JP2006066128A - 導光板及び面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明面積が大型化した場合であっても高輝度かつ均一な照明光を放出することができる導光板及び面光源装置を提供する。
【解決手段】導光板１３の裏面ｂに中央溝１３１ａ〜１３７ａ，第１の側溝１３１ｂ〜１３７ｂ，第２の側溝１３１ｃ〜１３７ｃの３種類からなる溝群１３１〜１３７を並べて配置する。また、第１の側溝１３１ｂ〜１３７ｂ及び第２の側溝１３１ｃ〜１３７ｃの深さは、光源１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃからの距離によって徐々に変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置等の透過型表示装置を背面から照明するバックライト等に使用される導光板及び面光源装置に関するものである。

表示装置として液晶表示装置（ＬＣＤ）は、既存のＣＲＴ方式の表示装置に比較し、薄型軽量であり現在広く普及しつつある。ＬＣＤは、自発光型の表示装置ではないため、別途これを照明する光源を配置する必要がある。低消費電力化や、表示の明るさ向上といった要求が高まる中、この光源からの照明光をいかに効率よくＬＣＤに照射させるかが大きな課題となってきている。
また、従来、光源として冷陰極管（ＣＣＦＬ）が主流であったが、色再現性、小型化、低消費電力化に優れた発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源に用いたものが市場にも導入されてきている。ＬＥＤの利用は、現在は、主に小型ＬＣＤ用途においての採用が多いが、今後、中大型ＬＣＤに対しても採用が進むと考えられている。

特許文献１には、このようなＬＥＤ光源の特質を生かしたバックライト導光板について記載されている。この特許文献１に記載の発明では、ＬＥＤを導光板端面に配置し、そこから伝播していく光を主に断面形状が三角形の微小な溝を導光板下面に、伝播する光線に対してそれぞれ概ね垂直になるように設け、全体としては円弧状に配列するように形成しておき、伝播光を効率よく均一にＬＣＤへ出射させている。
しかし、特許文献１の発明は、ＬＣＤ画面が大きくなって行くと、ひとつのＬＥＤに求められる輝度が非常に高まり、ＬＥＤの寿命が低下するという問題があった。
また、ひとつのＬＥＤを高輝度で点灯することから、局所的な加熱が問題となる場合が多かった。
さらに、溝の形状を１つの光源から伝播する光に対して最適化しているが、ＬＣＤ画面が大きくなって行くと、複数の光源が必要になり、その場合には、設計が複雑になり、場合によっては最適化できないという問題があった。

また、特許文献２には、点光源であるＬＥＤを使用したときにより均一な面光としてＬＣＤを照明させるレンズが開示されている。この特許文献２に記載の発明では、各ＬＥＤの上部にじょうご形状のレンズを設置することで、ＬＥＤの光をまず水平方向に拡散させ、他のＬＥＤからの光と十分に混合させた後にＬＣＤを照明している。
しかし、特許文献２に記載の発明は、上記レンズが複雑な形状をしており、設計及び製造が困難であるという問題があった。
また、一度水平方向へ伝播させた光をＬＣＤ方向へ立ち上げるため、光の利用効率が低下してしまうという問題があった。
特許３１５１８３０号公報 特開２００３−８０６８号公報

本発明の課題は、照明面積が大型化した場合であっても高輝度かつ均一な照明光を放出することができる導光板及び面光源装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、面光源装置に用いられ、側端面（１３ｃ〜１３ｆ，２３ｃ〜２３ｆ）の内の少なくとも１つ（１３ｃ，１３ｄ，２３ｃ，２３ｄ）の面上、又は、その近傍に設けられた入射部（１３８ａ〜１３８ｃ，２３８）に対して光源（１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃ，２１１）から入射する照明光を表面（１３ａ，２３ａ）へ放出させる略直方体板形状の導光板であって、前記表面と平行に対向する裏面（１３ｂ，２３ｂ）には、前記側端面と平行に延在する３本の溝の集合であって、中央に位置する中央溝（１３１ａ〜１３７ａ）と前記中央溝の両側に位置する第１（１３１ｂ〜１３７ｂ）及び第２の側溝（１３１ｃ〜１３７ｃ）とからなる溝群（１３１〜１３７，２３１〜２３７）が複数形成されている導光板（１３，２３）である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の導光板において、前記中央溝（１３１ａ〜１３７ａ）は、前記溝群（１３１〜１３７，２３１〜２３７）の延在する方向に直交する断面において、前記側端面（１３ｃ，１３ｄ，２３ｃ，２３ｄ）に平行な軸を対称軸として対象な２つの斜面部を有し、前記第１（１３１ｂ〜１３７ｂ）及び第２の側溝は（１３１ｃ〜１３７ｃ）、前記断面において、互いに傾斜方向の異なる斜面部を有していること、を特徴とする導光板（１３，２３）である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の導光板において、前記中央溝（１３１ａ〜１３７ａ）及び前記第１（１３１ｂ〜１３７ｂ）及び第２の側溝（１３１ｃ〜１３７ｃ）は、前記溝群（１３１〜１３７，２３１〜２３７）の延在する方向に直交する断面において、三角形形状であること、を特徴とする導光板（１３，２３）である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の導光板において、前記溝群（１３１〜１３７，２３１〜２３７）を形成する溝の内で前記入射部（１３８ａ〜１３８ｃ）に近い側の溝を前記第１の側溝（１３１ｂ〜１３７ｂ）としたときに、前記第１の側溝は、前記入射部に最も近い位置に形成されている溝群（１３１）において溝の深さが最も浅く、前記入射部から離れるにしたがい溝の深さが深くなっていること、を特徴とする導光板（１３，２３）である。
請求項５の発明は、請求項４に記載の導光板において、前記溝群（１３１〜１３７，２３１〜２３７）を形成する溝の内で前記入射部（１３８ａ〜１３８ｃ）から遠い側の前記第２の側溝（１３１ｃ〜１３７ｃ）は、前記入射部に最も近い位置に形成されている溝群（１３１）において溝の深さが最も深く、前記入射部から離れるにしたがい溝の深さが浅くなっていること、を特徴とする導光板（１３，２３）である。
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の導光板において、前記入射部が面上、又は、その近傍に設けられた側端面と平行に対向する側端面には、その全面に導光板内部方向へ光を反射する反射部が形成されていること、を特徴とする導光板である。
請求項７の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の導光板において、前記入射部（１３８ａ〜１３８ｃ）が面上、又は、その近傍に設けられた側端面（１３ｃ）と平行に対向する側端面（１３ｄ）には、前記入射部に対応する光源（１１ａ〜１１ｃ）とは異なる光源（１２ａ〜１２ｃ）からの照明光が入射する第２の入射部が形成されていること、を特徴とする導光板である。
請求項８の発明は、請求項６に記載の導光板において、前記側端面（１３ｃ，１３ｄ）の領域の内、前記入射部（１３８ａ〜１３８ｃ）及び前記第２の入射部が設けられていない領域には、導光板内部方向へ光を反射する反射部（１３９）が形成されていること、を特徴とする導光板である。

