JP2007066865A - 導光板 - Google Patents

Abstract

【課題】入射面付近の輝度明暗を防止する。
【解決手段】導光板１は、側面に入射面５を有し、上面又は下面に出射面３を有する板状のものであって、出射面３と対向する面に導光板１の一般肉厚に対し、減ずる方向に形成された概略四角錐の偏向パターン素子１７が隣接し配列しており、その四角錐の形状は、四角錐の底面以外の４面が導光板１に一体形成されたものであって、底面以外の4面のうち、第１及び第２の面は、それぞれ他の第３又は第４の面の面積の２０倍以上あり、第１及び第２の面の稜線が入射面５と直交し、第１及び第２の面の出射面３に対する傾斜角は０．５〜３度の範囲であり、第１及び第２の面は概同面積であり、第３及び第４の面は概同面積である。
【選択図】図６

Description

本発明は、液晶表示素子などを背面から照射するバックライト装置に用いられる導光板及びかかる導光板を具備するバックライト装置に関する。

従来、携帯電話機等の液晶表示装置を照明するため、光源から出射された光を液晶表示装置に導く導光板及びこの導光板を備え液晶表示装置を背面から照明するバックライト装置が提供されている。

図１は、液晶表示装置１０の外観を示す概略図である。図１において、１は導光板、２は光源、３は出射面、４は反射面、５は入射面、６は偏向パターン素子、７は液晶、８はリフレクタ、９は光学シート、１１はホルダー、１２は光線、１３は観察者の視点である。なお、液晶表示装置１０から液晶パネルを除いた状態でバックライト装置１４ということがある。

導光板１は、例えばＰＭＭＡ又はポリカーボネートのような透明な材料からなり、略板状の平坦な形状を有している。そして、一つの側面を入射面５とし、反射面４には、入射面５から入射された光を出射面３に向けて反射又は偏向するために複数の偏向パターン素子６による偏向パターンが形成されている。導光板１は液晶パネル７の下に配置され、導光板１の出射面３と液晶パネル７の下面とが対向するように配置される。光源２から出射された光線１２は、入射面５から導光板１に入射して導光板内部を進み、反射面４に形成された偏向パターン素子６によって出射面３の方向に立ち上げられ、出射面３から出射される。このように、側面にある入射面５から入射された光を主面にある出射面３から出射する導光板１をサイドエッジ方式と称し、携帯電話機等において広く使用されている（例えば特許第３１５１８３０号を参照）。

ところで、従来、レーザ光をディフューザの有する矩形の開口を介して感光フィルムを露光し、多数のスペックルをランダムに形成してなるホログラムが提供されている（例えば米国特許第５，３６５，３５４号公報及び米国特許第５，５３４，３８６号公報を参照）。このホログラムにおいて、スペックルは略楕円形状を有し、楕円の長軸と短軸は、開口の矩形の短辺と長辺とフーリエ変換の関係を有する。このホログラムにレーザ光を入射すると、レーザ光は各スペックルによって散乱され、露光の際に用いられた矩形状の開口を再現する。このようなホログラムを用いることで、入射光を異方的に拡散することができる。

従来の導光板においては、偏向パターン素子は図２（ａ）に示すようなドッドパターン１５が一般的であった。しかし、偏向パターン素子が独立した概円形パターンであるため、図２（ｂ）に示すように、偏向パターン素子により反射した光が一定方向に出射せず、結果として、出射光は拡散し輝度を高めることが困難であるという課題があった。

そこで近年では、このような輝度低下を防止するため、図３（ａ）に示すような、概Ｖ字型の偏向パターン素子を施した導光板が主流となってきている。このＶ字溝型の偏向パターン素子は、一般的には、図３（ｂ）の上面図に示されるように、上記Ｖ字溝の方向が入射面と平行となるように設けられている。

この方式は、図４に示すように出射光線１２が比較的整列するため、導光板１の上面に隣接させた光学シート９により、光線１２を効率的に正面方向へと導くことができ、高輝度化を図ることができる。

しかし、この構造である場合、光源２の入光面付近では図５（ａ）に示すような暗部１５が発生しやすい難点があった。この理由を、図５（ｂ）を用いて説明する。図５（ｂ）は図５（ａ）を光源２の方向からみた側面図である。光源２からの光線は、入射面５から導光板１内に入射する。従来の導光板のように反射溝が直線であると、光源２から出光された光線のうち、光線１２ａは上面に配置されるプリズムフィルム１０により正面方向に偏向される光線軌跡となる。しかし、光線１２ｂ（斜め光）は、直線状の反射面により大きく偏向され、プリズムフィルム１０によって正面方向に偏向できる光線軌跡から離脱するため、光の出射量の少ない部分が生じてしまい、そこが暗部となって観察されるという問題があった。

本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、入射面付近の輝度明暗を防止した導光板及びかかる導光板を具備するバックライト装置を提供することを目的とする。

本発明は、導光板に概四角錐反射溝を形成することにより、光線１２ａ，１２ｂともに、上面に配置されるプリズムフィルムの偏向により、正面方向に光線軌跡が導き易く、Ｖ字溝の難点である入射面付近の輝度明暗を防止できるものである。

