(57)【要約】【課題】比較的簡単な構造で出光面全体の輝度分布をさらに均一化させ得る照明装置、及びそれを搭載した平面表示装置を提供する。【解決手段】本発明による照明装置では、光源からの光が、光源に面した入光面から導光板に入射する。導光板の内部では入射光が導光板の上面と底面とで全反射を繰り返しながら長手方向に伝搬する。導光板の上面または底面の少なくともいずれかの上には複数の回折格子が連続的に形成されてホログラムパターンを成し、導光板内を進む光の一部を回折させ、導光板の上側に放出する。本発明による照明装置では特に、回折格子の深さが入光面から導光板の長手方向で増大している。【選択図】図４
2006350343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源、
前記光源に面した側面を入光面とし、平面表示素子に面した表面を出光面とし、前記入光面を介して入射した光を前記出光面から前記平面表示素子に向けて出射する導光板、及び、
前記出光面または前記出光面とは反対側の前記導光板の表面の少なくともいずれかの上に連続的に形成された複数の回折格子から成り、前記導光板に入射した光を回折させるホログラムパターン、
を具備する、平面表示素子用の照明装置であり、
前記回折格子の深さが、前記入光面から前記導光板の長手方向に向かって次第に増大することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記回折格子の深さが、前記導光板の長手方向で連続的にまたは段階的に増大する、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記回折格子の深さが10nmないし500nmの範囲内で変化する、請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記回折格子が一定の周期で連続的に配列され、前記一定の周期が300nmないし500nmである、請求項１に記載の照明装置。
【請求項５】
前記回折格子が正弦波形または矩形波形の凹凸を有する、請求項１に記載の照明装置。
【請求項６】
前記出光面の外側に、前記導光板から出射された光を拡散させる拡散シートが配置されている、請求項１に記載の照明装置。
【請求項７】
前記出光面とは反対側にある前記導光板の表面の外側には、前記導光板から出射された光を前記平面表示素子に向けて反射する反射部材が配置されている、請求項１に記載の照明装置。
【請求項８】
前記光源が点光源であり、前記入光面の上に複数個配列されている、請求項１に記載の照明装置。
【請求項９】
前記光源が線光源であり、前記入光面の上に設置された線状の発光部を含む、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１０】
平面表示素子、及び前記平面表示素子に光を照射する照明装置、を備えた平面表示装置であり、
前記照明装置が、
光源、
前記光源に面した側面を入光面とし、前記平面表示素子に面した表面を出光面とし、前記入光面を介して入射した光を前記出光面から前記平面表示素子に向けて出射する導光板、及び、
前記出光面または前記出光面とは反対側の前記導光板の表面の少なくともいずれかの上に配列された複数の回折格子から成るホログラムパターン、
を備えていること、並びに、
前記回折格子の深さが、前記入光面から前記導光板の長手方向に向かって次第に増大すること、
を特徴とする平面表示装置。
【請求項１１】
前記回折格子の深さが、前記導光板の長手方向で連続的にまたは段階的に増大する、請求項１０に記載の平面表示装置。
【請求項１２】
前記回折格子の深さが10nmないし500nmの範囲内で変化する、請求項１０に記載の平面表示装置。
【請求項１３】
前記ホログラムパターンでは、前記回折格子が一定の周期で連続的に配列され、前記回折格子の周期が300nmないし500nmである、請求項１０に記載の平面表示装置。
【請求項１４】
前記回折格子が正弦波形または矩形波形の凹凸を有する、請求項１０に記載の平面表示装置。
【請求項１５】
前記出光面の外側には、前記導光板から出射された光を拡散させる拡散シートが配置されている、請求項１０に記載の平面表示装置。
【請求項１６】
前記出光面とは反対側にある前記導光板の表面の外側には、前記導光板から出射された光を前記平面表示素子に向けて反射する反射部材が配置されている、請求項１０に記載の平面表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は平面表示装置に関し、特に、それに搭載された平面表示素子用の照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
