JP2007080595A - 照明装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 出射光分布が均一で、コンパクト且つ低コストな照明装置、及びこの照明装置を備えた表示装置を提供する。
【解決手段】 複数個のＬＥＤ２をＸ方向に配列し、このＬＥＤ２に対向するように導光板３を設ける。導光板３の光入射面４にはＹ方向に延びる複数本のプリズム５を形成し、プリズム５間は平坦部６とする。また、導光板３の光出射面７には複数本のプリズム８を形成する。これにより、ＬＥＤ２から出射された光が、プリズム５により複数の光束に分割され、その一部がプリズム８に向けて集光される。プリズム８に集光された光は、複数の方向に分配されて導光板３内を伝播する。そして、この光が他のプリズム５に到達すると、このプリズム５により反射されて、光出射面７から出射される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、点状光源を備え、この点状光源から出射した光を拡散させて出射する照明装置及びこの照明装置を備えた表示装置に関する。

近時、家庭用照明装置及び液晶表示装置用バックライトの光源として、蛍光灯及び冷陰極管（ＣＣＦＬ：Cold-Cathode Fluorescent Lamp）に替わって、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を使用することが盛んに検討されている。ＬＥＤは、ＣＣＦＬ等と比較して環境面が優れ、将来的に低消費電力化を見込むことができる。しかし、ＬＥＤは照明装置の大きさと比較すると小さく、点状光源に近いため、ＬＥＤから出射した光を線状又は面状に拡散させる必要がある。また、ＬＥＤ１個当たりの出射光量は、蛍光灯又はＣＣＦＬ１本当たりの出射光量よりも少ないため、蛍光灯又はＣＣＦＬと同程度の光量を得るためには、ＬＥＤを複数個使用する必要がある。

しかしながら、市販されているＬＥＤは、出射光量等の特性に個体差が大きく、例えば、光度において±１５％程度のばらつきがある。このため、複数個のＬＥＤを使用して照明装置を作製すると、照度・輝度ムラが発生してしまう。この照度・輝度ムラは、特にこの照明装置を液晶表示装置用バックライトとして使用する際に深刻な問題となる。この問題を解決するためには、照明装置に搭載するＬＥＤを十分選別する必要があるが、ＬＥＤを選別するとコストが上昇してしまう。このため、照明装置の光源として複数個のＬＥＤを設ける際には、各ＬＥＤから出射された光を均質に混合する必要がある。

また、１台の照明装置内に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）発光のＬＥＤを夫々設け、各色のＬＥＤから出射された光を混合して白色光を得ることにより、色再現性が高い照明装置を作製することができる。この場合にも、各色のＬＥＤから出射した光を均質に混合する必要がある。

特許文献１には、照明装置に複数個の点状光源を設け、各点状光源に対して、この点状光源から出射した光を一次元的に拡散させる導光体を１本設け、更に、各導光体からその側面に入射された線状の光を面状に拡散させる１枚の透明基板を設ける技術が開示されている。導光体は、透明材料からなり、その形状は直線的に延びる楔形であり、透明基板の側方に配置されている。特許文献１には、これにより、点状光源から出射した光が導光体により線状に拡散され、更に透明基板によって面状に拡散されると記載されている。

また、特許文献２及び３には、照明装置に１個の点状光源（ＬＥＤ）及びこの点状光源から出射した光がその側面に入射する１枚の板状の導光部材を設け、導光部材に点状光源から入射した光を左右に振り分ける盲穴を形成する技術が開示されている。特許文献２及び３には、点状光源から導光部材に入射した光が、盲穴及び周辺の反射面により一気に面状化され、均一化されると記載されている。また、特許文献２の図７には、点状光源を２個設け、導光部材に盲穴を２個形成する技術が開示されている。

更に、特許文献４には、複数個の点状光源と、各点状光源に対応した複数個のフレネルレンズとを備えた照明装置が開示されている。各フレネルレンズは対応する点状光源から入射した光を所定の方向に向けるものである。また、各フレネルレンズのある領域は、このフレネルレンズの光軸から見てこの領域側に隣接するフレネルレンズに対応する点状光源から入射した光も所定の方向に向けるようになっている。特許文献４には、これにより、出射光の強度分布が均一な照明装置を実現できると記載されている。

一方、本発明者等は、照明装置に光源及び導光板を設け、導光板の光出射面に、光源から導光板内に入射した光を相互に異なる方向に分配する光分配部を設け、導光板の光入射面における光源からの光が直接入射しない領域に、光分配部によって分配された光を光出射面に向けて反射するプリズム部を設ける技術を開発し、特許文献５において開示した。この照明装置は、出射光量分布が均一であり、且つ出射光角度が狭い。

特開２００１−５７１０６号公報（第２−５頁、図２） 特開２００１−２３４２３号公報（第２−５頁、図１、図７） 特開２００２−２５０８２０号公報（第２、４−５頁、図１） 特開２００２−３５２６１１号公報（第２−７頁、図１、図２） 特開２００５−２２８７００号公報（第２−７頁、図１）

しかしながら、上述の従来の技術には以下に示すような問題点がある。特許文献１に開示された照明装置においては、１個の点状光源に対して１本の楔形の導光体を設けているため、多数の点状光源を設けようとすると多数の導光体が必要となり、コストが上昇してしまう。また、導光体は透明基板の側方に配置されるため、導光体の数が増えると周辺スペースが増大してしまう。

また、特許文献２及び３に開示された照明装置においては、１組の盲穴及び反射板の組み合わせに対して、点状光源が配置されるべき位置は１ヶ所しかなく、多数の点状光源をこの位置に配置することは困難である。また、特許文献２の図７には、盲穴及び反射板の組み合わせを２組設け、各組み合わせに対応するように２個の点状光源を設けることが記載されているが、この構成では、２個の点状光源から出射した光を混合することはできない。このため、点状光源としてＬＥＤを用いると、ＬＥＤの個体差によるムラが生じやすい。また、各点状光源から出射した光を混合できないため、ＲＧＢ発光のＬＥＤを光源として用いることも不可能である。

更に、特許文献４に開示されている照明装置においては、各フレネルレンズのある領域（例えば右側の領域）は、このフレネルレンズに対応する点状光源（例えば中央の点状光源という）から入射した光と、このフレネルレンズの光軸から見てこの領域側に隣接するフレネルレンズに対応する他の点状光源（右側の点状光源）から入射した光とを、同じ方向に出射させることができるため、相互に隣り合う２個の点状光源から出射した光を部分的に混合することはできる。しかしながら、フレネルレンズの前記領域に、このフレネルレンズの光軸から見てこの領域の反対側に隣接するフレネルレンズに対応する点状光源（左側の点状光源）から出射した光が入射すると、この光を所定の方向に向けることはできない。また、より遠い位置に配置された点状光源から入射した光についても、所定の方向に向けることはできない。このため、光を混合させる効果には限界があり、相互に隣り合う２個の点状光源から出射した光を部分的に混合することはできるものの、例えば、３個の点状光源から出射した光を均一に混合することはできない。従って、ＲＧＢ発光のＬＥＤを光源として白色光を得ることは困難である。また、特許文献４の図１４に示されているように、単位フレネルレンズの周辺領域においては、光軸上の強度の７０％程度の強度しか得られておらず、均一性が不十分である。

更にまた、特許文献５に開示されている照明装置においては、対応する光源から出射した光を導光板が分配して出射するだけであり、複数個の光源から出射した光を混合させて均一化することは考慮されていない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、出射光分布が均一で、コンパクト且つ低コストな照明装置、及びこの照明装置を備えた表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、光源と、その第１の面から前記光源から出射された光が入射されその第２の面からこの光を出射する導光板と、を有し、前記導光板は、前記第１の面に形成され前記光源から入射された光を集光する複数の集光部と、前記第２の面に形成され前記集光部により集光された光を前記導光板の厚さ方向に交差する方向であって相互に異なる複数の方向に分配する光分配部と、を有し、一の前記集光部によって集光され前記光分配部によって分配された光が他の前記集光部によって前記第２の面から出射されることを特徴とする。

