(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、この入射端面部から導入された光を出射する表面部と、この表面部と反対側に位置する裏面部とを有する導光板であって、
前記入射端面部にその長辺に沿って相互に平行に形成され、頂角がそれぞれ１６０〜１７５°の範囲にある複数のプリズムをさらに有し、これら複数のプリズムは、前記表面部側を向く第１の傾斜面と、前記裏面部側を向く第２の傾斜面とをそれぞれ有し、前記入射端面部と前記表面部および前記裏面部とで形成される端縁を通る基準面に対し、この基準面と前記第１および前記第２の傾斜面とのなす角は、当該複数のプリズムの配列方向に沿って相違していることを特徴とする導光板。
【請求項２】
前記第１の傾斜面と前記基準面とのなす角は、前記表面部側に近いほど小さく、逆に前記第２の傾斜面と前記基準面とのなす角は、前記裏面部側に近いほど小さく設定されており、前記第１および前記第２の傾斜面と前記基準面とのなす角は、表面部および前記裏面部からの距離がほぼ等しい箇所でほぼ一致していることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
【請求項３】
前記複数のプリズムは、これらの頂角の間隔が５０〜４００μmとなるように配列してい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の延在方向と平行に前記裏面部に形成された第２のプリズムをさらに有し、これら第２のプリズムは、前記入射端面部側を向く第３の傾斜面と、その反対側を向く第４の傾斜面とをそれぞれ有し、前記第３の傾斜面の長さが前記第４の傾斜面よりも短く設定されており、これらの頂角の間隔が０.１〜０.５mmとなるように配列していることを特徴とする請求項３に記載の導光板。
【請求項５】
光源と、
この光源からの光が導入される入射端面部，この入射端面部から導入された光を出射する表面部，この表面部と反対側に位置する裏面部を有する導光板と、
この導光板の前記入射端面部および前記表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、
前記入射端面部にその長辺に沿って相互に平行に形成され、頂角がそれぞれ１６０〜１７５°の範囲にある複数のプリズムをさらに具え、これら複数のプリズムは、前記表面部側を向く第１の傾斜面と、前記裏面部側を向く第２の傾斜面とをそれぞれ有し、前記入射端面部と前記表面部および前記裏面部とで形成される端縁を通る基準面に対し、この基準面と前記第１および前記第２の傾斜面とのなす角は、当該複数のプリズムの配列方向に沿って相違していることを特徴とする平面照明装置。
【請求項６】
前記複数のプリズムの延在方向と平行に前記裏面部に形成された第２のプリズムをさらに具えたことを特徴とする請求項５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照明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、導光板に代えて拡散板と反射板とを利用した平面照明装置が、例えば特開平８−２５４６１７号公報に開示されている。この特開平８−２５４６１７号公報では、光源からの光をフレネルレンズシートを用いて平行光束にコリメートし、これを湾曲した拡散板に導くか、あるいは反射板により反射させて拡散板側に導き、この拡散板によって均一に拡散させるようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の導光板や、これを用いた従来の平面照明装置においては、通常、導光板をその厚さがその入射端面部から遠くになるに従って徐々に薄くなるような楔形に成形しているが、入射端面部から入射した全反射臨界角近傍の光は、入射端面部から遠くなるに従って裏面部や表面部から出射する光量が減少する傾向を持つため、表面部から出射する光に輝度むらが発生する。特に、楔形の導光板においては、その構造に起因して全反射臨界角を超えた光が導光板の表面部や裏面部から周期的に輝線となって出射し、これが均一な輝度分布の平面照明装置を得る上で大きな障害となっている。
【０００５】
