(57)【要約】 【課題】  導光板と、該導光板の側面に配した発光源を有し、発光源の発光を導光板により光路変換して面状の照明光を出射する面状光源において、照明光の明るさを維持しつ輝度の均一性を向上する。【解決手段】  導光板１と、該導光板の側面に配した発光源２と、その発光源から前記導光板に入射する光線を導光板により光路変換して導光板の上面１ａより面状の照明光を出射する面状光源２０を、前記導光板の下面１ｂに異方性拡散面１ｈを形成するとともに、その下面に対向して反射部材６を設けた構成とし、異方性拡散の効果を高め、照明光の輝度の均一性を向上する。【選択図】  図１  
2005228717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光板と、該導光板の側面に配した発光源と、その発光源から前記導光板に入射する光線を導光板により光路変換して導光板の上面より面状の照明光を出射する面状光源において、前記導光板の下面に異方性拡散面を形成するとともに、その下面に対向して反射部材を設けてなることを特徴とする面状光源。
【請求項２】
前記異方性拡散面から導光板の下方に出射した拡散光が前記反射部材により反射されて再度異方性拡散面に入射し導光板内部に、２回の拡散により加重された異方性の拡散光を生ずることを特徴とする請求項１に記載の面状光源。
【請求項３】
前記異方性拡散面はホログラム拡散面又はヘアーライン拡散面であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の面状光源。
【請求項４】
前記導光板の上面に複数のプリズムを設けてなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の面状光源。
【請求項５】
前記導光板の上面は水平面とし、その下面は前記発光源から離れるに従い上面からの厚みが薄くなる傾斜面として、その傾斜面に異方性拡散面を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の面状光源。
【請求項６】
前記導光板の上面の一部に異方性拡散面を形成したことを特徴とする請求項５に記載の面状光源。  
【請求項７】
前記導光板の下面に拡散特性の異なる２種類の異方性拡散面を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の面状光源。
【請求項８】
前記導光板の上方に拡散板その他の光路修正手段を配したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の面状光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は例えば液晶パネルを背面より照射するバックライトに係る面状光源に関し、特に導光板と導光板の側方に配した発光ダイオード等の発光源（および好ましくは導光板の上方に配した拡散板等の方向制限手段）を有し、発光源からの光を導光板により光路変換してその上面より面状の光束を出射し、さらに好ましくは前記方向制限手段により、面状の光束を所望の方向に揃えて、照明光を出射する面状光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯端末機器や、ラップトップコンピュータ等に用いられる液晶パネル等の表示装置の照明手段として、面状光源よりなるバックライト装置が知られている。かかる面状光源は、例えば図１２に示すような構成をなしている（特許文献１参照）。図１２において（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。図１2において、１２０はバックライトユニット（面状光源）であり、１０２はＬＥＤ(発光ダイオード)，１０１は導光板、１０３は拡散板、１０４はＰｙプリズムシート、１０５はＰｘプリズムシート、１０６は反射板、１０７は透過型又は半透過型の液晶表示板である。ＬＥＤ１０２はＬＥＤ基板１０２ｂに保持されて導光板１０１の側面１０１ｃに対向する位置に配置され、導光板１０１の上方には拡散板１０３、Ｐｙプリズムシート１０４、Ｐｘプリズムシート１０５が順次重ねて配置される。反射板１０６は導光板１０１の下面１０１ｂに対向、近接して配置される。ＬＥＤの発光は、導光板１０１の側面１０１ｃから入射し、導光板１０１の上面１０１ａと下面１０１ｂの間で反射を繰り返しながらその内部を伝播し、その間に平滑な上面１０１ａから上方に出射する。下面１０１ｂは細かな凹凸を有する乱反射面となっており、光の反射及び屈折の法則により、この面に入射した内部光を上面１０１ａに向けて反射したり、反射板１０６に向けて出射したりする。反射板１０６は下面１０１ｂから屈折により下方に出た光を反射させて内部に戻し、光の利用効率を上げる作用をなす。