本発明の実施形態は、側面に入射面を有し、上面又は下面に出射面を有する板状の導光板であって、前記出射面又は前記出射面と対向する面に、複数の偏向パターン素子が配列しており、該偏向パターン素子は、四角錐の底面以外の４つの面が、導光板に一体形成された四角錐形状を有してなり、前記４つの面のうち、隣接する第１面と第２面のそれぞれの面積は、隣接する第３面と第４面のそれぞれの面積の２０倍以上であり、前記第１面及び前記第２面のそれぞれの傾斜角は、前記出射面に対して０．５〜３°である。

また、本発明の他の実施形態は、前記パターン素子は、四角錐形状が導光板に凹設(depressed)されることが好ましい。

また、本発明の他の実施形態は、概四角錐の偏向パターン素子のピッチＰ_ｓが一定であることが好ましい。

また、本発明の他の実施形態は、概四角錐の偏向パターン素子のピッチＰ_ｓが不定であることが好ましい。

前記パターン素子は、四角錐形状の底面が平行四辺形であることが好ましい。

また、本発明の他の実施形態は、前記平行四辺形の辺が入射面なす角θ_Ｒ及びθ_Ｌは、それぞれ０を超え６０°以下であることが好ましい。

また、本発明の他の実施形態は、前記θ_Ｌと前記θ_Ｒは同じ角度であることが好ましい。

また、本発明の他の実施形態は、前記平行四辺形は、四辺のうち一組の平行な二辺が、隣接する平行四辺形の一辺と直線を形成してなることが好ましい。

また、本発明の他の実施形態は、前記平行四辺形は、四辺のそれぞれが、隣接する平行四辺形の一辺と直線を形成してなることが好ましい。

また、本発明の他の実施形態は、入光面とθ_Ｌの角をなす直線群のピッチを、入光面側から順にＰ_Ｌ（１）、Ｐ_Ｌ（２）、・・・Ｐ_Ｌ（ｍ）と表し、入光面とθ_Ｒの角をなす直線群のピッチを、入光面側から順にＰ_Ｒ（１）、Ｐ_Ｒ（２）、・・・Ｐ_Ｒ（ｎ）、として表したとき、Ｐ_Ｌ（ｍ）及びＰ_Ｒ（ｎ）が全て同じ値であることが好ましい。

また、本発明の他の実施形態は、入光面とθ_Ｌの角をなす直線群のピッチを、入光面側から順にＰ_Ｌ（１）、Ｐ_Ｌ（２）、・・・Ｐ_Ｌ（ｍ）と表し、入光面とθ_Ｒの角をなす直線群のピッチを、入光面側から順にＰ_Ｒ（１）、Ｐ_Ｒ（２）、・・・Ｐ_Ｒ（ｎ）、として表したとき、Ｐ_Ｌ（ｍ）及びＰ_Ｒ（ｎ）がの数値は、乱数で設定されてなることが好ましい。

また、本発明の他の実施形態は、前記Ｐ_Ｌ及び前記Ｐ_Ｒが、Ｐ_Ｌ（１）＝Ｐ_Ｒ（１）、Ｐ_Ｌ（２）＝Ｐ_Ｒ（２）、・・・Ｐ_Ｌ（ｎ）＝Ｐ_Ｒ（ｎ）の関係を満たすことが好ましい。

また、本発明の他の実施形態は、前記Ｐ_Ｌ及び前記Ｐ_Ｒの中間値は、それぞれ３０〜５００μｍであることが好ましい。

また、本発明の他の実施形態は、前記乱数の範囲は、前記中間値±１５％又は±２０μｍであることが好ましい。

また、本発明の他の実施形態は、前記第１面及び前記第２面から形成される稜線と、前記入射面の法線のなす角が±４０°以内であることが好ましい。

また、本発明の他の実施形態は、前記偏向パターン素子が前記出射面と対向する面に形成され、出射面には他の光学素子が形成されてなることが好ましい。

また、本発明の他の実施形態は、前記他の光学素子が、出射光の拡散又は集光する機能を有する光学素子であることが好ましい。

また、本発明の他の実施形態は、前記他の光学素子が、異方拡散性を有してなることが好ましい。

また、本発明の他の実施形態は、上記導光板を備えるバックライト装置、及び液晶表示装置であることが好ましい。

また、本発明に係る導光板は、側面に入射面を有し、上面又は下面に出射面を有する板状の導光板にして、前記出射面と対向する面に導光板の一般肉厚に対し、減ずる方向に形成された概略四角錐の偏向パターン素子が隣接し配列しており、その四角錐の形状は、四角錐の底面以外の４面が導光板に一体形成されたものであって、底面以外の4面のうち、第１及び第２の面は、それぞれ他の第３又は第４の面の面積の２０倍以上あり、前記第１及び第２の面の稜線が入射面と直交し、前記第１及び第２の面の前記出射面に対する傾斜角は０．５〜３度の範囲であり、前記第１及び第２の面は概同面積であり、前記第３及び第４の面は概同面積であるものであることが好ましい。ここで、概同面積とは、２面積の中間値の±１０％以内であることをいう。