それ自体が発光して画像を表示する自発光型平面表示素子とは異なり、液晶パネルのような受光型（非自発光型）平面表示素子は、外部から入射する光を利用して画像を表示する。例えば、受光型平面表示素子の背面には照明装置（バックライトユニット）が設置され、平面表示素子に光を照射する。それにより、所定の画像が平面表示素子に表示される。このような平面表示素子用の照明装置は一般に面光源であり、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の平面表示装置でバックライトユニットとして使われる他、看板用の照明として使われる。
【０００３】
平面表示素子用の照明装置は、光源の配置形態に応じ、直下発光型とエッジ発光型とに分類される。エッジ発光型の照明装置では特に、線状の発光部を有する線光源、または、ほぼ点状の発光部を有する点光源が使われる。線光源としては冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）があり、点光源としては発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）やレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）がある。
【０００４】
従来の平面表示素子用照明装置には、ホログラムを使用する照明装置がある（例えば特許文献１、及び図１参照）。図１に示された照明装置では、ハウジング55内に設置された光源51から導光板20の側面に光が入射する。導光板20の内部では透過光R1が、導光板20の下面に配置された反射部材31と、導光板20の上面との間で全反射を繰り返しながら進む。導光板20の上面にはホログラムパターン25が、一定の格子周期P'でかつ一定の格子深さd'で、連続的にかつ一様に配列されている。導光板20に入射した光R1の一部はホログラムパターン25により回折され、導光板20からほぼ垂直上方に出射される。この出射光R2が、導光板20の上側に配置された拡散シート11で拡散され、さらに上方に配置された平面表示素子の全体を一様に照らす。
【特許文献１】韓国公開特許第2003−4021号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１に示されているような照明装置では、導光板20に入射した光R1がホログラムパターン25に入射するごとにその光の一部が外部に放出されるので、入射光R1が光源51から遠ざかるにつれて次第に減衰する。すなわち、ホログラムパターン25に入射する光の量が、光源51から遠い領域ほど減少する。一方、従来の照明装置では、ホログラムパターン25が導光板20の全面にわたって一定の格子周期P'及び一定の格子深さd'で連続的に配列されているので、ホログラムパターン25の回折効率（回折により外部に放出された光量の、入射光量に対する比率）がホログラムパターン25（すなわち、導光板20の出光面）全体にわたって一定である。従って、導光板20からの出射光量が、光源51から遠い領域ほど減少する。
【０００６】
図２には、従来の照明装置について、導光板20の長手方向での輝度分布が示されている。図２の横軸に示された五つの数字1〜5は、五つの異なる測定位置の光源51からの距離を表す。図２に示されている四つの曲線a，b，c，dはそれぞれ、回折効率が3％、6％、9％、11％に固定された導光板20を使用した場合の輝度分布を表す。図２から明らかな通り、いずれの場合においても、光源51からの距離が増大するにつれ、輝度レベルが急激に低下する。具体的には、輝度の最大レベルに対する最小レベルの割合（輝度均一度）が58％ほどである。平面表示装置の更なる高画質化を達成するには、従来の照明装置で生じていた上記のような輝度分布の変化、すなわち輝度のムラがさらに抑えられねばならない。
本発明は、比較的簡単な構造で出光面全体の輝度分布をさらに均一化させ得る照明装置、及びそれを搭載した平面表示装置、の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による照明装置は平面表示素子用であり、
光源、
その光源に面した側面を入光面とし、平面表示素子に面した表面を出光面とし、入光面を介して入射した光を出光面から平面表示素子に向けて出射する導光板、及び、
