JP2005108512A - 導光板及び面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 点状光源を使用した場合に、プリズムシートを用いずに、入射光を効率良く導光板の正面に出射するとともに輝度ムラを抑制する。
【解決手段】 導光板14は点状光源15から出射された光を入射する入射面14ａと、入射面14ａから入射された光を出射する出射面18とを備え、出射面18と反対側の裏面には、点状光源15から導光板14に入射した光を出射面18に向けて反射させる反射部19が形成されている。出射面18には、凸部21が、入射面14ａの下端を含み入射面14ａと直交する方向に延びる仮想平面と平行に、かつ入射面14ａの法線方向に延びるように複数設けられている。凸部21は液晶パネルの表示エリアと対応する出射面18の全体に対向面14ｂ側の端部まで延びるように形成されるのではなく、出射面18の入射面14ａ側の部分に形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導光板及び面光源装置に係り、詳しくはＬＥＤ（発光ダイオード）等の点状光源からの出射光を端部から入射して面状に出射する導光板及び面光源装置に関する。

液晶表示装置として液晶表示パネル（液晶パネル）の背面（表示面と反対側の面）に面光源装置をバックライトとして配置したものがある。この種の面光源装置として、透光性の高い材料で形成された導光板の端面と対向して光源を配置し、導光板の表面（液晶パネルと対向する側の面）から光が面状に出射されるエッジライト方式（サイドライト型）の装置が提案されている。光源としては、蛍光管（冷陰極管）を配置したもの及びＬＥＤを配置したものがあるが、ＬＥＤは指向性が強いため、輝線、明部、暗部などが生じ易い。

導光板から光を均一な面状に出射させる方法として、プリズムシートを使用して必要な輝度を得る方法があり、このような場合には一般にプリズムシートを２枚使用することが多い。

１個又は少ない数のＬＥＤを使用して導光板から光を均一な面状で出射させる方法としては、導光板の採光手段としての拡散ドットと拡散シートで拡散させることによって指向性を緩和し、プリズムシートで集光して必要な輝度を得る方法がある。この方法を用いる場合にも、一般にプリズムシートを２枚使用することが多い。しかし、プリズムシートを使用する構成では、部品点数が増えるため組み付け工数が増加するとともにコストも高くなる。

また、エッジライト方式の面光源装置においては、光源が点状光源、線状光源に限らず、導光板の側面（端面）から入射された光のうち、出射面に対して垂直方向に出射する光量が少なく、入射光の利用効率が低い。

光出射面部の任意の位置から出射する出射光の強度及び指向特性を容易に制御し得る導光板として、導光板の裏面部（出射面と反対側の面）に複数の三角錐状の光偏向要素を設けたものがある（特許文献１参照。）。図８に示すように、特許文献１に記載された面光源装置５０は、導光板５１、線光源５２、リフレクタ５３及び光反射シート５４を備えている。導光板５１の出射面５５には多数の半球状の凸部（ドット）が設けられ、裏面部（出射面と反対側の面）には入射端面部５６と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線５７ａが入射端面部５６とほぼ垂直な方向に延在し、稜線５７ａの高さが入射端面部５６側ほど高くなる三角錐状の光偏向要素５７が形成されている。
特開２００２−２５０８２１号公報（明細書の段落［０００７］，［０００８］，［００３５］〜［００４０］、図１１）

導光板の屈折率は空気の屈折率より大きいため、導光板から出射する光の導光板と空気との界面における屈折角は入射角より大きくなる。導光板の出射面に、入射面（導光板の端面）と直交する方向に延びる三角プリズムが形成された場合は、出射面側に向かった光は、三角プリズムの斜面に垂直な面との成す角度が大きくなるように屈折して進む。その結果、光が導光板の正面に向かって集光される。導光板の正面とは出射面に対し垂直方向を意味する。しかし、三角プリズムの集光作用は、斜面に特定の角度で入射する光のみを導光板の正面に向かって集光するが、それ以外の角度で入射する光は正面以外の方向へ出射させる。

導光板に入射した光が導光板内を導波する状況を模式的に図９に示す。点状光源は指向性が強いため、導光板６１の入射面６２に近い側において、点状光源６３の正面と対応する位置では、点状光源６３の正面に向かう量が多く、点状光源６３から外れた位置では、導光板６１の側面６１ａに向かう量（斜めに向かう量）が多くなる。しかし、導波を繰り返して、入射面６２から離れるにつれて指向性が変化し、入射面６２と反対側の端面に近づいた箇所では、点状光源６３の正面、あるいは点状光源６３と対向しない部分の区別無く、指向性が入射面６２の正面（入射面６２の法線方向）に向かう光が多くなる。従って、出射面全体に入射面と直交する方向に延びる三角プリズムを形成した導光板では、入射面から遠い側において導光板の正面に向かって出射する光の量が少なくなるという問題がある。

特許文献１に記載の導光板５１は光源として線光源５２を前提としている。そして、目的は、出射面５５からの出射光の光量を均一にするのではなく、特定方向における出射光の輝度分布を調整することである。また、特許文献１の構成では、出射面５５から出射する光を出射面５５の正面に出射させるためにはプリズムシートの使用が必須となる。

本発明は前記の問題に鑑みてなされたものであって、第１の目的は、点状光源を使用した場合に、プリズムシートを用いずに、入射光を効率良く導光板の正面に出射するとともに輝度ムラを抑制することができる導光板を提供することにある。第２の目的は、前記導光板を備えた面光源装置を提供することにある。