本発明においては、光源から出射した光を、一の集光部が光分配部に向けて集光し、光分配部がこの光を複数の方向に分配し、分配された光が導光板内を伝播して他の集光部に到達すると、他の集光部がこの光を導光板の第２の面から出射する。これにより、光源から出射された光を均一に拡散させることができる。また、この拡散を導光板のみで行うことができるため、照明装置をコンパクト且つ低コストに作製することができる。

また、前記光源が複数個設けられており、前記導光板の厚さ方向から見て、一の光源から出射された光が分配される領域内に他の光源が配置されていることが好ましい。これにより、複数の光源から出射した光を混合させることができる。

本発明に係る表示装置は、前記照明装置と、この照明装置から出射された光が入射する表示パネルと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、出射光分布が均一で、コンパクト且つ低コストな照明装置を実現することができる。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る照明装置を示す光学モデル図であり、図２は、その部分拡大図である。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る照明装置１においては、複数個のＬＥＤ２が一列に配列されており、この複数個のＬＥＤ２に対向するように、１枚の導光板３が設けられている。ＬＥＤ２の配列方向は、導光板３の表面に平行である。導光板３は、ガラス又はアクリル樹脂等の透明材料により形成されている。導光板３は、例えば、透明な樹脂材料を射出成形、熱プレス又は切削等の方法により成形することにより作製されたものである。なお、本実施形態においては、ＬＥＤ２の配列方向をＸ方向とし、導光板３の厚さ方向、即ち、ＬＥＤ２から導光板３に向かう方向をＺ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向の双方に直交する方向をＹ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は相互に直交している。

導光板３におけるＬＥＤ２側の面、即ち、光入射面４には、集光部として、一方向に延びるプリズム５が複数本形成されている。プリズム５の配列方向は、ＬＥＤ２の配列方向と同じ方向、即ち、Ｘ方向であり、プリズム５が延びる方向は、ＬＥＤ２の配列方向に直交する方向、即ち、Ｙ方向である。各プリズム５は、Ｙ方向に延びる１対の傾斜面５ａ及び５ｂからなり、Ｙ方向に直交するＺＸ断面の形状が三角形状である三角プリズムである。即ち、Ｙ方向から見て、光入射面４に三角形状の凹部が形成されており、傾斜面５ａと傾斜面５ｂとの接線が、凹部の底線となっている。また、隣り合うプリズム５間には、平坦部６が設けられている。

また、導光板３におけるＬＥＤ２の反対側の面、即ち、光出射面７には、光分配部として複数本のプリズム８が形成されている。プリズム８は、ＬＥＤ２に対向する領域に２本ずつ形成されており、光出射面７におけるプリズム８が形成されていない領域は平坦部９となっている。プリズム８の配列方向はＸ方向であり、プリズム８が延びる方向はＹ方向である。各プリズム８は、Ｙ方向に延びる１対の傾斜面８ａ及び８ｂからなる三角プリズムであり、Ｙ方向から見て、光出射面７に三角形状の凹部が形成されている。即ち、傾斜面８ａと傾斜面８ｂとの接線が、凹部の底線となっている。また、Ｚ方向から見て、１個のＬＥＤ２が配置されている領域を、４本のプリズム５及び２本のプリズム８が通過するようになっている。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る照明装置の動作について説明する。ＬＥＤ２が導光板３に向けて光を出射すると、この光は、導光板３の光入射面４におけるＬＥＤ２に対向する領域に入射する。この光のうち、プリズム５間の平坦部６に入射した光は、殆ど進行方向を変えずに略直進する。一方、プリズム５の傾斜面５ａに入射した光は、この傾斜面５ａと対をなす傾斜面５ｂから離隔する方向に偏向される。また、傾斜面５ｂに入射した光は、この傾斜面５ｂと対をなす傾斜面５ａから離隔する方向に偏向される。即ち、光入射面４に入射した光は、入射した領域毎に複数の光束に分割され、相互に異なる複数の方向に偏向される。これらの偏向された光は、いずれも光出射面７に向かうが、その光の一部が、１つの平坦部６、並びにこの平坦部６の両隣に位置する傾斜面５ａ及び５ｂにより、１つのプリズム８に向けて集光される。

光出射面７に到達した光のうち、平坦部９に直接到達した光Ｌ１は、そのまま平坦部９から導光板３の外部に出射される。また、光出射面７に到達した光のうち、プリズム８に集光された光Ｌ２は、プリズム８の傾斜面８ａ又は８ｂにより反射され、次いで平坦部９により反射され、再び光入射面４に向かう。この光のうち、プリズム５に到達した光Ｌ２は、このプリズム５により反射され、光出射面７から導光板３の外部に出射する。このとき、この光Ｌ２は、平坦部９により反射されてからプリズム５に到達するまでの間に、Ｘ方向に大きく変位する。

更に、プリズム８により反射され、平坦部９により反射された光のうち、光入射面４の平坦部６に到達した光Ｌ３は、平坦部６により反射される。この光Ｌ３が更に光出射面７の平坦部９に到達すると、平坦部９により反射される。このように、プリズム８により反射された光の一部は、光入射面４の平坦部６と光出射面７の平坦部９との間で全反射を繰り返しながら、Ｘ方向に伝播していく。この光は、光入射面４のプリズム５に到達すると、その進行方向がＺ方向に近づくように偏向される。そうすると、その後、仮に光出射面７の平坦部９に到達しても全反射条件を満たさなくなるため、光出射面７から出射される。

このようにして、導光板３は、ＬＥＤ２から出射された光をＸ方向に伝播することで、Ｘ方向に拡散させる。一方、ＬＥＤ２間の距離は、この光の拡散距離よりも短くなっている。即ち、Ｚ方向から見て、あるＬＥＤ２から出射された光が分配される領域内に、他のＬＥＤ２が配置されている。これにより、あるＬＥＤ２から出射された光は、このＬＥＤ２の隣に配置されたＬＥＤ２の位置を越えてＸ方向に拡散する。この結果、導光板３は、複数のＬＥＤ２から出射された光を混合する。

次に、プリズム５の傾斜角、即ち、傾斜面５ａ及び５ｂがＸ方向に対してなす角度θ１について説明する。図３はこの角度が所定の条件を満たす場合を示す光学モデル図であり、図４は、この角度が所定の条件を満たしていない場合を示す光学モデル図である。なお、図３及び図４においては、光入射面４の平坦部６は図示を省略されている。

図３に示すように、導光板３内を伝播する光の進行方向とＸ方向との間の角度をαとし、導光板３の屈折率をｎとすると、導光板３内を伝播する光Ｌ４がプリズム５の傾斜面５ａに到達したときに、この光Ｌ４が傾斜面５ａを介して一旦導光板３の外部に出射され、傾斜面５ｂを介して導光板３内に再入射し、Ｘ方向から角度αだけ傾斜した方向に進行するためには、角度θ１が下記数式１を満たす必要がある。

なお、角度θ１が下記数式２を満たす場合には、図４に示すように、傾斜面５ａに到達した光Ｌ４は導光板３内に再入射することなく、ＬＥＤ２（図２参照）側に出射してしまい、有効に利用されなくなる。

従って、角度θ１は下記数式３を満たす必要がある。

また、光Ｌ４が導光板３内を伝播するためには、この光が平坦面６及び９で全反射する必要があり、そのためには、角度αは下記数式４を満たす必要がある。

実際には、ＬＥＤ２から出射される光は一定の角度範囲に拡がっているため、ＬＥＤ２から導光板３に入射する光の角度も一定範囲に分布しており、従って、角度αの値にも幅がある。このため、角度αの値を上記数式４を満たす最大値として、上記数式３により、角度θ１を決定することが好ましい。また、ＬＥＤ２から導光板３に光が入射する際の表面反射を考慮すると、角度θ１は例えば４０°未満とすることが好ましい。

