(57)【要約】【課題】端面から入射する光のうち、板面の法線方向へ向けて出光する成分をより多くすることができ、光の利用効率を高めることができる導光板、面光源装置、表示装置を提供する。【解決手段】導光板１２は、高屈折率層１２３と、高屈折率層１２３の屈折率よりも屈折率が低い材料により形成されており、高屈折率層１２３よりも出光面１２ｂ側に配置された出光側低屈折率層１２１と、高屈折率層１２３の屈折率よりも屈折率が低い材料により形成されており、高屈折率層１２３よりも観察者側面１２ｃ側に配置された正面側低屈折率層１２２と、高屈折率層１２３と出光側低屈折率層１２１との界面、及び、高屈折率層１２３と正面側低屈折率層１２２との界面にそれぞれ設けられた界面反射部（１２１ａ，１２２ａ）とを備える。【選択図】図３
2018113225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状に構成された導光板の一端面であって光が入射する入光面と、
前記入光面に交差し光が出射する出光面と、
前記出光面と対向する正面と、
前記入光面に対向する対向面とを有し、
高屈折率層と、
前記高屈折率層の屈折率よりも屈折率が低い材料により形成されており、前記高屈折率層よりも前記出光面側に配置された出光側低屈折率層と、
前記高屈折率層の屈折率よりも屈折率が低い材料により形成されており、前記高屈折率層よりも前記正面側に配置された正面側低屈折率層と、
前記高屈折率層と前記出光側低屈折率層との界面、及び、前記高屈折率層と前記正面側低屈折率層との界面にそれぞれ設けられた界面反射部と、
を備える導光板。
【請求項２】
請求項１に記載の導光板において、
前記界面反射部は、前記入光面から前記対向面へと向かいかつ前記出光面に平行な向きである導光方向に進む光が、前記高屈折率層と前記出光側低屈折率層との界面、及び、前記高屈折率層と前記正面側低屈折率層との界面において反射する界面反射光を、前記出光面に向けて反射可能な向きに前記出光面に対して傾斜した傾斜部により構成されていること、
を特徴とする導光板。
【請求項３】
請求項２に記載の導光板において、
出光側低屈折率層及び正面側低屈折率層には、前記傾斜部を有する単位形状が前記入光面から前記対向面へ向かう方向に沿って複数連続して配置されていること、
を特徴とする導光板。
【請求項４】
請求項３に記載の導光板において、
前記単位形状は、前記導光方向に垂直な垂直部を有しており、
前記垂直部は、前記高屈折率層を介さずに前記出光側低屈折率層と前記正面側低屈折率層とが接触して配置されていること、
を特徴とする導光板。
【請求項５】
請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の導光板において、
前記高屈折率層は、少なくとも前記傾斜部に対応する位置においては、前記高屈折率層と前記出光側低屈折率層との界面、及び、前記高屈折率層と前記正面側低屈折率層との界面が、互いに平行であること、
を特徴とする導光板。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の導光板において、
前記界面反射部は、前記入光面からの距離が離れるにしたがい、当該界面反射部が占める割合が大きくなっていること、
を特徴とする導光板。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の導光板において、
出光側低屈折率層及び正面側低屈折率層の少なくとも一方は、光学異方性材料により構成されていること、
を特徴とする導光板。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の導光板と、
前記導光板の前記入光面と対向して配置され、前記入光面へ光を投射する光源部と、
を備える面光源装置。
【請求項９】
請求項８に記載の面光源装置と、
前記面光源装置の前記出光面側に配置された反射型の表示部と、
を備える表示装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の面光源装置と、
前記面光源装置の前記出光面側に配置された透過型の表示部と、
を備える表示装置。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の表示装置において、
前記入光面から前記対向面へと向かいかつ前記出光面に平行な向きを導光方向としたとき、前記導光方向に直交し、かつ、前記出光面に平行な向きに、前記表示部に設けられた偏光層の透過軸の方向が揃って配置されていること、
を特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光板、面光源装置、表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）パネル等の表示部を面光源装置によって照明し、映像を表示する表示装置が知られている。
面光源装置は、大きく分けて、各種光学シート等の光学部材の直下に光源を配置する直下型のものと、光学部材の端面（側面）に光源が配置されるエッジライト型のものがある。このうち、エッジライト型の面光源装置は、光源を導光板等の光学部材の端面に配置することから、直下型のものに比べて面光源装置をより薄型化できるという利点を有し、広く用いられている。
また、エッジライト型の面光源装置は、表示装置のバックライトとしてだけでなく、近年ではフロントライトとしても広く用いられている。
【０００３】
