表示装置

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【発明の名称】	表示装置
【発明者】	【氏名】八田真一郎【氏名】中尾武寿
【要約】	【課題】点光源（ＬＥＤ）が１つだけしか使用できず、輝度に限界があった。【解決手段】点光源からの出光が導光領域の１部で均一であるように反射突起の反射確率と密度を決め、複数の点光源で導光領域の全域をカバーする。

【特許請求の範囲】
【請求項１】表示装置の光源として複数個の光源が設置されており、前記光源の内の１個からの入射光は前記表示装置表面の一部から均一出光し、複数の前記光源で表示装置の表面全体をほぼカバーすることを特徴とした表示装置。
【請求項２】放射結合型の導光板を用いた表示装置の光源として実質的な点光源が複数個設置されており、１個からの入射光は前記導光板表面の一部から均一出光し、複数の前記実質的点光源で前記導光板表面全体をほぼカバーすることを特徴とした表示装置。
【請求項３】前記複数の光源による均一出光領域の境界で重なり合いがなく、かつ光の干渉もないことを特徴とした請求項１記載の表示装置。
【請求項４】前記１個の光源がカバーする均一出光領域内でそれぞれの光源の入射光を消費してしまうように、導光板の光反射突起を並べることを特徴とした請求項２記載の表示装置。
【請求項５】前記１個の光源がカバーする均一出光領域内でそれぞれの光源の入射光を消費してしまうように、導光板の光反射突起の反射確率を場所によって変化させ、かつ、この条件の下で光反射突起を並べることを特徴とした請求項２記載の表示装置。
【請求項６】複数個の光源のうち、１個あるいは数個の光源を点灯し、残りの光源用電力を減少させたり、又は、カットしたりして、表示装置の一部分のみを照明することを特徴とした請求項１記載の表示装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に液晶表示装置におけるＬＥＤを用いた実質的な点光源を使用する放射結合型の導光板の均一出光効果や輝度を高めて液晶表示装置を含む、より高効率のバックライトを作製しようというものである。
【０００２】
【従来の技術】最近の携帯電話の普及はめざましく、２００１年度には１億５０００万台に達する見込みである。ここで、バックライトによる液晶画面の照明機能が大きな問題となってくる。すなわち、低電力で均質な明るさを持ったバックライトの作成が不可欠となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】１９９８年、オムロン社より実質的な点光源としてのＬＥＤからの放射光を解析して導光板の効率化と均一化を実現する設計手法が提案された。これは「ベクター放射結合型バックライト」と名づけられている（光アライアンス,１９９８年５月号１３ページ）。これは、実質的な点光源（ＬＥＤ）から導光板へ放射状に光を照射し、光の拡散突起を適当に並べることにより導光板表面から均一な出光を実現することをもくろんでいる。しかし、この方法では点光源（ＬＥＤ）が１つだけしか使用できず、輝度に限界があるのではないかと予測されていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】これに対して、本発明では平面の導光板に複数の点光源を設置して１個からの入射光を導光板表面の１部だけから均一出光し、複数の点光源で導光板表面全体をほぼもれなくカバーすることで輝度を上げようとする。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明では、放射結合型の照明法の本質を１次元モデルで説明し、複数個の実質的点光源（ＬＥＤ）を設置して導光板面の輝度を増加させる方法を提案する。
【０００６】普通、導光板は厚みを持った直方体であるが、光源にレンズを取り付けるなどして点光源から２次元平面内へ光を放射するモデルに近くすることが出来る。そこで図１のように導光板底面に沿ってθ方向に一様な形状の光反射突起を並べると点光源からの放射光線は直線的な導光経路に沿う（放射結合型導光板）。そこで各経路について直線的な光の伝播と、突起による反射を考えればよい。ここでは簡単にその本質を把握するために一次元モデルを考える。
【０００７】図２に示すように、長さｄの導光ラインの左端にＬＥＤがあり入射光Ｉｉｎが導光板内部に照射されるとする。導光板内部には光の反射突起があり、一個の突起はある反射確率で、入射光を導光板の表面へ出射する。すなわち【０００８】
【数１】

【０００９】とする。簡単のためにモデルの１次元導光板の突起は全て同一形状と仮定する。１つの突起の反射確率は定数となる。
【００１０】この仮想的な１次元の導光板に要請される条件は次の２つである。
【００１１】１．右端（ｘ＝ｄ）で、入射光Ｉｉｎの９９％の光は表面より出光する。
【００１２】２．導光板の各部の出光量は一様である。
【００１３】この条件の下に、突起の空間分布を計算する。導光板を進む光の強さは、右端に近いほど弱くなる。出光が一様でなければならないために突起の密度分布は右端に近いほど、単調増加関数となっている。
【００１４】条件１より突起の総数Ｎは【００１５】
【数２】

