(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を直接入射面に入射させて出射面の平行方向に導波させ、前記出射面から面状に光を射出する導光板において、所定方向に集光作用を有する複数の微小アナモルフィックレンズを不規則に配設した微小レンズアレイが前記入射面上及び／又は出射面上に一体形成され、前記入射面又は出射面上に設けられた複数の微小アナモルフィックレンズの各集光断面（主メリジオナル平面）が同方向に配設され、且つ前記入射面上及び出射面上に設けられた微小レンズアレイの集光断面（主メリジオナル平面）が互いに略直交又は略一致するように配設され、前記微小レンズアレイの不規則パターンにより光を乱反射させることを特徴とする微小レンズアレイを具備する導光板。
【請求項２】
光源からの光を直接入射面に入射させて出射面の平行方向に導波させ、前記出射面から面状に光を射出する導光板において、所定方向に集光作用を有する複数の微小アナモルフィックレンズを不規則に配設した微小レンズアレイが前記入射面上及び／又は出射面上に一体形成され、前記入射面又は出射面上に設けられた複数の微小アナモルフィックレンズの各集光断面（主メリジオナル平面）が同方向に配設され、前記微小レンズアレイは、所定の方向における微小レンズの間隔が等間隔位置から不規則にずれて配列された不規則パターンであり、前記等間隔位置からのずれ幅が平均間隔の１／１０００〜１／１０であり、前記微小レンズアレイの不規則パターンにより光を乱反射させることを特徴とする微小レンズアレイを具備する導光板。
【請求項３】
前記入射面又は出射面上に設けられた複数の微小アナモルフィックレンズの各集光軸が前記出射面の高さ方向又は幅方向に一致するように前記微小レンズアレイが配設される請求項１又は２に記載の微小レンズアレイを具備する導光板。
【請求項４】
前記微小レンズアレイは、大きさ及び／又は形状の異なる２種以上の微小アナモルフィックレンズから構成される請求項１〜３のいずれかに記載の微小レンズアレイを具備する導光板。
【請求項５】
前記微小アナモルフィックレンズは、前記集光断面方向の曲率半径が０．０１ｍｍ〜１ｍｍ、前記集光断面に直交する非集光断面方向の曲率半径が１０ｍｍ〜１００ｍｍである請求項１〜４のいずれかに記載の微小レンズアレイを具備する導光板。
【請求項６】
前記微小アナモルフィックレンズは、前記集光断面方向の長さが０．１〜１ｍｍ、前記非集光断面方向の長さが１〜１０ｍｍである請求項１〜５のいずれかに記載の微小レンズアレイを具備する導光板。
【請求項７】
前記微小アナモルフィックレンズは、前記集光断面方向と前記非集光断面方向の曲率が異なる円形状レンズである請求項１〜５のいずれかに記載の微小レンズアレイを具備する導光板。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の微小レンズアレイを具備する導光板と、この導光板の入射面側に配設された少なくとも１つ以上の光源から構成され、この光源からの光を前記導光板により面状に変換して照射することを特徴とする光照射装置。
【請求項９】
前記光源は、冷陰極管とこの冷陰極管からの光を前記入射面の方向に反射させる反射板から構成される請求項８に記載の光照射装置。
【請求項１０】
前記光源が白色発光ダイオードから構成される請求項８の光照明装置。
【請求項１１】
前記光源は、ＲＧＢ（赤、緑、青）三色の発光ダイオードから構成され、前記微小レンズアレイにより前記ＲＧＢ光を白色化する請求項８に記載の光照射装置。
【請求項１２】
請求項９又は１０に記載の光照射装置からなるバックライトと、このバックライトから照射される面状の光を透過して画像を表示する液晶パネルから構成されることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を面状に変換する導光板に関し、更に詳細には、光源からの光を直接入射面に入射させて出射面の平行方向に導波させ、前記出射面から面状に光を射出する導光板、並びにこの導光板を具備する光照射装置及び液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
導光板は、液晶表示装置のバックライト、発光表示板等に用いられる種々の照明装置に利用されており、以下に従来の導光板が液晶表示装置のバックライトに用いられた従来技術について詳述する。
特開平５−１７３１３３号公報（特許文献１）に記載される従来の液晶表示装置１０１を図１４に示す。この液晶表示装置１０１は、液晶パネル１０８を後方から照明する光源１０６を備え、この光源１０６は熱陰極Ｕ字管１０６ａと反射板１０６ｂから構成される。この熱陰極Ｕ字管１０６ａから後方への照射光を反射板１０６ｂにより液晶パネル１０８へ反射させる。更に、前記液晶表示装置１０１は、光源１０６からの光を液晶パネルに拡散する拡散板１０７を備えている。また、前記拡散板１０７の後方に、光源１０６からの光を液晶パネル１０８に対して平行方向に導く透光性の導光板１０４が設けられ、この導光板１０４の後面に、光源１０６からの光を透過させながら散乱する透光散乱膜１１１が形成されている。
【０００３】
また、前記拡散板１０７の前方に、この拡散板１０４からの光を前方に集光してその干渉を防ぐ光拡散シート１１０が設けられている。前記光源１０６からの光は、導光板１０４の内部に入射し、透光散乱膜２２により散乱され、導光板２１に斜め方向に進入する。前記導光板１０４内の光は、液晶パネル１０８に対して平行方向に広範囲に導かれ、その輝度むらが緩和される。その後、光は導光板１０８から前方へ出射し、拡散板１０７および光拡散シート１１０を通過した後、液晶パネル１０８を後方から照明する。