エッジライト型の面光源装置は、光学部材の側面に光源が配置されており、その光源からの光を板面から表示部に向かう光となるように偏向させて、照明光として利用している。このために、導光板には、例えば、特許文献１に開示されているように、微細な突起を出光側に配置するものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２０９３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
導光板から出光される光の方向は、利用用途によっても異なるものの、一般的には、板面の法線方向に出光させたいとの要求が多い。しかし、特許文献１のような形態の導光板では、端面からの光を、板面の法線方向に近い方向に出光する成分を生成することはできるが、多くの光は、不要な斜め方向へと出光してしまっており、光の利用効率が低かった。
【０００６】
本発明の課題は、端面から入射する光のうち、板面の法線方向へ向けて出光する成分をより多くすることができ、光の利用効率を高めることができる導光板、面光源装置、表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
【０００８】
第１の発明は、板状に構成された導光板（１２）の一端面であって光が入射する入光面（１２ａ）と、前記入光面（１２ａ）に交差し光が出射する出光面（１２ｂ）と、前記出光面（１２ｂ）と対向する正面（１２ｃ）と、前記入光面（１２ａ）に対向する対向面（１２ｄ）とを有し、高屈折率層（１２３）と、前記高屈折率層（１２３）の屈折率よりも屈折率が低い材料により形成されており、前記高屈折率層（１２３）よりも前記出光面（１２ｂ）側に配置された出光側低屈折率層（１２１）と、前記高屈折率層（１２３）の屈折率よりも屈折率が低い材料により形成されており、前記高屈折率層（１２３）よりも前記正面（１２ｃ）側に配置された正面側低屈折率層（１２２）と、前記高屈折率層（１２３）と前記出光側低屈折率層（１２１）との界面、及び、前記高屈折率層（１２３）と前記正面側低屈折率層（１２２）との界面にそれぞれ設けられた界面反射部（１２１ａ，１２２ａ）と、を備える導光板（１２）である。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明に記載の導光板（１２）において、前記界面反射部（１２１ａ，１２２ａ）は、前記入光面（１２ａ）から前記対向面（１２ｄ）へと向かいかつ前記出光面（１２ｂ）に平行な向きである導光方向に進む光が、前記高屈折率層（１２３）と前記出光側低屈折率層（１２１）との界面、及び、前記高屈折率層（１２３）と前記正面側低屈折率層（１２２）との界面において反射する界面反射光を、前記出光面（１２ｂ）に向けて反射可能な向きに前記出光面（１２ｂ）に対して傾斜した傾斜部（１２１ａ，１２２ａ）により構成されていること、を特徴とする導光板（１２）である。
【００１０】
第３の発明は、第２の発明に記載の導光板（１２）において、出光側低屈折率層（１２１）及び正面側低屈折率層（１２２）には、前記傾斜部（１２１ａ，１２２ａ）を有する単位形状（１２１ｄ，１２２ｄ）が前記入光面（１２ａ）から前記対向面（１２ｄ）へ向かう方向に沿って複数連続して配置されていること、を特徴とする導光板（１２）である。
【００１１】
第４の発明は、第３の発明に記載の導光板（１２）において、前記単位形状（１２１ｄ，１２２ｄ）は、前記導光方向に垂直な垂直部（１２１ｃ，１２２ｃ）を有しており、前記垂直部（１２１ｃ，１２２ｃ）は、前記高屈折率層（１２３）を介さずに前記出光側低屈折率層（１２１）と前記正面側低屈折率層（１２２）とが接触して配置されていること、を特徴とする導光板（１２）である。
【００１２】
第５の発明は、第２の発明から第４の発明までのいずれか１項に記載の導光板（１２）において、前記高屈折率層（１２３）は、少なくとも前記傾斜部（１２１ａ，１２２ａ）に対応する位置においては、前記高屈折率層（１２３）と前記出光側低屈折率層（１２１）との界面、及び、前記高屈折率層（１２３）と前記正面側低屈折率層（１２２）との界面が、互いに平行であること、を特徴とする導光板（１２）である。
【００１３】
第６の発明は、第１の発明から第５の発明までのいずれか１項に記載の導光板（１２）において、前記界面反射部（１２１ａ，１２２ａ）は、前記入光面（１２ａ）からの距離が離れるにしたがい、当該界面反射部（１２１ａ，１２２ａ）が占める割合が大きくなっていること、を特徴とする導光板（１２）である。
【００１４】
第７の発明は、第１の発明から第６の発明までのいずれか１項に記載の導光板（１２）において、出光側低屈折率層（１２１）及び正面側低屈折率層（１２２）の少なくとも一方は、光学異方性材料により構成されていること、を特徴とする導光板（１２）である。
【００１５】
第８の発明は、第１の発明から第７の発明までのいずれか１項に記載の導光板（１２）と、前記導光板（１２）の前記入光面（１２ａ）と対向して配置され、前記入光面（１２ａ）へ光を投射する光源部（１１）と、を備える面光源装置（１０）である。
【００１６】
第９の発明は、第８の発明に記載の面光源装置（１０）と、前記面光源装置（１０）の前記出光面（１２ｂ）側に配置された反射型の表示部（１３）と、を備える表示装置（１）である。
【００１７】
第１０の発明は、第８の発明に記載の面光源装置（１０）と、前記面光源装置（１０）の前記出光面（１２ｂ）側に配置された透過型の表示部と、を備える表示装置である。
【００１８】
