JP3551177B2 - フロントライト用導光板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射型表示装置に搭載されるフロントライト用導光板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、表示装置の消費電力低減のために、外部が明るいときは太陽光や室内光等の外光を照明光として使用し、外部が暗いときは表示装置に搭載されたフロントライトを使用するものがある。このような表示装置に、フロントライトを備えた反射型表示装置がある。
【０００３】
図５（ａ），（ｂ）に示すように、フロントライトを備えた反射型液晶表示装置５１は、反射型の液晶パネル５２と、液晶パネル５２に対向するように配置されたフロントライト５３とを備えている。フロントライト５３は導光板５４と、導光板５４の一方の端面（入射面）５４ａと対向する位置に配置された光源５５とを備えている。導光板５４の液晶パネル５２と対向する面（出射面）５４ｂと反対側の面５４ｄには光源５５から入射した光を出射面５４ｂに向けて反射させる溝部（図示せず）が形成されている。そして、光源５５から出射されて入射面５４ａから導光板５４に入射した光は、導光板５４の内部を全反射しながら導波され、出射面５４ｂから液晶パネル５２に向かって出射される。
【０００４】
導光板５４として、図５（ａ）に示すように板厚がほぼ一定の平板型導光板と、図５（ｂ）に示すように板厚が入射面５４ａ側から反対側の面５４ｃに向かって次第に薄くなり全体としてほぼ楔状となる楔型導光板とがある。反射型液晶表示装置５１の液晶パネル５２の表示を見やすくするため、導光板５４は、輝度を確保できるように設計される。楔型導光板は入射面５４ａから導光板５４に入射した光が、平板型導光板に比較して入射面５４ａに対向する面５４ｃから抜ける割合が少なくなる。そして、特開平１１−２４２２２０号公報に記載されているように、平板型導光板に比較して楔型導光板の方が輝度を均一に保ちやすい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
平板型導光板の場合、溝深さを深くすることで輝度を向上できるが、深すぎると溝自体が線状に見えて視認性が低下するという問題がある。一方、楔型導光板の場合、平板型導光板に比較して輝度を容易に向上できるが、導光板の入射面５４ａ側の板厚と、入射面５４ａに対向する面５４ｃ側の板厚との差が大きいと、即ち、出射面５４ｂと対向する面５４ｄが出射面５４ｂと成す傾斜角度θが大きいと、視差が生じて二重像が生じる。詳述すれば、図６に示すように、導光板５４の出射面５４ｂから出射して液晶パネル５２で反射し、再び導光板５４に入射して導光板５４内を伝播し、出射面５４ｂと対向する面５４ｄから出射する光Ｌ１と、その光Ｌ１の一部が出射面５４ｂと反対側の面５４ｄで反射するとともに出射面５４ｂで反射した後、出射面５４ｂと反対側の面５４ｄから出射する光Ｌ２となる。その結果。像が二重に見える状態となる。
【０００６】
また、前記傾斜角度θが適当な角度でないと輝度にばらつきがでて均一な輝度分布にならないという問題がある。特開平１１−２４２２２０号公報には、楔型導光板の方が輝度が均一に保たれると記載されているが、視差や輝度分布の均一化に対する前記傾斜角度θの関連に関しては何ら記載がない。
【０００７】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は視差を認識できない程度に小さくして視認性を良好に維持した状態で輝度を向上させるとともに輝度分布を均一化することができるフロントライト用導光板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、反射型表示装置に搭載され、光源からの光を側面の入射面から取り入れ、被照明体と対向する出射面から出射するフロントライト用導光板である。前記導光板は、前記入射面における前記出射面と反対側端部の位置と、前記導光板の前記入射面に対向する面における前記出射面と反対側端部の位置とを通る直線が、前記出射面と成す傾斜角度θが０．２°＜θ＜０．７５°になるように形成されている。また、前記出射面と対向する面には、前記入射面から入射した光を前記出射面から出射する方向に反射させる採光部が形成されている。
【０００９】
この発明では、導光板がマクロ的に見て入射面側から入射面に対向する面側に向かってその厚さが薄くなるほぼ楔状に形成されているため、入射面から入射した光が、入射面に対向する面から導光板の外に抜ける割合が、平板状の導光板と比較して少なくなる。従って、出射面と対向する面に採光部として、入射面と略平行に延びるように多数の溝を形成した場合、その多数の溝の深さを、平板状の導光板の場合と比較して浅くしても必要な輝度を確保できる。また、前記傾斜角度θを０．２°＜θ＜０．７５°にすることにより、視差を認識できない程度に小さくして視認性を良好に維持した状態で、輝度を向上させるとともに輝度分布を均一化することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記採光部は前記入射面に沿って略平行に延びるように形成された鋸歯状の多数の溝である。