請求項９の発明は、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の導光板（１３，２３）と、前記導光板の前記入射部（１３８ａ〜１３８ｃ，２３８）に対応する位置に配置された光源（１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃ，２１１）と、を備える面光源装置である。

請求項１０の発明は、請求項９に記載の面光源装置において、前記光源（１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃ，２１１）は、前記表面（１３ａ，２３ａ）側から見たときに、特定の発光位置から照明光が略扇形状に広がる伝播領域を有した点光源又は実質的に点光源とみなすことができる発光素子であること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の面光源装置において、前記入射部が面上、又は、その近傍に設けられた側端面と平行に対向する側端面には、その全面に導光板内部方向へ光を反射する反射部が形成されていること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１２の発明は、請求項１０に記載の面光源装置において、第１の入射部（１３８ａ〜１３８ｃ）に対応する位置に配置された第１の光源（１１ａ〜１１ｃ）と、前記第１の入射部が面上、又は、その近傍に設けられた第１の側端面（１３ｃ）と平行に対向する第２の側端面（１３ｄ）の面上、又は、その近傍に設けられた第２の入射部に対応する位置に配置された第２の光源（１２ａ〜１２ｃ）と、を備え、前記第２の入射部は、前記第１の入射部から広がる第１の伝播領域から外れた領域に照明光が広がる位置であって、前記第２の入射部から広がる第２の伝播領域の一部が前記第１の伝播領域と重なるように配置されていること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の面光源装置において、前記第１（１３８ａ〜１３８ｃ）及び第２の入射部は、前記第１（１３ｃ）及び第２の側端面（１３ｄ）上に設けられており、前記第１及び第２の側端面の領域の内、前記第１及び第２の入射部が設けられていない領域には、導光板内部方向へ光を反射する反射部（１３９）が形成されていること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１４の発明は、請求項１０から請求項１４までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記入射部は、前記光源から広がる照明光の伝播方向、及び／又は、伝播領域の形状を修正するように設けられた切込み形状であること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１５の発明は、請求項１０から請求項１４までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記光源（１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃ，２１１）は、白色発光する発光ダイオードであること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１６の発明は、請求項１０から請求項１４までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記光源は、それぞれが光の三原色に近い色の発光を行う３種類の発光ダイオードを用いており、前記３種類の発光ダイオードそれぞれが独立して配置されることにより、白色の照明光を表面へ放出すること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１７の発明は、請求項１０から請求項１６までのいずれか１項に記載の面光源装置において、前記導光板の裏面側には、反射層（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）が前記導光板と一体、及び／又は、別体で設けられていること、を特徴とする面光源装置である。
請求項１８の発明は、請求項１７に記載の面光源装置において、前記反射層は、前記導光板との間に間隔調整部材を挟んで配置されていること、を特徴とする面光源装置である。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）裏面には、側端面と平行に延在する３本の溝の集合であって、中央に位置する中央溝と中央溝の両側に位置する第１及び第２の側溝とからなる溝群が複数形成されているので、高輝度かつ均一な照明光を放出することができる。また、複数の光源を用いても照明光を表面側へ出射させる効果が変わらないので、１つの光源に頼ることなく、光輝度で大画面の照明を容易に行うことができる。

（２）中央溝は、溝群の延在する方向に直交する断面において、側端面に平行な軸を対称軸として対象な２つの斜面部を有し、第１及び第２の側溝は、断面において、互いに傾斜方向の異なる斜面部を有しているので、入射部から進む照明光、及び、入射部と反対側にある側端面側から進む照明光のいずれについても、効率よく表面から出射させることができる。