前記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、点状光源から出射された光を一端の入射面から入射するとともに、面状に変換して出射する導光板である。前記入射面から入射された光を出射する出射面と反対側の裏面には、前記入射面から入射されて導光板内を導波する光を前記出射面から出射する方向に反射させる反射部が形成されている。前記出射面には、プリズム状又はレンズ状の凸部が前記入射面の下端を含み入射面と直交する方向に延びる仮想平面と平行に、かつ入射面の法線方向に延びるように複数設けられ、前記凸部はその高さが前記入射面側から前記入射面と反対側に向かって次第に低くなるように形成されている。ここで「凸部の高さ」とは、凸部の延びる方向と直交する断面における、凸部の頂部から前記仮想平面までの距離を意味する。

この発明では、入射面から入射された光は、導光板内を前記入射面と反対側の端面に向かって導波される間に反射部で反射して、出射面に向かってその進行方向が偏向される。そして、入射面から導光板に入射した時点では導光板の側面に向かうように進む光も、入射面から遠い領域まで導波される間に、入射面と直交する方向に向かうようになる。その延びる方向と直交する断面形状が一定の凸部、即ち従来の三角プリズムは、導光板内部を入射面の法線方向に対して斜め方向に導波している光を出射面の垂直方向に効率良く出射させるが、導光板内部を入射面の法線方向に導波している光は、出射面の垂直方向に効率良く出射させることができない。しかし、この発明の導光板に設けられた凸部は、その高さが入射面側から入射面と反対側に向かって次第に低くなるように形成されている。従って、導光板は入射面と反対側に近い領域では、導光板内部を入射面の法線方向に導波している光を、出射面の垂直方向に効率良く出射させることができる。また、輝線の発生を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、点状光源から出射された光を一端の入射面から入射するとともに、面状に変換して出射する導光板である。前記入射面から入射された光を出射する出射面と反対側の裏面には、前記入射面から入射されて導光板内を導波する光を前記出射面から出射する方向に反射させる反射部が形成されている。前記出射面の前記入射面側の部分に、前記入射面の下端を含み入射面と直交する方向に延びる仮想平面と平行に、かつ入射面の法線方向に延びるように形成されたプリズム状又はレンズ状の凸部が複数設けられている導光板。ここで、「出射面の入射面側の部分」とは、導光板内を導波する光が実質的に導光板の正面に向かうようになる入射面と反対側寄りの領域以外の部分を意味する。

この発明では、導光板内を導波する光が実質的に入射面の法線方向に向かうような領域には凸部が存在しないため、入射面と反対側寄りの領域まで凸部が存在（延在）する場合に比較して出射光が導光板の正面に向かって効率良く出射される。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記各凸部は、入射面側端部から反対側端部へ連続的に下降傾斜するように形成されている。この発明では、導光板内を点状光源の正面方向に進む光の量と斜めに進む光の量との割合に応じて、凸部の効果を設定できるため、更に効率的に導光板の正面に出射できるとともに、凸部が反対側端部において突然無くなる状態に比較して、凸部の境界部における輝度変化を抑制できる。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記各凸部は、中間部から反対側端部へ下降傾斜するように形成されている。この発明では、請求項３と同様の効果を奏する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記複数の凸部は、そのピッチが一定に形成されている。ここで、「凸部のピッチ」とは、隣接する凸部の頂部を通り前記仮想平面及び前記入射面と直交する平面間の距離を意味する。この発明では、前記ピッチが一定でない導光板に比較して、導光板を形成するための金型の加工が容易になるとともに、設計が容易になる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記各凸部は、前記入射面と平行な面による任意の位置における断面形状の頂部側が一致する形状に形成されている。この発明では、導光板を射出成形で製造するための金型を製造する際に、各凸部に対応する溝（凹部）を同じバイトを使用して加工することができ、金型を容易に製造することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の発明において、前記導光板は入射された光を拡散させる導入部が突設され、前記導入部は、前記光の入射側から導光板本体側に向かって拡がる形状に形成されるとともに、前記導入部の幅方向に延びる面と平行な平面と点状光源からの光を拡散させる拡散部とが交互に繰り返して構成されかつ前記点状光源と対向する入射部と、前記拡散部で拡散された光を前記導光板本体に向けて反射する反射部とを備えている。

この発明では、点状光源からの光が、導入部によって拡散され、点状光源の正面や点状光源間に導波される光の指向性や光量が均一化される。従って、複数の点状光源を設けた際に、点状光源の正面や点状光源間の明部や暗部の発生や、導光板の輝度ムラをより低減することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の発明において、前記導光板の裏面には、前記入射面に沿って延びるとともに前記入射された光を前記出射面から出射する方向に反射させる採光面を構成する溝が複数形成されている。

この発明では、入射面から入射された光は、導光板内を前記入射面と反対側の端面に向かって導波される間に採光面で反射して、出射面とほぼ垂直な方向に向かうようにその進行方向が偏向される。そして、出射面に設けられた凸部を経て出射される。従って、裏面にドットを設け、このドットによって散乱させる場合に比較して、入射面から入射された光を導光板の出射面から観察者に向かう方向に出射させるのが容易になる。

第２の目的を達成するため、請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の導光板と、点状光源とを備えている。この発明では、サイドライト型の面光源装置において、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の導光板を使用した場合と同様な効果が得られる。