【特許文献１】特願２００２−１４６５８９（特開２００３−３３７３３３）  図１７
【０００３】
導光板１０１の上面１０１ａからの出射光は拡散板１０３に達し、ここで光の方向が中程度の範囲に絞り込まれる。更に、Ｐｙプリズムシート１０４によりｙ方向の角度が絞り込まれ、Ｐｘプリズムシート１０５によりｘ方向の角度が絞りこまれ、最終的には出射光を略ｚ方向に揃える。このｚ方向に揃った光線が液晶表示板１０７に入射することにより液晶を透過する光の状態を理想的なものとし、鮮明でＳＮの高い表示を可能とする。
【０００４】
しかし、このような面状光源においては以下に述べるような問題がある。すなわち、前記下面１０１ｂの反射面においては様々な方向に光を反射するので、上面１０１ａに入射する光線の中には図１２（ｃ）に示すように臨界角に近い角度で入射する光線も少なくない。このような光線は法線に対し９０°に近い角度すなわち水平に近い角度の屈折をする。このような場合、拡散板１０３に達しないか、達したとしても入射角が大きいので、この光線を効率よく方向変換して、拡散板１０３からＰｙプリズムシート１０４に向け出射することが困難となる。このようにして、全体的に見れば、ＬＥＤ１０２から導光板１０１内に入射した光を効率よく照明光に変換し、十分に明るい照明光を得ることが困難であるという問題があった。
【０００５】
そこで、この点を改善すべく図１３（ａ）に示すように導光板１０１の上面１０１ａに、ホロ拡散又はヘアーライン拡散を生ずる異方性の拡散面１０１ｈを設けてなる導光板１０１を用いた面状光源が考えられる。この例においては、導光板１０１の下面１０１ｂには複数のプリズムが設けられている。他の構成は図１２に示した面状光源１２０と略同様とする。このような技術は例えば、特許文献２に示す公知の原理を利用したものである。すなわち、導光板の上面１０１ａの表面に所定のホログラムに類する異方性の拡散面１０１ｈを形成し、異方性の拡散面１０１ｈに対する光線の入射角が臨界角に近い場合も含めて、出射角が９０°(水平方向)から離れた所望の角度となる錐状の拡散光φ０１を出射するようにすることができる。このようして、上記の図１２（ｃ）に示した拡散板１０３に対する入射角が大となるという問題が改善され、拡散板（１０３）に入射する光の利用効率を高め、照明光の明るさを上げることができる。
【特許文献２】米国特許第６３４７８７３Ｂ１明細書  ５頁
【０００６】
ここで、拡散光φ０１の断面は図１３（ｂ）のＢ−Ｂ断面図に示すように異方性の拡散光となっている。このように拡散面１０１ｈはそのライン方向に拡散性の高い異方性の拡散面となっている。複数の拡散面１０１ｈの幅方向の拡散はお互いにカバーできるので、幅方向よりもライン方向に高い拡散性が要求されるからである。
【０００７】
しかし、このように改良された面状光源においても、よく検討すれば、以下のような問題点が見出される。これを図１３（ｂ）、（ｃ）を用いて説明する。これらの図面は図１３（ａ）に示す導光板１０１の入光側面１０１ｃの近傍の部分において、ＬＥＤ１０２から導光板１０１内部に入射した光線の光路を示す拡大図である。問題を簡単に説明するため、上面の拡散面１０１ｈにおける反射を受けない場合と受ける場合に分けて、その代表的な場合について説明する。すなわち、図１３（ｂ）に示すように、下面１０１ｂに１本の光線ｓ０１が入射した場合と、上面の拡散面１０１ｈに１本の光線ｓ０２が入射した場合を考える。光線ｓ０１は屈折により下面１０１ｂのプリズム面を出射した後、反射板１０６で反射されて再び下面１０１ｂに達し、この面を屈折により透過して上面１０１ａの拡散面１０１ｈに臨界角以下で臨界角に近い入射角で入射するものとする。そしてここで反射することなく所定の角度範囲の拡散光φ０１を出射する（この場合は平滑な面と異なり、水平に近い角度とはならない。）。
【０００８】
次に、上面の拡散面１０１ｈに入射した光線ｓ０２については、最初の入射角が臨界角を超えるものとする。この場合であっても、平滑な面の場合のように入射光が１００％全反射されるのではなく、拡散の作用により、かなりの部分が図１３（ｂ）の点線で示す副次拡散光φｓとして外部に出射し、残りの部分が反射光として下面１０１ｂを経て反射板１０６に達し、ここで反射されて再び下面１０１ｂに達し、この面を屈折により透過して上面の拡散面１０１ｈに達する。反射するたびに下面１０１ｂのプリズムの作用により拡散面１０１ｈに対する入射角は少しずつ減少してくる。この例の光線ｓ０２場合は、拡散面１０１ｈにおける２回の反射を経て入射角が臨界角の以下となり、拡散光φ０２のみを外部に出射する。この場合、拡散光φ０２の強度は、前記光線ｓ０１の拡散光φ０１に比較して弱くなっている。これは  反射のたびに副次拡散光φｓの分だけ光線の強度が弱められからである。  図１３（ｃ）は図１３（ｂ）に示した拡散光φ０１と拡散光φ０２が拡散板１０３入射する範囲を示す。ここで、W０１およびW０２はそれぞれ、拡散光拡散光φ０１および拡散光φ０２が拡散板１０３をカバーする幅を示す。この幅W０１およびW０２は導光板と拡散板の隙間を大きくすることができないため、広くすることができない。
