WO1994001795A1 - Surface illumination device and liquid crystal display - Google Patents

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WO1994001795A1
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Tatsuaki Funamoto
Toru Yagasaki
Fumiaki Akahane
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Seiko Epson Corporation
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    • G02B6/0068—Arrangements of plural sources, e.g. multi-colour light sources

Definitions

  • the present invention relates to a thin and planar lighting device used as a backlight of a liquid crystal display panel (LCD), and more particularly, to a lighting device suitable for use as a notebook personal computer display device.
  • the present invention relates to a lighting device with high luminance and low power consumption, and a liquid crystal display device using the lighting device.
  • JP-A Japanese Patent Application Laid-Open
  • 60-205557 and JP-A-61-248709 as surface illuminating devices provided with a rod-shaped light source and a flat light guide plate.
  • the device shown is known, an example of which is shown in FIG.
  • this lighting device 90 a rod-shaped fluorescent lamp 92 is attached to one side of a substantially rectangular flat light guide plate 91.
  • the light introduced from the fluorescent lamp 92 into the light guide 91 is reflected by the diffusion pattern printed on the light guide 91, and emitted from the surface of the light guide 91 at a predetermined light density. Has become.
  • liquid crystal panels are increasingly being used as display units for laptops, televisions, cameras, etc. Many LCD panels use a single color display. In addition, personal computers and televisions are becoming smaller, and liquid crystal panels are also required to be thinner and lighter.
  • planar lighting used as a backlight for liquid crystal panels The equipment must also support color display, be thin, light, and consume less power. In addition, in order to support color display, sufficient luminance is required to clearly display the color displayed on the liquid crystal. For this reason, it is necessary that the fluorescent lamp used in the lighting device has a high output.
  • high-power fluorescent lamps radiate heat along with light. The effect of the heat is very large, as shown in Fig. 22, and the temperature rises by 30 to 40 ° C compared to 25 ° C at normal temperature. Therefore, when such a lighting device is used as a backlight of an active color liquid crystal panel of the MIM type or a passive color liquid crystal panel of the STN type, color unevenness and luminance unevenness are reduced to a predetermined value. It is necessary to add a special heat dissipation means to keep the range.
  • the number of fluorescent lamps could be reduced. This makes it possible to suppress the temperature rise on the light source to some extent.
  • Another problem is that the number of driver circuits for lighting fluorescent lamps increases.
  • the number of driver circuits cannot be easily increased in light of the demand for thinner and smaller microcomputers using lighting equipment.
  • a lighting device suitable for a liquid crystal display device for color display a small, lightweight, high-brightness and uniform illumination can be obtained, and furthermore, heat that adversely affects the liquid crystal panel can be obtained. Suppress the occurrence of The purpose of the present invention is to provide a planar lighting device that can be used.
  • An object of the present invention is to provide a planar lighting device capable of exhibiting higher brightness than conventional lighting devices and suppressing heat dissipation without increasing the number of driver circuits for driving fluorescent lamps. .
  • Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device capable of performing stable display without being affected by heat due to a positional relationship with a driver IC for driving a liquid crystal panel.
  • a luminous body longer than before is employed in order to obtain illumination with a large illuminance without increasing the number of driver circuits for driving the luminous body and without concentrating heat dissipated. Further, by bending the luminous body, light can be introduced along the polygonal light guide plate. In addition, in order to maintain the gap between the light guide plate and the luminous body in an appropriate range and to increase the efficiency of light introduction into the light guide plate, the edges of the light guide plate are rounded.
  • the spread illuminating apparatus includes a polygonal and substantially transparent light guide plate, and a rod-shaped light emitter bent so as to face at least two sides adjacent to the light guide plate, The edge portion sandwiched between the two sides of the light guide plate is chamfered so that the corners do not protrude, and one surface of the light guide plate guides light introduced from the luminous body into the light guide plate. It is characterized by having a diffusion pattern that can emit light from the other surface of the light plate almost uniformly.
  • the use of the long illuminant as described above also has the effect of improving the power conversion efficiency of electric power. That is, in a luminous body such as a fluorescent lamp, the power input to the luminous body is consumed by a cathode drop voltage consumed for glow discharge and a positive pole voltage consumed for emitting light. .
  • the input power is increased by using a plurality of light emitters, the consumption of the cathode drop voltage is greatly increased, and the increase of the positive column inclination for emitting light is small.
  • the increase in the cathode drop voltage is smaller than when the number of the luminous bodies is increased, so that it is possible to efficiently convert the electric power into light. .
  • the edge portion of the light guide plate can be processed into various shapes.
  • the edge portion may be cut into an approximately isosceles triangle.
  • the length of the side is approximately 0.6 to 1.0 times the minimum radius of curvature of the bent portion of the luminous body.
  • a shield that prevents light from the luminous body from entering the processed edge is used. Providing a body is also effective.
  • the edge portion may be cut into a substantially rhombic shape.
  • the length of one side of the corner that is cut into a substantially rhombic shape is required. Is preferably set to approximately 0.6 to 1.0 times the minimum radius of curvature of the bent portion of the luminous body.
  • all the edge portions of the light guide plate are chamfered so that the corners do not protrude, the directionality of the light guide plate is lost, and positioning during processing becomes unnecessary.
  • the illuminator includes a first linear reflector and a second linear reflector attached along two sides of the light guide plate, and the first and second reflectors are provided. It is desirable to attach the reflector at the edge and to cover one of the reflectors with the other. Also, a first reflector that covers substantially the lower half of the light emitter from the direction of one surface of the light guide plate, and a second reflector that covers substantially the upper half of the light emitter from the direction of the other surface of the light guide plate. It may be composed of
  • the diffusion pattern for diffusing light incident on the light guide plate from the bent luminous body can be generated by the following method. That is, in a lighting device in which a rod-shaped light-emitting body is mounted on at least two first and second sides adjacent to a substantially rectangular light-guide plate, light introduced from the light-emitting body into the light-guide plate is guided. In order to generate a diffusion pattern that emits light from the other surface of the light plate almost uniformly, the intensity of light incident on the light guide plate from the first side when calculating the density distribution per unit area of the diffusion pattern Then, the expected emission light intensity distribution in the X direction along the second side is obtained based on the density distribution of the diffusion pattern assumed in advance, and the light intensity incident on the light guide plate from the second side is obtained.
  • the expected emission light intensity distribution in the Y direction along the first side is obtained based on the density distribution of the diffusion pattern assumed in advance, and the expected emission intensity in the X direction at any orthogonal X and Y coordinates of the light guide plate is obtained.
  • the density distribution of the diffusion pattern assumed in advance may be corrected so that the sum of the cloth and the expected emission intensity distribution in the Y direction falls within a predetermined range.
  • At least one of the other two sides facing the first and second sides on which the luminous body is mounted is provided with an end reflector that reflects light from inside the light guide plate into the light guide plate.
  • the intensity of the reflected light incident on the light guide plate from the end reflector is calculated by multiplying the fixed attenuation rate, and at least one of the X and ⁇ directions is estimated based on the reflected light intensity.
  • the emission light intensity distribution may be further obtained, and the density distribution may be corrected in addition to the predicted emission light distribution obtained earlier.
  • the diffusion pattern obtained in this way is printed on a light guide plate, or a sheet or the like on which the pattern is formed is attached to the light guide plate, the light introduced from the bent luminous body is almost uniformly guided. It can radiate from the light plate.
  • the thickness of the light guide plate having a uniform diffusion pattern is formed so as to be inversely proportional to the density distribution of the corrected diffusion pattern obtained above, substantially uniform light can be emitted. it can.
  • the bent light-emitting body If an approximately L-shaped light-emitting body is used as the bent light-emitting body, and a driving device such as a driver IC that drives the liquid crystal display is installed at a position facing this light-emitting body, the influence of heat from the light-emitting body Can be minimized. Therefore, the threshold value of the driving device does not become unstable due to heat, and a contrast-enhanced color image can be obtained. Then, this image is illuminated by a small-sized lighting device with high luminance, so that a high-quality image can be obtained.
  • a driving device such as a driver IC that drives the liquid crystal display
  • the use of a longer, substantially U-shaped luminous body suppresses heat generation, so that a stable and high-quality image can be obtained.
  • a light emitter having a substantially L-shape or a substantially U-shape is employed, there is also a merit that the brightness of an image can be easily adjusted because light having substantially the same intensity enters from around the light guide plate.
  • an approximately square-shaped illuminator is placed around the entire rectangular light guide plate.
  • a light emitter bent to match the shape can be used.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an outline of a liquid crystal display device using a spread illuminating apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the liquid crystal display device shown in FIG.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a configuration of the liquid crystal display device shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing a configuration of the planar lighting device used in the liquid crystal display device shown in FIG.
  • FIG. 5 is a plan view of the combined state of the planar lighting device and the liquid crystal display panel shown in FIG. 4, as viewed from above.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a positional relationship between the light guide plate and the fluorescent lamp of the planar lighting device shown in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a relationship among a light guide plate, a fluorescent lamp, and a reflector of the spread illuminating apparatus shown in FIG.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing how the reflector shown in FIG. 7 is assembled.
  • FIG. 9 is an enlarged view showing an edge portion of the light guide plate.
  • FIG. 10 is an enlarged view showing a different example of processing of the edge portion of the light guide plate.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing a diffusion pattern formed on a diffusion sheet attached to a light guide plate.
  • FIG. 12 is a plan view (a) and a cross-sectional view (b) showing a light guide ⁇ having a changed thickness, unlike FIG.
  • FIG. 13 shows a liquid crystal display panel and a planar lighting device according to Embodiment 2 of the present invention. It is the top view which looked at the state which combined with the installation from the top.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing the relationship between the liquid crystal display panel, the planar lighting device, and the light emitter shown in FIG.
  • FIG. 15 is an exploded perspective view showing the configuration of the spread illuminating apparatus shown in FIG.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram showing the relationship between the light guide plate and the fluorescent lamp of the spread illuminating apparatus shown in FIG.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram showing a diffusion pattern printed on the light guide plate shown in FIG.
  • FIG. 18 is a graph showing the surface temperature of the liquid crystal display panel shown in FIG.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram showing a relationship between a light guide plate and a fluorescent lamp different from the above.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram showing the relationship between the light guide plate and the fluorescent lamp, which is different from the above.
  • FIG. 21 is an explanatory view showing a conventional light guide plate and a fluorescent lamp.
  • FIG. 22 is a graph showing the surface temperature of the liquid crystal display panel when the spread illuminating device having the configuration shown in FIG. 21 is used.
  • FIG. 1 shows an outline of a liquid crystal display device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the liquid crystal display device 1 includes a liquid crystal panel 10 sandwiched between an upper case 2 and a lower case 3 and a lighting device described later.
  • the upper case 2 and the lower case 3 are fixed by claws 4.
  • the LCD panel 10 has scanning data that constitutes an image. —Evening is supplied from the host side via tape electrodes 5 and 6 for each row or column. These data are latched by a driver IC to be described later, synchronized, supplied to the liquid crystal panel 10, and an image is formed. Power is supplied from a driver circuit on the host side to a fluorescent lamp constituting the lighting device via a lighting connector 7 extending from the liquid crystal display device 1.
  • a schematic configuration of the liquid crystal display device 1 of the present embodiment will be described based on a cross section of the liquid crystal display device 1 shown in FIG. 2 and an exploded view of the liquid crystal display device 1 shown in FIG.
  • a lighting device 20 is first mounted on a lower case 3.
  • the liquid crystal panel 10 is configured by sandwiching a liquid crystal, a transparent electrode, and the like between two transparent glass substrates 11 and 12.
  • a plurality of drivers IC 13 for mounting pixel data in the row direction and sending the data to the liquid crystal panel are mounted on one side 10 a of the liquid crystal panel 10.
  • a plurality of drivers IC14 for latching pixel data in the column direction and sending the data to the liquid crystal panel are mounted on the side 1Ob adjacent to the side 10a.
  • Frames 30 and 31 are provided to protect lighting device 20 and position it in the case.
  • the gap 33 between the lighting device 20 and the liquid crystal panel 10 also plays a role of setting a predetermined distance, for example, about 0.2 to 1 mm.
  • the frames 30 and 31 are inserted between the lower half 34 and 35 supporting the lighting device 20 and the lighting device 20 and the liquid crystal panel 10 respectively. It has an upper half 36 and 37 that perform a single function. In this example,
  • the frame is divided into two, but the number of divisions is not limited to two, and may be three, four, etc., or the frame may be composed of one member. It is.
