照明装置、导光体及液晶显示装置 【技术领域】
本发明涉及照明装置、导光体以及液晶显示装置。
背景技术
在液晶显示装置等中使用的前光灯和背光灯等照明装置以导光板和配设于其侧端面的光源作为基本构成，通过使从导光板侧端面导入的光经过在与导光板的出射面相反侧的面上形成的棱柱反射后，从出射面射出，对液晶面板等被照明体进行照明(如专利文献1)。
图6是表示设置有这些以往的照明装置的液晶显示装置的剖面构造的图。图7是用于说明图6A中所示的前光灯的导光状态的说明图。图8是用于说明图6B所示的背光灯的导光状态的说明图。
图6A所示的液晶显示装置由液晶面板120和配设于其前面侧(图示上面侧)的前光灯110构成，在前光灯110中，符号112表示导光板，符号113表示棒状导光体，符号115表示LED(发光二极管)。另外，在导光板112的上面形成了剖面为三角形的连续的突条114，此突条114由缓斜面部114a和陡斜面部114b构成。在液晶面板120上，符号121表示上基板，符号122表示下基板，符号123表示液晶层，符号124表示密封材料。另外，在液晶面板120上，图中省略的反射板设于下基板122的外面侧或内面侧。
图6B所示的液晶显示装置由液晶面板140和配设于其背面侧(图示下面侧)的背光灯130构成，液晶面板140是未设反射层的透射型，或部分设有反射层的半透射反射型，除此以外，基本构成与图6A相同。在背光灯130上，符号132表示导光板，符号133表示光源(如冷阴极管)，在导光板132的下面形成有多个剖面为楔状地沟槽134。
专利文献1特开平11-109347号公报
如图7所示，在图6A中所示的前光灯110中，从棒状导光体113导入导光板112内部的光在导光板112内部通过多次全反射而传送，主要投射于陡斜面部114b上的入射光从导光板112的出射面112b射出(图7所示的光A，B)。但是，图7中所示的光C，D与光A，B一样同为投射于陡斜面部114b上的入射光，但其入射角与光A，B相比更小，这样就会出现这些入射光在透射陡斜面部114b后向液晶显示装置上面侧漏出的情况。这是由于光C，D的入射角比导光板112和空气的临界角更小，由于这样的光C，D无法作为照明光被利用，因此造成前光灯110的辉度降低，而且使透过导光板112的显示的对比度下降。
另外，如图8所示，在图6B中所示的液晶显示装置中，在导光板132的内部传送的光的一部分以比导光板132的下面132b的临界角更小的入射角入射后，从下面132b泄漏到外面而造成损失。此外，图6B中所示的背光灯130的形状虽然是现在一般使用的形状，但是这种背光灯在从导光板132射向液晶面板140一侧的出射光中，含有很多偏离导光板132垂直方向而倾斜射出的成分。因此，存在着从背光灯130射出的光利用效率降低的问题。为解决这个问题，在导光板132和液晶面板140之间设置了棱柱薄板137，可以使背光灯130的出射光指向与导光板垂直的方向。但是，采用这样的构造会产生液晶显示装置难以薄型化和成本增加的问题。
【发明内容】
鉴于上述的情况，本发明的目的就是提供具有高辉度和低漏光，并可以更理想地实现薄型化的照明装置。
本发明的目的还在于，提供可以将从入光面导入的光高效率地均匀地传送至出射面的导光板。
本发明的目的还在于，提供具有上述照明装置的辉度高、显示品质优良的液晶显示装置。
为达成上述目的，本发明采用了以下的构造。
本发明的照明装置设有光源、将该光源的光从侧端面导入内部并使此在内部传送的光从出射面射出的导光板，其特征是在该导光板的出射面上，形成有用于反射在导光板内部传送的光并使之从出射面射出的棱柱。
通过采用这样的结构，可以有效地防止在导光板内部传送的光从与出射面相对的一面漏出，因此如果显示装置的前光灯采用上述构造的照明装置，可以显著地减少在显示装置正面方向上的漏光，从而获得高对比度的显示。另外，由于可以将导光板的和出射面相对的一面设为平坦面，在适用显示装置的前光灯的情况下，在显示面一侧配置此平坦面，可以保护棱柱。