【０００４】
図１５は、従来の導光板が配設された液晶表示装置１０１の分解状態の斜視図である。蛍光灯からなる光源１０６の背面の反射板１０６ｂが配置され、光源１０６の前面に光源光をあらゆる方向に均等に拡散させる拡散板１０７が配置されている。この拡散板１０７の前面に対向して液晶パネル１０８が配置され、その液晶パネル１０８の裏面に入射偏光板１０８ａが、表面に出射偏光板１０８ｂが配設されている。前記拡散板１０７と液晶パネル１０８との間に拡散板１０７からの拡散光を効率良く視野角内に集光させて正面輝度を高めるためのプリズムシート１０９がその稜線方向を左右方向（水平方向）とする状態で配置されている。
【０００５】
入射偏光板１０８ａの透過軸方向（矢印の方向）は上下方向すなわち稜線方向に対する直角方向（鉛直方向）とされ、出射偏光板１０８ｂの透過軸方向（矢印の方向）は左右方向（水平方向）とされている。従って、Ｓ波に比べて透過率のより高いＰ波を利用することが可能であり、プリズムシート１０９の稜線方向に対して入射偏光板１０８ａの透過軸方向（矢印）を直角に定めてあることにより、プリズムシート１０９を１枚に限定して輝度視角を比較的に大きく確保している。
【特許文献１】特開平５−１７３１３３号公報
【特許文献２】特開２００３−２９５１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１４に示した液晶表示装置１０１では、光源１０６からの光を液晶パネルに拡散する拡散板１０７や光源１０６からの光を透過させながら散乱する透光散乱膜１１１が設けられている。また。図１５の液晶表示装置１０１では、光源光をあらゆる方向に均等に拡散させる拡散板１０７やこの拡散板１０７からの拡散光を効率良く視野角内に集光させて正面輝度を高めるためのプリズムシート１０９が設けられている。これらの光学部材の１つに対して約８％以上の光量の損失（フレネル・ロス）が生じ、この損失が乗算的に累積していた。従って、１つでも上記のような光学部材を減らし、光量の損失を低減させることが求められていた。
【０００７】
更に、液晶表示装置は、陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイに比べ輝度が低く、原理的にはより一層の省エネルギー化が可能であるが、テレビジョン（ＴＶ）等に利用される液晶表示装置は、画面が６０インチ以上の場合、消費電力が６００Ｗを越えており、エネルギー（光）のより効率的な利用が要求されていた。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、冷陰極管や発光ダイオード（ＬＥＤ）光源をムラなく、白色に拡散させ、ＴＶ等の液晶表示板の均一な面光源を提供することができ、光源からの光を集光することにより、液晶パネルの光透過度を高め、液晶表示板での高輝度化を図り、高さ方向、幅方向の集光度が適宜に設定でき、非集光方向の視野角の改善を図ることが可能な導光板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するために提案されたものであって、本発明の第１の形態は、光源からの光を直接入射面に入射させて出射面の平行方向に導波させ、前記出射面から面状に光を射出する導光板において、所定方向に集光作用を有する複数の微小アナモルフィックレンズを不規則に配設した微小レンズアレイが前記入射面上及び／又は出射面上に一体形成され、前記入射面又は出射面上に設けられた複数の微小アナモルフィックレンズの各集光断面が同方向に配設され、前記微小レンズアレイの不規則パターンにより光を乱反射させる微小レンズアレイを具備する導光板である。
【００１０】
本発明の第２の形態は、第１の形態において、前記入射面又は出射面上に設けられた複数の微小アナモルフィックレンズの各集光軸が前記出射面の高さ方向又は幅方向に一致するように前記微小レンズアレイが配設される微小レンズアレイを具備する導光板である。
【００１１】
本発明の第３の形態は、第１又は第２の形態において、前記入射面上及び出射面上に設けられた微小レンズアレイの集光断面方向が互いに略直交又は略一致するように配設される微小レンズアレイを具備する導光板である。
【００１２】
本発明の第４の形態は、第１〜第３のいずれかの形態において、前記微小レンズアレイが、大きさ及び／又は形状の異なる２種以上の微小アナモルフィックレンズから構成される微小レンズアレイを具備する導光板である。
【００１３】
本発明の第５の形態は、第１〜第４のいずれかの形態において、前記微小アナモルフィックレンズの前記集光断面方向の曲率半径が０．０１ｍｍ〜１ｍｍ、前記集光面に直交する非集光断面方向の曲率半径が１０ｍｍ〜１００ｍｍである微小レンズアレイを具備する導光板である。
【００１４】
本発明の第６の形態は、第１〜第５のいずれかの形態において、前記微小アナモルフィックレンズの前記集光断面方向の長さが０．１〜１ｍｍ、前記非集光断面方向の長さが１〜１０ｍｍである微小レンズアレイを具備する導光板である。
【００１５】
本発明の第７の形態は、第１〜第５のいずれかの形態において、前記微小アナモルフィックレンズが、前記集光断面方向と前記非集光断面方向の曲率が異なる円形状レンズである微小レンズアレイを具備する導光板である。
【００１６】