本発明によれば、点状光源を使用した場合に、プリズムシートを用いなくても、入射光を効率良く導光板の正面に出射するとともに輝度ムラを抑制することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を液晶表示装置のサイドライト型のバックライトに使用される面光源装置の導光板に具体化した第１の実施形態を図１及び図２に従って説明する。図１（ａ）は導光板と点状光源の関係を示す模式斜視図、（ｂ）は導光板の裏面を出射面側から見た模式斜視図、（ｃ）は採光面の作用を示す模式図、図２は液晶表示装置の模式図である。

図２に示すように、液晶表示装置１１は、液晶パネル１２と、その背面（表示面と反対側の面）側に配置されたバックライトとしての面光源装置１３とを備えている。面光源装置１３は、導光板１４と、導光板１４の一方の端面である入射面１４ａと対向する位置に配置された複数の点状光源１５とを備えている。点状光源１５としてはＬＥＤ（発光ダイオード）が使用されている。

面光源装置１３には、導光板１４を挟んで液晶パネル１２と反対側に位置し、導光板１４から漏れた光を導光板１４に戻して出射光として利用するための反射部材（反射シート）１６が設けられている。また、導光板１４と液晶パネル１２との間には、拡散シート１７が配置されている。

次に導光板１４について詳細に説明する。導光板１４は透明性の高い材料、例えばアクリル樹脂で形成されている。図１（ａ）に示すように、導光板１４は、ほぼ四角形状に形成され、点状光源１５から出射された光を入射する入射面１４ａと、入射面１４ａから入射された光を出射する出射面１８とを備え、出射面１８と反対側の裏面には、点状光源１５から導光板１４に入射した光を出射面１８に向けて反射させる反射部１９が形成されている。反射部１９は、入射面１４ａに沿って延びるように形成された複数の平行な溝２０により構成されている。

溝２０は、入射面１４ａ側から対向面１４ｂ側に向かって上昇傾斜する採光面２０ａと、入射面１４ａ側から対向面１４ｂ側に向かって下降傾斜する導波面（傾斜面）２０ｂとが交互に連なるように設けられている。即ち、各溝２０は点状光源１５と対向する入射面１４ａと直交する平面による断面形状が鋸歯状となるように隣接して形成されている。

採光面２０ａは、入射面１４ａから導光板１４に入射され、採光面２０ａに到達した光を、入射面１４ａの下端を含み入射面１４ａと直交する方向に延びる仮想平面（図示せず）に対してほぼ直角に近い角度で出射面１８の方向に全反射させる角度に形成されている。図１（ｃ）に示すように、溝２０は、採光面２０ａが前記仮想平面と平行な平面Ｐ１と成す角度θ１が例えば３５°〜５０°、好ましくは４０°〜４５°の範囲の所定の角度に、導波面２０ｂが平面Ｐ１と成す角度θ２が例えば０．３°〜２．５°の範囲の所定の角度に形成されている。

出射面１８には、プリズム状の凸部２１が採光面２０ａの延びる方向と直交する方向に延びるように、即ち前記仮想平面と平行に、かつ入射面１４ａの法線方向に延びるように複数設けられている。各凸部２１は長手方向と直交する切断面での断面形状が二等辺三角形状に形成され、かつ高さが同じに形成されている。各凸部２１は端面が仮想平面とほぼ垂直になるように形成されている。また、各凸部２１は互いに隣接するように形成され、出射面１８は入射面１４ａと直交する方向に延びる一対の斜面を有する凸部２１が繰り返し形成された構成となっている。複数の凸部２１は、そのピッチが一定に形成されている。ここで、「凸部のピッチ」とは、隣接する凸部２１の頂部を通り前記仮想平面及び入射面１４ａと直交する平面間の距離を意味する。

凸部２１の幅は１０〜５００μｍ、好ましくは５０〜３００μｍの範囲の所定の大きさに形成され、点状光源１５の幅は例えば３ｍｍに形成されている。この明細書において、点状光源１５及び凸部２１の大きさの比は、図示の都合上実際とは異なっており、点状光源１５の数も実際とは異なっており２個のみ図示している。また、溝２０の数も実際とは異なっている。

各凸部２１は、液晶パネル１２の表示エリアと対応する出射面１８の全体に対向面１４ｂ側の端部まで延びるように形成されるのではなく、出射面１８の入射面１４ａ側の部分に形成されている。全ての凸部２１は同じ長さに形成されている。「表示エリア」とは液晶パネル１２の表示画面に対応する領域を意味する。また、「出射面１８の入射面１４ａ側の部分」とは、導光板１４内を導波する光が実質的に入射面１４ａの法線方向に向かうようになる入射面１４ａと反対側寄りの領域以外の部分を意味する。即ち、凸部２１は、導光板１４内を導波する光が実質的に入射面１４ａの法線方向に向かうような出射面１８の領域には凸部２１が存在しない。

各凸部２１の長さは、凸部２１の頂角、採光面２０ａが平面Ｐ１と成す角度θ１、導波面２０ｂが平面Ｐ１と成す角度θ２の値や点状光源１５の指向性によって適正な長さが異なる。従って、シミュレーションあるいは試験により導光板１４に点状光源１５から光を入射させた状態で、導光板１４内を導波する光が実質的に入射面１４ａの法線方向に向かうようになる領域を求めて、その領域以外の領域に形成される。

なお、この実施形態では入射面１４ａが導光板１４の端面であり、点状光源１５が入射面１４ａに接近した状態で設けられているため、入射面１４ａの近傍では出射面１８から出射される光の強さにムラがあり、その部分は液晶パネル１２の表示エリアとすることが難しい。従って、導光板１４の入射面１４ａ寄りの部分を除いた領域が液晶パネル１２の表示エリアと対応している。