出射面側にサーフェスレリーフホログラムを一体的に成形したことが好ましい。

概四角錐の偏向パターン素子のピッチが一定であることが好ましい。

概四角錐の偏向パターン素子のピッチが不定であることが好ましい。

前記サーフェスレリーフホログラムは、入射面と直交する方向に長い線状の複数のランダムスペックル領域を有することが好ましい。

前記サーフェスレリーフホログラムの光拡散特性が入射面と平行方向に３０〜７０度の半値角であり、直交する方向に０．５〜３度の半値角で異形拡散することが好ましい。

本発明に係るバックライト装置は、前述の構成の導光板を備えてなるものである。

本発明によると、導光板及び導光板を備えるバックライト装置における入射面付近の明暗差という課題を解決することができる。

以下、本発明に係る導光板及びバックライト装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態においては、簡単のため、幾つかの異なる図面において共通の指示符合によって同一の部材を示す。また、本実施の形態の図面は、本発明の内容を説明するために用いられるものであり、各部の寸法の比率を正確に反映するものではない。また、参照の便宜上、図中にｘｙｚ直交座標系を設定する。すなわち、導光板の上面又は下面の２つの辺に沿ってｘ軸及びｙ軸を設定し、光源からの光の入射方向をｘ軸、これに垂直な方向をｙ軸とする。また、出射面の法線方向にｚ軸を設定する。また、ｚ軸の正負方向を上下と称する。

（第１の実施態様）
図６は、本発明の導光板の第１実施態様を示す斜視図である。図６には、理解のため光源２としての発光ダイオード（ＬＥＤ）、光学シート（プリズムシート）６及び液晶７の配置の一形態を図示してある。導光板１は、略矩形状の上面及び下面を有する板状の形状を有し、光源２からの光を入射させる入射面５と、光を上方に出射する出射面３と、入射面５からの入射光又は出射面３からの反射光を反射する反射面４と、を有する。

導光板１を構成する材料としては、一定の屈折率を有する透明な材料であれば特に制限はなく、例えば、ＰＭＭＡ、ポリオレフィン又はポリカーボネート等が挙げられる。また、導光板１の大きさは、用途によって異なるが、１２または１４インチディスプレイ等の大型用途であれば１８２．９×２４３．８ｍｍ〜２１３．４×２８４．５ｍｍ、３または８インチディスプレイ等の中型用途であれば４５．７×８１．０ｍｍ〜１２１．９×１６２．６ｍｍ、１または２．８インチディスプレイ等の小型用途であれば１５．２×２０．３ｍｍ〜４２．７×５６．９ｍｍ程度の大きさである。また、厚みは、通常０．０４ｍｍ〜５６．９ｍｍである。

入射面５は、導光板の一側面に設けられ、光源２からの光は、導光板１へ効率的に入射される。入射面５は平面であることが多いが、図６に示すように、多数の細かいヘアライン溝が形成されていてもよい。このようにすると、入射部の輝度ムラを改善することができる点で好ましい。また、入射面５に形成する加工はヘアライン溝に限定されるものではなく、従来公知の加工を必要に応じて行うことができる。

反射面４には、四角錐の底面以外の４つの面が導光板に形成された、概四角錐の偏向パターン素子１７形状が連続的に配列されている。図７は偏向パターン素子１７の一つの形状を示す図面である。また、図７において、図７（ａ）は偏向パターン素子１７の斜視図であり、図７（ｂ）はVIIｂ−VIIｂ断面図であり、図７（ｃ）はVIIｃ−VIIｃ断面図である。

偏向パターン素子１７の面積が大きい第１及び第２面１７ａ，１７ｂが、入射光を導光板１の出射面３方向へ導くための反射面として主に使用される。ここで、面積が大きい第１及び第２面１７ａ，１７ｂは、それぞれ他の第３及び第４の面の面積の２０倍以上であることが好ましい。また、第１及び第２の面１７ａ，１７ｂは概同面積であり、第３及び第４の面１７ｃ，１７ｄも概同面積であることが好ましい。

従って、本実施形態のような偏向パターン素子１７を形成した反射面４は、入射された光を出射面３方向に反射する効率が高く、導光板１の光利用効率を高める。そして、四角錐の偏向パターン素子１７は、第１面１７ａと第２面１７ｂとの稜線１８が、入射面５と直交する方向（ｘ軸方向）を向くように配列されている。

また、本発明の導光板において、偏向パターン素子１７において、第１面及び第２面のそれぞれの傾斜角（出射面に対する傾き）は、前記第３面及び第４面のそれぞれの傾斜角より小さい。そうすると、偏向パターン素子１７の面積が大きい第１面及び第２面１７ａ，１７ｂが、入射光を導光板１の出射面３方向へ導くための反射面として主に使用される。ここで、面積が大きい第１面１７ａ及び第２面１７ｂは、それぞれ他の第３面及び第４面の面積の１０倍以上であり、１５倍以上であることが好ましく、２０倍以上であることがより好ましい。また、隣接する第１面１７ａ及び第２面１７ｂは概同面積であり、隣接する第３の面１７ｃ及び第４の面１７ｄも概同面積であることが好ましい。ここで概同面積とは、面積の差が２倍以内であることを意味する。

