(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を入射する側面と、前記側面に対して斜め方向に延びる複数のプリズムが形成された上面を備え、
前記複数のプリズムを形成するかつ前記側面に対峙する複数の斜面の高さを前記側面から離れるにつれて高くし、
前記上面が太鼓形または弓形に膨らんだ形状をしている、導光板。
【請求項２】
前記プリズムは幅方向において互いに接するように複数形成され、かつ各々の前記プリズムの長さ方向断面は山状に形成される、請求項１記載の導光板。
【請求項３】
前記プリズムは幅方向に間隔をおいて複数形成され、かつ各々の前記プリズムの長さ方向断面は略Ｖ字状に形成される、請求項１記載の導光板。
【請求項４】
光を入射する側面と、前記側面に対して斜め方向に延びる複数の長手のプリズムが形成された上面を備え、
前記上面が太鼓形または弓形に膨らんだ形状になるように、前記複数のプリズムを形成するかつ前記側面に対峙する複数の斜面の高さをプリズムの長さ方向において変化させる、導光板。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の導光板と、
前記側面に平行な方向に伸びて配置された線光源を備える、面光源装置。
【請求項６】
請求項５に記載の面光源装置と、
前記導光板の前記上面に対向する下面に配置される液晶表示パネルを備える、表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、導光板、面光源装置および表示装置に関し、特にたとえば、液晶表示装置に適用され、複数のプリズムが上面に形成された導光板、面光源装置および表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の導光板および面光源装置として、たとえば図１６に示すような液晶表示装置１０に適用されたものがある。同図に示すように、この液晶表示装置１は、反射型の液晶パネルユニット２、液晶パネルユニット２の上面に配置された導光板３、および導光板３の一側面３ａに平行に延びる線状光源４を含む。導光板３の上面３ｂには、線状のプリズム５が、側面３ａと平行に多数形成されている。
【０００３】
図１７を参照して、各プリズム５，５，・・・の長さ方向断面は山状に形成され、側面３ａに対峙する側の斜面７は反射面を形成する。すなわち、線状光源４から側面３ａを経て導光板３内に入射された光は、同図に点線の矢印６で示すように各反射面７，７，・・・で反射され下面３ｃから出射される。この出射光は、液晶パネルユニット２に照射され、当該液晶パネルユニット２内にある図示しない反射板によって上方に反射された後、同図に一点鎖線の矢印８で示すように導光板３を通過して上面３ｂから外方に出射される。
【０００４】
なお、各プリズム５，５，・・・は、線状光源４から離れた位置に形成されているものほど、反射面７の高さ寸法Ｈ、すなわち面積が大きくなるように形成されている。これによって、線状光源４から離れた（反射面７への入射光量の小さい）場所でも、線状光源４に近い（反射面７への入射光量の大きい）場所と同等の出射光量を得ることができ、下面４ｃ全体にわたって均一な輝度分布を得ることができる。
【０００５】
また、別の従来技術として、平成１２年３月３１日付けで出願公開された特開２０００−８９２２５号公報［Ｇ０２Ｆ１／１３３５］に開示されたものがある。この技術は、導光板の上面に多数形成された線状のプリズムの長さ方向と液晶表示素子の画素パターンの繰り返し方向との間に所定角度をつけることで、プリズムと液晶表示素子の画素パターンとの干渉によるモアレ縞の発生を防止しようとするものである。
【０００６】
