JP2010232101A - 導光体ユニット、照明装置および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の導光体で構成される導光体ユニットにおいて、輝度の均一性をより向上させることのできる導光体ユニットを提供する。
【解決手段】光源からの光を面発光させる発光面を備えた複数の導光体が、上記発光面を面一状とするように配置された導光板１２において、隣接して並べられた上記複数の導光体同士の継ぎ目７に対応する位置に、当該継ぎ目７に起因して低下する光量を、上記導光体の発光面から出射される光の進路変更によって補う光量調整部１４ａが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置のバックライトなどに利用される導光体ユニット、この導光体ユニットを備えた照明装置、および、この照明装置を備えた液晶表示装置に関するものである。

近年、ブラウン管（ＣＲＴ）に代わり急速に普及している液晶表示装置は、省エネ型、薄型、軽量型等の特長を活かし液晶テレビ、モニター、携帯電話等に幅広く利用されている。これらの特長をさらに活かす方法として液晶表示装置の背後に配置される照明装置（いわゆるバックライト）の改良が挙げられる。

照明装置は、主にサイドライト型（エッジライト型ともいう）と直下型とに大別される。サイドライト型は液晶表示パネルの背後に導光体が設けられ、導光体の横端部に光源が設けられた構成を有している。光源から出射した光は、導光体で反射して間接的に液晶表示パネルを均一照射する。この構造により、輝度は低いが薄型化することができるとともに、輝度均一性に優れた照明装置が実現できる。そのため、サイドライト型の照明装置は、携帯電話、ノートパソコン等のような中小型液晶ディスプレイに主に採用されている。

サイドライト型の照明装置の一例としては、特許文献１に記載のものが挙げられる。特許文献１には、発光面からの均一な発光が可能なように、導光板の反射面に複数のドットを形成した面発光装置の導光板について記載されている。この面発光装置では、反射面の隅部が光源の指向性によって光が伝達されず暗くなるため、当該隅部のドットの密度を他の部分と比較して高くしている。

また、直下型の照明装置は、液晶表示パネルの背後に光源を複数個配列し、液晶表示パネルを直接照射する。したがって、大画面でも高輝度が得やすく、２０インチ以上の大型液晶ディスプレイで主に採用されている。しかし、現在の直下型の照明装置は、厚みが約２０ｍｍ〜４０ｍｍ程度もあり、ディスプレイのさらなる薄型化には障害となる。

大型液晶ディスプレイでさらなる薄型化を目指すために、光源と液晶表示パネルとの距離を近づける方法が考えられるが、その場合、光源の数を多くしなければ、照明装置における輝度の均一性を得る事はできない。その一方で、光源の数を増やすとコストが高くなる。そのため、光源の数を増やすことなく、薄型で輝度の均一性に優れた照明装置の開発が望まれている。

従来、これらの問題を解決するため、サイドライト型の照明装置を複数個並べることで大型液晶ディスプレイを薄型化する試みがなされてきた。

例えば、特許文献２には、コンパクトな構造で広発光エリアを確保できるため、大型の液晶ディスプレイに好適に利用できる面光源装置が提案されている。この面光源装置は、板状の導光ブロックを重ね合わせて配列し、各導光ブロックに一次光をそれぞれ供給する一次光源を備えたタンデム型の構造を有している。

上記のように、光源と導光体とを組み合わせて構成される発光ユニットを複数個重ね合わせ並べて構成された照明装置は、タンデム型の照明装置と呼ばれる。

特開２００３−０４３２６６号公報（２００３年０２月１３日公開） 特開平１１ −２８８６１１号公報（１９９９年１０月１９日公開） 特開平０９ −０３７１９４号公報（１９９７年０２月０７日公開） 特開２００１−３１２９１６号公報（２００１年１１月０９日公開） 特開２０００−０５６７１３号公報（２０００年０２月２５日公開）

ところが、上記のように導光体と光源とを組み合わせて構成されている照明装置において、複数の導光体を平面的に配列した場合、隣接する導光体の継ぎ目部分に相当する領域で、光量が足りずに暗線が生じ易いために、液晶パネル全体で輝度ムラが発生し輝度が不均一になってしまうという問題がある。上記暗線は、光源からの光を受ける導光体の入光面に対して垂直な側面に沿った継ぎ目に相当する領域で、特に発生し易い。

このような暗線の問題は、タンデム型のバックライトだけではなく、図３に示すような複数の導光体を重なり合うことなく同一平面上に並べて配置した構成のバックライト（このようなバックライトをタイル式のバックライトと呼ぶ）においても発生する。