次に、導光板３内を伝播する光がプリズム５により反射されて光出射面７から出射するような角度θ１について考察する。図５（ａ）及び（ｂ）は、角度θ１が所定の条件を満たす場合を示す光学モデル図である。なお、図５（ａ）及び（ｂ）においては、光入射面４の平坦部６は図示を省略されている。

図５（ａ）に示すように、導光板３内をＸ方向から角度αだけ光入射面４側に傾斜した方向に進む光Ｌ４が、プリズム５の傾斜面５ａにより反射されて光出射面７の平坦部９から出射するためには、角度θ１は下記数式５及び数式６を満たす必要がある。

一方、図５（ｂ）に示すように、前述の導光板３内をＸ方向から角度αだけ光入射面４側に傾斜した方向に進む光Ｌ４が、プリズム５の傾斜面５ｂにより反射され、更に傾斜面５ａにより反射されて、光出射面７の平坦部９から出射するためには、角度θ１は下記数式７乃至９を満たす必要がある。

上述の内容をまとめると、Ｘ方向に伝播してきた光を光出射面７から出射させたい領域では、角度θ１は、上記数式３及び４を満たし、更に、上記数式５及び６の組、並びに上記数式７乃至９の組のうち少なくとも一方の組を満たす必要がある。例えば、導光板３のうちＬＥＤ２から光が直接入射しない領域では、他の領域から伝播してきた光を出射させる必要があるため、上述の条件を満足する必要がある。

一方、ＬＥＤ２から直接光が入射する領域において、図１に示す光Ｌ１のように、ＬＥＤ２から入射し、導光板３内で一度も反射されることなく光出射面７から出射する光が存在する場合には、必ずしも他の領域から伝播してきた光を出射させる必要がなく、角度θ１は必ずしも上述の条件を満たしている必要はない。この場合、ＬＥＤ２から直接光が入射する領域においては、光入射面４における反射を考慮すると、角度θ１は、上述の条件を満足する値よりも小さな値とすることが好ましい。

次に、光入射面４に設けられた平坦部６の作用について説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態において、ＬＥＤから出射した光がプリズム５により偏向されてプリズム８に集光される動作を示す光学モデル図であり、（ａ）は平坦部が設けられている場合を示し、（ｂ）は平坦部が設けられていない場合を示す。図６（ａ）に示すように、プリズム５間に平坦面が設けられていない場合、プリズム８に集光する光は、１つのプリズム５の傾斜面５ｂにより偏向された光Ｌ５と、このプリズム５に隣接するプリズム５の傾斜面５ａにより偏向された光Ｌ６である。

これに対して、図６（ｂ）に示すように、プリズム５間に平坦部６が設けられていると、前述の光Ｌ５及びＬ６に加えて、平坦部６から入射した光Ｌ７もプリズム８に集光される。これにより、プリズム８に集光される光の角度分布が、狭い分布、即ち、周辺部よりも中央部が高い分布となり、光の角度制御が容易になる。この結果、光の利用効率、即ち、ＬＥＤから入射される光量に対する光出射面７から出射される光量の割合が向上する。また、光入射面４に平坦部６を設けることにより、光入射面４の平坦部６と光出射面７の平坦部９との間で全反射を繰り返して導光板３内を伝播する光Ｌ３が発生し、光をＸ方向により遠くまで伝播させることができる。

次に、光出射面７のプリズム８の位置及び形状について説明する。図７乃至図９は、本実施形態におけるプリズム８の動作を示す光学モデル図である。図７に示すように、一般に、ＬＥＤ２（図１参照）から導光板３に入射する光の進行方向はＺ方向には一致せず、また、平坦部６の両側に位置する傾斜面５ａ及び５ｂに入射する光の進行方向はＺ方向に関して対象ではないため、ある平坦部６並びにその両側の傾斜面５ａ及び５ｂに入射した光は、光出射面７における傾斜面５ａと傾斜面５ｂとの中点に相当する位置に集光されるとは限らない。従って、プリズム８の中心を、Ｚ方向から見て傾斜面５ａと傾斜面５ｂとの中点に相当する位置に配置しても、プリズム８に効率良く光が集光されるとは限らない。プリズム８のＸ方向における位置は、ＬＥＤ２の出射光の角度分布、ＬＥＤ２とプリズム５との位置関係、及びプリズム５の傾斜角θ１に基づいて、平坦部６並びにその両側の傾斜面５ａ及び５ｂにより偏向された光が最も効率良く入射するような位置とする必要がある。このような位置は、一般に、傾斜面５ａと傾斜面５ｂとの中点に相当する位置からずれている。

次に、プリズム８の傾斜角について説明する。先ず、図８（ａ）に示すように、光入射面４から光出射面７に向かう光Ｌ８が、プリズム８の傾斜面８ｂにより反射され、平坦部９により反射されて光入射面４に向かって進行する場合について説明する。傾斜面８ａ及び８ｂがＸ方向に対してなす角度をプリズム８の傾斜角θ２とし、光Ｌ８の進行方向がＸ方向に対してなす角度を角度βとし、プリズム８及び平坦部９によって反射された光の進行方向がＸ方向に対してなす角度を角度αとし、導光板３の屈折率をｎとすると、下記数式１０が成立する。

一方、図８（ｂ）に示すように、プリズム８の傾斜面８ｂにより反射された光が、そのまま光入射面に向かって進行する場合は、下記数式１１及び１２が成立する。

従って、角度θ２は、上記数式１０、並びに上記数式１１及び１２のうち、少なくとも一方を満たす必要がある。また、角度αは、上記数式４を満たす必要がある。

次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態においては、導光板３の光出射面７にプリズム８を設けているため、光入射面４から導光板３内に入射した光を、Ｘ方向に分配することができる。これにより、ＬＥＤ２から出射された光を、Ｘ方向に拡散させることができる。このとき、図１に光Ｌ１乃至Ｌ３として例示したように、導光板３内には相互に異なる複数の光路が形成されるため、ＬＥＤ２から出射された光を均一に拡散させることができる。

また、ＬＥＤ２間の距離は、光の拡散距離よりも短くなっているため、複数のＬＥＤ２から出射された光を、均一に混合することができる。このため、ＬＥＤ２の特性にばらつきがあっても、導光板３から出射される光には、ムラが生じることがない。

更に、ＬＥＤ２として、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の各色の光を出射するＬＥＤを使用することにより、これらの各色の光を混合し、導光板３から白色光として出射させることができる。これにより、色再現性が高い照明装置を実現することができる。

更にまた、導光板３のみにより、複数のＬＥＤから出射された光を混合することができるため、照明装置１をコンパクトに且つ低コストで作製することができる。

更にまた、導光板３の光入射面４に複数のプリズム５を設けているため、光入射面４に入射した光を複数の領域に分割し、プリズム８に向けて集光させることができる。これにより、プリズム８のサイズを小さくすることができる。この結果、プリズム８が導光板３内をＸ方向に伝播する光を遮ることが少なくなり、光の利用効率を向上させることができる。

この効果について、図面を参照して説明する。図１０は、プリズム８が光を遮る場合の動作を示す光学モデル図である。図１０に示すように、導光板３内を伝播する光Ｌ９が光出射面７の平坦部９により反射された後、プリズム８の傾斜面８ａ又は８ｂに当ると、この光が傾斜面８ａ又は８ｂにより反射され、深い角度で光入射面４に向かう。そうすると、この光は光入射面４から導光板３の外部に出射されてしまい、有効に利用されなくなる。プリズム８の大きさを可及的に小さくすることにより、この損失を抑制することができる。