  • the frame is the lighting device 20 or It is not necessary to cover the entire periphery of the liquid crystal panel 10, and a plurality of liquid crystal panels may be provided at appropriate locations.
  • the illumination device 20 is a planar illumination device in which a rod-shaped fluorescent lamp 22 is installed on an end surface of a substantially rectangular light guide plate 21.
  • the fluorescent lamp 22 in this example has an abbreviated letter shape and is covered by the reflectors 23a and 23b. From both ends of the fluorescent lamp 22, an electric wire for supplying power for driving the fluorescent lamp 22 extends, and is connected to a driver circuit on the host side via a lighting connector 7.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the lighting device 20. Based on this, the configuration of the lighting device of the present example will be described.
  • the illuminating device 20 is a substantially rectangular light guide plate 21 having one edge portion 40 with a corner formed, and a fluorescent lamp bent into an L-shape with the edge portion 40 interposed therebetween. 22 and a reflector 23 that covers the fluorescent lamp 22 in the direction of the light guide plate 21 and efficiently reflects the light emitted from the fluorescent lamp 22 to the light guide plate 21. It is mainly composed of Then, a pattern sheet 24 on which a diffusion pattern 50 is printed and a reflection sheet are provided on the lower surface 21 b of the light guide plate 21, that is, on the surface opposite to the surface on which the liquid crystal panel 10 is installed.
  • the diffusion sheet 26 and the prism sheet 27 are mounted in this order on the upper surface 21 a of the light guide plate 21, that is, on the surface on which the liquid crystal panel 10 is installed. Further, an end face reflection tape 28 is attached to end faces 41 a and 41 b of the light guide plate 21 facing the fluorescent lamp 22.
  • the light guide plate 21 is a transparent plate material having a refractive index larger than that of air.
  • the refractive index is desirably 1.41 or more, and acrylic resin, polycarbonate resin, amorphous polyolefin-based resin, polystyrene resin, glass, and the like are used.
  • the critical angle is 45 degrees or less. Therefore , 4 1a, 4 lb, 4 1c and 4 1d are incident on four sides 4a, 4b, and 4d formed at right angles to the surfaces 21a and b. If 1b is a smooth mirror surface, it is totally reflected on these surfaces 21a and 21.
  • the pattern sheet 24 is formed by printing a predetermined diffusion pattern 50 on a transparent sheet, and is mounted so that the printed diffusion pattern 50 is in close contact with the lower surface 2 lb of the light guide plate 21. Is done.
  • the light incident from any of the end faces 41 reaches the diffusion pattern 50 with a certain probability, and the light is not totally reflected but a part of the light is diffused in the direction of the upper surface 21a. Therefore, the light incident from the fluorescent lamp via the end face 41 is emitted from the upper face 21a in the direction of the liquid crystal panel 10.
  • the reflection sheet 25 is a thin PET sheet having a thickness of about 0.05 to 0.5 mm.
  • the light emitted from the light guide plate 21 to the upper surface 21 a by the diffusion pattern 50 passes through the diffusion sheet 26 or the prism sheet 27 installed above the upper surface 21 a and passes through the liquid crystal panel 1. It illuminates 0, but part of it is reflected downward by these sheets 26, 27.
  • the light reflected from above is returned to the upper light guide plate 21 and the like by the reflection sheet 25.
  • the reflection sheet 25 may be other than a PET sheet such as an aluminum plate.
  • the lower case 3 can be used as a reflector instead of the reflection sheet.
  • the diffusion sheet 26 is a thin PET sheet or PC sheet having a thickness of about 0.05 to 0.5 mm.
  • the diffusion sheet 26 has a function of diffusing light reflected by the diffusion pattern 50 and emitted from the upper surface 21a.
  • the diffusion pattern 50 is a thin line or dot ( The light reflected by the pattern having such a shape is often diffused by the diffusion sheet 26 so that the diffusion pattern cannot be recognized from the liquid crystal panel 10 side. ing.
  • the diffusion sheet 26 is provided through a fine air layer with the upper surface 21 a of the light guide plate 21, and the critical angle on the upper surface 21 a maintains the above-described angle.
  • an acrylic sheet or the like can be used, and it is not limited to a PET sheet.
  • the prism sheet 27 placed above the diffusion sheet 26 has a cross section in which minute linear prisms are arranged in an array, and the diffusion sheet 26
  • the angles of the light emitted from the liquid crystal panel 26 are made uniform to improve the illuminance for illuminating the liquid crystal panel 10.
  • the luminance can be improved by the prism sheet 27, but if sufficient luminance can be obtained by the diffusion sheet 26, the prism sheet 27 can be omitted and the manufacturing cost can be reduced. .
  • the fluorescent lamp 22 employed as the light source of the illumination device 20 of this example has a substantially L shape, and is installed adjacent to the end faces 41 c and 41 d of the light guide plate 21. . It is desirable that the gap between the end faces 41c and 41d and the fluorescent lamp 22 be maintained at about 0.8 to 1.5 mm as described later. For this reason, the corners of the edge portion 40 of the light guide plate 21 are machined so that the fluorescent lamps 22 are installed in the above gaps. In addition, by performing the process of dropping the corner in this way, it is possible to prevent the fluorescent lamp 22 from coming into contact with the corner of the light guide plate 21, and to prevent problems such as bursting of the fluorescent lamp.
  • the fluorescent lamp 22 is covered with reflectors 23a and 23b.
  • the reflectors 23 a and b in this example have a thickness of 0.01 to 0. It is a PET sheet on which silver of about 1 mm is deposited.
  • a reflector for covering the L-shaped fluorescent lamp can be supplied at a low price, and it is composed of two linear reflectors to facilitate installation. This will be described in detail later.
  • the end face reflection tape 28 is a PET sheet with a thickness of about 0.01 to 0.1 mm on which silver is vapor-deposited.
  • the light introduced into the light guide plate 21 from the fluorescent lamp 22 is totally reflected, and When the light arrives at the side end surface, the light is further returned to the light guide plate 21.
  • the end face reflection tape and the reflector described above can be formed using a material such as a white PET sheet or an aluminum plate, and can be integrated with the case or the frame. It is.
  • FIG. 5 shows a state where the liquid crystal panel 10 is mounted on the lighting device 20.
  • Drivers IC 13 and 14 are installed on two adjacent sides 10 a and 10 b of the liquid crystal panel 10.
  • an L-shaped fluorescent lamp 22 is mounted on the two sides 20c and 20d of the lighting device 20 facing the two sides 10a and 10b.
  • the adoption of the L-shaped fluorescent lamp 22 as shown in FIG. 6 has an effect that the temperature distribution of the entire liquid crystal panel 10 becomes flat.
  • high brightness is required. Therefore, if the output of a fluorescent lamp mounted on one end face as in the past was increased, the temperature distribution on the liquid crystal panel would have a large slope, as described earlier with reference to FIG. For this reason, color unevenness and luminance unevenness become large, and a high-quality image cannot be obtained.
  • by introducing light from the two end surfaces as in this example it is possible to suppress a temperature rise on the liquid crystal panel and increase the luminance.
  • one L-shaped fluorescent lamp 22 guides light from two end faces. Therefore, high luminance can be obtained by suppressing the temperature rise without increasing the number of driver circuits.
  • the light conversion efficiency can be increased, and the effect of further suppressing the temperature rise can be obtained. That is, most of the electric power input to the fluorescent lamp is consumed as a cathode drop voltage that generates a glow discharge. For example, if two fluorescent lamps are installed, twice as much power is required, and most of the power is consumed to generate two glow discharges. However, when a long fluorescent lamp is used as in this example, the cathode drop voltage consumed by the glow discharge does not increase so much.If twice the power is supplied, for example, most of the increased power generates light. It can be consumed as a voltage drop of the positive column inclination. Therefore, if the same brightness is obtained, low power is sufficient and the temperature rise is small.
  • the advantages of the lighting apparatus of this example employing the L-shaped fluorescent lamp 22 are extremely large.
  • the L-shaped fluorescent lamp 22 cannot be simply mounted on the end face 40 of the light guide plate 21. Since the corners 4 3 of the rectangular light guide plate 2 1 (when the corners are not machined) and the bent portions 2 2 a of the fluorescent lamps 22 interfere with each other, the gap 4 2 between the end face 4 1 and the fluorescent lamps 22 is formed. Because it becomes very large. If the gap 42 cannot be narrowed, the entire lighting device 20 becomes large, and the liquid crystal display device cannot be downsized. Further, when the gap between the end face 41 and the fluorescent lamp 22 becomes large, the light introduced into the end face 41 also attenuates.
  • the reflector 23 can prevent the light of the fluorescent lamp 22 from attenuating to some extent, the reflector 23 needs to be large. Therefore, in the light guide plate 21 of the present example, the edge portion 40 that interferes with the fluorescent lamp 22 is chamfered so that the corner does not protrude, so that the gap 42 can be reduced. Since the edge 40 is chamfered, it is possible to prevent a problem that the corner 43 applies an impact to the fluorescent lamp 22 during transportation or the like, and damages the fluorescent lamp 22. Further, it is possible to prevent the fluorescent lamp 22 from being damaged due to thermal expansion, vibration, and the like of the light guide plate 21.
  • Increasing the gap 42 increases the light incident efficiency.However, when the distance of the gap 42 exceeds a predetermined value, the increase in the incident efficiency decreases and limits the size of the lighting device 20. I prefer it.
  • Appropriate gap 42 is required by the present applicant, and it has been found that about 0.8 to 1.5 mm is good. More specifically, when the inner diameter of the fluorescent lamp 22 is 2.5 to 4 mm, it is preferable that the inner diameter is about 1 to 1.5 mm.
  • the light reflected from the reflector 23 is also an important light source for the lighting device 20.
  • a flat semicircularly curved flat member is used. It consists of two reflectors, 23a and 23b.
  • the reflector 23 a corresponds to the short side of the light guide plate 21 and has a length enough to cover the bent portion 22 a from the electrode 22 c on the short side of the bent fluorescent lamp 22. I have.
  • the reflector 23 b corresponds to the long side of the light guide 21, and can cover the bent portion 22 a from the electrode 22 c on the long side of the bent fluorescent lamp 22. It has a length.
  • one of the reflectors is installed first, for example, the shorter reflector 23a is installed, and the other reflector, for example, the longer reflector is installed from above.
  • the fluorescent lamp 22 can be fully powered.
  • the two divided reflectors 23a and 23b the bent fluorescent lamp 22 can be easily powered and the labor required for assembling the reflector can be improved. Can be omitted.
  • the reflectors 23a and 23b are made of simple straight lines instead of complicated shapes to match the bent fluorescent lamps 22, the manufacturing cost is reduced. Birds can be kept low.
  • the aperture ratio can be defined by (thickness of light guide plate 21) / (inner diameter of fluorescent lamp 22), and preferably about 0.9 to 2. Even if the aperture ratio is further increased, the incident efficiency does not improve so much.
  • the wedge portion 40 in this example has a substantially isosceles triangular shape with corners, and an end face 43 having an angle of about 45 degrees with respect to each of the end faces 41 c and 41 d.
  • the edge portion 40 is formed. Therefore, the light directly incident on the respective end faces 41 c and 41 d from the fluorescent lamp 22 is totally reflected at the edge part 40, and this part is located on the upper surface 21 a of the light guide plate 21. Has little effect on the intensity of light emitted from the From this point, the chamfering with this shape has little effect on the brightness uniformity.
  • the reflection member 44 is mounted to prevent light from entering the light guide plate 21 from the end face 43.
  • a white or plastic sheet on which silver, aluminum, or the like is deposited, a molded product, or the like can be used as the reflecting member 44. Light rays emitted from inside the light guide plate 21 through the end face 43 are reflected, and conversely, light rays entering from the fluorescent lamp 22 can be shielded, and uniformity of luminance can be maintained.
  • the edge portion 40 becomes large, the amount of light introduced into the light guide plate 21 near the edge portion decreases. Therefore, in order to maintain the uniformity of luminance, it is desirable to limit the size of the substantially isosceles triangle to be chamfered. On the other hand, if the chamfering is too small, the gap 42 between the fluorescent lamp 22 and the end face 41 cannot be maintained properly. Taking these conditions into consideration, the length of one side of the part equivalent to the two sides of the isosceles triangle which is substantially equal when chamfering is set to the minimum length of the bent part 2 2a of the fluorescent lamp 22 Desirably, the radius of curvature should be approximately 0.6 times to approximately 1.0 times.