第１１の発明は、第９の発明又は第１０の発明に記載の表示装置（１）において、前記入光面（１２ａ）から前記対向面（１２ｄ）へと向かいかつ前記出光面（１２ｂ）に平行な向きを導光方向としたとき、前記導光方向に直交し、かつ、前記出光面（１２ｂ）に平行な向きに、前記表示部（１３）に設けられた偏光層（１３１）の透過軸の方向が揃って配置されていること、を特徴とする表示装置（１）である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、導光板、面光源装置、表示装置は、端面から入射する光のうち、板面の法線方向へ向けて出光する成分をより多くすることができ、光の利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による導光板１２を用いた表示装置１の実施形態を示す図である。
【図２】表示装置１を光源部１１付近において、導光板１２の板面に直交し、かつ、前記入光面に直交する方向（ＸＺ平面）で切断した断面図である。
【図３】図２における導光板１２をさらに拡大して示す断面図である。
【図４】本実施形態の面光源装置１０における光路の例を示す図である。
【図５】傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａ付近を拡大して、光路の一例を示す図である。
【図６】比較例の導光板５００における光路の例を示す図である。
【図７】導光板１２の具体的な設計例を説明する図である。
【図８】導光板１２の具体的な設計例における反射率及び取り出し光量を含む各種情報をまとめた図である。
【図９】屈折率１．５から屈折率１．６に変化する界面におけるＰ偏光及びＳ偏光のそれぞれの反射率を計算してグラフ化した図である。
【図１０】屈折率１．６から屈折率１．５に変化する界面におけるＰ偏光及びＳ偏光のそれぞれの反射率を計算してグラフ化した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。
【００２２】
（実施形態）
図１は、本発明による導光板１２を用いた表示装置１の実施形態を示す図である。
なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
また、以下の説明では、具体的な数値、形状、材料等を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。
本明細書において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
本明細書中において、板面とは、各板状部材において、その板状部材全体として見たときにおける、板状部材の平面方向となる面を示すものであるとする。
【００２３】
また、図１を含め以下の図中及び以下の説明において、理解を容易にするために、ＸＹＺ座標系を設定した。表示装置１の使用状態において、表示装置１の画面に平行であって互いに直交する２方向のうち導光板１２の入光面１２ａに直交する方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とする。また、表示装置１の画面に直交する方向（厚み方向）をＺ方向とする。なお、厚み方向（Ｚ方向）のうち＋Ｚ側を観察者側とし、−Ｚ側を裏面側とする。
本実施形態の表示装置１の画面は、面光源装置１０の最も＋Ｚ側（観察者側）の面（以下、表示面という）１０ａに相当し、表示装置１の「正面方向」とは、この表示面１０ａの法線方向であり、Ｚ方向に平行であり、後述する導光板１２の板面等の法線方向と一致するものとする。
【００２４】
本実施形態の表示装置１は、面光源装置１０と、反射型ＬＣＤパネル１３とを備えている。表示装置１は、反射型ＬＣＤパネル１３を観察者側から面光源装置１０で照明し、反射型ＬＣＤパネル１３に形成される映像情報を表示する。なお、必要に応じて、面光源装置１０のさらに観察者側に、タッチパネルや保護パネル等を設けてもよい。本実施形態の表示装置１は、例えば、３０インチ以上の大画面の広告や看板等として用いられる。なお、本発明は、このような大画面のものに限らず、より小型の携帯端末等に用いてもよい。
【００２５】
反射型ＬＣＤパネル１３は、液晶表示素子により形成され、その表示面に映像情報を形成する反射型の表示部である。この反射型ＬＣＤパネル１３は、略平板状に形成されている。反射型ＬＣＤパネル１３の外形は、Ｚ方向から見て矩形形状であり、Ｘ方向に平行な対向する２辺と、Ｙ方向に平行な対向する２辺とを有している。
【００２６】
図２は、表示装置１を光源部１１付近において、導光板１２の板面に直交し、かつ、前記入光面に直交する方向（ＸＺ平面）で切断した断面図である。
面光源装置１０は、反射型ＬＣＤパネル１３を観察者側（＋Ｚ側）から照明する装置であり、光源部１１と、導光板（フロントライト用導光板）１２とを備えている。この面光源装置１０は、端面から光を入光するエッジライト型の面光源装置（フロントライト）である。
【００２７】
光源部１１は、反射型ＬＣＤパネル１３を照明する光を発する。この光源部１１は、導光板１２のＸ方向の一方（＋Ｘ側）の端面である入光面１２ａに対面する位置に、Ｙ方向に沿って配置されている。
光源部１１は、点光源がＹ方向に所定の間隔で複数配列されて形成されている。この点光源は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）光源を用いている。なお、光源部１１は、例えば、冷陰極管等の線光源としてもよいし、Ｙ方向に延在するライトガイドの端面に光源を配置した形態としてもよい。
