(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源の光を入射する入光部が裏面の一部に形成され、前記入光部に対向する屈折面が表面と連続して形成された導光板を備える液晶表示装置において、
前記屈折面は、前記表面に対して傾斜しているとともに、複数の傾斜した分割面と該分割面間に設けられた接続面で構成され、
前記接続面が前記裏面に平行であり、
前記屈折面の背面側に、前記接続面を透過した光を反射して前記導光板の内部に戻す反射部材が設けられ、
前記導光板の裏面と前記分割面のなす角度が、前記導光板の裏面と前記反射部材となす角度よりも大きい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】
この発明は、プロジェクター形式のバックライトを有する液晶表示装置に関し、さらに詳しくは、バックライトを構成する導光板の屈折面の形状に関するする。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクター形式のバックライトは、従来から液晶表示装置に用いられている。図５は、従来の液晶表示装置のバックライトを示す側面図である。同図において、バックライト１００は、光１０１を投射する光源１０２と、この投射された光１０１を導いて拡散させる導光板１０３とを含んで構成されている。図５に記載した光源１０２は、蛍光管であるが、冷陰極管や熱陰極管が用いられる場合もある。光源１０２は、導光板１０３の裏面１０４側に配置され、その光１０１の投射方向を導光板１０３の裏面１０４に対して垂直に向けている。なお、光源１０２から導光板１０３に対して垂直に入射する光１０１の幅、すなわち入光幅１０５は、光源１０２の大きさに由来する。
【０００３】
導光板１０３は、透明なプラスチック部材からなり、フラット型の長方形状を有する。この導光板１０３は、その側端部に光源１０２から投射された光１０１を屈折させる第１屈折面１０６を有する。この第１屈折面１０６は、導光板１０３の平面に対して約２２度の角度で傾斜しており、全体としては光１０１の入光幅１０５を覆うスロープを形成している。なお、この２２度という傾斜角１０８は、この第１屈折面１０６にて反射した光１０７が、後述する第２屈折面１０９で全反射する臨界角（ポリカーボネート部材では約１９．８度）よりもやや大きい角度である。また、導光板１０３は、第１屈折面１０６の背面側に反射板１１０を有している。この反射板１１０は、第１屈折面１０６を全反射することなく透過した光（図示省略）を反射し、導光板１０３内に戻す役割を有する。
【０００４】
この液晶表示装置において、光源１０２から投射された光１０１は、導光板１０３にその裏面１０４側から、一定の入光幅１０５をもって垂直に入射し、導光板１０３の内部側から第１屈折面１０６にあたる。この光１０１の一部は、第１屈折面１０６によって反射され、導光板１０３の裏面１０４である第２屈折面１０９に向かう。また、他の一部は、第１屈折面１０６を透過し、その背面に設置された反射板１１０にあたって反射され、再度導光板１０３の内部に入射して第２屈折面１０９に向かう。そして、これらの光１０７は、第２屈折面１０９で全反射し、その後導光板１０３内を導光板１０３の表面１１１と裏面１０４との間で複屈折しつつ拡散される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、導光板１０３内を通る光１０１の強度は、その屈折回数が多いほど減衰して小さくなる。したがって、表示パネル（図示省略）の輝度を高めるには、光１０１の屈折回数は少ないほど好ましい。しかしながら、従来の液晶表示装置では、上述したように導光板１０３内部で光１０１が複屈折するため、光のロスが生じるという問題点があった。他方、かかる光のロスを抑止するため、第１屈折面１０６の傾斜角１０８を４５度とする構成もある。かかる角度では、光源１０２から投射された光１０１は、第１屈折面１０６において導光板１０３の平面に対してほぼ平行となる角度に屈折し、導光板１０３内部を複屈折することなく直進するからである（図６参照）。しかしながら、このような十分な傾斜角１０８を確保することは、表示機器（図示省略）の薄型化の要請から一般に困難である。例えば４５度の傾斜角１０８を維持しつつ導光板１０３を薄型化した場合には、第１屈折面１０６の幅方向の面積は小さくなり、光源１０２からの光１０１の入光幅１０５を十分に覆うことができない（図７参照）。すると、入射した光１０１の一部１１２は、第１屈折面１０６にあたることなく導光板１０３の表面１１１を透過するので、結局、光のロスが生じるという問題点がある。