従って、この発明でも、請求項１に記載の発明と同様の作用効果が得られる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記採光部は前記入射面に沿って略平行に延びるように形成されたＶ字状の多数の溝である。従って、この発明では、Ｖ字状の溝を構成する二つの面のうち、入射面に近い側の面が入射面から入射された光を出射面から出射面に対して垂直に近い角度で出射するように反射する光採取面となり、入射面に対向する面を反射面とした場合には、入射面から遠い側の面が、入射面に対向する面で反射した反射光を出射面から出射面に対して垂直に近い角度で出射するように反射する光採取面となる。従って、前記反射光を有効に利用できる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の発明において、前記傾斜角度θを０．２°＜θ＜０．７５°（ただし、傾斜角度θがθ≧０．５を除く）とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の発明において、前記傾斜角度θを０．２°＜θ≦０．４°とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を反射型の液晶表示装置に具体化した一実施の形態を図１に従って説明する。図１（ａ）は反射型の液晶表示装置の液晶パネルとフロントライトとの配置関係を示す模式断面図、図１（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【００１３】
図１（ａ）に示すように、液晶表示装置１１は、被照明体としての液晶パネル１２とその表示面側（図１（ａ）における上面側）を覆うように配設されたフロントライト１３とを備えている。フロントライト１３は光を液晶パネル１２に向かって出射する導光板１４と、光源１５と、光源１５の光を導光板１４側へ反射させるリフレクター１６とを備えている。
【００１４】
光源１５としては、例えば冷陰極管（蛍光管）が使用されている。導光板１４は透明性の高い材料、例えばアクリルで四角板状に形成されている。導光板１４は、光源１５と対向する入射面１４ａの位置における厚さをｄ１、対向面（入射面１４ａに対向する面）１４ｂの位置における厚さをｄ２としたときに、ｄ１＞ｄ２となるほぼ楔状に形成されている。即ち、導光板１４は、その厚さが、マクロ的に見て入射面１４ａ側から対向面１４ｂ側に向かって次第に薄くなるように形成されている。導光板１４は、液晶パネル１２に対向する面となる出射面１４ｃと、入射面１４ａとが直角をなすように形成されている。導光板１４は、入射面１４ａにおける上端（入射面１４ａにおける出射面１４ｃと反対側端部の位置）と、対向面１４ｂにおける上端（対向面１４ｂにおける出射面１４ｃと反対側端部の位置）とを通る直線が、出射面１４ｃと成す傾斜角度θが０．２°＜θ＜０．７５°になるように形成されている。
【００１５】
図１（ｂ）に示すように、出射面１４ｃと対向する面１４ｄには、入射面１４ａから入射された光を出射面１４ｃへ向かうように反射させるための採光部を構成する多数の溝１７が形成されている。溝１７は入射面１４ａ側から対向面１４ｂ側に向かって上昇傾斜する傾斜面１７ａと、入射面１４ａ側から対向面１４ｂ側に向かって下降傾斜する光採取面１７ｂとが交互に連なるように設けられている。即ち、この実施の形態では溝１７は鋸歯状に形成されている。
【００１６】
光採取面１７ｂは入射面１４ａから導光板１４に入射され、光採取面１７ｂに到達した光を出射面１４ｃに対して直角に近い角度で出射面１４ｃの方向に全反射させる角度に形成されている。溝１７は、傾斜面１７ａが出射面１４ｃと平行な平面と成す角度αが例えば１〜５°の範囲に、光採取面１７ｂが出射面１４ｃと平行な平面と成す角度βが例えば４１〜４７°の範囲になるように形成されている。
【００１７】
溝１７は、そのピッチＰが液晶パネル１２の画素ピッチと同じになるように形成されている。溝１７のピッチＰとは溝１７の谷の底部又は山の頂部の間隔を意味する。また、溝１７は、その深さが入射面１４ａから遠い側の溝ほど深くなるように形成されている。この実施の形態では、谷の底部の間隔が一定となるように形成されている。
【００１８】
溝１７は実際にはそのピッチが１ｍｍ以下で多数形成されているが、図１（ａ）では溝１７の図示を省略し、図１（ｂ）では模式的に数を減らして図示している。また、図示の都合上、図１（ａ）と図１（ｂ）とで、光源１５、導光板１４及び液晶パネル１２の寸法を変更して図示している。
【００１９】
次に前記のように構成された液晶表示装置１１の作用について説明する。液晶表示装置１１は、外部が明るいときは太陽光や室内光等の外光を使用し、外部が暗いときは光源１５からの光を使用する。外光は導光板１４に出射面１４ｃと対向する面１４ｄ側から入射し、出射面１４ｃから出射して液晶パネル１２を照射する。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、光源１５の光を使用する場合は、入射した光は導光板１４内を導波する。そのうち、光採取面１７ｂに到達した光は、出射面１４ｃに対して垂直に近い角度で出射面１４ｃの方向に全反射し、出射面１４ｃから出射する。液晶パネル１２を照射した光は液晶パネル１２で反射し、再び導光板１４に入射して導光板１４を透過し、出射面１４ｃと対向する面１４ｄから出射し、目で視認される。