本发明中的照明装置的棱柱形状由多个形成于出射面上的突条构成，并可以在突条上传送光行进的一侧形成斜面部。
通过采用这样的构造，可以容易地形成使传送光从出射面射出的导光板。上述突条只要具有斜面部，并不特别限定形状。
在本发明的照明装置中，入射到斜面部上的传送光的行进方向与此传送光的反射光的行进方向的夹角最好构成钝角。
通过采用这样的构造，可以有效地防止入射到突条的斜面部上的光透射斜面部泄漏出去，增加被斜面部反射后照明被照明体的光量，从而提供高辉度的照明装置。
在本发明的照明装置中，入射到斜面部上的传送光的行进方向与该传送光的反射光的行进方向最好为90°以上150°以下。
通过采用这样的构造，可以有效地减少透射斜面部泄漏的光量，从而提供高辉度的照明装置。
在本发明的照明装置中，斜面部的内面最好朝向出射面的外面一侧。通过采用这样的构造，可以获得使传送光高效率地被斜面部射出到导光板的出射面一侧的照明装置。
传送光被从光源导入导光板后，在行进中经过导光板上下面的多次全反射，变成一定程度上的散射光，相对于传送光的水平面的角度分布相应于其在导光板内部的传送距离而变化，例如，1mm厚的丙稀基树脂制的导光板的情况下，在光源附近角度分布为±40°上下，在距离光源50mm的位置处，角度分布为±20°上下。因此，根据传送光的角度分布设定斜面部的倾斜角度，就可以获得更加均匀的照明光。
在本发明的照明装置中，在突条的顶部可以形成平坦部，使突条的剖面呈近似平台的形状。
通过采用这样的构造，即在突条的顶部设有平坦部，使得入射到上述两斜面部以外的出射面上的传送光很难泄漏到外侧，因此可以增加经过斜面部反射后沿着设计方向行进的光的比例，从而在实质上提高照明装置的辉度。
另外，本发明的照明装置的突条还可以采用剖面为楔状的构造。
在本发明的照明装置中，斜面部的倾斜角度最好在40°以上60°以下。
上述倾斜角是导光板的水平基准面与斜面部所成的夹角。通过采用这样的构造，可以高效率地反射入射到斜面部上的光，在提高照明装置的辉度的同时，可以减少斜面部上的漏光，在使用前光灯的情况下，更容易获得高对比度的显示。
在本发明的照明装置中，光源可以由沿导光板的侧端面配设的棒状导光体和配设在此导光体的端面部上的发光元件构成。
通过采用这样的构造，可以使光被导光体在其延伸方向上均匀地传送，因此可以使入射到导光板侧端面上的光在此侧端面内达到均匀的分布状态，其结果是可以使导光板出射面内的光量分布均匀化。
本发明的导光体，具有用于将光导入内部的侧端面和将从此侧端面导入并在内部传送的光射出的出射面，侧端面和出射面朝向相互交叉的方向，在出射面上形成多个用于反射导光板内部的传送光并使之射出到出射面一侧的突条，在该突条的沿传送光行进方向的一侧设有斜面部。
利用该导光体，可以将从侧端面导入的光高效率地从出射面射出，从而提供可以用作采用点光源进行面发光的元件的合适的导光体。如果该导光体的光源配设面与出射面交叉相对配置，则可以适用平板状、棒状等多种形状。
本发明的液晶显示装置的特征是，在液晶面板的前面或背面设有前面所述的本发明的照明装置。通过采用这样的构造，可以提供具有高辉度显示的液晶显示装置，特别是，在液晶面板前面配设上述照明装置的话，可以提供与以往相比显示对比度更高的液晶显示装置。
【附图说明】
图1是表示作为本发明的一个实施形态的液晶显示装置的立体构成图。
图2是表示图1所示液晶显示装置的剖面构成图。
图3是用于说明图2所示的前光灯的导光状态的局部剖面构成图。
图4是用于说明图3所示的传送光被突条14反射的状态的局部剖面构成图。
图5是本发明中前光灯的其他形态的局部剖面构成图。
图6是表示设置以往照明装置的液晶显示装置的剖面构成图。
图7是用于说明图6A中前光灯的导光状态的说明图。
图8是用于说明图6B中背光灯的导光状态的说明图。
