(57)【要約】本発明は、導光板から出射される光の角度分布を制御し、これを利用してバックライト装置から出射される光の角度輝度分布を制御可能とし、バックライト装置を備える液晶表示装置の薄型化、ならびに戻り光量の低減により輝度の向上を図る。さらには導光板内で十分な色混合が行えるため、比較的ばらつきの大きな光源を用いることを可能とする。  本発明によるバックライト装置は、導光板の光出射面又はこれと対向する背面に、孔部又は突起を設け、この孔部又は突起の側面を、光出射面と略垂直な面として構成し、さらには導光板の底面ならびに側面には正反射板を配置する。孔部又は突起の略垂直な側面により光源からの光の角度分布を保存し、導光板内を導光させ、外部に出射させる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光板と１つ以上の光源が配置され、上記導光板の光出射面から外部に光が出射されるバックライト装置であって、
上記導光板は、光出射面又はこれと対向する背面に、孔部又は突起が設けられ、
上記孔部又は突起の側面は、上記光出射面又は上記背面と略垂直とされることを特徴とするバックライト装置。
【請求項２】
上記導光板に少なくとも１個以上の空孔を形成し、上記空孔に光源が配置されることを特徴とする請求の範囲第１項記載のバックライト装置。
【請求項３】
上記導光板に設ける上記孔部又は突起の側面が、直近の光源から出射された光の大半を全反射させる機能を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載のバックライト装置。
【請求項４】
上記導光板に設ける上記孔部又は突起の断面形状が円または楕円であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のバックライト装置。
【請求項５】
上記導光板に設ける上記孔部又は突起の断面形状が多角形であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のバックライト装置。
【請求項６】
上記導光板に設ける上記孔部又は突起の断面形状が正方形であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のバックライト装置。
【請求項７】
上記導光板に設ける上記孔部又は突起の形状が、全て同一形状であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のバックライト装置。
【請求項８】
上記導光板の側面の少なくとも１辺以上に正反射材より成る反射構造部が配置されて成ることを特徴とする請求の範囲第１項記載のバックライト装置。
【請求項９】
上記導光板に複数配置された上記孔部又は突起は、上記光源の近傍では上記光源から出射された光を外部へ取り出しにくく、上記光源から比較的遠方では上記光源から出射された光を外部へ取り出しやすいように、上記光源からの位置により形状が選定されて成ることを特徴とする請求の範囲第１項記載のバックライト装置。
【請求項１０】
上記光源が発光ダイオードであることを特徴とする請求の範囲第１項記載のバックライト装置。
【請求項１１】
上記光源が複数色の光を発光する光源より構成されることを特徴とする請求の範囲第１項記載のバックライト装置。
【請求項１２】
上記光源として、横方向に強い強度分布をもつ光源が用いられることを特徴とする請求の範囲第１項記載のバックライト装置。
【請求項１３】
上記横方向に強い強度分布をもつ光源から出射されるメインピークの角度に対して、出射光量が２５％となる角度をαとした場合、上記導光板に設ける上記突起の高さＨと突起の断面の長さＬとの比Ｌ／Ｈが、
Ｌ／Ｈ≧ｔａｎα
とされて成ることを特徴とする請求の範囲第１２項記載のバックライト装置。
【請求項１４】
上記光源を配置する空孔は、上記導光板の光出射面に対して略垂直な側面及び略平行な上面から成る柱状の空孔であることを特徴とする請求の範囲第９項記載のバックライト装置。
【請求項１５】
上記導光板の光出射面の上に、光偏向シートが配置され、
上記光偏向シートは、特定の角度分布を有する入射光を、上記光偏向シートの光出射面に対し特定の方向にピークを有する角度輝度分布をもって出射することを特徴とする請求の範囲第１項記載のバックライト装置。
【請求項１６】
上記光偏向シートは、少なくとも光入射面に、角錐状の凹部又は二つの三角形及び二つの台形を斜面とする形状の凹部が並置配列されて成る構成とされたことを特徴とする請求の範囲第１５項記載のバックライト装置。
【請求項１７】
上記角錐状とされる凹部の頂角が、６６度以上７８度以下とされて成ることを特徴とする請求の範囲第１６項記載のバックライト装置。
【請求項１８】
上記凹部を構成する二つの台形の成す角度が６６度以上７８度以下とされて成ることを特徴とする請求の範囲第１６項記載のバックライト装置。
【請求項１９】
透過型の液晶表示パネルと、上記液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト装置とを備えて成る液晶表示装置において、
上記バックライト装置は、光源が導光板に組み込まれて成り、上記導光板の光出射面又はこれと対向する背面に、孔部又は突起が設けられ、
上記孔部又は突起の側面は、上記光出射面又は上記背面と略垂直とされることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２０】
上記導光板の光出射面の上に、光偏向シートが配置され、
上記光偏向シートは、特定の角度分布を有する入射光を、上記光偏向シートの光出射面に対し特定の方向にピークを有する角度輝度分布をもって出射することを特徴とする請求の範囲第１９項記載の液晶表示装置。
【請求項２１】
光源からの光を混合して外部に取り出す導光板の光出射面の上に配置される光偏向シートであって、
少なくとも光入射面に、角錐状の凹部又は二つの三角形及び二つの台形を斜面とする形状の凹部が並置配列されて成ることを特徴とする光偏向シート。
【請求項２２】
上記角錐状とされる凹部の頂角が、６６度以上７８度以下とされて成ることを特徴とする請求の範囲第２１項記載の光偏向シート。
【請求項２３】
上記凹部を構成する二つの台形の成す角度が６６度以上７８度以下とされて成ることを特徴とする請求の範囲第２１項記載の光偏向シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶表示装置の光源や室内の照明装置に適用して好適なバックライト装置、液晶表示装置及び光偏向シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビジョン受像機用の表示装置として、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ、陰極線管）に代わり、液晶表示装置（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）や、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）などの非常に薄型化された表示装置が提案され、実用化されている。特に、液晶表示パネルを用いた液晶表示装置は、低消費電力での駆動が可能であることや、大型の液晶表示パネルの低価格化などに伴い普及が進み、技術的な研究開発が進められている。
このような液晶表示装置においては、カラーフィルタを備えた透過型の液晶表示パネルを背面側から面状に照明するバックライト装置により照明することにより、カラー画像を表示させるバックライト方式が主流となっている。
バックライト装置の光源としては、蛍光管を使った白色光を発光する冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ）や、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が有望視されている（例えば特許文献１参照。）。
特に、青色発光ダイオードの開発により、光の三原色である赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ発光する発光ダイオードが揃ったことになり、これらの発光ダイオードから出射される赤色光、緑色光、青色光を混色することで、色純度の高い白色光を得ることができる。したがって、この発光ダイオードをバックライト装置の光源とすることにより、液晶表示パネルを介した色純度が高くなるため、色再現範囲をＣＣＦＬと比較して大幅に広げることができる。更に、高出力の発光ダイオード（ＬＥＤ）チップを使用することによって、バックライト装置の輝度を大幅に向上させることができる。
このようにバックライト装置の光源に３原色（赤色光、緑色光、青色光）のＬＥＤを用いる場合、直下型、すなわちＬＥＤを出射面の直下に配置すると、ＬＥＤが点光源であるため輝度ムラ、色ムラが発生しやすくなってしまう。
この問題を解決する手段として、ＬＥＤと拡散板との距離を大きくすることが考えられるが、この場合バックライトの厚みがＣＣＦＬを用いたバックライトに比べて非常に大きくなってしまう。液晶表示装置においては、更なる軽量、薄型化が必須となっており、バックライトにおいても更なる薄型化が望まれている。
そこで、厚みを少なくする方法として導光板を用いて、その一側面に配置された光源からの光を多重反射させることで面光源とする構造が提案されている。
バックライト装置に導光板を用いて、その輝度を高めるために、導光板の一側面に光源を多数配置するサイドライト型の構造において、導光板の光出射側とは反対側の底面に断面三角形上の凹部を設ける構成が提案されている（例えば特許文献２参照。）。
また、輝度の面内分布の均一化を図るために、例えば拡散板やプリズムシートの形状、またその配置構成などにおいても技術的工夫が種々提案されている。現在広く一般的に利用されているプリズムシートとしては、例えば住友スリーエム（株）のＢＥＦ（商品名）や三菱レイヨン（株）のダイヤアート（登録商標）等がある。前者のプリズムシートは、図４７にその一例の斜視図を示すように、一方の面に三角柱状の凹凸形状が連続的に形成された光偏向シート１５０であり、種々の方向から入射する入射光の出射方向を、ある一定の範囲に偏向する機能を有する。
また、上述の三菱レイヨン（株）社製のダイヤアート（登録商標）を用いる場合のサイドライト型のバックライト装置の概略分解斜視図を図４８に示す。この場合、光入射側に三角柱状の溝形状を有する光偏向シート１５０を導光板１３０の光出射面である上面１３０Ａと対向させ、この導光板１３０の上面１３０Ａとは反対側の底面１３０Ｂにおいて、光偏向シート１５０の三角柱状のプリズム面の延長方向に対し、直交する方向の溝を設ける構成が提案されている。このような構成とする場合、光源１２１から出射された光はリフレクタ１３５により反射されて導光板１３０の側面１３０Ｓに入射され、導光板１３０の底面１３０Ｂに設けた溝と底面１３０Ｂと対向して設ける反射板１３２、更に光偏向シート１５０とにより、出射光を所望の角度分布をもって液晶表示素子１３６へ入射させるものである（例えば特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開平８−１３６９１７号公報