【００２１】
導光板１４がマクロ的に見て入射面１４ａ側から対向面１４ｂ側に向かってその厚さが薄くなるほぼ楔状に形成されているため、入射面１４ａから入射した光が、対向面１４ｂから導光板１４の外に抜ける割合が、平板状の導光板と比較して少なくなる。また、溝１７の深さが同じであっても、光源１５から遠い部分では、導光板１４の厚さに対する溝深さが占める割合が高くなり、溝深さを浅くしても、輝度を向上できる。従って、出射面１４ｃと対向する面１４ｄに形成された溝１７の深さを、平板状の導光板の場合と比較して浅くしても、必要な輝度を確保できる。このとき、傾斜角度θが大きいほど輝度は向上し易いが、大きくし過ぎると光源１５から遠い領域の輝度が高くなり過ぎて輝度ムラが悪化する。従って、傾斜角度θには適当な角度領域が存在する。
【００２２】
なお、輝度ムラとは、輝度分布を表す指標の一つであり、輝度ムラは、導光板の上面から見たときに、導光板を１６分割する線の９つの交点における各輝度を測定し、その最小値を最大値で除算した値である。そして、その値が１に近いほど輝度の最小値と最大値の差が小さく輝度分布が均一であることを示す。
【００２３】
本願発明者は解析により適切な傾斜角度θの領域を検討した。その結果を図３及び図４に示す。図３は傾斜角度θが０．４°の導光板１４の輝度ムラを１として規格化した場合の、輝度ムラと傾斜角度θとの関係を示すグラフであり、図４は傾斜角度θが０．４°の導光板１４の輝度を１として規格化した場合の、輝度と傾斜角度θとの関係を示すグラフである。
【００２４】
図３から、輝度ムラには傾斜角度θとの関係で極大値が存在し、最適な傾斜角度θが存在することが分かる。また、図４から、輝度は傾斜角度θの増加に伴って増大することが分かる。そして、傾斜角度θを０．２°＜θ＜０．７５°にすることにより、輝度分布の均一性を確保した状態で、輝度を向上できることが確認された。特に傾斜角度θ＝０．４°のときに輝度ムラの値が最大となって輝度分布の均一性が最良となり、０．２°＜θ＜０．７５°での輝度ムラは傾斜角度θ＝０．４°のときの輝度ムラの８５％以上の値を確保しているので、輝度分布は実用上問題のない良好なレベルとなる。また、０．３°＜θ＜０．６°とすれば、輝度ムラは傾斜角度θ＝０．４°のときの輝度ムラの９３％以上となり、輝度分布の均一性がより向上する。
【００２５】
また、導光板１４として、縦：６５ｍｍ、横：８０ｍｍ、厚さｄ１（最大厚さ）：１ｍｍ、厚さｄ２（最小厚さ）：０．７ｍｍ、ピッチＰ：０．２４ｍｍ、溝深さ：５．５〜１１μｍ、角度β：４４°の楔型導光板（傾斜角度θ＝０．３４°）を形成し、また、板厚を１ｍｍとした以外は前記の条件で平板型導光板を形成した。そして、両導光板について輝度及び輝度ムラを測定した。その結果、楔型導光板の輝度を１とした場合、平板型導光板では０．７６となり、楔型導光板の方が輝度が大幅に向上した。また、楔型導光板の輝度ムラを１とした場合、平板型導光板では０．６８となり、楔型導光板の方が輝度分布の均一性が大幅に向上した。また、視差を認識できない程度に小さくして視認性を良好に維持できることが確認された。
【００２６】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１） フロントライト用導光板において、導光板１４は、マクロ的に見て入射面１４ａ側から対向面１４ｂ側に向かってその厚さが薄くなるほぼ楔状に形成されている。従って、出射面１４ｃと対向する面１４ｄに形成された溝１７の深さを、平板状の導光板の場合に比較して浅くしても必要な輝度を確保でき、溝１７自体が見えることなく輝度を向上させることができる。
【００２７】
（２） 入射面１４ａにおける出射面１４ｃと反対側端部の位置と、対向面１４ｂにおける出射面１４ｃと反対側端部の位置とを通る直線が、出射面１４ｃと成す傾斜角度θが０．２°＜θ＜０．７５°に形成されている。従って、視差を認識できない程度に小さくして視認性を良好に維持した状態で輝度を向上させるとともに輝度分布を均一化することができる。
【００２８】
（３） 溝１７のピッチＰが液晶パネル１２の画素ピッチと同じに形成されているため、干渉縞が視認されない。
（４） 溝１７の深さは、入射面１４ａから遠い側の溝１７ほど深くなるように形成されている。従って、光源１５から遠くなって、その領域に到達する光量が光源に近い領域と比べて少なくなっても、光採取面１７ｂの面積が大きくなるため、出射面１４ｃに向かって出射面１４ｃに対して垂直に近い角度で反射する光量を多くすることができる。そのため、視差が視認できるほど導光板１４の厚さを変化させることなく、光源１５から遠いところでも輝度が十分に確保され、輝度分布を均一化することができる。
【００２９】
実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
〇 導光板１４に鋸歯状の溝に代えて、図２に示すように、採光部としてＶ字状の溝１８を形成してもよい。この構成では、溝１８を構成するＶ字状の両面が光採取面１８ａ，１８ｂとして機能する。溝１８を構成する両光採取面１８ａ，１８ｂのうち、入射面１４ａに近い側の光採取面１８ａが入射面１４ａから入射された光を出射面１４ｃから出射面１４ｃに対してほぼ垂直に出射するように全反射させる光採取面となる。また、入射面１４ａから遠い側の光採取面１８ｂが、対向面１４ｂで反射した反射光を出射面１４ｃから出射面１４ｃに対してほぼ垂直に出射するように全反射させる光採取面となる。従って、反射光を有効に利用でき、入射した光がより有効に出射面１４ｃから出射され、輝度をより向上できる。