【０００６】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光源１０２から投射された光１０１を有効に利用しつつ導光板１０３内部における光の複屈折を抑制し、表示パネルの輝度を高めることができる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明である液晶表示装置は、光源と、複数の分割面に分割された屈折面を有すると共に、前記光源から投射された光を前記屈折面にて屈折させて内部へ導く導光板と、前記屈折面の背面側に形成されると共に、前記屈折面を透過した光を反射して前記導光板の内部に戻す反射部材とを含み、且つ前記分割面の傾斜角は、前記光源から投射された光を、前記導光板の平面と略平行方向に屈折させる角度であることを特徴とする。この発明において、光源から投射された光は、導光板の屈折面が有する分割面にて導光板の平面と略平行方向に屈折し、導光板の内部に導かれる。このため、複屈折がおこり難くなるから、液晶表示装置の輝度を高めることができる。
【０００８】
また、この発明である液晶表示装置は、光源と、複数の分割面に分割された屈折面を有すると共に、前記光源から投射された光を前記屈折面にて屈折させて内部へ導く導光板と、前記屈折面の背面側に形成されると共に、前記屈折面を透過した光を反射して前記導光板の内部に戻す反射部材とを含み、且つ前記分割面の傾斜角は、前記導光板の内部にて前記分割面に入射した光を、前記分割面を透過させることなく全反射して前記導光板の平面と略平行方向に屈折させる角度であることを特徴とする。この発明において、前記分割面は、導光板の内部から入射した光を透過させることなく全反射し、導光板の平面と略平行方向に屈折させて導光板の内部に導くので、複屈折が抑制され、液晶表示装置の輝度を更に高めることができる。
【０００９】
また、上記屈折面は、前記複数の分割面を三角形の階段形状となるように構成することができる。さらに、前記屈折面は、投射された光をロスすることなく導光板内に導くため、前記光源から前記導光板の背面に対して垂直に投射される光の投射範囲と略同一範囲を覆って形成するのが好ましい。三角形の階段形状は、シャークフィン形状または階段形状であってもよい。また、前記三角形の少なくとも一つ部の辺は、直線でなく緩やかな曲率を有していても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態の構成要素には、当業者が通常設計変更できるものが含まれるものとする。
【００１１】
図１は、この発明の実施の形態である液晶表示装置の要部を示す側面断面図であり、図２は、図１に記載した導光板１０３の第１屈折面１付近の拡大断面図である。なお、同図において、上記従来の液晶表示装置と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。液晶表示装置のバックライト１００は、光源１０２と、導光板１０３とを含んで構成されている。この導光板１０３は、透明なプラスチック部材からなり、フラット型の長方形状を有する。また、導光板１０３は、その側縁部に光源１０２から投射された光１０１を屈折させてその内部に導入する第１屈折面１を有している。透明なプラスチック部材には、例えばポリカーボネートやアクリルなどが好ましい。
【００１２】
この第１屈折面１は、４５度の傾斜角１０８を持つ複数の分割面２と、９０度の傾斜角１０８を持つ複数の接続面３とを交互に配列して形成されている。この４５度の分割面２は、主として光源１０２から投射された光１０１を導光板１０３の平面に対して平行に屈折させる屈折面であり、９０度の接続面３は、主として４５度の分割面２を接続する面である。また、第１屈折面１は、全体としては三角形の階段形状の断面を有しており、光源１０２からの光１０１の入光幅を覆う緩やかなスロープを形成している。したがって、これらの４５度の分割面２は、光源１０２から導光板１０３内に入射する光のほぼすべてに対してその屈折面を４５度の角度で向けている。また、これらの分割面２は、導光板１０３の中央方向から見ても、見かけ上、導光板１０３の厚さ方向全体にわたってその４５度の屈折面を向けている。なお、この第１屈折面１は、金型（図示省略）によって導光板１０３の成形にあたり一体形成される。また、この第１屈折面１には、その三角形の階段形状の背面を覆うように、金属部材からなる板状の反射板１１０が設置されている。