導光板の出光面またはその出光面とは反対側の導光板の平面の少なくともいずれかの上に連続的に形成された複数の回折格子から成り、導光板に入射された光を回折させるホログラムパターン、
を具備する。特に、回折格子の深さが、入光面から導光板の長手方向に向かって次第に増大する。好ましくは、回折格子の深さが導光板の長手方向で連続的にまたは段階的に増大する。好ましくは、回折格子の深さが10nmないし500nmの範囲内で変化する。一方、回折格子が好ましくは一定の周期で連続的に配列され、さらに好ましくはその一定の周期（格子周期）が300nmないし500nmである。回折格子は好ましくは、正弦波形または矩形波形の凹凸を有する。導光板の出光面の外側には好ましくは、導光板から出射された光を拡散させる拡散シートが配置される。また、出光面とは反対側にある導光板の表面の外側には好ましくは、導光板から出射された光を平面表示素子に向けて反射する反射部材が配置される。上記の光源は好ましくは点光源であり、導光板の入光面の上に複数個配列される。または、光源が線光源であり、導光板の入光面の上に設置された線状の発光部を含んでいても良い。
【０００８】
本発明による平面表示装置は、平面表示素子、及びその平面表示素子に光を照射する照明装置を備える。特に、照明装置が、
光源、
その光源に面した側面を入光面とし、平面表示素子に面した表面を出光面とし、入光面を介して入射した光を出光面から平面表示素子に向けて出射する導光板、及び、
導光板の出光面またはその出光面とは反対側の導光板の平面の少なくともいずれかの上に配列された複数の回折格子から成るホログラムパターン、
を含む。さらに、回折格子の深さが、入光面から導光板の長手方向に向かって次第に増大する。好ましくは、回折格子の深さが導光板の長手方向で連続的にまたは段階的に増大する。好ましくは、回折格子の深さが10nmないし500nmの範囲内で変化する。また、回折格子が好ましくは一定の周期で連続的に配列され、その格子周期が300nmないし500nmである。回折格子は好ましくは、正弦波形または矩形波形の凹凸を有する。導光板の出光面の外側には好ましくは、導光板から出射された光を拡散させる拡散シートが配置される。また、出光面とは反対側にある導光板の表面の外側には好ましくは、導光板から出射された光を平面表示素子に向けて反射する反射部材が配置される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による照明装置では特に、ホログラムパターンを成す回折格子の深さが入光面から導光板の長手方向に向かって次第に増大するので、ホログラムパターンの回折効率が光源から遠い領域ほど高い。そのような回折効率の変化が導光板内での透過光の減衰と相殺するので、出光面全体で出射光量が均一化される。こうして、比較的簡単な構造で、出光面全体にわたって輝度レベルをさらに均一化できる。従って、本発明による照明装置は平面表示装置の更なる高品質化に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施例による照明装置、及びそれを搭載した平面表示装置について詳細に説明する。
本発明の実施例による照明装置は好ましくは、エッジ発光型バックライトユニットであり、平面表示装置（好ましくは液晶表示装置）に搭載される（図３、４参照）。この照明装置は、光を生成して出射する光源151、及び、その光源151から出射された光を内部で全反射させながら全体に伝搬させる導光板120を備えている。さらに、導光板120の上面には、導光板120の内部を伝搬する光の一部を回折させ、上方に出射するホログラムパターン125が形成されている。
【００１１】
光源151は好ましくは導光板120の一つの側面（入光面）121に対向している（図３、４参照）。光源151としては好ましくは、多波長の白色光を供給する白色光源が使われる。さらに好ましくは、光源151として、ＣＣＦＬのような線状の発光部を有する線光源が使われる。その他に複数の点光源が使用されても良い。それらの点光源は好ましくはＬＥＤやＬＤであり、導光板120の入光面121に沿って所定の間隔で配置される。光源151は好ましくは、導光板120に面した部分を除き、ハウジング155に覆われている（図３、４参照）。光源151から導光板120とは反対側に出射された光がこのハウジング155により反射されて導光板120に送り込まれる。こうして、光源151から出射される光の利用効率が高く維持されている。