更にまた、導光板３におけるＬＥＤ２から光が直接入射しない領域のプリズム５の傾斜角θ１を上記数式３乃至９により決定される値とし、ＬＥＤ２から光が直接入射する領域における傾斜角θ１をこの値よりも小さな値とすることにより、ＬＥＤ２から光が直接入射する領域においては、光入射面４における光の反射を抑えることができ、ＬＥＤ２から光が直接入射しない領域においては、他の領域から伝播してきた光を光出射面７から出射させることができる。これにより、光の利用効率を向上させることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１１は、本実施形態に係る照明装置の光出射面に形成されたプリズム１８を示す光学モデル図である。図１１に示すように、本実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、導光板の光出射面に、プリズム８（図１参照）の替わりにプリズム１８が設けられている点が異なっている。プリズム１８は、三角形状の溝が２本重なったＷ字プリズムである。即ち、プリズム１８は、Ｙ方向に延びる４つの傾斜面１８ａ乃至１８ｄにより構成されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本実施形態の動作について説明する。図１１に示すように、光入射面側からプリズム１８の傾斜面１８ａに入射した光Ｌ１０は、傾斜面１８ａにより反射され、平坦部９により反射されて、光入射面に向かう。また、光入射面側から傾斜面１８ｂに入射した光Ｌ１１は、傾斜面１８ｂにより傾斜面１８ｃに向けて反射され、傾斜面１８ｃから一旦導光板３の外部に出射された後、傾斜面１８ｄから導光板３の内部に再入射し、光入射面に向かう。更に、光入射面側から傾斜面１８ｃに入射した光Ｌ１２は、傾斜面１８ｃにより傾斜面１８ｂに向けて反射され、傾斜面１８ｂから一旦導光板３の外部に出射された後、傾斜面１８ａから導光板３の内部に再入射し、光入射面に向かう。更にまた、入射面側から傾斜面１８ｄに入射した光Ｌ１３は、傾斜面１８ｄにより反射され、平坦部９により反射されて、光入射面に向かう。

このとき、光Ｌ１１の進行方向がＸ方向に対してなす角度をβとし、傾斜面１８ｂがＸ方向に対してなす角度をθ３とし、傾斜面１８ｃがＸ方向に対してなす角度をθ４とし、傾斜面１８ｄがＸ方向に対してなす角度をθ２とし、傾斜面１８ｄから導光板３の内部に再入射した光の進行方向がＸ方向に対してなす角度をαとすると、角度αは下記数式１３乃至１５により算出される。この角度αが上記数式４を満たしていればよい。

次に、本実施形態の効果について説明する。図１２は、本実施形態の効果を示す図である。図１２に示すように、本実施形態においては、Ｗ字形状のプリズム１８を設けることにより、大きな三角形状のプリズム１９を形成した場合と等価な光学的動作を実現することができる。そして、プリズム１９を形成した場合と比較して、プリズムの高さを低くすることができる。これにより、図１０に示すような光の損失を抑制することができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、第２の実施形態の第１の変形例について説明する。図１３は、本変形例に係る照明装置の光出射面に形成されたプリズム１８を示す光学モデル図である。図１３に示すように、本変形例においては、角度θ３及びθ４の値が前述の第２の実施形態とは異なっている。本変形例における上記以外の構成は、前述の第２の実施形態と同様である。

次に、本変形例の動作について説明する。図１３に示すように、本変形例においては、光入射面側から傾斜面１８ｃに入射した光Ｌ１２は、プリズム１８の傾斜面１８ｃにより傾斜面１８ｂに向けて反射され、傾斜面１８ｂを介して導光板３の外部に出射される。光Ｌ１０、Ｌ１１及びＬ１３の軌跡は、前述の第２の実施形態と同様である。光Ｌ１２の進行方向がＸ方向に対してなす角度をγとすると、角度γは下記数式１６を満たす必要がある。

本変形例によれば、プリズム１８の直上域にも光を出射させることができるため、前述の第２の実施形態と比較して、出射光の均一性をより一層向上させることができる。本変形例における上記以外の効果は、前述の第２の実施形態と同様である。

次に、第２の実施形態の第２の変形例について説明する。図１４は、本変形例に係る照明装置の光出射面に形成されたプリズムを示す光学モデル図である。図１４に示すように、本変形例においては、前述の第２の実施形態と比較して、１本のＷ字形状のプリズム１８の替わりに、２本の三角形状のプリズム２０及び２１が設けられている。プリズム２０は２つの傾斜面２０ａ及び２０ｂにより構成されており、プリズム２１は２つの傾斜面２１ａ及び２１ｂにより構成されている。本変形例における上記以外の構成は、前述の第２の実施形態と同様である。

次に、本変形例の動作について説明する。図１４に示すように、本変形例においては、プリズム２０及び２１の傾斜面２０ａ、２０ｂ、２１ａ及び２１ｂが、前述の第２の実施形態における傾斜面１８ａ乃至１８ｄと光学的に等価となる。即ち、プリズム２０及び２１はＷ字プリズムの一種である。

光入射面側からプリズム２０の傾斜面２０ａに入射した光Ｌ１０は、傾斜面２０ａにより反射され、平坦部９により反射されて、光入射面に向かう。また、光入射面側からプリズム２０の傾斜面２０ｂに入射した光Ｌ１１は、傾斜面２０ｂにより傾斜面２１ａに向けて反射され、傾斜面２１ａから一旦導光板３の外部に出射された後、傾斜面２１ｂから導光板３の内部に再入射し、光入射面に向かう。更に、光入射面側からプリズム２１の傾斜面２１ａに入射した光Ｌ１２は、傾斜面２１ａにより傾斜面２０ｂに向けて反射され、傾斜面２０ｂから一旦導光板３の外部に出射された後、傾斜面２０ａから導光板３の内部に再入射し、光入射面に向かう。更にまた、入射面側から傾斜面２１ｂに入射した光Ｌ１３は、傾斜面２１ｂにより反射され、平坦部９により反射されて、光入射面に向かう。

次に、本変形例の効果について説明する。本変形例においては、前述の第２の実施形態と同様に、２つのプリズム２０及び２１を設けることにより、１つの大きなプリズムを設けた場合と同様な光学的動作を実現することができる。そして、大きなプリズムを設けないことにより、図１０に示すような光の損失を抑制することができる。また、本変形例によれば、前述の第１の実施形態と比較して、隣り合うＬＥＤ２に対応する位置に配置されたプリズム間の距離を大きくすることができる。これにより、光の利用効率をより一層向上させることができる。本変形例における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１５は、本実施形態における導光板の光出射面に形成されたプリズムを示す光学モデル図である。図１５に示すように、本実施形態においては、導光板３の光出射面７に形成されたプリズム２２の頂部、即ち、傾斜面２２ａと傾斜面２２ｂとの間に、平坦部２２ｃが設けられている。これにより、光入射面側からプリズム２２の平坦部２２ｃに到達した光Ｌ１４は、反射されずに導光板３の外部に出射される。この結果、プリズム２２の直上部にも光を出射させることができ、出射光の均一性を向上させることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本発明の第３の実施形態の変形例について説明する。図１６は、本変形例における導光板の光出射面に形成されたプリズムを示す光学モデル図である。図１６に示すように、本変形例においては、導光板３の光出射面７に形成されたプリズム２３の両傾斜面において、夫々２ヶ所の平坦部２３ａが設けられている。これにより、プリズム２３の直上部にも光を出射させることができ、出射光の均一性を向上させることができる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１７は、本実施形態に係る照明装置における導光板を示す光学モデル図である。図１７に示すように、本実施形態においては、前述の第１の実施形態と比較して、導光板３の光出射面４に、三角形状のプリズム５の替わりに、台形状のプリズム２４が設けられている。即ち、プリズム２４においては、傾斜面２４ａと傾斜面２４ｂとの間に、平坦部２４ｃが設けられている。また、プリズム２４間には、平坦部６が設けられている。これにより、導光板３内においてより多くの光をＸ方向に伝播することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図１８は、本実施形態に係る照明装置における導光板を示す光学モデル図である。図１８に示すように、本実施形態においては、前述の第１の実施形態と比較して、導光板３の光出射面４に、三角形状のプリズム５の替わりに、Ｗ字形状のプリズム２５が設けられている。これにより、プリズムの高さを低くすることができ、導光板３内においてより多くの光をＸ方向に伝播することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図１９は、本実施形態に係る照明装置を示す光学モデル図であり、図２０は、この照明装置の動作を示す光学モデル図である。図１９に示すように、本実施形態に係る照明装置３１においては、複数のＬＥＤ２がＸ方向に沿って配列されており、このＬＥＤ２に対向するように、１段目の導光板３３ａが設けられており、この導光板３３ａの光出射面側に、２段目の導光板３３ｂが設けられている。即ち、Ｚ方向に沿って、ＬＥＤ２、導光板３３ａ、導光板３３ｂがこの順に配列されている。導光板３３ａと導光板３３ｂとは相互に離隔しており、両導光板間には空気層が形成されている。

