２０は、実施形態１の場合と同様に長手方向に延びる４側面のうち、板状導光部の端面（図示せず）と対向して配置された側面が光を出射する出射面２２とされ、この出射面２２と対向する側面が反射面２３とされている。反射面２３には複数のプリズム状傾斜面２４…が形成されている。このプリズム状傾斜面２４…は、実施形態１と同様に何れもその稜線が導光体２０の厚みＴ方向に延びていて、導光体２０に入射した光を出射面２２側に反射する形状に成形されている。図示しないが出射面２２を除く導光体の３方の側面は全て反射膜により覆われている。
【００３２】
導光体２０の受光端面２６は、図示しない光源部から照射された光を受光する位置に配置されている。実施形態２の受光端面２６は、光源部方向に凸となる２条の筒形凸レンズ２６ａ，２６ｂの形状に成形されている。この筒形凸レンズ２６ａ，２６ｂは、いずれも稜線の方向Ｚａ，Ｚｂが導光体２０の厚みＴ方向に延びている。筒形凸レンズ２６ａ，２６ｂの曲率半径は同じでも異なっていてもよく、それぞれの弦長Ｃ（この場合弦長Ｃはそれぞれ導光体２０の半幅Ｗ／２とされているが、互いの弦長は異なっていてもよい）の０．５倍〜１．０倍の範囲内とされている。
【００３３】
実施形態２の導光体は、実施形態１の場合と同様に反射型液晶表示ユニットの表示面上に重ねて点灯するとき、実施形態１の場合と実質的に同様に明るくかつ照明ムラのない照明効果が得られた。
【００３４】
（実施形態３）
実施形態３の面発光体は、導光体の受光端面形状が異なる以外は実施形態１と同様の構成を有する。従ってここでは主として導光体の受光端面形状について詳しく説明する。
図１０は、この実施形態における導光体２０の一方の受光端面付近を示す斜視図である。図１０において、この導光体２０は、実施形態１の場合と同様に長手方向に延びる４側面のうち、板状導光部の端面（図示せず）と対向して配置された側面が光を出射する出射面２２とされ、この出射面２２と対向する側面が反射面２３とされている。
【００３５】
導光体２０の受光端面２７は、図示しない光源部から照射された光を受光する位置に配置されている。実施形態３の受光端面２７は、光源部方向に凸となる球面凸レンズの形状に成形されている。この球面凸レンズ形状は、その曲率半径が弦長Ｃ、この場合は導光体２０の対角線長の０．５倍〜１．０倍の範囲内とされている。
【００３６】
実施形態３の導光体は、実施形態１の場合と同様に反射型液晶表示ユニットの表示面上に重ねて点灯するとき、実施形態１の場合と実質的に同様に明るくかつ照明ムラのない照明効果が得られた。
【００３７】
（実施形態４）
実施形態４の面発光体は、導光体の受光端面形状が異なる以外は実施形態１と同様の構成を有する。従ってここでは主として導光体の受光端面形状について詳しく説明する。
図１１は、この実施形態における導光体２０の受光端面付近を示す平面図である。図１１において、この導光体２０は、実施形態１の場合と同様に長手方向に延びる４側面のうち、板状導光部３０の入射側面３１と対向して配置された側面が光を出射する出射面２２とされ、この出射面２２と対向する側面が反射面２３とされている。
【００３８】
導光体２０の受光端面２８は、光源部１０から照射された光を受光する位置に配置されている。実施形態４の受光端面２８は、光源部１０方向に凸となる凸プリズムの形状に成形されている。この凸プリズムの稜線は出射面２２の幅方向に延びている。凸プリズム形状の底辺を挟む双方の仰角θ，θは同じでも異なってもよいが、２°〜４０°の範囲内とされている。
【００３９】
次に本実施形態の面発光体の作用について図１１を用いて説明する。まず概略の光の経路を説明すると、光源部１０から放射されたＬＥＤ光は導光体２０の受光端面２８から入射し、導光体２０内に導入される。導光体２０内に導入された光は反射面２３に成形された複数のプリズム状傾斜面２４…によって大部分の光が出射面２２の方向に反射され、出射面２２から、この面全体が光る帯状光束として出射し、板状導光部３０の入射側面３１から板状導光部３０内に導入される。板状導光部３０内に導入された光は対向面３３に成形された複数のプリズム状傾斜面３４…によって大部分の光は発光面３２の方向に反射され、発光面３２から、面全体が光る面状光束として図示しない液晶表示ユニットの表示面を照射する。
【００４０】