  • FIGS. 10 (a) and 10 (b) are examples in which the edge portion 40 is cut out in parallel with the adjacent end surfaces 41c and 41d, and is chamfered.
  • the edge portion 40 may be chamfered into a substantially rhombic shape, and in the case of a substantially rectangular light guide plate, it may be chamfered into a substantially square shape.
  • the end faces 45 a and 45 b which are chamfered into a substantially rhombus are planes substantially parallel to the end faces 41 c and 41 d of the adjacent light guide plate 21, respectively.
  • the light introduced into the light guide plate 21 from these end faces 45a and 45b has almost the same vector as the end faces 41c and 41d, and is incident from the end faces. Or the probabilities of release are approximately equal. Therefore, the edge portion 40 rarely affects the uniformity of luminance of light emitted from the lighting device. For this reason, even if the reflection member 44 is omitted, it is possible to obtain a uniform luminance. However, it is difficult to maintain good uniformity because the gap between the end face and the fluorescent lamp becomes large. Considering the interference with the fluorescent lamp, the length of one side of the diamond should be in the range of approximately 0.6 to 1.0 times the minimum radius of curvature of the bent portion 23 of the fluorescent lamp 22 as described above. Is desirable.
  • FIGS. 10 (c) and 10 (d) show the shape of the edge portion 40 having advantages when the manufacturing process of the light guide plate 21 is emphasized.
  • a sector shape as shown in FIG. 10 (c) can be adopted from the viewpoint of mold processing.
  • an inverted sector shape may be employed.
  • shapes other than the above can also be adopted.
  • FIG. 11 shows that the light introduced into the light guide plate 21 from the bent fluorescent lamp 22 is emitted from the upper surface 21 a of the light guide 21 toward the liquid crystal panel.
  • the diffusion pattern 50 is shown.
  • the diffusion pattern 50 is printed on the pattern sheet 24, but may be printed directly on the lower surface 21b of the light guide plate 21.
  • the lower surface 21 b of the light guide plate 21 may be processed so as to draw the diffusion pattern 50 by etching or the like.
  • a linear or dot-shaped diffusion pattern is often used, and any other pattern may be used as long as the area density of the pattern can be increased or decreased depending on the location.
  • FIG. 11 shows an example of a pattern when the area of each dot is increased or decreased.
  • the area of each dot is small at the end faces 41 c and 41 d on which the fluorescent lamps 22 are mounted, and gradually increases toward the end faces 41 a and 41 b facing these. .
  • the area near the edge portion 40 near the bent portion 22a of the fluorescent lamp 22 has the smallest area, and the edge portion between the end faces 41a and 41b facing this has the largest area.
  • the density distribution S (X, y) of such a diffusion pattern can be obtained as follows.
  • X and y are coordinates along the end faces 41 c and d of the fluorescent lamp 22, respectively, and adopt a coordinate axis that increases in a direction away from the fluorescent lamp 22.
  • the density distribution of the diffusion pattern is assumed to be S X i y i in advance.
  • the intensity ⁇ , of the light diffused by the diffusion pattern of the density distribution S x, y, with respect to the light incident at the intensity L X from the X direction is as follows.
  • n is the total number of minute areas in the x-axis direction
  • m is the total number of minute areas in the y-axis direction.
  • the density S X i y j of the diffusion pattern assumed in advance is corrected as follows.
  • the light is emitted by diffusion at each coordinate or in each minute area in each direction based on the intensity of light incident in each of the X and y directions.
  • the light intensity is calculated.
  • these strengths are combined and released for each minute area.
  • the intensity of the emitted light is determined, and then the average light intensity is calculated.
  • the density of the diffusion pattern is adjusted so that the variation in the intensity of the light emitted for each minute area falls within the predetermined range with the average light intensity. The distribution has been corrected.
  • the intensity L X ′ of light reflected from the end face 41 a is as follows.
  • FIG. 12 shows an example in which the thickness of the light guide plate is increased or decreased instead of forming diffusion patterns having different densities on the light guide plate.
  • a diffusion pattern 51 having a constant density distribution is printed on the lower surface 29b.
  • the cross section of the light guide plate 29 is formed so as to be inversely proportional to the distribution density of the diffusion pattern obtained above. That is, the thickness of the light guide plate 29 is thicker on the end faces 41 c and 41 d and gradually thinner toward the end face 41 a or 4 lb.
  • the thickness of the light guide plate 29 is reduced in inverse proportion to the density distribution of the diffusion pattern obtained above, the light radiated to the uniform density diffusion pattern formed on the lower surface 29 b Density increases.
  • the intensity of light diffused by this diffusion pattern and emitted from the upper surface 29a is averaged similarly to the light emitted by the diffusion pattern of the density distribution obtained above, and FIG. Even with the use of the light guide plate 29 as shown in FIG. 2, it is possible to obtain illumination with high uniformity of luminance 5.
  • the illumination device 10 of the present example uses one long fluorescent lamp that is bent into an L-shape and can be mounted on a light guide plate that has been chamfered. Therefore, the effective overall length of the fluorescent lamp can be increased without increasing the number of driver circuits for lighting the fluorescent lamp, and the total light emission can be increased. Also, there is no need to adjust driver circuits and the like so that the brightness of multiple fluorescent lights match. Furthermore, since the light conversion efficiency can be improved, power consumption can be reduced. In order to turn on the fluorescent lamps, the output of the driver circuit also requires an increase in the capacity because the total length of the fluorescent lamps is longer, but compared to the case where two fluorescent lamps are turned on.
  • the output of the driver circuit can be low.
  • Such an illuminating device 10 has various uses such as interior as a planar illuminant other than the liquid crystal display device described above.
  • an L-shaped fluorescent lamp is used, so that the fluorescent lamp can be placed at a position facing the liquid crystal driver IC. For this reason, the influence of heat on the driver IC from the light emitter can be minimized, and a stable image can be obtained. Also, since there is no positional interference between the light emitter and the driver IC,
  • the size of the liquid crystal display device can be reduced.
  • the lighting equipment consumes low power and has a long light-emitting portion, so the amount of heat generated per unit length
  • the lighting device and the liquid crystal display device of this example in order to simplify the manufacturing process, obtain uniform illumination, and obtain a high-quality image, there are many methods such as a reflector shape and a method of generating a diffusion pattern. Therefore, a liquid crystal display device capable of obtaining a high-quality image can be provided at low cost.
  • one edge portion 40 of the light guide plate 21 is chamfered. However, all the four edge portions may be chamfered. If the four edge portions are processed in the same shape, the directivity of the light guide plate during assembly can be eliminated, and the manufacturing process can be further simplified.
  • FIG. 13 shows a state in which a liquid crystal panel 10 is mounted on the lighting device 60 among the liquid crystal display devices using the lighting device 60 different from the above according to the present invention.
  • the outline of this liquid crystal display device is shown in the diagram shown in Example 1.
  • the illumination device 60 of this example uses a substantially U-shaped fluorescent lamp 62 as a rod-like light source.
  • the fluorescent lamp 62 is connected to the end faces 41 a to 41 d of the four end faces 41 a to 41 d formed on the light guide plate 61 of the lighting device 60.
  • the illuminator 60 is housed in frames 38 and 39, which are divided into upper and lower ones.
  • Numeral 8 also functions as a spacer that secures a gap between the liquid crystal panel 10 and the lighting device 60.
  • the lighting device 60 is provided with a counter-frame inside the U-shaped lower frame 39.
  • the emission sheet 25, the light guide plate 61, the diffusion sheet 26, and the prism sheet 27 are stored in this order from the bottom.
  • the U-shaped fluorescent lamp 62 is attached to the three end faces 41 a, 41 c, and 41 d of the light guide plate 61, and the end face reflection tape 2 is attached to the remaining end face 41b. 8 is installed.
  • a flat U-shaped upper frame 38 is attached to the upper part of the lower frame 39 in which these are stored.
  • the inner surface 63 of the lower frame 39 is a mirror surface having a substantially hyperbolic cross section, and is finished by silver deposition or the like.
  • the lower surface 6 4 of the lower frame 38 is also finished with silver deposition or the like and is mirror-finished.
  • the inner surfaces 63, 64 of the frames 38, 39 function as a force reflector, and the reflector described in the above-described embodiment is used.
  • One and the frame are integrated. Therefore, the labor for assembling the lighting device 60 can be further reduced.
  • the functions of the reflection sheet 25, the diffusion sheet 26, and the prism sheet 27 are the same as those of the above-described embodiment, and the description is omitted.
  • the diffusion pattern 52 is printed on the lower surface 6 lb of the light guide plate 61, the pattern sheet is omitted.
  • the two edge portions 40 as 4 O of the light guide plate 61 are used.
  • the corner of b is rounded.
  • FIG. 16 shows the relationship between the fluorescent lamp 62 and the light guide plate 61 in an exposed manner.
  • the corner between the edge portion 4 Ob sandwiched between the end surfaces 41 c and 41 d where the fluorescent lamp 62 is mounted and the edge portion 40 a sandwiched between the end surfaces 41 a and 41 d are formed. It is chamfered so that it does not protrude. Thereby, the fluorescent lamp 62 can be mounted near the end face 41 via the predetermined gap 42, and the incident efficiency to the light guide plate 61 can be kept high. In addition, it is possible to prevent the fluorescent lamp 62 from being damaged due to thermal expansion or impact.
  • the shape of the chamfering process is approximately an isosceles triangle. However, it goes without saying that various shapes can be adopted as described above.
  • FIG. 17 shows the diffusion pattern 52 printed on the light guide plate 61 of the present example from the direction of the lower surface 21 b of the light guide plate 21.
  • the diffusion pattern 52 is formed along the density distribution generated by the generation method described above.
  • the area density of the diffusion pattern on this side is low, and the area density of the diffusion pattern at the center of the lower face 21b is high. I have.
  • the area density of the diffusion pattern along the end face 41 d is low, and the area density of the diffusion pattern near the end face 41 b opposite thereto is high.
  • the light introduced into the light guide plate 61 is diffused by such a diffusion pattern 52, and substantially uniform light is emitted from the upper surface 61a of the light guide plate 61 toward the liquid crystal panel.
  • FIG. 18 shows a temperature distribution on the liquid crystal panel 10 of the present example.
  • the temperature rise of the panel directly above the fluorescent lamp was only about 10 degrees higher than room temperature, which was much larger than when the conventional lighting device shown in Fig. 22 was used. It can be seen that it has been reduced.
  • the temperature distribution is flat, so that the color unevenness or brightness unevenness of the image displayed on the liquid crystal panel is extremely low. Less. Therefore, high quality images can be obtained.
  • the lighting device 50 of the present example is a lighting device capable of irradiating high-brightness light corresponding to the color display, and a lighting device capable of suppressing a rise in the temperature of the liquid crystal panel. This is because, unlike conventional lighting devices, a long light source bent in a U-shape is used, so the amount of heat generated per unit length can be reduced, and power consumption can be reduced.
  • the driver IC 13 is arranged on one side of the fluorescent lamp 62. However, since the temperature rise of the fluorescent light 6 2 is small, the driver
  • the liquid crystal display device of this example can also stably obtain a bright and vivid color image with low power consumption. Since only one driver circuit is required to turn on the fluorescent lamp, it is possible to reduce the size of televisions and personal computers that use liquid crystal display devices. In order to turn on a U-shaped fluorescent lamp, the discharge distance becomes longer, so the output of the driver circuit also needs to be improved. However, as compared with the case where three fluorescent lamps are lit, the output increase width of the driver circuit may be smaller.
  • Fig. 19 shows that two L-shaped fluorescent lamps 7 2a and 7
  • FIG. 20 shows a case where three substantially L-shaped fluorescent lamps 82a, 82b and 82c are mounted on a hexagonal light guide plate 81.
  • the edge portions 40 of each light guide plate 71, 81 are beveled so as not to interfere with the fluorescent lamps 72, 82, and the fluorescent lamps 72, 82 are installed at appropriate positions. You can do it.
  • the same structure as that of each of the above-described embodiments can be adopted for the structure of the reflector that covers them.
  • a planar lighting device having various shapes can be formed using the bent rod-shaped light-emitting body.
  • uniform high-brightness illumination can be obtained with low power consumption, and a high-quality color image can be obtained using a liquid crystal panel capable of color display.