導光板３３ａ及び３３ｂの光入射面４においては、前述の第１の実施形態における導光板３と同様に、三角形状のプリズム５が形成されている。導光板３３ａに形成されたプリズム５の配列周期は、導光板３３ｂに形成されたプリズム５の配列周期と一致している。但し、Ｚ方向から見て、導光板３３ａに形成されたプリズム５の配列の位相は、導光板３３ｂに形成されたプリズム５の配列の位相とは一致しておらず、例えば、半周期分ずれている。

また、導光板３３ａ及び３３ｂの光出射面７においては、前述の第１の実施形態における導光板３と同様に、三角形状のプリズム８が形成されている。但し、Ｚ方向から見て、導光板３３ａにおけるプリズム８が形成されている領域と、導光板３３ｂにおけるプリズム８が形成されている領域とは、相互にずれている。例えば、Ｚ方向から見て、導光板３３ａには、ＬＥＤ２のＸ方向両端部部と重なる領域にプリズム８が形成されており、導光板３３ｂには、ＬＥＤ２のＸ方向中央部と重なる領域にプリズム８が形成されている。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る照明装置の動作について説明する。図１９に示すように、ＬＥＤ２が点灯したときに、ＬＥＤ２のＸ方向両端部から出射された光Ｌ１８は、導光板３３ａに入射し、導光板３３ａのプリズム５により分割され、導光板３３ａのプリズム８に集光される。そして、図２０に示すように、この光Ｌ１８は、前述の第１の実施形態と同様な動作により、導光板３３ａ内をＸ方向に伝播し、光出射面７から出射する。その後、導光板３３ｂ内に入射し、その進行方向がＺ方向に近づくように偏向された後、導光板３３ｂの光出射面７から出射される。

一方、ＬＥＤ２のＸ方向中央部から出射された光Ｌ１９は、導光板３３ａに入射し、導光板３３ａのプリズム５により分割・集光され、導光板３３ａの光出射面７から出射する。そして、導光板３３ｂに入射し、導光板３３ｂのプリズム５により分割・拡光され、導光板３３ｂのプリズム８に到達する。そして、この光Ｌ１９は、前述の第１の実施形態と同様な動作により、導光板３３ｂ内をＸ方向に伝播し、導光板３３ｂの光出射面７から出射される。

次に、本実施形態の効果について説明する。光の利用効率を向上させるためには、ＬＥＤ２から出射された光のうち可及的に多くの部分をＸ方向に分配する必要がある。しかしながら、前述の第１の実施形態のように、１枚の導光板によりＬＥＤ２から出射された光の可及的に多くの部分をＸ方向に分配しようとすると、プリズム８を大型化させるかプリズム８の個数を増加させる必要がある。しかしながら、そうすると、光出射面７全体に対するプリズム８の割合が増加し、図１０に示すような光の損失、即ち、光出射面の平坦部９で反射された光がプリズム８に反射されて光入射面４から出射することによる損失が増加し、光の利用効率が低下する。また、プリズム８を大型化させたりその個数を増加させたりすると、プリズム８間の距離が短くなるため、プリズム８からの反射光の角度が制約されてしまい、光のＸ方向への拡散距離が短くなる。この問題は、導光板３の板厚を厚くすることにより、ある程度解消可能であるが、顕著な効果を得るためには板厚を例えば２倍以上とする必要があるため、照明装置全体が大きくなってしまう。これに対して、本実施形態によれば、複数枚の導光板を設けているため、各導光板においてはプリズム８間の距離を長くすることが可能であり、光利用効率の向上及び照明装置のコンパクト化を両立させることができる。

また、図１９に示すように、Ｚ方向から見て、導光板３３ａに形成されたプリズム５の配列の位相が、導光板３３ｂに形成されたプリズム５の配列の位相と一致しておらず、例えば、半周期分ずれていることにより、ＬＥＤ２のＸ方向中央部から出射した光Ｌ１９は、導光板３３ａのプリズム５により一旦集光された後、導光板３３ｂのプリズム５により拡光され、導光板３３ｂのプリズム８に到達する。これにより、光Ｌ１９のプリズム８への入射角制御が容易になり、光Ｌ１９を効率良く利用することができる。

更に、図２０に示すように、１段目の導光板３３ａにより拡散された光Ｌ１８が、２段目の導光板３３ｂによって、その進行方向がＺ方向に近づくように偏向されることにより、この光Ｌ１８が導光板３３ｂの光出射面７で反射されて光入射面側に戻ることを抑制できる。これにより、光の利用効率を向上させることができる。

次に、本発明の第６の実施形態の第１の変形例について説明する。図２１は、本変形例に係る照明装置を示す光学モデル図である。図２１に示すように、本変形例においては、１段目の導光板３３ａがＬＥＤ２のＸ方向中央部から出射された光Ｌ１９を分配し、２段目の導光板３３ｂがＬＥＤ２のＸ方向両端部から出射された光Ｌ１８を分配するようになっている。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第６の実施形態と同様である。

次に、本発明の第６の実施形態の第２の変形例について説明する。図２２は、本変形例に係る照明装置を示す光学モデル図である。図２２に示すように、本変形例においては、１段目の導光板３３ａがＬＥＤ２のＸ方向における一方の片側部から出射された光Ｌ２０を分配し、２段目の導光板３３ｂがＬＥＤ２のＸ方向における他方の片側部から出射された光Ｌ２１を分配するようになっている。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第６の実施形態と同様である。

次に、本発明の第６の実施形態の第３の変形例について説明する。図２３は、本変形例に係る照明装置を示す光学モデル図である。図２３に示すように、本変形例においては、３枚の導光板が設けられている。即ち、ＬＥＤ２、導光板３３ａ、導光板３３ｂ、導光板３３ｃがＺ方向に沿ってこの順に配列されている。そして、各ＬＥＤ２をＸ方向に沿って６つの領域に分け、Ｘ方向の一端部から数えて１番目及び４番目の領域から夫々出射される光Ｌ２２及びＬ２５を１段目の導光板３３ａにより拡散させ、２番目及び５番目の領域から夫々出射される光Ｌ２３及びＬ２６を２段目の導光板３３ｂにより拡散させ、３番目及び６番目の領域から夫々出射される光Ｌ２４及びＬ２７を３段目の導光板３３ｃにより拡散させるようになっている。これにより、各導光板におけるプリズム８間の距離を、より一層増大させることができる。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第６の実施形態と同様である。

次に、本発明の第７の実施形態について説明する。図２４は、本実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。図２４に示すように、本実施形態に係る照明装置４１においては、複数個のＬＥＤ２がＹ方向に沿って配列されており、ＬＥＤ２からなる列が形成されている。そして、この列が複数列、Ｘ方向に配列されている。これにより、導光板３の光出射面７から光を面状に出射させることができ、面状照明装置を構成することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

なお、本実施形態において、導光板として、前述の第２乃至第６のいずれかの実施形態における導光板を設けてもよい。

また、本実施形態において、複数個のＬＥＤ２からなる列の替わりに、冷陰極管等の線状光源を設けてもよい。これによっても、面状照明装置を構成することができる。

更に、前述の第１乃至第６の実施形態に係る照明装置において、導光板の光出射面側に、面状導光板を設けてもよい。面状導光板とは、入射された線状の光を面状に拡散させて出射するものである。これによっても、面状照明装置を構成することができる。この場合、導光板と面状導光板とは相互に離隔しており、それらの間には空気層が形成されていることが好ましい。また、面状導光板の光入射面にプリズムを形成し、面状導光板への入射光の角度を制御してもよい。更に、前述の第１乃至第６の実施形態に係る照明装置において、ＬＥＤ及び導光板を覆う領域であって導光板の光出射面側を除く領域の少なくとも一部に、反射板を設けてもよい。例えば、面状導光板を設けた照明装置において、ＬＥＤと導光板との間、導光板と面状導光板との間、面状導光板の光出射方向に介在する部分を除く部分に反射板を設けてもよい。これにより、光の利用効率をより一層向上させることができる。

