(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明なプラスチック部材よりなる略直方体形状をした導光体の一つのコーナ部に面取りを施し、その面から光源にて発光した光を内部に導入する導光板であり、その一方の広い面を出射面とし、該出射面と対向する面に光源からの光を反射させるための放射手段を有するエッジライト方式のパネル用の導光板と、前記導光板の出射面の上面に配設されたプリズムの稜線が円弧を描くようなプリズムシートと、前記出射面と対向する面に対向させて配設された反射シートとを備えたバックライトにおいて、前記導光板の放射手段は、プリズムの稜線が光源を中心とする同心円を描き、所定の間隔で配設された鋸歯状の傾斜角θを有するプリズムで、プリズムの傾斜角θは、光源と対面するプリズムの斜面の第１の傾斜角θ１（θ１．１〜θ１．ｎ）と、それとは反対側のプリズムの斜面の第２の傾斜角θ２により構成され、前記第１の傾斜角θ１（θ１．１〜θ１．ｎ）を８９．５°〜６０°に設定し、光源から遠ざかるに従い変化させ、前記第２の傾斜角θ２は一定にして、θ１（θ１．１〜θ１．ｎ）とθ２との間には、θ１（θ１．１〜θ１．ｎ）＞θ２且つ、θ１．１≧θ１．２≧・・θ１．（ｍ−１）≧θ１．ｍ・・θ１．（ｎ−１）≧θ１．（ｎ−１）≧θ１．ｎの関係があることを特徴とするバックライト。
【請求項２】
前記プリズムシートは、サーキュラープリズムシートであることを特徴とする請求項２記載の前記プリズムシートは、サーキュラーレンチキュラーレンズであることを特徴とする請求項１記載のバックライト。
【請求項３】
前記プリズムシートは、サーキュラーレンチキュラーレンズであることを特徴とする請求項１記載のバックライト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型又は、半透過型パネルを背面より照射するバックライト機構を有する表示装置の導光板を用いたバックライトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ラップトップ型または、ブック型のワードプロセッサーやコンピュータ等の表示装置として、薄型でしかも見易いバックライト機構を有する液晶表示装置が用いられている。このようなバックライトの構成としては、図６及び図７に示す様に、透明なプラスチック部材よりなる略直方体形状をした導光体１２の一つのコーナ部Ｂに面取りを施し、光源（ＬＥＤ）１１にて発光した光が、その面１２ａから導光板１２内部に導入され、導光板１２の内部で全反射を繰り返して導光すると共に、導光板１２の下面の反射面１２ｂには放射手段として、プリズムの稜線がＬＥＤ１１を中心とする同心円を描き、所定の間隔で配設された傾斜角が略９０°を有するプリズムが形成されている。ＬＥＤ１１からの出射光は、例えば光束Ｃ、Ｄが前記プリズム面で反射して上方に向い導光板１２の上面（出射面）１２ｃから外部に出射する。
【０００３】
この導光板１２の出射面１２ｃから外部に出射した光は、拡散シート１３で受光する際に屈折し，通過した光は１本の光束が複数本に分割され図示しない液晶パネルに投射される。また、導光板１２の下面に配置された白色シート等の反射シート１４は、導光板１２の下面から漏洩する光を反射して再び導光板１２に戻すものである。
【０００４】
以上述べたように、ＬＥＤ１１から指向性を持って発せられた光は導光板１２へと案内され、導光板１２の底部に設けられたプリズムによって全反射され液晶パネルへと導かれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この時、導光板の出射面を均一に光らせようとすると、光源から最も遠い部分の明るさ（輝度）がバックライトの輝度を支配する。これが輝度の限界値の原因となり、また、光源光の利用効率向上の妨げになる。
【０００６】
また、現行方式だと、光源付近の導光板内での光は光路が短いので非常に強く、このため、導光板に設けるプリズムやマイクロレンズは非常に微細なものとしなければならない。これは加工上非常に難しく、コストのアップや品質の不安定要素になる。