液晶表示ユニットの表示面を照射した光の内、液晶層において液晶分子の配向によって遮光されることなく透過した光は反射層に達し、この反射層によって反射され、再び液晶表示板を透過し、更に板状導光部３０を透過して直進し、対向面３３から外部に放射され視認されることになる。この板状導光部３０は、導光体から光が入射する入射側面３１以外の側面や上下の板面は、外光や光源光の余分な反射や散乱に起因するヘイズやグレアを防止し画像コントラストを高めるために反射防止膜が施されていてもよい。
【００４１】
前記実施形態の導光体において、導光体の受光端面２７の仰角θを種々変化させた試作品を作成し、出射面２２から帯状光束として出射する光の輝度を測定した。ただし凸プリズム形状の双方の仰角θ，θは等しくした。
輝度の測定は、実施形態１の場合と同様に出射面２２の長手方向に一方の端部から中央線Ｘ−Ｘまでの長さ（半長）を１７等分してそれぞれを測定点とし、各測定点において、垂直線から出射面２２の長手方向に±２０°の範囲内で測定視野を振って輝度を測定し、その平均値を測定点における輝度とした。
【００４２】
（測定例５：平均出射光輝度）
受光端面２８の仰角θを０°〜５０°の範囲内で変化させ、前記各測定点で出力される出射光輝度を測定し、更に各仰角ごとに前記輝度の平均値を計算し、それぞれの仰角において出射面２２全体から出射される帯状光束の平均輝度を求めた。比較例は仰角θが０°の平坦面の場合である。
測定結果を図１２に示す。
図１２の結果から、受光端面２８を凸プリズム形状に成形した本実施形態の導光体は、受光端面が平坦な従来型の導光体より板状導光部３０に入射する光の平均輝度が勝っており、特に２°〜４０°の範囲内では従来型の導光体より明らかに平均の出射光輝度が向上していることがわかる。特に仰角が２０°〜３０°の範囲内では従来型の導光体より１３％も平均出射光輝度が向上している。
【００４３】
（測定例６：輝度の均一性）
受光端面２８の仰角θを２°〜５０°の範囲内で変化させた実施例と、受光端面が平坦な比較例（θ＝０°）について前記各測定点で出射される光の輝度を測定し、それぞれの仰角θにおける前記１７の測定点の輝度の内、最小値（min）と最大値（max）との比（min／max）を計算し、導光体の長手方向に沿う出射光輝度の均一性の指標とした。比較例のmin／maxは０．３であった。min／max値は大きい方が均一性が高い。
測定結果を図１３に示す。
図１３の結果から、受光端面２８をプリズム状に成形した本実施形態の導光体は、受光端面が平坦な従来型の導光体より導光体の長手方向に沿う出射光輝度の均一性が勝っており、部分的な出力ムラが少なくなっていることがわかる。
【００４４】
（測定例７：長手方向の出射光輝度均一性）
前記測定例６に関連して、前記１７測定点のそれぞれにおける出射光輝度を、本実施形態の一例である端面プリズムの仰角が３０°である導光体と、受光端面が平坦な従来型の導光体とについて測定した。
測定結果を図１４に示す。測定位置は導光体の半長を１として表示した。
図１４の結果から、比較例の場合は導光体の中央部に向かって輝度が漸次上昇する傾向が見られる。これに対して本実施形態の場合は端部と中央部の輝度が高く中間部では輝度が低下して比較例と同程度になるが全域を通して出射光輝度の差が小さく、帯状光束の全長に亘って輝度の均一性が改善されていることがわかる。
【００４５】
以上説明した測定例５〜測定例７の結果から、導光体の受光端面をプリズム形状に成形した本実施形態の導光体は、受光端面が平坦な従来型の導光体より出射光輝度が向上し、かつ帯状光束全体に亘って出射光輝度の均一性が改善されていることがわかる。特に仰角が２°〜４０°の範囲内のときその効果が顕著であった。
【００４６】
（実施形態５）
実施形態５の面発光体は、導光体の受光端面形状が異なる以外は実施形態１と同様の構成を有する。従ってここでは主として導光体の受光端面形状について詳しく説明する。
図１５は、この実施形態における導光体２０の受光端面付近を示す平面図である。図１５において、この導光体２０は、実施形態１の場合と同様に長手方向に延びる４側面のうち、板状導光部３０の受光端面３１と対向して配置された側面が出射面２２とされ、この出射面２２と対向する側面が反射面２３とされている。反射面２３には複数のプリズム状傾斜面２４…が形成されている。
【００４７】
導光体２０の受光端面２９は、光源部１０から照射された光を受光する位置に配置されている。実施形態５の受光端面２９は、光源部１０方向に凸となる２条の凸プリズム形状２９ａ，２９ｂに成形されている。この凸プリズム形状２９ａ，２９ｂは、いずれも稜線の方向が導光体２０の厚み方向に延びている。凸プリズム形状２９ａ，２９ｂの各仰角はそれぞれが同じでも異なっていてもよいが、いずれも２°〜４０°の範囲内とされている。