本発明の第８の形態は、第１〜第７のいずれかの形態において、前記微小レンズアレイが、所定の方向における微小レンズの間隔を等間隔位置から不規則にずらして配列された不規則パターンであり、前記等間隔位置からのずれ幅が平均間隔の１／１０００〜１／１０である微小レンズアレイを具備する導光板である。
【００１７】
本発明の第９の形態は、第１〜第８のいずれかの形態である微小レンズアレイを具備する導光板と、この導光板の入射面側に配設された少なくとも１つ以上の光源から構成され、この光源からの光を前記導光板により面状に変換して照射する光照射装置である。
【００１８】
本発明の第１０の形態は、第９の形態において、前記光源は、冷陰極管とこの冷陰極管からの光を前記入射面の方向に反射させる反射板から構成される光照射装置である。
【００１９】
本発明の第１１の形態は、第９の形態において、前記光源が白色発光ダイオードから構成される光照射装置である。
【００２０】
本発明の第１２の形態は、第９の形態において、前記光源は、ＲＧＢ（赤、緑、青）三色の発光ダイオードから構成され、前記微小レンズアレイにより前記ＲＧＢ光を白色化する光照射装置である。
【００２１】
本発明の第１３の形態は、第１０又は第１１の形態の光照射装置からなるバックライトと、このバックライトから照射される面状の光を透過して画像を表示する液晶パネルから構成される液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の第１の形態によれば、導光板の入射面上及び／又は出射面上に複数の微小アナモルフィックレンズが不規則に配設された微小レンズアレイが一体形成されるから、本発明に係る導光板により点光源及び／又は線光源からの光を均一な面状の光に変換して前記出射面から射出することができる。前述のように、従来の導光板により点光源や線光源の光を平面的な光に変換するためには、導光板と光源の間に光量を均一化するための光拡散シート等を配設し、出射面側に光を集光するレンズシート等の光学部材を配設する必要があった。しかし、本発明に係る導光板は、不規則パターンを有する微小レンズアレイが一体形成されるから、光拡散シート、集光レンズシートを配設する必要がなく、これらの光学部材における光量の損失（フレネル・ロス）が無いから、光源からの光を高効率に面状光に変換することができる。本発明に係る導光板は成形型を用いた射出成形により、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）から製造することができ、又熱硬化樹脂、紫外線硬化性樹脂などの各種の光透過性樹脂から形成することができる。
また、前記微小アナモルフィッンズレンズと導光板の境界が不規則に形成されるから、この不規則パターンにより光が乱反射され、干渉パターンの形成を防止することができ、均一な面状光を射出することができる。更に、前記入射面又は出射面上に設けられた複数の微小アナモルフィックレンズは、各集光断面が同方向に配設されるから、集光断面方向を適宜設定して所望の方向に光を集光することができる。ここで、集光断面とは、前記微小アナモルフィックレンズにおいて、凸面又は凹面の曲率が最大となるレンズ断面と平行な面であり、主メリジオナル平面とも呼ばれている（Warren J. Smith, “Modern Optical Engineering (second Edition) McGraw-Hill, Inc. 1990 （非特許文献１））。本願明細書では、後述するように（例えば、図９参照）、微小アナモルフィックレンズの集光度が最も大きな断面方向とこれに平行な面方向を集光断面方向と呼ぶ。また、光軸に対して集光断面方向に垂直な面方向を非集光断面方向とし、レンズ表面の曲率が大きく、集光度が小さくなるように設計されている。本発明に係る微小アナモルフィックレンズは、集光断面方向に曲率が大きく、非集光断面方向に曲率が小さく設定されていれば良く、例えば、半円筒状の微小アナモルフィックレンズでは、短手方向の断面が集光断面方向に相当し、長手方向の断面が非集光断面方向に相当する。また、断面は光軸（又は中心軸）を軸とする回転に対して集光断面方向から非集光断面方向へ集光度が減少するように設計しても良く、集光断面方向又は非集光断面方向に平行な全ての面が略同一の曲率を有するように設計することもできる。
本発明に係る導光板は、１つ又は複数の点光源や線光源からの光を金いるな面状光に変換することができ、種々の光照射装置に利用するができる。例えば、自動車のヘッドライト、室内灯、スポットライト、液晶表示用のバックライト、発光表示板等に用いて均一な面状光を照射することができる。
【非特許文献１】Warren J. Smith, “Modern Optical Engineering (second Edition) McGraw-Hill, Inc. 1990
【００２３】
本発明の第２の形態によれば、前記入射面又は出射面上に設けられた複数の微小アナモルフィックレンズの各集光断面が前記出射面の高さ方向又は幅方向に一致するように前記微小レンズアレイが配設されるから、本発明に係る導光板を透過する光を前記集光断面方向に集束させることができる。パーソナルコンピュータ用のディスプレイやテレビジョン等に用いられる液晶表示装置では、幅方向の視野角を確保する必要があるが、利用者はほぼ同一の高さで視聴するため、高さ方向の視野角は比較的狭くても支障がない場合が多い。従って、前記集光断面を高さ方向に一致させて表示画面からの拡散を抑制し、集光することにより、高い輝度を確保することができる。
