JP4130115B2

JP4130115B2 - 照明装置、及び液晶表示装置

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Publication number: JP4130115B2
Application number: JP2002301740A
Authority: JP
Inventors: 琢郎杉浦
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2022-10-16
Also published as: CN1244008C; US20040085748A1; CN1497307A; JP2004139785A; US7077556B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光体、照明装置、及び液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
反射型液晶表示装置のフロントライトには、光源、中間導光体、導光板を及びこれらを一体保持する内面を反射性にしたケース体などから構成されたユニットが用いられている。
図１３Ａは、このような構成の液晶表示装置を示す斜視構成図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示す液晶表示装置の断面構成図である。これらの図に示す液晶表示装置は、液晶表示ユニット１２０と、この液晶パネル１２０の前面側に配設されたフロントライト１１０とから構成されている。液晶表示装置１２０は、詳細は図示を省略したが、その前面側から入射した光を反射させて表示を行う反射型の液晶表示ユニットとされ、互いに対向して配置された上基板１２１、下基板１２２との間に液晶層を挟持しており、この液晶層の配向状態を制御することで、光の透過状態を変化させて表示を行うようになっている。
【０００３】
フロントライト１１０は、平板状の導光板１１２と、この導光板１１２の側端面１１２ａに配設された棒状の中間導光体１１３と、この中間導光体１１３の一端面部に配設された発光素子１１５とを備えて構成されており、導光板１１２の上面側に、断面視くさび状の複数の凸部１１４からなるプリズム形状が形成されている。そして、フロントライト１１０は、発光素子１５から出射された光を、中間導光体１１３を介して導光板１１２の側端面１１２ａへ照射して導光板１１２内へ導入し、この光をプリズム形状が形成された導光板１１２上面の内面側で反射させることにより光の伝搬方向を変え、導光板１１２の図示下面から液晶表示ユニット１２０へ向けて照射するようになっている。この種のフロントライトとしては、例えば、下記特許文献１に記載のものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１１７２３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、携帯情報端末や携帯用ゲーム機などの携帯電子機器では、バッテリ駆動時間がその使い勝手に大きく影響するために、これらの表示部として用いられる液晶表示装置ではフロントライトの低消費電力化を目的として、図１３Ａに示すフロントライト１１０のように、１灯の発光素子１１５のみを備えた１灯型のフロントライトが用いられるようになってきている。すなわち、発光素子の省略により低消費電力化を実現しようとするものである。
【０００６】
しかしながら、このような１灯型のフロントライトでは、表示画面が数インチ以上の広い面積を、薄型の導光板と１灯の発光素子との組み合わせにより均一かつ明るく照明することはほとんど不可能であった。つまり、図１３Ａに示すフロントライト１１０において、発光素子１１５が片側に設けられた構成とした場合には、この発光素子１１５からの光を導光体に均一に導くために、まず、中間導光体１１３により導光板１２の側端面長さ方向で入射光を均一化する必要があるが、この中間導光体１１３により導光板１１２への入射光を均一化させること自体が困難であるため、導光板１１２の前面に渡って均一な出射光を得ることが極めて困難になり、液晶表示装置の視認性を低下させることがあった。
このように、１灯の発光素子を光源として使用するフロントライトへの要求は高まっているものの、大きな面積を均一に、かつ明るく照明することができるフロントライトは実現されていなかった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、大面積を均一に照明することができる照明装置を提供することを目的としている。
また本発明は、上記照明装置を備えた液晶表示装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【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、本発明は以下の構成を採用した。