【特許文献２】特開平６−３５２６号公報
【特許文献３】特開平１１−２２４５１６号公報
【発明の開示】
【０００３】
ところで、上述したようにＬＥＤ、特に３原色のＬＥＤを用いたバックライト装置においては、輝度の面内分布の均一化、すなわち色混合や光強度分布の均一化を成し遂げつつ、いかに輝度を上げるかが重要となる。
従来は、輝度の面内分布を均一化するために、拡散板やプリズムシートを用いている。拡散板は入射した光を拡散させて出射させるが、この際に半分程度の光は前方へ出射されず、後方へ戻ってしまう。また、上述したようなＢＥＦ等のプリズムシートを用いる場合、光源からこのプリズムシートへ入射される光が広い角度分布を持っている場合、その形状に適合しない角度で入射した光は後方へと戻されてしまう。この戻り光はリサイクルされるが、反射シートで反射される過程で一部がロスしてしまい、熱となる。つまり、従来の構成では、拡散板やプリズムシートによる戻り光が多いため、反射板での損失が大きくなっており、輝度を十分高めることができないという問題がある。
さらに中型・大型のバックライトにおいては、多数のＬＥＤを用いるため、個々のＬＥＤの発光波長や光束量にばらつきがあると、輝度ムラや色度ムラが発生してしまう。このため、拡散板を厚くするなどの対策が必要となり、その影響で輝度が低減してしまうという問題がある。
また、上記特許文献２に開示の構成の場合、光源からの光を導光板内部に入射させる際に、一部の光が界面反射によって反射してしまい、ロスしてしまう。
また、上述したようなサイドライト型の構成において、光源にＬＥＤを用いる場合、導光板の側面に多数のＬＥＤを配置しなければ、その側面付近で光源ムラが発生してしまい、バックライトとして使用できる有効領域が小さくなってしまう。一方、光源の数を増やすことには限界があり、大型化しにくいという問題や、光源が一箇所に集中しているため、放熱しにくいといった問題もある。光源がＬＥＤの場合、高温になると発光効率が落ちてしまうため、放熱特性の確保が重要となり、サイドライト型構成とする場合は、ＬＥＤ光源の個数や密度に制限が生じてしまう恐れがある。
以上の問題に鑑みて、本発明は、導光板から外部に出射される光の角度分布を制御し、これを利用してバックライト装置から出射される光の角度分布を制御可能とし、戻り光量の低減により光利用効率の向上を図ることを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明によるバックライト装置は、導光板と１つ以上の光源が配置され、この導光板の光出射面から外部に光が出射されるバックライト装置であって、導光板の、光出射面又はこれと対向する背面に、孔部又は突起が設けられ、孔部又は突起の側面を、光出射面又は背面と略垂直として構成する。
また、本発明は、上述のバックライト装置において、上記導光板の光出射面の上に、光偏向シートを配置し、この光偏向シートを、特定の角度分布を有する入射光が、光偏向シートの光出射面に対し特定の方向、例えば略垂直な方向にピークを有する角度分布をもって出射される構成とする。
更に、本発明による液晶表示装置は、透過型の液晶表示パネルと、液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト装置とを備えて成る液晶表示装置において、バックライト装置は、光源が導光板に組み込まれて成り、導光板の光出射面又はこれと対向する背面に、孔部又は突起が設けられ、孔部又は突起の側面を、光出射面又は上記背面と略垂直として構成する。
また、本発明は、上述の液晶表示装置において、導光板の光出射面の上に、光偏向シートを配置し、この光偏向シートを、特定の角度分布を有する入射光が、光偏向シートの光出射面に対し特定の方向、例えば略垂直な方向にピークを有する角度分布をもって出射される構成とする。
更に、本発明による光偏向シートは、光源からの光を混合して外部に取り出す導光板の光出射面の上に配置される光偏向シートであって、少なくとも光入射面に、角錐状の凹部又は二つの三角形及び二つの台形を斜面とする形状の凹部が並置配列されて成る構成とする。
上述したように、本発明のバックライト装置においては、その導光板の、光出射面又はこれと対向する背面に、これらの面と略垂直な側面を有する孔部又は突起を設ける構成とするものである。
このように、光出射面や背面に対して略垂直な面は、導光板内を導光する光に対し、反射角度がほぼ保たれる構成であるため、導光板内に導光される割合を多くすることができ、また例えば光源が特定の角度分布を有する場合には、その角度をほぼ保存して導光板から出射される。
そして、このような導光板に対し、その光出射側に、特定の角度分布を有する入射光が、光出射面に対し特定の方向、例えば垂直な方向にピークを有する角度分布をもって出射する本発明構成の光偏向シートを配置することにより、光源の光の角度分布を保存して導光板から出射された光が、光偏向シートを通過すると、光出射面に対し所望の例えば垂直な方向にピークをもつ角度輝度分布、すなわち液晶表示装置に好適な角度輝度分布をもって出射されることとなる。
また、導光板から出射される光の角度分布が制御されていることによって、光偏向シートからの戻り光量が低減化され、輝度の向上を図ることができる。
さらには、導光板において光ミキシングを比較的十分に行うことができるため、例えば光源としてＬＥＤを用いる場合、個々のＬＥＤに比較的大きなばらつきが生じていても、輝度ムラを抑制でき、また複数色の光源を用いる場合は色度ムラを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略断面構成図である。
図２は本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略断面構成図である。
図３は本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略断面構成図である。
図４は本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略断面構成図である。
図５は本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略断面構成図である。
図６Ａは本発明の実施形態例及び比較例に係るバックライト装置の概略断面構成図であり、図６Ｂは光源の一例の角度輝度分布を示す図である。
図７Ａは本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略断面構成図であり、図７Ｂは本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略平面構成図であり、図７Ｃは本発明のバックライト装置の一実施形態例による角度輝度分布を示す図である。
図８Ａは本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略断面構成図であり、図８Ｂは本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略平面構成図であり、図８Ｃは本発明のバックライト装置の一実施形態例による角度輝度分布を示す図である。
図９Ａは本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略断面構成図であり、図９Ｂは本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略平面構成図であり、図９Ｃは本発明のバックライト装置の一実施形態例による角度輝度分布を示す図である。
図１０Ａは本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略断面構成図であり、図１０Ｂは本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略平面構成図であり、図１０Ｃは本発明のバックライト装置の一実施形態例による角度輝度分布を示す図である。
図１１Ａは本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略断面構成図であり、図１１Ｂは本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略平面構成図であり、図１１Ｃは本発明のバックライト装置の一実施形態例による角度輝度分布を示す図である。
図１２Ａは比較例によるバックライト装置の一例の導光板の概略断面構成図であり、図１２Ｂは比較例によるバックライト装置の一例の導光板の概略平面構成図であり、図１２Ｃは比較例によるバックライト装置の一例の輝度角度分布を示す図である。
図１３Ａは比較例によるバックライト装置の一例の導光板の概略断面構成図であり、図１３Ｂは比較例によるバックライト装置の一例の導光板の概略平面構成図であり、図１３Ｃは比較例によるバックライト装置の一例の輝度角度分布を示す図である。
図１４は本発明のバックライト装置の一実施形態例の概略平面構成図である。
図１５は本発明のバックライト装置の一実施形態例における光の進行方向の説明図である。
図１６は本発明のバックライト装置の一実施形態例の要部の概略断面構成図である。
図１７は本発明のバックライト装置の一実施形態例における光源の配置位置を示す概略平面構成図である。
図１８は本発明のバックライト装置の一実施形態例における光源の角度分布を示す図である。
図１９は本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略平面構成図である。
図２０Ａ及びＢは本発明のバックライト装置の一実施形態例における導光板上の角度輝度分布を示す図である。
図２１Ａ及びＢは本発明のバックライト装置の一実施形態例における拡散シート上の角度輝度分布を示す図である。
図２２は本発明のバックライト装置の一実施形態例における面内の色度点を示す色度図である。
図２３は本発明のバックライト装置の導光板に設ける突起の形状の説明図である。
図２４Ａ及びＢは本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略断面構成図及び概略平面構成図である。
図２５Ａは本発明のバックライト装置の一実施形態例の光偏向シートの概略斜視構成図であり、図２５Ｂは本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略斜視構成図であり、図２５Ｃは本発明によるバックライト装置の一実施形態例の概略断面構成図である。