この導光板１４は、凸部２１に対応した形状の凹部と、溝２０に対応した形状の凸部とを有する金型を使用した射出成形により行われる。
次に前記のように構成された導光板１４の作用について説明する。導光板１４は、例えば、図２に示すように、透過型の液晶表示装置１１のバックライトユニットとしての面光源装置１３に組み込まれて使用される。点状光源１５は複数設けられている。

点状光源１５が点灯されると、点状光源１５から出射した光が導光板１４に入射し、入射した光は導光板１４の出射面１８から液晶パネル１２に向かって出射され、拡散シート１７を経て液晶パネル１２に入射される。そして、液晶表示装置１１の使用者は液晶パネル１２の表示をその出射光により視認する。

導光板１４における作用を詳しく説明すると、点状光源１５から出射した光の大部分は入射面１４ａから導光板１４に入射される。導光板１４に入射された光は導光板１４内を導波する。そのうち、採光面２０ａに到達した光は、図１（ｃ）に示すように、出射面１８から出射する。

入射面１４ａから導光板１４内に入射した光が全て採光面２０ａに向かって直進するとは限らず、採光面２０ａに到達する光には、導波面２０ｂや出射面１８で全反射しながら導光板１４内を導波した後、採光面２０ａに到達する光もある。導波面２０ｂが入射面１４ａ側から対向面１４ｂ側に向かって下降傾斜するように形成されている。そのため、直接採光面２０ａに向かって導波する以外の光は、導波を繰り返すうちに、仮想平面と平行な方向に近づき、採光面２０ａで効率よく出射面１８の方向に反射される。

点状光源１５から正面に出射された光は、採光面２０ａで仮想平面に略垂直に反射され、点状光源１５から斜めに出射された光は採光面２０ａで仮想平面に対して斜めに反射される。前者の光は、凸部２１の斜面の法線とのなす角が大きいため、凸部２１で反射して内部に導波するものの割合が大きい。後者の光は凸部２１の斜面の法線とのなす角が小さいため、凸部２１から外部に出射されるものの割合が大きい。

このため、点状光源１５から斜めの方向では、凸部２１が存在する場合には、正面に出射する光の割合が大きくなり、凸部２１が存在しない場合には、正面に出射する光の割合が小さくなる。反対に、点状光源１５の正面方向では、凸部２１が存在する場合には、正面に出射する光の割合が小さくなり、凸部２１が存在しない場合には、正面に出射する光の割合が大きくなる。

導光板１４に入射された光は、点状光源１５に近い位置では点状光源１５の指向性の影響を強く受けるが、導光板１４内で導波を繰り返すことにより点状光源１５の指向性の影響が実質的に無くなる。そして、入射面１４ａと反対側の対向面１４ｂに近づいた箇所では、点状光源１５の正面、あるいは点状光源１５と対向しない部分の区別無く、指向性が入射面１４ａの法線方向に向かう光が多くなる。従って、凸部２１が対向面１４ｂ側まで延びるように形成されていると、入射面１４ａから遠い側において導光板１４の正面に向かって出射する光の量が少なくなるという問題が発生する。

しかし、この実施形態では、凸部２１が、表示エリアの出射面１８の全体に対向面１４ｂ側の端部まで延びるように形成されるのではなく、出射面１８の入射面１４ａ側の部分に形成されている。その結果、入射面１４ａと反対側寄りの領域においても凸部２１が存在する場合に比較して出射光が導光板１４の正面に向かって効率良く出射される。

この実施形態では以下の効果を有する。
（１） 導光板１４は、複数の点状光源１５から出射された光を入射面１４ａから入射し、出射面１８から面状に出射する。出射面１８には入射面１４ａと直交する方向に延びるようにプリズム状の凸部２１が複数設けられ、出射面１８と反対側の裏面には入射面１４ａから入射されて導光板１４内を導波する光を出射面１８から出射する方向に反射させる反射部１９が形成されている。そして、凸部２１は、出射面１８の入射面１４ａ側の部分、即ち導光板１４内を導波する光が実質的に入射面１４ａの法線方向に向かうようになる入射面１４ａと反対側寄りの領域以外の部分に形成されている。従って、導光板１４内を導波する殆どの光が入射面１４ａの法線方向に向かうような領域には凸部２１が存在しないため、入射面１４ａと反対側寄りの領域においても凸部２１が存在する場合に比較して、出射光が導光板１４の正面に向かって効率良く出射される。その結果、プリズムシートを用いなくても、入射光を効率良く導光板１４の正面（液晶パネル１２と対向する面）に出射することができるとともに輝度ムラを抑制することができる。

（２） プリズムシートを用いなくても正面の輝度を向上させることができるため、面光源装置１３を構成する部品点数が少なくなって、組立工数を低減でき、製造コストを低減できる。一方、導光板１４に凸部２１を形成する必要がある。しかし、導光板１４は金型を使用して射出成形などで製造されるため、金型のコストが多少高くなるが、多数の導光板１４を製造することにより、一枚当たりの導光板１４の製造コストは、凸部２１を設けない導光板の製造コストと、プリズムシートの単価との合計より低くできる。

（３） 複数の凸部２１は、そのピッチが一定に形成されているため、前記ピッチが一定でない導光板に比較して、導光板１４を形成するための金型の加工が容易になるとともに、設計が容易になる。