图中：10，30-前光灯，12，32-导光板，13-棒状导光体，14，34-突条，14b-陡斜面部(斜面部)，34b-第1斜面部(斜面部)，34c-第2斜面部，15-发光元件，20-液晶面板
【具体实施方式】
下面将参照附图对本发明中的实施形态进行说明。
图1是表示作为本发明的一个实施形态的设有前光灯的液晶显示装置的立体构成图，图2是图1所示液晶显示装置的剖面构成图。另外，图3是用于说明图2所示前光灯的导光状态的局部剖面构成图。本实施形态的液晶显示装置由如图1及图2所示的前光灯(照明装置)10和配设在其背面一侧(图示下面一侧)的液晶面板20构成。
如图1所示，前光灯10由近似平板状的导光板12、沿其侧端面12a配设的棒状导光体13以及配设于此棒状导光体长度方向上至少一侧的端面上的发光元件15构成。即本实施形态中的前光灯10以发光元件15和棒状导光体13为光源，以导光板12侧端面12a为导光板的入光面。
另外，如图2所示，导光板12的液晶面板侧面(图示下面)12b排列形成了多个与导光板12的侧端面12a近似平行延伸的突条14，使得其剖面近似为锯齿状。
液晶面板20是由相对配置的上基板21和下基板22构成的反射型液晶显示装置，图1中点划线表示的矩形区域20D是液晶面板20的显示区域，在显示区域20D中形成了矩阵状的像素，这些像素未显示于图中。
上述构成的液晶显示装置在液晶面板20的显示区域20D上配置有导光板12，透过此导光板12可以观察到液晶面板20的显示内容。另外，在无法获得外来光的黑暗场所，点亮发光元件15，将从此发光元件15发出的光通过棒状导光体13从导光板12的入光面12a导入导光板的内部，再将在导光板内部传送的光(传送光)从导光板12的图示下面(出射面)12b一侧向液晶面板20射出，就可以对液晶面板进行照明。
如图2及图3所示，前光灯10的导光板12配置于液晶面板20的显示区域上方，是将从发光元件15射出的光从出射面12b一侧射到液晶面板20上的平板状部件，由透明的丙稀基树脂制成。如图2的局部剖面图所示，在导光板12的出射面12b上，通过使多个突条14互相平行，形成其俯视面为条纹状，而形成棱柱形状，出射面12的反对侧的面(对向面)形成平坦面。
如图3所示，在出射面上形成的突条14是由相对于出射面12b的水平基准面z倾斜的一对斜面部构成，其纵剖面为楔状，因此，此斜面部的一方成为缓斜面部14a，另一方则成为比缓斜面部14a的倾斜角更陡的陡斜面部14b。另外，缓斜面部14a相对于出射面12b的水平基准面z的倾斜角为θ1，而陡斜面部14b相对于出射面12b的水平基准面z的倾斜角为θ2，两者的倾斜方向都是相对于水平基准面z的法线相同的方向。即陡斜面部14b的外面朝向导光板12的对向面12c，内面朝向出射面12b的外侧。
这样，就可以将在导光板12内部从图3中左侧(棒状导光体13一侧)向右侧传送的光经过出射面12b的陡斜面部14b反射到出射面12b一侧，从而射到配置于导光板12的背面的液晶面板20上。
这里将参照图3和图4对上述陡斜面部14b对传送光的反射作用进行说明。图4是将图3所示的陡斜面部14b放大后显示的局部剖面构成图。如图4所示，在本实施形态的前光灯10中，为使从导光板12内部入射到陡斜面部14b上的传送光Lin与此传送光Lin在陡斜面部14b上的反射Lout夹角θ4为钝角，设置了具有倾斜角θ2的陡斜面部14b。即在陡斜面部14b(突条14)形成的位置上，传送光Lin相对于陡斜面部14b以超过45°的入射角入射。这样，可以最大限度地防止入射到陡斜面部14b上的传送光Lin发生透射，其结果是增加被陡斜面部14b反射的光量，提高前光灯10的辉度。
此外，本发明人通过设定最适合的陡斜面部14b的倾斜角使得前光灯10的照明光量增加，其验证将在后述的实施例中详细说明。
