(57)【要約】【課題】  製造が容易で面内の輝度分布を容易に一様にして高い光利用効率にすることができ、透過型液晶表示装置のバックライト等に用いる場合にも表示面内の輝度が一様でバラツキがない明るい面光源用導光板。【解決手段】  透明板状体の周囲の端面に面して配置された光源１０からの光が端面１５から透明板状体内に入射し、内部反射により導光された光が透明板状体の一面に配置された散乱源により散乱されて表面１１側に散乱されて出ることにより、面状の光源として使用される面光源用導光板１において、透明板状体の一面１２に直線状の溝２１からなる散乱源が配置されており、透明板状体の表面１１側に散乱される光の輝度が面内で略均一になるように、溝２１の間隔と深さが滑らかに変化している導光板。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明板状体であって、その周囲の端面に面して配置された光源からの光がその光源に面した端面から透明板状体内に入射し、内部反射により導光された光が透明板状体の一面に配置された散乱源により散乱されて透明板状体の表面側に散乱されて出ることにより、面状の光源として使用される面光源用導光板において、
前記透明板状体の一面に直線状の溝あるいは直線状に整列した錐状の穴列からなる散乱源が配置されており、前記透明板状体の表面側に散乱される光の輝度が面内で略均一になるように、前記溝あるいは穴列の間隔と深さが滑らかに変化していることを特徴とする面光源用導光板。
【請求項２】
前記透明板状体が長方形の透明板状体であって、その一辺に面して線状光源が配置される透明板状体であり、前記溝あるいは穴列が前記一辺に平行に複数配置され、前記溝あるいは穴列間の間隔が、前記線状光源から離れるに従って小さくなり、前記溝あるいは穴列各々の深さを表す曲線は略中央で最小になり、両端に向かって増加するように、前記溝あるいは穴列が設けられていることを特徴とする請求項１記載の面光源用導光板。
【請求項３】
前記透明板状体が長方形の透明板状体であって、その対向する両辺に面して線状光源が配置される透明板状体であり、前記溝あるいは穴列が前記両辺に平行に複数配置され、前記溝あるいは穴列間の間隔が、前記線状光源から離れるに従って小さくなり、前記両辺の略中央において最小になり、前記溝あるいは穴列各々の深さを表す曲線は略中央で最小になり、両端に向かって増加するように、前記溝あるいは穴列が設けられていることを特徴とする請求項１記載の面光源用導光板。
【請求項４】
前記透明板状体の厚さが面内で変化していることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の面光源用導光板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面光源用導光板に関し、特に、例えば透過型液晶表示装置等におけるバックライトのための面光源用導光板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば透過型液晶表示装置を背面から均一に照明するために、裏面にＶ字形状の微細な反射面からなる散乱源を配置した導光板であって、その１辺あるいは対向する２辺に沿って線状光源を配置した面光源用導光板が知られており、その導光板の線状光源に直交する断面方向の形状は、線状光源から離れるに従って厚さが薄くなるクサビ状をしたものが一般的である（例えば特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
このような導光板において、その裏面に設けるＶ溝あるいは四角錐等の微細な反射面からなる散乱源を均一に配置した場合、導光板の表面側に出る散乱光の面内の輝度分布は一様にはならないので、従来は、散乱源の密度に分布を持たせて面内の輝度分布が一様になるように工夫をしていた（例えば特許文献１、特許文献２）。
【特許文献１】特開平１０−２０１２５号公報
【特許文献２】特開平１１−２８６５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、四角錐等の微細な散乱体の密度を縦横の２方向に変化させた散乱源を生成するような金型の作成は困難で高コストになり、また、光軸方向に密度を変化させたＶ溝は作成は比較的容易ではあるが、光源の長手方向の面内の輝度分布を一様にして高効率な面光源用導光板を得ることは困難であり、透過型液晶表示装置のバックライトに用いる場合に、表示面内の輝度にバラツキが発生し、また、低い光利用効率のものになってしまう。