【００１３】
この実施の形態において、光源１０２から投射された光１０１は、導光板１０３の裏面１０４に対して垂直に入射し、導光板１０３の内側から第１屈折面に向かう。そして、この光１０１は、４５度の分割面２にあたって全反射し、導光板１０３の平面に対してほぼ平行方向に屈折する。そして、その光の一部４は、導光板１０３内部を複屈折することなく直進して拡散する。この複屈折しない光４は、導光板１０３の厚さと同一の厚さをもって導光板１０３内を直進する。すなわち、導光板１０３の内部には、その断面積とほぼ同一の断面積を有する有効な光４が導かれる。
【００１４】
また、全反射した光１０１の他の一部５は、９０度の接続面３に垂直に入射する（図２参照）。この光５は、接続面３を反射することなく透過し、第１屈折面１と反射板１１０との隙間６にある空気層を通って、隣接する４５度の分割面２にその背面側から入射する。入射した光の一部７は、この分割面２をやや導光板１０３の裏面１０４側に屈折して透過し、導光板１０３内を直進する。また、他の一部８は、分割面２の背面にあたって反射し、さらに反射板１１０にあたって反射して再度分割面２にその背面側から入射する。そして、その光の一部９は分割面２を透過し、他の一部１０は反射する。このように、９０度の接続面３から導光板１０３を透過した光５は、４５度の分割面２の背面と反射板１１０との隙間６を複屈折しつつ徐々に導光板１０３の内部に取り込まれる。なお、この取り込まれた光７，９は、４５度の分割面２に入射するにあたり若干屈折するため、導光板１０３の平面に対して平行ではなく、一定の角度を有する。したがって、この取り込まれた光７，９は、第２屈折面１０９で反射し、導光板１０３の表面１１１と裏面１０４との間で複屈折しつつ導光板１０３内部に導かれる。
【００１５】
この実施の形態によれば、第１屈折面１は、導光板１０３内に導光板１０３の平面と平行な光４を反射する有効屈折面２を多数有するので、従来の液晶表示装置と比較して、導光板１０３内部で複屈折しない有効な光４をより多く導くことができる。また、この実施の形態によれば、いったん導光板１０３を透過した光８も最終的には導光板１０３内部に取り込まれるので、光源１０２から投射された光１０１が導光板１０３を透過してロスすることもない。また、この実施の形態によれば、いったん導光板１０３を透過した光８も最終的には導光板１０３内部に取り込まれるので、光源１０２から投射された光１０１を無駄なく導光板１０３内に導くことができる。したがって、上記の効果より、この実施の形態によれば、表示パネルの輝度を向上させることができる。また、この実施の形態によれば、第１屈折面１がつくるスロープの傾斜角１０８に関わらず、導光板１０３内にその平面と平行な有効光を導くことができると共に、導光板１０３内に投射された光１０１も有効に内部に導くことができる。したがって、従来の液晶表示装置と比較して、より小さな傾斜角１０８を有する第１屈折面１を形成することができるので、液晶表示装置をより薄型化することが可能となる。
【００１６】
なお、この実施の形態において、第１屈折面１の断面形状は、三角形の階段形状であるが、これに限定されず、斜面を有する階段状の形状としてもよい（図３参照）。すなわち、第１屈折面１は、４５度の傾斜角１０８を有する複数の分割面２と導光板１０３の平面と略平行な複数の接続面１１とを交互に配置して形成してもよい。この構成において、４５度の分割面２で反射した光１２は、導光板１０３の平面とほぼ平行方向に屈折して導光板１０３内を直進する。また、平行な接続面１１に入射した光１０１は、この接続面１１を透過して第１屈折面１の背面に設置された反射板１１０にあたる（図４参照）。反射板１１０にあたった光１３は、平行な接続面１１もしくは４５度の分割面２に入射して導光板１０３内に再度取り込まれる。また、このとき反射した光１２の一部は、再度反射板１１０にあたり、最終的には反射板１１０と第１屈折面１との隙間６を複屈折しつつ導光板１０３内部に取り込まれる。この構成によれば、第１屈折面１は、導光板１０３内に導光板１０３の平面と平行な光１２を反射する有効屈折面２を多数有すると共に、いったん導光板１０３を透過した光１３も最終的には導光板１０３内部に取り込まれるので、上記三角形の階段形状の場合と同様の効果が得られる。