（３）中央溝及び第１及び第２の側溝は、溝群の延在する方向に直交する断面において、三角形形状であるので、容易に精度の高い導光板を製造することができる。

（４）第１の側溝は、入射部に最も近い位置に形成されている溝群において溝の深さが最も浅く、入射部から離れるにしたがい溝の深さが深くなっているので、入射部から進む照明光を徐々に表面側へ出射することができ、効率よくかつ均一に出射することができる。

（５）第２の側溝は、入射部に最も近い位置に形成されている溝群において溝の深さが最も深く、入射部から離れるにしたがい溝の深さが浅くなっているので、入射部と対向する反対側の側端面側から進む照明光についても徐々に表面側へ出射することができ、効率よくかつ均一に出射することができる。

（６）入射部が面上、又は、その近傍に設けられた側端面と平行に対向する側端面には、その全面に導光板内部方向へ光を反射する反射部が形成されているので、光源から対向する側端面に到達してしまった照明光が、進行方向を反対にして再度導光板内を進み、溝群に到達することにより表面側へ出射することができ、光の利用効率がよく高輝度の面光源とすることができる。

（７）入射部が設けられた側端面と平行に対向する側端面には、入射部に対応する光源とは異なる光源からの照明光が入射する第２の入射部が形成されているので、多数の光源を使用してより明るい照明を行うことができ、より大型化することもできる。

（８）側端面の領域の内、前記入射部及び前記第２の入射部が設けられていない領域には、導光板内部方向へ光を反射する反射部が形成されているので、照明光の利用効率を高めることができ、高輝度の照明を行うことができる。

（９）本発明の導光板と、導光板の入射部に対応する位置に配置された光源とを備えるので、高輝度かつ均一な照明光を放出することができる。

（１０）光源は、表面側から見たときに、特定の発光位置から照明光が略扇形状に広がる伝播領域を有した点光源又は実質的に点光源とみなすことができる発光素子であるので、全体を小型にすることができる。

（１１）入射部が面上、又は、その近傍に設けられた側端面と平行に対向する側端面には、その全面に導光板内部方向へ光を反射する反射部が形成されているので、光源から対向する側端面に到達してしまった照明光が、進行方向を反対にして再度導光板内を進み、溝群に到達することにより表面側へ出射することができ、光の利用効率がよく高輝度の面光源とすることができる。

（１２）第２の入射部は、第１の入射部から広がる第１の伝播領域から外れた領域に照明光が広がる位置であって、第２の入射部から広がる第２の伝播領域の一部が第１の伝播領域と重なるように配置されているので、複数の光源を使用していても均一な照明をすることができる。

（１３）第１及び第２の入射部は、第１及び第２の側端面上に設けられており、第１及び第２の側端面の領域の内、第１及び第２の入射部が設けられていない領域には、導光板内部方向へ光を反射する反射部が形成されているので、照明光の利用効率を高めることができ、高輝度の照明を行うことができる。

（１４）入射部は、光源から広がる照明光の伝播方向、及び／又は、伝播領域の形状を修正するように設けられた切込み形状であるので、照明光の進み方を自由に変更することができる。

（１５）光源は、白色発光する発光ダイオードであるので、少ない光源であっても、均一な白色の面光源とすることができる。

（１６）光源は、それぞれが光の三原色に近い色の発光を行う３種類の発光ダイオードを用いており、３種類の発光ダイオードそれぞれが独立して配置されることにより、白色の照明光を表面へ放出するので、色バランス調整を容易に行うことができ、表示部の表示をより美しく見せることができる。また、白色発光する発光ダイオードに比べて、より低価格に製造することができる。

（１７）導光板の裏面側には、反射層が導光板と一体、及び／又は、別体で設けられているので、裏面側へ漏れる照明光についても、再利用することができ、より輝度の高い照明光を得ることができる。

（１８）反射層は、導光板との間に間隔調整部材を挟んで配置されているので、導光板と反射層との距離を簡単かつ確実に一定距離に保つことができる。

照明面積が大型化した場合であっても高輝度かつ均一な照明光を放出することができるようにするという目的を、導光板の形状を改良することにより、製造コストを増加することなく実現した。

図１は、実施例１における面光源装置の主要部を模式的に示した斜視図である。なお、図１では、理解を容易にするために、面光源装置の裏面側を上方にして示している。
本実施例における面光源装置は、光源１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃと、導光板１３とを有し、光源１１ａ〜１１ｃが導光板１３の端部付近に配置された所謂サイドライト型（又は、エッジライト型）の面光源装置であって、対角２．６インチの大きさの液晶ディスプレイ装置のバックライトに利用される。

光源１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃは、白色のＬＥＤ光源であり、後述する導光板１３の側端面１３ｃの近傍に光源１１ａ〜１１ｃが配置され、１３ｄの近傍に光源１２ａ〜１２ｃが配置されている。光源１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃは、発光する照明光の広がり方から見ると、点光源とみなすことができる。
ＬＥＤが発光する光を、導光板へ入射させた場合、導光板を上方から観察すると、ある角度範囲に扇状に広がりながら伝播していく。特にＬＥＤを導光板の両端部に配置するような場合は、この向かい合った扇状の光同士がすくなくとも一部は重なるように位置を決めてＬＥＤを配置することが、輝度の均一性を確保するために望ましい。

図２は、実施例１における光源１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃの配置を説明する図である。なお、図２には、光源１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂについてのみ示し、さらに、光源が発光する照明光については、光源１１ｂ，１２ａのみについて示している。
導光板１３の面内の輝度の均一性を高めるため、実施例１の光源１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃは、それぞれが発光する扇状の光同士の一部が重なるように配置している。