また、第２の形態の導光板を看板や非常灯などの発光表示装置、若しくは照明器具等に用いた場合においても、所定の方向に集光断面方向を設定することにより、導光板を介して光源からの光を高効率に照射することができる。例えば、照明器具により照射する領域が特定の方向にのみ拡がっている場合、前記集光断面方向を設定することにより所定の軸方向へ光の拡散を抑制して高効率に照射領域のみを照射することができる。また、発光表示装置に本発明に係る導光板を利用した場合、所望の方向への輝度を増強して、高効率に種々の情報を表示することができる。
【００２４】
本発明の第３の形態によれば、前記入射面上及び出射面上に設けられた微小レンズアレイの集光断面方向を互いに略直交させて配設した場合、平面状の透過光を一つの射出方向に集光し、高輝度の透過光を高効率に射出させることができる。例えば、携帯電話や現金自動預払機（ＡＴＭ）等に用いられる表示装置では、公共の場所で重要な個人情報を表示するものであり、視野角を狭めて１人の利用者のみに情報を提供することが求められる。従って、特定の利用者のみに情報を表示する場合、本発明に係る導光板を具備することにより、平面状の光を特定の方向のみに集束させ、利用者のみに視認可能な情報を出力する表示装置を提供することができる。また、例えば、飛行機や自動車内に設置される照明器具では、特定の対象物のみに光を照射することが求められる。本発明に係る導光板を用いれば、均一な平面状の光を集束させ所定の領域に照射することができる。
更に、第３の形態によれば、前記微小レンズアレイの集光断面方向を互いに略一致させて配設した場合、入射面で集光・散乱（均一化）された光を出射面で再度集光するから、透過光の集光度を格段に向上させることができる。従って、所定方向の光の拡散を抑制・集束させることができる。
【００２５】
本発明の第４の形態によれば、前記微小レンズアレイが大きさ及び／又は形状の異なる２種以上の微小アナモルフィックレンズから構成されるから、微小レンズアレイの不規則性が増強され、入射面及び／又は出射面において光源からの光を均一に散乱させて、強度ムラの無い面状光に変換することができる。また、レンズアレイによる干渉縞の発生を確実に防止することができる。
【００２６】
本発明の第５の形態によれば、前記微小アナモルフィックレンズの前記集光断面方向の曲率半径が０．０１ｍｍ〜１ｍｍ、前記集光断面に直交する非集光断面方向の曲率半径が１０ｍｍ〜１００ｍｍであるから、後で詳述するように、高さ方向と幅方向の集光度を好適な比率に設定することができる。即ち、好適な輝度と所定方向への拡がりを有する透過光を射出することができる。例えば、第５の形態の導光板を液晶表示装置に用いれば、幅方向の視野角が好適に保持されると共に、高さ方向に集光して好ましい輝度を有する画像を表示することができる。また、照明装置等に用いた場合には、所望の方向にのみ好適な明るさで光を照射し、不必要な方向には光を拡散させず、高効率に光を照射することができる。例えば、通路等の細長い空間では、往来方向にのみ光を拡散して照射することができる。
【００２７】
本発明の第６の形態によれば、前記微小アナモルフィックレンズの前記集光断面方向の長さが０．１〜１ｍｍ、前記非集光断面方向の長さが１〜１０ｍｍであるから、好適なレンズ面積と曲率半径を有する微小レンズアレイを有する導光板を提供することができる。従って、微小レンズアレイを透過する光を高効率に集光・拡散することができる。
【００２８】
本発明の第７の形態によれば、前記微小アナモルフィックレンズが前記集光断面方向と前記非集光断面方向の曲率が異なる円形状レンズであるから、前記微小アナモルフィックレンズを自在に不規則配列することができる。前述のように、本願明細書では、少なくとも直交する集光/非集光断面（主メリジオナル平面）方向の曲率が異なるレンズをアナモルフィックレンズと呼んでいる。半円筒状のアナモルフィックレンズに比べ、円形状のアナモルフィックレンズは、配列の自由度が高く、不規則かつ密集状態で配列することができる。従って、光を効率的に集束させると共に、射出される面状光の強度の均一性を格段に向上させることができる。
【００２９】
本発明の第８の形態によれば、前記微小レンズアレイの所定方向へのレンズ間隔が等間隔位置から不規則にずれて配列された不規則パターンであり、前記等間隔位置からのずれ幅を平均間隔の１／１０００〜１／１０に設定するから、簡易に好適な不規則パターンを設計することができる。例えば、微小アナモルフィックレンズの平均間隔を１０ｍｍに設定した場合、０．０１ｍｍ〜１ｍｍ程度上下又は左右に等間隔位置からずらして微小アナモルフィックレンズを配置することにより、簡易に不規則パターンを設計することができる。
【００３０】
本発明の第９の形態によれば、光照射装置が第１〜第８のいずれかの形態の微小レンズアレイを具備する導光板と、この導光板の入射面側に配設された少なくとも１つ以上の光源から構成されるから、均一性の高い面状光を照射する光照射装置を提供することができる。本発明に係る導光板を用いれば、前記集光断面方向を所定の方向に設定することができるから、光を照射する対象物や空間に応じて均一な面状光を射出する光照射装置を簡易に設計することができ、種々の光照射装置を提供することができる。
【００３１】
本発明の第１０の形態によれば、前記光源が冷陰極管とこの冷陰極管からの光を前記入射面の方向に反射させる反射板から構成され、前記冷陰極管からの直接光と反射板で反射された反射光を均一な面状光として照射する光照射装置を提供することができる。本発明に係る導光板に設けられた微小アナモルフィックレンズの不規則パターンにより光を乱反射させるから、光量の損失が小さく、エネルギー効率の高い光照射装置を提供することができる。