また、特開平８−２５４６１７号公報に開示された従来の平面照明装置では、光源からの光をコリメートさせているため、フレネルレンズシートからこのフレネルレンズシートに近接する側の拡散板または反射板の部分に傾斜状態で入射する光量が極めて少なくなる結果、光源に近接する拡散板の部分への入射光量と、光源から遠い側の拡散板への入射光量とに差が生じ、拡散板から出射する光の輝度分布を均一にすることができない。特に、光源に近接する側の拡散板の輝度が他の領域よりも低くなる傾向となるが、このような不具合は、上述した一般的な導光板を用いた平面照明装置においても見られる現象である。
【０００６】
このような不具合を抑制するため、特開平８−２５４６１７号公報では光拡散性の塗料によって光源からの距離と照度に反比例するようなグラデーションパターンを印刷した発光補助板を組み込むようにしており、このために部品点数が増大して製造コストが嵩む不具合を生ずる。
【０００７】
【発明の目的】
本発明の目的は、部品点数を最小限に抑え、特に光源に近接する側の導光板の表面部の輝度分布を改善し、より均一な明るさの照明光を表面部から出射させることができる導光板およびこの導光板を使用した平面照明装置を提供することにある。
【０００８】
【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、この入射端面部から導入された光を出射する表面部と、この表面部と反対側に位置する裏面部とを有する導光板であって、前記入射端面部にその長辺に沿って相互に平行に形成され、頂角がそれぞれ１６０〜１７５°の範囲にある複数のプリズムをさらに有し、これら複数のプリズムは、前記表面部側を向く第１の傾斜面と、前記裏面部側を向く第２の傾斜面とをそれぞれ有し、前記入射端面部と前記表面部および前記裏面部とで形成される端縁を通る基準面に対し、この基準面と前記第１および前記第２の傾斜面とのなす角は、当該複数のプリズムの配列方向に沿って相違していることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の第２の形態は、光源と、この光源からの光が導入される入射端面部，この入射端面部から導入された光を出射する表面部，この表面部と反対側に位置する裏面部を有する導光板と、この導光板の前記入射端面部および前記表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、前記入射端面部にその長辺に沿って相互に平行に形成され、頂角がそれぞれ１６０〜１７５°の範囲にある複数のプリズムをさらに具え、これら複数のプリズムは、前記表面部側を向く第１の傾斜面と、前記裏面部側を向く第２の傾斜面とをそれぞれ有し、前記入射端面部と前記表面部および前記裏面部とで形成される端縁を通る基準面に対し、この基準面と前記第１および前記第２の傾斜面とのなす角は、当該複数のプリズムの配列方向に沿って相違していることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によると、導光板の表面部や裏面部と平行に入射端面部のプリズムに対して入射する光は、入射端面部のプリズムの作用によって表面部および裏面部側に向けて屈折し、より多くの光がこの入射端面部の近傍の表面部および裏面部に到達する。この場合、プリズムの頂角が１７５°を越えると、入射端面部が平面となった従来の導光板と同じようになって、上述した本発明の効果を得ることが困難となる。逆に、プリズムの頂角が１６０°未満になると、入射端面部から入射した光のうち、入射端面部の近傍の表面部および裏面部に到達する光の割合が多過ぎてしまい、入射端面部から遠い方にある表面部および裏面部に到達する光の割合が相対的に少なくなり、表面部から出射する光の輝度分布を均一に維持することができなくなる。また、光源から基準面に対して一定角度で第１および第２の傾斜面から導光板内に入射する光は、表面部および裏面部に対する全反射臨界角が異なるため、導光板をその厚さがその入射端面部から遠くになるに従って徐々に薄くなるような楔形に成形した場合でも、表面部や裏面部から周期的に出射する輝線の輝度が抑制されることとなる。
【００１１】
【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、複数のプリズムの第１の傾斜面と基準面とのなす角は、表面部側に近いほど小さく、逆に第２の傾斜面と基準面とのなす角は、裏面部側に近いほど小さく設定されていることが好ましい。これによって、第１の傾斜面から導光板内に入射する光は裏面部側に屈折するが、裏面部側に近い第１の傾斜面ほど強く裏面部側に屈折する傾向を持つ。逆に、第２の傾斜面から導光板内に入射する光は表面部側に屈折するが、表面部側に近い第２の傾斜面ほど強く表面部側に屈折する傾向を持つ。また、第１および第２の傾斜面と基準面とのなす角は、表面部および裏面部からの距離がほぼ等しい箇所でほぼ一致していることが好ましい。