図１に戻って、導光板１３は、略直方体板形状をしており、光源１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃが発光して２つの対向する側端面１３ｃ，１３ｄから入射した照明光を、表面１３ａ方向へ放出させる実質的に透明な樹脂性の光学部材である。本実施例の導光板１３は、ポリカーボネートを素材としている。
導光板１３の側端面１３ｃには、光源１１ａ〜１１ｃに対応する位置に入射部１３８ａ，１３８ｂ，１３８ｃが設けられている。入射部１３８ａ〜１３８ｃは、照明光が透過するのに十分な幅であって、かつ、必要以上に広くならないような幅に形成され、照明光が透過しやすいように、表面が滑らかになっている。また、この入射部１３８ａ〜１３８ｃに相当する入射部が反対側の側端面１３ｄにも設けられており、両側端面に３箇所、合計で１枚の導光板１３に６箇所設けられている。

側端面１３ｃの入射部１３８ａ，１３８ｂ，１３８ｃ以外の部分は、導光板１３の内部方向へ光を反射する反射部１３９が設けられている。この反射部１３９は、銀、アルミ、クロムのような高い反射率をもつ金属膜を蒸着したり、スパッタリング、ＣＶＤなどにより形成したり、あるいはメッキによって形成することができる。又は、市販の液晶導光板用の高反射率フィルム、例えば、住友スリーエム株式会社製（ビキュイティ）ＥＳＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）反射フィルムや、東レ株式社製Ｅ６０Ｖなどを適宜貼付してもよい。この場合、さらに屈折率整合させた樹脂等を介在させて導光板１３とこれら反射板とを張り合わせてもよい。
また、図示していないが、側端面１３ｄには、側端面１３ｃと同様に光源１２ａ〜１２ｃに対応して入射部と反射部とが設けられている。
さらに、導光板１３の光源が配置されていない側端面１３ｅ，１３ｆには、全面に反射部１３９と同様な反射部が形成されている。

導光板１３の裏面１３ｂには、多数の溝群が形成されている。本実施例では、溝群は、３５μｍの等間隔で並んで配置されている。なお、本実施例の説明では、簡単のため７組の溝群１３１〜１３７が形成されているものとして説明を行う。
溝群１３１〜１３７は、側端面１３ｃ，１３ｄに平行に延在する３本の溝の集合であり、光源からの距離に応じて、溝の形状を順次変更して形成している。

図３は、光源１１ａ〜１１ｃに最も近い側に設けられている溝群１３１の断面形状を拡大して示した図である。
溝群１３１は、中央に位置する中央溝１３１ａと中央溝１３１ａの両側に位置する第１の側溝１３１ｂ，第２の側溝１３１ｃの３本の互いに平行な溝により形成されている。中央溝１３１ａは、溝群１３１〜１３７の延在する方向に直交する断面において、側端面１３ｃ，１３ｄに平行な軸を対称軸として対象な２つの斜面部が形成されるような断面形状が直角二等辺三角形の溝である。また、第１及び第２の側溝１３１ｂ，１３１ｃは、同断面において、互いに傾斜方向の異なる斜面部を有するような断面形状が直角二等辺三角形となっている。
図３中に示した中央溝１３１ａ，第１及び第２の側溝１３１ｂ，１３１ｃの寸法は、ａ＝ｂ＝５０μｍ，ｃ＝１００μｍ，ａ’＝ｄ＝５μｍとなっている。

図４は、側端面１３ｃ及び側端面１３ｄまでの距離が等しい位置、すなわち側端面１３ｃと側端面１３ｄとの中間位置に設けられている溝群１３４の断面形状を拡大して示した図である。
溝群１３４は、上述の溝群１３１と同様に断面形状が直角二等辺三角形の中央溝１３４ａ，第１及び第２の側溝１３４ｂ，１３４ｃの３本の互いに平行な溝により形成されている。ただし、溝群１３４は、上述の溝群１３１とは、溝の寸法が異なっている。図４中に示した中央溝１３４ａ，第１及び第２の側溝１３４ｂ，１３４ｃの寸法は、ａ＝５０μｍ，ａ’＝ｂ＝ｄ＝３０μｍ，ｃ＝１００μｍとなっている。

図５は、光源１１ａ〜１１ｃから最も遠い側に設けられている溝群１３７の断面形状を拡大して示した図である。
溝群１３７は、上述の溝群１３１，１３４と同様に断面形状が直角二等辺三角形の中央溝１３７ａ，第１及び第２の側溝１３７ｂ，１３７ｃの３本の互いに平行な溝により形成されており、溝群１３１，１３４とは、溝の寸法が異なっている。図５中に示した中央溝１３７ａ，第１及び第２の側溝１３７ｂ，１３７ｃの寸法は、ａ＝ｄ＝５０μｍ，ｃ＝１００μｍ，ａ’＝ｂ＝５μｍとなっている。

図３〜５に示していない溝群１３２，１３３に設けられた各溝の形状は、溝群１３１の寸法と溝群１３４の寸法との間で滑らか形状が変化するようになっており、同様に、溝群１３５，１３７に設けられた各溝の形状についても、溝群１３４の寸法と溝群１３７の寸法との間で滑らか形状が変化するようになっている。

