(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光が導入される入射端面部と、この入射端面部の反対側に位置する反射端面部と、前記入射端面部から導入された光を出射する表面部と、この表面部の反対側に位置する裏面部とを有し、前記入射端面部からの距離に応じて前記反射端面部側ほど厚みが薄くなるように設定された導光板であって、
前記表面部および前記裏面部の少なくとも一方は、相互に平行に配列すると共に前記入射端面部と平行に延在する複数のプリズムを有し、これら複数のプリズムは、前記表面部に対する当該複数のプリズムの稜線を含む仮想平面の傾斜方向と同じ方向に前記仮想平面に対してさらに傾斜する第１の面と、前記入射端面部と平行な第２の面とを有し、前記仮想平面と前記第１の面とのなす角は、前記入射端面部側および前記反射端面部側に近接する前記プリズムほど大きく、しかも前記入射端面部側の前記プリズムよりも前記反射端面部側の前記プリズムの方が大きく設定されていることを特徴とする導光板。
【請求項２】
前記仮想平面と前記第１の面とのなす角は、０.０５〜１０°の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
【請求項３】
相互に平行に配列する前記複数のプリズムの前記稜線の間隔は、１０μm〜５mmの範囲内にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導光板。
【請求項４】
前記複数のプリズムは、前記表面部および前記裏面部の何れか一方にのみ有し、前記複数のプリズムを有していない前記表面部および前記裏面部の何れか他方は、相互に平行に配列すると共に前記入射端面部および前記反射端面部と交差する複数の第２のプリズムを有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の導光板。
【請求項５】
光源からの光が導入される入射端面部と、この入射端面部の反対側に位置する反射端面部と、前記入射端面部から導入された光を出射する表面部と、この表面部の反対側に位置する裏面部とを有し、前記入射端面部からの距離に応じて前記反射端面部側ほど厚みが薄くなるように設定された導光板と、
この導光板の前記入射端面部に向けて照明光を投射する光源と、
前記導光板の前記表面部および前記入射端面部以外の部分を覆う光反射シートと
を具えた平面照明装置であって、前記導光板の前記表面部および前記裏面部の少なくとも一方は、相互に平行に配列すると共に前記入射端面部と平行に延在する複数のプリズムを有し、これら複数のプリズムは、前記表面部に対する当該複数のプリズムの稜線を含む仮想平面の傾斜方向と同じ方向に前記仮想平面に対してさらに傾斜する第１の面と、前記入射端面部と平行な第２の面とを有し、前記仮想平面と前記第１の面とのなす角は、前記入射端面部側および前記反射端面部側に近接する前記プリズムほど大きく、しかも前記入射端面部側の前記プリズムよりも前記反射端面部側の前記プリズムの方が大きく設定されていることを特徴とする平面照明装置。
【請求項６】
前記仮想平面と前記第１の面とのなす角は、０.０５〜１０°の範囲内にあることを特徴とする請求項５に記載の平面照明装置。
【請求項７】
相互に平行に配列する前記複数のプリズムの前記稜線の間隔は、１０μm〜５mmの範囲内にあることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の平面照明装置。
【請求項８】
前記複数のプリズムは、前記表面部および前記裏面部の何れか一方にのみ有し、前記複数のプリズムを有していない前記表面部および前記裏面部の何れか他方は、相互に平行に配列すると共に前記入射端面部および前記反射端面部と交差する複数の第２のプリズムを有することを特徴とする請求項５から請求項７の何れかに記載の平面照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、側端面から導入した光を表面から均一に出射させるための導光板およびこの導光板を用いた平面照明装置に関し、特に透過型液晶ディスプレイのバックライト光源として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過型液晶ディスプレイのバックライト光源などに使用される平面照明装置は、光源である冷陰極管（ＦＣＬ）やＬＥＤアレイなどの光を透明な導光板の側端面から導き、導光板内での光の全反射などを利用して導光板の表面部あるいは裏面部全域から均一に出射させるようにしたものである。このため、透過型液晶ディスプレイなどに対して平面照明装置に要求される機能としては、薄く軽量であって光源に対する出射光の変換効率が高く、しかも均一であることが重要である。