【００１２】
隣接するプリズムの頂角の間隔を５０μmよりも小さく設定することは、現在のプリズムの製造時における第１および第２の傾斜面などの加工精度の点で極めて困難であり、また、隣接するプリズムの頂角の間隔が４００μmを越えると、入射端面部にプリズムを形成したことによる効果を得ることができなくなるので、複数のプリズムをこれらの頂角の間隔が５０〜４００μmとなるように配列することが好ましい。
【００１３】
複数のプリズムの延在方向と平行に裏面部に第２のプリズムをさらに形成してもよく、これら第２のプリズムが入射端面側を向く第３の傾斜面と、その反対側を向く第４の傾斜面とをそれぞれ有し、第３の傾斜面の長さを第４の傾斜面よりも短く設定するようにしてもよい。これによって、導光板内を伝搬して第４の傾斜面に入射する光が導光板の外に出射しやすくなり、光反射シートによって拡散状態で再び導光板の裏面部から導光板内に入射する。この場合、隣接する第２のプリズムの頂角の間隔を０．１mmよりも小さく設定することは、現在のプリズムの製造時における第３および第４の傾斜面などの加工精度の点で極めて困難であり、逆に隣接する第２のプリズムの頂角の間隔が０．５mmを越えると、第２のプリズムを形成したことによる効果を得ることができなくなるので、第２のプリズムの頂角の間隔を０．１〜０．５mmとなるように設定することが好ましい。
【００１４】
【実施例】
本発明による平面照明装置を透過型液晶ディスプレイのバックライト光源に応用した一実施例について、図１〜図３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。
【００１５】
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、その入射端面部の表面部側，裏面部側をそれぞれ図２，図３に抽出拡大して示す。すなわち、本実施例における平面照明装置は、矩形の板状をなす導光板１１と、この導光板１１の入射端面部１２に沿って配置される光源１３と、導光板１１の入射端面部１２および表面部１４以外の部分を覆う光反射シート１５とを有する。また、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１３は、反射面が凹曲面となったリフレクタ１６で囲まれており、この光源１３からの光は、リフレクタ１６からの反射光と共に導光板１１の入射端面部１２から導光板１１内に入射するようになっている。
【００１６】
光反射シート１５は、導光板１１の反射端面部１７と一対の側端面部１８と裏面部１９とを覆い、これらから導光板１１の外側に出射する光を再び導光板１１内に反射させて導光板１１の表面部１４から出射させるためのものであり、非導電性のシートにアルミニウムなどを金属蒸着したものや金属フィルムを貼付したもの、あるいは酸化チタンやチタン酸バリウムなどを混入またはコートした熱可塑性樹脂シートなどを使用することができ、さらにこれらシートの表面に微細な凸凹加工を施すことが好ましい。
【００１７】
リフレクタ１６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のものからなり、導光板１１の入射端面部１２と光源１３とを包囲している。
【００１８】
本実施例における導光板１１は、屈折率が１．４７の透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）にて形成され、光源１３からの光を導入するための入射端面部１２と、この入射端面部１２の反対側に位置する反射端面部１７と、これら入射端面部１２および反射端面部１７の両側端につながる一対の側端面部１８と、これら入射端面部１２および反射端面部１７および側端面部１８で囲まれて入射端面部１２から入射した光を出射させるための表面部１４およびその反対側の裏面部１９とを有する。表面部１４の反対側に位置する裏面部１９は、表面部１４と裏面部１９との間隔が入射端面部１２側に対して反射端面部１７側ほど狭くなるように、表面部１４に対して０．５度から１度程度傾斜したテーパ状となっている。
【００１９】
本実施例では導光板１１としてアクリル樹脂を採用したが、屈折率が１．４〜１．７程度の光学的に透明な他の材料、例えばポリカーボネート（ＰＣ）などを採用することも当然可能である。また、裏面部１９が表面部１４と平行に形成された導光板を使用するようにしてもよい。
【００２０】