【０００５】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、散乱源の密度を変化させると同時にその深さに分布を持たせることにより面内の輝度分布を容易に一様にして高い光利用効率にすることができ、かつ、金型作成コストも抑えられ、透過型液晶表示装置のバックライト等に用いる場合にも表示面内の輝度が一様でバラツキがない明るい面光源用導光板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の面光源用導光板は、透明板状体であって、その周囲の端面に面して配置された光源からの光がその光源に面した端面から透明板状体内に入射し、内部反射により導光された光が透明板状体の一面に配置された散乱源により散乱されて透明板状体の表面側に散乱されて出ることにより、面状の光源として使用される面光源用導光板において、
前記透明板状体の一面に直線状の溝あるいは直線状に整列した錐状の穴列からなる散乱源が配置されており、前記透明板状体の表面側に散乱される光の輝度が面内で略均一になるように、前記溝あるいは穴列の間隔と深さが滑らかに変化していることを特徴とするものである。
【０００７】
具体的に、例えば、透明板状体は長方形の透明板状体であって、その一辺に面して線状光源が配置される透明板状体であり、溝あるいは穴列がその一辺に平行に複数配置され、溝あるいは穴列間の間隔が、線状光源から離れるに従って小さくなり、溝あるいは穴列各々の深さを表す曲線は略中央で最小になり、両端に向かって増加するように、溝あるいは穴列が設けられているものがある。
【０００８】
あるいは、透明板状体は長方形の透明板状体であって、その対向する両辺に面して線状光源が配置される透明板状体であり、溝あるいは穴列が前記両辺に平行に複数配置され、溝あるいは穴列間の間隔が、線状光源から離れるに従って小さくなり、両辺の略中央において最小になり、溝あるいは穴列各々の深さを表す曲線は略中央で最小になり、両端に向かって増加するように、溝あるいは穴列が設けられているものがある。
【０００９】
以上において、面光源用導光板を構成する透明板状体の厚さが面内で変化するものであてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の面光源用導光板によると、透明板状体の一面に溝あるいは錐状の穴列からなる散乱源がその密度と深さが散乱係数に比例するように配置されており、透明板状体の表面側に散乱される光の輝度が面内で略均一になるように分布しているので、製造が容易で面内の輝度分布を容易に一様にして高い光利用効率にすることができ、透過型液晶表示装置のバックライト等に用いる場合にも、表示面内の輝度が一様でバラツキがない明るい面光源用導光板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の面光源用導光板の原理とその原理に基づいて得られる面光源用導光板の実施例を説明する。
【００１２】
まず、本発明の面光源用導光板の設計原理について説明する。
【００１３】
簡単のため、図１に示すように、長方形の外形を持つ導光板１の一端面１５に面して平行に線状光源１０が配置され、その線状光源１０の軸方向をＹ軸方向に、線状光源１０に直交する方向をＸ軸方向とし、線状光源１０からはＸ軸方向にのみ光線が出て導光板１の一端面１５から入射するものとする。そして、導光板１をＸ軸方向にＮの等分割、Ｙ軸方向にＭの等分割をする。このように分割されたセルの１つを２n とする。ここで、“ｎ" はＸ軸方向に分割されて線状光源１０側からｎ番目のセルを意味するものとする。そして、後記の散乱係数Ｆn の初期値を設定する。このステップを図２のステップＳＴ１に示す。なお、図２は、本発明の面光源用導光板を得るためのフローチャートである。
【００１４】
セル２n について、分割数Ｎが十分大きければ、１個のセル２n 内の散乱係数は一定であると見なしてＦn とすることができ、そのセル２n への入射光の強度をＩn-1 、そのセル２n からの出射光の強度をＩn とし、セル２n のＸ軸方向の長さをΔｘとすると、以下の式が成り立つ。
