(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面に他主面側に向けて光を反射する複数の凹凸反射部を有する平面視略四角形状の透明板と、
前記透明板に沿って配置され、前記透明板側に向けて光を反射する複数のＶ溝を有する長尺状の導光部材と、
前記導光部材における両端部付近に配置される光源と、を備え、
前記複数のＶ溝の底角は、１００°〜１５０°であり、
前記複数のＶ溝のうち、前記長手方向の両端域に位置するＶ溝の深さは、該長手方向の中央域に位置するＶ溝の深さより深いことを特徴とする、面状照明装置。
【請求項２】
一主面に他主面側に向けて光を反射する複数の凹凸反射部を有する平面視略四角形状の透明板と、
前記透明板に沿って配置され、前記透明板側に向けて光を反射する複数のＶ溝を有する長尺状の導光部材と、
前記導光部材における一端部付近に配置される光源と、
前記導光部材における他端部付近に配置される光反射部材と、を備え、
前記複数のＶ溝の底角は、１００°〜１５０°であり、
前記複数のＶ溝のうち、前記長手方向の両端域に位置するＶ溝の深さは、該長手方向の中央域に位置するＶ溝の深さより深いことを特徴とする、面状照明装置。
【請求項３】
前記Ｖ溝の深さは、前記中央域から前記両端域に向かって順次深くなるように設定されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の面状照明装置。
【請求項４】
前記導光部材の構成材料は、前記透明板の構成材料と同じであ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面状照明装置。
【請求項５】
前記両端域に位置するＶ溝の深さは、前記中央域に位置するＶ溝の深さの６倍以下に設定され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面状照明装置。
【請求項６】
発光有効エリア全域における相対輝度は０．９以上であ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面状照明装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の面状照明装置と、該面状照明装置と対向配置される液晶表示パネルと、を備え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】
本発明は液晶表示パネル等の照明手段に用いられる面状照明装置及びそれを用いた液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、液晶表示パネル等の照明手段として、面状照明装置が用いられている。
【０００３】
かかる従来の面状照明装置は、例えば図５に示す如く、略四角形状を成すアクリル系樹脂製の透明板２５の一主面に、光を他主面側に反射させる複数の凹凸反射部２５ａを形成するとともに、前記透明板２５の一辺に沿って、光を透明板２５側に反射させる複数のＶ溝２３ａが長手方向に配列されたアクリル系等樹脂から成る長尺状の導光部材２３を配置し、更に、該導光部材２３の長手方向の両端付近に発光ダイオード等から成る一対の光源２６を配した構造のものが知られており、前記光源２６より導光部材２３の内部に向けて照射された光を、前記Ｖ溝２３ａの内面で透明板２５側へ反射するとともに、該透明板２５側に反射された光を前記凹凸反射部２５ａで透明板２５の他主面側に反射し、この反射光を外部へ出射させることにより面状照明装置として機能する。
【０００４】
そして、上述した前記面状照明装置を用いて液晶表示装置を構成する場合、図６に示す如く、液晶表示パネル２８の表示部上に面状照明装置２１を配置させるようにし、該面状照明装置２１の透明板２５の他主面側より外部へ出射された光を前記液晶表示パネル２８に入射させ、その表示部に出力される画像を所定の輝度で表示させることにより液晶表示装置として機能する。
【０００５】
尚、前記導光部材２３に配列されている複数のＶ溝２３ａは、その底角が略直角に形成されており、これによってＶ溝２３ａの内面に当たる光を透明板２５の前記一辺に対して略垂直方向に反射させるようにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の面状照明装置２１において、前記Ｖ溝２３ａの底角を略直角に成してあることから、光源２６より導光部材２３の内部に向けて照射された光の方向とＶ溝２３ａの内面との間のなす角度θが約４５°と比較的大きくなり、それ故、導光部材２３の内部に照射される光の多くがＶ溝２３ａで反射せずにそのまま外部に漏れてしまい、光利用効率が著しく低下するという欠点を有していた。
【０００７】
