JP2007294230A - 導光板および平面照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源からの強い光や指向性を有する光源等の映り込みを回避する。
【解決手段】導光板２は、光を導く入射端面部３、当該光を出射する表面部５または／および裏面部６、これら表面部５と裏面部６とに交わる側面部９を有して薄板状矩形立方体形状を成し、表面部５または／および裏面部６には入射端面部３から任意の距離の間に円弧状や楕円状の凸状部７や凹状部８を並列に並設するとともに微細な光制御要素１０を設ける。これにより、入射端面部３近傍の高輝度の光を、入射端面部３から離れた位置に反射する。また、凸状部７や凹状部８の両壁面によって入射端面部３から偏移した離れた位置に光を反射したり屈折し、偏向して出射する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導光板の表面部や裏面部の入射端面部から任意の距離にドット状の凸状部や凹状部を並列に並設し、入射端面部近傍に光源からの強い光の映り込みを回避するとともに導光板の側面近傍に光源を備える場合において光源が少ない時による導光板の入射端面部付近の両端部での暗部発生を回避することができる導光板および平面照明装置に関するものである。

従来の導光板および平面照明装置では、導光板の出射面と反対側に白色の光散乱剤を印刷する場合に入射端面部から遠ざかるほど印刷部を増加させたり、導光板に凸凹等のドットを設ける場合でも入射端面部から遠ざかるほどドットを増加させていた。

また、従来の光源がＬＥＤ等の点光源を用いた平面照明装置は、導光板の側面にＬＥＤを複数並べ、これらＬＥＤに対向する位置の導光板の入射端面部にプリズム等の凸や凹の形状を設け、導光板の両端隅部分的まで光線が達するようにしたものが知られている。
特開２００３−０２９２６０号公報

上述した従来の導光板および平面照明装置では、導光板の出射面と反対側に白色の光散乱剤を印刷する場合に入射端面部から遠ざかるほど印刷部を増加させたり、導光板に凸凹等のドットを設ける場合でも入射端面部から遠ざかるほどドットを増加させているが、導光板に入射した光は、屈折角γが０≦｜γ｜≦Ｓｉｎ^-1（１／ｎ）を満たす範囲で導光板内に進む。例えば一般の導光板に使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率はｎ＝１．４９程度であるので、最大入射角は、入射端面部の表面部方向から裏面部方向への光および裏面部方向から表面部方向への光が入射角９０°となる。また、入射端面部で屈折する屈折角γは、γ＝０〜±４２°程度の範囲内になる。
但し、表面部近傍では裏面部方向のみのγ＝−４２°のみ、裏面部近傍では表面部方向のみのγ＝＋４２°のみとなる。

さらに、屈折角γ＝０〜±４２°の範囲内で導光板内に入射した光は、導光板と空気層（屈折率ｎ＝１）との境界面において、Ｓｉｎα＝（１／ｎ）により臨界角を表わすことができる。例えば一般の導光板に使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率はｎ＝１．４９程度であるので、臨界角αはα＝４２°程度になる。そして、導光板の表面部や裏面部に光線を偏向する凸や凹等が無かったり、臨界角αを越えなければ、導光板内の光は表面部や裏面部で全て全反射しながら反入射端面部方向へ進むことになる。

このように、導光板の表面部や裏面部に溝や凸や凹等の光を偏向させるものがあったり、導光板が入射端面部から離れる程導光板の厚さが薄くなる様な楔形状の場合には、表面部や裏面部から臨界角αを破り出射し、凸や凹等が一様に表面部や裏面部に分布しているために導光板全体を出射面から観測すると入射端面部の近傍で光源の形状が（映り込み）見えてしまう課題がある。また、線状の光源の場合には、線（輝線）が入射端面部の近傍で見えてしまう課題がある。
また、図７（ｂ）に示すように、導光板が楔形状の場合、入射端面部から入射端面部の反対方向に向かう光のテーパーリークを利用する方法では、入射端面部の近傍で直ちに臨界角を破り、即ちテーパーリークによって高輝度な出射がなされる。況して高輝度で指向性の強い出射光のため、光源全体、例えば半導体発光素子（ＬＥＤ）の光源の場合には半導体発光素子自身の形状６４が出射面から観測（映り込み）されてしまう課題がある。

さらに、上記のように導光板の厚さを入射端面部から離れるほど厚さを薄くした導光板では、半導体発光素子自身の形状が出射面から観測されてしまうのを回避するために入射端面部近傍を実際には利用しないで用いる。このため、平面照明装置の必要面積以上に大きな導光板を使用しなければならない課題がある。

また、従来の光源にＬＥＤ等の点光源を用いた平面照明装置は、導光板の入射端面部にＬＥＤを複数並べ、これらＬＥＤに対向する位置の導光板の入射端面部にプリズム等の凸や凹の形状を設けた構成では、光源が点光源であるために光ビーム強度分布が円状や楕円状である。このため、光源の左右方向に光を分散させて導光板全体から均一に出射させる目的で光源に対向する導光板の入射端面部にプリズム加工を施しているが、隣り合っているＬＥＤ等の光源の光が重なり合って輝度の斑が発生してしまう課題がある。