このような２つの従来技術を組み合せれば、輝度分布が均一で、かつモアレ縞が発生しない導光板および面光源装置を実現できると思われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の各従来技術を単に組み合せるだけでは、次のような問題がある。すなわち、反射面の高さ寸法が各々異なる複数のプリズムの長さ方向と、液晶表示素子の画素パターンの繰り返し方向（線状光源の長さ方向に対して垂直な方向）との間に所定角度をつけた場合、図１８に示すように、導光板入射面３ａの長手方向で導光板入射面厚みに差が発生する。また、線状光源の長さ方向に沿う方向において各プリズムの反射面の高さ寸法に差ができる。このような場合、入射面長手方向に沿って導光板への入射光量が一定にならない。また、線状光源からの距離が同じでも線状光源の長さ方向に沿う方向において出射光量に差が生じるため、均一な輝度分布が得られなくなるという問題がある。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、入射光量分布及び輝度分布を均一化でき、かつモアレ縞の発生を防止できる、導光板、面光源装置および表示装置を提供することである。
【０００９】
この発明の他の目的は、輝度分布を自在に制御することができる、新規な導光板、面光源装置および表示装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、光を入射する側面と、側面に対して斜め方向に延びる複数のプリズムが形成された上面を備え、複数のプリズムを形成するかつ側面に対峙する複数の斜面の高さを側面から離れるにつれて高くし、上面が太鼓形または弓形に膨らんだ形状をしている、導光板である。
【００１１】
第１の発明では、導光板の上面に、光を入射する側面に対して斜め方向に延びるプリズムが形成されている。導光板の側面から入射された光は、プリズムを形成するかつ当該側面に対峙する斜面によって反射される。斜面の高さは、側面つまり入射面から離れるにつれて高くなっている。したがって、入射面から離れた場所でも、入射面に近い場所と同等の出射光量を得ることができる。
【００１２】
なお、プリズムは、幅方向において互いに接するように複数形成してもよい。この場合、各々のプリズムの長さ方向断面は山状に形成するのが好ましい。
【００１３】
また、プリズムは、幅方向に間隔をおいて複数形成してもよい。この場合、各々のプリズムの長さ方向断面は略Ｖ字状に形成するのが好ましい。
【００１４】
第２の発明は、光を入射する側面と、側面に対して斜め方向に延びる複数の長手のプリズムが形成された上面を備え、上面が太鼓形または弓形に膨らんだ形状になるように、複数のプリズムを形成するかつ前記側面に対峙する複数の斜面の高さをプリズムの長さ方向において変化させる、導光板である。
【００１５】
第２の発明では、導光板の上面に、複数のプリズムが形成されている。そして、複数のプリズムの各々を形成する斜面の高さは、プリズムの長さ方向において変化している。したがって、プリズムの長さ方向において、斜面に反射して出射される光の量を調整できる。
【００１６】
第３の発明は、第１または第２の発明の導光板と、側面に平行な方向に伸びて配置された線光源を備える、面光源装置である。
第３の発明では、面光源装置に、第１または第２の発明の導光板と、側面に平行な方向に伸びて配置された線光源を用いる。
【００１７】
第４の発明は、第３の発明の面光源装置と、導光板の上面に対向する下面に配置される液晶表示パネルを備える、表示装置である。
第４の発明では、表示装置に、第３の発明の面光源装置と、導光板の上面に対向する下面に配置される液晶表示パネルを用いる。
【００１８】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１９】
【実施例】
図１を参照して、この発明の第１実施例の液晶表示装置１０は、板状の液晶パネルユニット１２、液晶パネルユニット１２の上面に配置された導光板１４、および導光板１４の側面１４ａに平行に延びる線状光源１６を含む。このうち、液晶パネルユニット１２は、反射型のもので、図には詳しく示さないが、ガラス基板上に反射板，液晶層，カラーフィルタ，ガラス板および偏向板を、この順番で積層したものである。導光板１４は、アクリル系の樹脂製であり、その上面１４ｂには、後述する線状プリズム１８が互いに平行を成して多数形成されている。線状光源１６としては、熱陰極管や冷陰極管等の蛍光灯、或いは発光ダイオードを線状に配列したもの、白熱灯または有機発光材料を線状に形成したものが用いられる。
【００２０】