【０００９】
以上に述べた光線ｓ０１とｓ０２の光路に例示されるように、１本の内部光の光線については、これが拡散面１０１ｈに入射して拡散光を出射しても、導光板１０１と拡散板１０３の隙間を大きくできないため、拡散板１０３をカバーする範囲（Ｗ０１等）は狭い範囲となる。よって、拡散光により広い範囲をカバーするには、様々な入射角度の内部光線を拡散面１０１ｈに入射させて拡散光（φ０１等）の出射する位置をずらせて行く必要がある。そして、拡散光の出射する位置を図上で右側にずらせるほど、拡散面１０１ｈにおける反射が必要となり、反射するたびに光線の光量が低下する傾向がある。よって、導光板１０１を発する出射光の輝度は、入光側面１０１ｃから離れて図上の右に行くほど弱くなり、このため、拡散板１０３への入射強度も右側に行くに従がって弱くなり、輝度の分布は不均一となる。拡散板１０３を通過した光線は図１２に示すようなＰｙプリズムシート（１０４）、Ｐｘプリズムシート（１０５）を経て垂直方向（ｚ方向）に方向を整えられて照明光となるが、拡散板１０３における入射光の輝度ムラが照明光に反映されて、照明光の輝度ムラを生ずる。
【００１０】
以上に述べたように、上面に異方性の拡散面（１０１ｈ）を形成した導光板を有する面状光源においては、導光板の右端に近くなるほど（ＬＥＤ１０２から遠い部分）において、異方性の拡散面から出射する拡散光が弱くなる部分を生じこれにより、導光板より拡散板等の光路修正手段に入射する光の輝度は場所に依存して不均一となり、この傾向は光路修正手段を経て光線が照明光として液晶表示板（図１２（ｂ）の１０７参照）等に入射する際にも残り、照明光の輝度が不均一となり、照明の品質が低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記したように、面状光源における照明光の輝度の向上を目的として、導光板にホログラムやヘアーライン等の異方性拡散面を形成し、拡散角度を制限する機能を有する面状光源において、従来は導光板より上方へ出射する出射光の輝度が不均一となる傾向が強く、このため面状光源の照明光の輝度の均一性を保つことが困難であった。本発明はこのような輝度の不均一の問題を改善し、照明光の輝度のレベルが高く、且つ輝度の分布も十分に均一である面状光源を実現することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
導光板と、該導光板の側面に配したＬＥＤ等の発光源と、その発光源から前記導光板に入射する光線を導光板により光路変換して導光板の上面より面状の照明光を出射する面状光源において、従来とは逆に、前記導光板の下面に異方性拡散面を形成するとともに、その下面に対向して反射手段を設け、前記異方性拡散面から導光板の下方に出射した拡散光が前記反射手段により反射されて再度異方性拡散面に入射し導光板内部に、２回の拡散により加重された、広がりの大きい異方性の拡散光を導光板の上面向けて生じさせるようにする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の面状光源は、前記導光板の上面ではなく、その下面に前記ヘアーライン拡散面、ホログラム拡散面等の異方性拡散面を形成するとともに、導光板の下面に対向して反射シート等の反射手段を設けているので、以下のような効果を有する。(1)導光板にＬＥＤ等の発光源から入射して内部光となった光線のうち、下面に入射したものは、異方性拡散面により所定の角度で拡散されて反射手段に入射し、ここで、反射された後再び異方性拡散面に入射して、拡散により更に異方性が強められた角度範囲で導光板の上面に向かうが、このとき反射手段の反射を挟んだ２度の拡散と光路長の増加の影響により、上面に達する入射光の到達範囲が広くなる。(2)又、導光板の上面に直接又は下面の反射を経て入射した内部光も大部分が全反射により下面の異方性拡散面に入射し、以後、上記と同様の拡散・反射・拡散を経て上記とはズレた別の広い到達範囲において光強度を十分に維持しつつ導光板の上面に到達する。(3)このようにして、導光板の上面にはほぼ全域に渡って異方性拡散を経た内部光が所望の入射角において到達し、これが屈折により上方に出射する。  
【００１４】