【００４８】
実施形態５の面発光体は、実施形態１の場合と同様に反射型液晶表示ユニットの表示面上に重ねて点灯するとき、実施形態１の場合と実質的に同様に明るくかつ照明ムラのない照明効果が得られた。
【００４９】
（実施形態６）
実施形態６の面発光体は、導光体の受光端面形状が異なる以外は実施形態１と同様の構成を有する。従ってここでは主として導光体の受光端面形状について詳しく説明する。
図１６は、この実施形態における導光体２０の受光端面付近を示す平面図である。図９において、この導光体２０は、実施形態１の場合と同様に長手方向に延びる４側面のうち、板状導光部３０の受光端面３１と対向して配置された側面が出射面２２とされ、この出射面２２と対向する側面が反射面２３とされている。
【００５０】
導光体２０の受光端面４０は、光源部１０から照射された光を受光する位置に配置されている。実施形態６の受光端面４０は、４分割筒形凸レンズの形状を有するレンズ部４０ａと片側傾斜面の形状を有するプリズム部４０ｂとが合体して１条の凸面が形成された複合型凸面形状となっている。ここで「４分割筒形凸レンズ部」とは、円柱を軸心に沿って４等分した形状である。レンズ部４０ａとプリズム部４０ｂとが合体して形成される凸面の稜線は導光体２０の厚み方向（すなわち幅Ｗに対して垂直方向）に延びている。試作した導光体６Ａ，６Ｂ，６Ｃの受光端面におけるレンズ部４０ａの曲率半径ｒとプリズム部４０ｂの底辺長さＬとの関係を、導光体２０の幅Ｗに対する比として図１６に表示した。
【００５１】
実施形態６の面発光体は、導光体の受光端面の形状が図１６に示す６Ａ，６Ｂ，６Ｃの何れであっても、反射型液晶表示ユニットの表示面上に重ねて点灯するとき、実施形態１の場合と実質的に同様に明るくかつ照明ムラのない照明効果が得られた。
【００５２】
（実施形態７）
実施形態７の面発光体は、導光体の受光端面形状が異なる以外は実施形態１と同様の構成を有する。従ってここでは主として導光体の受光端面形状について詳しく説明する。
図１７は、この実施形態における導光体２０の受光端面付近を示す平面図である。図１７において、この導光体２０は、実施形態６の場合と同様に長手方向に延びる４側面のうち、板状導光部３０の受光端面３１と対向して配置された側面が出射面２２とされ、この出射面２２と対向する側面が反射面２３とされている。
【００５３】
導光体２０の受光端面４１は、光源部１０から照射された光を受光する位置に配置されている。実施形態７の受光端面４１は、実施形態６と同様に４分割筒形凸レンズの形状を有するレンズ部４１ａと片側傾斜面の形状を有するプリズム部４１ｂとが合体して１条の凸面が形成された複合型凸面形状となっている。ただしレンズ部４１ａとプリズム部４１ｂとの板状導光部３０に向かっての配列順序が実施形態６の場合とは逆になっている。すなわちレンズ部４１ａが板状導光部３０側に配置されている。試作した導光体７Ａ，７Ｂ，７Ｃの受光端面におけるレンズ部４１ａの曲率半径ｒとプリズム部４１ｂの底辺長さＬとの関係を、導光体２０の幅Ｗに対する比として図１７に表示した。
【００５４】
実施形態７の面発光体は、導光体の受光端面の形状が図１７に示す７Ａ，７Ｂ，７Ｃの何れであっても、反射型液晶表示ユニットの表示面上に重ねて点灯するとき、実施形態１の場合と実質的に同様に明るくかつ照明ムラのない照明効果が得られた。
【００５５】
（実施形態８）
実施形態８の面発光体は、導光体の受光端面形状が異なる以外は実施形態１と同様の構成を有する。従ってここでは主として導光体の受光端面形状について詳しく説明する。
図１８（ａ）は、この実施形態における導光体２０の受光端面付近を示す平面図である。図１８（ａ）において、この導光体２０は、実施形態１の場合と同様に長手方向に延びる４側面のうち、板状導光部３０の受光端面３１と対向して配置された側面が出射面２２とされ、この出射面２２と対向する側面が反射面２３とされている。
【００５６】
導光体２０の受光端面４２は、光源部１０から照射された光を受光する位置に配置されている。実施形態８の受光端面４２は、４分割筒形凸レンズの形状を有するレンズ部４２ａと片側傾斜面の形状を有するプリズム部４２ｂとが合体して１条の凸面を形成し、この複合型凸面形状がプリズム部４２ｂ，４２ｂを内側にして対称的に２条配列されている。いずれも稜線の方向は導光体２０の厚み方向（すなわち幅Ｗに対して垂直方向）に延びている。