図２６Ａは本発明のバックライト装置の一実施形態例の導光板の概略断面構成図であり、図２６Ｂは本発明のバックライト装置の一実施形態例による角度輝度分布を示す図である。
図２７は本発明のバックライト装置の一実施形態例の要部の概略断面構成図である。
図２８Ａ及びＢは本発明のバックライト装置の一実施形態例における拡散シート上の角度輝度分布を示す図である。
図２９は本発明による光偏向シートの一実施形態例の概略斜視構成図である。
図３０Ａ〜Ｃは本発明による光偏向シートの一実施形態例の凹部の形状を説明する幾何構成図である。
図３１は本発明による光偏向シートの一実施形態例における光線の入射及び出射角度の説明図である。
図３２はスネルの法則の説明図である。
図３３は光の入射角と光偏向シートに設ける凹部の頂角θとの関係を示す図である。
図３４Ａ〜Ｆは本発明による光偏向シートの一実施形態例の角度輝度分布を示す図である。
図３５Ａ〜Ｅは本発明による光偏向シートの一実施形態例の角度輝度分布を示す図である。
図３６Ａは本発明による光偏向シートの一実施形態例の角度輝度分布を示す図である。図３６Ｂは本発明による光偏向シートの一実施形態例の角度輝度分布を示す図である。
図３７は本発明による光偏向シートの一実施形態例の角度輝度分布を示す図である。
図３８は比較例による光偏向シートの一例の角度輝度分布を示す図である。
図３９は比較例による光偏向シートの一例の角度輝度分布を示す図である。
図４０はバックライト装置の一例の概略断面構成図である。
図４１Ａは本発明による光偏向シートの一実施形態例の表面の拡大斜視図である。図４１Ｂ〜Ｄは本発明による光偏向シートの一実施形態例の凹部の形状を説明する幾何構成図である。
図４２Ａは本発明による光偏向シートの一実施形態例の表面の拡大斜視図である。図４２Ｂ〜Ｄは本発明による光偏向シートの一実施形態例の凹部の形状を説明する幾何構成図である。
図４３Ａは本発明による光偏向シートの一実施形態例の表面の拡大斜視図である。図４３Ｂ〜Ｄは本発明による光偏向シートの一実施形態例の凹部の形状を説明する貴下構成図である。
図４４Ａ〜Ｆは本発明による光偏向シートの一実施形態例の角度輝度分布を示す図である。
図４５は本発明による液晶表示装置の一例の概略分解斜視構成図である。
図４６は本発明による液晶表示装置の一例の要部の概略構成図である。
図４７は従来の光偏向シートの一例の概略斜視図である。
図４８は従来のバックライト装置の一例の概略分解斜視構成図である。
【引用符号の説明】
【０００５】
１ａ・・・第１の基板
１ｂ・・・第２の基板
２ａ・・・ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
２ｂ・・・画素電極
２ｃ・・・ゲートバスライン
２ｄ・・・ソースバスライン
３・・・カラーフィルタ
４・・・共通電極
５・・・液晶
６、７・・・偏光板
１０・・・バックライト装置
１１・・・液晶表示パネル
１２・・・液晶表示装置
２１・・・光源
２２・・・反射構造部
２３・・・配線基板
２４・・・筐体
２５・・・スペーサー
２６・・・ダイバータシート
２７・・・拡散板
２８・・・拡散シート
３０・・・導光板
３１・・・光源用孔部
３２・・・孔部
３３・・・突起
４０・・・光偏向シート
４１・・・凹部
５０・・・光偏向シート
５１・・・凹部
５１Ａ・・・表面
５１Ｂ・・・裏面
６１・・・三角状凹部
６２・・・三角状凸部
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。以下の各例においては、本発明のバックライト装置を透過型の液晶表示パネルを備える液晶表示装置の光源に適用して好適な例を示すが、本発明のバックライト装置はこれに限定されるものではなく、例えば室内用照明として、天井一面に設けられる面光源型の照明装置に適用することも可能である。この場合は、光源として例えば白色ＬＥＤを用いることが可能である。
先ず、本発明を実施するための最良の形態に係るバックライト装置の導光板の基本的な概略構成図を図１〜図５に示す。
図１に示す例においては、導光板３０に光源２１を収容する光源用孔部３１を設け、更に導光板３０を貫通する孔部３２を設ける例を示す。この孔部３２は、導光板３０の光出射面３０Ａ及びこれと対向する背面３０Ｂに対し略垂直な面を有する例えば円柱形状、角柱形状（四角柱の他、五角形以上の多角形断面の柱状を含む）等の形状とする。
なお、光源用孔部３１の形状としては、図示の例のように導光板３０を貫通する形状とするほか、例えば導光板３０の背面３０Ｂに開口部を有する凹部形状としてもよい。このように凹部形状の光源用孔部３１を設ける場合は、その開口部内に光源２１を配置して、導光板３０内に光源２１を組み込む構成とする。
また光源用孔部３１の平面配置構成は、例えば等間隔に列状の配置とされ、各列の光源用孔部３１内に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）等のＬＥＤより成る光源２１が例えばこの順に配置され、導光板３０内に組み込まれる構成となっている。図１においては、各色ＬＥＤより成る光源２１が並置された一断面を示しているが例えば図１の紙面に対し垂直な方向に同様のＬＥＤ列が設けられて、全体としてＬＥＤより成る光源２１が面状に並置配列されて面状の光源とされる。
そして孔部３２は、この光源用孔部３１の間に例えばほぼ等間隔に設けられる。孔部３２の個数は、光源用孔部３１と同数程度としてもよく、また光源用孔部３１とは異なる個数としてもよい。光源用孔部３１に対する相対的な位置や孔部３２の形状、大きさ、個数等は、用いる光源２１の種類、特性、配置、数量等の条件や、バックライト装置の目的とする特性に合わせて適宜選定することが望ましい。
なお、場合によっては孔部３２を配置せず、光源用孔部３１がその効果を満たす構成としてもよい。すなわち、光源用孔部３１を、光出射面３０Ａ及び背面３０Ｂに対して略垂直な側面を有する形状とすることによって、孔部３２又は突起３３と同様の効果を得ることが可能である。同様に、導光板３０の背面３０Ｂに開口部を有する凹部状の孔部を設けて、これを光源用孔部３１とする場合においても、孔部３２を設ける場合と同様の機能を持たせることが可能である。
導光板３０の材質としては、使用する波長帯域において光透過性を有する無色透明の樹脂、例えばアクリル系樹脂を用いることができる。
図示しないが、導光板３０の光出射面３０Ａを除く背面３０Ｂ及び側面には、正反射材より成る反射シート等の反射構造部を配置することが望ましい。正反射材を導光板の光出射面３０Ａ以外の面に設けることによって、この面において反射角度を保持することができる。
また、導光板３０の光出射面３０Ａ上には、後述する光偏向シートや、必要に応じて入射光を直交する偏光成分に分解する機能を有する偏光変換シート等を設けてもよい。
ＬＥＤ光源から出射される出射光の放射角分布は、ＬＥＤのレンズにより調整することができる。特に、ＬＥＤの側面方向に光が出射されるサイドエミッティングタイプのＬＥＤを使用すると、導光板３０内の広い領域にわたって光線を導光させることができる。
このサイドエミッティングタイプのＬＥＤは、詳細を省略するがそれぞれ発光素子等の発光体を樹脂ホルダによって保持するとともに、樹脂ホルダから一対の端子が突出されてなる。各発光ダイオードには、光源から発せられた光を側面から放射させる光学部品が設けられて、出射光の主成分を発光体の外周方向に出射する指向性を有する構成とされる。なお、サイドエミッティングタイプのＬＥＤについては、例えば特開２００３−８０６８号公報や特開２００４−１３３３９１号公報などに開示されている。
このような構成とする場合、光源２１から出射された光は、光源用孔部３１から導光板３０内部へ入射され、基本的には導光板３０と導光板３０の上下にある空気との界面での全反射を繰り返しながら導光板３０内を導光する。この導光している光は孔部３２に入射された際に、再度導光板３０の内部へ入る場合と、導光板３０の外へ出射される場合がある。導光板３０の内部に再び入った光は全反射を繰り返したのち孔部３２から導光板３０の外へと出射されることになる。ここで重要となる点は、光源用孔部３１及び孔部３２の形状を、側面が導光板３０の光出射面３０Ａに略垂直となるように設けているため、導光板３０から出射された光は、光源２１の角度分布を保存しているということである。なお、突起を設ける場合においても、側面を同様に略垂直な側面とすることによって、光源２１の角度分布を保存することができる。なお、光源２１の角度分布を保存するためには、孔部３２または突起の側面を光出射面３０Ａに対し９０°±１０°以下、望ましくは９０°±５°以下、更に望ましくは９０°±３°以下であればよい。導光板３０を射出成形によって形成する場合、成形抜けの角度のマージンが１〜２°程度であり、十分望ましい範囲に孔部又は突起の側面を形成することが可能である。
また、本発明においては、図１に示す例のほか、図２及び図３に示すように、導光板３０の光出射面３０Ａ及び背面３０Ｂに、導光板３０を貫通しない凹部状の孔部３２を設けてもよい。更に、図４及び図５に示すように、導光板３０の光出射面３０Ａ又は背面３０Ｂに突起３３を設けてもよい。これら孔部３２及び突起３３は、上述の図１に示す孔部３２と同様に、出射面３０Ａ及び背面３０Ｂに対し略垂直な側面を有する円柱状、角柱状など種々の形状とすることができる。図２及び図３において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
次に、このような構成とする導光板３０から出射される角度輝度分布を光線追跡により解析した結果を示す。各例ともに、図６Ａに示すように、導光板３０に上述したサイドエミッティングタイプの発光ダイオードより成る光源２１（赤色ＬＥＤ２１Ｒ、緑色ＬＥＤ２１Ｇ及び青色ＬＥＤ２１Ｂ）は、導光板３０を貫通する円柱状の光源用孔部３１に配置して、光出射面３０Ａを除く背面３０Ｂ及び側面に、正反射シートより成る反射構造部２２を設ける構成とするものである。導光板３０の材料としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を用い、また導光板３０の厚さを１０ｍｍとし、また凹部状の凹部状の孔部３２及び突起３３の深さ又は高さは０．５ｍｍとして構成した。
また、光源２１から出射される放射光の角度輝度分布を図６Ｂに示す。なお、以下の角度輝度分布の図において、実線は導光板の表面を目視した場合の水平方向（横方向、０度とする）の角度輝度分布を示し、破線は垂直方向（縦方向、９０度とする）の角度輝度分布を示す。すなわちこの場合、水平方向、垂直方向ともに、出射面に垂直な方向から８０度の方向に輝度のピークをもつ強いサイドエミッティングタイプであることがわかる。