さらに、従来の導光板と、１つのＬＥＤ等の点光源を入射端面部の中心に用いた平面照明装置では、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、ＬＥＤ等の半導体発光素子の光源９１では指向性を有するために光束が狭い範囲で反入射端面部４１方向に進むとともに入射端面部３１から反入射端面部４１方向に進む間に臨界角を破り出射してしまう。このために、入射端面部３１の両端部分（入射端面部３１と入射光線Ｌ０との間）が暗部となってしまう課題がある。

（発明の目的）
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、入射端面部から任意の距離の間に円弧状、楕円状、三角柱、四角柱などの凸状部または凹状部を単独や組み合わせて、入射端面部に対し略直角方向〜左右４５°の範囲で並列に並設するとともに表面部や裏面部には微細な光制御要素を設けて、入射端面部近傍に光源からの強い光を、より入射端面部から遠くへ反射したり、入射端面部近傍で裏面部の外部に屈折出射させたりして入射端面部近傍に光源からの強い光や指向性を有する半導体発光素子の光源等の映り込みを回避することができる導光板および平面照明装置を提供することにある。
また、凸状部や凹状部を入射端面部に対し略直角方向〜左右４５°の範囲で並列に並設することによって導光板の側面近傍に光源が少ない時による導光板の入射端面部付近の両端部での暗部発生を回避することができる導光板および平面照明装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る導光板は、光を導く入射端面部と、当該光を出射する表面部または／および裏面部と、これら表面部と裏面部とに交わる側面部を有して、薄板状矩形立方体形状を成し、表面部または／および裏面部には入射端面部から任意の距離の間に凸状部または凹状部を並列に並設するとともに微細な光制御要素を設けることを特徴とする。

請求項１に係る導光板は、光を導く入射端面部と、当該光を出射する表面部または／および裏面部と、これら表面部と裏面部とに交わる側面部を有して、薄板状矩形立方体形状を成し、表面部または／および裏面部には入射端面部から任意の距離の間に凸状部または凹状部を並列に並設するとともに微細な光制御要素を設けるので、入射端面部近傍の高輝度の光を入射端面部から離れた位置に反射したり、屈折して偏向して出射することができる。

また、請求項２に係る導光板は、凸状部または凹状部を、入射端面部に対し略直角方向〜左右４５°の範囲に設けることを特徴とする。

請求項２に係る導光板は、凸状部または凹状部を、入射端面部に対し略直角方向〜左右４５°の範囲に設けるので、凸状部や凹状部を並設して並列するピッチによってモアレの発生を入射端面部に対してある角度で振ることによって防ぐことができる。
また、導光板の上部にプリズムシート等を用いた（１枚および２枚）時もモアレの発生を防ぐことができる。

さらに、請求項３に係る導光板は、凸状部または凹状部を、円弧状、楕円状、三角柱、四角柱の形状で単独または組み合わせて設けることを特徴とする。

請求項３に係る導光板は、凸状部または凹状部を、円弧状、楕円状、三角柱、四角柱の形状で単独または組み合わせて設けるので、凸状部や凹状部の入射光に対して左右の壁の形状により偏向方向を変えることができる。
さらに、これらを組み合わせた時には同方向線上からの光でも固有の形状によって異なる方向へ偏向することができる。

また、請求項４に係る導光板は、凸状部または凹状部を、高さまたは深さを２μｍ〜１５μｍならびに幅または直径を５μｍ〜５０μｍおよび間隔を１０μｍ〜１００μｍの範囲で設けることを特徴とする。

請求項４に係る導光板は、凸状部または凹状部を、高さまたは深さを２μｍ〜１５μｍならびに幅または直径を５μｍ〜５０μｍおよび間隔を１０μｍ〜１００μｍの範囲で設けるので、例えば入射端面部に対し略直角方向に並列等した場合にモアレの発生等を防止するために間隔をある程度確保し、間に微細な光制御要素を設けることができる。
また、導光板の幅や長さおよび厚さ等の寸法によって大きさや密度を調整することができる。

さらに、請求項５に係る平面照明装置は、光源と、
光源からの光を導く入射端面部と、当該光を出射する表面部または／および裏面部と、これら表面部と裏面部とに交わる側面部を有した薄板状矩形立方体形状を成し、表面部または／および裏面部には入射端面部から任意の距離の間に凸状部または凹状部を並列に並設するとともに微細な光制御要素を設けた導光板とを少なくとも備えたことを特徴とする。