本発明に係る照明装置は、導光板と、該導光板の側端面に沿設された導光体と、該導光体の端面に配設された発光素子とを備え、前記導光体が四角柱状の透明部材であり、前記導光板と反対側の導光体背面に、該導光体の厚さ方向に延在する複数の断面くさび状の溝が配列形成され、該導光体側面に金属反射膜が形成されており、前記溝のピッチが、前記発光素子が配設された端面から当該溝までの距離に対して直線的に変化するように形成され、前記溝の深さが、前記端面から離れた位置の溝ほど深く形成されており、前記発光素子が配設された端面から溝までの距離に対する溝深さの分布において、前記端面から溝までの距離に対して溝深さが直線的に増加している第１領域と、該第１領域よりも前記発光素子から離れた側に形成され、前記端面からの距離に対する溝深さの増加率が、前記第１領域よりも大きくされた第２領域とを有することを特徴としている。
このような構成とすることで、本発明の照明装置は、導光板側端面と対向する導光体側面から光を均一に照射することができ、その結果導光板の出射面における出射光量の分布を均一化することができる。導光体は導光板の側端面に沿う四角柱状の透明部材であり、該導光体端面に配設された発光素子から導光体内部に導入されて導光体の延在方向に伝搬する光は、発光素子から離れるに従って減衰していく。そこで、本発明では導光体内部で光の伝搬方向を変化させるために設けられる前記溝の深さを最適化することで導光体側面における出射光量分布を最適化した。
【０００９】
本発明に係る照明装置では、前記第１領域に形成された互いに隣接する２つの溝において、前記端面部から離れた側に形成された溝の深さの、他方の溝の深さに対する比率が、１より大きく、１．００５以下とされることが好ましい。上記範囲とすることで、前記発光素子に比較的近い側に形成される第１領域において、溝による反射光量が過大になり、出射光の均一性が低下するのを防止することができる。
【００１０】
本発明に係る照明装置では、前記第２領域に形成された互いに隣接する２つの溝において、前記端面部から離れた側に形成された溝の深さの、他方の溝の深さに対する比率が、１．００５以上１．０１５以下とされることが好ましい。上記範囲とすることで、前記発光素子から比較的遠い位置に形成される第２領域において、溝による反射光量を確保することができ、出射光の均一性が低下するのを防止することができる。
【００１１】
本発明に係る照明装置では、前記第１領域において、前記発光素子が配設された端面からの距離ｘ（ｍｍ）と、その位置の溝の深さｙ（μｍ）とが、ｙ＝ａ_１ｘ＋ｂ_１なる式を満たし、前記ａ_１が、０（ゼロ）より大きく０．５以下とされ、前記ｂ_１が、８．０以上２０以下とされることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る照明装置では、前記第２領域において、前記溝深さが、その溝と前記発光素子が配設された端面との距離の二次関数又は三次関数、あるいは指数関数より与えられることが好ましい。このような構成とすることで、前記発光素子から比較的離れた位置に形成される前記第２領域における溝による反射光量を確保して導光板への均一な光照射が可能な導光体を得ることができる。
【００１３】
本発明に係る照明装置では、前記第２領域の発光素子側の境界が、導光体の全長の２／３よりも前記端面に近い位置とされ、前記溝の深さｙ（μｍ）と、その溝と前記発光素子が配設された端面との距離ｘ（ｍｍ）とが、ｙ＝ａ_２ｘ^２＋ｂ_２なる式を満たし、前記ａ_２が、０．０１０以上０．０２４以下とされ、前記ｂ_２が、−２０以上１３以下とされることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る照明装置では、前記第２領域の発光素子側の境界が、導光体の全長の２／３よりも前記端面に近い位置とされ、前記溝の深さｙ（μｍ）と、その溝と前記発光素子が配設された端面との距離ｘ（ｍｍ）とが、ｙ＝ａ_３ｘ^２＋ｂ_３ｘ＋ｃ_３なる式を満たし、前記ａ_３が、０．０５０以上０．０８０以下とされ、前記ｂ_３が、−５．７以上−３．７以下とされ、前記ｃ_３が、５０以上１３０以下とされることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る照明装置では、前記第１領域及び第２領域において、前記溝の深さｙ（μｍ）と、その溝と前記発光素子が配設された端面との距離ｘ（ｍｍ）とが、ｙ＝ａ_４ｘ^３＋ｂ_４ｘ^２＋ｃ_４ｘ＋ｄ_４なる式を満たし、前記ａ_４が、０．５５以上０．８５以下とされ、前記ｂ_４が、−０．０５５以上−０．０２６以下とされ、前記ｃ_４が、０．３以上１．５以下とされ、前記ｄ_４が、８．０以上２０．０以下とされることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る照明装置では、前記発光素子が配設された端面から溝までの距離に対する溝深さの分布において、前記溝深さが、前記端面から溝までの距離によらず一定である第３領域を有し、前記第３領域が、前記第１領域及び第２領域よりも前記発光素子から離れた位置に形成されていても良い。
【００１７】
本発明に係る照明装置は、前記導光体の幅が４ｍｍ以上とされており、前記溝のピッチが、前記発光素子が配設された端面からの距離によらず一定、若しくは前記端面からの距離に従って広くなるように形成された構成とすることができる。
係る照明装置では、前記溝のピッチｚ（μｍ）と、前記発光素子が配設された端面からの距離ｘ（ｍｍ）とが、ｚ＝ａ_５ｘ＋ｂ_５なる式を満たし、前記ａ_５が０（ゼロ）以上１４以下とされ、前記ｂ_５が、１８０以上２５０以下とされることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る照明装置は、前記導光体の幅が４ｍｍ未満とされており、前記溝のピッチが、前記発光素子が配設された端面からの距離に従って狭くなるように形成された構成とすることもできる。