【００１２】
導光板120は好ましくは、透明な素材で形成されている。導光板120はさらに好ましくはアクリル系透明樹脂（好ましくは、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））から成り、屈折率が1.49程度であり、かつ比重が1.19程度である。その他に、比重が1.0であって軽量化に有利なオレフィン系透明性樹脂から導光板120が形成されていても良い。導光板120の厚さは好ましくは0.6mm〜3mmほどである。
【００１３】
光源151から出射された光R1は、導光板120の入光面121を介して導光板120の内部に入射する（図４参照）。入射光R1は導光板120の底面120bと上面120aとで全反射を繰り返しながら、導光板120の内部を長手方向に向かってジグザグに進む。図４に示されている実施例では、導光板120の上面120aにホログラムパターン125が形成されている。ホログラムパターンはその他に、図５に示されているように導光板の底面に形成されていても良く、さらに上面と底面との両方に形成されていても良い。ホログラムパターン125は入射光R1の一部を回折させて導光板120の上面120aからほぼ垂直上方に向けて出射する（図４に示されている矢印R3参照）。すなわち、図４に示された実施例では、導光板120の上面120aが出光面である。出光面120aの外側、すなわち導光板120の上側には好ましくは、拡散シート111が配置されている。拡散シート111は導光板120から出射された光R3を拡散させる（図４に示されている矢印R4参照）。それにより、拡散シート111から出射される光R2の強度が拡散シート111の全体にわたって等しく分散される。好ましくは、図６に示されているように拡散シート111が平面表示素子（好ましくは液晶パネル）500に対向しているので、拡散シート111の出射光R2は直ちに平面表示素子500に投入される。一方、導光板120の底面120bには反射部材131が配置されている。反射部材131に入射した光R1は、その入射角が全反射条件を満たすか否かに関わらず、反射部材131の表面で反射されて導光板120の内部に戻される。
【００１４】
ホログラムパターン125に含まれている複数の回折格子は好ましくは、一定の格子周期Pを有する正弦波状の凹凸を形成している（図３、４参照）。回折格子はその他に、矩形波状の凹凸を形成していても良い。ここで、格子周期Pは、ホログラムパターン125に入射する光の波長及び入射角から決定される。一般に、導光板の屈折率は1.5ほどであり、その全反射臨界角は約41.8°である。例えば、波長540nmの緑色光が入射角60°でホログラムパターン125に入射する場合、格子周期Pがほぼ440nmであれば、この緑色光が出光面120aに対して垂直に回折される。尚、入射角は導光板の屈折率や光源の波長などによって異なり、入射光の波長は光源の種類によって異なる。ホログラムパターン125の格子周期Pは導光板120の大きさ及び光源151の波長を考慮して適切に設計される。好ましくは、格子周期Pはほぼ300nmないし500nmの範囲で決定される。導光板120の内部ではホログラムパターン125により透過光の一部の進路が変更され、導光板120のほぼ法線方向に放出される。こうして、線光源151が導光板120により面光源として利用される。ただし、ホログラムパターン125に入射した光のうち、全反射条件を満たす部分は導光板120の内部に全反射されるので、導光板120の長手方向に沿って進む。
【００１５】
本発明の実施例による照明装置では特に従来の装置とは異なり、ホログラムパターン125の格子深さdが、入光面121からの距離xに応じて連続的に変化する。具体的には、入光面121からの距離xの増大と共に格子深さdが増大している（図４参照）。好ましくは、格子深さdが、光源151に隣接する導光板120の領域（入光領域）G1では最小値数十nmであり、入光領域G1とは反対側にある導光板120の端部の領域（終端領域）G2では最大値数百nmである。さらに好ましくは、格子深さdが10nm〜500nmの範囲で変化し、特に、入光領域G1で60nmであり、終端領域G2では250nmである。このように、ホログラムパターン125の格子深さdが距離xによって変化することにより、ホログラムパターン125の回折効率が光源151からの距離によって変化する。本発明の実施例による照明装置では特に、ホログラムパターン125の回折効率が入光面121からの距離xの増大と共に上昇している。好ましくは、距離xとホログラムパターン125の回折効率との間の関係が、従来の照明装置での距離xと導光板からの出射光量との間の関係に対して逆関数的に設定される。それにより、距離xの増大に伴うホログラムパターン125への入射光量の減少が相殺されるので、導光板120の出光面120a全体で一定の放出光量が確保される。すなわち、導光板120から外部への出射光量が導光板120の全体で均一に分布する。