また、光源部１１の発する光の利用効率を向上させたり、不要な光を遮光したりする観点から、光源部１１の外側を覆うように不図示の反射板や、遮蔽板を設けてもよい。
【００２８】
反射型ＬＣＤパネル１３は、例えば、図２に示すように、観察者側（＋Ｙ側）から順に、偏光板１３１と、１／４波長板１３２と、拡散粘着層１３３と、表示層１３４とがこの順番で積層されている。
【００２９】
偏光板（偏光層）１３１は、特定の透過軸方向の偏光成分のみを透過させる。本実施形態の偏光板１３１は、透過軸の方向が、導光方向に直交し、かつ、出光面１２ｂに平行な向き（すなわち、Ｙ方向）に、揃えて配置されている。ここで、導光板１２の導光方向とは、入光面１２ａから対向面１２ｄへと向かい、かつ、出光面１２ｂに平行な向きであって、Ｘ軸方向と一致している。偏光板１３１の透過軸の方向をこのようにする理由については、後述する。
【００３０】
１／４波長板１３２は、透過する光に１／４波長分の位相差を付与する。偏光板１３１と１／４波長板１３２とを組み合わせて積層することにより、外来光が表示層１３４の表面で反射する反射光を抑制することができる。
【００３１】
拡散粘着層１３３は、透過光に若干の拡散作用を与えることが可能な粘着材により構成された層である。
【００３２】
表示層１３４は、反射型ＬＣＤパネル１３の主要な構成部分であり、不図示のガラス基板やカラーフィルター、液晶、ＴＦＴ、反射電極等を備えている。
なお、上記反射型ＬＣＤパネル１３の構成は、一例であって、適宜変更可能である。
【００３３】
図３は、図２における導光板１２をさらに拡大して示す断面図である。
面光源装置１０を構成する導光板１２は、正面方向（Ｚ方向）から見て矩形形状であり、Ｘ方向に平行な対向する２辺と、Ｙ方向に平行な対向する２辺とを有している。
導光板１２は、入光面１２ａと、出光面１２ｂと、観察者側面１２ｃと、対向面１２ｄとをその外周面に有している。
【００３４】
入光面１２ａは、導光板１２の一端面（＋Ｘ側の端面）に設けられており、光源部１１からの光が入射する。
【００３５】
出光面１２ｂは、入光面１２ａに交差する面に設けられており、入光面１２ａから入射した光が出射する。本実施形態では、出光面１２ｂは、−Ｚ側の面に設けられている。
【００３６】
観察者側面（正面）１２ｃは、出光面１２ｂと対向する面に配置されており、観察者は、この観察者側面１２ｃの側から反射型ＬＣＤパネル１３に表示される画像を観察する。
対向面１２ｄは、入光面１２ａと対向する位置に配置されている。
【００３７】
また、導光板１２は、出光側低屈折率層１２１と、正面側低屈折率層１２２と、高屈折率層１２３とを備えている。
【００３８】
出光側低屈折率層１２１は、高屈折率層１２３の屈折率よりも屈折率が低い材料により形成されており、高屈折率層１２３よりも出光面１２ｂ側に配置されている。出光側低屈折率層１２１は、例えば、光透過性を備えた樹脂を硬化させて構成されている。本実施形態の出光側低屈折率層１２１は、屈折率１．４９のＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）を硬化させて構成されている。
正面側低屈折率層１２２は、高屈折率層１２３の屈折率よりも屈折率が低い材料により形成されており、高屈折率層１２３よりも観察者側面（正面）１２ｃ側に配置されている。正面側低屈折率層１２２は、光透過性を備えた樹脂を硬化させて構成されている。本実施形態の正面側低屈折率層１２２は、屈折率１．４９のＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）を硬化させて構成されている。
なお、出光側低屈折率層１２１及び正面側低屈折率層１２２双方を熱可塑性樹脂により構成すると製造が困難な場合には、例えば、片側をＵＶ硬化型樹脂として薄く作るようにしてもよい。
高屈折率層１２３は、出光側低屈折率層１２１と正面側低屈折率層１２２とに挟まれた位置に配置されており、出光側低屈折率層１２１及び正面側低屈折率層１２２の屈折率よりも屈折率が高い材料により形成されている。高屈折率層１２３は、例えば、蒸着を用いて透光性を備えた状態に形成されている。本実施形態の高屈折率層１２３は、屈折率１．５９のＬａＦ３（フッ化ランタン）を用いて構成されている。なお、高屈折率層１２３は、スパッタリングや蒸着の他、溶剤に溶かした樹脂を薄く塗ることにより形成してもよい。
【００３９】
なお、出光側低屈折率層１２１と正面側低屈折率層１２２とは、同一素材により構成されていることが望ましい。例えば、出光側低屈折率層１２１及び正面側低屈折率層１２２は、両方を同一の紫外線硬化型樹脂により構成するとよい。なお、これに限らず、例えば、出光側低屈折率層１２１及び正面側低屈折率層１２２のどちらか片方を紫外線硬化樹脂により構成し、他方にポリカーボネート樹脂を用いて構成する等してもよい。
【００４０】
出光側低屈折率層１２１は、図３に示すＸＺ断面において、断面形状が傾斜部１２１ａと、平坦部１２１ｂと、垂直部１２１ｃとを備えた単位形状１２１ｄを有している。
【００４１】
傾斜部（界面反射部）１２１ａは、出光面１２ｂに対して所定の傾斜角度θをなす面である。この傾斜角度θは、面光源装置１０がどの向きに照明光を出射させたいのかにもよるが、一般的には、３０度から６０度の範囲とすることが望ましい。本実施形態では、出光面１２ｂからその法線方向に沿って、すなわち、Ｚ方向に沿って出射させるために、傾斜角度θを４５度とした。傾斜部１２１ａは、高屈折率層１２３と出光側低屈折率層１２１との界面であることから、ここに到達する光は、大部分はそのまま傾斜部１２１ａを通過するが、その一部が界面反射をする。傾斜部１２１ａは、このわずかな界面反射光を、出光面１２ｂへ向けて反射するので、界面反射部としての機能を備えている。界面反射光は、１つの傾斜部１２１ａでは、わずかな光であるが、これが多数並んで配置されているので、全体では十分な光量の光を出光面１２ｂから出光させることができる。