  • a planar lighting device is a liquid crystal display device using a liquid crystal panel. It is suitable as a backlight for the camera, and can be used as other planar lighting devices. Since a liquid crystal display device using this lighting device can display a color image vividly with low power consumption, it can be used as a display portion of various information processing devices such as a notebook computer. It can also be used as a display unit for various video processing devices such as liquid crystal televisions and handy cameras.

Description

明 細 書 面状照明装置および液晶表示装置 技術分野
本発明は、 液晶表示パネル （ L C D ) のバッ クライ 卜などと して 用いられる薄形で面状の照明装置に関し、 特に、 ノ一卜形パソコ ン の表示装置と して用いられる際に好適な、 高輝度、 低消費電力の照 明装置、 およびこの照明装置を用いた液晶表示装置に関するもので ある。 背景技術
棒状の光源と、 平板状の導光板を備えた面状の照明装置と しては 、 特開昭 6 0 — 2 0 5 5 7 6および特開昭 6 1 - 2 4 8 0 7 9など に示された装置が知られており、 その一例を図 2 1 に示してある。 この照明装置 9 0では、 略長方形をした平板状の導光板 9 1 の一方 の辺に、 棒状の蛍光灯 9 2が取り付けられている。 蛍光灯 9 2から 導光扳 9 1 に導入された光は、 導光板 9 1 に印刷された拡散バタ一 ンによって反射され、 所定の光密度で導光板 9 1 の面から放出され るようになっている。
このような面状の照明装置は、 近年、 液晶パネルのバッ クライ 卜 と して使用されることが多い。 液晶パネルは、 ラ ップ ト ップバソ コ ン、 テレビ、 カメ ラなどの表示部と しての利用が進んでおり、 カラ 一表示用の液晶パネルが用いられたものも多い。 また、 パソ コ ン、 テレビなどは小形化されており、 液晶パネルも薄型、 軽量であるこ とが要求されている。
従って、 液晶パネルのバッ クライ 卜と して使用される面状の照明 装置も、 カラー表示に対応し、 薄型、 軽量で、 さ らに消費電力が少 ないことが要求される。 さ らに、 カラー表示に対応するためには、 液晶に表示された色をク リア一に示すために十分な輝度が要求され る。 このため、 照明装置に用いられる蛍光灯も高出力のものが必要 である。 しかし、 高出力の蛍光灯からは、 光と共に熱も放射される 。 その熱の影響は、 図 2 2に示したように非常に大き く、 常温 2 5 ° Cに対し、 3 0〜 4 0 ° C も温度が上昇してしまう。 従って、 こ のような照明装置を、 M I M型のァクティ ブ式カラ一液晶パネル、 あるいは S T N型のパッ シブ式カラー液晶パネルのバッ クライ ト と して用いる場合は、 色ムラと輝度ムラを所定の範囲に抑えるために 、 特別な放熱手段を付加する必要がある。
一本の蛍光灯を高出力とする代わりに、 蛍光灯の本数を增やすこ とも考えられる。 これにより、 光源上の温度上昇をある程度抑える ことは可能である。 蛍光灯の本数を複数にするために発生する問題 も多い。 その 1 つは、 蛍光灯の照度のばらつきがある。 蛍光灯の照 度は製品毎にバラツキがあり、 所定の照度を得るために蛍光灯を駆 動する ドライバー回路内の抵抗などを調整している。 従って、 複数 の蛍光灯を 1 つの照明装置に用いる場合は、 それらのバラ ンスを取 つて所定の照度を得るための調整に費やす時間が製造工程上必要と なる。
また、 蛍光灯を点灯する ドライバー回路の数が増加するという問 題もある。 照明装置を用いたマイ コ ンなどは薄型、 小形化が要求さ れている状況を考慮すると、 ドライバー回路の数を安易に増加する ことはできない。
そこで、 本発明においては、 カラー表示用の液晶表示装置に好適 な照明装置として、 小形、 軽量で、 輝度の高く均一な照明を得るこ とができ、 さ らに、 液晶パネルに悪影響を与える熱の発生を抑制す ることができる面状の照明装置を提供することを目的と している。 蛍光灯を駆動する ドライバー回路の数を増加させずに、 従来の照明 装置より高い輝度を発揮でき、 熱の放散も抑制することができる面 状の照明装置を提供することを目的と している。 また、 この面状の 照明装置を実現するために好適な拡散パターンを発生させ、 この拡 散パターンを用いた照明装置を提供すること も目的と している。 さ らに、 液晶パネルを駆動する ドライバー I Cとの位置関係から、 熱 影響を受けずに安定した表示の可能な液晶表示装置を提供すること も目的と している。
発明の開示
本発明においては、 発光体を駆動する ドライバー回路を増やさず に、 また、 放散熱を集中させずに大きな照度の照明を得るために、 従来より長い発光体を採用している。 さ らに、 この発光体を屈曲さ せることで、 多角形の導光板に沿って光を導入できるようにしてい る。 また、 導光板と発光体との隙間を適正な範囲に保持し、 導光板 への光の導入効率を高くするために、 導光板のエッ ジ部の角を取る ようにしている。 すなわち、 本発明に係る面状照明装置は、 多角形 で略透明な導光板と、 この導光板の隣接した少なく と も 2辺と対峙 するように屈曲された棒状の発光体とを有し、 この導光板の 2辺に 挟まれたエツ ジ部は、 角が突出しないように角取り加工されており 、 また、 導光板の一方の面は、 発光体から導光板に導入された光を 導光板の他方の面から略均等に放射できる拡散パターンを備えてい ることを特徴と している。
このような導光板に沿って屈曲した発光体を採用することにより 、 棒状の発光体の 1 つ当たりの長さが長い、 すなわち、 発光面積の 大きな発光体を採用することができる。 従って、 発光体の温度上昇 を抑えて高い輝度を得ることができる。 一方、 発光体を駆動する ド ラィバー回路が増加すること も抑制できる。 蛍光灯などの発光体を 屈曲する場合は、 屈曲部に合わせて導光板の角を干渉しないように 調整しないと、 照明装置全体の幅、 あるいは長さが長く なつてしま い小形化が図れない。 本発明に係る装置のように、 導光板に角取り 加工をすることにより、 導光板と発光体との距離を入射効率の高い 所定の範囲に収めることができ、 小形で高性能の照明装置を実現す ることができる。
さ らに、 上記のような長い発光体を用いることにより、 電力の光 変換効率を向上できるという作用もある。 すなわち、 蛍光灯などの 発光体において、 発光体に入力された電力は、 グロ一放電のために 消費される陰極降下電圧と、 光を放出するために消費される陽光柱 電圧とで消費される。 複数の発光体を用いて入力電力の増加を図つ た場合では、 陰極降下電圧の消費分の増加が大き く、 光を放出する ための陽光柱傾度の増加は少ない。 これに対し、 本発明に係る長い 発光体を用いた照明装置においては、 陰極降下電圧の増加は発光体 の本数を増した場合より も少ないので電力を光に効率良く変換する ことが可能である。
導光板のェッ ジ部は種々の形状に加工することが可能であり、 例 えば、 略 2等辺 3角形に角取り加工しても良い。 この場合、 発光体 から導光板への光の入射効率を高く保持し、 さ らに、 照明装置を小 形で実現可能とするためには、 角取りする略 2等辺 3角形の一方の 角の側辺の長さを、 発光体の屈曲した部分の最小曲率半径の略 0 . 6〜 1 . 0倍とすることが望ま しい。 また、 エッ ジ部からの光の入 射を阻止し、 導光板からの光の放射の均一性を高くするためには、 加工されたエッ ジ部に発光体からの光の導入を阻止する遮蔽体を備 えること も有効である。 また、 エッ ジ部を略菱形に角取り加工しても良く、 この場合も入 射効率を高く 、 装置を小形にするためには、 略菱形に角取りされた 一方の角の辺の長さを、 発光体の屈曲した部分の最小曲率半径の略 0 . 6 ~ 1 . 0倍とすることが望ま しい。 また、 導光板の全てのェ ッ ジ部を、 角が突出しないように角取り加工すると、 導光板の方向 性がなく なり、 加工時の位置合わせが不要となる。
発光体から導光板への光の入射効率を高めるために反射体を用い て発光体を覆う ことが通常行われる。 上記のような屈曲した発光体 を用いている場合は、 導光板の 2辺に沿って取り付けられる直線状 の第 1 の反射体と第 2 の反射体とを備え、 この第 1 および第 2 の反 射体をエッジ部において、 いずれか一方の反射体を他方の反射体が 覆うように取り付けることが望ま しい。 また、 導光板の一方の面の 方向から発光体の略下半部を覆う第 1 の反射体と、 導光板の他方の 面の方向から発光体の略上半部を覆う第 2の反射体とで構成しても 良い。
屈曲した発光体から導光板に入射された光を拡散する拡散パター ンは次のような方法で発生することができる。 すなわち、 略長方形 の導光板の隣接した少なく とも 2辺である第 1 および第 2の辺に棒 状の発光体が装着された照明装置において、 この発光体から導光板 に導入された光を導光板の他方の面から略均等に放出する拡散バタ ーンを発生させるには、 その拡散パター ンの単位面積当たりの密度 分布を求める際に、 第 1 の辺から導光板に入射された光強度と予め 仮定された拡散パターンの密度分布とに基づき、 第 2の辺に沿った X方向の予想放出光強度分布を求め、 さ らに、 第 2の辺から導光板 に入射された光強度と予め仮定された拡散パターンの密度分布とに 基づき、 第 1 の辺に沿った Y方向の予想放出光強度分布を求め、 導 光板の任意の直交する X、 Y座標における X方向の予想放出強度分 布と Y方向の予想放出強度分布との和が所定の範囲に収まるように 予め仮定された拡散パターンの密度分布を補正すれば良い。
また、 発光体が装着される第 1 および第 2の辺と向かい合う他の 2辺の内少なく と も 1辺に導光板の内部からの光を該導光板内に反 射する端面反射体を装着される場合は、 端面反射体から導光板に入 射される反射光強度を一定の減衰率をかけて算出し、 この反射光強 度に基づき X方向および Υ方向の少なく と もいずれかの予想放出光 強度分布をさ らに求め、 これらを先に求めた予想放出光分布に加え て密度分布の補正を行えば良い。
このようにして求められた拡散パターンを導光板に印刷、 あるい はパターンが形成されたシ一卜等を導光板に貼りつければ、 屈曲し た発光体から導入された光を略均等に導光板から放射することがで きる。 あるいは、 均等な拡散パターンを有する導光板の厚みを、 上 記にて求められた補正後の拡散パターンの密度分布と反比例するよ うに形成しても同様に略均等な光を放出するこ とができ る。
屈曲した発光体と して略 L字形の発光体を用い、 この発光体と向 かい合う位置に液晶表示体を駆動する ドライバー I Cなどの駆動装 置を設置すれば、 発光体からの熱の影響を最小限に止めることがで きる。 従って、 駆動装置の閾値が熱により不安定になることはなく 、 コ ン トラス トの安定したカラ一画像を得ることができる。 そして 、 この画像を輝度の高く小形な照明装置により照ら し、 品質の良い 画像を得ることが可能となる。
また、 さらに長い略コ字形の発光体を用いて発熱を抑制し、 安定 した品質のよい画像を得ることもできる。 略 L字形、 略コ字形など の発光体を採用すると、 導光板の周囲から略同じ強度の光が入射さ れるので、 画像の明るさが調整し易いという メ リ ッ ト もある。 もち ろん、 略口字形の発光体を、 略長方形の導光板の周囲全体に配置し ても良く 、 多角形の導光板に対してはその形状に合致するように屈 曲された発光体を用いることもできる。 図面の簡単な説明
図 1 は、 本発明の実施例 1 に係る面状照明装置を用いた液晶表示 装置の概要を示す斜視図である。