請求項５に係る平面照明装置は、光源と、
光源からの光を導く入射端面部と、当該光を出射する表面部または／および裏面部と、これら表面部と裏面部とに交わる側面部を有した薄板状矩形立方体形状を成し、表面部または／および裏面部には入射端面部から任意の距離の間に凸状部または凹状部を並列に並設するとともに微細な光制御要素を設けた導光板とを少なくとも備えたので、入射端面部近傍の高輝度の光を入射端面部から離れた位置に反射するとともに凸状部や凹状部の両壁面によって入射端面部から偏移した離れた位置に反射したり、屈折して偏向して出射することができる。

また、請求項６に係る平面照明装置は、さらに、導光板の上方にプリズム体を設けたことを特徴とする。

請求項６に係る平面照明装置は、さらに、導光板の上方にプリズム体を設けたので、凸状部や凹状部によって偏向され利用され難い光を集光させることができる。

以上のように、請求項１に係る導光板は、光を導く入射端面部と、当該光を出射する表面部または／および裏面部と、これら表面部と裏面部とに交わる側面部を有して、薄板状矩形立方体形状を成し、表面部または／および裏面部には入射端面部から任意の距離の間に凸状部または凹状部を並列に並設するとともに微細な光制御要素を設けるので、入射端面部近傍の高輝度の光を入射端面部から離れた位置に反射するとともに凸状部や凹状部の両壁面によって入射端面部から偏移した離れた位置に反射したり、屈折して偏向して出射することができる。

そのため、光量をコントロールすることができるとともに光源の映り込みが無く、入射端面部近傍の入射端面部の両端をも暗部がなく明るく均一な出射光を得ることができ、その分実際に使用でき得る導光板の面積が大きく取れ、さらに光源が並列（アレー状）に設けてあっても互いに隣り合う光源からの光を重ならずに輝度斑の発生を防ぐことができる。

請求項２に係る導光板は、凸状部または凹状部を、入射端面部に対し略直角方向〜左右４５°の範囲に設けるので、凸状部や凹状部を並設して並列するピッチによってモアレの発生を入射端面部に対してある角度で振ることによって防ぐことができる。
また、導光板の上部にプリズムシート等を用いた（１枚および２枚）時もモアレの発生を防ぐことができる。
そのために、見やすい出射光を得ることができるとともにあらゆる寸法の導光板にも対応することができる。

請求項３に係る導光板は、凸状部または凹状部を、円弧状、楕円状、三角柱、四角柱の形状で単独または組み合わせて設けるので、凸状部や凹状部の入射光に対して左右の壁の形状により偏向方向を変えることができる。
さらに、これらを組み合わせた時には同方向線上からの光でも固有の形状によって異なる方向へ偏向することができる。
そのために、入射端面部近傍での高輝度の出射光や半導体発光素子自身等の光源の形状が出射面から観測（映り込み）や輝度斑が無く、さらにモアレの発生を防止することができ見やすい出射光を得ることができる。

請求項４に係る導光板は、凸状部または凹状部を、高さまたは深さを２μｍ〜１５μｍならびに幅または直径を５μｍ〜５０μｍおよび間隔を１０μｍ〜１００μｍの範囲で設けるので、例えば入射端面部に対し略直角方向に並列等した場合にモアレの発生等を防止するために間隔をある程度確保し、間に微細な光制御要素を設けることができる。
そのために、微細な光制御要素によってモアレの発生を防止することができる。
また、導光板の幅や長さおよび厚さ等の寸法によって大きさや密度を調整することができる。
そのために、どの様な導光板にも対応することができる。

請求項５に係る平面照明装置は、光源と、
光源からの光を導く入射端面部と、当該光を出射する表面部または／および裏面部と、これら表面部と裏面部とに交わる側面部を有した薄板状矩形立方体形状を成し、表面部または／および裏面部には入射端面部から任意の距離の間に凸状部または凹状部を並列に並設するとともに微細な光制御要素を設けた導光板とを少なくとも備えたので、入射端面部近傍の高輝度の光を入射端面部から離れた位置に反射するとともに凸状部や凹状部の両壁面によって入射端面部から偏移した離れた位置に反射したり、屈折して偏向して出射することができる。
そのために、指向性の強い光源でも入射端面部近傍での高輝度の出射光や半導体発光素子自身等の光源の形状が出射面から観測（映り込み）や輝度斑が無く、さらにモアレの発生を防止することができ見やすい出射光を得ることができる。

さらに、光量をコントロールすることができるとともに入射端面部近傍の入射端面部の両端をも暗部がなく明るく均一な出射光を得ることができ、その分実際に使用でき得る導光板の面積が大きく取れる。