図２を参照して、各線状プリズム１８，１８，・・・の長さ方向断面は山状に形成され、各々の山を形成する２つの斜面２０および２２のうち線状光源１６に対峙する斜面２２は、線状光源１６から入射される光を反射するための反射面を形成する。すなわち、線状光源１６から発射された光は、導光板１４内に側面１４ａから入射され、同図に点線の矢印２４で示すように各プリズム１８，１８，・・・が形成する各反射面２２，２２，・・・で反射された後、導光板１４の下面１４ｃから出射される。この出射光は、液晶パネルユニット１２に照射され、上述した液晶層などを透過した後、反射板によって上方に反射され、再度液晶層を透過する。そして、この液晶層を透過した光が、同図に一点鎖線の矢印２６で示すように導光板１４を通過して導光板１４の上面１４ｂから外方に出射される。
【００２１】
ところで、各プリズム１８，１８，・・・は、線状光源１６から離れた位置に形成されているものほど、反射面２２の高さ寸法Ｈ、すなわち反射面２２の面積が大きくなるように形成されている。具体的には、図１に符号Ｏで示すように、導光板１４の側面１４ａと上面１４ｂとで挟まれた辺の一端（同図の右側）を基点とし、この基点Ｏから線状光源１６に沿う方向をｘ方向、基点Ｏから導光板１４の上面１４ｂに沿いかつ線状光源１６と垂直を成す方向をｙ方向、これらｘ方向およびｙ方向の各々に直角な方向（導光板１４の下面１４ｃの法線に沿う方向）をｚ方向とすると、ｙ方向に対する各反射面２２，２２，・・・の高さ寸法Ｈは図３に示すように変化する。なお、この第１実施例では、導光板１４として、図４（ａ）に符号Ｗで示す幅寸法が７４．２３［ｍｍ］、長さ寸法Ｌが５６．５６［ｍｍ］のものを用いており、図３は、かかる導光板１４のｙ方向に対する各反射面２２，２２，・・・の高さ寸法Ｈを表す。
【００２２】
また、図２に示す各々のプリズム１８の頂角α、斜面２０と導光板１４の下面１４ｃとが成す角度β、および反射面２２と導光板１４の下面１４ｃとが成す角度γは、一定とされている。そして、各プリズム１８，１８，・・・間のピッチ（各谷間間の距離）Ｐも、一定とされている。したがって、導光板１４を側面１４ａに直交する側面１４ｄ側から見ると、図４に誇張して示すように上面１４ｂ側が概略太鼓型に膨らんだ形状に見える。この形状をより具体的に表すと、図５のようになる。同図は、上述のｙ方向における各プリズム１８，１８，・・・の各頂点を結ぶ包絡線をグラフ化したもので、このグラフからも明らかなように、導光板１４の上面１４ｂがｙ方向において弓形に変化していることが判る。なお、導光板１４の厚さ寸法Ｔは、側面１４ａにおいてＴ＝１．００［ｍｍ］とされている。
【００２３】
さらに、各プリズム１８，１８，・・・は、上述したモアレ縞の発生を防止するために、各々の長さ方向が側面１４ａ（厳密には液晶パネルユニット１２の図示しない画素パターンの並び方向）に対して傾斜するように形成されている。図４を参照して、各プリズム１８，１８，・・・の長さ方向と線状光源１６の長さ方向つまり側面１４ａとが成す角度θは、１５°とされている。
【００２４】
そして、この第１実施例では、個々のプリズム１８毎に、自身の長さ方向における反射面２２の高さ寸法Ｈに変化を付けている。具体的には、図６に示すように、線状光源１６（側面１４ａ）から離れるにつれて反射面２２の高さ寸法Ｈが大きくなるようにする。これによって、導光板１４をｙ方向のいずれの位置で切り出したとしても、その切り出し面に現れる反射面２２，２２，・・・の高さ寸法Ｈは、互いに一致し、上述の図３の関係が成り立つ（換言すれば、各反射面２２，２２，・・・の高さ寸法Ｈ（すなわちｚ方向の値）が、ｙ方向の値のみの関数となる）。なお、図６は、図４に符号Ｓで示すように、基点Ｏからｙ方向に向かって所定の距離ｍ＝５０［ｍｍ］を隔てた位置にあるプリズム１８の長さ方向における高さ寸法Ｈをグラフ化したものである。
【００２５】
このように線状光源１６に沿う方向において当該線状光源１６からの距離に対する各反射面２２，２２，・・・の高さ寸法Ｈを一定とすることによって、線状光源１６に沿う方向における輝度を一定に揃えることができる。したがって、各プリズム１８，１８，・・・の長さ方向が線状光源１６の長さ方向に対して傾斜しているとしても、導光板１４の出射面である下面１４ｃ全体にわたって均一な輝度分布を得ることができる。
【００２６】