係る照明装置では、前記溝のピッチｚ（μｍ）と、前記発光素子が配設された端面からの距離ｘ（ｍｍ）とが、ｚ＝ａ_６ｘ＋ｂ_６なる式を満たし、前記ａ_６が、−１４以上０（ゼロ）以下とされ、前記ｂ_６が、２８０以上３５０以下とされることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る照明装置では、前記溝が、断面視二等辺三角形状に形成されており、その頂角が、９５°以上１２０°以下とされることが好ましい。
このような構成とすることで、発光素子の光を効率よく導光板側へ出射することができるとともに、光散乱性を高くすることができるので、導光板に輝線が生じるのを効果的に防止することができる。
【００２０】
次に、本発明に係る液晶表示装置は、先の本発明の照明装置と、液晶表示ユニットとを備えたことを特徴としている。このような構成とすることで、大面積を均一に照明することができる本発明の照明装置により、均一な明るさで視認性に優れる表示が可能な液晶表示装置を提供することができる。
【００２１】
【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。
図１は、本発明の一実施の形態であるフロントライト（照明装置）を備えた液晶表示装置を示す斜視構成図であり、図２は、図１に示すフロントライトの平面構成図であり、図３は、図２に示す中間導光体を拡大して示す平面構成図であり、図４は、図１に示す液晶表示装置の断面構成図である。
【００２２】
フロントライト１０は、図１及び図４に示すように、略平板状の導光板１２と、その側端面１２ａに配設された中間導光体（導光体）１３と、この中間導光体１３の片側（図示手前側）の端面１３ａに配設された発光素子１５と、前記中間導光体１３、発光素子１５及び導光板１２の側端部を覆うように中間導光体１３側から被着された遮光性のケース体３０とを備えて構成されている。また、図２に示すように、導光板１２の外面側（図示上面側）には、中間導光体１３が配設された側端面１２ａに対して傾斜して複数のプリズム溝１４が配列形成されている。
液晶表示ユニット２０は、図４に示すように、対向して配置された上基板２１と下基板２２との間に、液晶層２３を挟持し、シール材２４により封止した構成を備えて構成されている。上基板２１の内面側（液晶層２３側）には、液晶層２３に電圧を印加するための電極層や液晶分子の配向を制御するための配向膜などを含む液晶制御層２６が形成されており、下基板２２の内面側（液晶層２３側）には、ＡｌやＡｇ等の光反射性の金属材料からなる反射膜を含む反射層２７と、液晶制御層２８が順に積層形成されている。液晶制御層２８は、上記液晶制御層２６と同様に、電極層や配向膜、場合によっては電極層をスイッチングするためのスイッチング素子などを備えて構成されている。また、前記各層のいずれかにカラーフィルタを備えた構成とすることもできる。
そして、上記構成を備えた反射型の液晶表示ユニット２０では、図１に点線で示す矩形状の領域２０Ｄが表示領域とされており、この表示領域２０Ｄの前面にフロントライト１０の導光板１２が配置されている。
【００２３】
上記構成の液晶表示装置は、発光素子１５から中間導光体１３を介して導光板１２に光を伝搬させ、導光板１２の出射面１２ｂを面発光させることで、液晶表示ユニット２０を照明し、液晶表示ユニット２０においては、上基板２１及び液晶層２３を透過した光を下基板２２の反射層２７により反射させて液晶表示装置の正面へ表示光を出射させることで表示を行うようになっている。
【００２４】
本実施形態のフロントライト１０においては、図１，２に示すように、そのプリズム面１２ｃのプリズム溝１４は、その延在方向と、導光板１２の側端面１２ａとが交差する向きとなるように、傾斜して形成されている。この傾斜角度は、当該フロントライト１０と組み合わされる液晶表示ユニット２０の画素ピッチ等に応じて適宜変更されるが、０°を越えて１０°以下の範囲となるように、プリズム溝１４が形成されることが好ましい。このような範囲とすることで、モアレ模様が生じにくく、かつ優れた出射光分布の均一性を得ることができる。
また図４に示すように、プリズム溝１４は、出射面１２ｂに対して傾斜して形成された２つの斜面部１４ａ、１４ｂから構成されており、中間導光体１３と概ね対向する向きに形成された斜面部が急斜面部１４ｂとされ、他方は比較的緩い傾斜角度で形成された緩斜面部１４ａとされている。これら斜面部１４ａ、１４ｂの傾斜角度は、導光板１２の寸法などにより適切に選択すればよい。特に限定されるものではないが、導光板１２が、７０ｍｍ×５０ｍｍ程度の大きさの場合には、緩斜面部１４ａは、１．５°〜２．６°程度、急斜面部１４ｂは、４０°〜４５°とすることが好ましく、プリズム溝１４のピッチは、１５０μｍ〜３００μｍ程度の範囲内で一定ピッチ又は可変ピッチで形成するのがよい。
【００２５】
導光板１２を構成する材料としてはアクリル系樹脂のほか、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明な樹脂材料や、ガラスなどを用いることができる。また、具体的な例を挙げるならば、特に限定されるものではないが、アートン（商品名：ＪＳＲ社製）や、ゼオノア（商品名：日本ゼオン社製）などを好適なものとして挙げることができる。