また、特許文献３では、外周に非表示部を有したディスプレイを２枚組み合わせることによって、大画面化を図る場合に、ディスプレイ発光面上に光軸が傾斜した光ファイバープレートを備え、２枚のディスプレイの継ぎ目部分の方へ、それぞれの表示画像をシフトして、上記継ぎ目部分に非表示部の無いマルチ画面ディスプレイを構成する画像表示装置について開示されている。

しかしながら、特許文献３に記載の発明では、ディスプレイの上部に配置された、光軸が傾斜した光ファイバープレートによって表示画像をシフトする構成なので、画素の縦横比が変化し、表示画像に歪みが発生するという問題を生じる。

また、特許文献４では、導光体の継ぎ目部分に相当する領域に現れる輝線により輝度ムラが生じ、依然として輝度が不均一になってしまうという問題を解決するために、輝線の原因となる光が出射される上記端面に遮光層を設ける構成が記載されている。

しかしながら、特許文献４に記載の発明では、端面から出射される輝度の高い光を遮ることができるため輝線を抑えることができるが、導光体の隙間によって生じる暗線に対しては遮光層を用いて輝度ムラを低減することはできない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、複数の導光体で構成される導光体ユニットにおいて、輝度の均一性をより向上させることのできる導光体ユニットを提供することを主たる目的とする。

本発明に係る導光体ユニットは、上記課題を解決するために、光源からの光を面発光させる発光面を備えた複数の導光体が、上記発光面を面一状とするように配置された導光体ユニットであって、隣接して並べられた上記複数の導光体同士の継ぎ目に対応する位置に、当該継ぎ目に起因して低下する光量を、上記導光体の発光面から出射される光の進路変更によって補う光量調整部が設けられていることを特徴としている。

上記の構成において、複数の導光体には、隣接して並べられた他の導光体との間に、製造上の寸法公差などから僅かな隙間が発生する。この隙間によって光の不連続が生じ、光の強度分布の凹凸が生じる。光の強度分布の凹凸は輝度の不均一性（輝度ムラ）を生じ、全白表示ではこれが暗線となり表示特性を損なう。

上記の構成によれば、複数の導光体同士の継ぎ目に起因して低下する光量が、当該継ぎ目に対応する位置に設けた光量調整部によって補われるようになっている。すなわち、光量調整部は、上記導光体の発光面から出射される光の進路を変更し、光量が低下する領域へ光を導く機能を有している。

したがって、継ぎ目に起因して光量が低下することにより、上記発光面上に輝度ムラが発生したとしても、光量調整部によって、その輝度ムラを低減することができるという効果を奏する。

本発明の導光体ユニットでは、上記光量調整部は、上記継ぎ目を挟んで隣接する各導光体の上記発光面から出射される光を上記継ぎ目上に集光する機能を有していることが好ましい。

そのような機能を有した光学素子として、レンチキュラーレンズ、フレネルレンズまたは光ファイバープレートを用いることができる。

なお、レンチキュラーレンズは、安価に大量生産が可能であるという利点を有している。また、フレネルレンズは、レンチキュラーレンズを使用する場合と比較して、レンズ部の高さを低く構成でき、導光体ユニットの薄型化に有利であるという利点を有している。さらに、光ファイバープレートは、高さが略一定の水平な光量調整板を構成することができるので、取り扱いが容易で破損に耐性のある導光体ユニットを構成し易いという利点を有している。

なお、光ファイバープレートとは、本明細書では、例えば直径数μｍ程度の光ファイバーを多数束ねて成形したものを指す。

本発明の導光体ユニットでは、上記光量調整部は、上記継ぎ目が格子状に形成される場合に、上記光量調整部は、上記光源の光軸に対して平行な継ぎ目、または上記光軸に対して相対的に平行に近い方の継ぎ目に対応して設けられていることが好ましい。

複数の導光体を、上記発光面を面一状とするように配置した場合には、上記継ぎ目が格子状に形成される。この格子状の継ぎ目は、上記のように、光源の光軸に対して平行な継ぎ目、または上記光軸に対して相対的に平行に近い方の継ぎ目（第１の継ぎ目とする）と、上記光軸に対して交差する継ぎ目、または上記光軸に対して相対的に平行に近くない方の継ぎ目（第２の継ぎ目とする）とに分けられる。これらの継ぎ目のうち、上記第２の継ぎ目よりも、上記第１の継ぎ目において光量の低下が発生し易い。

上記の構成によれば、光量が低下し易い上記第１の継ぎ目に対応して、上記光量調整部を設けるので、輝度ムラを効果的および効率的に低減することができる。

本発明の導光体ユニットでは、上記導光体の各々は、上記発光面を有する発光部と、上記光源からの光を上記発光部へ導く導光部とを備え、一方の導光体の導光部に、隣り合う他方の導光体の上記発光部が乗り上げるように配置されていてもよい。