【００３０】
○ 光採取面１８ａ，１８ｂが出射面１４ｃに平行な平面と成す角度は、それぞれ異なっていてもよい。
〇 図２に示すように、導光板１４の対向面１４ｂ側に反射部１９を設け、対向面１４ｂに到達した光を反射させる構成としてもよい。例えば、対向面１４ｂにアルミニウムや銀を蒸着して反射面を形成したり、対向面１４ｂに反射フィルム（例えば、白色ポリエステルフィルム）を貼り付けて反射部を形成する。この場合、対向面１４ｂから光が出射するのを防止でき、入射した光をより有効に利用できる。この構成は、Ｖ字状の溝１８を形成した場合により効果を発揮する。
【００３１】
○ また、導光板１４に反射面を設けずに、導光板１４を収容するハウジング（ケース）の対向面１４ｂと対向する位置に反射面を形成して反射部としてもよい。
【００３２】
〇 導光板１４の出射面１４ｃに反射防止処理を施してもよい。反射防止処理は、公知の方法、例えば、フィルムの貼付、真空蒸着法、ディップ法、熱転写法等により行われる。この場合、画像の視認性がより向上する。
【００３３】
○ 導光板１４を構成する材料として、アクリル等の透明樹脂に代えて、無機ガラスを使用してもよい。しかし、軽量化及び加工性の観点から透明樹脂の方が好ましい。
【００３４】
〇 導光板１４の大きさは前記実施の形態の大きさに限らず、表示装置の画面の大きさ（１インチから１０インチ程度）に対応して適宜の大きさのものが形成される。
【００３５】
〇 導光板１４の出射面１４ｃと反対側の面１４ｄに採光部として溝１７，１８を形成する代わりに、多数のドットや凹部を形成してもよい。ドットや凹部は円錐状や角錐状等に形成される。
【００３６】
○ 光源１５として冷陰極管に限らず、熱陰極管等の蛍光管や、ＬＥＤを使用したり、特開２０００−１１７２３号公報に開示されたような構成（ＬＥＤ等の点状光源から出射された光を線状に変換する導光体を備えた）の線状光源を使用してもよい。
【００３７】
○ 導光板１４は、出射面１４ｃに対向する面１４ｄが傾斜するのではなく、出射面１４ｃが傾斜していてもよい。即ち、出射面１４ｃに対向する面１４ｄが液晶パネル１２と平行になり、入射面１４ａと、面１４ｄとがほぼ直角をなす。そして、光源１５と対向する面（入射面１４ａ）側から対向面１４ｂ側に向かって、出射面１４ｃと対向する面１４ｄに対し、出射面１４ｃが近づくように傾斜する。
【００３８】
○ 液晶表示装置１１に限らず、他の表示装置に適用してもよい。
前記実施の形態から把握できる発明（技術的思想）について、以下に記載する。
【００３９】
（１） 請求項３に記載の発明において、前記導光板は、前記入射面に対向する面側に反射部が形成されている。
（２） 請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）のいずれかに記載の発明において、前記溝の深さは、前記入射面から遠い側の溝ほど深くなるように形成されている。
【００４０】
（３） 請求項１〜請求項３、前記技術的思想（１）及び（２）のいずれかに記載の発明において、前記導光板の前記出射面に反射防止処理が施されている。
（４） 請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）〜（３）のいずれか一項に記載のフロントライト用導光板を備えた液晶表示装置。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように各請求項に記載の発明によれば、視差を認識できない程度に小さくして視認性を良好に維持した状態で輝度を向上させるとともに輝度分布を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は一実施の形態の液晶表示装置の模式側面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大詳細図。
【図２】別の実施の形態の導光板の模式側面図。
【図３】輝度ムラと傾斜角度θとの関係を示すグラフ。
【図４】輝度と傾斜角度θとの関係を示すグラフ。
【図５】従来技術の模式側面図。
【図６】二重像の見える作用を説明する部分模式図。
【符号の説明】
１２…被照明体としての液晶パネル、１４…導光板、１４ａ…入射面、１４ｂ…入射面に対向する面としての対向面、１４ｃ…出射面、１４ｄ…出射面と対向する面、１５…光源、１７，１８…溝、θ…傾斜角度。
【発明の属する技術分野】
本発明は反射型表示装置に搭載されるフロントライト用導光板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、表示装置の消費電力低減のために、外部が明るいときは太陽光や室内光等の外光を照明光として使用し、外部が暗いときは表示装置に搭載されたフロントライトを使用するものがある。このような表示装置に、フロントライトを備えた反射型表示装置がある。
【０００３】
