JP2005285389A - 照明装置及びこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 サイドライト型照明装置の薄型化を実現すること。
【解決手段】 光源からの光を照明光として照射する光照射部を有する導光体と、光源からの光を導光体に導く入光体を備えており、さらに、入光体は、光源からの光が入る入光面と導光体に光を伝える伝光部を有している。この入光体の厚みが入光面側から導光部側に向かって順次薄くなるように構成されている。さらに、その入光面と伝光部を除いた表面に光反射層を形成し、また導光板の光照明部の少なくとも一方の表面に微細反射構造体を形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、時計、携帯電話、オーディオ、電子機器等に使用される表示装置、及び表示装置に用いられる照明装置に関する。

近年、携帯機器等には、薄型軽量という特徴をもつ液晶表示装置が広く使われている。特に、携帯電話で用いる表示素子には、小型軽量が要求されるため、ほとんどの携帯電話に液晶表示装置が使われている。しかし、液晶表示装置は受光型のため、携帯電話に要求される暗い場所での視認性に問題がある。そこで、液晶表示装置の前面または背面に照明装置を設置することが多い。

この薄型軽量を実現するため照明装置としては、光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ−Ｄｉｏｄｅ）を導光板の側面に配したサイドライト型の照明装置が多用されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３３０１７５２号（第１頁〜第３頁、第１図）

しかしながら、従来のサイドライト型照明装置においては、導光板の厚みをＬＥＤ光源の大きさよりも薄くすると、ＬＥＤ光源からの光を効率良く導光板内部に導くことができないために、それ以上の薄型化ができないという課題を有していた。

本発明の照明装置は、光源と、光源からの光を照明光として照射する光照射部を有する導光体と、光照明部の少なくとも一方の表面に設けられた反射構造体と、光源からの光を導光体に導く入光体を備えており、さらに、入光体は、光源からの光が入る入光面と導光体に光を伝える伝光部を有している。この入光体の厚みが入光面側から伝光部側に向かって順次薄くなるように構成されている。

このような構成にすることによって、導光板の光照明部を１ｍｍ程度に薄くしても、光源からの光を効率良く導光板内部に導入することができる。

本発明によれば、良好な輝度と輝度分布を有する薄型軽量の照明装置を提供できる。従って、これを用いた液晶表示装置の表示品質が向上するのみならず、液晶表示装置の薄型軽量化をも実現できるという効果を有する。

本発明の照明装置は、光源と、導光体と、光源からの光を導光体に導く入光体とを備えている。入光体は光源からの光が入る入光面と導光体に光を伝える伝光部を有しており、その厚みは入光面側から伝光部側に向かって順次薄くなるように構成されている。また、導光体には照明光を出射する光照射部を有し、光照明部の少なくとも一方の表面には反射構造体が設けられている。あるいは、入光体を入光面側から順次階段状に薄く構成する。さらに、入光体に形成されている階段状の段部は略垂直に形成されている。さらに、入光体と導光体を同一材料で一体的に形成した。あるいは、導光体を透明フィルム材料で形成した。

また、本発明の表示装置は、上述した構成の照明装置と、照明装置の光照射面側に設けられた非自発光型の表示素子とを備えている。

以下に本発明の実施例に関して図面を参照しながら説明する。図１に本実施例の照明装置の断面図を模式的に示す。本実施例の照明装置において、導光板は入光体と一体的に形成されており、入光体の機能は楔形入光部２が備えている。そして、導光板の光照明部３はおよそ１ｍｍ以下の肉厚で形成されている。

ＬＥＤ光源１から出射した光は、楔形入光部２で絞られて、導光板の光照明部３の内部を導波し、照明装置の光照射面である導光板の光照明部３の上面側から図示されていない被照明体に面状一様に照射される。このような構成の照明装置で非自発光型の表示素子、例えば液晶表示素子を照明することによって、輝度が均一で明るい薄型の表示装置が実現できる。

ＬＥＤ光源１は図１では１つしか描画されていないが、通常は複数個、例えば３〜５個用いられる。また、図示していないが、ＬＥＤ光源１に対向する楔形入光部２の光源側端面である光入射面には、ＬＥＤ光源１から出射した光の楔形入光部２内部での面内方向の広がり角を制御するための微小プリズムが形成されている。この微小プリズムは図１紙面内の上下方向の稜線を持っており、楔形入光部２の内部での光の広がり角は微小プリズムの頂角および高さによって制御することができる。

楔形入光部２は、階段状で複数の段を有しており、光出射端面に向かって順次薄くなっている。これらの段部はほぼ垂直な角度をもって形成されている。図では段数が３段の場合を示してあるが、実際は２０〜１００段程度の段が形成されている。