図 2 は、 図 1 に示す液晶表示装置の構造を示す断面図である。 図 3 は、 図 1 に示す液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である 図 4 は、 図 1 に示す液晶表示装置に用いられている面状照明装置 の構成を示す分解斜視図である。
図 5 は、 図 4 に示す面状照明装置と液晶表示パネルが組合わさつ た状態を上から見た平面図である。
図 6 は、 図 4 に示す面状照明装置の導光板と蛍光灯との位置関係 を示す説明図である。
図 7 は、 図 4 に示す面状照明装置の導光板、 蛍光灯および反射体 の関係を示す断面図である。
図 8 は、 図 7に示した反射体を組み立てる様子を示す説明図であ る。
図 9 は、 導光板のエッ ジ部を示す拡大図である。
図 1 0 は、 導光板のエッ ジ部の加工の異なる例を示す拡大図であ る。
図 1 1 は、 導光板に貼りつけられる拡散シー トに形成された拡散 パターンを示す説明図である。
図 1 2 は、 図 1 1 と異なり、 厚みを変化させた導光扳を示す平面 図 （ a ) と断面図 （ b ) である。
図 1 3 は、 本発明の実施例 2に係る液晶表示パネルと面状照明装 置とが組合わさつた状態を上から見た平面図である。
図 1 4 は、 図 1 3に示す液晶表示パネル、 面状照明装置および発 光体の関係を示す断面図である。
図 1 5 は、 図 1 4 に示した面状照明装置の構成を示す分解斜視図 である。
図 1 6 は、 図 1 5に示した面状照明装置の導光板と蛍光灯との関 係を示す説明図である。
図 1 7 は、 図 1 5 に示した導光板に印刷された拡散バタ一ンを示 す説明図である。
図 1 8 は、 図 1 3に示す液晶表示パネルの表面温度を示すグラフ 図である。
図 1 9 は、 上記と異なる導光板と蛍光灯との関係を示す説明図で ある。
図 2 0 は、 さらに上記と異なる導光板と蛍光灯との関係を示す説 明図である。
図 2 1 は、 従来の導光板と蛍光灯とを示す説明図である。
図 2 2 は、 図 2 1 に示すような構成の面状照明装置を用いた場合 の液晶表示パネルの表面温度を示すグラフ図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に上記の図面を参照して、 本発明の実施例を説明する。
〔実施例 1 〕
図 1 に、 本発明の実施例に係る液晶表示装置 1 の概要を示してあ る。 この液晶表示装置 1 は、 上ケース 2および下ケース 3によって 挟まれた液晶パネル 1 0および後述する照明装置などによって構成 されている。 これらの上ケース 2および下ケース 3 は、 爪 4 により 固定されている。 液晶表示パネル 1 0へは、 画像を構成する走査デ —夕が行あるいは列毎に、 テープ電極 5および 6を介してホス ト側 から供給される。 これらのデータは、 後述する ドライバ一 I Cによ つてラ ッチされ、 同期がと られて液晶パネル 1 0 に供給され画像が 形成される。 照明装置を構成する蛍光灯へは、 液晶表示装置 1 から 延びた点灯用コネクタ 7を介してホス ト側の ドライバー回路から電 力が供給される。
図 2 に示した液晶表示装置 1 の断面と、 図 3に示した液晶表示装 置 1 の分解図に基づき、 本例の液晶表示装置 1 の概略構成を説明す る。 本例の液晶表示装置 1 は、 下ケース 3に先ず照明装置 2 0が装
1 0 着され、 その上にフ レーム 3 0および 3 1 を介して液晶パネル 1 0 が装着されている。 液晶パネル 1 0 は、 2枚の透明なガラス基板 1 1 および 1 2の間に液晶、 透明電極などが挟まれて構成されている 。 液晶パネル 1 0の 1 つの辺 1 0 aには、 行方向の画素データをラ ッチし、 液晶パネルに送る ドライバ一 I C 1 3が複数装着されてい i s る。 また、 この辺 1 0 aと隣接する辺 1 O bには、 列方向の画素デ —夕をラ ッチし、 液晶パネルに送る ドライバ一 I C 1 4が複数装着 されている。
フ レーム 3 0および 3 1 は、 照明装置 2 0を保護し、 ケース内で の位置決めをするために設置してある。 同時に、 照明装置 2 0 と液 2 0 晶パネル 1 0 とのギャ ップ 3 3が所定の距離、 例えば、 0 . 2 〜 1 m m程度とする役割も果たしている。 このため、 フ レーム 3 0およ び 3 1 は、 それぞれ照明装置 2 0を支持する下半部 3 4 、 3 5 と、 照明装置 2 0 と液晶パネル 1 0 との間に挿入されてスぺ一サ一の機 能を果たす上半部 3 6 、 3 7 とを備えている。 なお、 本例において
2 5 は、 フ レームは 2つに分割してあるが、 分割数は 2つに限らず、 3 つ、 4つなどでも勿論良く 、 あるいは、 フ レームを 1 つの部材で構 成することも可能である。 また、 フ レームは照明装置 2 0あるいは 液晶パネル 1 0の周囲全体を覆う ものでなく ても良く 、 適当な箇所 に複数個設けても良い。
照明装置 2 0 は、 略長方形の導光板 2 1 の端面に棒状の蛍光灯 2 2の設置された面状の照明装置である。 本例の蛍光灯 2 2 は、 略し 字形をしており、 リ フ レクタ一 2 3 a、 bによって覆われている。 蛍光灯 2 2の両端からは、 蛍光灯 2 2を駆動する電源を供給するた めの電線が延びており、 これが点灯用のコネクタ 7を介してホス 卜 側の ドライバー回路と接続される。
図 4 は、 照明装置 2 0の分解斜視図であり、 これに基づき本例の 照明装置の構成を説明する。 照明装置 2 0 は、 略長方形で、 1 つの エッ ジ部 4 0の角が取られた形状の導光板 2 1 と、 このエッ ジ部 4 0を挟んで L字形に屈曲された形状の蛍光灯 2 2 と、 この蛍光灯 2 2を導光板 2 1 の方向に覆って、 蛍光灯 2 2から放出された光を効 率良く導光板 2 1 に反射する リ フ レクタ一 2 3 a、 b とから主に構 成されている。 そして、 導光板 2 1 の下面 2 1 b、 すなわち、 液晶 パネル 1 0の設置される面と反対側の面に、 拡散パターン 5 0の印 刷されたパターンシー ト 2 4 と、 反射シ一 ト 2 5 とがこの順に装着 されている。 一方、 導光板 2 1 の上面 2 1 a、 すなわち、 液晶パネ ル 1 0の設置される面に、 拡散シ一 ト 2 6およびプリズムシ一 ト 2 7がこの順に装着されている。 さらに、 導光板 2 1 の蛍光灯 2 2 と 向かい合う端面 4 1 aおよび 4 1 bには、 端面反射テープ 2 8が装 着されている。
導光板 2 1 は透明な板材であり、 屈折率が空気より大きなものが 用いられる。 例えば、 屈折率は 1 . 4 1以上が望ま しく 、 アク リル 樹脂、 ポリ カーボネー ト樹脂、 アモルフ ァ スポリオレフイ ン系樹脂 、 ポリ スチレン樹脂、 ガラスなど用いられる。 このような素材を用 いて導光板 2 1 を構成すると、 臨界角は 4 5度以下となる。 従って 、 面 2 1 a、 b と直角となるように形成された 4辺の端面 4 1 a 、 4 l b、 4 1 cおよび 4 1 dから入射された光は、 上面 2 1 aおよ び下面 2 1 bが平滑な鏡面であれば、 これらの面 2 1 a、 2 1 わで 全反射される。
パターンシー 卜 2 4 は、 透明なシ一 卜に所定の拡散パターン 5 0 が印刷されたものであり、 印刷された拡散パター ン 5 0が導光板 2 1 の下面 2 l b と密着するように装着される。 いずれかの端面 4 1 から入射された光は、 ある確率で拡散パター ン 5 0 に到達し、 光は 全反射されずに、 その一部は上面 2 1 aの方向に拡散される。 従つ て、 蛍光灯から端面 4 1 を介して入射された光は、 上面 2 1 aから 液晶パネル 1 0 の方向に放出される。
反射シー ト 2 5 は、 厚さ 0 . 0 5〜 0 . 5 m m程度の薄い P E T シー 卜である。 導光板 2 1 から拡散パターン 5 0 によつて上面 2 1 aに出光された光は、 上面 2 1 aの上部に設置された拡散シー ト 2 6あるいはプリズムシー ト 2 7を通って液晶パネル 1 0を照らすが 、 その一部はこれらのシー ト 2 6 、 2 7 によつて下方に反射される 。 これら上方から反射された光は、 反射シー ト 2 5 によって上方の 導光板 2 1 などに戻される。 反射シー ト 2 5 は、 アルミ板など P E Tシー ト以外であっても良い。 また、 下ケース 3を反射シー ト に代 わる反射体と して使用することも可能である。 さ らに、 本発明に係 る照明装置、 あるいは液晶表示装置が搭載されるパーソナルコ ンピ ユータなどのフ レームを、 反射シー トに代わる反射体と して用いる ことももちろん可能である。
拡散シー ト 2 6 は、 厚さ 0 . 0 5 〜 0 . 5 m m程度の薄い P E T シー トあるいは P C シー トである。 拡散シー ト 2 6 は、 拡散パター ン 5 0によって反射され、 上面 2 1 aから放射された光を拡散する 機能を備えている。 拡散パターン 5 0 は、 細い線状あるいは網点 （ ドッ ト） 状のパターンで構成されることが多く、 このような形状の パターンによって反射された光は拡散シー ト 2 6 によって拡散され 、 拡散パターンが液晶パネル 1 0の側から認識できないようになつ ている。 なお、 拡散シ一 ト 2 6 は、 導光板 2 1 の上面 2 1 a と微小 な空気層を介して設置されており、 上面 2 1 aにおける臨界角は上 述した角度が保持されている。 反射シー ト 2 6 と してはァク リル製 のシ一 トなどを用いることもでき、 P E Tシー 卜に限定されるもの ではない。
拡散シー ト 2 6の上に設置されたプリズムシー ト 2 7 は、 微小な リニアプリズムをアレイ状に並べた断面を備えており、 拡散シー ト
2 6から放射された光の角度を揃え、 液晶パネル 1 0を照明する照 度の向上が図られている。 プリズムシー ト 2 7 により輝度を向上で きるが、 拡散シー ト 2 6によって十分な輝度を得られる場合は、 プ リズムシ一ト 2 7を省略し、 製造コス 卜の低下を図ること も可能で ある。
本例の照明装置 2 0の光源と して採用されている蛍光灯 2 2 は、 略 L字形をしており、 導光板 2 1 の端面 4 1 cおよび 4 1 dに隣接 して設置される。 これらの端面 4 1 cおよび 4 1 dと蛍光灯 2 2 と の隙間は、 後述するように 0 . 8〜 1 . 5 m m程度に保持されるこ とが望ま しい。 このため、 導光板 2 1 のエッ ジ部 4 0 の角を加工し 、 上記の隙間で蛍光灯 2 2が設置されるようになつている。 また、 このように角を落とす加工が施されことにより、 蛍光灯 2 2が導光 板 2 1 の角と接触することが避けられ、 蛍光灯の破壌などといった 不具合も防止されている。
蛍光灯 2 2から放出された光を導光扳 2 ί の端面 4 0から効率良 く入射させるために、 蛍光灯 2 2をリ フ レクタ一 2 3 a、 2 3 bで 覆っている。 本例のリフ レクタ一 2 3 a、 bは厚み 0 . 0 1〜0 . 1 m m程度の銀蒸着された P E Tシ一 卜である。 さ らに、 L字形の 蛍光灯を覆うためのリ フ レクタ一を低価格で供給でき、 その装着を 容易とするために、 直線状のリ フ レクタ一 2つで構成している。 こ れについては後で詳述する。
蛍光灯 2 2およびリ フ レクタ一 2 3 の装着された端面 4 1 cおよ び 4 1 dと向かい合う 2つの端面 4 1 aおよび 4 1 bには、 端面反 射テープ 2 8を装着している。 この端面反射テープ 2 8 は、 厚み 0 . 0 1〜0 . 1 m m程度の銀蒸着された P E T シー トで、 蛍光灯 2 2から導光板 2 1 に導入された光が、 全反射し、 反対側の端面に到 着した場合に、 これらの光をさ らに導光板 2 1 に戻す機能を備えて いる。 なお、 端面反射テープおよび上述したリ フ レクタ一は、 白色 の P E Tシー ト、 アルミ板などの素材を用いて形成すること ももち ろん可能であり、 ケースあるいはフ レームと一体化させること も可 能である。