【００４２】
平坦部１２１ｂは、傾斜部１２１ａと垂直部１２１ｃとを繋ぐ領域にあって、出光面１２ｂと平行に構成された面である。
垂直部１２１ｃは、出光面１２ｂに対して垂直に構成された面である。
【００４３】
出光側低屈折率層１２１には、この単位形状１２１ｄが導光方向、すなわち、Ｘ方向に沿って複数連続して配置されている。出光側低屈折率層１２１は、図３に示すＸＺ断面における断面形状が同一形状を保ったままＹ方向に沿って延在している。ここで、出光側低屈折率層１２１の単位形状１２１ｄは、入光面１２ａからの距離が離れるにしたがい、傾斜部１２１ａの面積が大きくなっており、傾斜部１２１ａが占める割合が大きくなっている。これに伴い、垂直部１２１ｃの長さ（深さ）も、入光面１２ａからの距離が離れるにしたがい深くなっている。ただし、本実施形態では、単位形状１２１ｄが並ぶピッチＰを一定としたので、平坦部１２１ｂの長さは、入光面１２ａからの距離が離れるにしたがい短くなっている。
【００４４】
正面側低屈折率層１２２は、出光側低屈折率層１２１に対応した逆形状に形成されており、図３に示すＸＺ断面において、断面形状が傾斜部１２２ａと、平坦部１２２ｂと、垂直部１２２ｃとを備えた単位形状１２２ｄを有している。
【００４５】
傾斜部（界面反射部）１２２ａは、出光面１２ｂに対して所定の傾斜角度θをなす面である。この傾斜角度θは、出光側低屈折率層１２１の傾斜部１２１ａの傾斜角度θと等しくなっている。したがって、傾斜部１２２ａと傾斜部１２１ａとは、互いに平行になっており、これら傾斜部１２２ａと傾斜部１２１ａとに挟まれた位置における高屈折率層１２３は、高屈折率層１２３と出光側低屈折率層１２１との界面、及び、高屈折率層１２３と正面側低屈折率層１２２との界面が、互いに平行である。
傾斜部１２２ａについても、高屈折率層１２３と正面側低屈折率層１２２との界面であることから、ここに到達する光は、大部分はそのまま傾斜部１２１ａを通過するが、その一部が界面反射をする。傾斜部１２２ａは、このわずかな界面反射光を、出光面１２ｂへ向けて反射するので、界面反射部としての機能を備えている。
【００４６】
平坦部１２２ｂは、傾斜部１２２ａと垂直部１２２ｃとを繋ぐ領域にあって、出光面１２ｂと平行に構成された面である。
垂直部１２２ｃは、出光面１２ｂに対して垂直に構成された面である。
【００４７】
正面側低屈折率層１２２には、この単位形状１２２ｄが導光方向、すなわち、Ｘ方向に沿って複数連続して配置されている。正面側低屈折率層１２２は、図３に示すＸＺ断面における断面形状が同一形状を保ったままＹ方向に沿って延在している。ここで、正面側低屈折率層１２２の単位形状１２２ｄは、単位形状１２１ｄと同様に、入光面１２ａからの距離が離れるにしたがい、傾斜部１２２ａの面積が大きくなっており、傾斜部１２１ａが占める割合が大きくなっている。これに伴い、垂直部１２２ｃの長さ（深さ）も、入光面１２ａからの距離が離れるにしたがい深くなっている。ただし、本実施形態では、単位形状１２２ｄが並ぶピッチＰを一定としたので、平坦部１２２ｂの長さは、入光面１２ａからの距離が離れるにしたがい短くなっている。
【００４８】
導光板１２を作製するときには、出光側低屈折率層１２１、又は、正面側低屈折率層１２２のいずれか一方を先ず作製し、その単位形状１２１ｄ（又は１２２ｄ）上に高屈折率層１２３となる膜を成膜する。その後、初めに作製した層に対して軟化した樹脂を塗布して硬化させることにより、他方の層を構成することができる。
例えば、出光側低屈折率層１２１を最初に作製する場合には、単位形状１２１ｄに対応した形状が配列された型形状を備えた成形型を用いた樹脂成形によって出光側低屈折率層１２１を作製する。そして、作製された出光側低屈折率層１２１には、傾斜部１２１ａと、平坦部１２１ｂと、垂直部１２１ｃとを備えた単位形状１２１ｄが連続して配置された状態となる。この単位形状１２１ｄ上に、スパッタや蒸着等の手法により、高屈折率層１２３を所定の膜厚となるようにして形成する。高屈折率層１２３が作製された後、その上に正面側低屈折率層１２２となる軟化した樹脂を塗布して硬化させることにより、単位形状１２１ｄに対応した逆形状の単位形状１２２ｄを備えた正面側低屈折率層１２２が形成されて、導光板１２が完成する。なお、正面側低屈折率層１２２を最初に作製してもよい。
【００４９】
図４は、本実施形態の面光源装置１０における光路の例を示す図である。なお、図４は、各部の大きさを誇張して示していることから、光路についても、実際の光路よりも屈折による偏向等を誇張して示している。
図５は、傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａ付近を拡大して、光路の一例を示す図である。
本実施形態の面光源装置１０では、光源部１１から入光面１２ａに入射した光のうち、観察者側面１２ｃに斜めに到達する光は、観察者側面１２ｃの外側が空気であって屈折率が導光板１２よりも低いので、観察者側面１２ｃの内面で全反射して、図４中の左側（−Ｘの向き：導光方向）に進む。