本発明の導光板は、四角錐の底面以外の４つの面からなる偏向パターンを有してなることはすでに説明したとおりである。しかし、四角錐の底面以外の４つの面を形成する方法は２種あり、すなわちこのような導光板も２種ある。一つの方法は、図７（ａ）の四角錐をひっくり返して、導光板に押しつけることにより偏向パターンを形成する方法である。このようにすると、図７（ａ）四角錐形状が導光板に凹設(depressed)された図８に示すような形状の導光板を得ることができる。もう一つは、図７（ａ）の四角錐形状をそのまま導光板に多数配列する方法であり、このようにすると、図９に示すような形状の導光板を得ることができる。

いずれの導光板も、面積の大きい第１面１７ａ及び第２面１７ｂが、光源の方向を向くように配置することによって、光源から入射された光を出射面方向に偏向させることができるが、製造法の容易さや光学特性の点で、四角錐形状が導光板に凹設(depressed)された導光板が有利である。

このように、本実施形態のような偏向パターン素子１７を形成した導光板１は、入射された光を観察者の方向に反射する効率が高く、結果として光利用効率を高める。

図１０は、本発明の、第１の実施態様の導光板の上面図であり、四角錐の偏向パターン素子１７は、第１面１７ａと第２面１７ｂとの稜線１８が、入射面５と直交する方向（ｘ軸方向）を向くように配列されている。このように、稜線１８が、入射面５直交する方向（ｘ軸方向）に整列しているため、一つ一つの偏向パターン素子１７の外延形状（四角錐の底面の形状）は菱形となる。

図１０において、導光板１の左側ピッチ（入光面とθ_Ｌの角をなす直線群のピッチ）をＰ_Ｌ（１）、Ｐ_Ｌ（２）、・・・Ｐ_Ｌ（ｍ）、導光板１の右側ピッチ（入光面とθ_Ｒの角をなす直線群のピッチ）をＰ_Ｒ（１）、Ｐ_Ｒ（２）、・・・Ｐ_Ｒ（ｎ）、として表すと、全てのＰ_Ｌは等間隔であり、全てのＰ_Ｒは等間隔であり、かつＰ_ＬとＰ_Ｒの値は等しい。図１０において、ｍ番目のピッチと、ｎ番目のピッチから形成される偏向パターン素子をＰ（ｍ，ｎ）として表現すると、Ｐ（ｍ，ｎ）は、ｍとｎがいくつであっても菱形形状となる。

第１の実施態様においては、隣接する偏向パターン素子１７間の間隔（後述する図１２のＰｓ）は一定である。Ｐｓの値としては、３０〜５００μｍが好ましく、１００〜２００μｍがさらに好ましく、１２０〜１６０μｍが特に好ましい。なお、導光板１の出射面３と反射面４の距離ａ（導光板の厚み）は、０．３〜３．０ｍｍが好ましく、０．３５〜０．８ｍｍがより好ましく、０．４〜０．８ｍｍが特に好ましい。

図１０において、偏向パターン素子の菱形の辺とｙ軸とのなす角度（θ_Ｌ及びθ_Ｒ）は、特に制限はないが、光の利用効率の点で０〜６０°が好ましく、５〜４０°がより好ましく、５〜２０°が特に好ましい。また、Ｐ_Ｒ、Ｐ_Ｌとしては、金型の加工目の見映えの点で３０〜５００μｍが好ましく、１００〜２００μｍがより好ましく、１２０〜１６０μｍが特に好ましい。

図１１は、図１０のＸI−ＸI断面の一部を示す断面図である。同図に示すように、偏向パターン素子１７は、光源を向く概四角錐状の反射面である第１及び第２面１７ａ，１７ｂと第３及び第４面１７ｃ，１７ｄとを有し、第１面１７ａ及び第２面１７ｂは、出射面３と平行な面に対して、所定の角度α_１（傾斜角度）を有する。図１１から明らかなように、第１及び第２面１７ａ，１７ｂは、出射面３と角度ψ１をなして入射した光を、出射面３に対して角度ψ２を成す光へ立ち上げる。すなわち、出射面３の法線に対してある角度をなして入射した光は、第１及び第２面１７ａ，１７ｂに入射するたびに、前記法線とのなす角度を減少させることができる。そして、次第に立ち上げられた光は、出射面３の法線となす角度が臨界角より小さくなると、出射面３から出射される。つまり、光源２から導光板１の入射面５に入射した光は、出射面３の法線となす角が臨界角に達するまでは出射面３と反射面４で全反射を繰り返しながら導光板１の内部を進む。

上記第１及び第２面１７ａ，１７ｂと出射面３と平行な面のなす角α１は、上記第３面及び第４面の傾斜角度α２よりも小さいことが必要であり、その絶対値も小さい方が好ましい。α１が小さいほど、光は第１及び第２面１７ａ，１７ｂとの反射により徐々に立ち上げられ、出射面３からの出射光の出射角（出射面の法線と出射光とのなす角）は、常に臨界角とほぼ等しい角度となる。従って、出射面３から出射される光の方向は整列される。このような観点から、第１及び第２面１７ａ，１７ｂと、出射面３と平行な面のなす角度α１（傾斜角度）は、０．５〜３度が好ましく、１〜２．５度がさらに好ましい。