このように、溝群１３１〜１３７を断面形状の異なる３つの溝により形成し、入射部１３８ａ（ｂ，ｃ）に近い側の第１の側溝１３１ｂ〜１３７ｂは、入射部１３８ａ（ｂ，ｃ）に最も近い位置に形成されている溝の深さが最も浅く、入射部１３８ａ（ｂ，ｃ）から離れるにしたがい溝の深さが深くなっている。
また、入射部１３８ａ（ｂ，ｃ）から遠い側の第２の側溝１３１ｃ〜１３７ｃは、入射部１３８ａ（ｂ，ｃ）に最も近い位置に形成されている溝の深さが最も深く、入射部１３８ａ（ｂ，ｃ）から離れるにしたがい溝の深さが浅くなっている。

図６は、光源１１ａ（ｂ，ｃ）が発光して入射部１３８ａ（ｂ，ｃ）から入射した照明光の導光板１３内における進み方を示す図である。
入射部１３８ａ（ｂ，ｃ）から入射した照明光は、溝群１３１〜１３７の反射及び屈折作用によって、略均一に表面１３ａから出射する。
図７は、溝群１３１が照明光に対して及ぼす作用を示す図である。
図８は、溝群１３４が照明光に対して及ぼす作用を示す図である。
図９は、溝群１３７が照明光に対して及ぼす作用を示す図である。
図７〜９では、光源１１ａ（ｂ，ｃ）が発光した照明光を実線で示し、光源１２ａ（ｂ，ｃ）が発光した照明光を破線で示している。
図７の第１の側溝１３１ｂの斜面に到達した照明光は、この斜面で全反射せず、第１の側溝１３１ｂ（空気層）を通過して中央溝１３１ａの斜面に当たり、そこで全反射して立ち上がり出射している。この他に、図中には表れていないが、第１の側溝１３１ｂの斜面に当たりそのまま表面１３ａ方向へ立ち上がる照明光も存在している。このような作用によって、照明光は、表面１３から出射することができる。

いずれの場合においても、第１の側溝１３１ｂの切込み部の寸法（深さ）ａ又はａ’が大きくなるほど全反射を起こして表面１３ａ方向に出射する照明光の量が増加する。ここで、第１の側溝１３１ｂ〜１３７ｂの深さが光源１１ａ（ｂ，ｃ）からの距離に関わらず一定としてしまうと、光源１１ａ（ｂ，ｃ）に近い側でより多くの光が出射してしまい、均一な照明ができなくなる。よって、光源１１ａ（ｂ，ｃ）に最も近い側の第１の側溝１３１ｂの深さを最も浅くし、光源１１ａ（ｂ，ｃ）から離れるにしたがい順次深くしていき、光源１１ａ（ｂ，ｃ）から最も遠い位置にある第１の側溝１３７ｂの深さを最も深くすることにより、表面１３ａ方向に出射する照明光を導光板１３の面内で均等に分布させることができ、均一な照明を達成することができる。

上述した溝群１３１〜１３７の寸法関係は、光源１１ａ（ｂ，ｃ）のある入射部１３８ａ（ｂ，ｃ）側を基準として説明したが、溝群１３１〜１３７の寸法は、中央の溝群１３４を中心として対称の形状となっている。したがって、光源１１ａ（ｂ，ｃ）から発光される照明光に対する作用と同様に、光源１２ａ（ｂ，ｃ）から発光される照明光に対しても照明光を表面側へ向けるように作用する。
溝群を形成する３本の溝の中で光源１１ａ（ｂ，ｃ）に近い側にある第１の側溝１３１ｂ〜１３７ｂは、主に光源１１ａ（ｂ，ｃ）が発光した照明光に対して有効である。一方、溝群を形成する３本の溝の中で光源１２ａ（ｂ，ｃ）に近い側にある第２の側溝１３１ｃ〜１３７ｃは、主に光源１２ａ（ｂ，ｃ）が発光した照明光に対して有効である。

このように導光板１３内で照明光の進む方向（導波方向）で第１の側溝１３１ｂ〜１３７ｂ及び第２の側溝１３１ｃ〜１３７ｃの寸法を変えていくことにより、面内の輝度の均一性を高め、また、照明光の進む方向が導光板１３に対して垂直に近い面光源装置とすることができる。

ただし、このような導光板１３を用いた場合、設計により光源からの照明光は、逆側の側端面に到達するまでに均一に全ての照明光を表面から出射させることも可能であるが、一部が光源とは逆側の側端面に到達する場合もある。
そこで、本実施例では、側端面１３ｃの入射部１３８ａ〜１３８ｃ以外の部分に、反射部１３９を設けており、反射部１３９に到達した照明光を再度逆向きに進むようにしている。例えば、光源１１ａ（ｂ，ｃ）が発光してこの反射部１３９により反射された照明光は、光源１２ａ（ｂ，ｃ）が発光した照明光と同様にして表面１３ａから出射する。このように、反射部１３９を設けたことにより、光の利用効率がさらに高くなっている。

次に、本実施例における導光板１３の製造方法について説明する。
まず、上述の溝形状に対応する形状を金型にダイヤモンドバイトを用いた精密ＮＣ旋盤によって切削し、金型を作成する。この金型を用いて樹脂成型により導光板１３を作製する。導光板１３の寸法は、５５×４０ｍｍ（対角≒２．６インチ）、厚み０．６ｍｍとし、材質は、先に述べたようにＰＣ（ポリカーボネート）材を用いた。なお、導光板には、ＰＣの他に、ＴＡＣ（セルローストリアセテート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等を用いてもよい。
導光板１３の作製には、押出し成型を用いたが、他に紫外線硬化型樹脂を用いて賦形してもよいし、射出成型法などでも同様に作製することができる。
このようにして作製した導光板１３を、白色ＬＥＤ光源である光源１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃを取り付けて照明した。この面光源装置を測定した結果、面内で均一に、法線方向から概ね±３０°以内に集中して照明光が出射していることが確認できた。