【０００３】
このような観点から、平面照明装置に用いられる従来の導光板として、屋根形のプリズムやＶ溝形のプリズムを照明光が導入される入射端面部と平行に表面部や裏面部に形成したものが知られている。例えば、特開平８−９４８４４号公報に開示されているように、屋根形のプリズムを入射端面部と平行に連続的に形成し、これら屋根形プリズムの入射端面部側を向く一方の斜面を裏面部の仮想平面に対して２〜１０度程度傾斜させる一方、入射端面部と対向する反射端面部側を向く他方の斜面を裏面部の仮想平面に対してほぼ全反射臨界角と等しい角度に傾斜させ、反射端面部側を向く他方の斜面に到達した導光板内を伝搬する光を表面部からほぼ垂直に立ち上げて出射させるようにしている。
【０００４】
また、これら隣接するプリズムの間隔を入射端面部から遠ざかるほど密になるように設定したものも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、平面照明装置の光源として用いられるＣＦＬ（冷陰極管）は円形断面を有するため、その長手方向が導光板の入射端面部と平行となるように配置された場合、その外周面と導光板の入射端面部との間の距離が導光板の厚み方向で異なってしまい、これに伴って入射端面部から入射する光エネルギの強度が導光板の厚み方向に沿ったガウス分布状態となる。このため、導光板の厚みを入射端面部からの距離に応じて反射端面部側ほど薄くなるように楔状に設定した場合には、屋根形のプリズムやＶ溝形のプリズムを照明光が導入される導光板の入射端面部と平行にその裏面部に形成し、これら隣接するプリズムの間隔を入射端面部から遠ざかるほど密になるように設定しても、光源からのエネルギ密度の高い光が導光板の表面部の中央部分に集中してしまう傾向を持つ。
【０００６】
また、入射端面部から導光板内に入射した光は、入射端面部に対する屈折角γが０≦｜γ｜≦sin-1（１／ｎ）を満たす範囲内で導光板内を伝播するが、特開平８−９４８４４号公報に開示された導光板においては、その裏面部における光の伝搬状態を表す図５に示すように、屋根形プリズム１の図示しない反射端面部側を向く斜面２の傾斜角θが裏面部の仮想平面３に対して全反射角臨界角（例えば、アクリル樹脂の場合には４２°）と等しい角度だけ傾斜しているため、この斜面２で全反射して導光板の図示しない表面部からほぼ垂直に出射するためには、斜面２とこの斜面２に入射する光Ｌとのなす角αがα≦（９０−θ）を満たす必要がある。換言すれば、斜面２で全反射して導光板の図示しない表面部から出射する光Ｌと仮想平面３とは、平行かあるいは光の進行方向に沿って多少上向きに傾斜した（具体的には仮想平面３に対して６°程度以内）ものに限られてしまい、斜面２とこの斜面２に入射する光Ｌとのなす角αがα＞（９０−θ）を満たす光Ｌは、斜面２で屈折して導光板の外側に出射してしまう。
【０００７】
つまり、従来の導光板の裏面部に形成された屋根形プリズム１は、入射端面部から導光板内に入射した光を積極的に導光板の裏面部からその外側に導き、光反射シートで乱反射させて再び導光板の裏面部から導光板内に入射させることにより、導光板の表面部から出射する光を均一化させているため、輝度の高い光を導光板の表面部から出射させることが困難である。
【０００８】
【発明の目的】
本発明の目的は、透過型液晶ディスプレイのバックライト光源として好ましい特性を有し、表面部から輝度の高い光を出射させることができると共にその光量分布をほぼ均一にし得る導光板およびこの導光板を用いた平面照明装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の形態は、光源からの光が導入される入射端面部と、この入射端面部の反対側に位置する反射端面部と、前記入射端面部から導入された光を出射する表面部と、この表面部の反対側に位置する裏面部とを有し、前記入射端面部からの距離に応じて前記反射端面部側ほど厚みが薄くなるように設定された導光板であって、前記表面部および前記裏面部の少なくとも一方は、相互に平行に配列すると共に前記入射端面部と平行に延在する複数のプリズムを有し、これら複数のプリズムは、前記表面部に対する当該複数のプリズムの稜線を含む仮想平面の傾斜方向と同じ方向に前記仮想平面に対してさらに傾斜する第１の面と、前記入射端面部と平行な第２の面とを有し、前記仮想平面と前記第１の面とのなす角は、前記入射端面部側および前記反射端面部側に近接する前記プリズムほど大きく、しかも前記入射端面部側の前記プリズムよりも前記反射端面部側の前記プリズムの方が大きく設定されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によると、光源からの光が導光板の入射端面部から導光板内に入射し、その反射端面部側へ伝播して行く。