【０００７】
本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、光源の指向性を考慮すると同時に、光源からの光を効率良く導光体の中へ導き、導光板から出射される光は出射面で明るく均一な輝度を示し、光源光の利用効率を向上した導光板を用いたバックライトを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明におけるバックライトは、透明なプラスチック部材よりなる略直方体形状をした導光体の一つのコーナ部に面取りを施し、その面から光源にて発光した光を内部に導入する導光板であり、その一方の広い面を出射面とし、該出射面と対向する面に光源からの光を反射させるための放射手段を有するエッジライト方式のパネル用の導光板と、前記導光板の出射面の上面に配設されたプリズムの稜線が円弧を描くようなプリズムシートと、前記出射面と対向する面に対向させて配設された反射シートとを備えたバックライトにおいて、前記導光板の放射手段は、プリズムの稜線が光源を中心とする同心円を描き、所定の間隔で配設された鋸歯状の傾斜角θを有するプリズムで、プリズムの傾斜角θは、光源と対面するプリズムの斜面の第１の傾斜角θ１（θ１．１〜θ１．ｎ）と、それとは反対側のプリズムの斜面の第２の傾斜角θ２により構成され、前記第１の傾斜角θ１（θ１．１〜θ１．ｎ）を８９．５°〜６０°に設定し、光源から遠ざかるに従い変化させ、前記第２の傾斜角θ２は一定にして、θ１（θ１．１〜θ１．ｎ）とθ２との間には、θ１（θ１．１〜θ１．ｎ）＞θ２且つ、θ１．１≧θ１．２≧・・θ１．（ｍ−１）≧θ１．ｍ・・θ１．（ｎ−１）≧θ１．（ｎ−１）≧θ１．ｎの関係があることを特徴とする。
【００１０】
また、前記プリズムシートは、サーキュラープリズムシートであることを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記プリズムシートは、サーキュラーレンチキュラーレンズであることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明における導光板について説明する。図１〜図３は本発明の実施の形態に係わり、図１は、本発明の導光板の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は、導光板内の光路図である。
【００１３】
図１及び図２において、透明なプラスチック部材よりなる略直方体形状をした導光板２の一つのコーナ部Ｂに面取りを施し、その面から光源（ＬＥＤ）１にて発光した光が、ＬＥＤ１に対向して配置された導光板２の端面２ａから内部に導入され、導光板２の内部で全反射を繰り返して導光すると共に、導光板２の下面の反射面２ｂには放射手段として、プリズムの稜線がＬＥＤ１を中心とする同心円を描き、所定の間隔で配設された鋸歯状の傾斜角θを有するプリズムで、該プリズムの傾斜角θは、ＬＥＤ１と対面するプリズムの斜面の第１の傾斜角θ1 （θ1.1 〜θ1.n ）と、それとは反対側のプリズムの斜面の第２の傾斜角θ2 により構成されている。前記第１の傾斜角θ1（θ1.1〜θ1.n）は８９．５°〜６０°で、バックライトの大きさにより変わるが、ＬＥＤ１に近接したθ1.1から、θ1.mを経て、最も遠いθ1.nまで、光源から遠ざかるに従い小さくなるように変化させ、前記第２の傾斜角θ2は一定にし、θ1（θ1.1〜θ1.n）とθ2との間には、
θ1（θ1.1〜θ1.n）＞θ2
且つ、θ1.1 ≧θ1.2 ≧・・θ1.(m-1)≧θ1.m ・・θ1.(n-1)≧θ1.n の関係がある。即ち、図１、図２に示すように、稜線がＬＥＤ１を中心とするθ2の角度を一定にし、θ1の角度を変えていった同心円の導光板２である。
【００１４】
前記導光板２の下面の反射面２ｂにて、前記第１の傾斜角θ1 （θ1.1 〜θ1.n ）を有するプリズム面で反射した光束Ｃ、Ｄは上方に向い導光板２の上面（出射面）２ｃから外部に出射する。
【００１５】