上記の構成によれば、いわゆるタンデム式の導光体ユニットにおいても、隣り合う導光体との間に生じる暗線の発生を簡単な構成で容易に抑制できるという効果を奏する。

本発明の導光体ユニットでは、上記導光体の各々は、上記導光体の１つを平面視した領域の内側に、上記光源を備えており、上記導光体がタイル状に配置されていてもよい。

上記の構成によれば、いわゆるタイル式の導光体ユニットにおいても、隣り合う導光体との間に生じる暗線の発生を簡単な構成で容易に抑制できるという効果を奏する。

本発明の導光体ユニットでは、上記継ぎ目が格子状に形成されていることに対応して、上記光量調整部を格子状に設けてもよい。

本発明の導光体ユニットでは、上記光量を低下させる継ぎ目が格子状に形成されていることに対応して、上記光量調整部を格子状に設けてもよい。

上記の構成によれば、光量調整部を上記継ぎ目に対応する位置に格子状に設けることで、例えば、光源の配置位置などによって、前記第１の継ぎ目の上部だけでなく、前記第２の継ぎ目の上部にも暗線が形成される場合であっても、光量調整部を導光体の上に配置するだけで容易に暗線の発生を抑制することができるという効果を奏する。

なお、上記光量調整部は、導光体同士の継ぎ目に起因して低下する光量を、上記導光体の発光面から出射される光の進路変更によって補うという基本的な機能を備えているほかに、光源に対向する面が含まれる継ぎ目のように、輝度が高くなり過ぎる領域では、逆に、光を拡散して輝度低減を図るという機能を備えていてもよい。

つまり、光源の光軸に対して平行な側面では、暗くなるので、上記光量調整部は集光して輝度向上を図り、例えば光源の光軸に対して垂直な対向面では、明るくなるので、上記光量調整部は拡散付与して輝度低減を図るようにしてもよい。

本発明の導光体ユニットでは、上記光量調整部の上に、上記発光面から照射される光を拡散する拡散板をさらに備えていることが好ましい。

上記の構成によれば、光量調整部の上に光を拡散する拡散板を備えていることで、光量調整部によって平滑化された光量をさらに均一に整えることができるというさらなる効果を奏する。

本発明にかかる照明装置は、上記の課題を解決するために、上記いずれかの導光体ユニットと、上記光源とを備えたことを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明の導光体ユニットを備えていることによって、輝度の均一性に優れた照明装置を実現することができる。

本発明にかかる液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、上記の照明装置をバックライトとして備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明の照明装置を備えていることによって、輝度ムラが抑制され、表示品位の良好な液晶表示装置を実現することができる。

以上のように、本発明の導光体ユニットは、隣接して並べられた複数の導光体同士の継ぎ目に対応する位置に、当該継ぎ目に起因して低下する光量を、上記導光体の発光面から出射される光の進路変更によって補う光量調整部を備えている。

それゆえ、継ぎ目に起因して光量が低下することにより、上記発光面上に輝度ムラが発生したとしても、光量調整部によって、その輝度ムラを低減することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態を示すものであり、（ａ）は液晶表示装置の構造を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示した液晶表示装置のバックライトの断面図である。 本発明の解決する課題を示すものであり、（ａ）は液晶パネル上に生じる暗線および導光体の位置関係を断面図に基づいて示す図であり、（ｂ）は暗線および導光体の配置の位置関係を正面図に基づいて示す図である。 上記液晶表示装置のバックライトにおける導光体および光源の配置の一例を示すものであり、（ａ）は導光体の短手方向に対向して光源を配置した例を示す図であり、（ｂ）は導光体の対角線上に対向して光源を配置した例を示す図である。 上記液晶表示装置における光線の進路を模式的に示した断面図である。 上記液晶表示装置のレンズシートにおける光量調整部の別の形成方法を示す正面図である。 本発明の別の実施形態を示すものであり、（ａ）はフレネルレンズを用いた構成を示す模式図であり、（ｂ）はフレネルレンズを用いた光量調整部を備えるバックライトの構成を示す模式図である。 本発明の別の実施形態を示すものであり、（ａ）はファイバープレートを用いた構成を示す模式図であり、（ｂ）はファイバープレートを用いた光量調整部を備えるバックライトの構成を示す模式図である。 タンデム式の導光体ユニットの構成を示す斜視図である。 導光板に対する光線の入射角および導光板の外部へ放出される光線の関係の概略を示す断面図である。