図 5に、 照明装置 2 0の上に液晶パネル 1 0を装着した様子を示 してある。 液晶パネル 1 0の隣接する 2辺 1 0 aおよび 1 0 bに ド ライバー I C 1 3、 1 4が設置される。 これに対し、 2辺 1 0 aお よび 1 0 bと向かい合う、 照明装置 2 0 の 2辺 2 0 cおよび 2 0 d にわたつて L字形の蛍光灯 2 2が装着される。 このような配置とな つているので、 蛍光灯 2 2の発熱の影響を ドライバー I C 1 3、 1 4 は直接に受けない。 従って、 ドライバー I Cの温度はそれ程上昇 せず、 ドライバーの閾値が変動することを防止できる。 このため、 本例の液晶パネル 1 0を用いて、 非常にコ ン ト ラス トの変動の少な い画像を得ることができる。
さ らに、 図 6 に示したような L字形の蛍光灯 2 2を採用している ことにより、 液晶パネル 1 0全体の温度分布がフラ ッ 卜になると言 う効果もある。 カラ一表示用の液晶パネル 1 0を照明するためには 、 高い輝度が必要となる。 そのために従来のような 1 つの端面に装 着された蛍光灯の出力を上げたのでは、 先に 2 2図に基づき説明し たように液晶パネル上の温度分布の傾斜が大きい。 このため、 色む ら、 輝度むらが大き く なり品質の良い画像を得ることはできない。 しかし、 本例のように、 2つの端面から光を導入することにより、 液晶パネル上の温度上昇を抑えて輝度を高くすることができる。
2 つの端面から光を導入するためには、 2 つの蛍光灯を設置する こと も可能である。 これによつて、 1 つの端面から光を導入する場 合と比較し、 液晶パネルの温度上昇を抑制すること も可能である。 しかし、 2つの蛍光灯を駆動するため、 ドライバ一回路も 2 つ必要 となるので、 小形のパソコ ン、 テレビなどでは余り採用できない。 本例では、 L字形にした 1つの蛍光灯 2 2で 2つの端面から光を導 入している。 従って、 ドライバ一回路を増やさずに、 温度上昇を抑 えて高い輝度を得ることができる。
さ らに、 L字形の蛍光灯を採用することにより、 光変換効率も高 くすることができるので、 温度上昇をさ らに抑制することができる という効果も得られる。 すなわち、 蛍光灯に入力される電力の大半 は、 グロ一放電を発生させる陰極降下電圧と して消費されてしま う 。 例えば、 蛍光灯を 2本装着した場合、 2倍の電力が必要となり、 その大半は 2つのグロ一放電を発生させるために消費されてしま う 。 しかし、 本例のように長い蛍光灯を採用した場合は、 グロ一放電 で消費される陰極降下電圧はそれ程増加しないので、 例えば 2倍の 電力を供給すると、 増加した電力の殆どを光を発生させる陽光柱傾 度の電圧降下と して消費させることができる。 従って、 同じ輝度を 得るのであれば低い電力で良く、 温度上昇も少ない。 このため、 液 晶パネルの温度上昇を抑制でき、 さ らに品質の良い画像を得ること ができる。 また、 消費電力を抑えることができるので、 電池などが 電源と して用いられるハンディ一タイプの小形の装置に採用される 液晶パネルの照明と して好適な照明装置である。
このように L字形の蛍光灯 2 2を採用した本例の照明装置のメ リ ッ トは非常に多い。 しかし、 L字形の蛍光灯 2 2を単に導光板 2 1 の端面 4 0 に装着することはできない。 長方形の導光板 2 1 の角 4 3 (角が加工されていない場合） と蛍光灯 2 2 の屈曲部 2 2 a とが 干渉するので、 端面 4 1 と蛍光灯 2 2 との隙間 4 2が非常に大き く なってしま うからである。 隙間 4 2を狭く できないと、 照明装置 2 0全体が大き く なり、 液晶表示装置を小形にすることはできない。 また、 端面 4 1 と蛍光灯 2 2 との隙間が大き く なると、 端面 4 1 に 導入される光も減衰する。 リ フ レクタ一 2 3 により蛍光灯 2 2 の光 の減衰をある程度防止することはできるが、 リ フ レクタ一 2 3 も大 きなものが必要となる。 そこで、 本例の導光板 2 1 は、 蛍光灯 2 2 と干渉するエツ ジ部 4 0を角が突出しないように角取り加工して隙 間 4 2を小さ くできるようにしている。 エッ ジ 4 0を角取り加工し たことにより、 角 4 3が搬送中などに蛍光灯 2 2 に衝撃を与え、 蛍 光灯 2 2を破損するような不具合も防止することができる。 また、 導光板 2 1 の熱膨張、 振動などにより蛍光灯 2 2が破損すること も 防止できる。
端面 4 1 と蛍光灯 2 2 との隙間 4 2を完全になくすわけにはいか ない。 製品製造上の精度の問題もあるが、 隙間 4 2を小さ く しすぎ ると、 リ フ レクタ一 2 3 に反射した光が蛍光灯 2 2 に吸収され、 端 面 4 1からの導入効率が減少するからである。 図 7 に示してあるよ うに、 蛍光灯 2 2から端面 4 0 と反対側に放射された光は、 リ フ レ クタ一 2 3に反射され、 端面 4 0 に導入される。 従って、 隙間 4 2 が狭すぎると、 反射された光が蛍光灯 2 2 に導入され、 蛍光灯 2 2 内で吸収されてしまい端面 4 0 に導入される光量が減少してしま う 。 隙間 4 2を大き く とれば、 光の入射効率は向上するが、 隙間 4 2 の距離が所定の値以上になると、 入射効率の上昇は少なく なり、 照 明装置 2 0の大きさを制限するほうが好ま しい。 適度な隙間 4 2 は 、 本願出願人よつて求められており、 0 . 8 ~ 1 . 5 m m程度が良 いことが判っている。 さらに詳細には、 蛍光灯 2 2の内径が 2 . 5 ~ 4 m mの場合は、 1〜 1 . 5 m m程度が望ま しい。
このよ う に、 リ フ レクタ一 2 3から反射される光も照明装置 2 0 にとつて重要な光源である。 屈曲した本例の蛍光灯 2 2 に対し リ フ レクター 2 3を設置する方法は幾つか考えられるが、 本例において は、 図 8に示すように、 略半円形に湾曲させた平板状の部材からな る 2つのリ フ レクタ一 2 3 a、 2 3 bを用いて構成している。 リ フ レクター 2 3 aは、 導光板 2 1 の短辺に対応しており、 屈曲した蛍 光灯 2 2の短い側の電極 2 2 cから屈曲部 2 2 aをカバーできる長 さを備えている。 一方、 リ フ レクタ一 2 3 bは、 導光扳 2 1 の長辺 に対応しており、 .屈曲した蛍光灯 2 2の長い側の電極 2 2 cから屈 曲部 2 2 aをカバーできる長さを備えている。 従って、 照明装置 2 0の製造時にいずれか一方のリ フ レクタ一を先ず設置し、 例えば短 い方のリ フ レクタ一 2 3 aを設置し、 その上から他方の、 例えば長 い方のリ フ レクタ一 2 3 bを設置すれば、 蛍光灯 2 2を完全に力バ —することができる。 このように、 分割した 2本のリ フ レクタ一 2 3 a、 2 3 bを用いることにより、 屈曲した蛍光灯 2 2を簡単に力 バーすることができ、 リ フ レクタ一を組み立てる際の手間を省く こ とが可能である。 また、 リ フ レクタ一 2 3 a、 2 3 b と して、 屈曲 した蛍光灯 2 2 と適合させるために、 複雑な形状ではなく、 単純な 直線状のものを採用してあるので、 製造コス 卜も低く抑えることが できる。
蛍光灯 2 2から端面 4 0への入射効率を高めるためには、 開口比 も重要である。 この開口比は、 （導光板 2 1 の厚み） / (蛍光灯 2 2 の内径） で規定でき、 0 . 9 ~ 2程度が望ま しい。 これ以上開口 比をしても入射効率はそれ程向上しないからである。
エツ ジ部 4 0の角を取る加工の形状は種々のものが採用できる。 本例のェッジ部 4 0は、 略 2等辺 3角形の形状に角が取られており 、 端面 4 1 cおよび 4 1 dのそれぞれに対して略 4 5度の角度を持 つた端面 4 3がェッ ジ部 4 0 に形成されている。 従って、 それぞれ の端面 4 1 cおよび 4 1 dへ蛍光灯 2 2から直接入射される光は、 エッ ジ部 4 0で全反射されてしまうので、 この部分が導光板 2 1 の 上面 2 1 aから放射される光の強度に及ぼす影響は少ない。 この点 からは、 この形状をした角取り加工が輝度の均一性に及ぼす影響は すく ない。 しかし、 入射角度の異なる散乱光は、 この端面 4 3から 入射され上面 2 1 aから放射される輝度の均一性を阻害する恐れが ある。 そこで、 本例においては、 端面 4 3から導光板 2 1 内に光が 入射されること耷防止するために、 反射部材 4 4 を装着してある。 反射部材 4 4 と しては、 白色または銀、 アルミニウムなどを蒸着し たプラスチック シー ト、 あるいは成形品などを用いることができる 。 導光板 2 1 内部から端面 4 3を通して出光する光線を反射し、 逆 に、 蛍光灯 2 2から入光する光線を遮蔽することができ、 輝度の均 一性を保つことができる。
エッ ジ部 4 0が大き く なれば、 エッ ジ部近傍において導光板 2 1 に導入される光が減少してしまう。 従って、 輝度の均一性を保つに は、 角取り加工される略 2等辺 3角形の大きさに制限を設けること が望ま しい。 一方、 角取り加工が小さすぎれば、 蛍光灯 2 2 と端面 4 1 との隙間 4 2を適正に保つことができなく なる。 これらの条件 を考慮すると、 角取り加工する際の 2等辺 3角形の概ね等しい 2辺 に相当する部位の 1辺の長さを、 蛍光灯 2 2の屈曲部 2 2 aの最小 曲率半径の略 0 . 6倍から略 1 . 0倍の範囲とすることが望ま しい 図 1 0 には、 その他の実施例における角取り加工可能な形状の例 を示してある。 図 1 0 ( a ) および （ b ) は、 エッ ジ部 4 0を、 隣 接する端面 4 1 cおよび 4 1 dと平行に切り欠いて角取り加工をし た例である。 このような角取り加工するためには、 エッ ジ部 4 0を 略菱形に角取り加工すれば良く、 略長方形の導光板の場合は略正方 形に角取り加工すれば良い。 略菱形に角取り加工した端面 4 5 a、 4 5 bは、 隣接する導光板 2 1 の端面 4 1 cおよび 4 1 dとそれぞ れ略平行な面である。 従って、 これらの端面 4 5 aおよび 4 5 bか ら導光板 2 1 内に導入される光は、 端面 4 1 cおよび 4 1 dと略同 じべク トルを有し、 端面から入射される、 あるいは放出される確率 も略等しい。 従って、 このエッジ部 4 0が照明装置から放射される 光の輝度の均一性に影響を及ぼすことは少ない。 このため、 反射部 材 4 4を省略しても均一な輝度を得ることが可能である。 しかしな がら、 端面と蛍光灯との隙間が大き く なるために、 良好な均一性を 保持することは困難である。 蛍光灯との干渉も考慮すると、 菱形の 一辺の長さは上記と同様に蛍光灯 2 2の屈曲部 2 3の最小曲率半径 の略 0 . 6倍から略 1 . 0倍の範囲とすることが望ま しい。
図 1 0 ( c ) および （ d ) は、 導光板 2 1 の製造工程を重視した 際にメ リ ッ トがあるェッ ジ部 4 0の形状を示してある。 導光板 2 1 を射出成形する場合は、 型加工の面から図 1 0 ( c ) に示すような 扇形を採用することができる。 導光板 2 1 を切削加工してエツ ジ部 4 0を成形する場合は、 逆扇形を採用しても良い。 もちろん、 上記 以外の形状を採用することもできる。
図 1 1 に、 屈曲した蛍光灯 2 2から導光板 2 1 に導入された光を 、 導光扳 2 1 の上面 2 1 aから液晶パネルに向けて放出するための 拡散パターン 5 0を示してある。 本例においては、 拡散パターン 5 0 はバターンシー ト 2 4 に印刷してあるが、 導光板 2 1 の下面 2 1 bに直接印刷しても良い。 また、 エッチングなどにより導光板 2 1 の下面 2 1 bを拡散パターン 5 0を描く よ う にに加工してももちろ ん良い。 拡散バターン 5 0 は、 線状、 あるいは ドッ 卜状のものが採 用されることが多く、 これ以外のパター ンであってもパター ンの面 積密度を場所によって増減できるものであれば良い。