（４） 各凸部２１は、入射面１４ａと平行な面による任意の位置における断面形状が一致する形状に形成されている。従って、導光板１４を射出成形で製造するための金型の製造する際に、各凸部２１に対応する溝（凹部）を同じバイトを使用して加工することができ、金型を容易に製造することができる。

（５） 導光板１４の裏面には、入射面１４ａに沿って延びるとともに入射された光を出射面１８から出射する方向に反射させる採光面２０ａを構成する溝２０が複数形成されている。従って、裏面にドットを設ける場合に比較して、入射面１４ａから入射された光を導光板１４の出射面１８から観察者に向かう方向に出射させることが容易となる。

（６） 面光源装置１３は拡散シート１７を備えている。従って、導光板１４において導光板１４から出射された光が拡散シート１７を通過して液晶パネル１２に入射する際には、輝線を肉眼で判別できない状態にすることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した導光板１４の第２の実施形態を図３（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施形態では、導光板１４に点状光源１５から出射された光を入射するための導入部が突設されている点と、凸部２１の形状が前記第１の実施形態と異なっており、その他の構成は第１の実施形態と同様である。第１の実施形態と同様な部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。なお、図３（ａ）は導光板１４と点状光源１５の関係を示す模式斜視図、（ｂ）は導入部の模式平面図である。

図３（ａ）に示すように、導光板１４の四角形状の導光板本体１４ｃには対向面１４ｂと反対側、即ち光の入射側の端面に導入部２２が複数、隣接して設けられている。ここで、導光板本体１４ｃとは、導光板１４の導入部２２を除いた部分を意味する。導入部２２は、入射部２３及び反射部２４を備えている。導入部２２は、図３（ｂ）に示すように、光の入射側から導光板本体１４ｃ側に向かって拡がる形状に形成されるとともに、基端（点状光源１５と対向する側の端部）の幅Ｋ（図における左右方向の長さ）が点状光源１５の幅よりも大きく形成されている。なお、この実施形態では、導入部２２は対称な形状になっている。入射部２３は、点状光源１５と対向するとともに、導入部２２の幅方向に延びる面２５と平行な平面２３ａと、点状光源１５からの光を拡散させる拡散部としてのＶ型溝２３ｂとが交互に等間隔で繰り返して構成されている。Ｖ型溝２３ｂを構成する面と、入射部２３における平面２３ａとのなす角度θの値は１２０度〜１５５度の間の値となっている。この実施形態では平面２３ａが入射面を構成する。

反射部２４は、Ｖ型溝２３ｂで拡散された光を導光板本体１４ｃに向けて反射するように形成されている。反射部２４は平面状である。そして、反射部２４と導入部２２の幅方向に延びる面２５とがなす角度βの値は３５度〜６５度の間の値となっている。

また、この実施形態では、各凸部２１の対向面１４ｂ側の端部の形状が第１の実施形態の凸部２１と異なっている。具体的には、第１の実施形態の凸部２１は、両端面が仮想平面とほぼ垂直になるように形成されているのに対して、この実施形態では、各凸部２１は、入射面１４ａと反対側の端部寄りの中間部から入射面１４ａ側と反対側端部へ向かって下降傾斜するように形成されている。下降傾斜する部分の形状は、三角錐状に形成されている。即ち、各凸部２１には対向面１４ｂ側の端部に三角錐部２１ａを有する。従って、凸部２１は三角錐部２１ａにおいては、高さが端部に向かって徐々に低くなるとともに、幅が端部に向かって徐々に狭くなる。

この実施形態では、点状光源１５から出射した光の大部分は入射部２３に到達する。入射部２３に到達した光のうち一部は、導入部２２の幅方向に延びる面２５と平行な平面２３ａから導入部２２に入射される。導入部２２の幅方向に延びる面２５と平行な平面２３ａから導入部２２に入射された光の多くは、平面２３ａにおいて、その進行方向が平面２３ａと垂直な方向に近づくように屈折し、導入部２２及び導光板１４の内部を導波する。

一方、入射部２３に到達した光のうち残りの一部は、Ｖ型溝２３ｂによって、反射部２４に向けて屈折されて導入部２２に入射される。そして、反射部２４において、その多くは導光板１４の幅方向と垂直な方向に近づくように反射される。反射部２４で反射された光は、導光板１４のうち、点状光源１５と点状光源１５との間に位置する部分を導波する。

この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（６）と同様な効果を有する他に次の効果を有する。
（７） 導光板１４には入射された光を拡散させる導入部２２が突設され、点状光源１５からの光が、導入部２２によって拡散されるため、導入部２２がない場合に比較して、点状光源１５間や点状光源１５の正面に対応する部分に導波される光の指向性や光量が均一化される。従って、複数の点状光源１５間に暗部や明部が発生したり、点状光源１５の正面に明部や暗部が発生したりするのを抑制し易くなり、導光板１４から出射される光の点状光源１５の近傍に発生する輝度ムラをより低減することができる。

（８） 各凸部２１は、中間部から反対側端部へ下降傾斜するように形成されている。従って、導光板１４内を点状光源１５の正面方向に進む光の量と斜めに進む光の量との割合に応じて、凸部２１の効果を設定できるため、更に効率的に導光板１４の正面に出射できる。また、凸部２１が入射面１４ａ側と反対側端部において突然無くなる状態に比較して、凸部２１の境界部における輝度変化を抑制できる。また、凸部２１が入射面１４ａ側の端部から反対側端部に向かって次第低くなる構成に比較して、凸部２１が存在する領域において導光板１４の正面に出射光を効率良く出射させるための設計が容易になる。