図７Ａ及びＢは、前述の図１において説明した例と同様に、孔部３２の形状を、導光板３０を貫通する円柱形状として設けた場合の概略断面構成図及び概略平面構成図を示す。孔部３２は、図７Ｂに示すように、光源用孔部３１の周囲に方形に略等間隔に配置した。このとき、導光板３０からの出射光の角度輝度分布は、図７Ｃに示すように、光源２１からの角度輝度分布を保存してほぼ８０度の方向に輝度のピークをもつことがわかる。
図８Ａ及びＢは、前述の図２において説明した例と同様に、孔部３２の形状を、導光板３０の光出射面３０Ａに開口する凹部状とし、その形状を円柱形状として設けた場合の概略断面構成図及び概略平面構成図を示す。孔部３２は、図８Ｂに示すように、光源用孔部３１の周囲に方形に略等間隔に配置した。この場合においても、導光板３０からの出射光の角度輝度分布は、図８Ｃに示すように、光源２１からの角度輝度分布を保存してほぼ８０度の方向に輝度のピークをもつことがわかる。
図９Ａ及びＢは、前述の図３において説明した例と同様に、孔部３２の形状を、導光板３０の背面３０Ｂに開口する凹部状とし、その形状を円柱形状として設けた場合の概略断面構成図及び概略平面構成図を示す。孔部３２は、図９Ｂに示すように、光源用孔部３１の周囲に方形に略等間隔に配置した。この場合においても、導光板３０からの出射光の角度輝度分布は、図９Ｃに示すように、光源２１からの角度輝度分布を保存してほぼ８０度の方向に輝度のピークをもつことがわかる。
図１０Ａ及びＢは、前述の図４において説明した例と同様に、突起３３を、導光板３０の光出射面３０Ａ上に形成し、その形状を円柱形状として設けた場合の概略断面構成図及び概略平面構成図を示す。突起３３は、図１０Ｂに示すように、光源用孔部３１の周囲に方形に略等間隔に配置した。この場合においても、導光板３０からの出射光の角度輝度分布は、図１０Ｃに示すように、光源２１からの角度輝度分布を保存してほぼ８０度の方向に輝度のピークをもつことがわかる。
なお、貫通させた孔部を設ける場合と比較して、小さな突起や孔部を設ける場合は、導光板を樹脂等により構成し、例えば射出成形により製造する場合には、溶融状態にした材料が流れやすくなるため製造し易く、大面積化が容易となり、また、１枚あたりを成形する時間も短縮することができるという利点を有する。
図１１Ａ及びＢは、前述の図５において説明した例と同様に、突起３３を、導光板３０の背面３０Ｂ上に形成し、その形状を円柱形状として設けた場合の概略断面構成図及び概略平面構成図を示す。突起３３は、図１１Ｂに示すように、光源用孔部３１の周囲に方形に等間隔に配置した。この場合においても、導光板３０からの出射光の角度輝度分布は、図１１Ｃに示すように、光源２１からの角度輝度分布を保存してほぼ８０度の方向に輝度のピークがあることがわかる。
なお、このように、背面３０Ｂに突起３３を設ける場合は、突起３３から出射された光が背面の正反射板により反射されたのち、正面方向へ出射されるため、３色の光源２１からの光を混色し易い構成である。したがって、このような導光板３０を用いる照明装置、例えば液晶表示装置において、反射板から液晶表示パネルまでの厚さを薄くすることが可能となるという利点を有する。
これに対し、前述の特許文献２において提案されているような断面三角形上の凹部を設ける構成とする場合についても同様に角度輝度分布を解析した。
先ず、図１２Ａに示すように、導光板３０の光出射面３０Ａに例えば図１２Ａの紙面に対し垂直な方向に延在する三角状凹部６１を設け、図１２Ｂに示すように、光源用孔部３１に対して水平方向に等間隔に配置した。図１２Ｂにおいて破線矢印ｘは水平方向、実線矢印ｙは垂直方向を示す。その他の構成は、上述の図７〜図１１に示す例と同様の構成とした。この場合、導光板３０からの出射光の角度輝度分布は、図１２Ｃに示すように、光源２１の角度輝度分布を保存しないものであり、かつ水平方向と垂直方向とで異なる角度輝度分布となっている。
また、図１３Ａに示すように、導光板３０の光出射面に三角状突起６２を設けた場合についても同様の解析を行った。この場合、図１３Ｂに示すように、三角状突起６２を光源用孔部３１に対し水平方向に等間隔に配置した。その他の構成は、上述の図７〜図１２に示す例と同様の構成とした。この場合においても、導光板３０からの出射光の角度輝度分布は、図１３Ｃに示すように、光源２１の角度輝度分布を保存しないものであり、かつ水平方向と垂直方向とで異なる角度輝度分布となっていることがわかる。
これらの結果から、上述の図７〜図１１に示す本発明構成の導光板３０は、図１２及び図１３に示す従来構成の導光板と比べて光源からの出射光の角度分布を保持した鋭い角度輝度分布をもって導光板３０から光を出射させることができることがわかる。
すなわち、本発明構成の導光板を用いてバックライト装置を構成することによって、従来の導光板と比べて光源２１からの出射光の角度分布をより保存した状態で、導光板から光を出射させる構成とすることができる。
次に、本発明のバックライト装置において、導光板に設ける孔部又は突起の形状を、光源の出射方向に対して異方性を有する形状とする例について説明する。
上述の各実施の形態例においては、導光板に設ける孔部や突起の形状を、円柱状とした例を示したが、本発明はこの形状に限定されるものではなく、その他導光板の光出射面及び背面に対し略垂直な側面を有する形状であればよい。特に、光源からの光に対し、円柱のように等方的ではなく、四角柱などの角柱状として、いわば光源の出射方向に対して異方性を有する形状としてもよい。
図１４にこの場合の導光板３０の概略平面構成図を示す。この例においては、ＲＧＢの各色ＬＥＤ等の光源２１（２１Ｒ、２１Ｇ及び２１Ｂ）が列状に配列されるとともに、その間に等間隔に断面四角形の角柱状の孔部３２を設ける場合を示し、角柱状の孔部３２として、配列方向に各側面が沿うように配列した四角形状の孔部３２Ｓと、配列方向と各側面がほぼ４５度を成すように配列した菱形の孔部３２Ｄとを交互に配置した例を示す。
上述したように、孔部や突起の断面が円柱状の場合は、どの方向から入射される光に対しても同じ振る舞いをする。このため、孔部や突起を円柱状などのように等方的な形状とすると、光源との位置関係、距離、大きさなどの条件によっては、面内輝度分布を均一化し難い場合も考えられる。
これに対し、上述したように孔部や突起を光源の出射方向に対して異方性を有する正方形などの形状にした場合、図１５に光の進行方向を模式的に矢印Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃで示すように異なる方向から光が孔部や突起に入射するので、孔部又は突起のどの側面が光源に向いているかによって入射角度が異なり、孔部３２Ｄを設ける場合この孔部３２Ｄから光が出射されるか又はその側面で全反射されて導光板３０内に再び戻されるかを制御することができる。
すなわち、光の出射方向（進行方向）に対して孔部又は突起の形状が異方性を有する場合は、光源２１の配置場所と孔部もしくは突起との位置関係に対応して、その形状を適切に選定することによって、光源２１からの光の一部を出射させ、残りの光は反射を繰り返して導光させるようにいわばその配分を制御することができる。図１５に示した矢印ＬａやＬｃの方向から入射する光を積極的に反射させたい場合、孔部又は突起の形状は正方形であることが好ましい。
ただし、孔部又は突起から出射及び反射される割合を制御する場合、正方形に限らず多角形や楕円やその他複雑な幾何学形状が考えられる。そして、これらの形状を、用いる光源の角度分布に最適な形状、配置を選択して設けることによって、上述したような輝度のばらつきが生じることを回避することができて、面内輝度分布、面内色度分布の低下を回避、もしくは向上することができる。
一例として、導光板の背面に正方形の突起を設けた場合の角度輝度分布について検討した。この例においては、１７インチの液晶モニター用のＬＥＤバックライト装置に対応する構成を採用している。図１６にその要部の概略断面構成図を示す。光源２１としてＬＥＤを用い、ＬＥＤのＲＧＢ個数比は、青（Ｂ）：緑（Ｇ）：赤（Ｒ）＝３：３：２であり、総数は６４個である。これらの光源２１は、図１６に示すように、導光板３０に設けた円筒形状の光源用空孔３１内に配置して、導光板３０の背面に、平面形状が正方形であり、その頂角を光源２１に近接して配置した四角柱形状で高さ０．３ｍｍの突起３３を設け、導光板３０の側面及び背面には正反射シート等よりなる反射構造部２２を設ける。導光板３０の光出射面には、光源２１の直上に対応する位置に、ＬＥＤから直接正面方向すなわち光出射面に垂直な方向に出射される光を拡散するためのダイバータシート２６を配置する。これは、ＬＥＤの直上に対応する位置のみ白色拡散剤が印刷されているフィルムである。なお、ＬＥＤの角度分布を制御し、ＬＥＤの直上に放射される光を十分抑制できる場合にはこのダイバータシートを設けることなく液晶表示装置を構成することが可能である。ダイバータシート２６上にはスペーサー２５を介して、拡散板２７と拡散シート２８とをこの順に積層して配置する。拡散シート２８は、正面方向に光出射方向を調整するいわゆる立ち上げ効果の高い拡散シートを用いる。光源２１はスペーサー２５を介して配線基板２３上に配置され、全体が筐体２４内に収められる。反射板、この場合導光板３０の背面の反射構造部２２から液晶表示パネル（図示せず）までの厚さは２４ｍｍである。赤色光源２１Ｒ、緑色光源２１Ｇ、青色光源２１Ｂの配置位置を、図１７の概略平面構成図に示す。この場合、垂直方向に１６個、水平方向に４列のＬＥＤを配置し、端部から１列目の光源までの距離ｅ１を３５ｍｍ、光源の列間の距離ｅ２を９０ｍｍ、各列の光源間の距離ｅ３を１７．２ｍｍとしている。また、ＬＥＤとしては横方向に強く放射するサイドエミッティングタイプのＬＥＤを用いる。その角度分布を図１８に示す。導光板３０の背面の概略平面構成図を図１９に示す。突起３３は全て略一様な形状とし、列状に設ける光源用空孔３１の間に全面的に略同一の密度で配置している。
この構成における導光板３０上及び拡散シート２８上の角度輝度分布をそれぞれ図２０Ａ及びＢ、図２１Ａ及びＢに示す。図２０Ａ及び図２１Ａにおいては平面分布を示し、図２０Ｂ及び図２１Ｂにおいては、水平方向及び垂直方向の断面における分布を示す。図２０Ａ及びＢから分かるように導光板３０上では、ＬＥＤの角度分布を保存し、斜め方向に強い分布となっていることが分かる。一方、導光板を出射後拡散シート２８で出射方向を揃えられた光の角度分布は、図２１Ａ及びＢから分かるように正面方向に揃えられていることがわかる。
このバックライト装置における輝度ムラは、最大輝度をＬｍａｘとし最小輝度をＬｍｉｎとしたときに、（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）／Ｌｍａｘ＝１０％程度である。