一方、出光面１２ｂに斜めに到達する光は、その外側が空気であって屈折率が導光板１２よりも低いので、出光面１２ｂの内面で全反射して、図４中の左側（−Ｘの向き：導光方向）に進む。
【００５０】
このように、入光面１２ａから入射した光は、導光板１２の内部を入光面１２ａから対向面１２ｄへ向かって（−Ｘの向き：導光方向）導光される。
このとき、導光されている光が、傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａに到達すると、その光のうちの所定の割合の光（例えば、０．３５％）が傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａのそれぞれにおいて反射されて出光面１２ｂへ向かう。また、残る光が傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａを透過して導光方向へ引き続き進む。出光面１２ｂへ向かった光は、出光面１２ｂへの入射角度が全反射条件を満たさない角度（臨界角を超えない角度）であれば、出光面１２ｂから出光する。
また、入光面１２ａから導光板１２の板面に平行に進む光についても、傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａに到達すると、その光のうちの所定の割合の光（例えば、０．３５％）が傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａのそれぞれにおいて反射されて出光面１２ｂへ向かう。また、残る光が傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａを透過して導光方向へ引き続き進む。
【００５１】
なお、傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａの界面反射率は、例えば、０．３５％程度であって非常に小さい。したがって、導光板１２を観察者側面１２ｃから観察しても、傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａが観察されてしまうようなことはない。また、外光が観察者側面１２ｃから入射しても、傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａの界面反射率が非常に小さいので、外光の影響も殆ど受けることがない。さらに、反射型ＬＣＤパネル１３から観察者へ向かう映像光に対する悪影響もない。
【００５２】
ここで、従来からフロントライトに用いられている、出光側に微細な突起を複数設けた導光板５００を比較例として、本実施形態の導光板１２の作用及び効果について、以下に説明する。
図６は、比較例の導光板５００における光路の例を示す図である。
比較例の導光板５００は、出光面側に微細な突起５０１が多数突出して配置されている。光源部１１から導光板５００に入光した光は、全反射を繰り返しながら導光板５００内を進み、突起５０１に到達すると、全反射条件を満たさないことから、突起５０１から出光する。しかし、比較例の導光板５００では、その構成上、導光板５００の法線方向（Ｚ軸方向）に近い向きで出光する光の成分は少なく、Ｚ軸方向とのなす角度が大きい光の成分が多くなっている。
このように、比較例と比べると、本実施形態の導光板１２を備えた面光源装置１０が、非常に効率よく光を利用することが可能であることがわかる。
【００５３】
次に、本実施形態の導光板１２の具体的な設計例を示す。
図７は、導光板１２の具体的な設計例を説明する図である。
図８は、導光板１２の具体的な設計例における反射率及び取り出し光量を含む各種情報をまとめた図である。
導光板１２の具体的な設計例として、ここでは、導光方向（Ｘ方向）の長さＬ＝１０００ｍｍ、厚さＴ＝１ｍｍの導光板１２を設計した。図７中に示したピッチＰは、５０μｍで一定とした。また、傾斜部１２１ａの面積に比例するＺ方向の幅は、入光面１２ａに最も近い位置ではＨ１＝１２μｍであるが、対向面１２ｄに最も近い位置ではＨ２＝４６μｍとなっている。入光面１２ａと対向面１２ｄとの間における傾斜部１２１ａのＺ方向の幅は、Ｘ方向について１０等分、すなわち、Ｘ方向の距離１００ｍｍの区間毎に、徐々に変化するように設定した。各区間における傾斜部１２１ａのＺ方向の幅の具体的な値については、図８中の「斜面比率」の値を参照すれば求めることができる。例えば、「斜面比率」が１．２％の位置では、傾斜部１２１ａのＺ方向の幅は、１２μｍであり、「斜面比率」が４．６％の位置では、傾斜部１２１ａのＺ方向の幅は、４６μｍである。傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａの傾斜角度θは、４５度である。なお、高屈折率層１２３の厚さについては、ある程度自由に設定可能であるが、例えば、１μｍ以下を目安にすることができる。
【００５４】