【００１５】
Ｉn ＝Ｉn-1 ・ｅｘｐ（−Ｆn Δｘ）                            ・・・（１）
このセル２n から散乱される光の強度Ｄn は次の式のようになる。
【００１６】
Ｄn ＝Ｉn-1 −Ｉn                                             ・・・（２）
線状光源１０に面したセル２1 に線状光源１０から入射する入射光の強度をＩ0 として、式（１）と式（２）の漸化式の計算をｎ＝１からｎ＝Ｎまで順次行う。このステップを図２のステップＳＴ２に示す。
【００１７】
このようにして得られた散乱光の強度分布Ｄn から面内バラツキ（Ｄmax −Ｄmin ）／Ｄmax と散乱効率ΣＤn ／Ｉ0 を求め、それぞれ次の条件を満足するか否かを判定する。ここで、Ｄmax は導光板１の面内で散乱光の強度の最大値、Ｄmin は最小値である。このステップを図２のステップＳＴ３に示す。
【００１８】
（Ｄmax −Ｄmin ）／Ｄmax ≦δ                                ・・・（３）
ΣＤn ／Ｉ0 ≧Ｅ0                                             ・・・（４）
ここで、δとしては例えば０．０５（５％）望ましくは０．００５（０．５％）が設定され、Ｅ0 としては例えば０．７（７０％）望ましくは０．９（９０％）が設定される。
【００１９】
上記式（１）の１回目の計算では、セル２n の散乱係数Ｆn は任意に設定される（例えば、全てのセルについて同じ一定値）が、一般に式（３）と式（４）の条件は満足されない。その場合、得られた散乱光の強度分布Ｄn と希望する散乱光強度分布Ｄn 0 （＝一定値）とを比較して次の式のような差分ａΔｆn をｎ＝１からｎ＝Ｎについて各々求める。このステップを図２のステップＳＴ４に示す。
【００２０】
Ｄn −Ｄn 0 ＝ａΔｆn                                         ・・・（５）
求めた差分ａΔｆn に比例するΔｆn を用いて次の式のように元の散乱係数Ｆn を補正し、新たな散乱係数Ｆn とする。このステップを図２のステップＳＴ５に示す。
【００２１】
Ｆn ←Ｆn −Δｆn                                             ・・・（７）
この補正した散乱係数Ｆn を用いて再びステップＳＴ２の計算を行い、ステップＳＴ３の式（３）と式（４）の条件を満足するまで以上のステップＳＴ２からステップＳＴ５のフィードバックループを繰り返すことにより、式（３）と式（４）の条件を満足する散乱係数Ｆn の分布が得られる。
【００２２】
ここで、ｘ＝｛（Ｘ軸方向の導光板１の全長）／Ｎ｝×ｎとすると、散乱係数Ｆn はｘの関数としてＦ（ｘ）で表される。
【００２３】
以上は、線状光源１０からは１次元方向（Ｘ軸方向）にのみ光線が出るとした場合であるが、線状光源１０からは２次元方向に出る実際の配置においては、座標を極座標で表し、上記の計算を導光板１全面及び線状光源１０全長に渡って行い、得られた結果を再度Ｘ，Ｙ座標に変換することにより、２次元の散乱係数Ｆ（ｘ，ｙ）が得られる。
【００２４】
一方、１つのセル２n 内における散乱係数Ｆn とそのセル２n 内における散乱体との関係は次のようになる。ここで、散乱体２０としては、図３（ａ）に示すように、セル２n の裏面１２にＹ軸方向に伸び、Ｘ軸方向に分布している断面Ｖ字形状の溝２１、図３（ｂ）に示すように、セル２n の裏面１２にＹ軸方向に一定間隔で整列して設けられ、Ｘ軸方向に分布している微小な四角錐の列２２等を想定している。
【００２５】
Ｆn ＝Σｓ／Ｓ                                                ・・・（８）
ここで、ｓは、図４に示すように、光の入射方向（Ｘ軸方向）の長さ、それに直交する方向（Ｙ軸方向）の長さがそれぞれ単位長さの単位セル２' を想定したときの、１個の散乱体２０の光の入射方向への投影断面積であり、Ｓは、単位セル２' の光の入射方向の開口断面積である。
【００２６】
そして、単位セル２' 中の散乱体２０のＸ軸方向の繰り返し寸法（ピッチ）をＰx 、Ｙ軸方向の繰り返し寸法（ピッチ）をＰy 、単位セル２' の厚さをＴn とすると、式（８）は、