請求項６に係る平面照明装置は、さらに、導光板の上方にプリズム体を設けたので、凸状部や凹状部によって偏向され利用され難い光を集光させることができる。
そのために、平面照明装置全体からの出射光を明るくすることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、本発明は、導光板の表面部や裏面部に円弧状、楕円状、三角柱、四角柱などの凸状部や凹状部を入射端面部から任意の距離の間に入射端面部に対し略直角方向〜左右４５°範囲に並列に並設するとともに表面部や裏面部には微細な光制御要素を設けて入射端面部近傍の高輝度の光を入射端面部から離れた位置に反射するとともに凸状部や凹状部の両壁面によって入射端面部から偏移した離れた位置に反射したり、屈折して偏向して出射し光源の映り込みが無く、モアレの発生を防止でき、入射端面部近傍の入射端面部の両端をも暗部がなく明るく均一な出射光を得ることができ、さらに光源が並列（アレー状）に設けてあっても互いに隣り合う光源からの光を重ならずに輝度斑の発生を防ぐことができ、特に指向性の強い光源の出射光に対して有効であり、光量をコントロールすることができる導光板および平面照明装置を提供するものである。

図１は本発明に係る平面照明装置の略斜視図、図２は本発明に係る導光板の略斜視図、図３および図４は本発明に係る導光板の裏面部の略部分図、図５および図６は本発明に係る導光板の部分略断面図および軌跡図である。
である。

図１に示すように、平面照明装置１は、導光板２と光源１１と反射体１２から構成されている。

導光板２は、屈折率が１．４〜１．７程度の透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）等で形成される。図１に示すように、導光板２は、光源１１からの光を導く入射端面部３と、この入射端面部３と反対側に位置する反入射端面部４と、光を出射する表面部５と、この表面部５と反対側に位置する裏面部６と、これら表面部５と裏面部６とに略直角に接続する側面部９とからなる。そして、詳細には図示はしないが、導光板２の表面部５には、例えば特開２００３−０３５８２４号公報などに記載されたもの等の加工が施され、光を全反射や屈折する光制御要素１０が設けられている。
尚、ここでは入射端面部３に矩形形状の導光板２の１側面を用いているが、入射端面部３は導光板２の周辺側のどこでも良く、形状も規定していない。

また、導光板２は、表面部５と裏面部６との間の間距離（導光板２の厚さ）が入射端面部３と反入射端面部４とが同じな均一な厚さであるが、これに限定されるものではない。すなわち、導光板２としては、入射端面部３で最大（厚く）になり、入射端面部３から最大離距離（入射端面部３の反対側に位置する反入射端面部４）において間距離（厚さ）が最小（薄く）になるような形状、入射端面部３で最小（薄く）になり、入射端面部３から最大離距離（入射端面部３の反対側に位置する反入射端面部４）において間距離（厚さ）が最大（厚く）になるような形状であっても良い。

さらに、導光板２の裏面部６には、入射端面部３から反対方向（反入射端面部４）に楕円状の凸状部７を任意の距離まで並設し、これら並設した凸状部７を側面部９方向に間隔を持って並列に設ける。また、導光板２の表面部５や裏面部６には微細な光制御要素１０を設ける。
なお、これら表面部５や裏面部６および凸状部７の表面や図示しない凹状部の表面は鏡面をなしている。

また、導光板２の入射端面部３から入射した光は、屈折角γが０≦｜γ｜≦Ｓｉｎ^-1（１／ｎ）を満たす範囲で導光板２内に進む。例えば一般の導光板２に使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率はｎ＝１．４９程度であるので、最大入射角は、入射端面部３の表面部５方向から裏面部６方向への光および裏面部６方向から表面部５方向への光が入射角９０°となる。そして、入射端面部３で屈折する屈折角γはγ＝０〜±４２°程度の範囲内になる。
特に入射端面部３近傍での表面部５近傍では裏面部６方向のみのγ＝−４２°のみ、裏面部６近傍では表面部５方向のみの＋４２°のみとなる。

さらに、屈折角γ＝０〜±４２°の範囲内で導光板２内に入射した光は、導光板２と空気層（屈折率ｎ＝１）との境界面において、Ｓｉｎα＝（１／ｎ）により臨界角を表わすことができる。例えば一般の導光板２に使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率はｎ＝１．４９程度であるので、臨界角αはα＝４２°程度になる。そして、導光板２の表面部５や裏面部６に光線を偏向する凸や凹等が無かったり、臨界角αを越えなければ導光板２内の光は表面部５や裏面部６で全て全反射しながら反入射端面部４方向へ進むことになる。

凸状部７は、楕円状（略蒲鉾型）を成し、入射端面部３から垂直に接続され、反入射端面部４方向に並設され、互いに間隔を有して側面部９方向に並列に設けてある。
尚、ここでは凸状部７が入射端面部３から垂直に接続（同一面）されているが、入射端面部３とは分離され入射端面部３からやや離れた位置に設けても良く、これら凸状部７の両端部分は平面でなく丸みを有した曲面から成る。
また、ここでは凸状部７を裏面部６のみに設けたが、表面部５のみに設けたり表面部５と裏面部６との両面に設けても良い。
さらに、ここでは凸状部７のみを設けたが、凹状部８を設けても良く、またこれら凸状部７と凹状部８とを組み合わせても良い。