本実施例によれば、溝群１３１〜１３７を光源からの距離に応じて深さを変えながら設けたので、導光板１３に対する法線方向付近の角度範囲に集中しながら均一に照明光を出射することができ、照明光の利用効率を向上させ、同時に安価で大面積で大量に生産することが可能な導光板を提供することができる。
また、原版に形成する溝群の形状は、精密ＮＣ旋盤を用いて作製することができるので、従来の導光板のように破線状にレンズ部を形成したり、円弧状に配列したりする等の複雑な原版を用いる必要がなく、簡単かつ安価に原版を作製できるとともに、設計の自由度も高くなる。
さらに、本発明は、従来の導光板とは異なり、導光板の両端方向から伝播する光のそれぞれに最適な設計をすることができるので、バックライトの配置、導光板の設計自由度を非常に高くすることができる。
さらにまた、側端面１３ｃ，１３ｄの入射部１３８ａ〜１３８ｃ以外の部分に反射部１３９を設けたので、さらに照明効率のよい面光源装置とすることができる。

図１０は、実施例２における面光源装置の主要部を模式的に示した側面図である。
実施例２は、実施例１における導光板１３に相当する導光板２３を複数並べて、大面積のバックライト用導光板とした例である。したがって、前述した実施例１と同様の機能を果たす部分には、末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。

図１１は、導光板２３を１枚のみ示した斜視図である。
本実施例における導光板２３は、実施例１の導光板１３が側端面１３ｃ，１３ｄに入射部１３８ａ〜１３８ｃ等を有していたのに対し、裏面２３ｂの側端面２３ｃ，２３ｄに近い位置に入射部２３８を有している点が異なる。入射部２３８は、裏面２３ｂに設けられた切り欠き形状であって、導光板２３の板面（表面２３ａ）に対して４５度の傾きを有した反射面２３８ａを有している。また、この入射部２３８は、実施例１と同様に、両側端面付近に３箇所、合計で１枚の導光板２３に６箇所設けられている。

図１０に戻って、本実施例では、導光板２３を照明光の伝播方向に２枚並べて配置している。そして、入射部２３８に対応した裏面２３ｂ側に光源２１１が配置されている。光源２１１が発光する照明光は、反射面２３８ａにより反射して伝播方向を変えられて、導光板２３の内部に入射する。入射後の照明光の進み方については、実施例１の場合と同様である。

本実施例では、導光板を複数並べて配置することにより、より大型の面光源装置としているが、実施例１に示した面光源装置をそのまま並べたのでは、側端面側に配置された光源部分において隙間が生じて、輝度ムラの原因となるおそれがある。また、導光板に挟まる位置の光源をなくすことも考えられるが、そうすると、得られる照明光が減ってしまう。
そこで、本実施例では、反射面２３８ａを有した入射部２３８を裏面側に設け、光源２１１を裏面２３ｂ側に配置することにより、導光板２３同士を極力隙間なく配置し、輝度ムラのない大型の面光源装置を実現している。

本実施例によれば、入射部２３８の形状を改良して、光源２１１を裏面側に配置することができるようにしたので、導光板２３を複数隙間なく並べることができ、より大型の面光源装置を、高輝度で、かつ、輝度ムラなく実現することができる。

（変形例）
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）各実施例において、導光板１３，２３の裏面１３ｂ，２３ｂは、照明光が全反射されることを前提として、他の層などは設けていない例を示したが、これに限らず、裏面側にわずかに漏れてしまう光を表面１３ａ，２３ａの方向へ反射して戻す反射層を設けてもよい。例えば、裏面上に直接反射層Ｈ１を形成してもよいし（図１２（ａ））、裏面から離れた位置に反射層Ｈ２を設けてもよい（図１２（ｂ））。
さらに、裏面から離れた位置に反射層を設ける場合に、図１２（ｃ）に示すように三角形のプリズムシートＨ３の表面に反射面を形成したものを配置してもよい。この場合、実施例１（又は２）の導光板１３（又は２３）に使用するには、プリズムシートＨ３の頂部の角度は、１２０°の鈍角で、ピッチ１０μｍで形成するとよい。
本発明の導光板から裏面側へ漏れる光の多くは、導光板を基準として大きな出射角度で裏面側へ出射する（漏れる）が、反射層をプリズムシートの表面に形成することにより、反射光を導光板に対して垂直に近い角度で入射させることができる。

なお、図１２（ｃ）に示す三角形のプリズムシートＨ３を用いる場合、プリズムシートと導光板が密着してしまうと、漏れ光がプリズムシートで反射した後、導光板の溝群を再通過するので、垂直方向から大きく角度をずらして出射してしまい、最終的な照明光の平行度を落とす原因となる。したがって、プリズムシートと導光板との間隔を適正に保つ必要がある。この間隔は、溝群のピッチにも依存するが、上記実施例１，２では、溝群のピッチを３５μｍとしたので、８〜１０μｍ（空気中換算）の間隔とすることが望ましい。そこで、図１２（ｃ）に示す三角形のプリズムシートＨ３を用いる場合には、プリズムシートと導光板との間隔を一定に保つために、８〜１０μｍの厚さの透明なフィルムをプリズムシートと導光板との間に挟んでもよい。このプリズムシートと導光板との間に挟むフィルムとしては、例えば、１０μｍ厚のＴＡＣ（セルローストリアセテート）を用いてもよいし、その他、シクロオレフィンポリマー、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）など複屈折の少ない樹脂を適宜選択してもよい。