また、導光板１２は、その板厚を大きくするほど内部を伝搬する光が外部に漏洩し難くすることができ、フロントライト１０の出射光量分布を均一化することができるので、０．８ｍｍ以上の板厚とすることが好ましく、１．０ｍｍ以上とすることがより好ましい。また、板厚１．５ｍｍ以上では、フロントライトの輝度が低下する傾向にあるので、フロントライト１０の薄型化の点からも、板厚の上限は１．５ｍｍとするのがよい。
【００２６】
中間導光体１３は、導光板１２の側端面１２ａに沿う四角柱状の透明部材であり、その側方の端面に発光素子１５が配設されている。図３は、この中間導光体１３を拡大して示す平面構成図である。この図に示すように、中間導光体１３の背面（導光板１２と反対側面）１６は、複数の平面視くさび状の溝１６ａが互いに平行に中間導光体１３の厚さ方向に延在するプリズム面とされており、発光素子１５から出射された光は、中間導光体１３内部をその長さ方向に伝搬され、前記くさび状の溝１６ａを構成する斜面部の内面で反射されて導光板１２側へ出射されるようになっている。このくさび状の溝１６ａは、図３に示すように、発光素子１５から離れた位置のものほどその溝深さｙが概ね大きくなるように形成されており、また、溝１６ａ、１６ａ間のピッチｚは、発光素子１５から離れるほど概ね狭くなるように形成されている。このような構成とすることで本実施形態に係る中間導光体１３は、導光板１２の側端面１２ａに均一に光を照射できるようになっている。
【００２７】
図５は、図３に示す中間導光体１３に形成されたくさび状の溝１６ａの、中間導光体１３延在方向における溝深さｙの分布を示す説明図であり、図６は、溝ピッチｚの分布を示す説明図である。図５に示す前記くさび状の溝１６ａの溝深さｙの分布において、端面１３ａに比較的近い側が、端面１３ａからの距離ｘに対して比較的なだらかに溝深さｙが増加する第１領域とされており、この第１領域に続く第２領域では、第１領域よりも距離ｘに対する溝深さｙの増加率が大きくなっている。そして、第２領域に続く第３領域では、距離ｘによらず溝深さｙが一定に形成されている。
また、図６に示す溝ピッチｚの分布においては、端面１３ａからの距離ｘに対して直線的に溝ピッチｚが狭くなるように形成されている。
【００２８】
本実施形態に係る中間導光体１３では、図５及び図６に示す分布に沿うように複数のくさび状の溝１６ａが配列形成されていることで、導光体１３延在方向の出射光量分布を均一化している。発光素子１５に近く、中間導光体１３内部を伝搬する光量が多い領域（第１領域）では、溝深さｙを浅く、また距離ｘの増加に対する溝深さの増加率を低くし、さらに溝ピッチｚを広くとるをことで、溝１６ａを構成する斜面部により反射されて導光板１２側へ出射される光の割合を小さくし、導光体１３の長さ方向へより多くの光を伝搬させるようになっている。これに対し、発光素子１５から遠く、伝搬する光量が低下してくる領域（第２領域）では、溝深さｙを深く、また距離ｘに対する溝深さの増加率を前記第１領域よりも大きくし、さらに溝ピッチｚを狭くすることで、各溝１６ａにより反射される光の割合を大きくし、かつ溝１６ａの数を増やすことで導光板１２側へ出射される光の割合を大きくしている。
【００２９】
より具体的には、前記第１領域においては、端部１３ａからｍ番目の溝１６ａの溝深さｙ_ｍと、（ｍ＋１）番目の溝１６ａの溝深さｙ_ｍ＋１との比ｙ_ｍ＋１／ｙ_ｍが、１より大きく以上１．００５以下の範囲とされることが好ましい。また、前記第２領域においては、端部１３ａからｎ番目の溝１６ａの深さｙ_ｎと、（ｎ＋１）番目の溝１６ａの深さｙ_ｎ＋１との比ｙ_ｎ＋１／ｙ_ｎが、１．００５以上１．０１５以下の範囲とされることが好ましい。各領域における溝深さｙの増加率を、上記のように制御して溝１６ａを配列形成することで、第１領域における出射光量と第２領域における出射光量とをバランスさせることができ、もって中間導光体１３の出射光量分布を均一化することができる。
【００３０】
上記第１領域における溝深さｙの分布をさらに詳細に規定するならば、溝深さｙ（μｍ）は、端面１３ａから溝までの距離ｘ（ｍｍ）の一次関数として表すことが好ましく、前記ｘ、ｙが、
（式１）ｙ＝ａ_１ｘ＋ｂ_１
なる式を満たし、この（式１）において前記ａ_１は、０（ゼロ）より大きく０．５以下とされ、前記ｂ_１は、８．０以上２０以下とされることが好ましい。上記範囲に定数ａ_１及びｂ_１を設定することで、前記第１領域における出射光量のばらつきを１０％以下に抑えることができる。
【００３１】
また、前記第２領域においては、溝深さｙは、前記端面１３ａからの距離ｘの二次関数、三次関数、あるいは指数関数として表されることが好ましい。
前記溝深さｙ（μｍ）が距離ｘ（ｍｍ）の二次関数とされる場合には、前記導光体１３延在方向における第２領域が形成された位置により異なり、第２領域の発光素子１５側の終端と、前記端面１３ａとの距離が４０ｍｍ未満の場合には、前記ｘ、ｙが、
（式２）ｙ＝ａ_２ｘ^２＋ｂ_２
なる式を満たし、この（式２）において前記ａ_２が、０．０１０以上０．０２４以下とされ、前記ｂ_２が、−２０以上１３以下とされることが好ましい。
【００３２】
また、前記第２領域終端と端面１３ａとの距離が４０ｍｍ以上の場合には、前記ｘ、ｙが、
（式３）ｙ＝ａ_３ｘ^２＋ｂ_３ｘ＋ｃ_３