この導光板２から外部に出射した光は、導光板２に接近して配置されたプリズムシート３の下側に形成されたマイクロプリズム３ａに入射する際に再び屈折して、プリズムシート３の上方から被照射体である図示しない液晶表示パネルに向かって照明光となって出射される。また、導光板２の下方に配置された白色シートなどよりなる反射シート４は、導光板２の下面から漏洩した光を反射して再び導光板２に戻すためのものである。
【００１６】
上記した、第１の傾斜角θ1 （θ1.1 〜θ1.n ）＝（８９．５°〜６０°）＞θ2 に設定した理由について説明する。先ず、図３に示す導光板内の光路図において、光源であるＬＥＤ１から角度φ１の方向に向かう光は導光板２への入射角がφ１であり、入射光が導光板２の端面２ａから内部に入射した後、スネルの法則に従いφ２の方向へ進む。このとき、ｎ１を空気の屈折率、ｎ２を導光板２の屈折率とすると、φ０、φ２の間には以下の関係式が成り立つ。
φ０＝φ１              ・・・・・・（１）
ｎ１ｓｉｎφ１＝ｎ２ｓｉｎφ２・・・（２）
【００１７】
ここで、更に光は進み図３に示す導光板２の下面の傾斜面（反射面２ｂ）（９０°−θ1.1 ）にて反射する。このときの傾斜面への入射角をφ３、反射角をφ４とすると、φ３及びφ４の間には以下の関係式が成り立つ。
φ３＋（９０°−θ1 ）＋φ２＝９０°
∴  φ３＝θ1 −φ２        ・・・・・・（３）
φ４＝φ３              ・・・・・・（４）
【００１８】
次に、光は導光板２の出射面２ｃへ向かって出射面２ｃで反射される。このときの入射角、反射角をそれぞれφ５、φ６とすると、
φ５＝φ４−（９０°−θ1 ）・・・・（５）
φ６＝φ５              ・・・・・・（６）
が成り立つ。
【００１９】
更に、光は導光板２の中を下面のプリズム面と出射面２ｃで反射を繰り返すことにより伝搬する。以下には、図３に示したφ１０迄の関係式を記す。
φ７＝φ６−（９０°−θ1 ）・・・・（７）
φ８＝φ７              ・・・・・・（８）
φ９＝φ８−（９０°−θ1 ）・・・・（９）
ｎ２ｓｉｎφ９＝ｎ１ｓｉｎφ１０・・（１０）
但し、φ９≦ｓｉｎ- （ｎ１／ｎ２）
ここで、図３において、φ３とφ７は共に導光板２の下面のプリズムへの入射角、φ５とφ９は導光板２の出射面２ｃへの入射角であることが分かるが、それぞれφ３とφ７の関係、φ５とφ９の関係を上記（３）〜（１０）を用いてまとめると、
φ７＝φ３−２（９０°−θ1 ）
φ９＝φ５−２（９０°−θ1 ）
となるが、仮にプリズムの第１の傾斜角θ1 （θ1.1 〜θ1.n ）を同一と見なすと入射角が２（９０°−θ1 ）ずつ小さくなることを表している。
【００２０】
次に、導光板２の出射面２ｃから光が出射する作用について説明する。上記したスネルの法則では、屈折率の大きな物質から屈折率の小さな物質へ光が進むとき、界面への光の入射角が臨界角より大きいときは全反射し、臨界角以下のときには屈折することになっている。アクリルの臨界角は約４２°、ポリカーボネイトでは約３９°である。
【００２１】
このことを本発明の導光板に適用すると、上述した様に、光源からある方向に進む光が導光板の中に進んで導光する際に、２（９０°−θ1 ）ずつ角度を小さくしながら反射を繰り返す。導光板の出射面に対する入射角が小さくなる。この原理で導光すると、導光板の出射面に対し臨界角以上であった光も必ず臨界角をより小さくなる時が訪れ、屈折して導光板から出射する。
【００２２】
仮に、臨界角をφＣとすると、導光板のある位置で出射する光は、
φＣ〜（φＣ−（９０°−θ1 ））
の範囲中の光である。また、それらの光の出射方向は出射面の法線に対し、
ｓｉｎ- （（ｎ１ｓｉｎφＣ−（９０°−θ1 ））ｎ２）〜９０°
の方向である。つまり、θ１を小さくすると、光源付近でおおよその光が出射してしまう事と、出射方向が広い範囲になってしまう事からθ1 はなるべく大きくしたい。従って、θ1 （＝８９．５°〜６０°）にするものである。因みに２インチ位のバックライトだと、θ1（＝８８．５°〜８７.５°）位が適切である。
【００２３】