図７及び図８の設計例の導光板１２では、出光側低屈折率層１２１及び正面側低屈折率層１２２の屈折率は、いずれも、１．５であり、高屈折率層１２３の屈折率は、１．６である。また、傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａの反射率は、いずれも、０．３５％である。図８中の１ｍｍあたり、１０ｍｍあたり、１００ｍｍあたりのそれぞれの反射率は、その位置よりも入光面１２ａに近い側に配置されている傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａによって既に照明光の一部が反射されて減光している分を考慮して、入光面１２ａに入射する照明光を基準とした反射率を計算して示している。区間１から区間１０へ進むにしたがい、傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａの反射率は、１００ｍｍあたりで見ると、８．００％から２８．００％まで大きく変化している。しかし、取り出し光量は、いずれの区間においても、略８％で一様となっている。照明光が区間１（入光面１２ａに最も近い区間）から区間１０（入光面１２ａから最も遠い区間）に進むにしたがい、出光面１２ｂへ出光する成分だけ減光していく。しかし、傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａの面積を大きくしていくことによって、単位面積あたりにおける傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａが占める割合を大きくしている。これにより、出光面１２ｂへ向けて界面反射させる反射率を入光面１２ａから離れるにしたがい大きくして、出光面１２ｂへ出光する成分（取り出し光量）を一定にすることが可能となっている。
【００５５】
なお、図８において、「導光光量」の欄は、入光面１２ａに入光する光を１００として、導光方向に進む光の光量を示している。よって、最後の区間１０をそのまま通過する光は、略２０％存在している。この光は、対向面１２ｄで反射させてしまうと、迷光となり、例えば、観察者側面１２ｃへ出射してしまうおそれがある。よって、対向面１２ｄに到達した利用しない光については、対向面１２ｄからそのまま出射させて光を吸収する等するとよい。そのために、例えば、対向面１２ｄを光吸収性の黒色の塗装面とするとよい。
【００５６】
図７及び図８の設計例の導光板１２では、上述したように、どの位置においても略均一に８％程度の光を取り出すことができており、面光源装置１０としてみると、一様な光を出光面１２ｂから出光することが可能である。また、傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａの傾斜角度θは、４５度であるから、出光面１２ｂから出光する光は、その大部分が、出光面１２ｂに直交する方向、すなわち、Ｚ方向に沿って進む理想的な配光特性となる。
【００５７】
次に、本実施形態の導光板１２が出光する光の偏光状態について説明する。
屈折率の異なる物質の界面反射においては、界面への入射角度がブルースター角となると、Ｐ偏光の反射率が０となる。ここで、上述した本実施形態の出光側低屈折率層１２１及び正面側低屈折率層１２２の屈折率の１．５と、高屈折率層１２３の屈折率１．６との場合について説明する。
【００５８】
図９は、屈折率１．５から屈折率１．６に変化する界面におけるＰ偏光及びＳ偏光のそれぞれの反射率を計算してグラフ化した図である。すなわち、図９は、傾斜部１２１ａにおける界面反射の状態を示したものとして見ることができる。なお、図９におけるＲｐは、Ｐ偏光の反射率を示し、Ｒｓは、Ｓ偏光の反射率を示している。
図９を見ると、入射角４５度付近において、Ｒｐが０となっている。よって、傾斜部１２１ａにおいて界面反射して出光面１２ｂから出光する光は、Ｐ偏光が殆ど含まれず、略Ｓ偏光のみの光となっている。
【００５９】
図１０は、屈折率１．６から屈折率１．５に変化する界面におけるＰ偏光及びＳ偏光のそれぞれの反射率を計算してグラフ化した図である。すなわち、図１０は、傾斜部１２２ａにおける界面反射の状態を示したものとして見ることができる。
図１０においても、入射角４５度付近において、Ｒｐが０となっている。よって、傾斜部１２２ａにおいて界面反射して出光面１２ｂから出光する光についても、Ｐ偏光が殆ど含まれず、略Ｓ偏光のみの光となっている。
【００６０】
ここで、Ｓ偏光のみが界面反射されて出光面１２ｂへ向けて反射されるが、Ｐ偏光が取り出されなくなるおそれもない。界面反射されないＰ偏光成分については、そのまま導光方向に進むことになるが、出光面１２ｂ又は観察者側面１２ｃにおいて全反射するときに、偏光が回転することとなるので、その後に傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａに到達したときに、Ｓ偏光成分が界面反射されて出光面１２ｂへ向けて反射される。
また、より効率よく導光途中に偏光を回転させるために、出光側低屈折率層１２１と、正面側低屈折率層１２２と、高屈折率層１２３とのいずれかの層を、光学異方性材料により構成することが好ましい。このようにすれば、光学異方性材料により構成された層を進むときに、偏光が回転する作用を利用することができる。
【００６１】
また、先に述べた、偏光板１３１の透過軸の方向を、導光方向に直交し、かつ、出光面１２ｂに平行な向き（すなわち、Ｙ方向）に、揃えて配置する理由は、上述したように、導光板１２から出光する光が、全てＳ偏光であることから、これを遮ることがないようにして、効率よく光を利用するためである。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態の導光板１２を備えた面光源装置１０は、屈折率差のある界面反射によって光を取り出すので、簡単な構造であっても、入光面１２ａから入射する光のうち、板面の法線方向へ向けて出光する成分をより多くすることができ、光の利用効率を高めることができ、また、輝度ムラの少ない均一な光を出光できる。また、出光側低屈折率層１２１と、正面側低屈折率層１２２と、高屈折率層１２３とは、いずれも透光性を備えており、目視では無色透明に見えるので、映像光に悪影響を及ぼさない。また、傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａは、反射率が非常に小さいので、その点においても、映像光に悪影響を与えず、さらに外光が入射しても悪影響を与えない。よって、本実施形態の導光板１２は、非常に低ヘイズであって、クリアな外観を提供できる。さらに、構造的に照明光が観察者側面１２ｃから出射することがなく、出光面１２ｂから取り出せる照明光が多く、光の利用効率が高い。