【００３２】
本発明の第１１の形態によれば、前記光源が消費電力が少なく、エネルギー効率の高い白色発光ダイオードから構成されるから、より一層の省エネルギー化を図ることができる。更に、この光源には白色発光ダイオードの光を入射面の方向に反射させる反射板を配設し、前記白色発光ダイオードからの直接光と反射板で反射された反射光を均一な面状光として照射する光照射装置を提供することができる。本発明に係る導光板に設けられた微小アナモルフィックレンズの不規則パターンにより光を乱反射させるから、光量の損失が小さく、格段にエネルギー効率の高い光照射装置を提供することができる。
【００３３】
本発明の第１２の形態によれば、前記光源がＲＧＢ（赤、緑、青）三色の発光ダイオードから構成され、この発光ダイオードからのＲＧＢ光を前記微小レンズアレイにより乱反射させて前記ＲＧＢ光を混合して均一な白色光に変換し、白色光源を提供することができる。前記光源が発光ダイオードから構成されるから、消費電力が小さく、極めてエネルギー効率の高い白色光の光照射装置を提供することができる。
【００３４】
本発明の第１３の形態によれば、第１０又は第１１の形態の光照射装置からなるバックライトと、このバックライトから照射される面状の光を透過して画像を表示する液晶パネルから構成されるから、高輝度な液晶表示装置を提供することができる。本発明に係る導光板は、不規則パターンを有する微小レンズアレイを有し、光拡散板等を必要としないから、光量の損失が低減することができ、高輝度の画像表示を実現することができる。更に、本発明に係る導光板は、集光軸方向を所定の方向に設定できるから、液晶表示装置の利用方法に応じて、視野角を自在に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明に係る装置の実施の形態を、図１〜図１１に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る液晶表示装置１の構成概略図である。この液晶表示装置１は、微小レンズアレイ２を具備する導光板４、光源６、液晶パネル８及び拡散板１０から構成され、前記導光板４の入射面４ａには、微小アナモルフィックレンズ２ａを不規則に配列した微小レンズアレイ２が一体形成されている。尚、図１では、微小レンズアレイ２の一部分のみを図示しているが、この微小レンズアレイ２は入射面４ａの略全面に形成されている（図省略）。後述するように、アナモルフィックレンズは、高さ方向と幅方向の曲率が異なり、レンズの曲率半径が小さく設定された集光断面方向と曲率が大きく設定された非集光断面方向を有し、所定の方向に異なる集光機能が付与されている。前記光源６は、冷陰極管６ａと反射板６ｂから構成され、前記冷陰極管６ａからの直接光と共に反射板６ｂによる反射光が導光板方向に照射される。
【００３６】
また、この実施例では、微小アナモルフィックレンズの長手方向がＸ軸方向に一致するように配列され、Ｙ軸方向を集光断面方向としている。従って、前記光源６から入射する光は微小レンズアレイ２と導光板本体４ｃとの境界部２ｂにより乱反射されると共に、微小アナモルフィックレンズにより入射光が前記集光断面方向に集束され、出射面４ｂから射出される面状光の光強度の均一化と共に高輝度化が図られる。換言すれば、光源６からの光が光拡散板などを介さず、前記導光板４により均一化と高輝度化が施された面状光に変換されるから、光量の損失を抑制することができる。前記面状光は、一対の偏光板８ａ、８ｂを具備する液晶パネルに導かれる。更に、大きな視野角が要求される場合、図１に示すように、拡散板１０を配設することにより、液晶パネル８を透過して画像化された面状光を光拡散板１０に入射させることにより、左右、上下方向の視野角を拡大する事が可能であり、視野角を１７０°以上まで拡大させることができる。
【００３７】
図２は、本発明に係る微小レンズアレイ３が出射面４ｂに一体形成された導光板４が配設された液晶表示装置１の構成概略図である。以下、図１に示される同一の部材については、付加的な説明が無い場合、符号及び説明を一部省略している。この実施例では、入射面４ａ側と共に出射面４ｂ側にも前記微小アナモルフィックレンズ２ａ、３ａからなる微小レンズアレイ２、３が一体形成されている。これらの微小レンズアレイ２、３は、共にＹ軸方向に集光断面方向となるように配列されている。従って、光源６からの光は、微小レンズアレイ２、３により入射面４ａ及び出射面４ｂにおいてＹ軸方向に集光されると共に、微小レンズアレイ２、３と導光板本体４ｃとの境界部２ｃ、３ｃにより光が乱反射され、光量のより一層の均一化が図られる。
【００３８】
図３は、本発明に係る微小レンズアレイ２、３の集光断面方向が互いに直交する導光板２が配設された液晶表示装置１の構成概略図である。この実施例おいて、前記導光板４の入射面４ａと出射面４ｂに一体形成された微小レンズアレイ２、３は、集光断面方向が互いに直交するように構成されている。従って、前記導光板４を透過する光は、入射面４ａにおいて微小レンズアレイ２によりＹ軸方向に集光され、更に出射面４ｂにおいて微小レンズアレイ３によりＸ軸方向に集光される。従って、ムラの無い極めて高輝度な液晶画像が提供される。また、入射面側の微小レンズアレイ２と出射面側の微小レンズアレイ３の集光度は、適宜に設計することにより、高さ方向と幅方向の所望の視野角を実現することができる。