なお、第３及び第４面１７ｃ，１７ｄと、出射面３と平行な面のなす角（第３面及び第４面の傾斜角度）α２は、前記反射作用をほとんど又は全く有さなくするためには、出来るだけ大きい方が好ましい。しかし、後述する導光板１を成形する際の型抜きを容易にする点からは、９０度以下が好ましい。以上のバランスをとる上では、α２は５０〜９０度が好ましく、５５〜８７度がさらに好ましい。

また、第１の実施態様においては、隣接する偏向パターン素子１７間の間隔Ｐｓは、図１２に示すように一定である。Ｐｓの値としては、３０〜５００μｍが好ましく、１００〜２００μｍがさらに好ましく、１２０〜１６０μｍが特に好ましい。なお、導光板１の出射面３と反射面４の距離ａ（導光板の厚み）は、０．３〜３．０ｍｍが好ましく、０．３５〜０．８ｍｍがより好ましく、０．４〜０．８ｍｍが特に好ましい。

次に、底面形状が菱形でない他の実施態様について順次説明する。なお、偏向パターンの各面の傾斜角度α_１及びα_２の範囲については、これから説明する本発明の他の実施態様においても同様である。

（第２の実施態様）
第１の実施態様のように、図１２における前記間隔（ピッチ）Ｐｓが一定であると、液晶表示素子画素間隔によっては、液晶表示素子のセル配置と導光板の干渉によって、モアレ（干渉縞）が現れることがある。このような場合、前記間隔Ｐｓを意図的にランダムに設定することでモアレを解消又は低減することができる。

Ｐｓをランダムにする方法を図１３に示す。図１３は、Ｐｓがランダムになるように加工した導光板１を反射面４側から見た平面図である。図１３において、導光板１の左側ピッチＰ_Ｌ（１）、Ｐ_Ｌ（２）、・・・Ｐ_Ｌ（ｍ）、導光板１の右側ピッチＰ_Ｒ（１）、Ｐ_Ｒ（２）、・・・Ｐ_Ｒ（ｎ）、として表すと、全てのＰ_Ｌ、Ｐ_Ｒはランダムに設定されている。

Ｐ_Ｒ、Ｐ_Ｌの中間値（最大の値と最小の値の中間値）としては、金型加工目の見栄えの点で３０〜５００μｍが好ましく、１００〜２００μｍがより好ましく、１２０〜１６０μｍが特に好ましい。また、乱数の範囲としては、上記中間値の±１５％又は±２０μｍ以内とすることが好ましい。また、偏向パターン素子の四角形の辺とｙ軸とのなす角度は、特に制限はないが、光の利用効率の点で０〜６０°が好ましく、５〜４０°がより好ましく、５〜２０°が特に好ましい。

Ｐ_Ｌ、Ｐ_Ｒの値はランダムに決められているが、Ｐ_Ｌ（１）＝Ｐ_Ｒ（１）、Ｐ_Ｌ（２）＝Ｐ_Ｒ（２）、Ｐ_Ｌ（ｎ）＝Ｐ_Ｒ（ｎ）となるようにしてもよい。このようにすれば、導光板を加工するときに、一度乱数を決定するだけすむ点で好ましい。このようにしてＰ_Ｌ、Ｐ_Ｒの値を決定した導光板の表面形状は、図１４（ａ）に示されるように、偏向パターン素子Ｐ（ｍ，ｎ）の形状は、ｍ＝ｎとなる部分では菱形となり、その稜線は直線上に整列するが、ｍ≠ｎの部分では、菱形にならず平行四辺形となり、その稜線も直線上に整列しない。

例えば、平行四辺形の辺がｙ軸となす角度を１０°、Ｐ_Ｒ、Ｐ_Ｌの中間値を１４０μｍ、乱数の範囲を±２０μｍとした場合、図１４（ｂ）に示すように、一つ一つの偏向パターン素子形状は、ｙ軸方向にが２３６〜３１６μｍ、ｘ軸方向に４１〜５６μｍ、また、稜線の角度φはｘ軸から±３９．０１°の範囲となる。この稜線の角度は±４０°以内の範囲が好ましい。このように、一つ一つの偏向パターン素子形状が豊富なランダム性をもつため、モアレを解消又は低減できるものと予想される。

通常、このような光学部材において、表面形状にランダム性を持たせると、出射光もランダム性を有するため、集光性能が低下し、結果として光量が低下するという問題があった。しかし、本実施態様においては、偏向パターン素子１７の稜線１８方向（図１４（ａ）の矢印）が全体としてはｙ軸方向に向いているため、ランダム性を有しながらも、光を集めることが可能となる。なお、もちろん、上記Ｐ_Ｌ、Ｐ_Ｒを、完全にランダムとして何ら相関がないようにしてもかまわない。

（第３の実施形態）
上記第１及び第２の実施態様においては、偏向パターン素子の四角錐の底面の平行四辺形（又は菱形）は、四辺のそれぞれが、隣接する平行四辺形の一辺と直線を形成している。しかしながら、本発明の導光板は、図７（ａ）に示される偏向パターン素子が多数配列することが一つの特徴であり、これにより、光の利用効率が高く、高輝度なバックライト装置を提供しうる導光板を得ることができるものであるから、必ずしも上記のように配列する必要はない。つまり、平行四辺形を少し「ずらして」、図１５に示すように、平行四辺形又は菱形が、四辺のうち一組の平行な二辺だけが、隣接する平行四辺形の一辺と直線を形成してなるようにしてもよい。このような形態は、第１及び第２の実施形態と比較して製造が困難であるが、一方で「ずらし」により偏向パターン素子の配列にランダム性を与え、見栄え改善やモアレ解消等の効果を得ることも可能である。