本発明の一実施形態について図１から図５に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本実施の形態では、液晶表示装置のバックライトとして使用される照明装置について説明するが、これに限るものではない。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、本実施の形態にかかる液晶表示装置１の概略構成を示す斜視図および断面図である。液晶表示装置１は、バックライト１０（照明装置）と、バックライト１０に対向配置される液晶表示パネル３０とを備えている。

液晶表示パネル３０は、従来の液晶表示装置に使用される一般的な液晶パネルと同様の構成を有し、図示はしないが、例えば、複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が形成されたアクティブマトリクス基板と、それに対向するＣＦ基板とを備え、これらの基板の間に液晶層がシール材により封入された構成を有している。

バックライト１０は、導光板１２、光量調整シート（光量調整部）１４、および拡散板２０が順に重ねられ、拡散板２０の上に液晶表示パネル３０が重ねられた構造となっている。なお、導光板１２および光量調整シート１４は、本発明の導光体ユニットに相当している。

上記導光板１２は、複数の導光体から構成されている。すなわち、光源からの光を面発光させる発光面を備えた複数の導光体が、上記発光面を面一状とするように配置されることによって、導光板１２を形成している。さらに、導光板１２は、導光体の形状および配列の方式によって、いわゆるタンデム式とタイル式とに大別される。

図１（ａ）および図１（ｂ）では、導光板１２を簡略化し、模式的に図示しているが、タンデム式の導光板１２は、例えば図８に示すように構成されている。

図８の導光板１２は、複数の導光体１００を備えている。各導光体１００は、発光面２を有する発光部３と、光源４からの光を上記発光部３へ導く導光部５とを備え、一方の導光体１００の導光部５に、隣り合う他方の導光体１００の発光部３が乗り上げるように配置されている。これにより、隣接する発光面２同士の間には継ぎ目が形成されるものの、複数の発光面２によって面一状の大きな発光面を形成できるので、導光板１２は、大画面に対応した大面積の面光源を構成することができる。

なお、上記導光部５は、上記光源４から出射される光の光軸方向に垂直な方向に延びた入光端面６を有し、この入光端面６に、上記光源４が設けられている。

一方、図４は、タイル式の導光板１２を備えた本実施形態の液晶表示装置１の詳細な構成を示す断面図である。タイル式の導光板１２を構成する複数の導光体１００ａは、各々の外形が略直方体であり、導光体１００ａ毎に備えられた光源２２（２２Ｒ、２２Ｌ）が、導光体１００ａの内部に形成された凹部に収容されている。すなわち、図３（ａ）（ｂ）にも示すように、上記光源２２（２２Ｒ、２２Ｌ）は、上記導光体１００ａの１つを平面視した領域の内側に備えられている。

なお、バックライト１０は、液晶表示パネル３０の背後（表示面とは反対の側）に配置され、導光板１２、光量調整シート１４、拡散板２０、光源２２（２２Ｒ、２２Ｌ）のほかに、基板２４および反射シート２６を備えている。

光源４または光源２２は、例えば、サイド発光タイプの発光ダイオード（ＬＥＤ）、または冷陰極管（ＣＣＦＬ）等である。以下では、光源２２として、ＬＥＤを例に挙げて説明する。光源２２として、Ｒ、Ｇ、Ｂのチップが１つのパッケージにモールドされているサイド発光タイプのＬＥＤを用いることによって、色再現範囲の広い照明装置を得る事が可能となる。なお、光源２２は、光の出射方向が対向した１対の光源２２Ｒ，２２Ｌを備え、光源２２Ｒ，２２Ｌのそれぞれは、基板２４上に固定されている。

図４の構成では、光源２２から出射された光は、導光板１２の発光面１２ａから面発光される。発光面１２ａは、照射対象に対して光を照射するための面である。

反射シート２６は、導光体１００ａの裏面（発光面１２ａとの対向面）と接するように設けられている。反射シート２６は、光を反射し、発光面１２ａからより多くの光を出射させるものである。本実施の形態では、導光体１００ａが複数設けられているため、導光体１００ａ毎に反射シート２６が設けられている。

なお、図８のタンデム式の導光体１００の場合にも、導光体１００の裏面、つまり発光面２と反対側の面に、反射シート２６と同様の反射シートを設けてもよい。

図示はしていないが、導光体１００の発光面２または導光体１００ａの発光面１２ａ、若しくは裏面には、導光してきた光を前面に出射させるための加工や処理が施されており、光は、発光面２または発光面１２ａから液晶表示パネル３０側へ出射される。上記加工や処理の具体例は、例えば、プリズム加工、シボ加工、印刷処理などが挙げられるが、特に限定されず、適宜公知の方法が用いられる。