【００３９】
図４は、本発明に係る導光板４の端面に光源が配設された液晶表示装置１の構成概略図である。バックライトユニットは、導光板４と導光板の端面に配設された光源６、６から構成され、前記光源光は入射面４ａから導光板４に入射し、全反射を繰り返して導光板４内を導波する。更に、導光板４の裏面４ｄには、印刷又は加工により回折格子やドットパターン等（図示せず）が設けられ、これらの部材に散乱された光の一部が出射面４ｂから射出される。図４では、この出射面４ｂに微小アナモルフィックレンズ２ａからなる微小レンズアレイが一体形成されており、導光板４を導波して前記出射面４ｂから射出される光は、前記微小レンズアレイにより集光断面方向に集束されると共に、前記境界部２ｃにより乱反射されて面状光の光量が均一化される。なお、図示していないが光源６、６の各々の背面には反射板を配設することができる。
【００４０】
図５は、本発明に係る微小アナモルフィックレンズ２ａの配列図である。（５Ａ）に示す微小レンズアレイ２は、Ｙ軸方向が集束方向となるように微小アナモルフィックレンズ２ａが不規則に配列されており、図１の入射面４ａに一体形成された微小レンズアレイ２の一部を示している。この微小アナモルフィックレンズ２ａは、楕円形状を有し、短手方向の曲率が大きく、長手方向の曲率が小さくなるように設計されており、前記短手方向が集光断面方向となっている。（５Ｂ）では、集光断面方向２ｃがＸ軸方向に配向するように、不規則に微小アナモルフィックレンズ２ａが配列されている。（５Ａ）と同様に、（５Ｂ）の微小アナモルフィックレンズ２ａは、短手方向の曲率が大きく、集光断面方向２ｃに設定されている。また、前記光源光は、前述のように、導光板４とこの導光板４に一体形成された微小アナモルフィックレンズ２ａの境界部２ｂ、２ｂにより前記光源光が乱反射される。
【００４１】
図６は、本発明に係る導光板４の断面概略図である。（６Ａ）は、図５（５Ａ）のＸ軸断面であり、図に示すように、前記微小アナモルフィックレンズ２ａは、導光板本体４ｃに一体形成されている。微小レンズアレイ２を具備する導光板は、好ましくは樹脂又はガラス材料の射出成形により一体形成される。（６Ｂ）は、図５（５Ａ）におけるＹ軸方向の断面図に相当する。図より明らかなように、前記微小アナモルフィックレンズ２ａの短手方向は、長手方向に比べ非常に大きな曲率を有している。
【００４２】
図７は、本発明に係る微小アナモルフィックレンズ２ａの不規則パターンの設計方法を示す説明図である。図５では、微小アナモルフィックレンズ２ａを不規則に密集させて配列していたが、不規則パターンの簡易な設計方法として、図７（７Ａ）に示すように、各微小アナモルフィックレンズ２ａを夫々の等間隔位置Ｐから不規則にずらすことによって不規則パターンを設計することができる。（７Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向にｋ番目、Ｙ軸方向にｎ番目の微小アナモルフィックレンズを等間隔位置Ｐから、Ｘ軸方向にΔＸｋｎ、Ｙ軸方向にΔＹｋｎずらし、所定の範囲内でΔＸｋｎ、ΔＹｋｎをランダムに設定することにより、不規則パターンが設計される。また、ΔＸｋｎとΔＹｋｎのいずれか一方を設定し、Ｘ軸方向又はＹ軸方向のどちらかに不規則に配置をずらすことにより、不規則パターンを設計しても良い。ΔＸｋｎのみを設定する場合、（７Ａ）に示す平均間隔ｄに対し、｜ΔＸｋｎ｜の値をｄ／１０〜ｄ／１０００の範囲でランダムに設定することができる。例えば、平均間隔ｄが１０ｍｍ程度の場合、｜ΔＸｋｎ｜の値を０．０１ｍｍ〜１ｍｍの範囲で設定すれば良い。また、ΔＸｋｎの値を固定して、ずらす方向と順番を不規則に決定して不規則パターンを設計しても良い。この方法によれば、簡易に不規則パターンを設計することができる。上述のような設計方法に基づいて微小レンズアレイの不規則パターンを設計し、この微小レンズアレイを具備する導光板の射出成形用金型を作製して、本発明に係る導光板を射出成形により高効率に生産することができる。
【００４３】
図８は、大きさの異なる２種の微小アナモルフィックレンズ５ａ、５ｂが配列された微小レンズアレイ５の構成概略図である。２種の微小アナモルフィックレンズ５ａ、５ｂを配列することにより、微小レンズアレイ３の極めて複雑な不規則パターンを設計することができる。また、図示しないが、更に複数種の大きさの異なる微小アナモルフィックレンズを用いて微小レンズアレイを構成しても良く、大きさの異なる微小アナモルフィックレンズ５ａ、５ｂの曲率は、集光断面方向が一致するように配列されていれば、同一若しくは異なっていても良い。
【００４４】
図９は、本発明に係る微小アナモルフィックレンズの集光断面方向と非集光断面方向の焦点距離ｆに関する説明図である。（９Ａ）は、微小アナモルフィックレンズ２ａの斜視図である。前記微小アナモルフィックレンズ２ａにおいて、レンズ断面２ｄでは凸面の曲率が最大となっており、前述したように主メリジオナル平面とも呼ばれている。集光断面方向２ｇは、前記微小アナモルフィックレンズ２ａの集光度が最も大きな断面方向を示している。また、集光断面方向２ｇとこれに平行な面方向を集光断面方向２ｇと呼んでも良い。光軸に対して集光断面方向２ａに垂直でレンズ断面２ｅを含む面方向を非集光断面方向２ｇと呼んでいる。（９Ａ）の微小アナモルフィックレンズ２ａでは、短手方向の断面が集光断面方向２ｆに相当し、長手方向の断面が非集光断面方向２ｇに相当し、断面は光軸（又は中心軸）を軸とする回転に対して集光断面方向２ｆから非集光断面方向２ｇへ集光度が減少するように設計されている。