図５（ａ），（ｂ）に示すように、フロントライトを備えた反射型液晶表示装置５１は、反射型の液晶パネル５２と、液晶パネル５２に対向するように配置されたフロントライト５３とを備えている。フロントライト５３は導光板５４と、導光板５４の一方の端面（入射面）５４ａと対向する位置に配置された光源５５とを備えている。導光板５４の液晶パネル５２と対向する面（出射面）５４ｂと反対側の面５４ｄには光源５５から入射した光を出射面５４ｂに向けて反射させる溝部（図示せず）が形成されている。そして、光源５５から出射されて入射面５４ａから導光板５４に入射した光は、導光板５４の内部を全反射しながら導波され、出射面５４ｂから液晶パネル５２に向かって出射される。
【０００４】
導光板５４として、図５（ａ）に示すように板厚がほぼ一定の平板型導光板と、図５（ｂ）に示すように板厚が入射面５４ａ側から反対側の面５４ｃに向かって次第に薄くなり全体としてほぼ楔状となる楔型導光板とがある。反射型液晶表示装置５１の液晶パネル５２の表示を見やすくするため、導光板５４は、輝度を確保できるように設計される。楔型導光板は入射面５４ａから導光板５４に入射した光が、平板型導光板に比較して入射面５４ａに対向する面５４ｃから抜ける割合が少なくなる。そして、特開平１１−２４２２２０号公報に記載されているように、平板型導光板に比較して楔型導光板の方が輝度を均一に保ちやすい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
平板型導光板の場合、溝深さを深くすることで輝度を向上できるが、深すぎると溝自体が線状に見えて視認性が低下するという問題がある。一方、楔型導光板の場合、平板型導光板に比較して輝度を容易に向上できるが、導光板の入射面５４ａ側の板厚と、入射面５４ａに対向する面５４ｃ側の板厚との差が大きいと、即ち、出射面５４ｂと対向する面５４ｄが出射面５４ｂと成す傾斜角度θが大きいと、視差が生じて二重像が生じる。詳述すれば、図６に示すように、導光板５４の出射面５４ｂから出射して液晶パネル５２で反射し、再び導光板５４に入射して導光板５４内を伝播し、出射面５４ｂと対向する面５４ｄから出射する光Ｌ１と、その光Ｌ１の一部が出射面５４ｂと反対側の面５４ｄで反射するとともに出射面５４ｂで反射した後、出射面５４ｂと反対側の面５４ｄから出射する光Ｌ２となる。その結果。像が二重に見える状態となる。
【０００６】
また、前記傾斜角度θが適当な角度でないと輝度にばらつきがでて均一な輝度分布にならないという問題がある。特開平１１−２４２２２０号公報には、楔型導光板の方が輝度が均一に保たれると記載されているが、視差や輝度分布の均一化に対する前記傾斜角度θの関連に関しては何ら記載がない。
【０００７】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は視差を認識できない程度に小さくして視認性を良好に維持した状態で輝度を向上させるとともに輝度分布を均一化することができるフロントライト用導光板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、反射型表示装置に搭載され、光源からの光を側面の入射面から取り入れ、被照明体と対向する出射面から出射するフロントライト用導光板である。前記導光板は、前記入射面における前記出射面と反対側端部の位置と、前記導光板の前記入射面に対向する面における前記出射面と反対側端部の位置とを通る直線が、前記出射面と成す傾斜角度θが０．２°＜θ＜０．７５°になるように形成されている。また、前記出射面と対向する面には、前記入射面から入射した光を前記出射面から出射する方向に反射させる採光部が形成されている。
【０００９】
この発明では、導光板がマクロ的に見て入射面側から入射面に対向する面側に向かってその厚さが薄くなるほぼ楔状に形成されているため、入射面から入射した光が、入射面に対向する面から導光板の外に抜ける割合が、平板状の導光板と比較して少なくなる。従って、出射面と対向する面に採光部として、入射面と略平行に延びるように多数の溝を形成した場合、その多数の溝の深さを、平板状の導光板の場合と比較して浅くしても必要な輝度を確保できる。また、前記傾斜角度θを０．２°＜θ＜０．７５°にすることにより、視差を認識できない程度に小さくして視認性を良好に維持した状態で、輝度を向上させるとともに輝度分布を均一化することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記採光部は前記入射面に沿って略平行に延びるように形成された鋸歯状の多数の溝である。従って、この発明でも、請求項１に記載の発明と同様の作用効果が得られる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記採光部は前記入射面に沿って略平行に延びるように形成されたＶ字状の多数の溝である。従って、この発明では、Ｖ字状の溝を構成する二つの面のうち、入射面に近い側の面が入射面から入射された光を出射面から出射面に対して垂直に近い角度で出射するように反射する光採取面となり、入射面に対向する面を反射面とした場合には、入射面から遠い側の面が、入射面に対向する面で反射した反射光を出射面から出射面に対して垂直に近い角度で出射するように反射する光採取面となる。従って、前記反射光を有効に利用できる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の発明において、前記傾斜角度θを０．２°＜θ＜０．７５°（ただし、傾斜角度θがθ≧０．５を除く）とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の発明において、前記傾斜角度θを０．２°＜θ≦０．４°とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を反射型の液晶表示装置に具体化した一実施の形態を図１に従って説明する。図１（ａ）は反射型の液晶表示装置の液晶パネルとフロントライトとの配置関係を示す模式断面図、図１（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【００１３】