（第４の実施態様）
上記第１及び第２の実施態様においては、光源付近の暗部を解消するために、偏向パターン素子を平行四辺形又は菱形とした。しかし、ＬＥＤの数が多かったり、線状光源を使用したり、液晶表示装置の構造上、暗部が見えないような場合は、偏向パターン素子を平行四辺形又は菱形とする必要がない場合もある。この場合、図１６（ａ）や図１６（ｂ）のように、反射溝自体はｘ軸又はｙ軸に平行な方向の直線であるが、その間隔がランダムである導光板としてもよい。

（出射面への加工）
出射面３には、異方性を有する異方性拡散パターンが形成されていることが好ましく、この異方性拡散パターンは、光拡散特性が入射面と平行方向に３０〜７０度の半値角であり、直交する方向に０．５〜３度の半値角で異形拡散するものであることがより好ましい。

また、前記異方性拡散パターンとしてホログラムが形成されていることが好ましく、このホログラムはサーフェスレリーフホログラムであることが特に好ましい（３次元的に形成されたホログラムと区別するためにサーフェスレリーフホログラムと称される）。こうすることで入射面と直交する方向に長い線状の複数のランダムスペックル領域を有する。

（バックライト装置）
本発明の導光板を使用したバックライト装置としては、すでに説明した図６のように配置してもよく、また図１７に示すように、導光板の偏向パターン素子１７が出射面３に設けられていてもよい。このようにすると、第１の実施形態のように偏向パターン素子１７を反射面４に設けた導光板と比較して、光源２付近の見栄えがよくなる傾向があり、輝度も向上する傾向があるため好ましい。

第１の実施形態のように偏向パターン素子１７を反射面４側に設けるか、第４の実施形態のように偏向パターン素子１７を出射面３側に設けるかは、用途によって自由に選択することができる。例えば、偏向パターン素子１７を出射面３側に設けると、光源２付近の見栄えがよくなる反面、使用するプリズムシート６によっては、プリズムシート６と導光板１との間に水泡のような模様が観察されてしまう場合がある。一方で第１の実施形態であると、輝度や見栄えが第４の実施形態と比較して若干劣る反面、出射面に偏向パターン素子１７が形成されていないため、出射面に別の加工を施すことができる。例えば、出射光のムラを低減したり、モアレを低減したりするために出射面に粗面加工を施すことができる。もちろん第４の実施形態においても同様の粗面加工を行うことができるが、粗面は観察者からより遠い位置に配置されることとなるため、第１の実施形態と比較して、効果が劣る。

（偏向パターンがない面への加工）
本発明の導光板において、偏向パターン素子１７が形成されていない面には、異方性を有する異方性拡散パターンが形成されていることが好ましく、この異方性拡散パターンは、光拡散特性が入射面と平行方向に３０〜７０度の半値角であり、直交する方向に０．５〜３度の半値角で異形拡散するものであることがより好ましい。

また、前記異方性拡散パターンとしてホログラムが形成されていることが好ましく、このホログラムはサーフェスレリーフホログラムであることが特に好ましい（３次元的に形成されたホログラムと区別するためにサーフェスレリーフホログラムと称される）。こうすることで入射面と直交する方向に長い線状の複数のランダムスペックル領域を有する。

図１８及び図１９は、出射面３に形成されたホログラム１００の詳細を示す拡大図である．図１８はホログラムを２００倍に拡大した拡大図であり、図１９はホログラムをさらに拡大した拡大図である。

図１８に示すように、ホログラムは、２００倍程度に拡大して見た場合、入射面４に直交する方向に伸びる線状の多数のランダムスペックル又はランダムスペックル領域（例えば他の領域に比べて透過率が高い（又は低い）領域）（ランダムな溝或いは凹凸）１００ａを有する。このランダムスペックル１００ａは、その形状及び位置がホログラム全体において一定で無く、ランダム性を有する。

後述するように、線状スペックル１００ａにより、ホログラムに入射した光は入射面５と平行な方向に強く拡散され直交方向は弱い拡散特性となる。入射面５と平行方向と直交方向の拡散度の拡散比は、スペックルの長軸及び短軸の寸法によって決定される。

また、スペックル１００ａのランダム性により、ホログラムへの入射光は、ランダムな方向へ散乱或いは透過される。従って、ホログラムはディフューザとしての機能を有する。

図２０は、ホログラムの作用を説明する図である。

図２０（ａ）は、導光板１の出射面３の点Ｐ１、Ｐ２から出射された光の強度の角度依存性を示す上面図である。図２０（ｂ）は、導光板１の出射面３の点Ｐ２から出射された光の強度分布を立体的に示す斜視図である。

導光板１の出射面３の点Ｐ１，Ｐ２，から出射された光は、出射面３に形成されたホログラム１００によって、楕円Ｅ１，Ｅ２に示すように前記入射面５と平行な方向に強く拡散され直交方向は弱い拡散特性となる。