この効果を実証するために、次のようなシミュレーションを行った。すなわち、図７に示すように、導光板１４の下面（出射面）１４ｃを、ｘ方向に沿うＡ〜Ｅの５つの列とｙ方向に沿うａ〜ｅの５つの行とから成る計２５個の領域２８，２８，・・・に等分割する。そして、線状光源１６を点灯して、各領域２８，２８，・・・における輝度がどれくらいになるかを計算した。その結果を、表１に示す。
【００２７】
【表１】
0003706594.tif 000002
なお、この表１は、計算によって得られた輝度の最大値を１とし、この最大輝度に対する各領域２８，２８、・・・の輝度の比率（相対輝度）をパーセントで表したものである。そして、この表１におけるａ列の各領域２８，２８，・・・の相対輝度をグラフ化したものを、図８に示す。
【００２８】
同図において、実線３０で示すグラフが、この第１実施例におけるａ列の相対輝度のシミュレーション結果である。なお、参考までに、上述した２つの従来技術を組み合せたものについても、この第１実施例と同じ条件でシミュレーションしてみた。その結果を、点線のグラフ３２で示す。この図から明らかなように、２つの従来技術を組み合わせたものでは、線状光源４に沿う方向において輝度が大きく（計算値では７９．７％〜９２．８％）変化するのに対して、この第１実施例によれば、線状光源１６に沿う方向（ｙ方向）において一定の輝度（表１から９３．８％〜９８．８％）が得られる。
【００２９】
また、図９に、表１のＣ行における各領域２８，２８，・・・の相対輝度をグラフ化したものを示す。同図に示すように、この第１実施例によれば、線状光源１６から離れる方向（ｘ方向）においても、当該線状光源１６からの距離に関係なく一定の輝度（表１から９５．０％〜９８．６％）が得られることが判る。
【００３０】
なお、この第１実施例では、各プリズム１８，１８，・・・を図２のような形状のものとしたが、これに限らない。たとえば、図１０に示すように、各プリズム１８，１８，・・・の各谷間の高さ（下面１４ｃから谷間までの距離）が一定となるような形状としてもよい。この場合、各プリズム１８，１８，・・・の各頂角を調整することによって各谷間の高さを一定とする。また、図１１に示すように、Ｖ字状の溝３４から成るプリズムをその幅方向において間欠的に複数形成してもよい。この場合、各溝３４，３４，・・・の深さＮを変化させることによって輝度を制御する。
【００３１】
また、反射型の液晶パネルユニット１２の上面（表面）から光を照射するという、いわゆるフロントライト方式の面光源装置にこの発明を応用する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、透過型または半透過型の液晶パネルユニットの下面（裏面）から光を照射するという、いわゆるバックライト方式の面光源装置にこの発明を応用してもよい。
【００３２】
図１２を参照して、この発明の第２実施例の液晶表示装置４０は、導光板４２の幅寸法Ｗよりも小さい点光源４４を用いて均一な輝度分布を得ようとするものである。
【００３３】
すなわち、単に点光源４４を用いるだけでは、同図に点線４６，４６，・・・で示すように、点光源４４を中心とする概略扇状の輝度分布になってしまう。そこで、たとえば同図に一点差線４８，４８，・・・で示すように、線状のプリズムを側面４２ａに対して平行に延びるように形成し、側面４２ａから離れた位置に形成されているプリズム４８ほどその反射面の高さを高くし、そして個々のプリズム４８の長さ方向において反射面の高さに変化を付ける。具体的には、図１３に示すように、プリズム４８の中心部分においては反射面の高さを低くし、端部に近いほど反射面の高さを高くする。
【００３４】
このように各々のプリズム４８の長さ方向において反射面の高さを変化させることによって、輝度を自在に制御することができ、輝度導光板４２の幅寸法Ｗよりも小さい点光源４４を用いる場合でも、均一な輝度分布を得ることができる。
【００３５】
なお、上述の第１実施例と同様に、導光板４２の側面４２ａに対して各プリズム４８，４８，・・・を斜め方向に延びるように形成する場合にも、この第２実施例の技術を応用できることは言うまでもない。
【００３６】