導光板を用いることなく拡散板の直下にＬＥＤを配置するバックライト装置を構成する場合、同程度に輝度ムラを抑えるためにはバックライト装置の厚さは６０ｍｍ程度必要である。したがって、本発明による導光板を用いることによって、輝度ムラを抑制する効果が得られ、これによりバックライト装置の薄型化が可能であることがわかる。
また、拡散シート２８上で測定した色度ムラを図２２に示す。図２２の結果から、本発明によるバックライト装置では、色度ムラを略Δｕ´ｖ´≦０．０１０の範囲に抑えられることがわかる。
本実施形態例においては、カラーセンサーによるフィードバックや電気的な制御を行っておらず、全てのＬＥＤを直列で定電流駆動しているにもかかわらず、従来のＬＥＤを光源に用いたバックライト装置と同程度の色ムラに抑えることができる。したがって、従来のバックライト装置で行われているような上述したフィードバックや電気的な制御を付随することで、更なる色ムラの低減化が可能となる。
ところで、上述の実施形態例においては、導光板に突起を設ける例を示すが、突起を設ける場合、図２３に本発明による導光板の一実施形態例の要部の概略断面図を示すように、その断面の長さすなわち直近の光源からの光が横切る方向の長さをＬ、高さをＨとし、光源から出射されるメインピークの角度に対して、出射光量が２５％となる角度をαとすると、
Ｌ／Ｈ≧ｔａｎα    ・・・（１）
とすることが望ましい。図２３において、光源２１から出射され、光源用孔部３１から導光板３０内に導光される光の強度分布をＤＬとし、もっとも強度の高い方向すなわちメインピークを破線ｐ１００として示す。このメインピークに対し出射光量が２５％となる方向を矢印ｐ２５で示す。この矢印ｐ２５の法線方向ｖからの角度をαとする。このとき、突起３３の横方向の長さＬと高さＨとの関係が上記式（１）を満足する場合は、出射光量がメインピークに対し２５％以上の光が突起３３の側面でほぼ反射されることとなる。したがって、本発明において導光板に突起を設ける場合は、その幅及び高さを上記式（１）に示す関係に選定することが望ましいといえる。
突起の上面は、光出射面と略平行な面、すなわち光出射面に対して０°±１０°、望ましくは０°±５°、更に望ましくは０°±３°とすることによって、この上面から出射される光の角度輝度分布を突起以外の光出射面と略同一とすることができる。
なお、上述の図１６及び図１９において説明した例においては、導光板３０の突起３３の高さを０．３ｍｍ、また対角方向の幅を１３ｍｍとした。
この場合、光源２１として用いるサイドエミッティングタイプのＬＥＤは図１８に示すように横方向に強い強度分布をもつ。この光源から出射されるメインピークの角度に対して、出射光量が２５％となる角度αは図１８から略５５°である。すなわちこの場合、導光板３０に設ける突起３３の高さＨが０．３ｍｍ、突起３３の断面の長さＬが１３ｍｍであるので、この比Ｌ／Ｈは、Ｌ／Ｈ≒４３となる。また、ｔａｎ（５５°）≒１．４であるので、
Ｌ／Ｈ≧ｔａｎα
を満たすことがわかる。
また、上述の実施形態例においては、導光板に設ける突起の形状をほぼ同一として形成した。このように、孔部又は突起の形状を同一とする場合は、構成が比較的簡易であり、製造が容易であるという利点を有する。また、光源の配置が均一であれば面内の輝度均一性を図り易く、輝度ムラ及び色ムラを抑えることが可能である。
一方、導光板に複数配置された孔部又は突起を、光源の近傍では光源から出射された光を外部へ取り出しにくく、光源から比較的遠方では光源から出射された光を外部へ取り出しやすいように、光源からの位置によりその形状を選定する構成としてもよい。この場合の一実施形態例を図２４Ａの概略断面構成図及び図２４Ｂの概略平面構成図を参照して説明する。
この例においては、図２４Ａに示すように、導光板３０の背面に例えば円柱状の光源用空孔３１が設けられてその中にＬＥＤ等の光源２１が配置される。そして、光源用孔部３１の間の背面側に突起３３が複数設けられる。この突起３３は、幅及び高さが大きいほど光が外部に取り出し易い。このため、図２４Ａ及びＢに示すように、光源２１の近傍ほど幅及び／又は高さを小さく、光源２１から遠ざかる程幅及び／又は高さを大として突起３３の形状を選定する。このような構成とすることによって、光源２１の近傍では光を外部に取り出しにくく、光源２１から比較的離間した位置では光を外部に取り出し易くすることができ、光利用効率を向上させることが可能となる。特に、前述の図１６〜図１９において説明した実施形態例のように、光源２１を均一な分布をもって配置しない場合においては、このように孔部又は突起の形状をその光源２１との相対的な置位置によって適切に選定することによって、光源２１からより離間した位置まで光を導光板内に導光させてから外部に取り出すことができる。このため、より光利用効率を向上させることが可能となる。
次に、上述した形状の導光板３０を用いるとともに、その光出射側に、特定の角度分布を有する入射光を、光出射面に対し特定の方向、例えば垂直な方向にピークを有する角度輝度分布をもって出射する光偏向シートを配置した場合の角度輝度分布について考察する。
この光偏向シートとしては、例えば図２５Ａに示すように、四角錐状等の凹部４１を面状に連続的に並置配列した光偏向シート４０を用いることができる。
導光板３０として、図２５Ｂに示すように、例えば導光板３０を貫通する円柱状等の孔部３２を、光源２１を収めた光源用孔部３１の列の間に配列する。
図２５Ｃは、このような光偏向シート４０及び導光板３０を用いた本発明構成のバックライト装置の一実施形態例の要部の概略断面構成を示す。図２５Ｃにおいて、図２５Ａ及びＢと対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例においては、光偏向シート４０の凹部４１を導光板３０の光出射面に対向して配置し、また、導光板３０の背面及び側面には正反射シートより成る反射構造部２２を設ける例を示す。
このような構成とする場合、光源２１から出射された矢印Ｌ１１、Ｌ１２で示す光は、導光板３０内で全反射し、また孔部３２においては、その角度分布をほぼ保存しながら導光し、反射を繰り返した後、孔部３２から出射されて、そのまま光偏向シート４０に入射される。また背面側へ出射された光は反射構造部２２にて一度反射された後、光偏向シート４０へと入射される。ここで光源を、上述のサイドエミッティングタイプのＬＥＤとする場合は、光偏向シート４０へと入射された光も同様の角度分布を持っている。
図２５Ａに示す構成の光偏向シート４０は、特定の方向にピークを有する角度分布の光を、光偏向シート４０の出射面に対し特定の方向、例えば略垂直な方向にピークを有する角度輝度分布をもって出射することができる。なお、光偏向シート４０からの出射光の角度輝度分布、及びこの光偏向シート４０による導光板３０側への戻り光量は、光偏向シート４０に設ける凹部の形状の特に斜面の角度や部材の屈折率を変えることで制御することができる。したがって、光偏向シート４０に入射する光の角度分布に依存して適切な形状とすることにより、これを用いる表示装置に望ましい角度輝度分布とし、かつ戻り光を低減させることで、反射構造での損失を低減化することができ、全体としての輝度を向上させることができる。なお、この光偏向シートの凹部の詳細な形状については後述する。
このように、光偏向シートを設ける場合において、光偏向シートから出射される光の角度輝度分布を調べた。この例では、図２６Ａに導光板３０の概略断面構成を示すように、前述の図１１に示す例と同様に導光板の背面に突起３３を設ける構成とした。なお、突起３３の配置は、図２５Ｂに示す例と同様に、列状の光源２１の間に列状に配置する構成とした。また、導光板３０の材料はＰＭＭＡを用いて構成し、その厚さを１０ｍｍ、また突起の高さは０．５ｍｍとし、光偏向シート４０及び反射構造部２２との間隔をそれぞれ５ｍｍとして構成した。光偏向シート４０の凹部の頂角は７２度として、ＰＭＭＡより成る構成とした。
このような構成とする場合の光偏向シート４０上での角度輝度分布を図２６Ｂに示す。この結果から、本発明による導光板を用い、更に光偏向シートから出射される光の角度輝度分布は、水平方向、垂直方向共に光出射面に対して正面方向に輝度のピークが得られることがわかる。
また、前述の図１６、図１７及び図１９において説明した構成の導光板を用い、図２７に概略断面構成図を示すように、導光板３０の光出射側に図２５Ａに示す例と同様の構成の光偏向シート４０を配置した場合の光偏向シート４０上の角度輝度分布を調べた。図２７において、図１６と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この結果を図２８Ａ及びＢに示す。図２１Ａ及びＢとこの図２８Ａ及びＢとを比較すると明らかなように、光偏向シート４０を配置することによって、より垂直方向に分布を鋭くし、かつ輝度のピーク値を高めることができることがわかる。
以上の結果から、本発明構成のバックライト装置によれば、所望の方向、例えば正面に高い輝度のピークを有する角度輝度分布をもって光を出射することができることがわかる。また、導光板に設ける反射構造部として正反射シートを用いる場合、良好な結果が得られることがわかる。
このように、本発明構成のバックライト装置においては、導光板で例えば３色のＬＥＤ等の光源の色を混合させるとともに、角度輝度分布を制御することができ、かつ戻り光によるロスを低減できるため輝度の向上を図ることができる。戻り光による反射構造部の光吸収を抑制できるため、熱の発生も抑えることができる。
更に、導光板により面内輝度分布の均一化を図ることもできるため、この導光板を備えるバックライト装置を用いる液晶表示装置の薄型化が可能となる。
なお、導光板に孔部又は突起を設ける場合において、導光板面内の輝度分布の均一度を向上させるには次のような構成とすることが有効である。
（１）孔部の大きさを小さくして、多数個配置する。
（２）光源近傍などの輝度が比較的高くなる領域では、孔部の大きさを小さくするか、もしくは数を減らす。
（３）導光板の厚さを厚くするか、もしくは屈折率を小さくする。
（４）導光板と反射構造部との間隔や、導光板と光偏向シートとの間隔を大きくする。
ただし上記（３）、（４）に関しては、バックライト装置の厚さとトレードオフの関係にあるため、バランスをとる必要がある。
また、上述したようなサイドエミッティングタイプのＬＥＤを用いる場合であっても、光出射面に対し垂直方向への出射が全くないというわけではないため、垂直入射されるわずかな光に対しても対策を施す必要がある。この対策としては、発光ダイオード等の光源の直上もしくは光源用孔部の上に、反射拡散シートを配置することが望ましい。
なお、光源から導光板内に入射される光の角度分布の変化を抑えるために、導光板の背面の下部に光源を設けるのではなく、導光板に少なくとも１個以上の空孔を形成し、これを光源用孔部としてその中に光源を配置することが望ましい。
