JP7624688B2 - 面光源装置及びフラットパネル型の表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示の技術分野に属し、具体的には、面光源装置及びフラットパネル型の表示装置、特に液晶反射型又は透過型表示装置に関する。

本発明は、２０２１年０５月０６日に中国特許庁に提出された、出願番号が２０２１１０４９０１７８９、発明名称が「面光源装置及びフラットパネル型の表示装置」である中国特許出願の優先権を主張しており、該出願の全内容が引用により本明細書に組み込まれている。

現在、低消費電力表示が傾向となっているため、反射型液晶ディスプレイ及び透過型ディスプレイが登場している。このようなディスプレイは消費電力が低いだけでなく、軽量化、薄型化、小型化の利点があり、しかし、暗い環境では、表示の明るさが低下し、視聴感に影響を与えるという欠点がある。このような問題を解決するために、モジュールにフロント光源を追加することが一般的である。使用シーンの特殊性のため、フロント光源は高い透明度を持ち、かつ一定のコントラストを持っていなければ、使用者に十分に明るくて鮮明な画面を見せることができない。

中国特許出願ＣＮ１０９０３１５１２Ａにおける導光フィルム構造は台形構造であり、この導光フィルムと導光板とを接着剤層で接着することは、導光板の表面に逆台形構造があることに相当し、光線が逆台形構造の側面に入射して発散し全反射した後、台形の底面に光を出射する。しかし、エアギャップが存在するため、外界からの自然光が照射すると、多層界面によってシステムの反射率が高くなり、スクリーンのコントラストが低すぎることになる。

従って、上記の技術的課題に対して、新たな光源構造を提供する必要がある。

本発明は、従来技術におけるフロント光源のコントラストが低いという問題を解決するために、面光源装置及び液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の一実施例に提案される技術的解決手段は以下のとおりである。

一実施例では、面光源装置であって、
入射面と、入射面の対向する両側からそれぞれ延びる前出射面及び後出射面とを備える導光体と、
前記導光体の入射面側に沿って設けられる発光体と、
前記後出射面側に設けられた構造層であって、前記導光体から前記構造層へ出射された光の方向を変えて前記後出射面から離れる方向に出射するための構造層と、
前記構造層によって被覆された第２誘電体層と、を備え、
前記構造層の材質の屈折率は、前記第２誘電体層の材質の屈折率よりも大きい面光源装置。

好ましくは、上記の面光源装置において、前記構造層の材質の屈折率は１．６５であり、前記第２誘電層の材質の屈折率は１．３３である。

好ましくは、上記の面光源装置において、前記後出射面と構造層との間に形成された第１誘電体層をさらに備え、前記導光体の材質の屈折率は、前記第１誘電体層の材質の屈折率以上である。

好ましくは、上記の面光源装置において、前記導光体の材質の屈折率は１．５８であり、前記第１誘電体層の材質の屈折率は１．４８である。

好ましくは、上記の面光源装置において、前記第２誘電体層のそれぞれは、構造層が位置する平面の方向に垂直な断面が台形であり、前記台形は、前記導光体に近い辺が長辺であり、前記導光体から離れる辺が短辺である。

好ましくは、上記の面光源装置において、前記導光体は、前記入射面に対向し前記後出射面とのなす角度が鋭角である反射面を備えるとともに、前記反射面側に沿って設けられる反射板をさらに備える。

好ましくは、上記の面光源装置において、後出射面側には、前記導光体から前記構造層へ出射された光の方向を変えて前記後出射面から離れる方向に出射するための複数の構造層が重ねて設けられており、各構造層内には、それぞれ第２誘電体層が被覆されており、前記構造層の材質の屈折率は、前記第２誘電体層の材質の屈折率よりも大きい。

好ましくは、上記の面光源装置において、前記第２誘電体層のそれぞれは、構造層が位置する平面の方向に垂直な断面が矩形である。

好ましくは、上記の面光源装置において、隣接する構造層の間、及び構造層と導光体との間には、第１誘電体層が設けられており、前記導光体の材質の屈折率は、前記第１誘電体層の材質の屈折率よりも大きい。

一実施例では、フラットパネル型の表示装置であって、上記の面光源装置と、後出射面側に設けられるフラットパネル型の表示パネルと、を備えるフラットパネル型の表示装置。

従来技術に比べて、従来のフロント光源のコントラストが低いという問題に対して、本発明は、第２誘電体層を一定の屈折率を有する構造層内に被覆し、屈折率を組み合わせた構造の手段を提案することにより、コントラストを著しく高め、従来のフロント光源の視覚効果を改善することができる。

本願の実施例又は従来技術における技術的手段をより明確に説明するために、以下、実施例又は従来技術の説明に使用する必要がある図面を簡単に説明するが、以下に説明される図面は本願に記載される一部の実施例にすぎず、当業者にとって創造的な労力を払わずにこれらの図面に基づいて他の図面を得ることもできることは明らかである。