なお、上述の第１乃至第７の実施形態においては、導光板の光入射面に集光部としてプリズムを形成する例を示した。プリズムは、プリズムを通過した光の角度制御が容易であるため、集光部として好適である。しかし、本発明においては、集光部はプリズムには限定されず、入射した光を複数の部分に分割して光分配部に向けて集光する機能を持つ光学素子であればよく、例えば、レンズであってもよい。集光部としてレンズを使用する場合には、前述の角度θ１は、レンズの接面の角度となる。

また、上述の第１乃至第７の実施形態においては、集光部としてのプリズム５に入射された光の一部を光分配部としてのプリズム（例えばプリズム８）に集光させ、残部をプリズム間に設けられた平坦部から出射させる例を示したが、集光部に入射された光の全てを光分配部に集光するようにしてもよい。

更に、上述の第１乃至第７の実施形態においては、導光板３の光入射面４においてプリズム５間に平坦部６を設ける例を示したが、平坦部６は設けなくてもよい。

更にまた、上述の第１乃至第７の実施形態においては、導光板の光出射面に光分配部としてプリズムを形成する例を示した。光分配部としてはプリズムが好適であるが、これに限定されず、入射した光を導光板内の他の領域に分配できる機能を持つ光学素子であれば、光分配部として使用することができる。

更にまた、上述の第１乃至第７の実施形態において、導光板の光出射面側に光を拡散させる拡散シート又は拡散板を設けてもよい。これにより、出射光をさらに均一にすることができる。

更にまた、上述の第１乃至第７の実施形態は、相互に組み合わせて実施することも可能である。

次に、本発明の第８の実施形態について説明する。本実施形態は、本発明に係る表示装置の実施形態である。本実施形態に係る液晶表示装置においては、バックライトとして前述の第７の実施形態に係る面状照明装置が設けられており、この面状照明装置の光出射面側に、透過型の液晶パネルが設けられている。この液晶パネルは、面状照明装置から出射された光が入射され、この光を透過させることによって画像を表示するものである。これにより、コンパクトで、低コストで、低消費電力で明るい表示装置を得ることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。先ず、実施例１について説明する。図２５は、本実施例１に係る照明装置を示す光学モデル図であり、図２６は図２５に示す部分Ａを示す拡大図であり、図２７は図２５に示す部分Ｂを示す拡大図であり、図２８は図２５に示す部分Ｃを示す拡大図であり、図２９は図２５に示す部分Ｄを示す拡大図である。なお、図２６乃至図２９には各部の寸法を記載してあるが、単位はミリメートル（ｍｍ）である。

図２５に示すように、本実施例１においては、白色ＬＥＤ５２を９ｍｍ間隔で９個配置した。白色ＬＥＤ５２の出射光角度は±１０°であり、外形は直径が５ｍｍの円盤状である。そして、この白色ＬＥＤ５２の光出射面側に、２枚の導光板５３ａ及び５３ｂを配置した。また、白色ＬＥＤ５２並びに導光板５３ａ及び５３ｂを覆うように、導光板５３ｂの光出射面側の除く部分に反射板（図示せず）を配置した。これにより、照明装置５１を作製した。導光板５３ａ及び５３ｂの光入射面にはプリズム５５を一定の周期で形成し、光出射面にはＬＥＤ５２毎にＬＥＤ５２の中心軸６０に関して対称となる位置に１対のプリズム５８を形成した。これにより、１個の白色ＬＥＤ５２から出射された光が４分割されて２段の導光板によって分配され均一化されるようにした。

図２６及び図２８に示すように、導光板５３ａ及び５３ｂの光入射面に形成されたプリズム５５については、プリズム５５の頂点間の距離を１．５ｍｍとし、プリズム５５間に形成された平坦部の長さを０．４ｍｍとし、傾斜角θ１を２０°とした。また、導光板５３ａにおいては、プリズム５５の頂点をＬＥＤ５２の中心軸６０上に配置し、導光板５３ｂにおいては、プリズム５５の頂点間の中点、即ち、平坦部５６の中心をＬＥＤ５２の中心軸６０上に配置した。

更に、図２７に示すように、導光板５３ａの光出射面に形成されたプリズム５８については、ＬＥＤ５２の中心軸６０からのプリズム５８の頂点までの距離を２．２ｍｍとし、プリズム５８の幅を０．６５ｍｍとし、プリズム５８の傾斜角のうち中心軸６０から遠い側の傾斜角θ２ａを５２°とし、近い側の傾斜角θ２ｂを５８°とした。更にまた、図２９に示すように、導光板５３ｂの光出射面に形成されたプリズム５８については、ＬＥＤ５２の中心軸６０からプリズム５８の頂点までの距離を０．７５ｍｍとし、プリズム５８の幅を１．３ｍｍとし、プリズム５８の傾斜角のうち中心軸６０から遠い側の傾斜角θ２ｃを５１°とし、近い側の傾斜角θ２ｄを５２°とした。

この照明装置５１を作動させて、その光利用効率及び出射光分布を測定した。図３０は、横軸に照明装置の出射面におけるＬＥＤの配列方向（Ｘ方向）の位置をとり、縦軸に照明装置の出射光の強度をとって、本実施例１に係る照明装置の出射光分布を示すグラフ図である。図３０の横軸においては、９個の白色ＬＥＤ５２のうち中央に配置された白色ＬＥＤ５２の中心を「０ｍｍ」とした。この照明装置の光利用効率は７７．１％であった。また、図３０に示すように、均一な出射光分布を得ることができた。

次に、実施例２について説明する。図３１は、本実施例２に係る照明装置を示す光学モデル図であり、図３２は図３１に示す部分Ａを示す拡大図であり、図３３は図３１に示す部分Ｂを示す拡大図であり、図３４は図３１に示す部分Ｃを示す拡大図であり、図３５は図３１に示す部分Ｄを示す拡大図であり、図３６は図３１に示す部分Ｅを示す拡大図であり、図３７は図３１に示す部分Ｆを示す拡大図である。なお、図３２乃至図３７には各部の寸法を記載してあるが、単位はミリメートル（ｍｍ）である。

図３１に示すように、本実施例２においては、白色ＬＥＤ６２を８．７５ｍｍ間隔で９個配置した。白色ＬＥＤ６２の出射光角度は±１０°であり、外形は直径が５ｍｍの円盤状である。そして、この白色ＬＥＤ６２の光出射面側に、２枚の導光板６３ａ及び６３ｂを配置した。また、白色ＬＥＤ６２並びに導光板６３ａ及び６３ｂを覆うように、導光板６３ｂの光出射面側の除く部分に反射板（図示せず）を配置した。これにより、照明装置６１において、１個の白色ＬＥＤ６２から出射された光が４分割されて２段の導光板によって分配され均一化されるようにした。

図３２に示すように、導光板６３ａの光入射面のうち、ＬＥＤ６２から光が直接入射される領域に形成されたプリズム６５については、プリズム６５の頂点間の距離を１．２５ｍｍとし、傾斜角θ１を２０°とした。プリズム６５間には平坦部を設けなかった。そしてプリズム６５の頂点、即ち、最も凹んだ位置をＬＥＤ６２の中心軸７０上に配置した。

また、図３３に示すように、導光板６３ａの光入射面のうち、ＬＥＤ６２から光が直接入射されない領域に形成されたプリズム６５については、プリズム６５の頂点間の距離を０．５ｍｍとし、傾斜角θ１を２２°とした。プリズム６５間には平坦部を設けなかった。