また、凸状部７ｃは、図２に示すように、三角柱状を成し、入射端面部３から垂直に接続され、反入射端面部４方向に並設され、互いに間隔を有して側面部９方向に並列に設けることができる。
尚、ここでは凸状部７ｃが凸状部７と同様に入射端面部３から垂直に接続（同一面）されているが、入射端面部３とは分離され入射端面部３からやや離れた位置に設けても良く、これら凸状部７ｃの両端部分は平面でなく丸みを有した曲面から成る。

また、凸状部７や凹状部８は、図３に示すような形状とすることができる。図３（ａ）は、入射端面部３から楕円状７を反入射端面部４方向へ２つ並設し、互いに間隔を持って並列に設けたものである。
同様に、図３（ｂ）は、円弧状７ｂを入射端面部３から反入射端面部４方向へ４つ並設し、互いに間隔を持って並列に設けたものである。
さらに、図３（ｃ）は、１つの楕円状７を入射端面部３から垂直に接続し、反入射端面部４方向へ２つの楕円状７の間に１つの円弧状７ｂを並設し、互いに間隔を持って並列に設けたものである。
また、図３（ｄ）は、１つの楕円状７を入射端面部３から垂直に接続し、反入射端面部４方向へ２つの楕円状７の間に２つの円弧状７ｂを並設し、互いに間隔を持って並列に設けたものである。

さらに、図４に示すように、凸状部７や凹状部８を、入射端面部３に対し左右４５°以内の傾斜範囲に設けることができる。
図４（ａ）は、入射端面部３から楕円状７を反入射端面部４方向へ傾斜角度を持って２つ並設し、さらにこの２つの楕円状８に円弧状７ｂを並設し、これらを互いに間隔を持って並列に設けたものである。
また、図４（ａ）において、側面部９に近い位置では、反入射端面部４方向へ傾斜角度を持って円弧状７ｂを並設し、同様に並列に設けたものである。

さらに、図４（ｂ）は、両側面部９から同距離の中心位置の入射端面部３近傍から反入射端面部４方向に２つの円弧状７ｂを並設し、この２つの円弧状７ｂを中心として両側面部９方向へ左右に入射端面部３から楕円状７を反入射端面部４方向へ左右対称に傾斜角度を持って２つ並設し、これらを互いに間隔を持って並列に設けたものである。
また、両側面部９近傍では、互いに側面部９方向に傾き楕円状７と円弧状７ｂとを並設し、これら互いに間隔を持って並列に設けたものである。
尚、図示はしないが、楕円状７や円弧状７ｂに限らず、三角柱や四角柱等の凸状部７や凹状部８を用いても良い。

さらに、図示はしないが、本発明の導光板２の表面部５や裏面部６には、光制御要素１０を導光板２の形状に対応させて数量または面積が増加するように設ける。

ここで図５に凸状部７に対する光の軌跡を示す。
入射端面部３から導光板２内に入射した光は、屈折し、屈折角γ＝０〜±４２°程度の範囲内で反入射端面部４方向に進む。ここでは裏面部６方向に屈折角γ＝−４２°の光Ｌ０１が裏面部６の楕円状７に進み、楕円状７で全反射を起こし、反射光Ｌｒ１７として表面部５方向に進む。
同様に光線Ｌ０２は楕円状７に進み、楕円状７で全反射を起こし、反射光Ｌｒ２７としてやや低い角度で表面部５方向に全反射する。
このように、楕円状７の底部（頂部）は、裏面部６に対し同等な入射面であるので、大部分の入射光を表面部５方向に全反射する。

同様に光線Ｌ０３は曲率半径の大きな円弧状７ｂに進み、円弧状７ｂで全反射を起こし、反射光Ｌｒ３７として表面部５方向に進む。
また、光線Ｌ０４は曲率半径の小さな円弧状７ｂに進み、円弧状７ｂで屈折し、屈折光Ｌｔ７として裏面部６の外部に出射する。
このように、円弧状７ｂの曲率半径に依存し、曲率半径の大きな円弧状７ｂでは表面部５方向に全反射し、曲率半径の小さな円弧状７ｂでは屈折する。そして、裏面部６の外部に出射する様に円弧状７ｂに向かう入射角に接する面が入射角よりも６°程度小さな入射角になる様な場合には臨界角α＝４２°を破って外部に出射する。
尚、図５のでは全て裏面部６方向に屈折角γ＝−４２°の光で示したが、この屈折角よりも小さい屈折角では、裏面部６に対して入射角が大きくなるので、より全反射しやすい。