また、楔形光入光部２の光源側端面を除いて光反射層５が形成されている。この光反射層は、ＡｌやＡｇあるいはＡｇとＰｄとの化合物を１００ｎｍ以上の膜厚、望ましくは１μｍ程度の膜厚で積層して形成されている。この光反射層の形成は真空蒸着などの気相成長法や、無電解メッキと電解メッキとを組み合わせた方法で容易に行うことができる。

楔形入光部２を有する導光板は、アクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂またはポリエチレン系樹脂あるいはシクロオレフィン系樹脂などの透明な高分子で作られている。

導光板の光照明部３における光源側を除く３側面には光反射層４が形成されている。この光反射層は、ＡｌやＡｇあるいはＡｇとＰｄとの化合物を１００ｎｍ以上の膜厚、望ましくは１μｍ程度の膜厚で積層して形成されている。この光反射層の形成は真空蒸着などの気相成長法や無電解メッキと電解メッキとを組み合わせた方法で容易に行うことができる。

導光板の光照明部３の裏面には、微小反射構造体が形成されている。微細反射構造体としては、図１の紙面に垂直な方向に稜線を持った微細プリズム群や、導光板３の内部に向かって凸または凹の互いに離間した微小三角柱群、あるいはシボ構造体を用いることができる。これらの微細反射構造体の形成方法としては、通常の射出成形法を用いることができる。

導光板３は、厚み１ｍｍ程度に薄く形作られているために、内部を導波する光が導光板の内面で反射される回数は、通常の５〜１０ｍｍ程度の厚みを有する導光板に比較しておよそ５〜１０倍程度多くなるために、上記微細反射構造体の形成密度は前記通常の導光板のおよそ１／１０〜１／５程度で良い。また、このことにより、照明光の輝度分布は通常の導光板厚みをもった照明装置よりも著しく改善される。

図２に本実施例の薄型照明装置に関する他の断面構成を模式的に示す。図示するように、導光板の光照明部３において微細反射構造体が形成されている側の外側に光反射板６が配置されている。このように、導光板の光照明部３の裏面に光反射板６を形成することによって、導光板３の裏面から抜けた光を効率良く光照射面、すなわち導光板の光照明部３の表面側、すなわち光照射面に戻すことができる。

図３に他の形状の楔形入光部を有する照明装置の断面構成を模式的に示す。図示するように、楔形入光部２は、上面だけに段が形成されており、光入射端から離れるに従って細くなった楔形をしている。各段の高さには制限がないが、段の高さはできる限り低くするのが望ましい。具体的には、各段の高さは５０〜１０００μｍの範囲で任意に設定できる。このような構造では楔形入光部２の長さが図１や図２で示したものよりも長くなるが、楔形入光部２を含めた導光板の底面を平坦にすることができるために、照明配置がし易くなるという長所を持っている。

図３で示した楔形入光部２の内部における光の挙動を図５に示す。光源１から出た光は楔形入光部２の光入射端面から楔形入光部２に入る。まず、光路２０で示されている光は光入光部の上面に形成された光反射層４で反射されて直接楔形入光部２から導光板の光照明部３に入る。一方、光路２１で示される光は、段部に形成された光反射層４で反射されて一度光入射端面側に戻るが、再び光入射端面で反射されて導光板の光照明部３に入る。ここに示したように、本発明に用いられている楔形入光部２は、垂直な段部で形成されているために、内部で繰り返し光反射を受けても楔形入光部２の側面や上下面への入射角は変化しない。すなわち、光源１からの出射角を実質的に変更させることなく、導光板の光照明部３に導くことができる。

もし、通常の滑らかなテーパを持った楔形入光部やテーパを有する段部を持った楔形入光部を用いたとすると、そのテーパで反射された光は結果的に光源からの出射角よりも大きな出射角を持った光と同等となり、導光板の光照明部３の内部に入った後、直ちに外部に漏れ出してしまうために微細反射構造体の形成にはさらに高次の変化を持たせて照明輝度分布が光源側に偏らないようにすることが重要である。

次に、導光板の光照明部３の内部における光の挙動に関して説明する。楔形入光部２から導光板の光照明部３に入射した光は、ほとんどが臨界角以上の大きな入射角で入射するために、内部で繰り返し反射を行う。導光板の光照明部３の裏面には微細反射構造体が形成されており、その微細反射構造体に入射した導波光は光路に偏向を受けて臨界角よりも小さな入射角で導光板の光照明部３の表面に入射し、その結果、導光板の光照明部３の表面から出射して被照明体を照射する。