【００６３】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
【００６４】
（１）実施形態において、導光板を構成する材料を具体的に記載しているが、これに限らず、材料は適宜選択可能である。例えば、導光板は、紫外線硬化型樹脂を硬化して構成してもよい。
【００６５】
（２）実施形態において、傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａは、平坦な斜面である例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、傾斜部１２１ａ及び傾斜部１２２ａは、曲面状の斜面としてもよい。
【００６６】
（３）実施形態において、単位形状１２１ｄ，１２２ｄは、Ｙ方向に真っ直ぐ延在している例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、出光面１２ｂ側から、又は、観察者側面１２ｃ側から見た（Ｚ方向から見た）場合に、単位形状が緩やかな曲線を描くように延在する形態としてもよい。このようにすれば、入光面１２ａの中央付近にのみ光源部１１が配置されている場合に、出光する光の均一性を高めることができる。
【００６７】
（４）実施形態において、反射型の表示装置である反射型ＬＣＤパネル１３を正面から照明するフロントライトとして面光源装置１０を用いる例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、面光源装置１０は、透過型の表示装置を背面から照明するバックライトとして用いてもよい。その場合、本実施形態の面光源装置１０は、基本的に一方の面にしか光を出光しないので、従来のバックライトにおいて必要とされていた反射板を設けなくてもよい。
【００６８】
（５）実施形態において、垂直部１２１ｃと垂直部１２２ｃとの間にも、高屈折率層１２３が設けられている例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、垂直部１２１ｃと垂直部１２２ｃとの間には、高屈折率層１２３を設けず、高屈折率層１２３を介さずに出光側低屈折率層１２１と正面側低屈折率層１２２とが接触して配置されている構成としてもよい。このような構成とするためには、例えば、斜め方向から高屈折率層１２３の蒸着を行えばよい。
【００６９】
（６）実施形態において、傾斜部１２１ａと傾斜部１２２ａとに挟まれる高屈折率層１２３の構成に相当する構成を出光面１２ｂの法線方向（Ｚ方向）にさらに複数設けてもよい。具体的には、２通りの構成が考えられる。１つ目の構成は、実施形態と同様な構成をそのままさらに積層したような構成である。２つ目の構成は、傾斜部１２１ａと傾斜部１２２ａとに挟まれる部分に、高屈折率層と低屈折率層とを複数層重ねて構成する構成である。この場合、例えば、誘電体多層膜を利用して多数の層を構成してもよい。
【００７０】
（７）実施形態において、高屈折率層１２３は、蒸着によって構成する例を挙げて説明した。これに限らず、例えば、樹脂を塗布することにより構成してもよい。その場合、例えば、出光側低屈折率層１２１と正面側低屈折率層１２２との両方を予め樹脂賦型により形成しておき、塗布された高屈折率層１２３の樹脂を出光側低屈折率層１２１と正面側低屈折率層１２２とで挟むようにして製造してもよい。
【００７１】
なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した各実施形態によって限定されることはない。
【符号の説明】
【００７２】
１０      面光源装置
１０ａ    表示面
１１      光源部
１１ｃ    正面
１２      導光板
１２ａ    入光面
１２ｂ    出光面
１２ｃ    観察者側面（正面）
１２ｄ    対向面
１３      反射型ＬＣＤパネル
１２１    出光側低屈折率層
１２１ａ  傾斜部（界面反射部）
１２１ｂ  平坦部
１２１ｃ  垂直部
１２１ｄ  単位形状
１２２    正面側低屈折率層
１２２ａ  傾斜部（界面反射部）
１２２ｂ  平坦部
１２２ｃ  垂直部
１２２ｄ  単位形状
１２３    高屈折率層
１３１    偏光板
１３２    １／４波長板
１３３    拡散粘着層
１３４    表示層
５００    導光板
５０１    突起
【図１】
2018113225.tif 000003
【図２】
2018113225.tif 000004
【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】
2018113225.tif 000009
【図８】
2018113225.tif 000010
【図９】
2018113225.tif 000011
【図１０】
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