導光板１１の入射端面部１２には、この入射端面部１２の長辺に沿って相互に平行に延在する複数のプリズム２０が５０〜４００μmの間隔で連続的に形成されており、これらプリズム２０の頂角θは、それぞれ１６０〜１７５°の範囲に収まるように設定されている。これらプリズム２０は、表面部１４側を向く第１の傾斜面２１と、裏面部１９側を向く第２の傾斜面２２とをそれぞれ有し、入射端面部１２と表面部１４および裏面部１９とで形成される端縁を通る基準面（図２，図３中、二点鎖線で示している）２３に対し、この基準面２３と第１の傾斜面２１とのなす角δ1は、表面部１４側に近いほど小さく、逆にこの基準面２３と第２の傾斜面２２とのなす角δ2は、裏面部１９側に近いほど小さく設定されている。本実施例における第１，第２の傾斜面２２と基準面２３とのなす角δ1，δ2の最大値をそれぞれ７．５°に設定しており、表面部１４および裏面部１９からの距離がほぼ等しい箇所にあるプリズム２０における第１および第２の傾斜面２１，２２と基準面２３とのなす角δ1，δ2は、ほぼ等しく設定されている。
【００２１】
従って、導光板１１の入射端面部１２から基準面２３に対して垂直に入射する光のうち、第１の傾斜面２１から導光板１１内に入射する光Ｌ1は、図３中、実線で示すように裏面部１４側に屈折する傾向を持ち、特に裏面部１４側に近い第１の傾斜面２１側から入射する光ほど強く屈折する。逆に、第２の傾斜面２２から導光板１１内に入射する光Ｌ2は、図２中、実線で示すように表面部１４側に屈折する傾向を持ち、特に表面部１４側に近い第２の傾斜面２２側から入射する光ほど強く屈折する。つまり、第２の傾斜面２２から導光板１１内に入射する光は、表面部１４側への指向性が強められ、全反射臨界角よりも大きな角度で表面部１４に入射する光は、そのまま表面部１４から導光板１１の外側に出射する。また、第１の傾斜面から導光板１１内に入射する光は、裏面部１９側への指向性が強められ、全反射臨界角よりも大きな角度で裏面部１９に入射する光は、そのまま裏面部１９から導光板１１の外側に出射し、光反射シート１５によって再び裏面部１９から導光板１１内に拡散状態で入射する。このため、本実施例のようなプリズム２０を形成していない入射端面部１２が平坦な導光板の場合よりも、多量の光が入射端面部１２に近接する表面部１４側から出射することとなり、相対的に表面部１４の入射端面部１２側からの光量が増大するため、表面部１４から出射する光の輝度分布を従来の導光板よりも均一にすることができる。
【００２２】
前記導光板１１の裏面部１９には、上述したプリズム２０の延在方向と平行に０．１〜０．５mmの間隔で連続的に延在する複数の第２のプリズム２４が連続的に形成されている。これら第２のプリズム２４は、入射端面部１２側を向く第３の傾斜面２５と、その反対側を向く第４の傾斜面２６とをそれぞれ有し、第３の傾斜面２５の長さは、第４の傾斜面２６よりも短く設定されている。
【００２３】
従って、導光板１１内を伝搬する光のうち、図３中、二点鎖線で示す裏面部１９の基準面２７に対して全反射臨界角およびそれよりも多少小さな角度で裏面部１９の第４の傾斜面２６に到達する光Ｌ3は、図３中、実線で示すように全反射せずに第４の傾斜面２６から導光板１１の外側に出射することとなる。つまり、第２のプリズム２４の存在によって、裏面部１９の外側に出射する光量が多くなる結果、上述したプリズム２０の第１の傾斜面２１による効果と相俟って、入射端面部１２に近接する側の裏面部１９から出射する光の量が増大し、これが光反射シート１５によって拡散状態で再び裏面部１９から導光板１１内に入射して表面部１４の入射端面部１２側からの光量をさらに増大させる結果となり、表面部１４から出射する光の輝度分布をさらに均一にすることができる。
【００２４】
この場合、裏面部１９の基準面２７に対する第４の傾斜面２６の傾斜角が０．５°未満では、上述した効果を得ることができなくなり、逆に５°を越えると入射端面部１２に近接する側の裏面部１９から出射する光の量が増大し過ぎて表面部１４から出射する光の輝度分布がかえって不均一になるため、裏面部１９の基準面２７に対する第４の傾斜面２６の傾斜角は、０．５〜５°の範囲内に収めることが好ましい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によると、入射端面部にその長辺に沿って相互に平行に複数のプリズムを形成し、それらの頂角をそれぞれ１６０〜１７５°の範囲に設定したので、入射端面部から入射する光は、このプリズムの作用によって表面部および裏面部側に向けて屈折する結果、この入射端面部の近傍の表面部および裏面部により多くの光が到達するため、従来のものよりも入射端面部に近接する側の導光板の表面部の輝度分布を改善し、より均一な明るさの照明光を表面部から出射させることができる。