そこで、上記欠点を解消するために前記Ｖ溝２３ａの底角を９０°よりも大きく設定することにより外部に漏れる光量を小さく抑え、面状照明装置の光利用効率を向上させることが提案されている。
【０００８】
しかしながら、前記Ｖ溝２３ａの底角を９０°よりも大きく設定した場合、図７に示す如く、Ｖ溝２３ａに当たる光源２６からの光は、透明板２５の前記一辺に対して斜め方向に反射されるため、透明板２５の両端域に入射される光量が中央域に比し少なくなり、かかる面状照明装置を用いて液晶表示装置を構成した場合、液晶表示パネルの両端域で輝度が不足して、液晶表示パネルに表示される画像に輝度むらが生じる欠点を誘発する。
【０００９】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、光の利用効率を向上させることができ、液晶表示パネルの輝度むらを小さく抑えることが可能な高品質の面状照明装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面に係る面状照明装置は、一主面に他主面側に向けて光を反射する複数の凹凸反射部を有する平面視略四角形状の透明板と、前記透明板に沿って配置され、前記透明板側に向けて光を反射する複数のＶ溝を有する長尺状の導光部材と、前記導光部材における両端部付近に配置される光源と、を備え、前記複数のＶ溝の底角は、１００°〜１５０°であり、前記複数のＶ溝のうち、前記長手方向の両端域に位置するＶ溝の深さは、該長手方向の中央域に位置するＶ溝の深さより深いことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の第２の側面に係る面状照明装置は、一主面に他主面側に向けて光を反射する複数の凹凸反射部を有する平面視略四角形状の透明板と、前記透明板に沿って配置され、前記透明板側に向けて光を反射する複数のＶ溝を有する長尺状の導光部材と、前記導光部材における一端部付近に配置される光源と、前記導光部材における他端部付近に配置される光反射部材と、を備え、前記複数のＶ溝の底角は、１００°〜１５０°であり、前記複数のＶ溝のうち、前記長手方向の両端域に位置するＶ溝の深さは、該長手方向の中央域に位置するＶ溝の深さより深いことを特徴とするものである。
【００１２】
本面状照明装置において前記Ｖ溝の深さは、前記中央域から前記両端域に向かって順次深くなるように設定されているのが好ましい。本面状照明装置において前記導光部材の構成材料は、前記透明板の構成材料と同じであるのが好ましい。本面状照明装置において前記両端域に位置するＶ溝の深さは、前記中央域に位置するＶ溝の深さの６倍以下に設定されるのが好ましい。本面状照明装置において、発光有効エリア全域における相対輝度は０．９以上であるのが好ましい。
【００１３】
本発明に係る液晶表示装置は、上述の面状照明装置と、該面状照明装置と対向配置される液晶表示パネルと、を備えることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の面状照明装置によれば、透明板の一辺に沿って配置される長尺状の導光部材に、光を透明板側に反射させる複数のＶ溝を長手方向に沿って配列するとともに、該Ｖ溝の底角を１００°〜１５０°に設定したことから、前記導光部材の内部に照射される光の方向とＶ溝内面との間の角度θが、適度な大きさになり、光の多くがＶ溝によって透明板側に反射されるようになる。従って、面状照明装置の光利用効率を大幅に向上させることができる。
【００１５】
また、本発明の面状照明装置によれば、前記Ｖ溝の深さを前記導光部材の長手方向中央域に比し両端域で深くなるように設定したことから、光源からの光が両端域に位置するＶ溝の内面に多量に当たり、Ｖ溝によって反射される光を透明板の両端域に、より多く入射させることができる。従って、面状照明装置を液晶表示パネルの表示部上、もしくは、表示部の裏側に配置させて、液晶ディスプレイ等の液晶表示装置を構成した場合であっても、液晶表示パネルの両端域で輝度が不足することはほとんどなく、液晶表示パネルに表示される画像の輝度むらを小さく抑えることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施形態にかかる面状照明装置の斜視図、図２は図１の面状照明装置を使用される導光部材の斜視図であり、図１に示す面状照明装置は、複数の凹凸反射部５ａが形成された透明板５の一辺に沿って、複数のＶ溝３ａが長手方向に配列された長尺状の導光部材３を配置し、更に、該導光部材３の長手方向の両端に一対の光源６を配した構成を有している。
【００１８】
前記透明板５は、例えば、略四角形状に加工したアクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂等の透明な樹脂材料から成り、その一主面に、複数の凹凸反射部５ａ等が設けられ、内部に入射された光を、凹凸反射部５ａまで導く作用を為している。