そして、この光の一部が表面部および裏面部の少なくとも一方に形成したプリズムの第１の面から導光板の外側に出射するが、この第１の面と平面とのなす角が入射端面部から反射端面部に至る導光板の中央部にて小さく設定されているため、この部分から導光板の外側に出射する光の割合が相対的に少なくなる傾向を持つ。この結果、導光板の入射端面部側および反射端面部側にて導光板の裏面部からその外側に出射する光の割合が増大し、導光板の裏面部または表面部から輝度の高い光が出射すると共にその強度分布が表面部または裏面部全域に亙って均一化される。
【００１１】
本発明の第２の形態は、光源からの光が導入される入射端面部と、この入射端面部の反対側に位置する反射端面部と、前記入射端面部から導入された光を出射する表面部と、この表面部の反対側に位置する裏面部とを有し、前記入射端面部からの距離に応じて前記反射端面部側ほど厚みが薄くなるように設定された導光板と、
この導光板の前記入射端面部に向けて照明光を投射する光源と、
前記導光板の前記表面部および前記入射端面部以外の部分を覆う光反射シートと
を具えた平面照明装置であって、前記導光板の前記表面部および前記裏面部の少なくとも一方は、相互に平行に配列すると共に前記入射端面部と平行に延在する複数のプリズムを有し、これら複数のプリズムは、前記表面部に対する当該複数のプリズムの稜線を含む仮想平面の傾斜方向と同じ方向に前記仮想平面に対してさらに傾斜する第１の面と、前記入射端面部と平行な第２の面とを有し、前記仮想平面と前記第１の面とのなす角は、前記入射端面部側および前記反射端面部側に近接する前記プリズムほど大きく、しかも前記入射端面部側の前記プリズムよりも前記反射端面部側の前記プリズムの方が大きく設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によると、光源からの光が導光板の入射端面部から導光板内に入射し、反射端面部側へ伝播して行く。そして、この光の一部が表面部および裏面部の少なくとも一方に形成したプリズムの第１の面から導光板の外側に出射する。裏面部から導光板の外側に出射した光は、光反射シートによって拡散反射され、再び裏面部から導光板内に入射するが、プリズムの第１の面と仮想平面とのなす角が入射端面部から反射端面部に至る導光板の中央部にて小さく設定されているため、この部分から導光板の外側に出射する光の割合が相対的に少なくなる傾向を持つ。この結果、導光板の入射端面部側および反射端面部側にて導光板の外側に出射する光の割合が増大し、導光板の表面部から輝度の高い光が出射すると共にその光の強度分布が表面部全域に亙って均一化される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の形態による導光板または第２の形態による平面照明装置において、平面と第１の面とのなす角が０.０５〜１０°の範囲内にあることが好ましい。
【００１４】
また、相互に平行に配列する複数のプリズムの稜線の間隔が１０μm〜５mmの範囲内にあることが好ましい。
【００１５】
さらに、複数のプリズムは、表面部および裏面部の何れか一方にのみ有し、複数のプリズムを有していない表面部および裏面部の何れか他方は、相互に平行に配列すると共に入射端面部および反射端面部と交差する複数の第２のプリズムを有するものであってもよい。
【００１６】
【実施例】
本発明を透過型液晶ディスプレイのバックライト光源として応用した一実施例について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。
【００１７】
本実施例における平面照明装置の外観を分解状態で図１に示し、その導光板の側面形状を模式的に図２に示し、その矢視III部を抽出拡大して図３に示す。すなわち、本実施例における平面照明装置１１は、矩形の板状をなす導光板１２と、この導光板１２の入射端面部１３に沿って配置される光源１４と、導光板１２の入射端面部１３および表面部１５以外の部分を覆う光反射シート１６とを有し、冷陰極管や複数のＬＥＤあるいは半導体レーザーにて構成される光源１４は、反射面が凹曲面となったリフレクタ１７で囲まれており、この光源１４からの光は、リフレクタ１７からの反射光と共に導光板１２の入射端面部１３から導光板１２内に入射するようになっている。
【００１８】
リフレクタ１７は、白色の絶縁性材料やアルミニウムなどの金属を蒸着したシート状または金属などからなり、導光板１２の入射端面部１３と光源１４とを包囲するようにし、光源１４からの光を反射し、反射光を導光板１２の入射端面部１３に再び入射させる。