【００１７】
また、本実施の形態において、第１屈折面１が有する分割面２の傾斜角１０８は４５度であるが、これに限定されず、導光板１０３の平面と略平行な反射光を生じうる傾斜角１０８であればよい。この分割面２の役割は、主として導光板１０３内における屈折回数が少ない光４を導くことにあるところ、その傾斜角１０８はかかる有効な光４を反射できる傾斜角１０８であればよいからである。したがって、例えば、設置された光源１０２の光１０１の投射方向が、導光板１０３に対して垂直でないときには、その光１０１の投射方向に応じて分割面２の傾斜角１０８を変更してもよい。これにより、分割面２の傾斜角１０８を４５度とした場合と同様の効果を得られる。
【００１８】
また、本実施の形態において、第１屈折面１が有する分割面２の傾斜角１０８は４５度であるが、これに限定されず、導光板１０３内部から分割面２に入射した光１０１が、この分割面２を透過することなく全反射する角度としてもよい（図示省略）。具体的には、例えば、屈折率が１．５６であるポリカーボネート部材を導光板１０３の材料として用いたときは、傾斜角１０８は、約３９．９度以上４５度未満の範囲で選択してもよい。このように、傾斜角１０８の臨界値は、導光板１０３の部材により変化するため一義的ではない。この構成において、導光板１０３の内側から分割面２に入射した光１０１は、すべて分割面２を透過することなく全反射し、導光板１０３内に導かれる。この構成によれば、分割面２を導光板１０３の内側から透過して反射板１１０と分割面２の背面との間で複屈折して減衰する光がなくなるので、光のロスが抑止される。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明である液晶表示装置によれば、光源から投射された光は、導光板の屈折面が有する分割面にて導光板の平面と略平行方向に屈折し、導光板の内部に導かれる。したがって、複屈折がおこり難くなるから、光のロスも減少し、液晶表示装置の輝度を高めることができる。また、この発明である液晶表示装置によれば、前記分割面は、導光板の内部から入射した光を透過させることなく全反射し、導光板の平面と略平行方向に屈折させて導光板の内部に導くので、複屈折が抑制され、液晶表示装置の輝度を更に高めることができる。
【００２０】
また、この発明である液晶表示装置によれば、屈折面の分割面を三角形の階段形状または階段形状に配置することで、多数の分割面を光源からの光の投射方向に対して効率的かつ省スペースに配置することができる。また、この発明である液晶表示装置によれば、屈折面は、光の投射範囲と略同一範囲を覆い、その範囲内に投射された光をロスすることなく導光板内に導くので、光源からの光を効果的にバックライトとして活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態である液晶表示装置を示す断面図である。
【図２】液晶表示装置の第１屈折面を示す拡大断面図である。
【図３】この発明の変形例である液晶表示装置を示す断面図である。
【図４】変形例の第１屈折面を示す拡大断面図である。
【図５】従来の液晶表示装置を示す断面図である。
【図６】従来の液晶表示装置を示す断面図である。
【図７】従来の液晶表示装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１  第１屈折面
２  分割面
３  接続面
６  空気層
１０  平行な接続面
１００  バックライト
１０２  光源
１０３  導光板
１０８  傾斜角
１０９  第２屈折面
１１０  反射板
【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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