このため、拡散板その他の光路修正手段を用いて、導光板からの出射光を垂直方向の照明光とした場合には、特に、光の利用効率が上がり、明るさのレベルが高く、輝度の均一性に優れた照明光を出射する面状光源を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための形態は、例えば、導光板と、該導光板の側面に配したＬＥＤと、前記導光板の下面に対向して配した反射板（又は反射シート）を有し、導光板の上方に拡散板、および１対のプリズムシートが順次重ねて配置された面状光源において、前記導光板の下面にヘアーライン拡散面、ホログラム拡散面等の異方性拡散面を形成したものである。
【００１６】
本発明に係る面状光源の実施例の説明に先立ち、本発明に用いられるホログラム拡散又はヘアーライン拡散と呼ばれる異方性拡散の原理につき説明する。図７は異方性拡散の概念を説明する図である。図７（ｃ）はｘ、ｙ、ｚの直交座標を示す。図７（ｂ）に示すようにｙｚ面で見て、レーザー光源Ｌからコヒーレント（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）な光線ｓが異方性拡散面Ｈに垂直に入射したとき、拡散光φを生ずる。このとき、拡散光φをｘｙ平面に平行なＡ−Ａ断面で切ると、その断面の形状は、図７（ａ）に示すようにｘ方向に長くｙ方向に短い異方性の形状を示す。すなわち、拡散光φはｙ方向よりもｘ方向の大きく拡散する異方性の拡散光となる。
【００１７】
次に、このような異方性の拡散光を出射するホログラムの１例について説明する。ホログラムは、物体光と参照光が干渉して生ずる定在波の位相情報を記録したものであり、このホログラムに参照光を入射することにより、回折光として物体光を再生するものである。ホログラムの中には、干渉光の位相情報を濃淡としてではなく、表面の凹凸としてホログラムの表面に記録してなる、フォトレジスト等を用いた「表面レリーフ型ホログラム」と呼ばれるものがある。図８（ａ）は物体光として異方性拡散光を生ずる「表面レリーフ型ホログラム」の1部を示すモデル図である。図８（ａ）において、Hは当該ホログラム、Ｈｄは溝状の凹部、Hｋは略フラットな凸部である。図８（ａ）に示すようにｙ方向に伸びる複数の平行な細長い溝状の凹部Ｈｄがｘ方向に配列しており、これら凹部Ｈｄと凹部Ｈｄの間が略フラットな凸部Hｋとなっている。凸部Hｋのｙ方向の幅をｂとし、凸部Hｋ同士のｘ方向の間隔をｄとする。図８（ｂ）に示すように、ｘz面において、ホログラムＨの面（ｘｙ面）に対し垂直方向（ｚ方向、入射角０°）に光線ｓを入射させると、各凸部Ｈｋに達した光は夫々が波源となって素源波を出し、この素源波の強め合う方向に回折光を生ずる。（なお、凹部Ｈｄに達した光は乱反射されて、ほとんどホログラムＨを透過しない。）このうち、０次回折光ｓ０は入射光ｓと同方向であり出射角は０°となるが１次回折の出射角θ１については、光線ｓの波長をλとすれば、図８（ｂ）にも示すように、  
ｓｉｎθ１＝±λ／ｄ  ・・・（１）
の関係が成立する。（１）式より、（凸部の）間隔ｄを選択することにより、θ１を０°から±９０°まで変えることができる。図８（ｂ）に示す拡散をマクロに見れば図８（ｃ）に示すように１本の光線ｓが拡散面としてのホログラムHにより、ｘｚ面においては、扇形の拡散光φｘとして２θ１の角度幅に拡散されたこととなる（２θ１以内の角度については間隔ｄを適切にばらつかせることにより、拡散光を十分に分散させることができる。）。
【００１８】
図８（ｄ）に示すように、ｙｚ面において、ホログラムＨの面に対し垂直方向に光線ｓを入射させると、凸部Ｈｋの幅ｂの中央部を通過する光はそのまま直進するが凸部Ｈｋの幅ｂの端部付近を通過する光は回折により回折角θｙだけｙ方向に回り込む。ここで、この回折角θｙについては凸部の幅ｂと波長λに依存して  
ｓｉｎθｙ＝±λ／ｂ  ・・・（２）
の関係が成立する。（１）式と（２）式を比較すれば、凸部の幅ｂを凸部間隔ｄよりも十分に大とすることにより、回り込みの回折角θｙを前記出射角θ１よりも十分に小とすることができる。図８（ｄ）の回り込みによる回折をマクロに見れば図８（ｅ）に示すように１本の光線ｓが拡散面としてのホログラムＨ（以下にホログラム拡散面Ｈという。）により、ｙｚ面においては、扇形の拡散光φｙとして２θｙの角度幅に拡散されたことになる。
すなわち、図８（ｃ）に示すｘｚ面における拡散光の角度幅（２θ１）は図８（ｅ）に示すｙｚ面における拡散光の角度幅（２θｙ）よりもかなり大となる。このように切断面の方向により、拡散の角度幅が異なるので、異方性の拡散がなされることとなり、上記のホログラム拡散面Ｈは異方性拡散面となる。
【００１９】