（第３の実施形態）
次に、本発明を具体化した導光板１４の第３の実施形態を図４（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施形態では、導入部２２が突設されている点は第２の実施形態と同じであるが、凸部の形状が前記第１及び第２の実施形態と大きく異なっている。第２の実施形態と同様な部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。なお、図４（ａ）は導光板１４と点状光源１５の関係を示す模式斜視図、（ｂ）は製造方法を説明する模式図である。

出射面１８には、レンズ状の凸部２６が設けられている。各凸部２６は２つの曲面によって画定されており、該凸部２６の延びる方向と直交する断面における外形形状が、仮想平面側に凸の曲線で形成されるとともに、前記断面における外形形状の両端において仮想平面と平行な接線を有する。この実施形態では、各曲線は楕円の弧の一部を構成し前記曲線の曲率が連続的に変化するように形成されている。

各凸部２６は、互いに隣接するように形成されている。各凸部２６は、入射面１４ａ側端部から反対側端部へ連続的に下降傾斜するように形成されている。凸部２６を構成する各曲面は、同一のバイト（刃物）で切削加工可能な形状に形成されている。各曲面の曲率（形状）は、採光面２０ａが平面Ｐ１と成す角度θ１、導波面２０ｂが平面Ｐ１と成す角度θ２の値や点状光源１５の指向性によって適正な値が異なる。従って、シミュレーションあるいは試験により導光板１４に点状光源１５から光を入射させた状態で、導光板１４に生じる明部や暗部を無くすようにして、輝度ムラが抑制される形状に凸部２６が形成されている。

凸部２６は、前述の凸部２６を画定する外形形状の両端の距離は一定であるが、前記第１及び第２の実施形態の凸部２１におけるピッチに相当する値は一定ではない。前記距離の値は１０〜５００μｍ、好ましくは５０〜３００μｍの範囲の所定の大きさに形成され、点状光源１５の幅は例えば３ｍｍに形成されている。この実施形態においても、点状光源１５及び凸部２６の大きさの比は、図示の都合上実際とは異なっており、点状光源１５の数も実際とは異なっており４個のみ図示している。

この実施形態では、導光板１４は、金型を使用した射出成形により製造されるが、金型の凸部２６に対応する部分は電鋳により製造される。金型を製造する場合、図４（ｂ）に示すように、凸部２６を構成する曲面に相当する刃部を有する単一のバイト２７により、レンズ状の凸部２８ａを有する母型２８を切削加工する。加工の際は、各凸部２８ａを画定する外形形状の両端の距離Ｌが一定となるよう加工が行われる。次にその母型２８を使用して電鋳により金型を製造する。そして、その金型を使用して導光板１４を製造する。なお、図４（ｂ）において、二点鎖線で示す楕円２７ａはバイト２７の刃の形状を示す。

出射面１８にプリズム状の凸部２１が形成された場合は、採光面２０ａで反射されて出射面１８側に向かった光のうち、凸部２１の斜面に特定の角度で入射する光のみを導光板１４の正面に向かって出射させるように集光するが、それ以外の角度で入射する光は正面以外の方向へ出射させる。そのため、導光板の特定の位置に輝線が発生し易くなる。

しかし、この実施形態では凸部２６は、その表面が導光板１４の裏面側に凸の曲面が連続する形状に形成されている。その結果、プリズム状の凸部２１の場合と異なり、曲面に特定角度以外の角度で入射する光でも、導光板１４の正面に出射する領域が凸部２６内に存在する。そのため、導光板１４の正面に向かずに出射する光が減り、出射光を導光板１４の正面から出射させる効率が良くなる。

この第３の実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（６）と同様な効果と、第２の実施形態の（７）と同様な効果とを有する他に次の効果を有する。
（９） 出射面１８にレンズ状の凸部２６が形成されている。従って、プリズム状の凸部２１が形成された場合に比較して、出射光を導光板１４の正面から出射させる効率が良くなる。また、プリズム状の凸部２１が形成された場合に比較して、輝線の発生を抑制し易い。

（１０） 高さが異なる複数の凸部２６が設けられているため、全て同じ高さの凸部２６を設ける場合に比較して、輝線の発生を抑制し易い。
（１１） 導光板１４を射出成形で製造するための金型が電鋳法で形成され、金型の母型２８を形成する際、各凸部２６の曲面を構成する溝（凹部）が同じバイト２７を使用して加工されるため、金型を容易に製造することができる。

（１２） 母型２８を切削加工するバイト２７として刃部の形状が楕円状や放物線状のもの、即ち曲率が連続的に変化しているものが使用される。従って、刃部の形状が円弧状のものを使用する場合に比較して、溝の深さが入射面１４ａ側から対向面１４ｂ側に向かって連続的に浅くなるように形成される際、溝幅の変化率が小さく、設計の自由度が大きくなる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
〇 レンズ状の凸部２６を設ける場合、高さが異なる複数の凸部２６を設ける代わりに、凸部２６を全て同じ高さとしてもよい。この場合も、プリズム状の凸部２１を設けた場合に比較して、出射光を導光板１４の正面から出射させる効率が良くなる。

〇 凸部２１，２６が出射面１８の幅方向全体に形成される構成に限らない。例えば、図５に示すように、入射面１４ａ側において凸部２１を幅方向に部分的に設けてもよい。同様に凸部２１に代えて凸部２６を設けてもよい。