また、本実施形態の導光板１２は、主に、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の透明樹脂によって構成されているが、特に限定されず、光の透過率が高い材質であることが好ましい。また、導光板１２は、例えば、射出成型や押出成型、熱プレス成型、切削加工等によって成形することができる。ただし、これら成形方法には限定されず、同様の特性が発揮される加工方法であればよい。

拡散板２０は、導光板１２に形成される面一状の発光面の全体を覆うように、発光面に対向配置される。拡散板２０は、導光板１２の発光面から出射した光を拡散させて、液晶表示パネル３０に照射する。

なお、隣接して並べられた導光体１００または導光体１００ａ同士の継ぎ目は、図３または図８に示すように、格子状に形成される。この格子状の継ぎ目は、図８に示すタンデム式の導光板１２の場合、光源４の光軸に対して平行な継ぎ目７（第１の継ぎ目）と、上記光軸に対して交差する継ぎ目８（第２の継ぎ目）とに分けられる。これらの継ぎ目７，８のうち、継ぎ目７において光量の低下が発生しやすく、図２に示すような暗線が、縞状に発生し易い。

また、図３（ａ）に示すように、光源２２Ｒ，２２Ｌを、タイル状に配置された各導光体の短辺の中央において対向するように配置した場合、上記格子状の継ぎ目は、光源２２の光軸に対して平行な継ぎ目７（第１の継ぎ目）と、上記光軸に対して交差する継ぎ目８（第２の継ぎ目）とに分けられる。これらの継ぎ目７，８のうち、継ぎ目７においては光量の低下が発生しやすく、図２に示すような暗線が、縞状に発生し易い。

また、図３（ｂ）に示すように、光源２２Ｒ，２２Ｌをタイル状に配置された各導光体に対角的に配置した場合、上記格子状の継ぎ目は、光源２２の光軸に対して相対的に平行に近い方の継ぎ目７（第１の継ぎ目）と、上記光軸に対して相対的に平行に近くない方の継ぎ目８（第２の継ぎ目）とに分けられる。なお、継ぎ目が光軸に対して平行に近いか近くないかとは、言い換えれば、継ぎ目と光軸とのなす角が、相対的に小さいか大きいかということである。これらの継ぎ目７，８のうち、継ぎ目７において光量の低下が発生しやすく、図２に示すような暗線が、縞状に発生し易い。

光量調整シート１４は、暗線を発生させ易い継ぎ目、すなわち、少なくとも上記継ぎ目７に対応する位置に、当該継ぎ目７に起因して低下する光量を、上記発光面２または発光面１２ａから出射される光の進路変更によって補う光量調整部１４ａを備えている。

上記光量調整シート１４の一例は、図１に示すレンチキュラーレンズである。レンチキュラーレンズは、複数のシリンドリカルレンズを、各凸面が同じ向きとなり、各長手方向が平行となるように並列に配置した光学素子である。１つ１つのシリンドリカルレンズが、上記継ぎ目７のそれぞれに対応する位置、つまり継ぎ目７の上方位置に設けられ、上記光量調整部１４ａとして機能している。

図１（ｂ）に示すように、上記シリンドリカルレンズは、継ぎ目７を挟む両側の導光板１２から照射された光を屈折させて、暗線が形成される継ぎ目７の上方に光を集光する。これにより、上記暗線が発生する領域へ集中するように光が誘導されるので、暗線となる部分に周囲の光を導くことで光の強度分布を平準化することができる。この結果、複数の導光体で構成される照明装置において、輝度の均一性をより向上させることのできる照明装置を提供することができる。

（輝度の均一性について）
ここで、輝度が不均一となる原理について以下に説明する。

図１（ｂ）および図２（ａ）に示すように、本実施形態のバックライト１０において、隣接して並べられた複数の導光板１２の間には、製造上の寸法公差などから僅かな隙間が発生する。この隙間によって光の不連続が生じ、光の強度分布の凹凸が生じる。光の強度分布の凹凸は輝度の不均一性（輝度ムラ）を生じ、図２（ｂ）に示すように、全白表示ではこれが暗線となり表示特性を損なう。

図２（ａ）は、導光板１２および拡散板２０を含むバックライト１０の断面図、光の強度分布、および液晶表示パネル３０上に生成される暗線の縞模様の対応を示す模式図である。図２（ａ）に示すように、バックライト１０から照射される光の強度分布は、導光板１２の中央付近では一定であるものの、導光板１２の継ぎ目７の近辺では、導光板１２の間に僅かな隙間が発生して継ぎ目７の上部で光の強度が落ちた結果、液晶パネル３０の表面における、継ぎ目７に対応する部分に暗線が浮き出る。