【００４５】
レンズの公式は、下記の（１）式のように表される。
１／ｆ＝（ｎ−１）［（１／Ｒ１）−（１／Ｒ２）
＋ｔ（ｎ−１）／（Ｒ１・Ｒ２・ｎ）］      （１）
ここで、ｆは焦点距離、ｎは屈折率、Ｒ１は出射側（図では凸面側）の曲率半径、Ｒ２は入射側（図では平面側）の曲率半径、ｔはレンズの厚さを示している。尚、本発明では導光板と微小アナモルフィックレンズが一体形成されているが、入射側に境界があると仮定する。（９Ｂ）には、非集光断面方向２ｇの断面、すなわち、（９Ａ）に示した微小アナモルフィックレンズのＸ−Ｘ断面（レンズ断面２ｄ）が示されている。（９Ｂ）において、入射側では、Ｒ２〜∞であるので（１）式は、屈折率ｎをｎ＝１．５とおくと
１／ｆＸ＝（１．５−１）（１／Ｒ１）                          （２）
となる。従って、曲率半径Ｒ１の範囲を１ｍｍ≦Ｒ１≦１０ｍｍに設定した場合、（２）式より非集光断面方向２ｇの焦点距離ｆＸはｆＸ＝Ｒ１／０．５＝１〜１０／０．５＝２〜２０ｍｍとなる。同様に、（９Ｃ）に示す（９Ａ）に示した微小アナモルフィックレンズのＹ−Ｙ断面（レンズ断面２ｅ）では、曲率半径Ｒ１の範囲を０．０４ｍｍ≦Ｒ１≦０．４ｍｍに設定した場合、集光断面方向２ｆの焦点距離ｆＹはｆＹ＝Ｒ１／０．５＝０．０４〜０．４／０．５＝０．０８〜０．８ｍｍとなる。即ち、この実施例では、非集光断面方向２ｇに比べ、集光断面方向２ｆの焦点距離ｆＹが１／２５に設定されており、高い集光度を有している。更に、ここで、長手方向の直径Ｄｘは１〜１０ｍｍに、短手方向の直径Ｄｙが０．１〜１ｍｍに設定されることが好ましく、さらに直径Ｄｘは１〜５ｍｍに、短手方向の直径Ｄｙが０．１〜０．５ｍｍに設定されることがより好ましい。
【００４６】
図１０は、本発明に係る微小アナモルフィックレンズの他の形態を示す構成概略図である。この微小アナモルフィックレンズ２ａでは、短手方向のレンズ断面２ｄの曲率が略同一となるように設計されており、集光断面方向２ｆの集光度が各断面で同一となるように形成されている。また、同様に、長手方向のレンズ断面２ｅの曲率が略同一となるように設計されており、非集光断面方向２ｇの集光度が各断面で同一となるように設計されている。このような微小アナモルフィックレンズ２ａを配列することにより、前記微小レンズアレイによる集光度の設定を比較的容易に行うことができる。
【００４７】
図１１は、本発明に係る微小アナモルフィックレンズの他の形態を示す構成概略図である。本発明に係る微小アナモルフィックレンズは、集光断面方向が設定可能であり、所定の方向に集光機能を有していれば良く、（１１Ａ）〜（１１Ｂ）に示すような円形状の微小アナモルフィックレンズ５を用いても良い。即ち、本願明細書において、微小アナモルフィックレンズは、光軸に直交する面内の形状が異なる曲率を有し、これら２断面の一方が高い集光機能を有するものと定義している。この円形状微小アナモルフィックレンズ５は、（１１Ａ）に示すように、上面からは直径Ｄの略円形の形状を有し、側面図（１１Ｂ）及び（１１Ｃ）に示すように、焦点距離ｆＸの長い非集光断面方向に比べ、焦点距離ｆＹの短い集光断面方向では、曲率が大きくなるように設計されている。
【００４８】
図１２は、本発明に係る液晶表示装置１の光源１２がＲＧＢ（赤、緑、青）発光ダイオードである場合の構成概略図である。この液晶表示装置１では、光源１２がＲＧＢ発光ダイオードから構成され、赤色（Ｒ）発光ダイオード１２ａ、緑色（Ｇ）発光ダイオード１２ｂ及び青色（Ｂ）発光ダイオード１２ｃが配列されている。本発明に係る導光板４を配設することにより、ＲＧＢ発光ダイオード１２ａ、１２ｂ、１２ｃからの光は、前記導光板４に一体形成された不規則パターンを有する微小レンズアレイ２、２により乱反射され、ＲＧＢ発光ダイオード光が混じり合って白色化されると共に、射出される面条光光量の均一化が図られる。更に、この実施例では、入射面４ａと出射面４ｂに集光断面方向が互いに直交するように微小レンズアレイが一体形成されており、格段の高輝度化が可能である。
【００４９】
図１３は、本発明に係る液晶表示装置１の白色光源１４が白色発光ダイオード１４ａ、１４ｂから構成される場合の構成概略図である。図１２の光源１２を構成するＲＧＢ発光ダイオード１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、全てを白色（Ｗ）発光ダイオード１４ａ、１４ｂ、・・に置き換えることができ、図１３では、白色（Ｗ）発光ダイオード１４ａから白色光源１４が構成されている。本発明に係る導光板４により白色光源１４の光は、均一な面状光に変換される。前記導光板４に不規則パターンを有する微小レンズアレイ２、３が一体形成されるから、付加的な光学素子の個数を減じることができ、光量の損失を低減できると共に、消費電力が低く、エネルギー効率の高い白色発光ダイオード１４ａを白色光源１４として用いるから、より一層の省エネルギー化が実現される。
【００５０】