次に、実際に面状光源における導光板の面に形成されたホログラムによる異方性拡散面の例につき説明する。図９（ａ）に示すように、導光板Ｄの面上に図８に示した凹凸状のホログラムのホログラム拡散面Ｈが形成されている場合につき説明する。このような導光板Ｄは、フォトレジストにより干渉光の濃淡に対応した位相情報を、表面の凹凸として記録した図８に示すような表面レリーフ型の位相ホログラムの表面形状を、例えばメッキ技術等を利用して金属型に転写し、その金属型を射出成型金型に組み込むことにより成型することができる。図９（ｂ）に示すようにｘｚ面において、導光板Ｄの内部で、光線ｓがホログラム拡散面Ｈに入射角θで入射した場合、各凸部Ｈｋに達した光は夫々が波源となって素源波を出し、この素源波の強め合う方向に回折光を生ずる。この場合０次回折光ｓ０の出射角をθ０、導光板Ｄの屈折率をｎとすれば、
ｓｉｎθ０＝ｎｓｉｎθ  ・・・（３）
となる。１次回折光ｓ１の出射角θ１については
ｓｉｎθ１＝ｎｓｉｎθ±（λ／ｄ）＝ｓｉｎθ０±（λ／ｄ）・・・（４）
となる。（３）式に示すように、０次回折光に関しては、スネルの屈折の法則が成立つ。（４）式に示すように一次回折光の出射角θ１は０次回折光の出射角θ０の前後に振り分けられる。これにより１次回折光として、図９（ｂ）に示すｓ１＋とｓ１−を生ずる。（ただし、ｄが小となって    λ／ｄ＞２  となる場合は  
｜ｓｉｎθ０±（λ／ｄ）｜  ＞  １  となり、（４）式は成立たなくなり、１次回折光ｓ１は存在しなくなり、０次回折光ｓ０のみが存在するようになる。
すなわち、波源の間隔ｄが狭まってくると平滑な面と同様のスネルの法則による屈折のみが存在し、拡散面とはならない。）一般に凸部Ｈｋの間隔ｄは波長λの数倍程度のものが選択される。
【００２０】
図９（ｂ）に示す拡散をマクロに見れば図９（ｃ）に示すように１本の光線ｓがホログラム拡散面Hの拡散により、ｘｚ面においては、扇形の拡散光φｘとして０次光ｓ０の回りに１次回折光ｓ１＋とｓ１−の間に広がっていることとなる。なお、ｚｙ面における拡散は図８（ｅ）に示した拡散と同様であり、本例のように導光板Ｄの表面に干渉光の位相情報に対応した凹凸よりなるホログラム拡散面Hを形成した場合も、異方性拡散を生ずることとなる。
【００２１】
又、本例において、図９（ｄ）に示すように入射光ｓのホログラム拡散面Hに対する入射角θが大きくなって臨界角を超えた場合は０次回折光ｓ０はスネルの法則による全反射の反射角に等しいθ０の反射光となるが、そのほかに（４）式に従がう１次回折光ｓ１＋、ｓ１−と式は省略するが２次回折光ｓ２―を生ずる。この図の場合はｓ１−とｓ２−はホログラム拡散面Hを透過して外部に拡散光φｘとして外部に出射する。このように入射角θが臨界角を超えた場合でも入射光の１００％が全反射されるのではなく、１部が反射され残りの部分は外部に拡散される。これは、図１３（ｂ）に示したφｓに相当する。
【００２２】
次に、図１０（ａ）に示すように導光板Ｄの表面に微小なプリズムｐｈがx方向に配列してなるヘアーライン拡散面Ｈｐが複数本設けられてなる異方性拡散面の例につき説明する。この場合、プリズムｐｈの間隔ｄとプリズムｐｈの幅ｂをそれぞれ図９（ａ）に示すホログラム拡散面Ｈの格子の間隔ｄおよび幅ｂと等しいか同程度とする。図８（ｂ）に示すように、導光板Ｄの内部からヘアーライン拡散面Ｈｐに向けて入射角θで光線ｓが入射したとき、各プリズムｐｈの斜面に達した光は夫々が波源となって素源波を出し、この素源波の強め合う方向に回折光を生ずる。この場合０次回折光ｓ０の出射角θ０については、前記の（３）式が成立ち、１次回折光ｓ１については（４）式が成立つ。微小プリズムの配列でその間隔が波長λの数倍程度のものにおいては、プリズムの傾斜角とは無関係に、図９に示した回折格子状の異方性拡散面Hと同様の異方性の拡散を生ずることとなる。図１０（ｃ）は図１０（ｂ）の拡散をマクロに見た場合のｘｚ面における拡散光φｘを示す図である。
【００２３】
次に、図１０（ｄ）に示すように導光板Ｄ（屈折率：ｎ）の表面に設けられたヘアーライン拡散面Ｈｐに対し外部（空気中）より光線ｓが入射角θで入射したときは、導光板Ｄの内部において０次回折光ｓ０と１次回折光ｓ１の拡散が行われるが、この時、入射角θと０次回折光の出射角θ０の間には、スネルの法則により
ｓｉｎθ０＝（ｓｉｎθ）／ｎ  ・・・・（５）
の関係が成立する。そして１次回折光ｓ１の出射角θ１との間には
ｓｉｎθ１＝［ｓｉｎθ±（λ／ｄ）］／ｎ＝ｓｉｎθ０±（λ／ｎｄ）・・・・（６）
の関係が成立する。すなわち、図１０（ｄ）に示すように、逆に外部から光線ｓが入射した場合も、ｘｚ面で見れば導光板Ｄ内部において０次回折光ｓ０の周囲に１次回折光ｓ１＋とｓ１−が分散してなる扇形の拡散光φｘを生ずることとなり、図１０（ｃ）に示した拡散光と同様に異方性の拡散光を生ずることとなる。