【００５７】
図１８（ａ）に示した受光端面４２の配列順序は、板状導光部３０の側から
［レンズ部４２ａ−プリズム部４２ｂ−プリズム部４２ｂ−レンズ部４２ａ］
となっている。試作例として、図１８（ｂ）〜図１８（ｄ）に示すようにそれぞれレンズ部４２ａとプリズム部４２ｂとの配列順序を変更し、ただし必ずレンズ部４２ａとプリズム部４２ｂとが組合わされて１条の凸面を形成するようにして導光体を作成した。図番と前記組合わせとの関係を以下に示す。
図１８（ｂ）：［レンズ部４２ａ−プリズム部４２ｂ−レンズ部４２ａ−プリズム部４２ｂ］
図１８（ｃ）：［プリズム部４２ｂ−レンズ部４２ａ−レンズ部４２ａ−プリズム部４２ｂ］
図１８（ｄ）：［プリズム部４２ｂ−レンズ部４２ａ−プリズム部４２ｂ−レンズ部４２ａ］
【００５８】
実施形態８の面発光体は、図１８（ａ）〜図１８（ｄ）に示す何れの組合わせのものも、反射型液晶表示ユニットの表示面上に重ねて点灯するとき、実施形態１の場合と実質的に同様に明るくかつ照明ムラのない照明効果が得られた。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の面発光体は、導光体の受光端面から入射した光を出射面から帯状光束として出射するように構成され、前記受光端面が凸面形状に成形されているので、端面が平坦な従来の導光体に比べ、出射面から出射される帯状光束の輝度および均一性が向上している。
本発明の面発光体は、前記導光体と板状導光部とを有し、前記板状導光部が、前記導光体から出射された帯状光束を入射側面から受光し、板面から面状光束として出射するように構成されているので、端面が平坦な導光体を用いた従来の面発光体に比べ、板状導光部の板面から出射される面状光束の輝度および均一性が向上している。
本発明の液晶表示装置は、前記本発明の面発光体と液晶表示ユニットとを備えているので、従来の面発光体を用いたものに比べ、表示画像が明るく、かつ明るさの均一性が向上している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１の面発光体を示す平面図である。
【図２】  前記実施形態の導光体の端部近辺を示す斜視図である。
【図３】  前記実施形態の面発光体と液晶表示ユニットとを組合わせて構成した本発明の液晶表示装置の一例を示す断面図である。
【図４】  前記液晶表示装置に用いられる反射層の一例を示す斜視図である。
【図５】  導光体の出射面から出射される出射光の輝度を測定する方法を示す平面図である。
【図６】  平均出射光輝度の測定結果を示すグラフである。
【図７】  出射光輝度の均一性の測定結果を示すグラフである。
【図８】  導光体の長手方向の出射光輝度均一性の測定結果を示すグラフである。
【図９】  実施形態２における導光体の受光端面付近を示す斜視図である。
【図１０】  実施形態３における導光体の受光端面付近を示す斜視図である。
【図１１】  実施形態４における導光体の受光端面付近を示す平面図である。
【図１２】  平均出射光輝度の測定結果を示すグラフである。
【図１３】  出射光輝度の均一性の測定結果を示すグラフである。
【図１４】  導光体の長手方向の出射光輝度均一性の測定結果を示すグラフである。
【図１５】  実施形態５における導光体の受光端面付近を示す平面図である。
【図１６】  実施形態６における導光体２０の受光端面付近を示す平面図である。
【図１７】  実施形態７における導光体の受光端面付近を示す平面図である。
【図１８】  （ａ）〜（ｄ）は何れも、実施形態８における導光体の受光端面付近を示す平面図である。
【図１９】  従来から用いられている液晶表示装置の一例を示す斜視図である。
【図２０】  （ａ）は前記従来の液晶表示装置の一部を表示面側から見た平面図、（ｂ）はその線Ｘ−Ｘで切った断面図である。
【符号の説明】
１０…光源部、
２０…導光体、２１…受光端面、２２…出射面、２３…反射面、
３０…板状導光部、３１…入射側面、３２…発光面、３３…対向面、
５０…液晶表示ユニット、５１…液晶表示板、５２…反射層。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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