Ｆn ＝ｓ／（Ｔn ・Ｐx ・Ｐy ）                                ・・・（９）
となる。
【００２７】
あるいは、単位セル２' 中の散乱体２０の密度（個数）をｍとすると、
Ｆn ＝ｍ・ｓ／Ｔn                                           ・・・（１０）
となる。
【００２８】
この式（１０）から、散乱係数Ｆn は、単位セル２' 中の全ての散乱体２０の光の入射方向への投影断面積の総和ｍ・ｓに比例し、導光板１の厚さＴn に反比例することが分かる。したがって、前記のように、導光板１の散乱係数をＦ（ｘ，ｙ）、また、導光板１の厚さをＴ（ｘ，ｙ）とすると、
Ｆ（ｘ，ｙ）＝ｍ・ｓ／Ｔ（ｘ，ｙ）                          ・・・（１１）
として、希望する散乱光強度分布Ｄ（ｘ，ｙ）（＝Ｄn 0 ＝一定値）を与える導光板１が得られる。このステップを図２のステップＳＴ６に示す。
【００２９】
次に、以上のような原理に基づいて得られた本発明の面光源用導光板の実施例について説明する。
【００３０】
図５、図１１にそれぞれ本発明による実施例１、２の面光源用導光板１の正面図（ａ）、側面図（ｂ）、その側面図の部分拡大図（ｃ）を示す。
【００３１】
まず、図５の実施例１は、Ｘ軸方向の辺の長さが２０４ｍｍ、Ｙ軸方向の辺の長さが２７２ｍｍの長方形の導光板１であって、その長辺側の一端面１５に面して導光板１の長辺と同じ長さの線状光源１０が一端面１５から１ｍｍ離れて配置され、一端面１５での厚さが２ｍｍ、それと反対側の端面での厚さが０．６ｍｍで、一端面１５から反対の端面まで厚さが楔状に薄くなっている場合の実施例である。図２の計算に当たっては、Ｘ軸方向に２０に等分割、Ｙ軸方向に２７に等分割する。そして、導光板１の裏面１２には、外側からＹ軸方向に延びる多数のＶ溝２１が平行に切り込まれており、それらのＶ溝２１の導光板１１内でのＹ軸方向の中心部での高さは何れも１０μｍであり、Ｙ軸方向に延びるＶ溝２１間のピッチはＸ軸方向に変化するように設けられている。
【００３２】
ここで、線状光源１０の長手方向の発光強度分布は図６に示すようなものである。ただし、光強度は１に正規化してある。
【００３３】
この実施例１の導光板１の散乱係数分布Ｆ（ｘ，ｙ）は図７のようになり、それから得られたＶ溝２１の間隔（ピッチ）のＸ軸方向の分布は図８のようになり、また、各Ｖ溝２１の深さのＹ軸方向の分布は図９のようになる。そして、この実施例１の導光板１の表面１１側に得られる輝度分布は図１０のようになる。ただし、図７、図９、図１０において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の位置を表す数字はセル番号である。
【００３４】
この得られた導光板１の面内均斉度Ｄmin ／Ｄmax は９５％、散乱効率ΣＤn ／Ｉ0 は７５％以上であり、面内の輝度分布が極めて均一で一様であり、極めて高効率な面光源用導光板が得られることが分かる。
【００３５】
この実施例の構成においては、Ｖ溝２１間のピッチは、図８から明らかなように、線状光源１０から離れるに従って徐々に小さくなり、そのピッチを表す曲線は上側に凸の滑らかな曲線形状をしている。また、Ｖ溝２１各々の深さは、図９から明らかなように、Ｘ軸上のどの位置のＶ溝２１においても、略中央で最小になり、両端に向かって増加しており、その深さを表す曲線は下側に凸の滑らかな曲線形状をしている。そして、線状光源１０から離れるに従ってＶ溝２１の両端の深さは中央に対してより深くなっている。
【００３６】
次に、図１１の実施例２は、Ｘ軸方向の辺の長さが９２ｍｍ、Ｙ軸方向の辺の長さが１５６ｍｍの長方形の導光板１であって、その長辺側の一端面１５、１６に面して導光板１の長辺と同じ長さの線状光源１０、１０が端面１５、１６から１ｍｍ離れて配置され、端面１５、１６間が一様な厚さ５ｍｍの平行平面板の場合の実施例である。図２の計算に当たっては、Ｘ軸方向に２３に等分割、Ｙ軸方向に３９に等分割する。そして、導光板１の裏面１２には、外側からＹ軸方向に延びる多数のＶ溝２１が平行に切り込まれており、それらのＶ溝２１の導光板１１内でのＹ軸方向の中心部での高さは何れも５０μｍであり、Ｙ軸方向に延びるＶ溝２１間のピッチはＸ軸方向に変化するように設けられている。
【００３７】