上記したように、プリズムの第１の傾斜角θ1 （θ1.1 〜θ1.n ）を同一と見なすと、光源（ＬＥＤ１）の光軸（発光面の正面）付近の光が導光板２の光源から遠い部分で照明光として作用する。しかし、光源の光軸付近の光はφ２の値が小さく、言い換えるとφ３の値が大きいことになる。つまり、光軸付近の光は一度ある面で反射すると、次に反射するまでは光軸と平行の方向にかなりの光路を必要とする。更に、第１の傾斜角θ1 が均一なプリズムだと導光板２から光を出射するまで（臨界角より小さい入射角になるまで）相当な反射回数を要し、時には臨界角より小さい入射角にはならず導光板２の導光板２の光源（ＬＥＤ１）とは反対の側面から出射してしまう。これらの光は照明光として寄与する部分は少ないため、より明るいバックライトを製作する場合には、これらの光を如何に減らすことができるかがポイントである。
【００２４】
そこで、このロス光を少なくするために、一度の反射での光の偏角を大きくすれば良い。言い換えると、プリズムの第１の傾斜角θ1 を光源から遠ざけるにつれ、徐々に小さくすれば良い。
【００２５】
以上述べた構成により、導光板２のＬＥＤ１と反対の側面から出射してしまうロス光を少なくし、導光板２の出射面２ｃから出射される光量が倍加し、ＬＥＤ１から最も遠い部分まで均一に照射することができ、光源光の利用効率を向上することができる。また、従来の導光板に見られるように、光源付近の導光板内での光は光路が短いので非常に強く、このため導光板に設けるプリズムは非常に微細な加工を必要としない。
【００２６】
前記導光板２から出射される光はコリメートされた光になっているため、前述したプリズムシートの代わりに、特殊なプリズムシートなどにより光の進行方向を変更することができる。特殊なプリズムシートとしては、図５に示すような、プリズムの稜線が光源を中心とする同心の円弧を描く様なサーキュラープリズムシート５か、図６に示すような、サーキュラーレンチキュラーレンズ６の様なものを使用すると良い。
【００２７】
上記の実施の形態において、光源としてＬＥＤを使用したが、ＬＥＤに限るものでなく、蛍光灯等を使用しても良い。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来は導光板の出射面を均一に光らせようとすると、光源から最も遠い部分の輝度がバックライトの輝度を支配するので光源光の利用効率向上を妨げていたが、本発明の導光板から出射される光量は導光板の光源とは反対の側面から出射するロス光が減少し、従来の導光板に較べ数倍（例えば、２〜３倍程度）アップする。更に、特殊なプリズムシートを使用することにより、光の進行方向を変更することができ、従来の導光板に較べ数倍（例えば、３〜４．５倍程度）の輝度を有するバックライトを製作することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる導光板の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１の導光板内の光路図である。
【図４】本発明の実施の形態に係わるサーキュラープリズムシートで、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係わるサーキュラーレンチキュラーレンズで、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。
【図６】従来の導光板の平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１  ＬＥＤ
２  導光板
２ａ  光源側の端面
２ｂ  反射面
２ｃ  出射面
３  プリズムシート
３ａ  マイクロプリズム
４  反射シート
５  サーキュラープリズムシート
６  サーキュラーレンチキュラーレンズ
θ  プリズム傾斜角
θ1 （θ1.1 〜θ1.n ）  第１の傾斜角
θ2   第２の傾斜角
【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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