図１（ａ）に示すように、液晶表示装置１１は、被照明体としての液晶パネル１２とその表示面側（図１（ａ）における上面側）を覆うように配設されたフロントライト１３とを備えている。フロントライト１３は光を液晶パネル１２に向かって出射する導光板１４と、光源１５と、光源１５の光を導光板１４側へ反射させるリフレクター１６とを備えている。
【００１４】
光源１５としては、例えば冷陰極管（蛍光管）が使用されている。導光板１４は透明性の高い材料、例えばアクリルで四角板状に形成されている。導光板１４は、光源１５と対向する入射面１４ａの位置における厚さをｄ１、対向面（入射面１４ａに対向する面）１４ｂの位置における厚さをｄ２としたときに、ｄ１＞ｄ２となるほぼ楔状に形成されている。即ち、導光板１４は、その厚さが、マクロ的に見て入射面１４ａ側から対向面１４ｂ側に向かって次第に薄くなるように形成されている。導光板１４は、液晶パネル１２に対向する面となる出射面１４ｃと、入射面１４ａとが直角をなすように形成されている。導光板１４は、入射面１４ａにおける上端（入射面１４ａにおける出射面１４ｃと反対側端部の位置）と、対向面１４ｂにおける上端（対向面１４ｂにおける出射面１４ｃと反対側端部の位置）とを通る直線が、出射面１４ｃと成す傾斜角度θが０．２°＜θ＜０．７５°になるように形成されている。
【００１５】
図１（ｂ）に示すように、出射面１４ｃと対向する面１４ｄには、入射面１４ａから入射された光を出射面１４ｃへ向かうように反射させるための採光部を構成する多数の溝１７が形成されている。溝１７は入射面１４ａ側から対向面１４ｂ側に向かって上昇傾斜する傾斜面１７ａと、入射面１４ａ側から対向面１４ｂ側に向かって下降傾斜する光採取面１７ｂとが交互に連なるように設けられている。即ち、この実施の形態では溝１７は鋸歯状に形成されている。
【００１６】
光採取面１７ｂは入射面１４ａから導光板１４に入射され、光採取面１７ｂに到達した光を出射面１４ｃに対して直角に近い角度で出射面１４ｃの方向に全反射させる角度に形成されている。溝１７は、傾斜面１７ａが出射面１４ｃと平行な平面と成す角度αが例えば１〜５°の範囲に、光採取面１７ｂが出射面１４ｃと平行な平面と成す角度βが例えば４１〜４７°の範囲になるように形成されている。
【００１７】
溝１７は、そのピッチＰが液晶パネル１２の画素ピッチと同じになるように形成されている。溝１７のピッチＰとは溝１７の谷の底部又は山の頂部の間隔を意味する。また、溝１７は、その深さが入射面１４ａから遠い側の溝ほど深くなるように形成されている。この実施の形態では、谷の底部の間隔が一定となるように形成されている。
【００１８】
溝１７は実際にはそのピッチが１ｍｍ以下で多数形成されているが、図１（ａ）では溝１７の図示を省略し、図１（ｂ）では模式的に数を減らして図示している。また、図示の都合上、図１（ａ）と図１（ｂ）とで、光源１５、導光板１４及び液晶パネル１２の寸法を変更して図示している。
【００１９】
次に前記のように構成された液晶表示装置１１の作用について説明する。液晶表示装置１１は、外部が明るいときは太陽光や室内光等の外光を使用し、外部が暗いときは光源１５からの光を使用する。外光は導光板１４に出射面１４ｃと対向する面１４ｄ側から入射し、出射面１４ｃから出射して液晶パネル１２を照射する。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、光源１５の光を使用する場合は、入射した光は導光板１４内を導波する。そのうち、光採取面１７ｂに到達した光は、出射面１４ｃに対して垂直に近い角度で出射面１４ｃの方向に全反射し、出射面１４ｃから出射する。液晶パネル１２を照射した光は液晶パネル１２で反射し、再び導光板１４に入射して導光板１４を透過し、出射面１４ｃと対向する面１４ｄから出射し、目で視認される。
【００２１】
導光板１４がマクロ的に見て入射面１４ａ側から対向面１４ｂ側に向かってその厚さが薄くなるほぼ楔状に形成されているため、入射面１４ａから入射した光が、対向面１４ｂから導光板１４の外に抜ける割合が、平板状の導光板と比較して少なくなる。また、溝１７の深さが同じであっても、光源１５から遠い部分では、導光板１４の厚さに対する溝深さが占める割合が高くなり、溝深さを浅くしても、輝度を向上できる。従って、出射面１４ｃと対向する面１４ｄに形成された溝１７の深さを、平板状の導光板の場合と比較して浅くしても、必要な輝度を確保できる。このとき、傾斜角度θが大きいほど輝度は向上し易いが、大きくし過ぎると光源１５から遠い領域の輝度が高くなり過ぎて輝度ムラが悪化する。従って、傾斜角度θには適当な角度領域が存在する。