本発明は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る導光板は、入射面上及び／又は出射面上に複数の微小アナモルフィックレンズが不規則に配設された微小レンズアレイが一体形成され、光拡散シート、集光レンズシートを配設する必要がなく、これらの光学部材における光量の損失が無いから、光源からの光を高効率に面状光に変換することができる。本発明に係る導光板は、１つ又は複数の点光源や線光源からの光を金いるな面状光に変換することができ、種々の光照射装置に利用するができる。例えば、自動車のヘッドライト、室内灯、スポットライト、液晶表示用のバックライト、発光表示板等に用いて均一な面状光を照射することができる。更に、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）用のディスプレイやテレビジョン等に用いられる液晶表示装置では、幅方向の視野角を確保する必要があるが、本発明に係る導光板によれば、前記集光軸を高さ方向に一致させて表示画面からの拡散を抑制し、集光することにより、高い輝度を確保することができる。
【００５２】
また、本発明に係る導光板を看板や非常灯などの発光表示装置、若しくは照明器具等に用いた場合においても、所定の方向に集光断面方向を設定することにより、導光板を介して光源からの光を高効率に照射することができる。更に、平面状の透過光を一つの射出方向に集光し、高輝度の透過光を高効率に射出させることができ、携帯電話や現金自動預払機（ＡＴＭ）等に用いられる表示装置において、利用者のみに視認可能な情報を出力する表示装置を提供することができる。また、飛行機や自動車内に設置される照明器具では、均一な平面状の光を集束させ所定の領域に照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る液晶表示装置の構成概略図である。
【図２】本発明に係る微小レンズアレイが出射面に一体形成された導光板４が配設された液晶表示装置の構成概略図である。
【図３】本発明に係る微小レンズアレイの集光断面方向が互いに直交する導光板２が配設された液晶表示装置の構成概略図である。
【図４】本発明に係る導光板の端面に光源が配設された液晶表示装置１の構成概略図である。
【図５】本発明に係る微小アナモルフィックレンズの配列図である。
【図６】本発明に係る導光板の断面概略図である。
【図７】本発明に係る微小アナモルフィックレンズの不規則パターンの設計方法を示す説明図である。
【図８】本発明に係る大きさの異なる２種の微小アナモルフィックレンズａ、３ｂが配列された微小レンズアレイの構成概略図である。
【図９】本発明に係る微小アナモルフィックレンズの集光断面方向と非集光断面方向の焦点距離ｆに関する説明図である。
【図１０】本発明に係る微小アナモルフィックレンズの他の形態を示す構成概略図である。
【図１１】本発明に係る微小アナモルフィックレンズの他の形態を示す構成概略図である。
【図１２】本発明に係る液晶表示装置の光源がＲＧＢ（赤、緑、青）発光ダイオードである場合の構成概略図である。
【図１３】本発明に係る液晶表示装置の光源が白色発光ダイオードから構成される場合の構成概略図である。
【図１４】従来の液晶用照明装置である。
【図１５】従来の導光板が配設された液晶表示装置の分解状態の斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
１        液晶表示装置
２        微小レンズアレイ
２ａ      微小アナモルフィックレンズ
２ｂ      境界部
２ｃ      集光断面方向
２ｅ      レンズ断面
２ｄ      レンズ断面
２ｆ      集光断面方向
２ｇ      非集光断面方向
３        微小レンズアレイ
３ａ      微小アナモルフィックレンズ
３ｂ      境界部
４        導光板
４ａ      入射面
４ｂ      出射面
４ｃ      導光板本体
４ｄ      裏面
６        光源
６        反射板
８        液晶パネル
８ａ      偏光板
８ｂ      偏光板
１０      光拡散板
１２      光源
１２ａ    赤色（Ｒ）発光ダイオード
１２ｂ    緑色（Ｇ）発光ダイオード
１２ｃ    青色（Ｂ）発光ダイオード
１４      白色光源
１４ａ    白色発光ダイオード
１０１    液晶表示装置
１０４    導光板
１０６    光源
１０６ａ  熱陰極Ｕ字管
１０６ｂ  反射板
１０７    拡散板
１０８    液晶パネル
１０８ａ  入射偏光板
１０８ｂ  出射偏光板
１０９    プリズムシート
１１１    透光散乱膜
１１０    光拡散シート
ｄ        平均距離
Ｄ        直径
ｆＸ       焦点距離
ｆＹ       焦点距離
Ｐ        等間隔位置
ｔ        厚さ
【図１】
0004638815.tif 000002
【図２】
0004638815.tif 000003
【図３】
0004638815.tif 000004
【図４】
0004638815.tif 000005
【図５】
0004638815.tif 000006
【図６】
0004638815.tif 000007
【図７】
0004638815.tif 000008
【図８】
0004638815.tif 000009
【図９】
0004638815.tif 000010
【図１０】
0004638815.tif 000011
【図１１】
0004638815.tif 000012
【図１２】
0004638815.tif 000013
【図１３】
0004638815.tif 000014
【図１４】
0004638815.tif 000015
【図１５】
0004638815.tif 000016