【００１９】
光反射シート１６は、熱可塑性樹脂に例えば酸化チタンのような白色材料を混入したシートや、熱可塑性樹脂のシートにアルミニウムなどの金属蒸着を施したり、あるいは金属箔を積層したものやシート状金属からなり、光源１４からの光が導光板１２の表面部１５および入射端面部１３以外の部分から導光板１２の外に出射する光を反射または乱反射させ、再び導光板１２内に入射させて光源１４からの光を全て表面部１５から出射するようにしている。
【００２０】
導光板１２は、屈折率が１.４〜１.７程度の透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）などで形成され、光源１４からの光を導く入射端面部１３と、この入射端面部１３の反対側に位置する反射端面部１８と、これら入射端面部１３と反射端面部１８とに接続する一対の側端面部１９と、光を出射する表面部１５と、この表面部１５の反対側に位置する裏面部２０とからなり、入射端面部１３からの距離に応じて反射端面部１８側ほど厚みが薄くなるように設定された楔状をなす。
【００２１】
本実施例では、導光板１２の表面部１５には、入射端面部１３から反射端面部１８に沿って延在し、一対の側端面部１９の対向方向に沿って相互に平行に配列する屋根形のプリズム２１が設けられている。各プリズム２１は一対の斜面部を有し、これら斜面部の頂角は例えば、４０〜１３０°の範囲に設定されている。これらプリズム２１によって、表面部１５から出射する光を一対の側端面部１９の対向方向に沿って集光させ、照明光の輝度の低下を抑制しているが、表面部１５に上述したようなプリズム２１を形成することは必然ではない。
【００２２】
導光板１２の裏面部２０には、一対の側端面部１９の対向方向に沿って延在し、入射端面部１３と反射端面部１８との対向方向に沿って配列する複数のプリズム２２が形成されており、各プリズム２２は、導光板１２の表面部１５に対して傾斜するこれらプリズム２２の稜線２３を含む平面（以下、これを仮想平面と呼称する）２４に対し、この仮想平面２４の傾斜方向と同じ方向にさらに傾斜する第１の面２５と、入射端面部１３と平行な第２の面２６とを有し、隣接するプリズム２２の稜線２３の間隔が１０μm〜５mmの範囲となるように配列している。また、仮想平面２４と第１の面２５とのなす角θは、０.０５〜１０°の範囲内に設定されている。ただし、導光板１２の入射端面部１３から反射端面部１８に至る裏面部２０の位置と、プリズム２２の第１の面２５の傾斜角との関係を表す図４に示すように、仮想平面２４と第１の面２５とのなす角θは、入射端面部１３側および反射端面部１８側に近接するプリズム２２ほど大きく、しかも入射端面部１３側のプリズム２２よりも反射端面部１８側のプリズム２２の方が大きくなるように設定されている。
【００２３】
具体的には、入射端面部１３から反射端面部１８に至る導光板１２の中央部分に形成されるプリズム２２の第１の面２５と仮想平面２４とのなす角θは、０.１〜０.５°程度に設定され、導光板１２内を伝播する光のうち、第１の面２５から導光板１２の外に出射する割合を抑制する。また、これよりも入射端面部１３側に形成されるプリズム２２の第１の面２５と仮想平面２４とのなす角θは、０.６〜２.５°程度に設定され、第１の面２５から導光板１２の外に出射する光の割合を中央部よりも多くする。さらに、光源１４から遠い反射端面部１８側に形成されるプリズム２２の第１の面２５と仮想平面２４とのなす角θは、２.６〜１０°に設定され、第１の面２５から導光板１２の外に出射する光の割合を入射端面部１３側よりも多くする。
【００２４】
光源１４からの光は、導光板１２の入射端面部１３から導光板１２内に入射し、入射端面部１３に対する屈折角γが０≦｜γ｜≦sin-1（１／ｎ）を満たす範囲内で反射端面部１８側へ伝播して行く。そして、この光の一部が裏面部２０に形成したプリズム２２の第１の面２５から導光板１２の外側に出射し、光反射シート１６によって拡散反射され、再び裏面部２０から導光板１２内に入射するが、この第１の面２５と仮想平面２４とのなす角θが入射端面部１３から反射端面部１８に至る導光板１２の中央部にて小さく設定されているため、この部分から導光板１２の外側に出射する光の割合が相対的に少なくなる傾向を持つ。この結果、導光板１２の入射端面部１３側および反射端面部１８側にて導光板１２の外側に出射する光の割合が増大し、導光板１２の表面部１５から出射する光の強度分布が表面部１５全域に亙って均一化される。
【００２５】