図２１は、前記出射光の強度分布を示す。図２１（ａ）は前記θ方向における前記出射光の強度分布を示し、図２１（ｂ）は前記ｒ方向における前記出射光の強度分布を示す。

上記したように、入射面５と直交方向ｒと比較して平行方向θに強く拡散され、θ方向に於ける拡散角Φ_θの半値幅Φ_θ０は、ｒ方向に於ける拡散角Φ_ｒの半値幅Φ_ｒ０よりも十分に大きい（Φ_θ０＞＞Φ_ｒ０）。

前記ｒ方向の半値幅Φ_ｒ０は、０．５＜Φ_ｒ０≦３度が好ましく、１＜Φ_ｒ０≦２度が更に好ましい。一方、θ方向の半値幅Φ_θ０は、３０〜７０度が好ましく、４５〜６５度が更に好ましく、５０〜６０度が更に好ましい。

前記ホログラムの異方性拡散作用により、この導光板１においては、θ方向における一様な出射光の強度分布が実現される。就中、出射面３からの出射光における輝線の出現が防止される。

（光学シート）
図２２は、導光板及び光学シートを有するバックライト装置（又は面光源装置）の一部を示す図である。導光板１及び光学シート（プリズムフィルム）１０を有するバックライト装置において、導光板１の出射面３から出射された光は、出射面３となす角度γ１，γ２が小さい成分の光Ｌ_１，Ｌ_２を含んでいる。光学シート１０は、平坦な上面（１０Ａ）とプリズム状の下面（１０Ｂ）を有し、導光板１の出射面３となす角度が小さい光Ｌ_１，Ｌ_２が下面（１０Ｂ）から入射されると、上面（１０Ａ）と大きな角度をなすように偏向して出射する（Ｌ_１´，Ｌ_２´）。このように、光学シート１０は、液晶表示装置に出射される光の正面強度を向上させる。

このような光学シートとしては、一般プリズム構造であれば特に制限はなく、具体的には例えば、Ｍ０６５ＨＳ（三菱レイヨン）、Ｍ１６８ＹＳ（三菱レイヨン）、Ｔ−ＢＥＭ（３Ｍ）等を挙げることができ、これらは単数で又は２種類以上若しくは２枚以上を組み合わせて使用することができる。

前記バックライト装置（又は面光源装置）は、携帯電話・電子手帳等の液晶表示装置に於いて、バックライトとして使用することが出来る。

なお、上述の実施の形態は、本発明の一具体例を示すものであり、本発明はこれに限定されない。本発明の範囲を逸脱しない限り、種々の対象に適用することができる。また、実施例中に示した数値は、一例に過ぎず、本発明がこれに限定されないことはいうまでもない。

例えば、前記光源は、実質的に点光源であればよく、１チップＬＥＤでも、２チップＬＥＤでも、多チップＬＥＤでもよい。

図１は、従来の導光板を示す概念図である。 図２は、従来の導光板及びバックライト装置の使用態様を示す図である。 図３は、従来の導光板に用いられるドッドパターンの偏向パターン素子を示す概念図である。 図４は、従来のＶ字型の反射溝を施した導光板である。 図５は、従来の導光板上面にプリズムフィルムを配した図である。 図６は、従来の導光板の明暗差を説明するための概念図である。 図７は、本発明の導光板を説明する概念図であり、（ａ）は導光板の上面図、（ｂ）は導光板の正面図、（ｃ）は導光板の斜視図である。 図８は、偏向パターン素子が凹設されたタイプの導光板である。 図９は、偏向パターン素子が凸設されたタイプの導光板である。 図１０は、従来の直線Ｖ字型反射溝方式と偏向パターン素子を含む導光板の概念図である。 図１１は、本発明の導光板である。 図１２は、本発明の導光板の第１面の作用を示す概念図である。 図１３は、本発明の導光板の偏向パターン素子の間隔を説明する図である。 図１４は、出射面に形成されたホログラムの詳細を示す拡大図である。 図１５は、本発明の導光板の第３の実施態様を示す上面図である。 図１６は、出射面に形成されたホログラムの詳細を示す拡大図である。 図１７は、本発明の導光板を使用したバックライト装置の一例を示す概略図である。 図１８は、ホログラムの作用を説明する図である。 図１９は、出射光の強度分布を示す図である。 図２０は、導光板と光学シートを有するバックライト装置（又は面光源装置）の一部を示す図である。 図２１は、出射光の強度分布を示す図である。 図２２は、バックライト装置の一部を示す図である。

Claims (27)