そしてこの光源用孔部の形状としては、導光板の光出射面に対して略垂直な側面及び略平行な上面から成る柱状の空孔であることが望ましい。これらの側面及び上面の角度はそれぞれ導光板の光出射面に対し９０°±１０°、０°±１０°程度であれば十分角度分布を保持することができ、望ましくは９０°±５°、０°±５°、更に望ましくは９０°±３°、０°±３°とすることによって、より確実に角度分布を保持することができる。
ところで、上述の本発明構成のバックライト装置のように、鋭い角度輝度分布を有する光源と光偏向シートを用いる場合には、出射された光の角度輝度分布が狭くなりすぎる可能性がある。これは、このバックライト装置を用いる表示装置の視野角が狭くなってしまうことを意味する。
これを解消するためには、
（１）光偏向シートの光出射面に拡散シートを配置する。ただし、戻り光を小さくするために透過率が高いものが望ましい。
（２）反射構造部として、拡散効果を有するものを用いる。
（３）孔部または突起の少なくとも一部にテーパーをつける。
といった構成を採用することがあげられる。
次に、本発明のバックライト装置に用いる光偏向シートの形状について詳細に説明する。
図２９は、本発明の光偏向シートの一例の概略斜視図である。本発明の光偏向シート５０は、その光入射面となる表面５１Ａに、凹部５２、図示の例では四角錐状の凹部５２を並置配列し、すなわちこの表面５１Ａに全面的に四角錐状の凹部５２を２次元的に且つ連続的に配置するものである。
この凹部５２の形状を、図３０Ａ〜Ｃの幾何的構成図を参照して説明する。図３０Ａは頂点をＯとし、底面をＡＢＣＤとする四角錐を示す。辺ＡＤ及び辺ＢＤの各中点Ｅ、Ｆと頂点Ｏを結んだ三角形ＯＥＦの頂角を、図３０Ｂに示すように、この凹部５２の頂角θとして規定する。この頂角θは、図３０Ｃに示す凹部５２の一斜面である三角形ＡＢＯの頂角Φと比べて大きい角度となる。
このような四角錐状の凹部５２を設ける場合の、入射光の入射角度の違いによる光線のふるまいを図３１に示す。図３１においては、頂角θを７０°近傍とした場合の光偏向シート５０に対し、表面５１Ａから角度０°、２０°、４０°、６０°、８０°の角度をもって入射する光線の屈折する様子を示す。矢印Ｌ１、Ｌ２はそれぞれ入射角０°、２０°の場合で、凹部５２の表面側の界面で屈折し、裏面５１Ｂから出射される。矢印Ｌ３及びＬ４は入射角４０°とした場合で、矢印Ｌ３で示すように光偏向シート５０の裏面５１Ｂで全反射されるか、または矢印Ｌ４で示すように、隣接する凹部５２の斜面で全反射され、裏面５１Ｂ側に出射される。矢印Ｌ５及びＬ６は入射角６０°とした場合で、同様に一方は矢印Ｌ５で示すように裏面５１Ｂで全反射され、または矢印Ｌ６で示すように隣接する凹部５２の斜面で全反射され、裏面５１Ｂから出射される。矢印Ｌ７は入射角８０°とする場合で、このとき凹部５２の破線ｋで囲む内側の頂角付近には光は到達することなく、隣接する凹部５２の斜面で全反射し、裏面５１Ｂから出射される。
すなわち、凹部の頂角に対して、入射角２０°以下の角度の光は裏面５１Ｂに対し垂直な方向からやや斜め方向に出射し、入射角８０°近傍での光が入射されると、裏面５１Ｂから略垂直な方向へ出射されることがわかる。また、入射角４０°ないし６０°の光は、凹部５２のどの部位に入射するかによって出射角度及び反射の割合が異なることがわかる。
一般に、光偏向シートをバックライト装置などの照明装置、また液晶表示装置などの表示装置に利用する場合、光出射面である光偏向シート５０の裏面５１から出射される角度が、裏面５１に対して垂直であることが望ましい。
このようになる条件は、スネルの法則による初歩的な幾何光学から、以下の式（２）に示すように表される。
ｎ０×ｃｏｓ（θｉｎ＋β／２）
＝ｎ×ｃｏｓ｛（３／２）×β｝・・・（２）
ここで、ｎ０は空気の屈折率、ｎは光偏向シートの屈折率を示し、θｉｎは、図３２に示すように、光偏向シート５０の表面５１Ａに設けた凹部５２の斜面に光が入射する角度であり、βが今求めたい凹部５２の頂角である。図３２に示すように、裏面５１Ｂから出射する光の角度が０°であることが望ましい。
バックライト装置などに利用する場合、光源からの光の入射角度は１つではなく、分布をもっているが、この場合は分布のピーク値を用いればよい。
また、この場合シート内での全反射、すなわち図３２において点Ｒで示す凹部５２の斜面の内側での全反射を利用するため、入射光は図３２においてθｉｎで示すように、低入射であることが望ましい。この角度は、シートの屈折率にもよるが、５０°≦θｉｎ＜９０°くらいの範囲である。
上記式（２）に示す式を用いて、代表的な材料における光の入射角（分布のピーク値）と光偏向シートに四角錐状の凹部を設ける場合の頂角θとの関係を求めた。この結果を図３３に示す。図３３においては、屈折率１．４９のアクリルを実線１、屈折率１．５９のポリカーボネイトを実線ｍ、また高屈折率材料の一例として屈折率１．７である材料を実線ｎとして示す。
図３３の結果から、屈折率１．４９〜１．７の比較的広い範囲において、入射角度に対して最適な凹部の頂角θは、大きく相違しない傾向があることがわかる。
一方、入射角度については、５０度から９０度の範囲でほぼ単純に最適な頂角θが増加していることがわかる。
本発明の光偏向シートをバックライト装置に適用する場合、例えばその光源としてＬＥＤを用いる場合は、ＬＥＤから出射される出射光の放射角分布は、ＬＥＤのレンズにより調整することができる。特に、上述したようなＬＥＤの側面方向に光が出射されるサイドエミッティングタイプのＬＥＤを使用すると、ＬＥＤを配置する位置から導光板内の広い領域にわたって光線を導光させることができる。また、その放射角分布は、８０度から９０度の間にピークをもつものが多い。
したがって、例えばアクリルを光偏向シートの材料として用いる場合は、四角錐状とする凹部の頂角を７２°近傍とすることがよいことがわかる。
一例として、放射角度が８０度付近に設定されたＬＥＤを用いて、本発明構成の光偏向シートを配置したときの、光偏向シートからの出射光の角度分布を解析した。この結果を図３４Ａ〜Ｆ及び図３５Ａ〜Ｅに示す。図３４Ａ〜Ｆにおいては、それぞれ頂角θを２０度、４０度、６０度、６６度、７２度、７８度とした場合、また図３５Ａ〜Ｅにおいては、それぞれ頂角θを８４度、１００度、１２０度、１４０度、１６０度とした場合を示す。各例共に、実線は光偏向シートの表面の水平方向（０度）の角度輝度分布を示し、破線は垂直方向（９０度）の角度輝度分布を示す。
これらの結果から、図３４Ｅに示す頂角θを７２度とした場合が、水平方向、垂直方向ともに正面輝度が最も高いことがわかる。実際のバックライト装置や液晶表示装置においては、拡散板などの角度輝度分布を広げる構造が設けられることから、その影響で広がる可能性があり、このように指向性のある角度輝度分布は、表示装置用として最適であるといえる。
また、この場合角度輝度分布として実用可能な例は、図３４Ｄに示す頂角６６度の例、図３４Ｆに示す頂角７８度を含む６６度以上７８度以下の範囲であった。また、頂角を６４度、８０度とした場合の角度輝度分布を図３６Ａ及びＢに示す。これらの例では、正面方向の輝度が低下し、斜め方向に輝度のピークが出てしまい、表示装置には不向きとなることがわかる。
この結果から、放射角度のピークが８０度近傍であるサイドエミッティングタイプのＬＥＤを光源としたバックライト装置及びこれを用いた液晶表示装置に光偏向シートを適用する場合は、光偏向シートの凹部の頂角を６６度以上７８度以下とするときに、良好な角度輝度分布を得ることができ、面内輝度分布の最適化を図ることができることがわかる。
また、光偏向シートの凹部を四角錐状とする場合に、光入射角度に対して最適な頂角θに対して、±６度程度の範囲で実用上好適な角度輝度範囲とすることができると類推できる。
次に、比較例として、前述のＢＥＦ（住友スリーエム（株）社製、商品名）及びダイヤアート（三菱レイヨン（株）社製、登録商標）を光偏向シートとした場合の角度輝度分布を解析した結果を示す。図３７においては、上述の図３４Ｅに示す例と同様に、本発明構成の光偏向シートを用いて、その凹部を頂角が７２度の四角錐状とした場合を示す。図３８においては、上述のＢＥＦを利用した場合、図３９においては、上述のダイヤアート（登録商標）を利用した場合を示す。なお、各例ともに、図４０にバックライト装置の一例の概略構成を示すように、サイドエミッティングタイプのＬＥＤより成る光源２１を空間内に複数配置し、底面及び側面に反射構造部２２を設け、上面に光偏向シート５０を配置した場合の角度輝度分布を示す。なお、図３７においては反射構造部２２として、正反射シート、図３８及び図３９の例においては、拡散反射シートを用いた。各例共に、その反射率は９７％とした。図３７〜図３９においても、図３４及び図３５と同様に、実線は水平方向の角度輝度分布、破線は垂直方向の角度輝度分布を示す。
図３７から明らかなように、図２９に示す構成の光偏向シートを用いる場合は、出射効率が９０％であるのに対して、図３８及び図３９の例では、それぞれ７２％、８５％であり、図３７に示す例が出射効率に優れていることがわかる。正面輝度は、図３８に示すＢＥＦを用いた例を１とすると、図３７に示す場合は２．２倍であり、図３９の例では１．２倍にとどまり、正面輝度も図３７に示す例が最も高いことがわかる。
これらの結果から、図２９に示す構成の光偏向シートを用いることによって、輝度の角度分布を最適化することができ、特にサイドエミッティングタイプのＬＥＤを用いる構成のバックライト装置にこの光偏向シートを用いる場合は、正面輝度を従来に比して２倍以上に高めることができることがわかる。
なお、例えば図３８中矢印Ｓ１、Ｓ２で示すように、横方向に出射されるいわゆるサイドローブと呼ばれる極端に斜めに出射される光は、液晶表示装置の液晶表示パネルに入射されると大部分が反射又は吸収され、いわば無駄となってしまう。
しかしながら、上述の図２９に示す構成の光偏向シートを用いる場合は、このような極端な横方向への光の出射を回避し、光の利用効率を十分高めることができるという利点を有する。
上述の各例においては、凹部５２のピッチを５０μｍとして構成した。凹部５２のピッチとしては、可視光波長の半分程度である０．２μｍ以上とする必要がある。また、ピッチが大きすぎると、成形により作製しにくく、また光偏向シート全体の厚さが大きくなり過ぎること、更に、面内分布にムラが生じてしまうので、５００ｍｍ以下とすることが望ましい。或いは、頂角によっては、ピッチに対し凹部の深さが深くなってしまう場合も想定される。したがって、凹部の深さが５０ｍｍ以下となるようなピッチを選定することが望ましい。
以上の例においては、光偏向シートの凹部をほぼ四角錐状とした例を示した。この場合、四角錐を構成する三角形状の斜面の成す角は、シートの横方向（水平方向）でも縦方向（垂直方向）でも同じであり、液晶表示装置に適用する場合は、表示画面の水平方向と垂直方向とでの輝度の角度分布がほぼ同じである。図３４Ａ〜Ｆ、図３５Ａ〜Ｅの結果でも、実線で示す水平方向、破線で示す垂直方向の角度輝度分布がほぼ同じであることがわかる。