【００１９】
前記複数の凹凸反射部５ａは、前記透明板５の一主面に長手方向にわたって断面Ｖ字状の溝を２０本／ｃｍ〜１００本／ｃｍの密度で配列させて成り、透明板５の内部に入射された光を他主面側に反射させる作用を為す。
【００２０】
尚、前記透明板５は、例えばアクリル系樹脂から成る場合、従来周知の射出成形法を採用することにより凹凸反射部５ａとともに一体的に製作される。
【００２１】
前記透明板５の一辺に沿って配置される前記長尺状の導光部材３は、前記透明板５と同様、例えば、アクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂等の種々の透明な樹脂材料により略長方形状に形成されており、その両端に発光ダイオード等の発光素子からなる一対の光源６が配置され、これら一対の光源６からの光を導光部材３の長手方向にわたり配列された複数のＶ溝３ａまで導く作用を為す。
【００２２】
前記Ｖ溝３ａは、導光部材３の内部に入射された光を透明板５側に反射させるためのものであり、導光部材３の外表面（導光部材３が透明板５と対向する面と反対側の面）に１０本／ｃｍ〜５０本／ｃｍの密度で長手方向にわたり配列され、底角は１００°〜１５０°に、深さは導光部材３の長手方向中央域に比し両端域で深くなるように（中央域の深さ２０μｍ〜１００μｍ、両端域の深さ４０μｍ〜１２０μｍ）設定されている。
このように、前記Ｖ溝３ａの底角を１００°〜１５０°に設定したことから、前記導光部材３の内部に入射される光の方向とＶ溝３ａの内面との間の角度θが適度な大きさとなり、反射する光の多くがＶ溝３ａによって透明板５側に反射されるようになる。従って、面状照明装置の光利用効率を大幅に向上させることができる。
【００２３】
このとき、前記Ｖ溝３ａの底角が１００°未満になると、光源６より導光部材３の内部に向けて照射された光の方向とＶ溝３ａの内面との間の角度θが大きすぎるため、従来周知のスネルの法則によりＶ溝３ａの内面に当たる光の多くが、そのままＶ溝３ａの内面を透過してしまい、前記面状照明装置の光利用効率が大幅に低下してしまう。また一方、そのＶ溝３ａの底角が１５０°を超えると、光源６より導光部材３の内部に向けて照射された光の方向とＶ溝３ａとのなす角度θが小さすぎるため、Ｖ溝３ａで反射される光の方向が透明板５の前記一辺に対して略斜め方向に反射するため、該反射光が導光部材３と透明板５との境界面で再度反射してしまい、それ故、透明板５に入射する光の量が減少し、前記面状照明装置の光利用効率が低下してしまう。従って、前記Ｖ溝３ａの底角を１００°〜１５０°に設定することが重要である。
【００２４】
また、前記Ｖ溝３ａの深さを導光部材３の長手方向中央域に比し両端域で深くなるように設定したことから、両端域に位置するＶ溝３ａの内面に当たる光量が増加し、Ｖ溝３ａによって反射される光を透明板５の両端域により多く入射させることができる。従って、面状照明装置を液晶表示パネル８の表示部上、もしくは、表示部の裏側に配置させて、液晶ディスプレイ等の液晶表示装置を構成した場合であっても、液晶表示パネル８の両端域で輝度が不足することはほとんどなく、液晶表示パネル８に表示される画像の輝度むらを小さく抑えることが可能となる。
【００２５】
尚、前記導光部材３は、前記透明板５と同様の方法、すなわち従来周知の射出成形法を採用することによりＶ溝３ａとともに一体的に製作される。
【００２６】
また一方、前記導光部材３の両端に配されている前記光源６は、例えば、ＧａＡｌＡｓ系やＧａＡｓＰ系から成るｐ型半導体とｎ型半導体とをｐｎ接合させて構成された発光ダイオード素子が好適に用いられており、図示しない電極等を介して電源電力がされ印加されると、ｐ型半導体中に電子が、ｎ型半導体中に正孔が、それぞれ注入され、これらをｐｎ接合付近で再結合させて該結合の際に生じたエネルギーを光に変換することによって所定の輝度で発光し、前記導光部材３の内部に照射される。
【００２７】
尚、前記光源６は、従来周知の半導体製造技術、具体的にはＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等を採用することによって製作され、導光部材３の長手方向両端に取着される。
【００２８】
かくして、前記光源６より導光部材３の内部に向けて照射された光を、前記Ｖ溝３ａで透明板５側へ反射するとともに、該透明板５側に反射された光を前記凹凸反射部５ａで透明板５の他主面側に反射し、この反射光を外部へ出射させることにより面状照明装置として機能する。
【００２９】
次に面状照明装置を用いて液晶表示装置を構成する場合について図３を用いて説明する。
【００３０】