図２（ｂ）は、導光板１２の上面図および液晶表示パネル３０上に生成される暗線の縞模様の対応を示す模式図である。図２（ｂ）に示すように、導光板１２の縦方向の継ぎ目に対応して、複数の縦の暗線が対応する部分に浮き出ている。

ここで、暗線が縦方向に発生して、横方向には発生しにくい理由について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は、液晶表示装置１のバックライト１０における導光板１２および光源２２の配置の一例を示すものであり、（ａ）は導光板１２の長手方向に対向し合うように光源２２を配置した例を示す図であり、（ｂ）は導光板１２の対角線に沿って対向し合うように光源２２を配置した例を示す図である。

図３（ａ）に示すように、導光板１２の長手方向に対向して光源２２を配置した場合、横方向の接合面から暗線が発生することは少ない。これに対して、導光板１２の長手方向には、液晶パネル３２の表面に暗線が浮き出ることが多い。

これは、光源の光軸に対して平行に近い導光板側面は導光板媒質と空気との屈折率差に基づく反射の影響により、光の染み出しが少ないことに起因する。このため、導光板側面部の継ぎ目部分の輝度、すなわち光量は低下するので、その部分が輝度暗部となり、輝度ムラとして明暗の縞が発生する。

このような、導光体側面の継ぎ目部分における光の染み出しの原理について、図９（ａ）〜図９（ｃ）を参照して説明する。図９（ａ）に示すように、空気の屈折率をｎ_ｏ、媒質の屈折率をｎ_ｉとすると、一般にｎ_ｉ＞ｎ_ｏとなる。なお、空気の屈折率ｎ_ｏは通常１としている。

この場合、光は屈折率の大きい方向に屈折する性質があり、図９（ａ）のように媒質の中から外へ（空気へ）出ようとする光は、媒質方向へ曲がる。言いかえれば、θ_ｉを入射角、θ_ｏを屈折角とすれば、入射角よりも屈折角が大きくなると言える。この入射角θ_ｉが大きくなれば、更に出射光は媒質方向に曲がる。

ここで、図９（ｂ）に示すように、ある一定の入射角θ_ｃ以上では、媒質から空気へ出られず、全反射する。この入射角θ_ｃを臨界角という。光通信で用いられる光ファイバーはこの原理を用いて、遠距離まで光を伝播させている。よって、導光板の側面は元々、光が出にくい構造となっている。このように、臨界角θ_ｃ以上の入射角の光は全反射し、臨界角θ_ｃ未満の入射角の光のみが染み出すことになる。

一方、図９（ｃ）は、媒質側面から光が出にくい導光板が、バックライトの機能を持つために面光源として光線を出射する面である出射平面から光を出射するメカニズムを示している。図９（ｃ）に示すように、導光板底面、または、導光板上面には微細な突起物や形状賦型が形成されている。このような細工によって、導光板の屈折率を変える、あるいは、光線の反射の方向を変えることで光線の入射角が小さくなるようにして、出射平面に垂直に近い角度で入射するように構成されている。

上述のような輝度ムラの発生を防ぐために、光源を導光板１２の短手方向だけではなく、長手方向にも備えることが考えられるが、単純計算で光源の数が倍に増えコストがかかる上に、効率も悪い。

そこで、図３（ｂ）に示すように、導光板１２の対角線方向に一対のみ光源を備えることが考えられる。しかしながら、図３（ａ）の配置では、継ぎ目８を挟んで近接していた光源２２Ｒ，２２Ｌが、図３（ｂ）の配置では、継ぎ目８の両端に離れてしまうため、光軸に相対的に平行に近い方の継ぎ目７に暗線が発生しやすいとはいえ、継ぎ目８にも暗線が発生してしまう可能性が起こる。

この場合、図５に示すように、光量調整部１４ａを格子状に縦方向および横方向に十字に交差させて形成することで、縦方向および横方向に発生する暗線の縞模様を低減させる構成としてもよい。

一方、図８に示すタンデム式の導光板１２の場合、光源４の光軸と交差する継ぎ目８では、暗線が発生しにくい。これは、継ぎ目８を含む導光体１００の端面、つまり上記光軸と交差する導光体１００の端面が、光源４に対面しているため、継ぎ目７を含む導光体１００の側面より、照度が高くなるからである。

また、前述の通り、光源の光軸に平行な側面は、空気との屈折率差の影響で光は出にくくなっている。これに対し、光源に対向する光軸に垂直な面は、入射角が小さくほぼ真っ直ぐ光が出ようとするので、光が出やすい。そのため、携帯電話やノートＰＣモニタのような通常１枚だけの導光板を用いている表示装置では、対向面での光漏れを抑えるために対向面に反射シートを貼っている。これによって、反射した光を再度導光板に戻し、光を再利用することで光の利用効率を向上させている。