ドッ ト状の拡散パターンが採用される場合、 パターンの面積密度 を調整するためには、 個々の ドッ 卜の面積を増減させる方法と、 ド ッ 卜の密度を増減させる方法が考えられるが、 図 1 1 には、 個々の ドッ 卜の面積を増減させた場合のパターンを例示してある。 各 ドッ 卜の面積は、 蛍光灯 2 2が装着される端面 4 1 cおよび 4 1 d側が 小さ く、 これらと向かい合う端面 4 1 aおよび 4 1 bに向かって徐 々 に面積が増大している。 蛍光灯 2 2の屈曲部 2 2 aに近いエッ ジ 部 4 0近傍が最も面積が小さ く 、 これと向かい合う端面 4 1 a と 4 1 b とのエツ ジ部が最も面積が大きい。
このような拡散パターンの密度分布 S ( X , y ) は以下のように して求めることができる。 こ こで、 Xおよび yは、 それぞれ蛍光灯 2 2の端面 4 1 c、 dに沿った座標であり、 蛍光灯 2 2から離れる 方向に増加する座標軸を採用する。 ある微小な面積内において、 拡 散パターンの密度分布を予め S X i y i と仮定する。 X方向から強 度 L Xで入射された光に対し、 密度分布 S x , y , の拡散パター ン で拡散される光の強度 ^ , は以下の通りである。
£ 1. 1 = L x x S x i y i x k · · · ( 1 ) ここで、 kは所定の反射係数である。 X方向の次の微小面積で拡散 される光の強度 £ 2. , は以下の通りである。
£ 2, 1 = ( L X - ^ !. 1 ) X S 2 y , X k - · · ( 2 ) 同様に、 y方向から強度 L yで入射された光に対し、 密度分布 S x i y j の拡散パターンで拡散され各微小面積毎に放出される光の強 度 ； を求めることができる。 従って、 各微小面積において放出 される光の強度 は、 以下の通りである。
SL i. j = ( L x -∑ '一1 £ j ) X S χ s y』 x k
+ ( L y -∑ j 1
b= 1 一 i i. b ) x S x i y i X k
• · · ( 3 )
これらの放射される強度の平均値 ^ .ve は以下の通りである。
£ , v e = ∑ i - i n ∑ i - i m i i. i / ( n x m )
• - - ( 4 )
なお、 nは x軸方向の微小面積の総数であり、 mは y軸方向の微小 面積の総数である。
拡散パターンによって拡散された光の強度を一定の範囲に保つこ とが照明装置 2 0の輝度を均一化するために必要である。 従って、 予め仮定された拡散パターンの密度 S X i y j を以下のように補正 する。
S 1 X ； y i = S x i y i x £ ave /∑ ί i . i · · · ( 5 ) このよう に捕正された拡散パターンの密度分布 S 1 X； y j を用い て上記と同様に各微小面積で拡散される光の強度を再度求め、 これ らの強度が許容範囲に収まれば、 輝度の均一性を満足した拡散パ夕 ーン 5 0を発生させたことになる。 一度捕正された密度分布 S 1 X i y j を用いても一定の範囲に光の強度が収ま らない場合は、 上記 の手法で補正を繰り返せば良い。
このよう に、 本例では拡散パターンを発生させる際に、 Xおよび y方向のそれぞれに入射された光の強度に基づき、 それぞれの方向 で各座標、 あるいは微小面積毎で拡散によつて放出される光の強度 を計算している。 そして、 これらの強度を合成し、 微小面積毎に放 出される光の強度を求めた上で平均の光の強度を求め、 微小面積毎 に放出される光の強度のばらつきが、 平均の光の強度と所定の範囲 内に収まるように拡散パターンの密度分布を補正している。
さらに、 端面 4 1 aおよび 4 l bに装着した端面反射テープ 2 8 から反射される光の強度を補正することが望ま しい。 すなわち、 各 微小面積毎に放出される光の強度 £ i . i を計算する際に、 端面 4 1 aおよび 4 1 から、 端面反射テープによって反射された強度の光 が入射しているものと して、 その光が拡散し、 放出される強度を追 加すれば良い。
X方向において、 端面 4 1 aから反射される光の強度 L X ' は以 下のようになる。
L X ' = ( L X - ∑ i = i n i i . j ) x 77 · · · ( 6 ) こ こで、 7? は端面反射テープの反射係数であり、 例えば 0 . 5が採 用できる。 従って、 この強度の光源が X方向の座標 X n から入射さ れるものと して上述した計算をさ らに行えば、 端面反射の補正をし た拡散パターンの密度分布を発生させることができる。 そして、 こ の密度分布に従った拡散パターン 5 0を用いれば、 導光板を介して 輝度の均一性の高い照明を行う ことができる。
図 1 2 には、 導光板に密度の異なる拡散パターンを形成する代わ りに、 導光板の厚みを増減した例を示してある。 この例の導光板 2 9には、 密度分布の一定な拡散パターン 5 1が下面 2 9 bに印刷さ れている。 導光板 2 9 の断面は、 上記で求めた拡散パターンの分布 密度と反比例するように形成されている。 すなわち、 導光板 2 9の 厚みは、 端面 4 1 cおよび 4 1 dの側が厚く、 端面 4 1 aあるいは 4 l bに向かって徐々に薄く なつている。 導光板 2 9の厚みを上記 にて求められた拡散パターンの密度分布を反比例して薄くすると、 下面 2 9 bに形成された均一な密度の拡散バタ一ンに照射される光 の密度が上がる。 従って、 この拡散パターンに拡散されて上面 2 9 aから放出される光の強度は、 上記にて求めた密度分布の拡散パタ —ンによって放出された光と同様に平均化されており、 図 1 2 に示 すような導光板 2 9を用いても、 輝度の均一性の高い照明を得るこ 5 とができる。
本例の照明装置 1 0 は、 上記にて説明したように L字形に屈曲さ れ、 角取り加工された導光板に装着できる長い 1 本の蛍光灯を光源 と して用いている。 従って、 蛍光灯を点灯する ドライバー回路を増 すことなく蛍光灯の有効全長を長くすることができ、 総発光量を上 , 0 げられる。 また、 複数の蛍光灯の輝度が合致するように ドライバー 回路などを調整する必要もない。 さ らに、 光変換効率を向上できる ので、 消費電力を低減することができる。 蛍光灯を点灯させるため に ドライバー回路の出力においても、 蛍光灯の全長が長く なるので 能力を上げる必要があるが、 2本の蛍光灯を点灯させる場合と比較
! 5 し ドライバー回路の出力も低くて良い。
このような照明装置 1 0 は、 上記にて説明した液晶表示装置以外 にも面状の発光体と してイ ンテリアなど種々の用途がある。 液晶パ ネルのバッ クライ トと して用いる場合は、 L字形の蛍光灯を用いて いるため、 液晶の ドライバー I Cと向かい合った箇所に蛍光灯を配 2 0 置することができる。 このため、 発光体から ドライバー I Cへの熱 の影響を最小限に止めることができ、 安定した画像を得ることがで きる。 また、 発光体と ドライバー I Cとの位置的な干渉がないため
、 液晶表示装置を小形化すること も可能である。 さ らに、 照明装置 は低消費電力であり、 発光部分が長いので単位長さ当たりの発熱量
2 5 は少なく、 液晶パネル自体の温度上昇も大幅に抑えることができる
。 従って、 カラー表示に必要な高い輝度を発揮した場合であっても 、 液晶パネルの色むら、 輝度むらを抑制することができ、 品質の良 く 、 鮮やかなカラー画像を得ることができる。
さ らに、 本例の照明装置および液晶表示装置においては、 製造ェ 程を簡略化し、 均等な照明、 品質の良い画像を得るために、 リ フ レ クターの形状、 拡散パターンの発生方法など多く の点が改良されて おり、 品質の良い画像が得られる液晶表示装置を安価に提供できる ようにしている。
なお、 上記においては、 導光板 2 1 の 1 つのエッ ジ部 4 0を角取 り加工してあるが、 4方の全てのエツ ジ部を角取り加工してももち ろん良い。 4方のエッ ジ部が同様の形状に加工しておけば、 組立時 の導光板の方向性をなくすことができ、 製造工程をさ らに簡略化す ることができる。
〔実施例 2〕
図 1 3に、 本発明に係る上記と異なる照明装置 6 0を用いた液晶 表示装置の内、 照明装置 6 0の上に液晶パネル 1 0が装着された様 子を示してある。 この液晶表示装置の概要は、 実施例 1 に示した図
1 と略同様につき図示、 および説明を省略する。 また、 液晶パネル
1 0など、 実施例 1 と共通する部分については、 同じ符号を付して 説明を省略する。
本例の照明装置 6 0 は、 略コ字形の蛍光灯 6 2を棒状の光源と し て用いている。 この蛍光灯 6 2を、 照明装置 6 0の導光板 6 1 に形 成された 4方の端面 4 1 a〜4 1 dの内、 端面 4 1 a、 4 1 c、 4
1 dに面して装着している。 照明装置 6 0 は、 上下の 1つに分割さ れたフ レーム 3 8および 3 9内に収納されており、 上部フ レーム 3
8が液晶パネル 1 0 と照明装置 6 0 との隙間を確保するスぺーザの 機能も果たしている。
図 1 4および 1 5 に基づき本例の照明装置 6 0の構成を説明する 。 本例の照明装置 6 0 は、 コ字形の下部フ レーム 3 9の内部に、 反 射シー ト 2 5、 導光板 6 1、 拡散シー ト 2 6 、 プリ ズムシー ト 2 7 が下からこの順番に収納されている。 導光板 6 1 の 3方の端面 4 1 a、 4 1 c、 4 1 dに面してコ字形の蛍光灯 6 2が装着されており 、 残りの端面 4 1 bには、 端面反射テープ 2 8が取付けられている 。 これらを収納した下部フレーム 3 9の上部に、 平板状でコ字形の 上部フ レーム 3 8が取付けられている。
下部フ レーム 3 9の内面 6 3 は略双曲線の断面を持つ鏡面と して 銀蒸着などの仕上げが施されている。 下部フ レーム 3 8の下面 6 4 も銀蒸着などの仕上げが施されおり、 鏡面化されている。 本例の照 明装置 6 0においては、 フ レーム 3 8、 3 9 の内面 6 3、 6 4力 リ フ レクタ一と しての機能を果たしており、 前述した実施例で説明し たリ フ レクタ一とフ レームとが一体化されている。 従って、 照明装 置 6 0を組み立てる手間をさ らに省く ことができる。
反射シー ト 2 5、 拡散シー ト 2 6 およびプリ ズムシー ト 2 7 の機 能は前述した実施例と同様につき説明を省略する。 本例においては 、 拡散パター ン 5 2は導光板 6 1 の下面 6 l bに印刷されているの で、 パターンシー トは省かれている。 コ字形の蛍光灯 6 2を上述し た実施例と同様に適正な隙間 4 2を介して導光板 6 1 に装着するた めに、 導光板 6 1 の 2つのエッ ジ部 4 0 a s 4 O bの角は角取り加 ェされている。 図 1 6 に、 蛍光灯 6 2 と導光板 6 1 の関係をぬきだ して示してある。 蛍光灯 6 2が装着される端面 4 1 c と 4 1 dに挟 まれたエッ ジ部 4 O b と、 端面 4 1 a と 4 1 dに挟まれたエッ ジ部 4 0 a との角が、 突出しないように角取り加工されている。 これに より、 蛍光灯 6 2 は、 端面 4 1 の近傍に、 所定の隙間 4 2を介して 装着するこ とができ、 導光板 6 1 への入射効率を高く保持するこ と ができる。 また、 熱膨張、 衝撃などによる蛍光灯 6 2の損傷も防止 できる。 角取り加工の形状は本例においては略 2等辺 3角形と して いるが、 先に説明したように種々の形状を採用することができるこ とはもちろんである。
図 1 7 に、 本例の導光板 6 1 に印刷された拡散パターン 5 2を、 導光板 2 1 の下面 2 1 bの方向から示してある。 この拡散パターン 5 2 は、 前述したような発生方法によつて発生された密度分布に沿 つて形成されている。 本例においては、 端面 4 1 cに加えて端面 4 1 aにも光源があるので、 この側の拡散パターンの面積密度は低く 、 下面 2 1 bの中央の拡散パターンの面積密度が高く なつている。 また、 端面 4 1 dに沿つた拡散バタ一ンの面積密度は低く、 これと 向かい合う端面 4 1 b近傍の拡散パターンの面積密度が高く なつて いる。 このような拡散パターン 5 2によって導光板 6 1 に導入され た光は拡散され、 略均一な光が導光板 6 1 の上面 6 1 aから液晶パ ネルに向かって放出される。