在前光灯10中，最好将图3所示的缓斜面部14a的倾斜角θ1设定在相对于水平基准面为0.5°以上5°以下的范围内，将陡斜面部14b的倾斜角θ2设定在40°以上60°以下的范围内。设定了这样的范围后，就可以将在导光板12面内传送的光高效率地射出到液晶面板20上，从而构成可以清晰显示的液晶显示装置。缓斜面部14a的倾斜角θ1小于0.5°时，会降低前光灯的平均辉度，而大于5°的情况下又很难使导光板面内的出射光量均匀化。另外，陡斜面部14b的倾斜角θ2在小于40°或大于60°的情况下，透射陡斜面部14b而泄漏的光量增多，从出射面12b射出的出射光量(即前光灯10的辉度)降低，因此不能令人满意。
此外，在本实施形态中的前光灯10中，突条14的间距P(棱柱沟14的顶点部的间隔或底顶部的间隔)在导光板的出射面12b面内被设为一定值。而且，在本实施形态中的前光灯10的情况下，突条14的高度h(水平基准面z与突条14的底顶部间的距离)也在导光板的出射面12b面内被设为一定值。
另外，突条14的间距P和高度h没有必要在导光板的出射面12b面内被设为一定值，对其进行改动而形成突条14也没有超出本发明的技术范围。此外，分别改动突条14的倾斜角度θ1和θ2而形成突条14也没有超出本发明的技术范围。
棒状导光体13是由透明的丙稀基树脂等材料制成的棒状部件，沿着导光板12的侧端面12a配置。此棒状导光体13的背面(与导光板12相对的一面)上被加工成图中省略的棱柱状，从而可以将从端面导入的沿棒状导光体13长度方向传送的光均匀地照射在导光板12的侧端面12a上。
液晶面板20的构成如下，在相对配置的上基板21与下基板22之间夹持着液晶层23，此液晶层23被沿着基板21、22的内面侧周缘部分呈平面边框状设置的密封材料所封堵。在上基板21的内面侧(下基板22一侧)形成有液晶控制层26，在下基板22的内面侧(上基板21一侧)形成了具有用于反射前光灯10的照明光和外来光的金属薄膜的反射层27，在此反射层27上形成了液晶控制层28。
液晶控制层26、28中含有用于驱动控制液晶层23的电极和定向膜等，还含有用于开关上述电极的半导体元件。另外，也可以根据情况设置用于彩色显示的滤色器。
反射层27设有由铝或银等高反射率的金属薄膜制成的反射膜，用于反射入射到液晶显示面板20上的外来光和前光灯10的照明光，为了防止在特定方向反射光加强而使液晶显示装置的识认性降低，最好采用光散射措施。此光散射措施可以是在反射膜形成凹凸的形状或采用散射膜等，其中散射膜是在树脂膜中分散与构成树脂膜的材料折射率不同的树脂制成。
在具备上述构成的本实施形态的液晶显示装置中，在液晶面板20的前面配设前光灯10，在此前光灯10的导光板12的出射面12b上形成棱柱形状，在出射面12b的突条14上形成陡斜面部14b，使其可以生成与从导光板12内部入射的传送光的夹角为钝角的反射光，从而可以提高对入射到陡斜面部14b上的传送光的反射率，进而提高照明光的辉度。另外，通过提高陡斜面部14b的反射率，可以减少漏向液晶显示装置正面方向(前光灯10的上方)的漏光量。而且，通过在与液晶面板20相对的一面上形成棱柱形状，就不用担心突条14发生破损，与以往的前光灯相比耐久性更为优良。
因此，利用本发明的液晶显示装置，在点亮前光灯10的反射显示中，可以获得高辉度、高对比度的高品质显示。
另外，由于观察侧的最上面为平面，因此具有配置输入装置时光的透射性变好、可以形成稳定的设置等优点。
(照明装置的其他形态)
在上述的实施形态中，虽然是对导光板出射面12b为棱柱状，突条14的剖面为楔状，出射面12b的剖面为锯齿状的前光灯进行的说明，但是，出射面12b的棱柱形状并不限于前面所说的形状，只要具有可以利用上述陡斜面部高效率地射出照明光的构造都可以。图5是表示作为本发明中照明装置的其他的实施形态的前光灯的局部剖面构造的图，它具有剖面近似矩形波状的出射面32b，此出射面32b由多个剖面近似台状的突条排列形成。
在图5所示的前光灯30中，取代图1及图2所示的前光灯10的导光板12的是具有图5所示的局部剖面构造的导光板32，但此前光灯30的整体外观仍与图1所示的前光灯10大体相同。