なお、タンデム型の導光板の場合は、１枚目の対向面から漏れ出た光をさらに２枚目の導光板に入光させて再利用するために、タンデム型の導光板が端部を瓦屋根のように重ねている。

（光量調整部の別の構成について）
上述の説明では、図１に示すように、光量調整シート１４としてレンチキュラーレンズを用いた例について説明した。レンチキュラーレンズとしては、透明なプラスチック製のものが多く使われている。レンチキュラーレンズは、印刷技術を応用して大量生産が可能であり、また加工も容易であるので、安価に構成することができるという利点を有している。

しかしながら、光量調整シート１４として用いるものは、レンチキュラーレンズに限らない。図６に示すようにフレネルレンズを用いる構成であってもよいし、図７に示すように光ファイバープレート（単に、ファイバープレートと呼ばれることもある）を用いる構成であってもよい。

図６および図７は、光量調整シート１４の別の構成を示すものであり、図６（ａ）はフレネルレンズを用いた構成を示す模式図であり、図６（ｂ）はフレネルレンズを用いた光量調整部を備えたバックライトの構成を示す模式図である。また、図７（ａ）は光ファイバープレートを用いた構成を示す模式図であり、図７（ｂ）は光ファイバープレートを用いた光量調整部を備えるバックライトの構成を示す模式図である。

上述の実施形態で説明したレンチキュラーレンズを用いた光量調整シート１４と同様に、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、導光板１２、フレネルレンズ１６ａ（光量調整部）を形成した光量調整シート１６、および拡散板２０を順に重ね、導光板１２同士が接合する面の隙間の部分にフレネルレンズ１６ａが対応するように配置されている。

ここで、一般的なフレネルレンズとは、通常の平凸レンズを同心円状の領域に分割し、各領域のリング状のレンズ面と、中心領域のレンズ面とを、ほぼ同じ高さに揃えることによって、厚みを減らしたレンズである。このようなフレネルレンズは、のこぎり状の断面を持つ。このため、分割数を多くすればするほど薄くなるため材料を減らし軽量にできる。これによって、薄型化が特に有利な用途や、回折の影響を無視できる照明用などに用いられることが多い。

本実施形態では、フレネルレンズ１６ａの構造として、凸レンズと同様の集光性能を有する傾斜面の角度を徐々に変化させた微細パターンを形成した光学シートを用いている。例えば、図１に示すレンチキュラーレンズを、長手方向が継ぎ目７に平行な複数の帯状領域に分割し、その各帯状領域のレンズ面を、図６（ａ）に示すように、ほぼ同じ平面上に移動することによって得ることができる。

このように、フレネルレンズ１６ａを導光板１２の隙間に対応する位置に備えた光量調整シート１６を導光板１２および拡散板２０の間に備えることによって、導光板１２の隙間に起因する暗線が発生する箇所に光を集め、輝度の均一性をより向上させることのできるバックライトを構成することができる。

また、同様に、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、導光板１２、光ファイバープレート１８、および拡散板２０を順に重ね、導光板１２同士が接合する面の隙間の部分に、光ファイバープレート１８内で光の進路変更機能を発揮する光量調整部１８ａが対応するように配置されている。

光ファイバープレートとは、本明細書では直径数μｍの光ファイバを多数束ねて成形したものを指すものとする。具体的には、前掲の特許文献５（特開２０００−０５６７１３号公報）に開示されているように、まず、光ファイバを多数束ねてガラス素材で固めてロッド状の成形体を得る。次に、その成形体の一端部を軸方向に延伸し、その結果、側面がトランペット状になり、径が細くなった延伸開始部分を径方向に切断する。これにより、図７に示すように、角錐台のような板状の光ファイバープレートが切り出される。このようにして得た光ファイバープレート１８の細径部分を導光板１２側に向ける一方、太径部分を拡散板２０側に向け、導光板１２同士が接合する面の隙間の上方で、隣り合う光ファイバープレート１８の外縁同士を当接させる。

このような光ファイバープレート１８は、その外周に近い内側領域を通過する光の進路を、外側へ広げるように変更することができるので、格子状の暗線が発生する導光板１２に適用することが好ましい。