次に、図６に凹状部８に対する光の軌跡を示す。
入射端面部３から導光板２内に入射した光は、屈折し、屈折角γ＝０〜±４２°程度の範囲内で反入射端面部４方向に進む。ここでは裏面部６方向に屈折角γ＝−４２°の光Ｌ０１が裏面部６の楕円状８に進み、楕円状８で全反射を起こし、反射光Ｌｒ３１として表面部５方向に進む。
同様に光線Ｌ０２は楕円状８の円弧部に進み、楕円状８で屈折し、屈折光Ｌｔ８１として再度楕円状８の端部に進み、楕円状８で再度屈折し、屈折光Ｌｔｔとして導光板２の内部に進む。さらに屈折光Ｌｔｔは、裏面部６の鏡面によって全反射を行い、反射光Ｌｒｒとして表面部５方向に進む。

このように、楕円状８の底部（頂部）は、裏面部６に対し同等な入射面であるので、大部分の入射光を表面部５方向に全反射し、楕円状８の端部の円弧部分では屈折する。

同様に光線Ｌ０３は曲率半径の大きな円弧状８ｂに進み、円弧状８ｂで全反射を起こし、反射光Ｌｒ３８として表面部５方向に進む。
また、光線Ｌ０４は曲率半径の小さな円弧状８ｂに進み、円弧状８ｂで屈折し、屈折光Ｌｔ８として裏面部６の外部に出射する。
このように、円弧状８ｂの曲率半径に依存し、曲率半径の大きな円弧状８ｂでは表面部５方向に全反射し、曲率半径の小さな円弧状８ｂでは屈折する。そして、裏面部６の外部に出射する様に円弧状７ｂに向かう入射角に接する面が入射角よりも６°程度小さな入射角になる様な場合には臨界角α＝４２°を破って外部に出射する。
尚、図６の例では、全て裏面部６方向に屈折角γ＝−４２°の光で示したが、この屈折角よりも小さい屈折角では、裏面部６に対して入射角が大きくなるので、より全反射しやすい。

また、上記の説明は裏面部６に設けた凸状部７や凹状部８であるが、図５や図６を上下逆にすれば表面部５にこれら凸状部７や凹状部８を設けたものと同じになり、作用および効果が同様な結果となるのでここでは説明を省略する。
さらに、図５や図６は光線の軌跡の説明の為であって、導光板２に設けた凸状部７や凹状部８の位置は図１〜図４までとは異なっている。

尚、図５および図６に示した光線の軌跡は凸状部７や凹状部８の楕円状７、円弧状７ｂおよび楕円状８、円弧状８ｂ等の底部や頂部（中心位置）に対応したものである。これら凸状部７や凹状部８の両（壁面）辺部（光線の進行する両辺（左右）方向）に光が進行した場合には、凸状部７や凹状部８の両辺部の傾斜面にて光線の進行する両辺（左右）方向に偏向される。

このように、導光板２の表面部５や裏面部６の入射端面部３から任意の距離の間に凸状部７または凹状部８を並列に並設することによって、光源１１等からの高輝度の光を凸状部７や凹状部８によって入射端面部３よりも離れた位置に反射することができる。そして、これらが部分的な位置や凸状部７や凹状部８の両辺部の傾斜面による偏向された位置への反射光および凸状部７や凹状部８の形状によって異なる方向への偏向等によって、例えば入射端面部３の近傍での裏面部６に何も無いと、裏面部６で連続的に全反射を起こし、「Ｃｏｔ（４２°）×導光板２の厚さ」の式に当てはまる位置に輝線や光源自身を表面部５で観測（光源の映り込み）してしまう事を回避することができる。
尚、これら導光板２の表面部５等に臨界角αを破るものが無くとも、導光板２の厚さが入射端面部３から反入射端面部４方向に進むに従って薄くなる様な楔型形状の場合には、顕著にこれら輝線や光源自身を観測してしまう。

これに対し、本例の構成によれば、光源の映り込みが無く、入射端面部近傍の入射端面部の両端をも暗部がなく明るく均一な出射光を得ることができ、その分実際に使用でき得る導光板の面積が大きく取れ、さらに光源が並列（アレー状）に設けてあっても互いに隣り合う光源からの光を重ならずに輝度斑の発生を防ぐことができる。

また、図示しないが、凸状部７や凹状部８は、凸状部７の高さを２μｍ〜１５μｍの範囲または凹状部８の深さを２μｍ〜１５μｍの範囲にし、これら凸状部７や凹状部８の楕円状、三角柱、四角柱等の幅を５μｍ〜５０μｍの範囲ならびに円弧状などの直径を５μｍ〜５０μｍの範囲で形成し、これら円弧状、楕円状、三角柱、四角柱等の凸状部７や凹状部８を並設するとともに間隔を１０μｍ〜１００μｍの範囲で並列に設けることができる。これよって、例えば、入射端面部３に対し略直角方向に並列にした時にも間隔をある程度確保することでモアレの発生等を防止することができる。