（２）各実施例において、光源にＬＥＤを用いる例を示したが、これに限らず、例えば、冷陰極管を用いてもよい。

（３）各実施例において、光源に近い側の第１の側溝は、光源に最も近い位置に形成されている溝の深さが最も浅く、光源から離れるにしたがい溝の深さが深くなっており、一方、光源から遠い側の第２の側溝は、光源に最も近い位置に形成されている溝の深さが最も深く、光源から離れるにしたがい溝の深さが浅くなっており、各溝群は、等間隔に並んでいる例を示したが、これに限らず、例えば、必要に応じて面内でその形状、切込み量、それぞれの切込み部同士の配置間隔、傾斜角度、切込み部形成を連続的にではなく、断続的にし、その断続線の形成部と非形成部との間隔の比を変える等してもよい。

（４）各実施例において、光源を導光板の２つの対向する側端面の近傍に配置する例を示したが、これに限らず、例えば光源を一方の側端面近傍にのみ配置し、対向する側端面の全面を反射部としてもよい。

（５）各実施例において、側端面に形成された反射部は、導光板の表裏面に対して垂直に形成した例を示したが、これに限らず、例えば、所定の角度を設けてもよいし、平面ではなく反射して逆方向に導波する光の主光線方向を制御するために、サイン波形状、のこぎり形状、三角形状、多次曲線形状などにしてもよい。これにより反射光を用いてより明るく照明したい領域に主に光を導くことができる。

（６）各実施例において、光源からの照明光が導光板に入射する入射部を平面とした例を示したが、これに限らず、例えば、入射部を円弧状の切り込み形状として照明光の扇状の広がり角度を制御してもよい。ＬＥＤからの照明光は、主にＬＥＤ発光点上部のレンズ形状の設計によって主に発散角度（導光板に入ったときの扇状の広がり角）は決まるが、入射部を円弧状の切り込み形状とすることにより、輝度の均一性、及び、光の利用効率を高めることができる。また、入射部を円弧状の切り込み形状とする以外にも、適宜入射部の形状を設計することにより、照明光の進み方を自由に制御することができる。

（７）実施例２において、入射部２３８は、ＬＥＤの光源２１１を取り付ける場所のみに形成した例を示したが、これに限らず、例えば、全範囲にわたって入射部としてもよいし、光源付近に中心を持つ円弧状に形成してもよい。

（８）各実施例において、白色に発光するＬＥＤを光源に使用する例を示したが、これに限らず、例えば、３種類の別々のＬＥＤにより赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の発光を行うようにしてもよい。
図１３は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のＬＥＤを並べて配置した例を示す図である。図１３中で、ＲのＬＥＤが発光する照明光は一点鎖線で示し、ＧのＬＥＤが発光する照明光は破線で示し、ＢのＬＥＤが発光する照明光は実線で示している。
異なる色の発光をするＬＥＤを使用する場合には、図１３に示すように、導光板をはさんで向かい合う同色のＬＥＤ同士の扇状の光同士が少なくとも一部重なるように位置を決めて配置することが望ましい。そうすることにより、ＲＧＢそれぞれの光が重なり合い、非常に均一に混色して白色光化することができる。

（９）実施例２において、複数の導光板を並べて配置して大型の面光源装置とする例を示したが、これに限らず、たとえば、大型の導光板を１枚で形成し、その一部にＬＥＤからの照明光入射用の切り欠き（入射部）を設けてもよい。また、これらの切り欠きは、先に述べたように、平面に限らず、入射する光の広がり角度、主光線方向などの光学特性を制御するために必要な曲面で構成してもよい。

実施例１における面光源装置の主要部を模式的に示した斜視図である。 実施例１における光源１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃの配置を説明する図である。 光源１１ａ〜１１ｃに最も近い側に設けられている溝群１３１の断面形状を拡大して示した図である。 側端面１３ｃ及び側端面１３ｄまでの距離が等しい位置、すなわち側端面１３ｃと側端面１３ｄとの中間位置に設けられている溝群１３４の断面形状を拡大して示した図である。 光源１１ａ〜１１ｃから最も遠い側に設けられている溝群１３７の断面形状を拡大して示した図である。 光源１１ａ（ｂ，ｃ）が発光して入射部１３８ａ（ｂ，ｃ）から入射した照明光の導光板１３内における進み方を示す図である。 溝群１３１が照明光に対して及ぼす作用を示す図である。 溝群１３４が照明光に対して及ぼす作用を示す図である。 溝群１３７が照明光に対して及ぼす作用を示す図である。 実施例２における面光源装置の主要部を模式的に示した側面図である。 導光板２３を１枚のみ示した斜視図である。 反射層を導光板の裏面側に配置する変形例を示す図である。 Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のＬＥＤを並べて配置した例を示す図である。