これに対し、表示装置、例えばテレビジョン受像機などにおいては、水平方向の輝度の角度分布を垂直方向の角度分布より広く、すなわち水平方向の視野角を広く、垂直方向の視野角は狭くしたほうが好ましい。
したがって、以下に各例を示すように、凹部の形状として、表示装置の水平方向に対応する横方向と、垂直方向に対応する縦方向とにおいて、異なる比率を有する形状としてもよい。
前述の例と同様に、図４１Ａ〜Ｄにおいては、凹部を四角錐状とする場合に、その開口部の四角形を正方形とする例を示す。図４１Ａはこのような凹部を設けた光偏向シートの表面の拡大斜視図を示す。この場合、凹部の開口部の四角形の辺をｘ、ｙとすると、ｘ＝ｙである。
図４１Ｂに示すように、凹部を底面が正方形ＡＢＣＤ、頂点をＯとする四角錐とすると、辺ＡＤ、ＢＣの各中点Ｅ、Ｆと頂点Ｏを結ぶ三角形ＯＥＦと、辺ＡＢ、ＣＤの各中点Ｇ、Ｈと頂点Ｏとを結ぶ三角形ＯＨＦとは、図４１Ｃ及びＤにそれぞれ示すように、合同となる。
すなわち、三角形ＯＥＦ及びＯＧＨの斜辺の長さはａ、底辺の２分の１の長さはｂ、高さはｈでそれぞれ等しい。
このように、等方タイプとする場合は、上述したように輝度の角度分布は水平方向、垂直方向でほぼ同じである。
一方、図４２Ａ及び図４３Ａに各例の光偏向シートの表面の拡大斜視図を示すように、凹部の底面の辺ｘ、ｙをｘ≠ｙとして、各辺の延長方向に関して頂角を異ならせ、輝度の角度分布を異ならせる構成としてもよい。
図４２Ａ〜Ｄに示す例では、凹部の底面を長方形の四角錐状とした場合を示す。すなわち、図４２Ｂに示すように、底面を長方形ＡＢＣＤとし、頂点をＯとする四角錐状として、底面の辺ＡＤ、ＢＣの各中点Ｅ、Ｆと頂点Ｏを結ぶ三角形ＯＥＦと、辺ＡＢ、ＣＤの各中点Ｇ、Ｈと頂点Ｏとを結ぶ三角形ＯＨＦとは、図４２Ｃ及びＤにそれぞれ示すように、頂角がそれぞれθ１、θ２（θ１＜θ２）と異なり、三角形ＯＥＦ及びＯＧＨの斜辺の長さもａ１、ａ２（ａ１＜ａ２）、また底辺の２分の１の長さもｂ１、ｂ２（ｂ１＜ｂ２）と異なる。高さｈはそれぞれ等しい。
このような構成とする場合、水平方向と垂直方向とで凹部を構成する斜面の角度が異なることから、水平方向と垂直方向の輝度の角度分布が異なる光偏向シートを提供することができる。
一方、図４３Ａに示す例においては、凹部を構成する斜面を二つの三角形と台形より構成し、斜面の傾斜角は等しいままで、水平方向と垂直方向の角度輝度分布を変化させる例を示す。この場合、図４３Ｂに示すように、底面を長方形ＡＢＣＤとし、辺ＡＢ、ＣＤと頂点をＯ、Ｐをそれぞれ結ぶ三角形ＡＢＯとＣＤＰ、更に辺ＡＤ、ＢＣと頂点Ｏ、Ｐとを結ぶ台形ＡＯＰＤ、ＢＯＰＣとを斜面とする形状として凹部を構成する。底面の辺ＡＤ、ＢＣの各中点Ｅ、Ｆと稜線ＯＰの中点Ｑとを結ぶ三角形ＱＥＦと、辺ＡＢ、ＣＤの各中点Ｇ、Ｈと稜線ＯＰとを結ぶ台形ＧＨＯＰをそれぞれ図４３Ｃ及びＤに示す。三角形ＥＦＱと台形ＧＨＯＰとの高さｈは等しく、斜面ａも長さが等しい。また三角形ＱＥＦの頂角をθとすると、台形ＯＧＨＰの稜線の各点Ｏ、Ｐから底辺におろした垂線と斜面の成す角度はそれぞれθ／２となる。
この場合、２方向の斜面の傾斜角度が等しいことから、例えば光偏向シートを樹脂材料から成形等によって作製する場合において金型の製造が比較的簡易であり、歩留まりを確保できるという利点を有する。これは金型をバイト等による切削で作製する際にｘ軸方向の形状もｙ軸方向の形状も同じバイトで切削すればよく、異なった形状のバイトを用意する必要がないためである。
上述の図４３Ａ〜Ｄにおいて説明した構成とし、図４３Ｃに示す三角形ＥＦＱの頂点Ｑの角度を７２度として、図４３Ｄに示す台形の底辺ＧＨと三角形ＥＦＱの底辺ＥＦの長さの比ＧＨ／ＥＦを変化させて、角度輝度分布を解析した。この結果を図４４Ａ〜Ｆに示す。
図４４Ａ〜Ｆにおいては、上記台形及び三角形の底辺の比ＧＨ／ＥＦをそれぞれ１、１．２５、１．５、２、３及び５とした例である。図４４Ａと比較して、図４４Ｂ〜Ｆにおいては、実線で示す水平方向（０度）の角度輝度分布と、垂直方向（９０度）の角度輝度分布が異なることがわかる。
したがって、用いる表示装置の特性に応じて最適な角度輝度分布が得られる凹部の形状を選定して光偏向シートを構成すればよい。
なお、上述の各例においては、光偏向シートの凹部を四角錐状、または二つの三角形及び台形を斜面とする形状としたが、凹部の形状としては、入射する光線に対して、適合する角度の斜面を有する形状であればよく、その他円錐形状、また五角錐、六角錐以上の角錐形状など、種々の形状を採用することができる。
次に、本発明によるバックライト装置を適用した透過型の液晶表示装置の一例について図４５の概略構成図を参照して説明する。
図４５に示すように、この透過型の液晶表示装置１２は、透過型の液晶表示パネル１１と、その背面側に設けられたバックライト装置１０とより構成される。図示しないが、この液晶表示装置１２は、地上波や衛星波を受信するアナログチューナー、デジタルチューナーといった受信部、この受信部で受信した映像信号、音声信号をそれぞれ処理する映像信号処理部、音声信号処理部、またこの音声信号処理部で処理された音声信号を出力するスピーカといった音声信号出力部などを備えていてもよい。
この例は、アクティブマトリクス駆動方式による液晶表示装置の場合を示し、ガラス等より成る第１の基板１ａ上において、画素毎に各画素を選択する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２ａと、ＴＦＴ２ａのドレイン領域に接続する画素電極２ｂが形成されており、各画素の境界部において、ＴＦＴ２ａのゲート電極に接続するゲートバスライン２ｃとＴＦＴ２ａのソース領域に接続するソースバスライン２ｄが各画素を接続するように格子状に形成されている。
一方、ガラス等から成る第２の基板１ｂ上には、赤（Ｒ：ｒｅｄ）、緑（Ｇ：ｇｒｅｅｎ）、青（Ｂ：ｂｌｕｅ）の３色のカラーフィルタ３が画素毎に交互に形成され、その上層に複数の画素に対して一体に形成された共通電極４が設けられている。図４５においては、３画素×３画素の９画素分のみを示しているが、実際にはｍ画素×ｎ画素分を表示するようにカラーフィルタ３が設けられる。画素電極２ｂと共通電極４が対向するように、第１の基板１ａと第２の基板１ｂが平行に所定の間隙をもって配置され、得られた画素電極２ｂと共通電極４の間のスペースに、不図示の液晶配向膜で挟まれるようにして液晶５が封入される。
さらに、第１の基板１ａの画素電極２ｂの形成面の裏面側に、偏光板６と白色光を発するバックライト装置１０が配置され、また、第２の基板１ｂの共通電極４の形成面の裏面側に、偏光板７が配置される。
図４６は、液晶駆動電極とＴＦＴの配置図である。図面上、４画素×４画素の１６画素分を示しているが、実際にはｍ画素×ｎ画素分を表示するように配置される。上記のように第１の基板１ａの一方の面上において、画素毎にＴＦＴ２ａと画素電極２ｂが配置され、各画素の境界部において、ゲートバスライン２ｃとソースバスライン２ｄが格子状に形成されている。液晶画面の外枠部分などには、ＸドライバＸＤおよびＹドライバＹＤを含む液晶駆動用ドライバが配置されており、上記のゲートバスライン２ｃは、選択回路Ｇ１〜Ｇｎを介して、ＹドライバＹＤに接続され、一方、ソースバスライン２ｄは、選択回路Ｄ１〜Ｄｍを介して、ＸドライバＸＤに接続される。
ここで、アクティブ素子であるＴＦＴ２ａは、走査電極バスであるゲートバスライン２ｃの信号に従って、液晶５に電界を印加する各画素電極２ｂとデータ電極であるソースバスライン２ｄとを接続し、または切断する役目を果しており、各画素の液晶を選択的に駆動することができる。偏光板６を透過したバックライト装置１０からの光は、上述の選択回路により選択されて駆動された液晶部により透過率を制御されながら液晶５を透過し、さらに各色のカラーフィルタ３及び偏光板７を透過して、偏光板７側にカラー画像を形成する。これにより高コントラストで高速対応な高画質液晶ディスプレイが実現される。
なお、上述の例においては、アクティブマトリクス駆動方式による液晶表示装置の例を説明したが、本発明のバックライト装置及び液晶表示装置は、その他単純マトリクス駆動方式など、種々の駆動方式や、構成による液晶表示装置に適用可能であることはいうまでもない。
また、本発明の液晶表示装置においては、上述の本発明の各実施形態に係るバックライト装置を適用するものであるが、このバックライト装置においては、例えば前述したように光源の角度分布などの特性によってはダイバータシート又は拡散シートを設ける必要はなく、また、従来の液晶表示装置において用いられるＢＥＦ（住友スリーエム（株）社製、商品名）やＤＢＥＦ（住友スリーエム（株）社製、商品名）なども必ずしも設ける必要がない。
上述したように、本発明のバックライト装置及び液晶表示装置によれば、導光板の、光出射面又はこれと対向する背面に、孔部又は突起を設け、この孔部又は突起の側面を、光出射面又は上記背面と略垂直として構成することによって、この孔部又は突起において反射角度を保持しながら光を導光板内に導光させ、導光板から所望の角度輝度分布をもって光を出射することができる。したがって、従来に比してこの導光板を備えるバックライト装置を組み込む照明装置全体の厚さや液晶表示装置の厚さ、例えば液晶表示装置の場合は導光板背部の反射構造部から液晶表示パネルまでの厚さを薄くすることができる。
また、導光板に少なくとも１個以上の空孔を形成し、空孔に光源を配置することによって、より確実に光源からの角度分布を保持して導光板から光を出射させる構成とすることができ、光の利用効率の低下を回避ないしは抑制することができる。
更に、導光板に設ける孔部又は突起の側面を、直近の光源から出射された光の大半を全反射させる機能を有する形状とすることによって、より長く光を導光させ、光のミキシングを良好に行うことができ、これにより比較的大きなバラつきを有する光源を用いることができる。
導光板に設ける孔部又は突起の断面形状を円または楕円とすることができ、また孔部又は突起の断面形状を多角形とすることによって、良好に光源からの光の角度分布を設けることができる。
特に、導光板に設ける孔部又は突起の断面形状を正方形とすることによって、より良好に光源からの光の角度分布を設けることができる。
また、導光板に設ける孔部又は突起の形状を、全て同一形状とする場合、比較的簡単な構成で、輝度ムラ及び色度ムラの均一化を図ることができる。
更に、導光板の側面の少なくとも１辺以上に正反射材より成る反射構造部を配置することによって、導光板内に導光される光の反射角度を保持し、光のミキシングを良好に行い、また光源からの光の角度分布を保持することができる。