更に、図３４に示すように、導光板６３ａの光出射面においては、ＬＥＤ６２の中心軸７０に関して対象となる位置に、１対のＷ字形状のプリズム６８を形成した。ＬＥＤ６２の中心軸７０からのプリズム６８の浅い方の頂点までの距離を１．７１ｍｍとし、深い方の頂点までの距離を２．１７ｍｍとし、プリズム６８の幅を１．０ｍｍとし、プリズム６８の傾斜角のうち中心軸７０から最も遠い傾斜面の傾斜角θ２ａを５６°とし、最も近い傾斜面の傾斜角θ２ｂを６０°とし、中心軸７０から２番目に近い傾斜面の傾斜角θ３を４４°とし、３番目に近い傾斜角の傾斜面θ４を６９°とした。

更にまた、図３５に示すように、導光板６３ｂの光入射面のうち、ＬＥＤ６２の中心軸７０上には、１つのＷ字形状のプリズム６６を形成する。プリズム６６は、２本の三角形状のプリズムが重なった形状である。１本の三角形状のプリズムの幅を１．５ｍｍとし、傾斜角を２０°とする。また、プリズム６６の中心がＬＥＤ６２の中心軸７０上に位置するようにし、この中心軸７０とプリズム６６の頂点までの距離を０．４６ｍｍとした。

更にまた、図３６に示すように、導光板６３ｂの光入射面のうち、プリズム６６が形成されていない領域には、三角形状のプリズム６７を形成した。プリズム６７の頂点間の距離を０．６３３ｍｍとし、傾斜角θ１を２２°とした。プリズム６７間には平坦部を設けなかった。

更にまた、図３７に示すように、導光板６３ｂの光出射面においては、ＬＥＤ６２の中心軸７０に関して対称となる位置に、１対の三角形状のプリズム６９を形成した。ＬＥＤ６２の中心軸７０からプリズム６９の頂点までの距離を０．６７ｍｍとし、プリズム６９の幅を１．２５ｍｍとし、プリズム６９の傾斜角のうち中心軸７０から遠い側の傾斜角θ２ｃを５１°とし、近い側の傾斜角θ２ｄを５２°とした。

この照明装置６１を作動させて、その光利用効率及び出射光分布を測定した。図３８（ａ）は、横軸に導光板６３ａの光入射面におけるＬＥＤの配列方向（Ｘ方向）の位置をとり、縦軸に照明装置の入射光の強度をとって、本実施例２に係る照明装置の入射光分布を示すグラフ図であり、（ｂ）は、横軸に照明装置の出射面におけるＬＥＤの配列方向（Ｘ方向）の位置をとり、縦軸に照明装置の出射光の強度をとって、本実施例２に係る照明装置の出射光分布を示すグラフ図である。図３８（ａ）及び（ｂ）の横軸においては、９個の白色ＬＥＤ６２のうち中央に配置された白色ＬＥＤ６２の中心を「０ｍｍ」とした。この照明装置の光利用効率は８２．１％であった。また、図３８（ｂ）に示すように、均一な出射光分布を得ることができた。

次に、実施例３について説明する。図３９は、本実施例３に係る照明装置を示す光学モデル図であり、図４０は図３９に示す部分Ａを示す拡大図であり、図４１は図３９に示す部分Ｂを示す拡大図であり、図４２は図３９に示す部分Ｃを示す拡大図である。なお、図４０乃至図４２には各部の寸法を記載してあるが、単位はミリメートル（ｍｍ）である。

図３９に示すように、本実施例３においては、赤色ＬＥＤ７２Ｒ、緑色ＬＥＤ７２Ｇ、青色ＬＥＤ（図示せず）を夫々３個、合計９個、「ＢＧＲＢＧＲＢＧＲ」の順番で配列した。ＬＥＤの配列間隔は８．７５ｍｍとした。各ＬＥＤの出射光角度は±１０°であり、外形は直径が５ｍｍの円盤状である。そして、これらのＬＥＤの光出射面側に、導光板７３ａを配置し、この導光板７３ａの光出射面側に、導光板６３ｂを配置した。導光板６３ｂは、前述の実施例２において使用した導光板６３ｂと同じものとした。これにより、照明装置７１を作製した。

図４０に示すように、導光板７３ａの光入射面のうち、ＬＥＤ７２から光が直接入射される領域には、三角形状のプリズム７５を形成した。プリズム７５の頂点間の距離は１．２５ｍｍとし、傾斜角θ１は１８°とした。プリズム７５間には平坦部を設けなかった。そしてプリズム７５の頂点、即ち、最も凹んだ位置をＬＥＤ７２の中心軸８０上に配置した。

また、図４１に示すように、導光板７３ａの光入射面のうち、ＬＥＤ７２から光が直接入射されない領域には、三角形状のプリズム７６を形成した。プリズム７６の頂点間の距離は０．５ｍｍとし、傾斜角θ１は２２°とした。プリズム７６間には平坦部を設けなかった。

更に、図４２に示すように、導光板７３ａの光出射面においては、ＬＥＤ７２の中心軸８０に関して対象となる位置に、１対のＷ字形状のプリズム７８を形成した。ＬＥＤ７２の中心軸８０からのプリズム７８の浅い方の頂点までの距離を１．８５ｍｍとし、深い方の頂点までの距離を２．３０ｍｍとし、プリズム７８の幅を１．０ｍｍとし、プリズム７８の傾斜角のうち中心軸８０から最も遠い傾斜面の傾斜角θ２ａを５３°とし、最も近い傾斜面の傾斜角θ２ｂを５６°とし、中心軸８０から２番目に近い傾斜面の傾斜角θ３を４３°とし、３番目に近い傾斜角の傾斜面θ４を６９°とした。

この照明装置７１を作動させて、その光利用効率及び出射光分布を測定した。このとき、各色の光量比は、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝３：６：１とした。図４３は、横軸に照明装置の出射面におけるＬＥＤの配列方向（Ｘ方向）の位置をとり、縦軸に照明装置の出射光の強度をとって、本実施例３に係る照明装置の出射光分布を示すグラフ図である。図４３の横軸においては、９個のＬＥＤのうち中央に配置された緑色ＬＥＤ７２Ｇの中心を「０ｍｍ」とした。この照明装置の光利用効率は７４．６％であった。また、図４３に示すように、均一な出射光分布を得ることができた。