1. 側面に入射面を有し、上面又は下面に出射面を有する板状の導光板であって、
   前記出射面又は前記出射面と対向する面に、複数の偏向パターン素子が配列しており、
   該偏向パターン素子は、四角錐の底面以外の４つの面が、導光板に一体形成された四角錐形状を有してなり、
   前記４つの面のうち、隣接する第１面と第２面のそれぞれの面積は、隣接する第３面と第４面のそれぞれの面積の１０倍以上であり、
   前記第１面及び前記第２面のそれぞれの傾斜角は、前記第３面及び第４面のそれぞれの傾斜角より小さい導光板。
2. 前記パターン素子は、四角錐形状が導光板に凹設(depressed)されてなる請求項１記載の導光板。
3. 概四角錐の偏向パターン素子のピッチＰ_ｓが一定である請求項１記載の導光板。
4. 概四角錐の偏向パターン素子のピッチＰ_ｓが不定である請求項１記載の導光板。
5. 前記第１面及び前記第２面のそれぞれの傾斜角は、前記出射面に対して０．５〜３°である請求項１記載の導光板。
6. 前記パターン素子は、四角錐形状の底面が平行四辺形である請求項１記載の導光板。
7. 前記平行四辺形の辺が入射面となす角θ_Ｒ及びθ_Ｌは、それぞれ０を超え６０°以下である請求項６記載の導光板。
8. 前記θ_Ｌと前記θ_Ｒは同じ角度である請求項７記載の導光板。
9. 前記平行四辺形は、四辺のうち一組の平行な二辺が、隣接する平行四辺形の一辺と直線を形成してなる請求項６記載の導光板。
10. 前記平行四辺形は、四辺のそれぞれが、隣接する平行四辺形の一辺と直線を形成してなる請求項６記載の導光板。
11. 請求項１０記載の導光板において、
    入光面とθ_Ｌの角をなす直線群のピッチを、入光面側から順にＰ_Ｌ（１）、Ｐ_Ｌ（２）、・・・Ｐ_Ｌ（ｍ）と表し、
    入光面とθ_Ｒの角をなす直線群のピッチを、入光面側から順にＰ_Ｒ（１）、Ｐ_Ｒ（２）、・・・Ｐ_Ｒ（ｎ）、として表したとき、
    Ｐ_Ｌ（ｍ）及びＰ_Ｒ（ｎ）が全て同じ値である導光板。
12. 請求項１０記載の導光板において、
    入光面とθ_Ｌの角をなす直線群のピッチを、入光面側から順にＰ_Ｌ（１）、Ｐ_Ｌ（２）、・・・Ｐ_Ｌ（ｍ）と表し、
    入光面とθ_Ｒの角をなす直線群のピッチを、入光面側から順にＰ_Ｒ（１）、Ｐ_Ｒ（２）、・・・Ｐ_Ｒ（ｎ）、として表したとき、
    Ｐ_Ｌ（ｍ）及びＰ_Ｒ（ｎ）の数値は、乱数で設定されてなる導光板。
13. 前記Ｐ_Ｌ及び前記Ｐ_Ｒが、Ｐ_Ｌ（１）＝Ｐ_Ｒ（１）、Ｐ_Ｌ（２）＝Ｐ_Ｒ（２）、・・・Ｐ_Ｌ（ｎ）＝Ｐ_Ｒ（ｎ）の関係を満たす請求項１２記載の導光板。
14. 前記Ｐ_Ｌ及び前記Ｐ_Ｒの中間値は、それぞれ３０〜５００μｍである請求項１３記載の導光板。
15. 前記乱数の範囲は、前記中間値±１５％又は±２０μｍである請求項１２記載の導光板。
16. 前記第１面及び前記第２面から形成される稜線と、前記入射面の法線のなす角が±４０°以内である請求項１２記載の導光板。
17. 前記偏向パターン素子が前記出射面と対向する面に形成され、出射面には他の光学素子が形成されてなる請求項１記載の導光板。
18. 前記他の光学素子が、出射光の拡散又は集光する機能を有する光学素子である請求項１７記載の導光板。
19. 前記他の光学素子が、異方拡散性を有してなる請求項１７記載の導光板。
20. 請求項１〜１９のいずれかに記載の導光板を備えるバックライト装置。
21. 側面に入射面を有し、上面又は下面に出射面を有する板状の導光板にして、前記出射面と対向する面に導光板の一般肉厚に対し、減ずる方向に形成された概略四角錐の偏向パターン素子が隣接し配列しており、その四角錐の形状は、四角錐の底面以外の４面が導光板に一体形成されたものであって、
    底面以外の４面のうち、第１及び第２の面は、それぞれ他の第３又は第４の面の面積の２０倍以上あり、
    前記第１及び第２の面の稜線が入射面と直交し、
    前記第１及び第２の面の前記出射面に対する傾斜角は０．５〜３度の範囲であり、
    前記第１及び第２の面は概同面積であり、
    前記第３及び第４の面は概同面積である
    ことを特徴とする導光板。
22. 出射面側にサーフェスレリーフホログラムを一体的に成形したことを特徴とした請求項２１に記載の導光板。
23. 概四角錐の偏向パターン素子のピッチが一定である請求項２１または請求項２２に記載の導光板。
24. 概四角錐の偏向パターン素子のピッチが不定である請求項２１または請求項２２に記載の導光板。
25. 前記サーフェスレリーフホログラムは、入射面と直交する方向に長い線状の複数のランダムスペックル領域を有する請求項２１または請求項２２に記載の導光板。
26. 前記サーフェスレリーフホログラムの光拡散特性が入射面と平行方向に３０〜７０度の半値角であり、直交する方向に０．５〜３度の半値角で異形拡散することを特徴とした請求項２１または請求項２２に記載の導光板。
27. 請求項２１乃至２６のいずれかに記載の導光板を備えるバックライト装置。