【００１６】
ホログラムパターン125は、図３、４に示されているように導光板120の上面120aに形成される他に、導光板120の底面120b、または上面120aと底面120bとの両方に形成されても良い。図５に示されている例では、ホログラムパターン225が導光板220の底面220bに形成されている。その場合、導光板220の下側に反射部材231が配置され、ホログラムパターン225により回折された光R5を上方に反射する。ホログラムパターン225により回折された光R5は反射部材231により反射され、ホログラムパターン225に再び入射する。その入射光の一部は導光板220を通過し、導光板220の上面220a（出光面）から外部に放出される。
【００１７】
図６に示されているように、本発明の実施例による平面表示装置は上記の照明装置100をバックライトユニットとして搭載する。好ましくはその平面表示装置がＬＣＤであり、照明装置100からの光R2が出射される方向で照明装置100と平面表示素子（好ましくは液晶パネル）500とが対向している。平面表示素子500が液晶パネルである場合、照明装置100からの入射光R2が一方向の線偏光に変換されて液晶パネル500の液晶層に入射する。液晶層では印加される電界に応じて液晶分子の配向が変わる。その配向に応じて液晶層を通過する光の偏光方向が変化し、それにより液晶パネル500を透過可能な光の強度が画素ごとに変化する。こうして、液晶パネル500は画像を表示する。尚、液晶パネル500の具体的な構成及び駆動回路による表示動作については公知の技術が利用可能である。照明装置100により平面表示素子500に対して照射される光は特に、平面表示素子500の全体でさらに均一である。従って、照明装置100を採用した平面表示装置では画面全体で輝度がさらに均一に維持される。このように、比較的簡単な構造の照明装置100の採用で、平面表示装置の更なる高画質化が達成可能である。
【００１８】
図７には、図３、４に示されているホログラムパターン125の製作に利用される干渉光学系が示されている。この干渉光学系はホログラム材360の表面にレーザ光を照射してホログラムパターン125を形成する。この干渉光学系は好ましくは、光源301、ビームスプリッタ305、二つの反射ミラー311、321、及び二つの空間フィルタ315、325を備えている。光源301としては好ましくは、ヘリウム・カドミウム（He−Cd）ＬＤが使われる。光源301はレーザ光をビームスプリッタ305に照射する。ビームスプリッタ305は好ましくはダイクロイックコーティングで加工されている。光源301からビームスプリッタ305のコーティング面に照射されたレーザ光の一部L1はそのまま透過し、残りのレーザ光L2は反射される。ビームスプリッタ305のコーティング面を透過したレーザ光L1は第１反射ミラー311で反射され、第１空間フィルタ315を経てホログラム材360の表面に照射される。一方、ビームスプリッタ305のコーティング面で反射されたレーザ光L2は第２反射ミラー321でさらに反射され、第２空間フィルタ325を経てホログラム材360の表面に照射される。ここで、各空間フィルタ315、321は各レーザ光L1、L2から高次のノイズ成分を除去し、各光L1、L2を純度の高いレーザ光ビームに整形する。ホログラム材360の表面にはフォトマスク350が配置されている。ここで、フォトマスク350は好ましくはグレイスケールマスクである。二つのレーザ光L1、L2はフォトマスク350を通してホログラム材360の表面に照射される。そのとき、ホログラム材360の表面には二つのレーザ光L1、L2による干渉パターンが記録される。特に、図７に示されている、フォトマスク350に入射する二つのレーザ光ビームL1、L2間の角度θの調節により、干渉パターンの間隔、すなわち、形成されるべきホログラムパターン125の格子周期P（図４参照）が適切に調整可能である。このホログラム材360を型として利用した射出成形で導光板120を製造することで、ホログラム材360の表面に形成された光干渉パターンが導光板120の表面に転写される。こうして、ホログラムパターン125が形成された導光板120の量産が可能になる。