同図に示す液晶表示装置は、液晶表示パネル８の表示部上に、面状照明装置１を液晶表示パネル８の表示部に透明板５の他主面が対向するように配置した構造を有している。
【００３１】
前記液晶表示パネル８は、例えば、一主面にストライプ状を為す多数の透明電極が形成された一対の透明基板９ａ、９ｂを透明電極同士が互いに向かい合った状態で直交するように所定の間隔を空けて対向配置させるとともに、これら一対の透明基板間の間隙に液晶材料１０を充填・封入して表示部と成す構造を有しており、外部からの画像データに基づいて多数の透明電極を介して液晶材料１０に電圧を選択的に印加し、液晶材料１０を構成する液晶分子の配列を変化させることにより、面状照明装置１からの光を調節し、液晶表示パネル８の表示部上の画像を所定の輝度で表示する。
【００３２】
このとき、上述した如く、面状照明装置１を構成する導光部材３に形成された複数のＶ溝３ａの深さが、導光部材３の長手方向中央域に比し両端域で深くなるように設定されているため、光源からの光が両端域に位置するＶ溝３ａの内面に多量に当たり、Ｖ溝３ａによって反射される光を透明板５の両端域により多く入射されることとなる。従って、液晶表示パネル８の両端域で輝度が不足することはほとんどなく、液晶表示パネル８に表示される画像の輝度むらを小さく抑えることが可能となる。
【００３３】
尚、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内での種々の変更、改良等が可能である。
【００３４】
例えば、上述の実施形態おいては、導光部材３の長手方向の両端に一対の光源６を設けるようにしたが、導光部材３の両端付近に一対の光源６を設けてもよく、或いは、図４に示す如く、これに代えて導光部材３の一端に光源６を、他端に光反射部材１１を配してもよく、いずれの場合も、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。尚、前記光反射部材１１は例えばポリエチレンテレフタレート等にアルミ，アルミ合金，銀，銀合金を形成して成るフィルムや、あるいは、アルミ，アルミ合金，銀，銀合金により導光部材３に直接形成した反射膜が好適に用いられる。
【００３５】
また、上述の実施形態においては、面状照明装置１を液晶表示部パネル８の表示部上に配するようにしたが、これに代えて面状照明装置１を液晶表示パネル８の表示部の裏側に配置させるようにしても構わない。
【００３６】
更に、前記Ｖ溝３ａの深さを、前記導光部材３の長手方向の中央域から両端域に向かって漸次深くなるようにしても同様の効果を得ることができる。
【００３７】
【実施例】
（実験例）
次に本発明の作用効果について実験例に基づき説明する。
【００３８】
まず、外形が３４．３×４５．０×１．０（mm）のアクリル系樹脂から成る透明板の一主面に、深さが約５．０μｍ、ピッチが約１５０μｍのＶ字状の溝から成る凹凸反射面を形成するとともに、前記透明板の一辺に沿って外形が３４．３×３．０×１．０（mm）、深さが８０μｍ一定、ピッチが約１５０μmであるＶ溝を有したアクリル系樹脂から成る長尺状の導光部材を配置し、更に、前記導光部材の長手方向の両端に一対の白色チップタイプLED（Light Emitting Diode）を配して成る面状照明装置において、底角が６０°,７２°,７８°,８４°,９０°,１００°,１１０°,１３４°,１４４°,１５０°,１６０°のときの面状照明装置を従来周知のモンテカルロ法に基づく光線解析によるシュミュレーションを行い、導光部材から透明板側へ導かれる光量を測定した。
【００３９】
これらの結果を、光源から照射される光量との相対比（光の利用効率）で図８のグラフに示す。
【００４０】
この図８によれば、Ｖ溝底角を１００°より小さく設定したとき、光の利用効率が約４５％より小さくなり、また一方、Ｖ溝底角を１５０°より大きく設定したときも光の利用効率が約４５％より小さくなり、光のロスが多いことが判る。
【００４１】
これに対し、Ｖ溝の底角が１００°〜１５０°に設定されているときは、光利用効率が約４５％より大きくなり、更に１１０〜１４４°に設定することで光利用効率が約５０％より大きくなり、外部に漏れる光の量を最小限に抑えることができる。
【００４２】
従って、これらの実験結果によれば、Ｖ溝の底角θは、少なくとも１００°〜１５０°に、好ましくは、１１０°〜１４４°に設定しなければならないことが判る。
【００４３】
しかしながら、Ｖ溝の底角を最適化することで光利用効率は向上したが、これに伴い前記導光部材より、透明板の両端域の内部に入射される光量が中央域に比し少なくなる問題が生じた。
【００４４】
そこで、導光部材の両端域から中央域にかけてその輝度を測定し、これらの輝度を相対的に表すとともに、かかる導光部材における輝度の分布を図１０の点線ｂに示す。尚、このときの導光部材のＶ溝底角は１３４°に設定したものである。