なる式を満たし、この（式３）において前記ａ_３が、０．０５０以上０．０８０以下とされ、前記ｂ_３が、−５．７以上−３．７以下とされることが好ましい。
【００３３】
尚、本発明では、上記第２領域終端と端面１３ａとの距離が４０ｍｍ未満の場合と、４０ｍｍ以上の場合についてそれぞれ（式２）、（式３）を示したが、これは一例であり、（式２）（式３）のいずれを適用するかは、前記第２領域の発光素子側の終端位置と端面１３ａとの距離が、中間導光体１３の全長の２／３以上か否かにより判断すれば良い。
【００３４】
また前記溝深さｙ（μｍ）が距離ｘ（ｍｍ）の三次関数とされる場合には、前記ｘ、ｙが、
（式４）ｙ＝ａ_４ｘ^３＋ｂ_４ｘ^２＋ｃ_４ｘ＋ｄ_４
なる式を満たし、この（式４）において前記ａ_４が、０．５５以上０．８５以下とされ、前記ｂ_４が、−０．０５５以上−０．０２６以下とされ、前記ｃ_４が、０．３以上１．５以下とされ、前記ｄ_４が、８．０以上２０．０以下とされることが好ましい。
【００３５】
また、前記溝深さｙ（μｍ）が距離ｘ（ｍｍ）の指数関数とされる場合には、前記ｘ、ｙが、
（式５）ｙ＝ａ_７ｅｘｐ（ｂ_７・ｘ）
なる式を満たし、この式において前記ａ_７が、８以上１５以下とされ、前記ｂ_７が、０．０２５以上０．０３１以下とされることが好ましい。
【００３６】
そして、上記各定数を前記範囲に設定することで、前記第２領域における出射光量のばらつきを１５％以下に抑えることができ、出射光量の均一性に優れる中間導光体が得られる。
尚、前記第１領域及び第２領域における端面から溝までの距離ｘ（ｍｍ）と溝深さｙ（μｍ）との関係は、上記（式１）〜（式５）に限定されるものではなく、各領域における溝深さの増加率が、先の範囲内に制御されているならば、任意の関係式をもって端面１３ａからの距離ｘに対する溝深さｙを表すことができる。つまり、前記第１領域において、溝深さｙが端面１３ａからの距離ｘの二次関数で示されるものであってもよく、前記第２領域において、より高次の関数で示されるものであってもよい。
【００３７】
図５に示す第３領域は、前記第２領域よりも発光素子１５から離れた位置に形成された溝１６ａの深さが一定に形成された領域である。この第３領域は、本発明に係る照明装置において必須のものではないが、導光体１３を製造するための金型や、溝１６ａの深さやピッチの製造工程上の制約により溝深さを一定にする必要がある場合があり、本発明に係る導光体１３ではこのような溝深さが一定である領域は、第１領域及び第２領域よりも発光素子１５が配設された端面１３ａから離れた位置に形成される。また、この第３領域は、導光体１３の長さ方向において、１５％以下とされることが好ましい。このような構成とすることで、当該第３領域における出射光量の著しい低下を生じさせることがなく、導光体１３延在方向において均一な出射光量分布を得ることができる。
【００３８】
また、前記溝ピッチｚは、本実施形態に係る中間導光体１３において、前記溝深さ分布における第１領域及び第２領域では、端面１３ａから溝までの距離ｘに対して直線的に狭くなる分布を有しており、上記溝深さ分布における第３領域に対応する範囲では、前記距離ｘによらず一定の溝ピッチに形成されている。
本実施形態では、溝ピッチｚが端面１３ａからの距離ｘに対して直線的に狭くなる分布を有する構成としているが、この溝ピッチｚは、中間導光体１３の幅Ｗや図５に示す溝深さｙの分布に応じて適宜変更され、出射光量分布を均一化するように設定され、場合によっては端面１３ａからの距離ｘに対して徐々に広くなるように形成してもよく、前記距離ｘに対して一定であっても良い。但し、いずれの場合にも、端面からの距離ｘに対して直線状の分布を有するように形成される。
上記溝深さ分布における第３領域に対応する領域は、溝ピッチｚが前記距離ｘによらず一定とされているが、この領域は、上記溝深さ分布の第３領域と同様に必須のものではない。
【００３９】
前記溝ピッチｚは、前記溝深さ分布における第１，第２領域に対応する領域では、端面１３ａからの距離ｘの一次関数として表されることが好ましい。
前記距離ｘ（ｍｍ）と溝ピッチｚ（μｍ）との関係は、図３に示す中間導光体１３の幅Ｗによって異なる式を適用することが好ましい。すなわち、前記幅Ｗが４ｍｍ以上の場合には、
（式６）ｚ＝ａｘ_５＋ｂ_５
なる式を満たし、この式において前記ａ_５が、０（ゼロ）以上１４以下とされ、前記ｂ_５が、１８０以上２５０以下とされることが好ましく、前記幅Ｗが４ｍｍ未満の場合には、
（式７）ｚ＝ａ_６ｘ＋ｂ_６
なる式を満たし、この式において前記ａ_６が、−１４以上０（ゼロ）以下とされ、前記ｂ_６が、２８０以上３５０以下とされることが好ましい。
つまり、式４，式５に示されているように、前記導光体１３の幅Ｗが４ｍｍ以上の場合には、前記溝ピッチｚは、一定であるか若しくは前記距離ｘが大きくなるに従って直線的に広くなる分布を有し、前記幅Ｗが４ｍｍ未満の場合には、前記距離ｘが大きくなるに従って直線的に狭くなる分布を有するものとされる。
【００４０】
本実施形態に係る中間導光体１３において、図３に示す背面１６に形成されるくさび状の溝１６ａの形状は、断面視二等辺三角形状とすることが好ましく、その頂角αは、９５°以上１２０°以下とされることが好ましい。前記頂角αが、９５°未満の場合には、輝度均一性が低下し、１２０°を越える場合には、輝度が低下する。
【００４１】