导光板32的下面一侧为出射面32b，与出射面32b相对的一侧为对向面32c，在出射面32b上排列形成多个沿纸面垂直方向延伸的突条34，对向面32c为平坦面。上述突条34的平坦部34a为顶部，在其宽度方向的两侧是第1斜面部(斜面部)34b和第2斜面部34c，所形成的剖面近似台状，第1斜面部34b相对于水平基准面z的倾斜角为θ2，第2斜面部34c相对于水平基准面z的倾斜角为θ3。另外，第1斜面部34b和第2斜面部34c都朝向相对于导光板34的法线的同一侧倾斜。
在邻接的突条34与34之间是形成在平坦面上的底面部34d，在本实施形态的前光灯中，出射面32b上除了第1、第2斜面部34b、34c以外的平面区域与突条34的平坦部34a一样都是与水平基准面z平行的平坦面。
在设定第1斜面部34b的倾斜角θ2时，同图3所示的陡斜面部14b的倾斜角θ2一样，也要使生成的反射光同入射到第1斜面部34b上的传送光形成钝角(θ4)，突条34的间距P和高度h也与图3所示的突条14一样，在出射面32b的面内为一定值。
第2斜面部34c的倾斜角θ3最好设在40°以上60°以下的范围内。设定此范围后，就可以减少从第1斜面部34b漏出的光，从而提高前光灯的辉度。
利用具有上述构成的本实施形态的前光灯30，可以高效率地反射入射到第1斜面部34b上的光，因此可以得到高辉度的照明光。另外，由于可以减少透过第1斜面部34b射向对向面32c一侧的光量，因而在前光灯配设于显示装置的前面的情况下避免对比度的降低，从而可以获得高品位的显示。
另外，通过将斜面部34b、34c以外的出射面32b的平面区域设为平坦面，使得在导光板32内部传送的光很难从斜面部以外的面泄漏，从而可以提高光源的利用效率，提升照明光的辉度。
而且，在上述的实施形态中，虽然对以本发明的照明装置作为前光灯使用的情况进行了说明，但是本发明的照明装置也可以作为配设于液晶面板背面的背光灯使用，在此情况下，最好将形成棱柱形状的导光板面与液晶面板的背面相对配置，这样，就可以获得与以往背光灯相比具有更高辉度的照明光，从而可以提供显示清晰的液晶显示装置。
(实施例)
下面将通过实施例对本发明的效果作更明确的阐述，但是，以下的实施例并不是对本发明的技术范围的限定。
(实施例1)
在本例中，对于图1到图3所示的新颖形状的本发明的导光板和图6及图7所示的以往形状的导光板，将用于射出传送光的斜面部的倾斜角设置成相对传送光的入射角的最佳状态下的出射光量和泄漏光量进行了比较。
表1集中表示了本例中所比较的导光板各部分的参数，在此表中，新式形状对应图3所示的导光板，以往形状对应图7所示的导光板。另外，新式形状中的θ1，θ2分别对应图3中所示的倾斜角，以往形状中的θ1，θ2分别对应图7所示的倾斜角。此外，导光板的尺寸同为70mmW×50mmL×1.0mmt，材质均选用丙稀基树脂(折光率为1.48)。
然后，在上述条件下，从各形状的导光板的入光面射入1Lumen的光束时，测量射向LCD侧(液晶面板侧)的出射光束和射向观察者侧的出射光束，并将计算结果合记于表1中。从表1可以清楚地确认，具有本发明构造的新式形状的导光板中，射向LCD一侧的出射光束于以往形状相比有大幅度的增加，而且，从观察者一侧漏出的光束有显著的减少。特别是，在陡斜面部14b的倾斜角θ2为45°～50°的范围内时，可以看到所得到的导光板照明辉度更高，漏光量更少。
【表1】 θ1(°) θ2(°) 间距(μm) 光束(Lumen) LCD侧 观察者侧新式形状 2.8 40 0.2 0.770 0.063 2.8 45 0.2 0.800 0.043 2.8 50 0.2 0.790 0.032 2.8 60 0.2 0.740 0.090以往形状 2.8 45 0.2 0.540 0.150