また、間隔を確保した間に微細な光制御要素１０を設けることにより規則性を破り、より効果的にモアレの発生を防止することができる。
さらに、形状やサイズを組み合わせることによって反射光の反射（偏向）方向が異なるため、なお一層、光源の映り込みの発生を防止するとともに凸状部７や凹状部８自身によるモアレの発生を防止することができる。
尚、これら凸状部７や凹状部８の円弧状、楕円状、三角柱、四角柱等を組み合わせて並設した時に、製作上互いに隣り合う部分が接触しても高さや深さ等が異なるので、各凸状部７や凹状部８から偏向された光は異なる方向に偏向される。

また、凸状部７や凹状部８は、入射端面部３に対し略直角方向から左右４５°の範囲に設けることで、上記説明したように光の軌跡において円弧状の場合には入射端面部３に対し傾斜角を持って設けても変化は無い。
さらに、楕円状、三角柱、四角柱等の凸状部７や凹状部８は、楕円状、三角柱、四角柱等の長さ方向に沿った反射光は微量で、常に異なる方向への偏向した反射光である。このため、光源１１が例えばＣＣＦＬ等の線状の出射光であっても、凸状部７や凹状部８の傾斜角に対応した傾斜を有した反射光を得る。

このように、凸状部７や凹状部８は、入射端面部３に対し略直角方向から左右４５°の範囲に設けることで、例えば細長く間隔を狭めた凸状部７や凹状部８自身でも入射端面部３に対してある角度で振ることによってモアレの発生を防ぐことができる。
また、導光板２の上部にプリズムシート等を用いた（１枚および２枚）場合でも、互いに干渉せず、モアレの発生を防ぐことができる。そのために、見やすい出射光を得ることができ、あらゆる寸法の導光板２にも対応することができる。

さらに、図４（ｂ）に示すように、導光板２の両側面部９方向へ左右に凸状部７や凹状部８を、傾斜角度を持って設けることによって、例えば特に入射端面部３の近傍の中心よりに指向性の強い光源１１を備えた場合には、入射端面部３の近傍の両側面部９方向部分が暗くなってしまうのを防ぐように出射光量をコントロールすることができる。

微細な光制御要素１０は、微細な円弧形状、楕円形状、三角柱、三角錐、四角柱および四角錐などの凸状や凹状のドット状から成る。この光制御要素１０は、高さや深さおよび大きさならびに傾斜面の傾斜角度等をコントロールしたものを表面部５や裏面部６に任意の分布で設けて、全反射や屈折によって偏向し、導光板２内の光を臨界角αを破るようにして導光板２の表面部５や裏面部６から出射させる。また、出射光の出射角度もコントロールすることができる。

光源１１は、ＣＣＦＬ（冷陰極管）や半導体発光素子やその他小型で光が出射するものであれば何れでも良く、特に指向性が強いＬＥＤやレーザ等ではＲＧＢ（赤色、緑色、青色）の各単色光を入射端面部３の近傍に設けたり、ＲＧＢ（赤色発光、緑色発光、青色発光）からなる複数の半導体発光素子を組み合わせたアレー状に構成したユニットを入射端面部３に設けても良い。

さらに、半導体発光素子と波長変換材とを用いて白色光を得ても良く、例えば、ＩｎＧａＡｌＮ系の半導体発光素子の青色発光の出射光によって励起し黄色や橙色等に発光する波長変換材（ＹＡＧ系）を設け、半導体発光素子自身の青色発光色と波長変換材からの黄色や橙色等の発光色とによって混合された発光色が白色となる光源１１でも良い。

また、光源１１は、入射端面部３が大きい場合や導光板２自体が大きい場合にＣＣＦＬ（冷陰極管）を用いても良く、これらは線状をなし、直接光は導光板２の入射端面部３から導光板２内に入射し、他の光は図示しないリフレクタで反射されながら光源１１とリフレクタとの空間を通って導光板２内に入射する。
さらに、ここでは図示しないがリフレクタは白色の絶縁性材料やアルミニウム等の金属を蒸着したシート状または金属等からなる。
尚、この線状の光源１１の場合、従来の導光板２では、入射端面部３１の近傍に高輝度な輝線が現れてしまうが、本発明の導光板２を用いることによって輝線の発生を防ぐことができる。

反射体１２は、熱可塑性樹脂に例えば酸化チタンのような白色材料を混入したシートや熱可塑性樹脂のシートにアルミニウム等の金属蒸着を施したり、金属箔を積層した物やシート状金属からなり、反射面が凹凸形状またはプリズム形状を成しても良い。図１に示すように、反射体１２をケース状にすれば更に良く、入射端面部３と表面部５以外の部分を覆い、光源１１からの光が導光板２によって表面部５に出射した以外の光を反射または乱反射し、再び導光板２に入射させて光源１１からの光を全て表面部５から出射することができる。

また、ここでは図示しなが、平面照明装置１の導光板２の上方にプリズム体を設けることもできる。
プリズム体は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）等で形成される。プリズム体は、断面が三角形状や円弧形状を成し、微小な柱レンズ（半面）を平行に多数並べたもので、入射端面部３から反入射端面部４まで同じ断面を有し、入射端面部３と平行方向に多数並べて一体化されたもので、導光板２からの出射光を集光させ、平面照明装置１全体からの出射光を明るくすることができる。