なお、継ぎ目７に起因して発生する縞状の暗線（図２参照）に対応した光ファイバープレートを用いることもできる。そのような光ファイバープレートは、前掲の特許文献３に開示されている。すなわち、多数束ねた光ファイバーの光軸を１方向に傾斜させるように成形した光ファイバープレートは、縞状の暗線に対応可能である。そのような光ファイバープレートを、図７（ｂ）に示す光量調整部１８ａの箇所にのみ配置すればよい。つまり、継ぎ目７の左側には、光軸を右に傾けた帯状の光ファイバープレートを配置し、継ぎ目７の右側には、光軸を左に傾けた帯状の光ファイバープレートを配置すればよい。これにより、継ぎ目７の上方に光が誘導されるので、縞状の暗線が発生するのを防止することができる。

この光ファイバープレート１８は、導光板１２の発光面１２ａから発する光の進路を変更し、導光板１２の隙間によって暗線が発生する領域に光を集中させるように成形されている。上記光ファイバープレートを光量調整シートとしてバックライトを構成することで、上述の実施形態と同様に、輝度の均一性をより向上させることのできるバックライトを構成することができる。

なお、光量調整シートとして光ファイバープレートを用いることによって高さが略一定の水平な光量調整シートを構成することができるので、取り扱いが容易で破損に耐性のある照明装置を構成できるというさらなる効果も期待できる。

本実施の形態の液晶表示装置１は、上述したようなバックライト１０を備えていることで、液晶表示パネル３０に対してより均一な光を照射することができるため、表示品位を向上させることができる。

また、本発明の照明装置は、輝度均一性を維持しつつ、その構造をより薄型にすることも可能である。そのため、特に、薄型で大画面の液晶表示装置のバックライトとして使用することが好ましい。

また、本発明の導光体ユニットは、発光面積が大きくなった場合にも輝度均一性に優れているため、特に大画面を有する液晶表示装置のバックライトに使用することが好ましい。

しかしながら、本発明は必ずしもこれに限定はされず、あらゆる液晶表示装置のバックライトに使用することができるほか、輝度が均一な大面積の面光源または照明装置に適用することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した実施形態において開示された各技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の導光体ユニットは、面発光する照明装置に利用できる。また、本発明の導光体ユニットを備えた照明装置は、液晶表示装置のバックライトとして利用できる。

１ 液晶表示装置
２ 発光面
３ 発光部
４ 光源
５ 導光部
７ 継ぎ目
８ 継ぎ目
１０ バックライト（照明装置）
１２ 導光板
１２ａ 発光面
１４ 光量調整シート
１４ａ 光量調整部
１６ 光量調整シート
１６ａ フレネルレンズ（光量調整部）
１８ 光ファイバープレート
１８ａ 光量調整部
２０ 拡散板
２２ 光源
２２Ｒ 光源
２２Ｌ 光源
２４ 基板
３０ 液晶表示パネル
１００ 導光体
１００ａ 導光体

Claims (12)

1. 光源からの光を面発光させる発光面を備えた複数の導光体が、上記発光面を面一状とするように配置された導光体ユニットであって、
   隣接して並べられた上記複数の導光体同士の継ぎ目に対応する位置に、当該継ぎ目に起因して低下する光量を、上記導光体の発光面から出射される光の進路変更によって補う光量調整部が設けられていることを特徴とする導光体ユニット。
2. 上記光量調整部は、上記継ぎ目を挟んで隣接する各導光体の上記発光面から出射される光を上記継ぎ目上に集光する機能を有していることを特徴とする請求項１記載の導光体ユニット。
3. 上記継ぎ目が格子状に形成される場合に、上記光量調整部は、上記光源の光軸に対して平行な継ぎ目、または上記光軸に対して相対的に平行に近い方の継ぎ目に対応して設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の導光体ユニット。
4. 上記光量調整部として、レンチキュラーレンズを用いたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の導光体ユニット。
5. 上記光量調整部として、フレネルレンズを用いたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の導光体ユニット。
6. 上記光量調整部として、複数の光ファイバーを束にして成形した光ファイバープレートを用いたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の導光体ユニット。
7. 上記導光体の各々は、上記発光面を有する発光部と、上記光源からの光を上記発光部へ導く導光部とを備え、一方の導光体の導光部に、隣り合う他方の導光体の上記発光部が乗り上げるように配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の導光体ユニット。
8. 上記導光体の各々は、上記導光体の１つを平面視した領域の内側に、上記光源を備えており、上記導光体がタイル状に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の導光体ユニット。
9. 上記光量を低下させる継ぎ目が格子状に形成されていることに対応して、上記光量調整部を格子状に設けたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の導光体ユニット。
10. 上記光量調整部の上に、上記発光面から照射される光を拡散する拡散板をさらに備えたことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の導光体ユニット。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の導光体ユニットと、上記光源とを備えたことを特徴とする照明装置。
12. 請求項１１に記載の照明装置をバックライトとして備えたことを特徴とする液晶表示装置。

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