前記くさび状の溝１６ａが形成された中間導光体の背面１６には、ＡｌやＡｇ等の高反射率の金属薄膜からなる反射膜１９が形成されており、この反射膜１９により背面１６の反射率を高めて導光板１２へ出射される光量を増加させるようになっている。
上記中間導光体１３は、アクリル系樹脂のほか、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ樹脂などの透明な樹脂材料や、ガラスなどを用いることができる。また発光素子１５は、中間導光体１３の端面１３ａに配設して端面１３ａを照明可能であれば、特に限定されず、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や有機ＥＬ素子等を用いることができる。
【００４２】
また、図１に示すように、フロントライト１０の中間導光体１３側には、遮光性のケース体３０が被着されている。このケース体３０の内面側には、図示は省略したがＡｌやＡｇ等の高反射率の金属薄膜からなる反射膜が形成されており、中間導光体１３及び導光板１２の側端部から外側に漏洩する光をこの反射膜で反射させることで、再度導光板１２や中間導光体１３に入射させ、照明光として利用することができるようになっている。このような構造により、本実施形態のフロントライト１０は、発光素子１５の光を効率良く利用することができ、高輝度で液晶表示ユニット２０を照明できるようになっている。
尚、上記ではケース体３０の内面側に反射膜を設けた場合について説明したが、これに限らず、中間導光体１３から漏洩する光を反射させる構造を備えていれば、他の構成も適用することができる。例えば、ケース体３０自体を反射性の金属材料で構成しても良く、中間導光体１３及び導光板１２の側端部に、スパッタ法などの成膜法により反射性の金属薄膜を成膜し、中間導光体１３や導光板１２側端部から光が漏洩しないようにしても良い。
【００４３】
以上の構成を備えた本実施形態に係る中間導光体１３によれば、その背面１６の延在方向に配列して形成されたくさび状の溝１６ａにより、端面１３ａを介して発光素子１５から入射した光を均一に前記導光板１２側へ出射させることができ、その結果、前記導光板１２の出射面から液晶表示ユニット２０に出射される照明光の均一性も向上させることができる。
従って、本発明に係るフロントライト１０を備えた液晶表示装置２０によれば、外光を利用した反射表示時は勿論のこと、フロントライト１０を点灯させた反射表示においても、高輝度で、かつ均一な明るさの表示を得ることができる。
【００４４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
本例では、図３に示す中間導光体１３の延在方向における出射光量を最適化し、均一な出射光量分布が得られる溝１６ａの溝深さ及びぴピッチの分布を計算により導出した。図７及び図８は、図３に示す導光体１３の幅Ｗが４．８ｍｍの場合において、それぞれ溝１６ａの溝深さ分布と溝ピッチ分布とを最適化した例を示すグラフであり、図９及び図１０は、前記幅Ｗが４．０ｍｍの場合を示し、図１１及び図１２は、前記幅Ｗが、３．０ｍｍの場合を示している。
前記計算により溝深さ分布及び溝ピッチ分布を得るに当たり、中間導光体１３の寸法は６８ｍｍ（Ｌ）×３ｍｍ（Ｗ）×０．９ｍｍ（ｔ）とし、導光板１２の寸法は、６８ｍｍ（Ｌ）×４９．４ｍｍ（Ｗ）×０．９７５ｍｍ（ｔ）とした。また、くさび状の溝１６ａの形状は全て頂角１１０°の断面二等辺三角形状で共通とし、溝深さは、導光体１３の背面１６から溝１６ａの底頂部までの距離とし、溝１６ａのピッチは、隣接する溝１６ａ、１６ａの底頂部間の距離とした。さらに、導光体１３の背面１６には、金属反射膜が形成されているものとし、その反射率は１００％とみなして計算した。
また、溝１６ａの深さは、９．５６μｍ〜７３．５μｍの範囲内で変化させるものとし、溝ピッチは０．３４６μｍ〜０．２４μｍの範囲内で変化させるものとした。
【００４５】
まず、導光体１３の幅Ｗが４．８ｍｍの場合には、図７に示すように、溝深さの分布は、発光素子１５に極近い位置で、発光素子からの距離に対してほぼ直線的に溝深さが増加し（第１領域）、それ以降は二次曲線的に溝深さが増加する（第２領域）分布となる。図７において、グラフのフィッティングにより距離ｘと溝深さｙの関数を求めたところ、ｙ＝（０．１０９２×１０^ー２）ｘ^２＋１２なる式が得られた。
また、図８に示す溝ピッチ分布は、発光素子１５からの距離に対して直線的に広くなる分布とされており、このグラフから、溝ピッチｚと距離ｘの関係式を導出したところ、ｚ＝（６．８０２７×１０^ー４）ｘ＋０．１９なる式が得られた。
【００４６】
次に、導光体１３の幅Ｗが４．０ｍｍの場合には、図９に示すように、溝深さの分布は、距離ｘが０ｍｍ〜４０ｍｍ程度の範囲で、発光素子からの距離に対してほぼ直線的に溝深さが増加し（第１領域）、それ以降は二次曲線的に溝深さが増加する（第２領域）分布となる。また、距離ｘが６５ｍｍ以上の領域で溝深さが一定になっているが、これは実際の製造上の制約として溝深さ７３．５μｍを最大としたことによる。図９において、グラフのフィッティングにより距離ｘと溝深さｙの関数を求めたところ、溝深さが距離に対して直線的に変化する第１領域（距離ｘが０〜４０ｍｍの範囲）では、ｙ＝０．３２８８ｘ＋１０．０８２なる式が得られ、前記第１領域よりも溝深さの増加率が大きい第２領域（距離ｘが４０ｍｍ〜６５ｍｍの範囲）では、ｙ＝０．０６６８５ｘ^２ー５．０１９ｘ＋１１７．０３４なる式が得られた。