このように、本発明の導光板２および平面照明装置１は、導光板２の表面部５や裏面部６に入射端面部３から任意の距離の間に円弧状、楕円状、三角柱、四角柱などの凸状部７や凹状部８を単独や組み合わせて、入射端面部３に対し略直角方向〜左右４５°の範囲で並列に並設するとともに表面部５や裏面部６には微細な光制御要素１０を設けて、凸状部７や凹状部８によって入射端面部３近傍に光源からの強い光を、より入射端面部３から離れた位置に反射したり、入射端面部３近傍で裏面部６の外部に屈折出射させ、さらに凸状部７や凹状部８の両壁面によって入射端面部３から偏移した離れた位置に反射、屈折し入射端面部３近傍に光源１１からの強い光や指向性を有する例えば半導体発光素子等の光源１１等の映り込みを回避する。

また、凸状部や凹状部を入射端面部に対し略直角方向〜左右４５°の範囲で並列に並設することによって、モアレの発生を防止でき、入射端面部近傍の入射端面部の両端の暗部をも回避し明るく均一な出射光を得ることができる。さらに、光源が並列（アレー状）に設けてあっても、互いに隣り合う光源からの光を重ならずに輝度斑の発生を防ぐことができ、特に指向性の強い光源の出射光に対して有効であり、光量をコントロールすることができる導光板および平面照明装置を提供するものである。

小型の液晶表示装置等のバックライトから大型の液晶表示装置等のバックライトまで適し、特に高輝度で輝度斑や色温度斑の無い出射光を得ることができるため、例えばモバイル製品から液晶テレビ等の汎用品から特殊な用途に至る導光板および平面照明装置を提供することができる。

本発明に係る平面照明装置の略斜視図である。 本発明に係る導光板の略斜視図である。 本発明に係る導光板の裏面部の略部分図である。 本発明に係る導光板の裏面部の略部分図である。 本発明に係る導光板の部分略断面図および軌跡図である。 本発明に係る導光板の部分略断面図および軌跡図である。 従来の導光板等の略図である。

符号の説明

１ 平面照明装置
２，２ｂ 導光板
３ 入射端面部
４ 反入射端面部
５ 表面部
６ 裏面部
７ 凸状部（楕円状）
７ｂ 凸状部（円弧状）
７ｃ 凸状部（三角柱）
８ 凹状部（楕円状）
８ｂ 凹状部（円弧状）
８ｃ 凹状部（三角柱）
９ 側面部
１０ 光制御要素
１１ 光源
１２ 反射体
２１ 導光板
３１ 入射端面部
４１ 反入射端面部
６１ 表面部
６４ 映り込み（半導体発光素子自身の形状
７１ 裏面部
９１ 光源
Ｌ０，Ｌ０１，Ｌ０２ 光線
Ｌ０３，Ｌ０４ 光線
Ｌｒ１７，Ｌｒ２７ 光線
Ｌｒ３７，Ｌｒ７ 光線
Ｌｒ３１，Ｌｒ３８ 光線
Ｌｔ８，Ｌｔ８１ 光線
Ｌｔｔ，Ｌｒｒ 光線
γ 屈折角
ｎ 屈折率
α 臨界角

Claims (6)

1. 光を導く入射端面部と、当該光を出射する表面部または／および裏面部と、これら前記表面部と前記裏面部とに交わる側面部を有する導光板であって、
   薄板状矩形立方体形状を成し、前記表面部または／および前記裏面部には前記入射端面部から任意の距離の間に凸状部または凹状部を並列に並設するとともに微細な光制御要素を設けることを特徴とする導光板。
2. 前記凸状部または前記凹状部は、前記入射端面部に対し略直角方向〜左右４５°の範囲に設けることを特徴とする請求項１記載の導光板。
3. 前記凸状部または前記凹状部は、円弧状、楕円状、三角柱、四角柱の形状で単独または組み合わせて設けることを特徴とする請求項１記載の導光板。
4. 前記凸状部または前記凹状部は、高さまたは深さを２μｍ〜１５μｍならびに幅または直径を５μｍ〜５０μｍおよび間隔を１０μｍ〜１００μｍの範囲で設けることを特徴とする請求項１記載の導光板。
5. 光源と、
   前記光源からの光を導く入射端面部と、当該光を出射する表面部または／および裏面部と、これら前記表面部と前記裏面部とに交わる側面部を有した薄板状矩形立方体形状を成し、前記表面部または／および前記裏面部には前記入射端面部から任意の距離の間に凸状部または凹状部を並列に並設するとともに微細な光制御要素を設けた導光板とを少なくとも備えたことを特徴とする平面照明装置。
6. さらに、前記導光板の上方にプリズム体を設けたことを特徴とする請求項５記載の平面照明装置。

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