【００１９】
図８には、本発明の実施例による照明装置100について測定された、導光板120の長手方向での輝度分布が示されている。図８の横軸に示された五つの数字1〜5は、測定位置の入光面121からの距離xの各値を表す（図４参照）。図８に示されている各測定値は、距離xが各値1〜5に等しい導光板120の幅方向の領域の中から選定された三ヵ所で測定された輝度の平均値を表す。導光板120では図４に示されている通り、ホログラムパターン125の格子深さdが入光領域G1から終端領域G2に向かって連続的に増大している。図８では、格子深さdが60nmから300nmまで増大している場合が曲線Aに相当し、格子深さdが70nmから300nmまで増大している場合が曲線Bに相当し、格子深さdが90nmから300nmまで増大している場合が曲線Cに相当する。三つの曲線A、B、Cのいずれについても、測定された輝度はほぼ1,800cd／m2ないし2,500cd／m2の範囲に収まり、五つの測定位置1〜5の全体でほぼ均一に分布している。その輝度分布は明らかに、従来の照明装置での輝度分布（図２参照）より均一度が高い。図２と図８との間で定量的に比較すれば、輝度均一度（輝度レベルの最高値に対する最低値の割合）が58％から87％へと大幅に向上している。
【００２０】
以上、本件の明細書に添付された図面に示された本発明の実施例を説明した。しかし、それらはあくまでも例示的なものに過ぎない。実際、当業者であれば、それらの実施例から多様な変形やそれらと均等な他の実施例を想到可能であろう。従って、それらの変形や均等な実施例も当然に、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲に属すると解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、特に平面表示装置に搭載される照明装置に関し、上記の通り、導光板に形成されるホログラムパターンを工夫することで導光板の輝度分布をさらに均一化させる。このように、本発明は明らかに、産業上の利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の照明装置の断面図
【図２】従来の照明装置について導光板の長手方向での輝度分布を示すグラフ
【図３】本発明の実施例による照明装置の分解斜視図
【図４】図３に示されている直線IV−IVに沿った断面図
【図５】本発明の実施例による照明装置の変形例を示す断面図
【図６】本発明の実施例による平面表示装置の断面図
【図７】本発明の実施例によるホログラムパターンの形成に利用される干渉光学系の概略を示す図面
【図８】本発明の実施例による照明装置について導光板の長手方向での輝度分布を示すグラフ
【符号の説明】
【００２３】
11，111    拡散シート
20，120，220    導光板
25，125，225    ホログラムパターン
31，131，231    反射部材
51，151，301    光源
55，155    ハウジング
100    照明装置
120a，220a    導光板の上面
120b，220b    導光板の底面
121    入光面
305    ビームスプリッタ
311    第１反射ミラー
315    第１空間フィルタ
321    第２反射ミラー
325    第２空間フィルタ
350    フォトマスク
360    ホログラム材
500    平面表示素子
d，d'    ホログラムパターンの格子深さ
P，P'    ホログラムパターンの格子周期
x    入光面からの距離
G1    入光領域
G2    終端領域
L1    ビームスプリッタ305を透過したレーザ光
L2    ビームスプリッタ305で反射されたレーザ光
θ    ホログラム材360の表面での二つのレーザ光L1、L2間の角度
【図１】
2006350343.tif 000003
【図２】
2006350343.tif 000004
【図３】
2006350343.tif 000005
【図４】
2006350343.tif 000006
【図５】
2006350343.tif 000007
【図６】
2006350343.tif 000008
【図７】
2006350343.tif 000009
【図８】
2006350343.tif 000010