本発明の活用例として、液晶表示装置の照明（バックライト）及び室内照明が挙げられる。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置を示す光学モデル図である。 図１の部分拡大図である。 プリズム５の傾斜角が所定の条件を満たす場合を示す光学モデル図である。 プリズム５の傾斜角が所定の条件を満たしていない場合を示す光学モデル図である。 （ａ）及び（ｂ）は、プリズム５の傾斜角が所定の条件を満たす場合を示す光学モデル図である。 図６（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態において、ＬＥＤから出射した光がプリズム５により偏向されてプリズム８に集光される動作を示す光学モデル図であり、（ａ）は平坦部が設けられている場合を示し、（ｂ）は平坦部が設けられていない場合を示す。 本実施形態におけるプリズム８の動作を示す光学モデル図である。 本実施形態におけるプリズム８の動作を示す光学モデル図である。 本実施形態におけるプリズム８の動作を示す光学モデル図である。 プリズム８が光を遮る場合の動作を示す光学モデル図である。 本発明の第２の実施形態に係る照明装置の光出射面に形成されたプリズムを示す光学モデル図である。 本実施形態の効果を示す図である。 第２の実施形態の第１の変形例に係る照明装置の光出射面に形成されたプリズムを示す光学モデル図である。 第２の実施形態の第２の変形例に係る照明装置の光出射面に形成されたプリズムを示す光学モデル図である。 本発明の第３の実施形態における導光板の光出射面に形成されたプリズムを示す光学モデル図である。 第３の実施形態の変形例における導光板の光出射面に形成されたプリズムを示す光学モデル図である。 本発明の第４の実施形態に係る照明装置における導光板を示す光学モデル図である。 本発明の第５の実施形態に係る照明装置における導光板を示す光学モデル図である。 本発明の第６の実施形態に係る照明装置を示す光学モデル図である。 この照明装置の動作を示す光学モデル図である。 第６の実施形態の第１の変形例に係る照明装置を示す光学モデル図である。 第６の実施形態の第２の変形例に係る照明装置を示す光学モデル図である。 第６の実施形態の第３の変形例に係る照明装置を示す光学モデル図である。 本発明の第７の実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。 実施例１に係る照明装置を示す光学モデル図である。 図２５に示す部分Ａを示す拡大図である。 図２５に示す部分Ｂを示す拡大図である。 図２５に示す部分Ｃを示す拡大図である。 図２５に示す部分Ｄを示す拡大図である。 横軸に照明装置の出射面におけるＬＥＤの配列方向（Ｘ方向）の位置をとり、縦軸に照明装置の出射光の強度をとって、実施例１に係る照明装置の出射光分布を示すグラフ図である。 本実施例２に係る照明装置を示す光学モデル図である。 図３１に示す部分Ａを示す拡大図である。 図３１に示す部分Ｂを示す拡大図である。 図３１に示す部分Ｃを示す拡大図である。 図３１に示す部分Ｄを示す拡大図である。 図３１に示す部分Ｅを示す拡大図である。 図３１に示す部分Ｆを示す拡大図である。 （ａ）は横軸に導光板６３ａの光入射面におけるＬＥＤの配列方向（Ｘ方向）の位置をとり、縦軸に照明装置の入射光の強度をとって、実施例２に係る照明装置の入射光分布を示すグラフ図であり、（ｂ）は横軸に照明装置の出射面におけるＬＥＤの配列方向（Ｘ方向）の位置をとり、縦軸に照明装置の出射光の強度をとって、実施例２に係る照明装置の出射光分布を示すグラフ図である。 実施例３に係る照明装置を示す光学モデル図である。 図３９に示す部分Ａを示す拡大図である。 図３９に示す部分Ｂを示す拡大図である。 図３９に示す部分Ｃを示す拡大図である。 横軸に照明装置の出射面におけるＬＥＤの配列方向（Ｘ方向）の位置をとり、縦軸に照明装置の出射光の強度をとって、実施例３に係る照明装置の出射光分布を示すグラフ図である。

符号の説明

１、３１、４１、５１、６１、７１；照明装置
２；ＬＥＤ
３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、５３ａ、５３ｂ、６３ａ、６３ｂ、７３ａ；導光板
４；光入射面
５、８、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、５５、５８、６５、６６、６７、６８、６９、７５、７６、７８；プリズム
５ａ、５ｂ、８ａ、８ｂ、１８ａ〜１８ｄ、２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ；傾斜面
６、９、２２ｃ、２３ａ、２４ｃ、５６；平坦部
７；光出射面
５２、６２；白色ＬＥＤ
６０、７０、８０；ＬＥＤの中心軸
７２Ｇ；緑色ＬＥＤ
７２Ｒ；赤色ＬＥＤ
Ｌ１〜Ｌ２７；光

Claims (28)

1. 光源と、その第１の面から前記光源から出射された光が入射されその第２の面からこの光を出射する導光板と、を有し、前記導光板は、前記第１の面に形成され前記光源から入射された光を集光する複数の集光部と、前記第２の面に形成され前記集光部により集光された光を前記導光板の厚さ方向に交差する方向であって相互に異なる複数の方向に分配する光分配部と、を有し、一の前記集光部によって集光され前記光分配部によって分配された光が他の前記集光部によって前記第２の面から出射されることを特徴とする照明装置。
2. 前記光源が複数個設けられており、前記導光板の厚さ方向から見て、一の光源から出射された光が分配される領域内に他の光源が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記集光部がプリズムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記プリズムは、一方向に延びる２つの傾斜面からなり前記一方向に直交する断面の形状が三角形状である三角プリズムであることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 前記傾斜面が前記第１の面との間でなす角度をθ１とし、前記光分配部によって分配された光の進行方向と前記第１の面との間の角度をαとし、前記導光板の屈折率をｎとするとき、下記数式が成立することを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
   

   
6. 前記第１の面における前記光源から出射された光が直接入射する領域に形成された前記傾斜面が前記第１の面との間でなす角度は、前記光源から出射された光が直接入射しない領域に形成された前記傾斜面が前記第１の面との間でなす角度よりも小さいことを特徴とする請求項４又は５に記載の照明装置。
7. 前記光源から出射された光が直接入射しない領域に形成された前記傾斜面が前記第１の面との間でなす角度θ１が、下記数式を更に満足することを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
   

   
8. 前記光源から出射された光が直接入射しない領域に形成された前記傾斜面が前記第１の面との間でなす角度θ１が、下記数式を更に満足することを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
   

   
9. 前記プリズムは、一方向に延びる４つの傾斜面からなり前記一方向に直交する断面の形状がＷ字形状であるＷ字プリズムであることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
10. 前記第１の面において、前記プリズム間に平坦部が形成されていることを特徴とする請求項３乃至９のいずれか１項に記載の照明装置。
11. 前記光分配部がプリズムであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の照明装置。
12. 前記プリズムは、一方向に延びる２つの傾斜面からなり前記一方向に直交する断面の形状が三角形状である三角プリズムであることを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
13. 前記傾斜面が前記第２の面との間でなす角度をθ２とし、この傾斜面に入射する光の進行方向が前記第２の面に対してなす角度をβとし、前記傾斜面及び前記プリズム間の平坦部によって反射された光の進行方向が前記第２の面に対してなす角度をαとし、前記導光板の屈折率をｎとするとき、下記数式を満足することを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
    

    
14. 前記傾斜面が前記第２の面との間でなす角度をθ２とし、この傾斜面に入射する光の進行方向が前記第２の面に対してなす角度をβとし、前記傾斜面によって反射された光の進行方向が前記第２の面に対してなす角度をαとし、前記導光板の屈折率をｎとするとき、下記数式を満足することを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。
    

    
15. 前記プリズムは、一方向に延びる４つの傾斜面からなり前記一方向に直交する断面の形状がＷ字形状であるＷ字プリズムであることを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
16. 前記導光板の厚さ方向から見て、前記集光部間の中点が前記光分配部の中心と一致していないことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の照明装置。
17. 前記導光板が複数枚設けられており、この複数枚の導光板はその厚さ方向に沿って配列されており、前記光源から出射された光の一部が一の前記導光板により分配され、前記光源から出射された光の他の一部が他の前記導光板により分配されることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の照明装置。
18. 前記導光板の厚さ方向から見て、前記一の導光板に形成された集光部の位相と、前記他の導光板に形成された集光部の位相とが相互にずれていることを特徴とする請求項１７に記載の照明装置。
19. 前記複数枚の導光板が相互に離隔して配置されており、前記導光板間に空気層が形成されていることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の照明装置。
20. 前記光源が発光ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の照明装置。
21. 複数の前記発光ダイオードが前記第１の面に沿って２次元状に配列されていることを特徴とする請求項２０に記載の照明装置。
22. 前記導光板から入射された光を面状に拡散する面状導光板を有することを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の照明装置。
23. 前記導光板と前記面状導光板とが相互に離隔して配置されており、前記導光板と前記面状導光板との間に空気層が形成されていることを特徴とする請求項２２に記載の照明措置。
24. 前記面状導光板における前記導光板から光が入射する面にプリズムが形成されていることを特徴とする請求項２２又は２３に記載の照明装置。
25. 前記導光板の前記第２の面側に配置され前記導光板から入射された光を拡散する拡散シート又は拡散板を有することを特徴とする請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の照明装置。
26. 前記光源及び前記導光板を覆う領域であって前記導光板の前記第２の面側を除く領域の少なくとも一部に設けられた反射板を有することを特徴とする請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の照明装置。
27. 請求項１乃至２６のいずれか１項に記載の照明装置と、この照明装置から出射された光が入射する表示パネルと、を有することを特徴とする表示装置。
28. 前記表示パネルが透過型の液晶パネルであることを特徴とする請求項２７に記載の表示装置。

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