本発明の第１実施形態における面光源装置の構造模式図である。 本発明の第１実施形態における垂直に入射する光線の光路模式図である。 本発明の第１実施形態における入射面から入射する光線の光路模式図である。 本発明の第２実施形態における面光源装置の構造及び光路の模式図である。 本発明の一実施例におけるフラットパネル型の表示装置の構造模式図である。

以下、図面に示される各実施形態を参照して、本発明を詳細に説明する。しかし、これらの実施形態は、本発明を限定するものではなく、当業者がこれらの実施形態に基づいてなされる構造、方法、又は機能上の変形は、全て本発明の保護範囲内に含まれる。

図１に示すように、本発明の実施例は、導光体１１と、導光体１１に光を伝送する発光体１２とを備える面光源装置１０を提供する。また、導光体１１の出射面側に順に設けられた第１誘電体層１３、構造層１４、及び第２誘電体層１５を備え、第２誘電体層は構造層１４内に被覆されている。この構造層は、前記導光体から前記構造層へ出射された光の方向を変え、前記後出射面から離れる方向に出射するためのものである。

導光体１１は、主に光線の伝送を行い光を出射するものであり、好ましくは平板構造であり、入射面１１１、入射面１１１の対向する両側からそれぞれ延びる前出射面１１２及び後出射面１１３、及び入射面１１１に対向する反射面１１４を備え、前出射面１１２と後出射面１１３は平行に設けられ、反射面１１４と前記後出射面１１３とのなす角度が鋭角である。

反射面１１４側には、一定の反射率を有するダイヤフラムである反射板１６が設けられている。

導光体１１は、アクリルシート等の内部光吸収性の低い材料が好ましく、アクリレート、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ポリエチレン、光学ガラス等が好ましい。

導光体１１の形状は、好適に使用される任意の形状であってもよく、板状に限定されるものではなく、例えば、導光体１１は、くさび板等の構造を採用してもよく、本願では限定されるものではない。

発光体１２は、導光体１１の入射面１１１側に沿って設けられている。発光体１２は線状光源であり、例えば複数のＬＥＤランプを配列してなるランプバーである。発光体１２から発した光は、導光体１１の入射面１１１を経て導光体１１に入り、発光体１２の出射光の角度を設計することにより、光の大部分が導光体１１内で全反射するようにすることができる。

第１誘電体層１３は光学材料を用い、導光体１１の屈折率ｎ２は、第１誘電体層１３の屈折率ｎ３よりも大きく、１＜ｎ３＜ｎ２を満たす。好ましい実施例では、第１誘電体層１３は接着により導光体１１の後出射面１１３に結合されている。

構造層１４は光学材料を用い、好ましい実施例では、構造層１４は接着により第１誘電体層１３の表面に結合されている。

構造層１４の内部には、その平面方向に沿って複数のキャビティが開けられ、各キャビティ内には１つの第２誘電体層１５がそれぞれ充填されている。第２誘電体層１５は、水、シリカゲル、ＵＶゲル等の光学特性を有する液体、コロイドであってもよいが、これらに限定されるものではない。構造層１４の屈折率ｎ４は、第２誘電体層１５の屈折率ｎ５よりも大きく、１＜ｎ５＜ｎ４を満たす。

製造の際には、構造層１４の平面方向に沿って、まず、構造層１４内で加工して複数の帯状の通路を形成し、次に、この通路内で一定の屈折率を有する液体又はコロイドを充填することができる。最後に、この構造層１４の全体を第１誘電体層１３の表面に接着する。

好ましい実施例では、構造層１４が位置する平面の方向に垂直な第２誘電体層１５の断面は、導光体１１に近い辺を長辺１５１とし、導光体１１から離れる辺を短辺１５２とする台形である。より好ましくは、第２誘電体層の断面は等脚台形である。

図２に示すように、具体的な実施例では、導光体１１の屈折率ｎ２は１．５８、第１誘電体層１３の屈折率ｎ３は１．４８、構造層１４の屈折率ｎ４は１．６５、第２誘電体層１５の屈折率ｎ５は１．３３である。フロント光源の消灯状態でのコントラスト、暗い状態での明るさは主に自然光の入射によるものである。垂直に入射する光線０１と光線０２を例にとると、フレネル反射の法則に従って、垂直に入射する光線の反射率は、Ｒ＝(ｎ１-ｎ２)^２／(ｎ１＋ｎ２)^２となる。他の各層の屈折率の差が非常に小さいので、界面反射は無視することができ、すなわち、反射光は主に構造層のギャップからのものである。第２誘電体層１５は、空気であれば屈折率が１であり、面１５１，１５２に入射したときの反射率が６％であり、第２誘電体層１５の屈折率が１．３３であれば、反射率が１．２％と低い。界面反射による輝度が大幅に低下する。