ここで、線状光源１０の長手方向の発光強度分布は図１２に示すようなものである。ただし、光強度は１に正規化してある。
【００３８】
この実施例２の導光板１の散乱係数分布Ｆ（ｘ，ｙ）は図１３のようになり、それから得られたＶ溝２１の間隔（ピッチ）のＸ軸方向の分布は図１４のようになり、また、各Ｖ溝２１の深さのＹ軸方向の分布は図１５のようになる。そして、この実施例２の導光板１の表面１１側に得られる輝度分布は図１６のようになる。ただし、図１３、図１５、図１６において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の位置を表す数字はセル番号である。
【００３９】
この得られた導光板１の面内均斉度Ｄmin ／Ｄmax は９５％、散乱効率ΣＤn ／Ｉ0 は８０％以上であり、面内の輝度分布が極めて均一で一様であり、極めて高効率な面光源用導光板が得られることが分かる。
【００４０】
この実施例の構成においては、Ｖ溝２１間のピッチは、図１４から明らかなように、線状光源１０から離れるに従って徐々に小さくなり、端面１５と１６の間の略中央において最小になり、そのピッチを表す曲線は端面１５、１６近傍で変曲点を有し、その略中央で極小値をとるように下側に凸の滑らかな曲線形状をしている。また、Ｖ溝２１各々の深さは、図１５から明らかなように、Ｘ軸上のどの位置のＶ溝２１においても、略中央で最小になり、両端に向かって増加しており、その深さを表す曲線は下側に凸の滑らかな曲線形状をしている。そして、線状光源１０から離れて端面１５と１６の間の中央部に至るに従ってＶ溝２１の両端の深さは中央に対してより深くなっている。
【００４１】
以上の実施例では、線状光源１０を用いることを前提にしていたが、点光源を用いる場合、あるいは、線状光源を複数の点光源で置き換える場合も、同様にして、面内の輝度分布が一様で高い光利用効率の面光源用導光板を得ることができる。
【００４２】
また、Ｖ溝２１の代わりに、断面逆台形状の溝、Ｕ字形の溝等の直線状の溝であってもよく、あるいは、図３（ｂ）に示したような一定間隔で直線状に整列された四角錐の列２２であってもよく、その場合に、四角錐の代わりに円錐であってもよい。
【００４３】
以上、本発明の面光源用導光板をその設計原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の面光源用導光板の設計原理を説明するための図である。
【図２】本発明の面光源用導光板を得るためのフローチャートである。
【図３】散乱体の構成を例示するための斜視図である。
【図４】散乱体の投影断面積と単位セルの光の入射方向の開口断面積を説明するための図である。
【図５】本発明による実施例１の面光源用導光板の正面図（ａ）、側面図（ｂ）、その側面図の部分拡大図（ｃ）である。
【図６】線状光源の長手方向の発光強度分布を示す図である。
【図７】実施例１の導光板の散乱係数分布を示す図である。
【図８】実施例１の導光板のＶ溝の間隔（ピッチ）のＸ軸方向の分布示す図である。
【図９】実施例１の導光板のＶ溝の深さのＹ軸方向の分布を示す図である。
【図１０】実施例１の導光板の輝度分布を示す図である。
【図１１】本発明による実施例２の面光源用導光板の正面図（ａ）、側面図（ｂ）、その側面図の部分拡大図（ｃ）である。
【図１２】線状光源の長手方向の発光強度分布を示す図である。
【図１３】実施例２の導光板の散乱係数分布を示す図である。
【図１４】実施例２の導光板のＶ溝の間隔（ピッチ）のＸ軸方向の分布示す図である。
【図１５】実施例２の導光板のＶ溝の深さのＹ軸方向の分布を示す図である。
【図１６】実施例２の導光板の輝度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…導光板
２n …分割されたセル
２’…単位セル
１０…線状光源
１１…表面
１２…裏面
１５…一端面
１６…他端面
２０…散乱体
２１…Ｖ溝
２２…四角錐の列
【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】
2005276453.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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