然后，以图3所示的本发明的导光板12的出射面12b上形成的突条14和图7所示以往的导光板112的上面形成的突条114为对像，将它们对从导光板内部入射的传送光的反射特性进行了比较。比较结果表示于以下的表2～表5中。表2与表3是本发明中导光板的新式形状的突条的反射特性，表4及表5是以往形状的突条的反射特性。另外，表2与表4是在导光板的构成材料为ARTON(商品名：JSR社制)的情况下的结果，表3与表5是在导光板的构成材料为丙稀基树脂的情况下的结果。
在这些表中，如表2，3中，入光角相当于图4所示的角度θ6，表示从导光板12内部入射到陡斜面部14b上的光相对于水平基准面z所成的角度。另外，关于入光角的正负，是以从导光板内部朝向陡斜面部14b行进的光的入光角为正，即使新式形状和以往形状的入光角正负相同，但是在新式形状中表示从导光板的上面射向下面的光的角度，而在以往形状中表示从导光板的下面射向上面的光的角度。在本实施例中，上述入光角在0°～8°的范围内变化。
倾斜角在表2，3中表示陡斜面部14b的倾斜角θ2，在表4，5中表示图7所示的陡斜面部114b的倾斜角θ2，在本例中是将以上述各入光角入射的光沿与导光板垂直的方向(水平基准面z法线方向)反射的倾斜角。
余角是在为了生成沿导光板垂直方向的反射光而设定相对于上述入光角的陡斜面部的倾斜角θ2的情况下，表示入射到陡斜面部上的传送光的入射角与导光板的临界角之间的差，余角如果为负，则入射角就比临界角更小，从而造成光束透射陡斜面部而泄漏。
【表2】
<新式形状1>入光角θ6(°)0 1 2 3 4 5 6 7 8倾斜角θ2(°)45 45.5 46 46.5 47 47.5 48 48.5 49余角(°)3.86 3.36 2.86 2.36 1.88 1.36 0.86 0.36 -0.14
材料：ARTON/折光率：1.52/临界角：41.14°
【表3】
<新式形状2>入光角θ6(°)0 1 2 3 4 5 6 7 8倾斜角θ2(°)45 45.5 46 46.5 47 47.5 48 48.5 49余角(°)2.49 1.99 1.49 0.99 0.49 -0.01 -0.51 -1.01 -1.51
材料：丙稀基/折光率：1.48/临界角：42.51°
【表4】
<以往形状1>入光角θ6(°)0 1 2 3 4 5 6 7 8倾斜角θ2(°)45 44.5 44 43.5 43 42.5 42 41.5 41余角(°)3.86 2.36 0.86 -0.64 -2.14 -3.64 -5.14 -6.64 -6.14
材料：ARTON/折光率：1.52/临界角：41.14°
【表5】
<以往形状2>入光角θ6(°)0 1 2 3 4 5 6 7 8倾斜角θ2(°)45 44.5 44 43.5 43 42.5 42 41.5 41余角(°)2.49 0.99 -0.51 -2.01 -3.51 -5.01 -6.51 -8.01 -9.51
材料：丙稀基/折光率：1.48/临界角：42.51°
如上面表2～表5所示，具有本发明构成的新式形状的导光板余角为正的入光角的范围与以往形状的导光板相比更宽。即新式形状的导光板，可以反射具有在入射到陡斜面部的传送光的角度分布中的更大角度范围的传送光，这样就提高了照明辉度。
如以上详细说明那样，本发明的照明装置设有光源和将该光源的光从侧端面导入内部并使此在内部传送的光从出射面射出的导光板，在导光板的出射面上，通过形成用于将导光板内部的传送光反射后从出射面射出的棱柱形状，可以有效地防止在导光板内部传送的光从与出射面相对一侧的面泄漏，因此如果采用具有上述构成的照明装置作为显示装置的前光灯，就可以显著减少漏向显示装置正面方向的光，从而可以获得高对比度的显示。另外，由于可以使与导光板的出射面相对一侧的面为平坦面，在适用显示装置的前光灯的情况下，在显示面一侧配置此平坦面，就可以起到对棱柱形状保护的作用。
此外，利用本发明的液晶显示装置，通过上述高辉度且漏光减少的照明装置就可以获得高辉度的显示，而采用以本发明的照明装置为前光灯的液晶显示装置，就可以获得高对比度的显示。