次に、第３の実施例として、図１４に示すように、複数本形成されたプリズム５８の谷の包絡面より形成される平面に対し角度β（ｉ）で形成される斜面６０および該斜面６０に対し図示しないプリズム加工用バイトの刃先角（＝α）にて構成される反射用斜面６２より１本のプリズム５８が形成される。プリズム５８の深さＨ（ｉ）を可変とするために、図示しない頂角αのプリズム加工用バイトの傾きを変化させることで斜面６０の平面（プリズム５８の谷の包絡面より形成される平面）に対する角度β（ｉ）を変化でき、これにより可変深さＨ（ｉ）を得る。このとき、プリズム加工用バイトの頂点の位置座標を制御することで、プリズム深さＨ（ｉ）を可変としつつ前記平面が得られる。
【００３７】
こうして、プリズム５８から形成されたプリズム加工面は、図１５に示すように、入光面５４ａの厚みを入光面５４ａの長手方向に沿って略一定にでき、かつ入光面５４ａに垂直な方向のプリズム面高さ分布を略一定に保てるため、導光板５４を略平板状もしくは楔状に構成できる。
【００３８】
【発明の効果】
第１の発明によれば、光を入射する側面に対してプリズムが斜め方向に形成されているものの、当該側面からの距離に応じてプリズムの斜面の高さを変化させているので、入射面長手方向の入射光量を均一にでき、また、均一な輝度分布を得ることができ、かつモアレ縞の発生を防止することができる。
【００３９】
第２の発明によれば、複数のプリズムを形成する斜面の高さがプリズムの長さ方向において変化しているので、輝度分布を自在に制御することができる。
【００４０】
第３の発明によれば、第１または第２の発明の導光板を用いることで、輝度分布が均一で、かつモアレ縞の発生を防止できる面光源装置または、輝度分布を自在に制御することができる面光源装置を実現することができる。
第４の発明によれば、第３の発明の面光源装置を用いることで、輝度分布が均一で、かつモアレ縞の発生を防止できる表示装置または、輝度分布を自在に制御することができる表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例を示す斜視図である。
【図２】図１のI−I断面を示す図で、導光板に形成されたプリズムの形状を示す部分拡
大図である。
【図３】図１の実施例における導光板のｙ座標値に対するプリズムの反射面の高さ寸法
をグラフで表した図解図である。
【図４】図１の実施例における導光板の外観を示す図解図である。
【図５】図１の実施例における導光板のｙ座標値に対するｚ座標値をグラフで表した図解図である。
【図６】図１の実施例において或るプリズムの長さ方向に対する反射面の高さ寸法をグラフで表した図解図である。
【図７】図１の実施例の効果を実証するためのシミュレーションの概略を説明するための図解図である。
【図８】図７に係るシミュレーションにおいて、ｘ方向における輝度を計算した結果を示すグラフである。
【図９】図７に係るシミュレーションにおいて、ｙ方向における輝度を計算した結果を示すグラフである。
【図１０】図２のプリズムに代えて適用可能なプリズムの形状を示す部分拡大図である。
【図１１】図１０とは別のプリズムの形状を示す部分拡大図である。
【図１２】この発明の第２実施例を示す平面図である。
【図１３】図１２の実施例におけるプリズムの長さ方向に対する反射面の高さ寸法をグラフで表した図解図である。
【図１４】この発明の第３実施例を示すプリズムの部分拡大図である。
【図１５】この発明の第３実施例を示す導光板の外観斜視図である。
【図１６】従来の液晶表示装置の一例を示す外観斜視図である。
【図１７】図１４のII−II断面を示す図で、導光板に形成されたプリズムの形状を示す分拡大図である。
【図１８】他の従来のプリズムによる導光板の外観斜視図である。
【符号の説明】
１０  液晶表示装置
１２  液晶パネルユニット
１４  導光板
１４ａ  側面
１６  線状光源
１８  線状プリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0003706594.tif 000017
【図１６】
0003706594.tif 000018
【図１７】
0003706594.tif 000019
【図１８】
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