図 1 8 は、 本例の液晶パネル 1 0の上の温度分布を示してある。 本図にて判るように、 蛍光灯の直上のパネルの温度上昇は、 常温よ り 1 0度程度の上昇で済んでおり、 図 2 2 に示した従来の照明装置 を用いた場合より大幅に低減されていることが判る。 このよう に液 晶パネルの中央部と光源ある端部との温度差はほとんどなく 、 フラ ッ トな温度分布となっているので、 液晶パネルに表示される画像の 色むら、 あるいは輝度のむらは非常に少ない。 従って、 品質の良い 画像を得ることができる。 このよう に、 本例の照明装置 5 0 は、 力 ラー表示に対応した高い輝度の光を照射できる照明装置であり、 液 晶パネルの温度上昇も抑制することができる照明装置である。 従来 の照明装置と異なり、 コ字形に屈曲した長い光源を用いているので 単位長さ当たりの発熱量を低減でき、 さ らに、 消費電力も低減でき るからである。
本例の液晶表示装置においては、 図 1 3 に示すように、 コ字形の 蛍光灯 6 2の 1つの辺の上に ドライバー I C 1 3が配置される構成 となる。 しかし、 蛍光灯 6 2の温度上昇は少ないため、 ドライバー
1 Cへの熱影響も少なく 、 閾値が変動するような不具合も抑制され ている。 従って、 本例の液晶表示装置も、 輝度が高く鮮やかなカラ 一画像を安定して得ることが可能であり、 低消費電力でもある。 蛍 光灯を点灯する ドライバー回路も 1つで良いので、 液晶表示装置を 用いたテレビ、 パソコンなどを小形化すること も可能である。 コ字 形の蛍光灯を点灯するためには、 放電距離が長く なるので、 ドライ バー回路の出力も向上する必要がある。 しかし、 3本の蛍光灯を点 灯する場合と比較すると、 ドライバー回路の出力上昇幅も小さ く て 良い。
図 1 9 に、 導光板 7 1 に 2本の略 L字形の蛍光灯 7 2 aおよび 7
2 bを装着した場合を示してある。 また、 図 2 0 に 6角形の導光板 8 1 に 3本の略 L字形の蛍光灯 8 2 a、 8 2 b、 8 2 cを装着した 場合を示してある。 それぞれの導光板 7 1、 8 1 のエッ ジ部 4 0 は 、 蛍光灯 7 2、 8 2 と干渉しないように角取り加工されており、 適 正な位置に蛍光灯 7 2、 8 2を設置できるようになつている。 これ らを覆う リ フ レクターの構造などは、 上述した各実施例と同様なも のを採用することができる。
このよう に、 屈曲した棒状の発光体を用いて、 様々な形状の面状 照明装置を構成することができる。 そして、 これらの照明装置によ つて、 少ない消費電力で、 均質な高い輝度の照明を得ることができ 、 カラー表示の可能な液晶パネルを用いて品質の高いカラー画像を 得ることができる。 産業上の利用可能性
本発明に係る面状照明装置は、 液晶パネルを用いた液晶表示装置 のバッ ク ライ ト と して好適であり、 その他の平面状の照明装置と し ても用いる こ とができ る。 この照明装置を用いた液晶表示装置は、 カラー画像を低消費電力で鮮やかに表示でき るので、 ノ 一 卜 ブッ ク 型のバソ コ ンなど各種の情報処理装置の表示部と して用いる こ とが でき、 また、 液晶テレビ、 ハンディ カメ ラなど各種の映像処理装置 の表示部と して用いる こ とができ る。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 多角形で略透明な導光板と、 この導光板の隣接した少なく と も 2辺と対峙するように屈曲された棒状の発光体とを有し、 前記導 光板の前記 2辺に挟まれたエツ ジ部は、 角が突出しないように角取 り加工されており、 前記導光板の一方の面は、 前記発光体から該導 光板に導入された光を該導光板の他方の面から略均等に放射できる 拡散パターンを備えていることを特徴とする面状照明装置。
1 0 2 . 請求項 1 において、 前記エッジ部は、 略 2等辺 3角形に角取 り加工されていることを特徵とする面状照明装置。
3 . 請求項 2において、 前記略 2等辺 3角形に角取りされた一方 の角の側辺の長さは、 前記発光体の屈曲した部分の最小曲率半径の i s 略 0 . . 6 ~ 1 . 0倍であることを特徵とする面状照明装置。
4 . 請求項 2または 3において、 前記エッ ジ部は前記発光体から の光の導入を阻止する遮蔽体を備えていることを特徵とする面状照 明装置。
2 0
5 . 請求項 1 において、 前記エッ ジ部は、 略菱形に角取り加工さ れていることを特徴とする面状照明装置。
6 . 請求項 5において、 前記略菱形に角取りされた一方の角の辺 2 5 の長さは、 前記発光体の屈曲した部分の最小曲率半径の略 0 . 6〜 1 . 0倍であることを特徴とする面状照明装置。
7 . 請求項 1 ないし 6のいずれかにおいて、 前記導光板の全ての エッ ジ部は、 角が突出しないように角取り加工されていることを特 徵とする面状照明装置。
8 . 請求項 1 ないし 7のいずれかにおいて、 前記発光体を前記導 光板の方向を除いて覆い、 該発光体からの光を前記導光板の方向に 反射する反射体を有し、 この反射体は、 前記導光板の 2辺に沿って 取り付けられる直線状の第 1 の反射体と第 2の反射体とを備え、 こ れら第 1 および第 2の反射体は前記ェッ ジ部において、 いずれか一 方の前記反射体を他方の反射体が覆うように取り付けられているこ とを特徵とする面状照明装置。
9 . 請求項 1 ないし 7のいずれかにおいて、 前記発光体を前記導 光板の方向を除いて覆い、 該発光体からの光を前記導光板の方向に 反射する反射体を有し、 この反射体は、 前記導光板の一方の面の方 向から前記発光体の略下半部を覆う第 1 の反射体と、 前記導光板の 他方の面の方向から前記発光体の略上半部を覆う第 2の反射体とを 備えていることを特徴とする面状照明装置。
1 0 . 略長方形の導光板と、 この導光板の隣接した少なく と も第 1 および第 2の辺に設置された棒状の発光体と、 この発光体から前 記導光板に導入された光を該導光板の他方の面から略均等に放出可 能な拡散パターンとを備えた面伏照明装置における前記拡散パター ンの設定方法であつて、
前記第 1 の辺から前記導光板に入射された光強度と予め仮定され た拡散パターンの密度分布とに基づき、 前記第 2の辺に沿った第 2 の方向に向けての第 2予想放出光強度分布を求め、 前記第 2の辺から前記導光板に入射された光強度と前記予め仮定 された拡散パターンの密度分布とに基づき、 前記第 1 の辺に沿った 第 1 の方向に向けての第 1予想放出光強度分布を求め、
前記導光板の任意の直交座標上における前記第 1予想放出強度分 布と前記第 2予想放出強度分布との和が所定の範囲に収まるように 前記予め仮定された拡散パターンの密度分布を補正して、 前記拡散 パターンの密度分布を算出するこ とを特徴とする拡散パターンの設 定方法。
1 1 . 請求項 1 0 において、 前記第 1 、 第 2 の辺と向かい合う他 の 2辺の内少なく とも 1辺に前記導光板の内部からの光を該導光板 内に反射する端面反射体が装着されており、
この端面反射体から前記導光板に入射される反射光強度を一定の 減衰率をかけて算出し、 この反射光強度に基づき求められた第 1 の 方向および第 2の方向の少なく と もいずれかの予想放出光強度分布 を、 前記導光板の任意の直交座標上における前記第 1予想放出強度 分布と第 2予想放出強度分布との和に加えることを特徵とする拡散 パタ一ンの発生方法。
1 2 . 略長方形の導光板と、 この導光板の隣接した少なく と も 2 辺と対峙するように屈曲された棒状の発光体とを有し、 前記導光板 の 2辺に挟まれたエツ ジ部は、 角が突出しないように角取り加工さ れており、 前記導光板の一方の面は、 前記発光体から該導光板に導 入された光を該導光板の他方の面から放出する一定の面積密度を持 つた拡散パターンを備え、 前記導光板の厚みは、 請求項 1 0 または 1 1 に記載ざれた拡散バタ一ンの発生方法により発生された前記密 度分布と反比例するように形成されていることを特徴とする面状照 明装置。
1 3 . 隣接した 2辺に挟まれたエッ ジ部の角が突出しないように 角取り加工された略長方形の導光板と、 前記隣接した 2辺と対峙す るように屈曲された略 L字形の発光体と、 前記導光板の一方の面に 形成された拡散パターンにより該導光板の他方の面から放出された 光によって照明される液晶表示体とを有し、 この液晶表示体を駆動 する ドライバ一装置は前記隣接した 2辺と向かい合う他の 2辺に沿 つて設置されていること特徵とする液晶表示装置。
0
1 . 隣接した 3辺により構成された 2つのエッ ジ部の角がそれ ぞれ突出しないように角取り加工された略長方形の導光板と、 前記 隣接した 3辺と対峙するように屈曲された略コ字形の発光体と、 前 記導光板の一方の面に形成された拡散パター ンにより該導光板の他 δ 方の面から放出された光によって照明される液晶表示体とを有する こと特徵とする液晶表示装置。
1 5 . 請求項 1 3または 1 4 において、 前記拡散パターンは、 前 記隣接した 2辺を第 1 および第 2の辺と して、
0 前記第 1 の辺から前記導光板に入射された光強度と予め仮定され た拡散パターンの密度分布とに基づき、 前記第 2の辺に沿った第 2 の方向に向けての第 2予想放出光強度分布を求め、
前記第 2の辺から前記導光板に入射された光強度と前記予め仮定 された拡散パターンの密度分布とに基づき、 前記第 1 の辺に沿った 5 第 1 の方向に向けての第 1予想放出光強度分布を求め、
前記導光板の任意の直交座標上における前記第 1 予想放出強度分 布と前記第 2予想放出強度分布との和が所定の範囲に収まるように 前記予め仮定された拡散パターンの密度分布を補正して算出された 前記拡散パターンの密度分布に従って形成されていることを特徴と する液晶表示装置。
1 6 . 請求項 1 5 において、 前記第 1、 第 2の辺と向かい合う他 の 2辺の内少なく とも 1辺に前記導光板の内部からの光を該導光板 内に反射する端面反射体が装着されており、
前記拡散パターンは、 この端面反射体から前記導光板に入射され る反射光強度を一定の減衰率をかけて算出し、 この反射光強度に基 づき求められた第 1 の方向および第 2の方向の少なく ともいずれか の予想放出光強度分布を、 前記導光板の任意の直交座標上における 前記第 1予想放出強度分布と第 2予想放出強度分布との和に加えて 補正して算出された前記拡散パターンの密度分布に従って形成され ていることを特徴とする液晶表示装置。
1 7 . 請求項 1 3 または 1 4 において、 前記導光板の厚みは、 前 記隣接した 2辺を第 1 および第 2 の辺と して、
前記第 1 の辺から前記導光板に入射された光強度と予め仮定され た拡散パターンの密度分布とに基づき、 前記第 2の辺に沿った第 2 の方向に向けての第 2予想放出光強度分布を求め、
前記第 2の辺から前記導光板に.入射された光強度と前記予め仮定 された拡散パタ一ンの密度分布とに基づき、 前記第 1 の辺に沿つた 第 1 の方向に向けての第 1予想放出光強度分布を求め、
前記導光板の任意の直交座標上における前記第 1予想放出強度分 布と前記第 2予想放出強度分布との和が所定の範囲に収まるように 前記予め仮定された拡散パターンの密度分布を補正して算出された 前記拡散パターンの密度分布と反比例することを特徴とする液晶表 示装置。
1 8 . 請求項 1 7 において、 前記第 1 、 第 2の辺と向かい合う他 の 2辺の内少なく とも 1辺に前記導光板の内部からの光を該導光板 内に反射する端面反射体が装着されており、
前記導光板の厚みは、 この端面反射体から前記導光板に入射され る反射光強度を一定の減衰率をかけて算出し、 この反射光強度に基 づき求められた第 1 の方向および第 2の方向の少なく と もいずれか の予想放出光強度分布を、 前記導光板の任意の直交座標上における 前記第 1予想放出強度分布と第 2予想放出強度分布との和に加えて 捕正して算出された前記拡散パターンの密度分布と反比例するこ と を特徴とする液晶表示装置。
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