符号の説明

１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃ，２１１ 光源
１３，２３ 導光板
１３ａ，２３ａ 表面
１３ｂ，２３ｂ 裏面
１３ｃ〜１３ｆ，２３ｃ〜２３ｆ 側端面
１３１〜１３７，２３１〜２３７ 溝群
１３１ａ〜１３７ａ 中央溝
１３１ｂ〜１３７ｂ 第１の側溝
１３１ｃ〜１３７ｃ 第２の側溝
１３８ａ，１３８ｂ，１３８ｃ，２３８ 入射部
１３９ 反射部
２３８ａ 反射面

Claims (18)

1. 面光源装置に用いられ、側端面の内の少なくとも１つの面上、又は、その近傍に設けられた入射部に対して光源から入射する照明光を表面へ放出させる略直方体板形状の導光板であって、
   前記表面と平行に対向する裏面には、前記側端面と平行に延在する３本の溝の集合であって、中央に位置する中央溝と前記中央溝の両側に位置する第１及び第２の側溝とからなる溝群が複数形成されている導光板。
2. 請求項１に記載の導光板において、
   前記中央溝は、前記溝群の延在する方向に直交する断面において、前記側端面に平行な軸を対称軸として対象な２つの斜面部を有し、
   前記第１及び第２の側溝は、前記断面において、互いに傾斜方向の異なる斜面部を有していること、
   を特徴とする導光板。
3. 請求項１又は請求項２に記載の導光板において、
   前記中央溝及び前記第１及び第２の側溝は、前記溝群の延在する方向に直交する断面において、三角形形状であること、
   を特徴とする導光板。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の導光板において、
   前記溝群を形成する溝の内で前記入射部に近い側の溝を前記第１の側溝としたときに、
   前記第１の側溝は、前記入射部に最も近い位置に形成されている溝群において溝の深さが最も浅く、前記入射部から離れるにしたがい溝の深さが深くなっていること、
   を特徴とする導光板。
5. 請求項４に記載の導光板において、
   前記溝群を形成する溝の内で前記入射部から遠い側の前記第２の側溝は、前記入射部に最も近い位置に形成されている溝群において溝の深さが最も深く、前記入射部から離れるにしたがい溝の深さが浅くなっていること、
   を特徴とする導光板。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の導光板において、
   前記入射部が面上、又は、その近傍に設けられた側端面と平行に対向する側端面には、その全面に導光板内部方向へ光を反射する反射部が形成されていること、
   を特徴とする導光板。
7. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の導光板において、
   前記入射部が面上、又は、その近傍に設けられた側端面と平行に対向する側端面には、前記入射部に対応する光源とは異なる光源からの照明光が入射する第２の入射部が形成されていること、
   を特徴とする導光板。
8. 請求項６に記載の導光板において、
   前記側端面の領域の内、前記入射部及び前記第２の入射部が設けられていない領域には、導光板内部方向へ光を反射する反射部が形成されていること、
   を特徴とする導光板。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の導光板と、
   前記導光板の前記入射部に対応する位置に配置された光源と、
   を備える面光源装置。
10. 請求項９に記載の面光源装置において、
    前記光源は、前記表面側から見たときに、特定の発光位置から照明光が略扇形状に広がる伝播領域を有した点光源又は実質的に点光源とみなすことができる発光素子であること、
    を特徴とする面光源装置。
11. 請求項１０に記載の面光源装置において、
    前記入射部が面上、又は、その近傍に設けられた側端面と平行に対向する側端面には、その全面に導光板内部方向へ光を反射する反射部が形成されていること、
    を特徴とする面光源装置。
12. 請求項１０に記載の面光源装置において、
    第１の入射部に対応する位置に配置された第１の光源と、
    前記第１の入射部が面上、又は、その近傍に設けられた第１の側端面と平行に対向する第２の側端面の面上、又は、その近傍に設けられた第２の入射部に対応する位置に配置された第２の光源と、
    を備え、
    前記第２の入射部は、前記第１の入射部から広がる第１の伝播領域から外れた領域に照明光が広がる位置であって、前記第２の入射部から広がる第２の伝播領域の一部が前記第１の伝播領域と重なるように配置されていること、
    を特徴とする面光源装置。
13. 請求項１２に記載の面光源装置において、
    前記第１及び第２の入射部は、前記第１及び第２の側端面上に設けられており、
    前記第１及び第２の側端面の領域の内、前記第１及び第２の入射部が設けられていない領域には、導光板内部方向へ光を反射する反射部が形成されていること、
    を特徴とする面光源装置。
14. 請求項１０から請求項１３までのいずれか１項に記載の面光源装置において、
    前記入射部は、前記光源から広がる照明光の伝播方向、及び／又は、伝播領域の形状を修正するように設けられた切込み形状であること、
    を特徴とする面光源装置。
15. 請求項１０から請求項１４までのいずれか１項に記載の面光源装置において、
    前記光源は、白色発光する発光ダイオードであること、
    を特徴とする面光源装置。
16. 請求項１０から請求項１４までのいずれか１項に記載の面光源装置において、
    前記光源は、それぞれが光の三原色に近い色の発光を行う３種類の発光ダイオードを用いており、
    前記３種類の発光ダイオードそれぞれが独立して配置されることにより、白色の照明光を表面へ放出すること、
    を特徴とする面光源装置。
17. 請求項１０から請求項１６までのいずれか１項に記載の面光源装置において、
    前記導光板の裏面側には、反射層が前記導光板と一体、及び／又は、別体で設けられていること、
    を特徴とする面光源装置。
18. 請求項１７に記載の面光源装置において、
    前記反射層は、前記導光板との間に間隔調整部材を挟んで配置されていること、
    を特徴とする面光源装置。
    

Images