また、図１０に示すように、溝ピッチ分布は、発光素子１５からの距離によらず０．２４μｍで一定となった。
【００４７】
次に、導光体１３の幅Ｗが３．０ｍｍの場合には、図１１に示すように、溝深さの分布は、距離ｘが１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の範囲で、発光素子からの距離に対してほぼ直線的に溝深さが増加し（第１領域）、距離ｘが３０ｍｍ〜６０ｍｍ程度の範囲ではより急に溝深さが増加する（第２領域）分布となる。また、距離ｘが６１ｍｍ以上の領域で溝深さが一定になっているが、これは実際の製造上の制約として溝深さ７３．５μｍを最大としたことによる。図１１において、グラフのフィッティングにより距離ｘと溝深さｙの関数を求めたところ、前記第１領域と第２領域とを合わせた領域（距離ｘが０〜６１ｍｍの範囲）において、ｙ＝０．０００６４１９２ｘ^３−０．０３５３７ｘ^２＋０．８１６３８ｘ＋９．５５３７２なる式が得られた。
また、図１２に示すように、溝ピッチ分布は、発光素子１５からの距離に対して直線的に狭くなる分布とされており、このグラフから、溝ピッチｚと距離ｘの関係式を導出したところ、ｚ＝−０．００１７ｘ＋０．３４９１なる式が得られた。
【００４８】
以上、図７ないし図１２に示した出射光量分布を最適化するための溝深さ分布及び溝ピッチ分布から、先に記載の本発明の構成要件を満たすように、中間導光体１３の背面１６にくさび状の溝を形成するならば、導光体１３の長さ方向における出射光量分布を均一化することができ、この中間導光体１３を介して導光板１２に光を導くことで、均一な照明光が得られるフロントライトを得られるといえる。
【００４９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の照明装置は、導光板と、該導光板の側端面に沿設された導光体と、該導光体の端面に配設された発光素子とを備え、前記導光体が四角柱状の透明部材であり、前記導光板と反対側の導光体背面に、該導光体の厚さ方向に延在する複数の断面くさび状の溝が配列形成され、該導光体側面に金属反射膜が形成された照明装置において、前記溝のピッチが、前記発光素子が配設された端面から当該溝までの距離に対して直線的に変化するように形成され、前記溝の深さが、前記端面から離れた位置の溝ほど深く形成されており、前記発光素子が配設された端面から溝までの距離に対する溝深さの分布において、前記端面から溝までの距離に対して溝深さが直線的に増加している第１領域と、該第１領域よりも前記発光素子から離れた側に形成され、前記端面からの距離に対する溝深さの増加率が、前記第１領域よりも大きくされた第２領域とを有する構成とされたことで、前記導光板側端面と対向する導光体側面から光を均一に照射することができ、その結果導光板の出射面における出射光量の分布を均一化することができる。
【００５０】
また、本発明によれば、先の本発明の照明装置と、液晶パネルとを備えたことで、大面積を均一に照明することができる本発明の照明装置により、均一な明るさで視認性に優れる表示が可能な液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態であるフロントライトを備えた液晶表示装置を示す斜視構成図である。
【図２】図２は、図１に示すフロントライトの平面構成図である。
【図３】図３は、図２に示す中間導光体を拡大して示す平面構成図である。
【図４】図４は、図１に示す液晶表示装置の断面構成図である。
【図５】図５は、図３に示す溝深さｙの分布を示す説明図である。
【図６】図６は、図３に示す溝ピッチｚの分布を示す説明図である。
【図７】図７は、幅４．８ｍｍの導光体における出射光量分布の最適化により得られた溝深さ分布を示すグラフである。
【図８】図８は、幅４．８ｍｍの導光体における出射光量分布の最適化により得られた溝ピッチ分布を示すグラフである。
【図９】図９は、幅４．０ｍｍの導光体における出射光量分布の最適化により得られた溝深さ分布を示すグラフである。
【図１０】図１０は、幅４．０ｍｍの導光体における出射光量分布の最適化により得られた溝ピッチ分布を示すグラフである。
【図１１】図１１は、幅３．０ｍｍの導光体における出射光量分布の最適化により得られた溝深さ分布を示すグラフである。
【図１２】図１２は、幅３．０ｍｍの導光体における出射光量分布の最適化により得られた溝ピッチ分布を示すグラフである。
【図１３】図１３Ａは、フロントライトを備えた液晶表示装置を示す斜視構成図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示す液晶表示装置の断面構成図である。
【符号の説明】
１０フロントライト（照明装置）
１２導光板
１３中間導光体
１３ａ端面
１４プリズム溝
１５発光素子
１６（導光体）背面
１６ａ（くさび状の）溝
１９金属反射膜
２０液晶表示ユニット

Claims

導光板と、該導光板の側端面に沿設された導光体と、該導光体の端面に配設された発光素子とを備え、
前記導光体が四角柱状の透明部材であり、前記導光板と反対側の導光体背面に、該導光体の厚さ方向に延在する複数の断面くさび状の溝が配列形成され、該導光体側面に金属反射膜が形成されており、
前記溝のピッチが、前記発光素子が配設された端面から当該溝までの距離に対して直線的に変化するように形成され、前記溝の深さが、前記端面から離れた位置の溝ほど深く形成されており、