【００２４】
次に、図１１は導光板Dの表面にプリズムｐｈよりなるヘアーラインHpが配列されている場合であって、プリズムのｐｈのピッチ間隔ｄが幅が波長λに比較して十分に大である場合を示す。この場合は隣合うプリズムｐｈを発する光同士の干渉による１次回折角（θ１）は（４）式により０次回折角（θ０）にほぼ一致し、１次回折光ｓ１は存在しないとみなされる。そして０次回折光ｓ０の出射角θ０については、プリズムのｐｈの斜面ｐｓの面に関してスネルの法則が成立つ（ヘアーラインの面Ｈｐに対してスネルの法則が成立つのではない）。この点においては、通常の大きなプリズムと同様である。しかし、通常の大きなプリズムと微小プリズムの間の中間的なプリズムにおいては、プリズムｐｈの斜面ｐｓに入射した光線ｓは図１１（ａ），（ｃ）に示すように斜面ｐｓの端部において回り込みにより回折角θｒなる回り込み回折を生ずる。この回折角θｒは（２）式で示した回り込みの回折角と同様の性質を有しており、斜面ｐｓの長さが大となるほど小となる。図１１（ａ）においては、斜面ｐｈの傾斜角βは入射角θと等しくなっており、光線ｓは斜面ｐｓに垂直に入射するので、入射角θと０次回折光ｓ０の出射角θ０は  θ０＝θ  の関係にあり、その回りにθｒだけ回り込んだ回折光ｓｒが拡散する。これをマクロに見れば、図１１（ｂ）に示す扇形の拡散光φｘとなる。
【００２５】
次に、図１１（ｃ）に示すようにプリズムの斜面の傾斜各βが増加して行くと０次回折光ｓ０の方向は入射光ｓに対し屈折作用により左方に折れ曲がり、ヘアーラインの面ＨＰに対し垂直に近づいてくる。そして、その回りにθｒだけ回り込んだ回折光ｓｒが拡散する。これをマクロに見れば、図１１（ｄ）に示す扇形の拡散光φｘとなる。この場合、入射光ｓの延長から外れた左方向にも拡散の範囲が広がることになる。
なお、上記の図１１の説明にいては、拡散光の広がりは回り込み角度θｒに依存するものとして説明したが、これに限らず回り込み角度θｒが小さい場合でも、斜面ｐｈの傾斜角βをばらつかせることにより、０次回折光ｓ０の出射角θ０にバラツキを与え、結果的に出射光の角度幅を広げることもできる。
【００２６】
以上にホログラム拡散面およびヘアーライン拡散面による異方性拡散面につき述べたが、本発明に用いる異方性拡散面はこれ等に限るものではなく、図示は省略するが複数の楕円、放物線、双曲線等の曲線状の明暗、凹凸よりなるものであって、異方性の拡散作用を有するものも異方性拡散面に含まれる。
【実施例１】
【００２７】
以下に図面を参照して本発明に係る面状光源の実施例１を説明する。図１、図２、図３は本実施例１を説明するための図面であり、図１は本実施例１に係る面状光源の全体の構成およびその要部の作用を示す図である。図２は図１に示す面状光源に使用される導光板を示す図であり、図３は図１に示す面状光源の全体としての照明作用を示す図である。図１（ａ）において、２０は面状光源であり、２はＬＥＤ(発光ダイオード)，１は導光板、３は拡散板、４はＰｘプリズムシート、５はＰｙプリズムシート、６は反射板である。ＬＥＤ２はＬＥＤ基板２ｂに保持されて導光板１の入光側面１ｃに対向する位置に配置され、導光板１の上方には拡散板３、Ｐｘプリズムシート４、Ｐｙプリズムシート５が順次重ねて配置される。反射板６は導光板１の下面１ｂに対向、近接して配置される。導光板１の上面１ａにはプリズム１ｐが形成され、その表面は滑らかな鏡面となっている。図２は導光板１を裏返して下面より眺めた図であるが、同図に示すように、導光板の下面１ｂにはヘアーラインによる異方性拡散面１ｈが形成されている。ヘアーラインの異方性拡散面１ｈの細部の構造は例えば図１０に示し、説明したような構造である。図１（ａ）に示すようにＬＥＤ２から入光側面１ｃを透過して導光板１内に入った光線は上面のプリズム１ｐと下面の異方性拡散面１ｈで反射をしながら上面のプリズム１ｐより拡散板３に向けて拡散光を出射する。図１（ａ）に示すように、導光板１の入光側面１ｃから入りこんだＬＥＤ２からの光線は、様々な光路をとる。
【００２８】
図１（ｂ）は面状光源２０の要部を部分的に示す拡大図である。この図を用いてＬＥＤから入り込んだ様々の光線のうちの代表例につき、光路の説明を行う。下面１ｂの異方性拡散面１ｈに１本の光線ｓ１が入射し、上面１ａのプリズム１ｐ面に１本の光線ｓ２が入射した場合を考える。光線ｓ１は下面１ｂの拡散面１ｈに入射し、異方性拡散面１ｈの微細構造で決る拡散角で拡散光φ１１を出射する。拡散光φ１１は反射板６で反射され、反射された拡散光は再び異方性拡散面１ｈに入射し、ここで、拡散光φ１１が更に拡散された状態で拡散光φ１２を導光板１内部に出射する。図１（ｃ）に拡散光φ１１の断面図（Ｂ−Ｂ断面図）およびに拡散光φ１２の断面図（Ｃ−Ｃ断面図）を示す。図１（ｃ）に示すように、最初に異方性拡散面１ｈで拡散された拡散光φ１１断面（Ｂ−Ｂ断面図）に比して、再度異方性拡散面１ｈに入射後に拡散された拡散光φ１２（Ｃ−Ｃ断面図）のほうが異方性の程度が進んでいることがわかる。