導光板の光照明部３の裏面に形成されている微細反射構造体は、導光板の表面から出射する光の輝度が均一になるように、光源側から遠ざかるにつれて密に形成されている。

また、以上の説明では微細反射構造体を導光板の光照明部３の裏面に形成した例を説明したが、導光板の光照明部３の上面に形成しても良いことは言うまでもない。

図４に本発明の照明装置を用いた液晶表示装置の断面構成を模式的に示す。図４で用いた照明装置は、図３で示した構成と同様のものであるが、導光板３の裏面には光反射板６を配置している。液晶パネル８としては、ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリックス型液晶表示パネルでも、パッシブマトリックス型液晶パネルでも、どちらの型の液晶パネルでも用いることができる。液晶パネル８と導光板３との間隙には、プリズムシート７を配している。このプリズムシートは、導光板の光照明部３側に対向して凹凸を有し、稜線を図４の紙面に垂直な方向に持つ微細なプリズムが規則正しく形成された透明なシートである。このような、プリズムシート７を本発明の照明装置と液晶パネル８との間に配することによって、照明光を液晶パネル８の面に効率良く垂直に入射させることができるために、液晶表示装置の輝度を高めることができる。図４から分かるように、本発明の照明装置は、導光板の光照明部を薄く構成することができるために、その結果液晶表示装置そのものの薄型化が可能となる。

以下に、さらに具体的な実施例を説明する。

図１で示した構造の照明装置を作製した。楔形入光部２の光源側の厚みが７ｍｍで、幅が３５ｍｍのものをアクリル樹脂で成形して用いた。導光板の光照明部３の厚みは１ｍｍとし、長さは４０ｍｍとした。この楔形入光部２の表面にはアルミニウムを約１μｍの厚さで蒸着した。また、楔形入光部の各段部の高さは全て８０μｍとし、段数は片側３７段ずつとした。導光板の光照明部３の上下面を除く３側面にはアルミニウム光反射層を約１μｍだけ蒸着で形成した。導光板３の裏面には高さ５μｍで光源側の底角が３０度、光源と反対側の底角が８０度で導光板内に向かって凸の微細三角柱を散在して形成した。その形成密度は、その微細三角柱の底面積が光源からの距離の約二乗に比例するようにした。光源として、白色ＬＥＤ光源を３個用いた。

このようにして作製した薄型照明装置の輝度を測定したところ、２０００〜２４００ｃｄ／ｍ２の値が得られ、通常のサイドライト型照明装置と同等の性能が得られた。また、照明装置の照明部の厚みを１ｍｍと薄くすることができ、従来の１／７の厚みにすることができた。

図３に示すフィルム型照明装置を作製した。光入光部２の段数は全て高さ８０μｍで７４段とした。導光板の光照明部３としては、実施例１と同様のものを用いた。ただし、導光板の光照明部３の裏面には、稜線が光入射端に平行な微細プリズムを形成した。このプリズムの高さは、５〜５０μｍであり、頂角は９０度とした。また、プリズムのピッチと高さは、プリズム表面積が光源側からの距離の二乗に比例するように増加させた。

また、導光板の裏面に光反射板６として反射面を鏡面にしたアルミニウム板を用いた。さらに、光源としては、白色ＬＥＤ光源を３個用いた。

この薄型照明装置の輝度を測定したところ、１９００〜２２００Ｃｄ／ｍ２の輝度が得られた。

本発明の薄型照明装置の実施例を模式的に示す断面図である。 本発明の薄型照明装置の実施例を模式的に示す断面図である。 本発明の薄型照明装置の実施例を模式的に示す断面図である。 本発明の液晶表示装置を模式的に示す断面図である。 楔形入光部内の光路の１例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ光源
２ 楔形入光部
３ 導光板の光照明部
４、５ 光反射層
６ 光反射板

Claims (7)

1. 光源と、前記光源からの光を照明光として照射する光照射部を有する導光体と、前記光照明部の少なくとも一方の表面に設けられた反射構造体と、前記光源からの光を前記導光体に導く入光体を備えるとともに、前記入光体は、前記光源からの光が入る入光面と前記導光体に光を伝える伝光部を備え、前記入光体の厚みが前記入光面側から前記伝光部側に向かって順次薄く構成されていることを特徴とする照明装置。
2. 前記入光体は前記入光面側から順次階段状に薄く構成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記入光体に形成されている階段状の段部は略垂直に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記入光体と前記導光体が同一材料で一体的に形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記導光体が透明フィルム材料で形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記入光体の表面には、前記入光面と前記導光部を除いて光反射層が設けられたことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の照明装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の照明装置と、前記照明装置の光照射面側に設けられた非自発光型の表示素子とを備えることを特徴とする表示装置。

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