〇 凸部２１の形状は第１の実施形態のように断面形状が一定、あるいは第２の実施形態のように途中まで一定の形状に限らない。凸部２１は、入射面１４ａ側から入射面１４ａと反対側に向かってその幅が次第に狭くなるとともに、高さが次第に低くなる形状であってもよい。例えば、図６（ａ）に示すように、三角錐状の凸部２１としたり、図６（ｂ）に示すように、三角錐の先端が切断された形状としてもよい。どちらの場合も、１つのバイトで金型の凸部２１に対応する部分を加工できる。

〇 図６（ｃ），（ｄ）に示すように、凸部２１として、幅が一定で高さが入射面１４ａ側から入射面１４ａと反対側に向かって次第に低くなる形状であってもよい。この場合、幅が一定のため、途中で隣接する凸部２１との間に平坦な部分が生じない。従って、導光板１４を設計する際、前記平坦な部分からの光の出射を考慮する必要がないため、その分、設計が簡単になる。

〇 凸部２１として、異なる頂角の凸部２１を複数設けてもよい。この場合、頂角が同じ凸部２１のみを設けた導光板１４に比較して輝線が発生し難くなる。また、凸部２６においても頂部の形状の異なる凸部２６を複数設けてもよい。

〇 凸部２１あるいは凸部２６としてその高さが次第に低くなる形状として、高さが直線的に低くなる形状（高さの変化率が一定の形状）に限らず、曲線的に低くなる形状（高さの変化率が徐々に大きくなるように、あるいは徐々に小さくなるように変化する形状）であってもよい。

〇 凸部２１として、その高さが入射面１４ａ側から入射面１４ａと反対側に向かって次第に低くなるように形成されている場合、凸部２１が出射面１８の入射面１４ａ側の部分に形成される構成に限らず、入射面１４ａと反対側の端部まで延びる形状としてもよい。例えば、凸部２１が図６（ａ）に示すような三角錐状の場合あるいは図６（ｂ）に示すようなその先端側が切断された形状の場合、導光板１４内を導波する光が実質的に入射面１４ａの法線方向に向かうようになる入射面１４ａと反対側寄りの領域の部分に凸部２１が存在してもその出射面１８に占める割合が小さい。従って、入射面１４ａと反対側寄りの領域まで同じ断面形状の凸部２１が存在する場合に比較して、出射光が導光板１４の正面に向かって効率良く出射される。また、図６（ｃ）に示すような、幅が一定で高さが次第に低くなる形状の凸部２１の場合も、導光板１４内を導波する光が実質的に入射面１４ａの法線方向に向かうようになる領域まで同じ断面形状の凸部２１が存在する場合に比較して、前記領域において出射光が導光板１４の正面に向かって効率良く出射される。

〇 図７（ａ），（ｂ）に示すように、凸部２１は、二つの斜面により形成される頂部が、入射面１４ａと反対側の端部寄りの箇所では切り欠かれた形状、即ち切り欠き部２１ｂを有する形状であってもよい。図７（ａ）は三角柱状の凸部２１の端部に切り欠き部２１ｂが設けられた物の模式斜視図、図７（ｂ）は三角錐状の凸部２１の端部に切り欠き部２１ｂが設けられた物の平面図である。このような形状の凸部２１は、例えば、凸部２１に切り欠かれた部分がない形状の導光板１４を射出成形により形成した後、点状光源１５から導光板１４に光を入射させて出射面１８からの光の出射状況を観察し、輝度ムラの状態や出射光の状態が不十分な場合にそれを調整するために、刃物で切削した場合にできる。レンズ状の凸部２６の場合も同様に、凸部２６の頂部が、入射面１４ａと反対側の端部寄りの箇所では切り欠かれた形状であってもよい。

〇 導光板１４に設けられる各凸部２１，２６の長さを全て同じ長さにする必要はなく、異なる長さに形成してもよい。
〇 １個の導光板１４にプリズム状の凸部２１と、レンズ状の凸部２６とが混在する状態で設けてもよい。しかし、凸部２１あるいは凸部２６のみを設けた構成の方が、導光板１４の設計や製造が容易となる。

〇 凸部２１は必ずしも隣接する凸部２１が連続する必要はなく、各凸部２１を一定間隔をおいて配置してもよい。即ち、隣接する凸部２１間に平坦部が存在してもよい。間隔は、凸部２１の幅の１／１０以下が好ましい。

〇 導入部２２に設けられる入射部２３は、導入部２２の幅方向に延びる面２５と平行な平面２３ａと、点状光源１５からの光を拡散させる拡散部としてのＶ型溝２３ｂとが交互に等間隔で繰り返す構成に限らず、Ｖ型溝２３ｂが連続して繰り返す構成としてもよい。

〇 導入部２２を導光板１４に突設せず、点状光源１５と対向する端面としての入射面１４ａに入射部２３を形成してもよい。この場合、入射面１４ａが平坦な場合に比較して、入射する光を導光板１４の厚さ方向と直交する面内にひろげることができる。

○ 入射面１４ａから入射された光を導光板１４の出射面１８から出射させる構成として、採光面２０ａと導波面２０ｂとが鋸歯状に連続する構成の反射部１９を裏面に設ける構成に限らず、例えば、体積散乱を利用した採光手段を設けてもよい。体積散乱を利用した採光手段とは、導光板１４を構成する透明性の高い材料中に気泡又は導光板１４の材料と屈折率の異なる材料製のビーズを分散させることにより、光（可視光）を反射あるいは屈折させる機能を有するものを意味する。導光板１４の裏面側には反射シートを配設する。この構成を採用する場合は、導光板１４は、その厚さがマクロ的に見て入射面１４ａ側から対向面１４ｂ側に向かって次第に薄くなるほぼ楔状に形成するのが好ましい。