【００２６】
また、プリズムが表面部側を向く第１の傾斜面と裏面部側を向く第２の傾斜面とをそれぞれ有し、入射端面部と表面部および裏面部とで形成される端縁を通る基準面に対し、この基準面と第１および第２の傾斜面とのなす角がプリズムの配列方向に沿って相違しているので、光源から基準面に対して一定角度で第１および第２の傾斜面から導光板内に入射する光は、表面部および裏面部に対する全反射臨界角が異なるため、導光板をその厚さがその入射端面部から遠くになるに従って徐々に薄くなるような楔形に成形した場合でも、表面部や裏面部から周期的に出射する輝線の輝度を抑制することができる。
【００２７】
特に、第１の傾斜面と基準面とのなす角を表面部側に近いほど小さく、逆に第２の傾斜面と基準面とのなす角を裏面部側に近いほど小さく設定した場合には、光源から基準面に対して一定角度で第１および第２の傾斜面から導光板内に光が入射しても、各傾斜面毎に表面部および裏面部に対する全反射臨界角がすべて異なるため、導光板を楔形に成形した場合でも、表面部や裏面部からの輝線の周期的に出射をほぼ解消することができる。しかも、第１の傾斜面から導光板内に入射する光は、裏面部側に近い第１の傾斜面ほど強く裏面部側に屈折する傾向を持つのに対し、第２の傾斜面から導光板内に入射する光は、表面部側に近い第２の傾斜面ほど強く表面部側に屈折する傾向を持つため、入射端面部に近接する表面部から出射する光の輝度を従来のものよりも大幅に上げることが可能となり、入射端面部に近接する側の導光板の表面部の輝度分布を改善し、より一層均一な明るさの照明光を表面部から出射させることができる。
【００２８】
なお、プリズムをこれらの頂角の間隔が５０〜４００μmとなるように配列した場合には、上述した利点を最大限に発揮させることができる。
【００２９】
プリズムの延在方向と平行に裏面部に第２のプリズムを形成した場合には、入射端面部から導光板に入射した光を裏面部から直ちに導光板の外側に導き出すことができるため、この部分から光反射シートを利用して再び導光板内に入射させることにより、入射端面部に近接する表面部から出射する光の輝度を従来のものよりも上げることが可能となり、入射端面部に近接する側の導光板の表面部の輝度分布を改善し、より均一な明るさの照明光を表面部から出射させることができる。
【００３０】
第２のプリズムをこれらの頂角の間隔が０．１〜０．５mmとなるように配列した場合には、上述した利点を最大限に発揮させることができる。
【００３１】
第２のプリズムが入射端面側を向く第３の傾斜面とその反対側を向く第４の傾斜面とをそれぞれ有し、第３の傾斜面の長さを第４の傾斜面よりも短く設定した場合には、入射端面部から導光板に入射した光を裏面部から直ちに導光板の外側に導き出せる光の割合を多くすることができるため、この部分から光反射シートを利用して再び導光板内に入射させることにより、入射端面部に近接する表面部から出射する光の輝度を従来のものよりも大幅に上げることが可能となり、入射端面部に近接する側の導光板の表面部の輝度分布を改善し、より一層均一な明るさの照明光を表面部から出射させることができる。
【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に示した実施例における導光板の入射端面部の表面部側を抽出拡大した破断側面図である。
【図３】図１に示した実施例における導光板の入射反面部の裏面部側を抽出拡大した破断側面図である。
【符号の説明】
１１  導光板
１２  入射端面部
１３  光源
１４  表面部
１５  光反射シート
１６  リフレクタ
１７  反射端面部
１８  側端面部
１９  裏面部
２０  プリズム
２１  第１の傾斜面
２２  第２の傾斜面
２３  基準面
２４  第２のプリズム
２５  第３の傾斜面
２６  第４の傾斜面
２７  基準面
θ  プリズムの頂角
δ1  基準面と第１の傾斜面とのなす角
δ2  基準面と第２の傾斜面とのなす角
Ｌ1〜Ｌ3  光源からの光
【図１】
0004308968.tif 000002
【図２】
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【図３】
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