前記発光素子が配設された端面から溝までの距離に対する溝深さの分布において、前記端面から溝までの距離に対して溝深さが直線的に増加している第１領域と、該第１領域よりも前記発光素子から離れた側に形成され、前記端面からの距離に対する溝深さの増加率が、前記第１領域よりも大きくされた第２領域とを有することを特徴とする照明装置。
前記第１領域に形成された互いに隣接する２つの溝において、
前記端面部から離れた側に形成された溝の深さの、他方の溝の深さに対する比率が、１より大きく１．００５以下とされたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記第２領域に形成された互いに隣接する２つの溝において、
前記端面部から離れた側に形成された溝の深さの、他方の溝の深さに対する比率が、１．００５以上１．０１５以下とされたことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
前記第１領域において、前記発光素子が配設された端面からの距離ｘ（ｍｍ）と、その位置の溝の深さｙ（μｍ）とが、ｙ＝ａ_１ｘ＋ｂ_１なる式を満たし、
前記ａ_１が、０より大きく、０．５以下とされ、前記ｂ_１が、８．０以上２０以下とされたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の照明装置。
前記第２領域において、前記溝深さが、その溝と前記発光素子が配設された端面との距離の二次関数又は三次関数、あるいは指数関数より与えられることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の照明装置。
前記第２領域の発光素子側の境界が、導光体の全長の２／３よりも前記端面に近い位置とされ、前記溝の深さｙ（μｍ）と、その溝と前記発光素子が配設された端面との距離ｘ（ｍｍ）とが、ｙ＝ａ_２ｘ^２＋ｂ_２なる式を満たし、
前記ａ_２が、０．０１０以上０．０２４以下とされ、前記ｂ_２が、−２０以上１３以下とされたことを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
前記第２領域の発光素子側の境界が、導光体の全長の２／３よりも前記端面に近い位置とされ、前記溝の深さｙ（μｍ）と、その溝と前記発光素子が配設された端面との距離ｘ（ｍｍ）とが、ｙ＝ａ_３ｘ^２＋ｂ_３ｘ＋ｃ_３なる式を満たし、
前記ａ_３が、０．０５０以上０．０８０以下とされ、前記ｂ_３が、−５．７以上−３．７以下とされ、前記ｃ_３が５０以上１３０以下とされたことを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
前記第１領域及び第２領域において、前記溝の深さｙ（μｍ）と、その溝と前記発光素子が配設された端面との距離ｘ（ｍｍ）とが、ｙ＝ａ_４ｘ^３＋ｂ_４ｘ^２＋ｃ_４ｘ＋ｄ_４なる式を満たし、
前記ａ_４が、０．５５以上０．８５以下とされ、前記ｂ_４が、−０．０５５以上−０．０２６以下とされ、前記ｃ_４が、０．３以上１．５以下とされ、前記ｄ_４が、８．０以上２０以下とされたことを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
前記発光素子が配設された端面から溝までの距離に対する溝深さの分布において、
前記溝深さが、前記端面から溝までの距離によらず一定である第３領域を有し、
前記第３領域が、前記第１領域及び第２領域よりも前記発光素子から離れた位置に形成されたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の照明装置。
前記導光体の幅が４ｍｍ以上とされており、
前記溝のピッチが、前記発光素子が配設された端面からの距離によらず一定、若しくは前記端面からの距離に従って広くなるように形成されたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の照明装置。
前記溝のピッチｚ（μｍ）と、前記発光素子が配設された端面からの距離ｘ（ｍｍ）とが、ｚ＝ａ_５ｘ＋ｂ_５なる式を満たし、
前記ａ_５が、０より大きく１４以下とされ、前記ｂ_５が、１８０以上２５０以下とされたことを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
前記導光体の幅が４ｍｍ未満とされており、
前記溝のピッチが、前記発光素子が配設された端面からの距離に従って狭くなるように形成されたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の照明装置。
前記溝のピッチｚ（μｍ）と、前記発光素子が配設された端面からの距離ｘ（ｍｍ）とが、ｚ＝ａ_６ｘ＋ｂ_６なる式を満たし、
前記ａ_６が、−１４以上０以下とされ、前記ｂ_６が、２８０以上３５０以下とされたことを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
前記溝が、断面視二等辺三角形状に形成されており、その頂角が、９５°以上１２０°以下とされたことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の照明装置。
請求項１ないし１４に記載の照明装置と、液晶パネルとを備えたことを特徴とする液晶表示装置。