【００１６】区間［０、Ｘ］までの突起の数をＮ（ｘ）とすると当然Ｎ（ｘ＝ｄ）＝Ｎである。区間［ｘ、ｘ＋ｄｘ］では【００１７】
【数３】

【００１８】このままの形で解析的に解くのは難しいので、差分形式に直す。例えば、区間［０、ｄ］を１００等分して、各要素の突起の数ｎｊを計算できたら解は求まったとする。（式３）で【００１９】
【数４】

【００２０】と近似する。（式３）は【００２１】
【数５】

【００２２】また【００２３】
【数６】

【００２４】である。ｋが１から１００までの数nｋは、連立方程式（式３）（式４）を解くことにより得られる。
【００２５】以上までは、本発明の理論的考察について述べた。以下では、その実施例について述べる。
【００２６】今、ｄ＝１（ｃｍ）、反射確率＝０.００２の時、全突起数は約２３００である。図３にこのモデルの場所による導光の強さ、出射光の強さ、距離ｘまでの突起の数Ｎ（ｘ）および突起密度の分布を示す。出光は距離ｄまで一様であり、個々までに点光源の９９％の入射光が出光する。距離ｘまでの突起の数Ｎ（ｘ）は、単調増加関数であり対数関数の形となる。突起密度ｄＮ（ｘ）／ｄｘはやはり単調増加関数であるが、多項式の逆数の形となる。
【００２７】ここで、ｘ＝ｄ/２のところで、９９％の光が出光するような突起分布を実現させることは可能である。突起のが変わらないならば、分布の形をそのまま縮めれば一様な出光輝度は２倍となる。右端にもＬＥＤを置けば、［０、ｄ］の全区間で輝度が２倍になることが可能である。
【００２８】ｘ＝ｄ/2のところでは、２つの点光源のカバーする領域が接するところである。それぞれの点光源からの光は、この境界を越えれば導光板内で急速に減衰するから、この２つの光源による光が互いに干渉することはない。
【００２９】以上の話は１次元の話であるが、これを２次元導光板に拡張しそれぞれθ方向の直線導光経路に対してｎｋ(θ) を定めれば、図４のように均一出光領域の境界で重なり合いがなく導光板全体をほぼくまなくカバーできる。
【００３０】さらに、この複数個のＬＥＤのうちの、数個のＬＥＤ用の電力をカットしたり減少させたりして、導光板の１部から一様に出光させ液晶表示板の必要部分だけを照明させることも可能である。
【００３１】また突起の形状を変えて反射確率を増加できれば、突起密度はより少なくてすむはずである。
【００３２】あるいは突起のを場所によって変化させられれば、突起密度分布をより簡単な形に変えられる。
【００３３】このようにｎ（ｘ）を変え、最適化すれば反射突起の数をより少なく分布をより簡単な形にすることができる。
【００３４】実際に、２×２×０．８（ｃｍ³）の導光板の頂点に２個の実質的な点光源（ＬＥＤ）を置く。ここで、各点光源の出光領域の境界として、図４のように対角線を選ぶ。各点光源からの直線経路で、それぞれθごとにd(θ)がきまり、ｎｋ(θ)も決まる。１個の突起の高さは約２μｍ、巾を約１０μｍとする。ｎｋ(θ)にしたがって導光板底面に反射突起を作製する。平均突起密度は数１００万個／ｃｍ²程度となる。このような導光板で実験を行なうと図４のように均一出光領域の境界で重なり合いや干渉がなく理論どおり導光板全体をほぼくまなくカバーできることがわかる。
【００３５】
【発明の効果】本発明において放射結合型照明の導光板に光の干渉なしに複数の実質的点光源を取り付ける方法を示した。液晶などの表示装置の照明において本発明の効果は大きい。

【出願人】	【識別番号】０００００５８２１【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【出願日】	平成１３年２月１日（２００１．２．１）
【代理人】	【識別番号】１０００９７４４５【弁理士】【氏名又は名称】岩橋文雄（外２名）
【公開番号】	特開２００２－２３１０３６（Ｐ２００２－２３１０３６Ａ）
【公開日】	平成１４年８月１６日（２００２．８．１６）
【出願番号】	特願２００１－２５２１０（Ｐ２００１－２５２１０）