【００２９】
これは、異方性拡散を２回繰り返すことによるものであり、これにより、ヘアーラインの幅方向よりもライン方向に拡散し易いという拡散の異方性が助長されるからである。この最終的な拡散光φ１２はｘｚ面で見れば、下面１ｂから上面のプリズム１ｐの面に達する間に光路長により幅が拡大されてプリズム１ｐの面に入射する。ここで屈折によりこの面を透過して図１（ｂ）に示す幅Ｗ１２ように広い幅で拡散板３に入射する。この入射幅Ｗ１２は図１３（ｃ）に示した従来の面状光源１０１における拡散光φ０１の拡散板への入射幅Ｗ０１と比較すると大幅に増加していることがわかる（図１（ｂ）において、φ１０およびＷ０１が示されているが、これはあくまでも従来例としての参考図であり、本実施例１の作用そのものを示すものではない。）。
【００３０】
次に、上面１ａのプリズム１ｐの面に入射した１本の光線ｓ２はここで全反射され、光の強さを弱められることなく、下面１ｂの異方性拡散面１ｈに入射し、拡散光φ２１を出射する。拡散光φ２１は反射板６で反射され、反射された拡散光は拡散された状態で再び拡散面１ｈに入射し、ここで、更に拡散された状態で拡散光φ２２を導光板１内部に出射する。この拡散光φ２２の幅は光路長により拡大された状態で上面１ａのプリズム１ｐの面に達し、ここで屈折によりこの面を透過して十分に広い幅Ｗ２２の範囲で拡散板３に入射する。この上面で反射された光線ｓ２は図１３（ｂ）に示した従来例において上面に入射した光線ｓ０２のように反射により、光の強度を弱められるようなことはなく（平滑なプリズム１ｐの面で全反射されるからである。）、十分な輝度を持った拡散光φ２２とし上面１ａを透過して拡散板３に入射する。図示は省略するが、上面１ａで複数回反射された後、上面１ａの右端部近傍で上面１ａに入射する場合も、反射により光の強度を弱められることなく、十分な輝度を持った光束が上面のプリズム面に入射し、屈折により、ここを透過して拡散板３に向かう。これにより、本実施例１は従来よりも入射幅が広く、輝度の低下もない出射光を広い範囲にわたり出射することができる。このようにして輝度の均一な光線が所定の角度幅で拡散板３に入射した後は、図３に示すように、拡散板３、ｘプリズムシート４、yプリズムシート５を順次通過することにより、強度を弱めることなく、効率よく方向修正がされ、ｚ方向（垂直方向）に揃った照明光として、透過型又は半透過型の液晶表示板７に入射し、明るくて輝度ムラのない照明をすることができる。
【実施例２】
【００３１】
図４は本発明に係る面状光源の実施例２の要部を示す図である。図４において１ｈ２は導光板１の下面１ｂにおいて入光側面１ｃの近傍に形成された第２異方性拡散面であり、他の異方性拡散面１ｈとは異なる方向に拡散光を発する性質を有している。すなわち、第２異方性拡散面１ｈ２の細部構造は例えば図１１（ｃ）に示したような構造であり、その拡散面１ｈ２の法線の両側に拡散光φ３１を拡散する。その他の構成は図１に示した実施例１のものと同様である。図４に示すように、入光側面１ｃから第２異方性拡散面１ｈ２に入射した内部光の光線ｓ３は、拡散光φ３１として反射板６に向かい、ここで反射された光は再び第２拡散面１ｈ２を通過して、拡散光φ３２として導光板１の内部に向けて出射する。この拡散光φ３２は上面１ａの左端の入光側面１ｃ近傍に十分に入射し、ここから屈折光を拡散板３に向けて出射するので、導光板１の出射光は拡散板３の左端の近傍を十分にカバーすることができる。その他の作用は図１に示した実施例１の場合と同様である。本実施例２の場合は、拡散板３のすべての領域に対し、導光板１より、出射角が所望の角度内に制限された光を入射させることができ、装置の最終的な照明光の明るさのレベルを高く維持しつつ輝度の均一性を向上させることができる。
【実施例３】
【００３２】
図５は本発明に係る面状光源の実施例３の要部を示す図である。図３に示すようにの導光板１１の上面１１ａは水平な面であり、下面１１ｂは右上がりに傾斜した平面となっている。下面１１ｂには異方性拡散面１１ｈと第２異方性拡散面１１ｈ２が設けられ、上面１１ａには入光側面１１ｃの近傍の適切な範囲に第3異方性拡散面１１ｈ３が設けられている。第３異方性拡散面１１ｈ３は異方性拡散面１１ｈと同様な拡散特性を有しており、これは図４の異方性拡散面１ｈと同様の拡散特性である。一方、第２異方性拡散面１１ｈ２は図４の第２拡散面１ｈ２と同様の拡散特性を有している。