また、導光板に複数配置された孔部又は突起を、光源の近傍では光源から出射された光を外部へ取り出しにくく、光源から比較的遠方では光源から出射された光を外部へ取り出しやすいように光源からの位置により形状が選定される構成とすることによって特に光源の配置が均一でない場合においても、良好に光のミキシングを行い、また角度分布を保持することが可能となる。
更に、光源として発光ダイオードを用いることにより、光源の配置を自由に選択し、輝度ムラを抑制することが可能となる。
また、光源として複数色の光を発光する光源より構成することにより、色再現性を高めることができる。
光源として、横方向に強い強度分布をもつ光源を用いることによって、その角度分布を保持し、例えば特定の入射角度の光を特定の方向に出射する光偏向シートと併用することによって、より所望の方向に光を出射させる構成とすることができる。
光源を配置する空孔は、導光板の光出射面に対して略垂直な側面及び略平行な上面から成る柱状の空孔とすることによって、この光源用の空孔から導光板内にほぼ角度分布を保持して導光させることができる。
また、導光板の光出射面の上に、光偏向シートを配置し、この光偏向シートを、特定の角度分布を有する入射光が、光偏向シートの光出射面に対し特定の方向にピークを有する角度輝度分布をもって出射される構成とすることによって、所望の角度輝度分布をもって外部に光を出射するバックライト装置を提供することができる。
またこの光偏向シートとして、少なくとも光入射面に、角錐状の凹部又は二つの三角形及び二つの台形を斜面とする形状の凹部が並置配列されて成る構成とすることによって、比較的簡易な形状で、確実に所望の方向に高い利用効率をもって光を出射させることが可能となる。
また、上述の光偏向シートにおいて角錐状とされる凹部の頂角を、６６度以上７８度以下として構成することによって、角度分布が８０度にメインピークを有する光源を用いる場合に、ほぼ正面方向に光を出射させるバックライト装置を提供することができる。
同様に、上述の光偏向シートにおいて、凹部を構成する二つの台形の成す角度を６６度以上７８度以下とすることによって、角度分布が８０度にメインピークを有する光源を用いる場合に、ほぼ正面方向に光を出射させるバックライト装置を提供することができる。
また、本発明の光偏向シートによれば、導光板から出射された角度分布に対して、所望の例えば正面方向にピークを有する角度輝度分布をもって出射することができ、戻り光量を低減化し、輝度の向上を図ることができる。さらには個々のＬＥＤの光束量や波長分布に比較的大きなばらつきが生じていても、バックライト装置から出射される光の輝度ムラを抑制できる。
なお、光源自体には放射角度に指向性のないものを用いる場合においても、光偏向シートに入射する段階で、光源と光偏向シートの間の構造によって、全体の系としてみると指向性の強い角度分布を有する構成であれば、上述の構成の光偏向シートを用いることによって、所望の角度輝度分布をもつバックライト装置を提供することができる。
そして、上述したように表示装置の正面方向の角度輝度分布が高くなるように、もしくは水平方向と垂直方向における角度輝度分布を適切に制御して、かつ戻り光量を低減化することによって、従来よりも高い輝度をもって出射することができる。
更に、光偏向シートに設ける凹部の頂角などの形状を調整し、またその材料の屈折率を変えることで、上述したように角度輝度分布や戻り光量を制御することができる。つまり、光偏向シートに光源からの角度分布に依存する適切な形状を作りこみ、戻り光を低減させることで、反射構造部でのロスを抑制し、全体としての輝度を向上させ、また最適な角度輝度分布の出射光を得ることができる。また、戻り光による反射板の光吸収を抑制できるため、熱の発生も抑えることができる。
一般的に光源と所定の間隔をもって対向して光を拡散させる拡散板を設けるか、または導光板を用いる場合はその光出射面上にこのような拡散板が設けられ、またバックライト装置から面発光された光を液晶表示パネルの照明に最適な光学特性を有する照明光に変換するために、例えば入射光を直交する偏光成分に分解する機能、光波の位相差を補償して広角視野化や着色防止を図る機能、入射光を拡散させる機能、輝度向上を図る機能などを備えたシートで構成される光学シート群が設けられる。光学シート群としては、例えば拡散シート、プリズムシート、偏光変換シート等がある。
本発明のバックライト装置を用いる液晶表示装置においては、上述した構成の光偏向シートを設けることによって、好適な角度輝度分布をもって前述の図４５に示すような液晶表示パネル１１に光を入射するバックライト装置１０を構成することができるものであり、薄型化することができる。
すなわち、従来は光源から拡散板までの距離を比較的厚めにとる必要があったが、この部分の薄型化が可能であり、バックライト装置を用いた液晶表示装置、またその他バックライト装置を組み込む各種の照明装置の薄型化が可能となる。
なお、必要に応じて、光偏向シートの上面に、拡散シート、偏光変換シートを設けてもよい。
また、上述したように、３原色の発光ダイオードを用いたバックライトにおいては、輝度の面内分布の均一化、すなわち色混合や光強度分布の均一化を成し遂げつつ、いかに輝度を上げるかが重要となる。
上述したように、本発明において、導光板に孔部又は突起を設け、かつ、図２９、図４１〜４３に示すように、特定の角度輝度分布の光を特定の角度輝度分布に偏光して出射する光偏向シートを用い、光源から出射される鋭い角度分布を保持してこの光偏向シートに入射し、またこの分布に適合する光偏向シートを使用することで、輝度の面内分布の均一化、色混合や光強度分布の均一化を図り、且つ表示装置の出射効率を向上させ、輝度の向上を図ることができる。
特に、上述したようにバックライト装置において、サイドエミッティングタイプの発光ダイオードを光源として用いて、光偏向シートの凹部を角錐状とし、その頂角を６６度以上７８度以下とすることによって、適切な角度輝度分布をもち、かつその輝度が従来に比して格段に向上した液晶表示装置を提供することができる。
なお、本発明は、以上説明した例に限定されるものではなく、導光板の材料構成や反射構造部の材料構成、また導光板と対向配置する光偏向シートの材料、構成、配置位置などにおいて、本発明構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、光源や導光板、またその他光源と光偏向シートとの間の構造によって、光偏向シートの入射面において角度分布にばらつきや分布がある場合は、このばらつき、分布に対応させて光偏向シートの凹部の頂角などの形状に分布を持たせる構造としてもよい。
また、上述の例においては、光偏向シートの凹部を一様な形状とし、かつ隙間なくシート上に形成した例を示したが、このように凹部を隙間なく設ける場合は、より確実に輝度を向上させることができ、上述の四角形の他、底面正六角形の角錐形状の凹部を隙間なく設ける構成としてもよい。しかしながら、凹部間の少なくとも一部に僅かな平坦部がある場合でも、角度輝度分布を最適化し、輝度を向上させることは可能である。
その他、本発明の光偏向シート、バックライト装置及び液晶表示装置は、上述の例に限定されるものではなく、本発明構成を逸脱しない範囲において、その他種々の変形、変更が可能である。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３４Ｃ】
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【図３４Ｄ】
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【図３４Ｅ】
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【図３４Ｆ】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３５Ｃ】
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【図３５Ｄ】
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【図３５Ｅ】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１Ａ】
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【図４１Ｂ】
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【図４１Ｃ】
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【図４１Ｄ】
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【図４２Ａ】
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【図４２Ｂ】
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【図４２Ｃ】
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【図４２Ｄ】
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【図４３Ａ】
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【図４３Ｂ】
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【図４３Ｃ】
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【図４３Ｄ】
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【図４４Ａ】
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【図４４Ｂ】
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【図４４Ｃ】
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【図４４Ｄ】
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【図４４Ｅ】
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【図４４Ｆ】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【国際調査報告】
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