【００２２】
なお、輝度ムラとは、輝度分布を表す指標の一つであり、輝度ムラは、導光板の上面から見たときに、導光板を１６分割する線の９つの交点における各輝度を測定し、その最小値を最大値で除算した値である。そして、その値が１に近いほど輝度の最小値と最大値の差が小さく輝度分布が均一であることを示す。
【００２３】
本願発明者は解析により適切な傾斜角度θの領域を検討した。その結果を図３及び図４に示す。図３は傾斜角度θが０．４°の導光板１４の輝度ムラを１として規格化した場合の、輝度ムラと傾斜角度θとの関係を示すグラフであり、図４は傾斜角度θが０．４°の導光板１４の輝度を１として規格化した場合の、輝度と傾斜角度θとの関係を示すグラフである。
【００２４】
図３から、輝度ムラには傾斜角度θとの関係で極大値が存在し、最適な傾斜角度θが存在することが分かる。また、図４から、輝度は傾斜角度θの増加に伴って増大することが分かる。そして、傾斜角度θを０．２°＜θ＜０．７５°にすることにより、輝度分布の均一性を確保した状態で、輝度を向上できることが確認された。特に傾斜角度θ＝０．４°のときに輝度ムラの値が最大となって輝度分布の均一性が最良となり、０．２°＜θ＜０．７５°での輝度ムラは傾斜角度θ＝０．４°のときの輝度ムラの８５％以上の値を確保しているので、輝度分布は実用上問題のない良好なレベルとなる。また、０．３°＜θ＜０．６°とすれば、輝度ムラは傾斜角度θ＝０．４°のときの輝度ムラの９３％以上となり、輝度分布の均一性がより向上する。
【００２５】
また、導光板１４として、縦：６５ｍｍ、横：８０ｍｍ、厚さｄ１（最大厚さ）：１ｍｍ、厚さｄ２（最小厚さ）：０．７ｍｍ、ピッチＰ：０．２４ｍｍ、溝深さ：５．５〜１１μｍ、角度β：４４°の楔型導光板（傾斜角度θ＝０．３４°）を形成し、また、板厚を１ｍｍとした以外は前記の条件で平板型導光板を形成した。そして、両導光板について輝度及び輝度ムラを測定した。その結果、楔型導光板の輝度を１とした場合、平板型導光板では０．７６となり、楔型導光板の方が輝度が大幅に向上した。また、楔型導光板の輝度ムラを１とした場合、平板型導光板では０．６８となり、楔型導光板の方が輝度分布の均一性が大幅に向上した。また、視差を認識できない程度に小さくして視認性を良好に維持できることが確認された。
【００２６】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１） フロントライト用導光板において、導光板１４は、マクロ的に見て入射面１４ａ側から対向面１４ｂ側に向かってその厚さが薄くなるほぼ楔状に形成されている。従って、出射面１４ｃと対向する面１４ｄに形成された溝１７の深さを、平板状の導光板の場合に比較して浅くしても必要な輝度を確保でき、溝１７自体が見えることなく輝度を向上させることができる。
【００２７】
（２） 入射面１４ａにおける出射面１４ｃと反対側端部の位置と、対向面１４ｂにおける出射面１４ｃと反対側端部の位置とを通る直線が、出射面１４ｃと成す傾斜角度θが０．２°＜θ＜０．７５°に形成されている。従って、視差を認識できない程度に小さくして視認性を良好に維持した状態で輝度を向上させるとともに輝度分布を均一化することができる。
【００２８】
（３） 溝１７のピッチＰが液晶パネル１２の画素ピッチと同じに形成されているため、干渉縞が視認されない。
（４） 溝１７の深さは、入射面１４ａから遠い側の溝１７ほど深くなるように形成されている。従って、光源１５から遠くなって、その領域に到達する光量が光源に近い領域と比べて少なくなっても、光採取面１７ｂの面積が大きくなるため、出射面１４ｃに向かって出射面１４ｃに対して垂直に近い角度で反射する光量を多くすることができる。そのため、視差が視認できるほど導光板１４の厚さを変化させることなく、光源１５から遠いところでも輝度が十分に確保され、輝度分布を均一化することができる。
【００２９】
実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
〇 導光板１４に鋸歯状の溝に代えて、図２に示すように、採光部としてＶ字状の溝１８を形成してもよい。この構成では、溝１８を構成するＶ字状の両面が光採取面１８ａ，１８ｂとして機能する。溝１８を構成する両光採取面１８ａ，１８ｂのうち、入射面１４ａに近い側の光採取面１８ａが入射面１４ａから入射された光を出射面１４ｃから出射面１４ｃに対してほぼ垂直に出射するように全反射させる光採取面となる。また、入射面１４ａから遠い側の光採取面１８ｂが、対向面１４ｂで反射した反射光を出射面１４ｃから出射面１４ｃに対してほぼ垂直に出射するように全反射させる光採取面となる。従って、反射光を有効に利用でき、入射した光がより有効に出射面１４ｃから出射され、輝度をより向上できる。
【００３０】
○ 光採取面１８ａ，１８ｂが出射面１４ｃに平行な平面と成す角度は、それぞれ異なっていてもよい。
〇 図２に示すように、導光板１４の対向面１４ｂ側に反射部１９を設け、対向面１４ｂに到達した光を反射させる構成としてもよい。例えば、対向面１４ｂにアルミニウムや銀を蒸着して反射面を形成したり、対向面１４ｂに反射フィルム（例えば、白色ポリエステルフィルム）を貼り付けて反射部を形成する。この場合、対向面１４ｂから光が出射するのを防止でき、入射した光をより有効に利用できる。この構成は、Ｖ字状の溝１８を形成した場合により効果を発揮する。