上述した実施例において、対角線長が１３インチの導光板１２を作成し、仮想線と第１面とのなす角度を最も入射端面部１３側に位置するプリズム２２の第１の面２５と仮想平面２４とのなす角θを１.８°に設定し、プリズム２２の第１の面２５と仮想平面２４とのなす角θを導光板１２の中央部に向けて徐々に小さくして行き、中央部分で０.０５°程度とし、さらに最も反射端面部１８側に位置するプリズム２２の第１の面２５と仮想平面２４とのなす角θを９°に設定した。また、プリズム２２の稜線２３の間隔をそれぞれ１０μmに設定した。
【００２６】
このような導光板１２を用い、さらに光源１４として６mAの電流値で３８０００cd/m2の輝度を持つ管径が２.２cmのＣＦＬ（ハリソン電機株式会社製：BV22JB71F205NS/AXG)を組み込んで上述した平面照明装置を構成したところ、導光板１２の表面部１５から４５００cd/m2の均一な輝度分布を持つむらのない照明光を得ることができた。
【００２７】
上述した実施例では、プリズム２２を導光板１２の裏面部２０に形成したが、これを表面部１５に形成したり、表面部１５および裏面部２０の両方に形成することも可能である。表面部１５にのみプリズム２２を形成した場合には、導光板１２の裏面部２０から出射する光を照明対象物に照射し、この照明対象物をルーペのように導光板１２の表面部１５側からこの導光板１２を通して観察する、いわゆるフロントライトとして使用することも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によると、入射端面部と平行に延在する複数のプリズムを表面部および裏面部の少なくとも一方に入射端面部と平行に延在する複数のプリズムを相互に平行に配列し、表面部に対するこれら複数のプリズムの稜線を含む仮想平面の傾斜方向と同じ方向に仮想平面に対してさらに傾斜する第１の面と、入射端面部と平行な第２の面とをこれら複数のプリズムに形成し、仮想平面と第１の面とのなす角を入射端面部側および反射端面部側に近接するプリズムほど大きく、しかも入射端面部側のプリズムよりも反射端面部側のプリズムの方が大きくなるように設定したので、入射端面部側および反射端面部側に位置する表面部または裏面部から導光板の外に出射する光の割合を相対的に増大させることができる結果、反射端面部側ほど厚みを薄くした楔状の板厚を持つ導光板であっても、導光板の中央部分から出射する光の強度を相対的に小さくすることが可能となり、導光板の表面部または裏面部の全域に亙って均一な強度分布を持つ高輝度の光を出射させることができる。しかも、導光板内を伝播する光のうち、プリズムの第１の面で全反射する光量を従来のものよりも多くすることができるので、輝度の高い光を導光板の表面部または裏面部から出射させることができる。
【００２９】
平面と第１の面とのなす角を０.０５〜１０°の範囲内に設定した場合には、プリズムの第１の面から導光板の外側に出射する光の割合に関する設計の自由度を高めると同時に、導光板の表面部から出射する光の強度分布をより一層均一化させることができる。
【００３０】
相互に平行に配列する複数のプリズムの稜線の間隔を１０μm〜５mmの範囲内に設定した場合には、プリズムの第１の面の面積の自由度が高くなり、導光板の表面部から出射する光の強度分布をより一層均一化させることができる。
【００３１】
複数のプリズムが表面部および裏面部の何れか一方にのみ有し、プリズムを有さない表面部および裏面部の何れか他方に入射端面部および反射端面部と交差する複数の第２のプリズムを相互に平行に配列した場合には、裏面部または表面部から出射する光を集光させてさらに輝度の高い照明光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による平面照明装置の一実施例の外観を表す分解斜視図である。
【図２】  図１に示した平面照明装置で用いられる導光板の側面形状を誇張して描いた模式図である。
【図３】図２に示した導光板の矢視III部の抽出拡大図である。
【図４】図２に示した導光板において、その入射端面部から反射端面部に至る裏面部の位置とプリズムの第１の面の角度との関係を表すグラフである。
【図５】従来の導光板の一例における裏面部の一部を抽出拡大した幾何概念図である。
【符号の説明】
１１  平面照明装置
１２  導光板
１３  入射端面部
１４  光源
１５  表面部
１６  光反射シート
１７  リフレクタ
１８  反射端面部
１９  側端面部
２０  裏面部
２１，２２  プリズム
２３  稜線
２４  平面（仮想平面）
２５  第１の面
２６  第２の面
θ  仮想平面と第１の面とのなす角
【図１】
0004198285.tif 000002
【図２】
0004198285.tif 000003
【図３】
0004198285.tif 000004
【図４】
0004198285.tif 000005
【図５】
0004198285.tif 000006