【００４５】
この図１０によれば、前記導光部材の両端部付近で輝度が大きく低下していることが判る。
【００４６】
尚、上述の導光部材は、例えば液晶表示装置の面状照明装置として配置した場合、その輝度が液晶表示パネルの表示に影響する発効有効エリアと、表示に影響しない発光有効エリア外の領域があり、本例の場合、発光有効エリア外の領域を前記導光部材端部から約３ｍｍ設けてあり、その領域以外、すなわち発効有効エリア内に輝度むらが発生しなければよい。
【００４７】
しかしながら、液晶表示パネルの発効有効エリアの両端付近に、輝度むらがあることが確認された。また、このときの前記輝度むらが発生した部位の相対輝度は０．８５であり、輝度むらが発生していない部位の相対輝度は０．９以上であった。
【００４８】
すなわち、輝度むらの発生を抑えるためには、液晶表示パネルの発効有効エリア全域にわたってその輝度が０．９以上必要であることが判った。
【００４９】
このような問題が発生したのは、前記Ｖ溝に当たる光源からの光が、透明板の前記一辺に対して斜め方向に反射したため、両端域に入射される光量が中央域に比し、少なくなったことが主な原因と考えられる。
【００５０】
すなわち、導光部材両端域の輝度を向上させる為に、導光部材のＶ溝深さを図９に示す如く、中央域で８０μｍ、両端域で９０μｍ〜１００μと中央域に比し両端域で深く設定するとともに、導光部材の両端域から中央域にかけてその輝度を相対的に表し、かかる導光部材における輝度の分布を図１０の点線ａに示す。
【００５１】
これによると、前記導光部材の両端から３ｍｍ付近において相対輝度が０.９以上であり、また、上述の表示に影響する発光有効エリア全域において相対輝度が０.９以上であり輝度むらの発生を抑えることができた。
【００５２】
従って、これらの実験結果によれば、光の利用効率を向上させて高輝度を達成するとともに、輝度むらの発生を抑制する為には、Ｖ溝の底角を１００°〜１５０°且つ、Ｖ溝の深さが導光部材の長手方向中央域に比し、両端域で深く設定しなければならないことが判った。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の面状照明装置によれば、透明板の一辺に沿って配置される長尺状の導光部材に、光を透明板側に反射させる複数のＶ溝を長手方向に沿って配列するとともに、該Ｖ溝の底角を１００°〜１５０°に設定したことから、前記導光部材の内部に照射される光の方向とＶ溝内面との間の角度θが、適度な大きさになり、光の多くがＶ溝によって透明板側に反射されるようになる。従って、面状照明装置の光利用効率を大幅に向上させることができる。
【００５４】
また、本発明の面状照明装置によれば、前記Ｖ溝の深さを前記導光部材の長手方向中央域に比し両端域で深くなるように設定したことから、光源からの光が両端域に位置するＶ溝の内面に多量に当たり、Ｖ溝によって反射される光を透明板の両端域に、より多く入射させることができる。従って、面状照明装置を液晶表示パネルの表示部上、もしくは、表示部の裏側に配置させて、液晶ディスプレイ等の液晶表示装置を構成した場合であっても、液晶表示パネルの両端域で輝度が不足することはほとんどなく、液晶表示パネルに表示される画像の輝度むらを小さく抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる面状照明装置の斜視図である。
【図２】図１の面状照明装置を使用される導光部材の斜視図である。
【図３】図１の面状照明装置を用いて構成した液晶表示装置の斜視図である。
【図４】本発明の他の実施形態にかかる液晶表示装置の斜視図である。
【図５】従来の面状照明装置の斜視図である。
【図６】従来の液晶表示装置の斜視図である。
【図７】従来の面状照明装置に使用される透明板内の光路を示す図である。
【図８】Ｖ溝の底角と光利用効率との関係を示すグラフである。
【図９】実験例として用いた本発明の面状照明装置に使用される導光部材のＶ溝深さ分布の一実施例を示すグラフである。
【図１０】導光部材の内部から照射される光の相対輝度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・面状照明装置
３・・・導光部材
３ａ・・・Ｖ溝
５・・・透明板
５ａ・・・凹凸反射部
６・・・光源
８・・・液晶表示パネル
【図１】
0004163900.tif 000002
【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】
0004163900.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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