さらに、図３に示すように、光線が導光体１１、第１誘電体層１３、構造層１４、第２誘電体層１５を順に通過する光路軌跡を提供する。

第２誘電体層１５は、傾斜角βが５６°であり、断面が等脚台形構造である。光線は、導光体１１の入射面１１１から入射し、光線が導光体１１内を伝搬する際に、スネル屈折の法則Ｎ１ｓｉｎθ１＝Ｎ２ｓｉｎθ２に従う。

ここで、Ｎ１は誘電体１の屈折率、θ１は入射角、Ｎ２は誘電体２の屈折率、θ２は屈折角である。

本実施例の原理は、入射面１１１から導光体１１に入射した後の光線の角度範囲がα＝±ａｒｃｓｉｎ（１／１．５８）＝±４０°であり、導光体１１の第１誘電体層１３に対する全反射角がγ＝ａｒｃｓｉｎ（１．４８／１．５８）＝６９．５°であることである。ここで、光線０３は、エッジ４０°の光線であり、後出射面１１３に入射する角度が５０°で、出射可能となり、第１誘電体層１３を介して構造層１４に入射し、長辺１５１に入射する角度が４７°である。第２誘電体層１５は構造層１４のキャビティを満たしているので、長辺１５１と短辺１５２との間は第２誘電体層１５であり、屈折率が１．３３である。屈折率１．６５の構造層１４から屈折率１．３３の第２誘電体層１５に入射する光線は全反射が発生し、全反射角が５４°であるため、光線０３は出射することができる。光線０３は、第２誘電体層１５の側面１５３に入射する角度が、全反射角よりも大きい６０°であり、全反射して構造層１４の表面から小さな角度で出射し、一定のコリメート効果が達成される。光線０４は、後出射面１１３に入射して６９°となり、ちょうど出射し、第２誘電体層１５の側面１５３に入射して６１°となり、全反射する。光線０５は、長辺１５１に入射し、全反射して導光体１１に戻り、斜めで反射作用を有する末端に往復反射し、角度を適当に調整すれば、その後に出射する機会を得ることができる。その他の小さな角度の光線は、斜めで反射作用を有する末端によって調整され、循環的に出射されることができる。

図４に示すように、第２実施例では、図１の構造に比べて、後出射面１１３側には、前記導光体１１から前記第２誘電体層１５へ出射された光の方向を変えて前記後出射面から離れる方向に出射するための第２誘電体層１５をそれぞれ被覆した複数の構造層１４が重ねて設けられており、前記構造層１４の屈折率は前記第２誘電体層１５の屈折率よりも大きい。

好ましい実施例では、前記第２誘電体層１５のそれぞれは、構造層が位置する平面の方向に垂直な断面が長方形である。

さらに、隣接する構造層１４の間、及び構造層１４と導光体１１との間には、第１誘電体層１３が設けられており、導光体１１の屈折率は、第１誘電体層１３の屈折率よりも大きい。

本実施例では、構造層１４は高屈折率の光学材料であり、第２誘電体層１５は低屈折率の光学材料である。第１誘電体層１３も低屈折率の光学材料層であり、第２誘電体層１５は直角の正方形である。光線０６は、構造層よりも低い低屈折率を有する導光体１１から出射して、第２誘電体層の側面１５４，１５５によって透過されて上方に偏光する。さらに、次の構造層１４を通過すると、出射光はよりコリメートされる。サンドイッチのような構造の組み合わせは、複数あってもよい。

図５に示すように、本願の実施例では、図１～図４に示す面光源装置１０と、後出射面側に設けられたパネル２０とを備えたフラットパネル型の表示装置１００を開示する。

以上のように、本発明の構成は、反射による光漏れを効果的に低減し、フロント光源のＣＲを向上させることができ、透明性に影響を与えることがなく、プロセスの実現性が高い。

当業者にとって明らかなように、本発明は、上述した例示的な実施例の詳細に限定されず、本発明の精神又は基本的な特徴から逸脱することなく、他の具体的な形態で実現されることができる。従って、いずれの点から見ても、実施例を例示的でかつ非限定的であるとみなされるべきであり、本発明の範囲は上記の説明ではなく、記載された特許請求の範囲によって限定されるため、特許請求の範囲の均等要件の意味及び範囲内に含まれるすべての変化を本発明に含まれることが意図される。特許請求の範囲のいかなる符号も、係わる特許請求の範囲の限定とみなされない。

また、理解されるべきこととして、本明細書は実施例に従って説明されているが、各実施例は１つの独立した技術的手段のみを含むわけではなく、明細書のこのような記述は単に明確にするためのものであり、当業者は明細書を全体とするべきであり、各実施例の技術的手段は、当業者が理解できる他の実施形態とするように、適切に組み合わされてもよい。