【００３１】
○ また、導光板１４に反射面を設けずに、導光板１４を収容するハウジング（ケース）の対向面１４ｂと対向する位置に反射面を形成して反射部としてもよい。
【００３２】
〇 導光板１４の出射面１４ｃに反射防止処理を施してもよい。反射防止処理は、公知の方法、例えば、フィルムの貼付、真空蒸着法、ディップ法、熱転写法等により行われる。この場合、画像の視認性がより向上する。
【００３３】
○ 導光板１４を構成する材料として、アクリル等の透明樹脂に代えて、無機ガラスを使用してもよい。しかし、軽量化及び加工性の観点から透明樹脂の方が好ましい。
【００３４】
〇 導光板１４の大きさは前記実施の形態の大きさに限らず、表示装置の画面の大きさ（１インチから１０インチ程度）に対応して適宜の大きさのものが形成される。
【００３５】
〇 導光板１４の出射面１４ｃと反対側の面１４ｄに採光部として溝１７，１８を形成する代わりに、多数のドットや凹部を形成してもよい。ドットや凹部は円錐状や角錐状等に形成される。
【００３６】
○ 光源１５として冷陰極管に限らず、熱陰極管等の蛍光管や、ＬＥＤを使用したり、特開２０００−１１７２３号公報に開示されたような構成（ＬＥＤ等の点状光源から出射された光を線状に変換する導光体を備えた）の線状光源を使用してもよい。
【００３７】
○ 導光板１４は、出射面１４ｃに対向する面１４ｄが傾斜するのではなく、出射面１４ｃが傾斜していてもよい。即ち、出射面１４ｃに対向する面１４ｄが液晶パネル１２と平行になり、入射面１４ａと、面１４ｄとがほぼ直角をなす。そして、光源１５と対向する面（入射面１４ａ）側から対向面１４ｂ側に向かって、出射面１４ｃと対向する面１４ｄに対し、出射面１４ｃが近づくように傾斜する。
【００３８】
○ 液晶表示装置１１に限らず、他の表示装置に適用してもよい。
前記実施の形態から把握できる発明（技術的思想）について、以下に記載する。
【００３９】
（１） 請求項３に記載の発明において、前記導光板は、前記入射面に対向する面側に反射部が形成されている。
（２） 請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）のいずれかに記載の発明において、前記溝の深さは、前記入射面から遠い側の溝ほど深くなるように形成されている。
【００４０】
（３） 請求項１〜請求項３、前記技術的思想（１）及び（２）のいずれかに記載の発明において、前記導光板の前記出射面に反射防止処理が施されている。
（４） 請求項１〜請求項３及び前記技術的思想（１）〜（３）のいずれか一項に記載のフロントライト用導光板を備えた液晶表示装置。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように各請求項に記載の発明によれば、視差を認識できない程度に小さくして視認性を良好に維持した状態で輝度を向上させるとともに輝度分布を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は一実施の形態の液晶表示装置の模式側面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大詳細図。
【図２】別の実施の形態の導光板の模式側面図。
【図３】輝度ムラと傾斜角度θとの関係を示すグラフ。
【図４】輝度と傾斜角度θとの関係を示すグラフ。
【図５】従来技術の模式側面図。
【図６】二重像の見える作用を説明する部分模式図。
【符号の説明】
１２…被照明体としての液晶パネル、１４…導光板、１４ａ…入射面、１４ｂ…入射面に対向する面としての対向面、１４ｃ…出射面、１４ｄ…出射面と対向する面、１５…光源、１７，１８…溝、θ…傾斜角度。
Claims (5)
- 反射型表示装置に搭載され、光源からの光を側面の入射面から取り入れ、被照明体と対向する出射面から出射するフロントライト用導光板であって、
前記導光板の前記入射面における前記出射面と反対側端部の位置と、前記導光板の前記入射面に対向する面における前記出射面と反対側端部の位置とを通る直線が、前記出射面と成す傾斜角度θを０．２°＜θ＜０．７５°にし、前記出射面と対向する面には、前記入射面から入射した光を前記出射面から出射する方向に反射させる採光部を有するフロントライト用導光板。 - 前記採光部は前記入射面に沿って略平行に延びるように形成された鋸歯状の多数の溝である請求項１に記載のフロントライト用導光板。
- 前記採光部は前記入射面に沿って略平行に延びるように形成されたＶ字状の多数の溝である請求項１に記載のフロントライト用導光板。
- 前記傾斜角度θを０．２°＜θ＜０．７５°（ただし、傾斜角度θがθ≧０．５を除く）とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のフロントライト用導光板。
- 前記傾斜角度θを０．２°＜θ≦０．４°とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のフロントライト用導光板。
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