ＬＥＤ２から導光板の入光側面１１ｃを透過して導光板１１の内部に入った内部光のうち、ｓ３１のように直接に第3拡散面１１ｈ３に入射するものは、所定の角度範囲の拡散光Φ４１を上面１１ａより出射する。一方、ｓ３２のように第3拡散面１１ｈ３よりも右側の上面１１ａに入射した光は全反射されて下面に向かい、異方性拡散面１１ｈに入射して拡散光を反射板６に入射し、ここで反射されて再び異方性拡散面１１ｈで内部に向け拡散光φ４２を出射し、これが上面１１ａを屈折により透過して広い幅で拡散板３に入射する。
ｓ３３のように直接に下面１１ｂの異方性拡散面１１ｈに入射するものは、拡散光を反射板６入射し、以下前記と同様にして内部に向け拡散光φ４３を出射し、これが上面１１ａを屈折により透過して広い幅で拡散板３に入射する。なお、上記のｓ３２のように上面１１ａの全反射を経て最終的に拡散板に拡散光（φ４２）を入射した場合でも、全反射により光の強さは低下することはないので、全反射を経ない拡散光φ４３と同様の強さの光束を拡散板３に入射させることができる。
【００３３】
次に、入光側面１１ｃを透過して導光板１１の内部に入った内部光のうち、下面１１ｂの第2異方性拡散面１１ｈ２に直接入射する光線ｓ３４は、図４に示した実施例２の第２異方性拡散面１ｈ１の場合と同様の原理により、反射板６で反射され再び拡散面を通って内部に向けて拡散された拡散光Φ４４が、入光側面１１ｃの近傍に広がりこれが上面１１ａを屈折により透過して拡散板３の左端近傍を十分にカバーする。このようにして、拡散板３に対し広い範囲で十分の光強度を持った拡散光を入射することができる。よって本実施例３の場合も、明るくて均一な照明光を出射することが可能となる。
【実施例４】
【００３４】
図５に示した前記の実施例３においては、導光板の上面１１ａの一部に第3異方性拡散面１１ｈ３が形成されている。これは、図６に示すように第3拡散面１１ｈ３が形成されていない場合は、入光側面１１ｃより入った内部光Ｓ３１が上面１１ａに対し臨界角以下で臨界角に近い角度で入射した場合、屈折によりＳ３１１に示す出射光の出射角が９０°に近い角度となり、この出射光Ｓ３１１に関しては拡散板３における利用効率が低下する。このような状態となるのを防止するためである。しかし、内部光のうち、このような条件に該当するものは比較的少ないので、実施例３から第3拡散面１１ｈ３を除いた図６に示すような面状光源においても、すでに説明した他の効果により、総合的に見れば図５に示した実施例３に近い効果が得られ、本発明の目的である、明るくて均一な照明光を出射することが可能となる。よって、図６に示す面状光源をもって本発明の実施例４とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１に係る面状光源の構成および作用を示す図である。
【図２】図１に示す面状光源に使用する導光板を示す図である。
【図３】図１に示す面状光源の全体としての照明作用を示す図である。
【図４】本発明の実施例２に係る面状光源の要部の構成および作用を示す図である。
【図５】本発明の実施例３に係る面状光源の要部の構成および作用を示す図である。
【図６】本発明の実施例４に係る面状光源の要部の構成および作用を示す図である。
【図７】本発明で利用する異方性拡散の概念を説明する図である。
【図８】ホログラムによる異方性拡散の原理を説明する図である。
【図９】導光板の表面のホログラムによる異方性拡散の作用を示す図である。
【図１０】導光板の表面に形成された微小プリズム配列による異方性拡散の作用を示す図である。
【図１１】導光板の表面に形成された小型プリズム配列による異方性拡散の作用を示す図である。
【図１２】従来の面状光源の構成および作用を示す図である。
【図１３】異方性拡散を利用した従来の面状光源の構成及び作用を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１、１１、Ｄ  導光板
１ａ、１１ａ  上面
１ｂ、１１ｂ  下面
１ｃ、１１ｃ  入光側面
１ｈ、１１ｈ  異方性拡散面
１ｈ２、１１ｈ２  第２異方性拡散面
１１ｈ３  第３異方性拡散面
２  ＬＥＤ
３  拡散板
４  Ｐｘプリズムシート
５  Pｙプリズムシート
６  反射板
７  液晶表示板
２０  面状光源
H  ホログラム
Hｐ  ヘアーライン
ｓ１、ｓ２、ｓ３１、ｓ３３、ｓ３４  光線
ｓ３１１  出射光
Ｗ１２、Ｗ２２、Ｗ０１  入射幅
φ１１、φ１２、φ２１、φ２２、φ３１、φ３２  拡散光
φ４１、φ４２、φ４３、φ４４  拡散光
【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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