Claims (14)

1. 面光源装置であって、
   入射面と、入射面の対向する両側からそれぞれ延びる前出射面及び後出射面とを備える導光体と、
   前記導光体の入射面側に沿って設けられる発光体と、
   前記後出射面側に設けられた構造層であって、前記導光体から前記構造層へ出射された光の方向を変えて前記後出射面から離れる方向に出射するための構造層と、
   前記構造層によって被覆された第２誘電体層と、を備え、
   前記構造層の材質の屈折率は、前記第２誘電体層の材質の屈折率よりも大きく、
   前記後出射面側には、前記導光体から前記構造層へ出射された光の方向を変えて前記後出射面から離れる方向に出射するための複数の構造層が重ねて設けられており、
   各構造層内には、それぞれ第２誘電体層が被覆されており、
   前記構造層の材質の屈折率は、前記第２誘電体層の材質の屈折率よりも大きく、
   隣接する構造層の間、及び構造層と導光体との間には、第１誘電体層が設けられており、
   前記導光体の材質の屈折率は、前記第１誘電体層の材質の屈折率よりも大きい、ことを特徴とする面光源装置。
2. 前記構造層の材質の屈折率は１．６５であり、前記第２誘電体層の材質の屈折率は１．３３である、ことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記後出射面と構造層との間に形成された第１誘電体層をさらに備え、
   前記導光体の材質の屈折率は、前記第１誘電体層の材質の屈折率以上である、ことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
4. 前記導光体の材質の屈折率は１．５８であり、前記第１誘電体層の材質の屈折率は１．４８である、ことを特徴とする請求項３に記載の面光源装置。
5. 前記第２誘電体層のそれぞれは、構造層が位置する平面の方向に垂直な断面が台形であり、
   前記台形は、前記導光体に近い辺が長辺であり、前記導光体から離れる辺が短辺である、ことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
6. 前記導光体は、前記入射面に対向し前記後出射面とのなす角度が鋭角である反射面を備えるとともに、
   前記反射面側に沿って設けられる反射板をさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
7. 前記第２誘電体層のそれぞれは、構造層が位置する平面の方向に垂直な断面が矩形である、ことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
8. フラットパネル型の表示装置であって、
   面光源装置と、後出射面側に設けられるフラットパネル型の表示パネルと、を備え、
   前記面光源装置は、
   入射面と、入射面の対向する両側からそれぞれ延びる前出射面及び後出射面とを備える導光体と、
   前記導光体の入射面側に沿って設けられる発光体と、
   前記後出射面側に設けられた構造層であって、前記導光体から前記構造層へ出射された光の方向を変えて前記後出射面から離れる方向に出射するための構造層と、
   前記構造層によって被覆された第２誘電体層と、を備え、
   前記構造層の材質の屈折率は、前記第２誘電体層の材質の屈折率よりも大きく、
   後出射面側には、前記導光体から前記構造層へ出射された光の方向を変えて前記後出射面から離れる方向に出射するための複数の構造層が重ねて設けられており、
   各構造層内には、それぞれ第２誘電体層が被覆されており、
   前記構造層の材質の屈折率は、前記第２誘電体層の材質の屈折率よりも大きく、
   隣接する構造層の間、及び構造層と導光体との間には、第１誘電体層が設けられ、
   前記導光体の材質の屈折率は、前記第１誘電体層の材質の屈折率よりも大きい、ことを特徴とするフラットパネル型の表示装置。
9. 前記構造層の材質の屈折率は１．６５であり、前記第２誘電体層の材質の屈折率は１．３３である、ことを特徴とする請求項８に記載のフラットパネル型の表示装置。
10. 前記後出射面と構造層との間に形成された第１誘電体層をさらに備え、
    前記導光体の材質の屈折率は、前記第１誘電体層の材質の屈折率以上である、ことを特徴とする請求項８に記載のフラットパネル型の表示装置。
11. 前記導光体の材質の屈折率は１．５８であり、前記第１誘電体層の材質の屈折率は１．４８である、ことを特徴とする請求項１０に記載のフラットパネル型の表示装置。
12. 前記第２誘電体層のそれぞれは、構造層が位置する平面の方向に垂直な断面が台形であり、
    前記台形は、前記導光体に近い辺が長辺であり、前記導光体から離れる辺が短辺である、ことを特徴とする請求項８に記載のフラットパネル型の表示装置。
13. 前記導光体は、前記入射面に対向し前記後出射面とのなす角度が鋭角である反射面を備えるとともに、
    前記反射面側に沿って設けられる反射板をさらに備える、ことを特徴とする請求項８に記載のフラットパネル型の表示装置。
14. 前記第２誘電体層のそれぞれは、構造層が位置する平面の方向に垂直な断面が矩形である、ことを特徴とする請求項８に記載のフラットパネル型の表示装置。

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