○ 採光手段として、導光板の出射面又は裏面にドットを設ける構成を採用してもよい。しかし、ドットを設ける構成は輝度が低下し易いので、輝度の要求が小さな場合や光源の輝度が十分な場合に採用可能となる。

○ 導光板１４は、その厚さがマクロ的に見て一定ではなく、マクロ的に見て入射面１４ａ側から対向面１４ｂ側に向かって次第に薄くなるほぼ楔状や、中央部が板厚な形状に形成されていてもよい。

〇 面光源装置１３において拡散シート１７を省略してもよい。拡散シート１７を設ける方が、面光源装置１３の出射面全体の輝度ムラを低くすることができる。しかし、面光源装置１３が使用される表示装置に要求される表示部の精細度によっては、拡散シート１７を省略しても、輝度ムラが気にならない状態に抑制できる。

○ 電鋳で金型を製造する際、母型を加工するバイトは、刃部が楕円等のように曲率が一定でない曲線状に形成されたものに限らず、円形のように曲率が一定の曲線状に形成されたものでもよい。しかし、曲率が一定でない曲線状に形成されたものの方が、採光面２０ａで反射して凸部２６を構成する曲面に入射する光の角度の広い範囲に亘って、出射光を導光板１４の正面に出射させることが可能になる。

○ 導光板１４の製造に使用する金型を、母型を１個のバイトで加工した後、電鋳で製造する代わりに、金型材にレーザー加工を施して凸部２６に対応する凹部を加工してもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１） 請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の発明において、前記凸部はレンズ状に形成されている。

（２） 請求項８に記載の発明において、前記凸部はその長手方向と直交する断面の外形形状を構成する曲線が、楕円弧、放物線などの曲率が連続的に変化する曲線である。

（ａ）は第１の実施形態の導光板と点状光源の関係を示す模式斜視図、（ｂ）は裏面を出射面側から見た部分模式斜視図、（ｃ）は採光面の作用を示す模式図。 液晶表示装置の模式図。 （ａ）は第２の実施形態の導光板と点状光源の関係を示す模式斜視図、（ｂ）は導入部の模式平面図。 （ａ）は第３の実施形態の導光板と点状光源の関係を示す模式斜視図、（ｂ）は製造方法を説明する模式図。 別の実施形態の導光板と点状光源の関係を示す模式斜視図。 （ａ）〜（ｄ）は別の実施形態の凸部の模式斜視図。 （ａ）は別の実施形態の凸部の模式斜視図、（ｂ）は別の実施形態の凸部の模式平面図。 従来技術の面光源装置の分解斜視図。 プリズムが形成された導光板の光の指向性を示す模式平面図。

符号の説明

Ｐ１，２３ａ…平面、１４…導光板、１４ａ…入射面、１４ｃ…導光板本体、１５…点状光源、１８…出射面、１９，２４…反射部、２０…溝、２０ａ…採光面、２１，２６…凸部、２２…導入部、２３…入射部、２３ｂ…拡散部としてのＶ型溝、２５…面。

Claims (9)

1. 点状光源から出射された光を一端の入射面から入射するとともに、面状に変換して出射する導光板であって、
   前記入射面から入射された光を出射する出射面と反対側の裏面には、前記入射面から入射されて導光板内を導波する光を前記出射面から出射する方向に反射させる反射部が形成され、前記出射面には、プリズム状又はレンズ状の凸部が前記入射面の下端を含み入射面と直交する方向に延びる仮想平面と平行に、かつ入射面の法線方向に延びるように複数設けられ、前記凸部はその高さが前記入射面側から前記入射面と反対側に向かって次第に低くなるように形成されている導光板。
2. 点状光源から出射された光を一端の入射面から入射するとともに、面状に変換して出射する導光板であって、
   前記入射面から入射された光を出射する出射面と反対側の裏面には、前記入射面から入射されて導光板内を導波する光を前記出射面から出射する方向に反射させる反射部が形成され、前記出射面の前記入射面側の部分に、前記入射面の下端を含み入射面と直交する方向に延びる仮想平面と平行に、かつ入射面の法線方向に延びるように形成されたプリズム状又はレンズ状の凸部が複数設けられている導光板。
3. 前記各凸部は、入射面側端部から反対側端部へ連続的に下降傾斜するように形成されている請求項２に記載の導光板。
4. 前記各凸部は、中間部から反対側端部へ下降傾斜するように形成されている請求項２に記載の導光板。
5. 前記複数の凸部は、そのピッチが一定に形成されている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の導光板。
6. 前記各凸部は、前記入射面と平行な面による任意の位置における断面形状の頂部側が一致する形状に形成されている請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の導光板。
7. 前記導光板は入射された光を拡散させる導入部が突設され、前記導入部は、前記光の入射側から導光板本体側に向かって拡がる形状に形成されるとともに、前記導入部の幅方向に延びる面と平行な平面と点状光源からの光を拡散させる拡散部とが交互に繰り返して構成され且つ前記点状光源と対向する入射部と、前記拡散部で拡散された光を前記導光板本体に向けて反射する反射部とを備えている請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の導光板。
8. 前記導光板の裏面には、前記入射面に沿って延びるとともに前記入射された光を前記出射面から出射する方向に反射させる採光面を構成する溝が複数形成されている請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の導光板。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の導光板と、点状光源とを備えた面光源装置。

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